کاربرد رله در تجهیزات اندازه گیری

حفاظت تجهیزات و دستگاه های سیستم قدرت در مقابل عیوب و اتصالی ها، به وسیله کلید قدرت انجام می گیرد قبل از اینکه کلید قدرت بتواند باز شود، سیم پیچی عمل کنندة آن باید تغذیه شود این تغذیه به وسیله رله های حفاظتی انجام می پذیرد. رله به دستگاهی گفته می شود که در اثر تغییر کمیت الکتریکی مانند ولت و جریان و یا کمیت فیزیکی مثل درجه حرارت و حرکت روغن (در رله بوخهولس) تحریک شده و باعث به کار افتادن دستگاههای دیگر و نهایتاً قطع مدار به وسیله کلید قدرت (در سیستم تولید و انتقال و توزیع) یا دژنکتور می گردد.
بنابراین به وسیله رله محل وقوع عیب از شبکه جدا سازی شده باعث می شود که سایر قسمت های سالم شبکه همچنان به کار خود ادامه دهند و پایداری و ثبات شبکه به همان حالت قبلی محفوظ بماند· تجهیزات و دستگاه ها در مقابل عیوب و اتصالی ها محافظت شده و میزان خسارات وارده به آنها محدود گردد. سبب به وجود آمدن اتصالی ها و تأثیرات آن به دو علت زیر اتصالی ها می توانند به وجود آیند:

تأثیرات داخلی رله

تأثیرات داخلی که باعث خراب شدن و از بین رفتن دستگاه ها یا خطوط انتقال و توزیع می شود عبارتند از: فاسد شدن قسمت های عایق در یک مولد، ترانسفورماتور، خط، کابل و غیره. این ضایعات و امکانات ممکن است مربوط به عمر عایق، عدم تنظیم صحیح، عدم ساخت صحیح و یا عدم نصب صحیح عایق باشد.

تأثیرات خارجی رله

تأثیرات خارجی شامل تأثیرات زیادی است از آن جمله رعد و برق، اضافه بار که باعث به وجود آمدن حرارت شود. وقتی که یک اتصالی در مداری رخ دهد، جریان افزایش یافته و ولتاژ (اختلاف پتانسیل) نقصان پیدا می کند افزایش جریان حرارت زیادی را به وجود آورده که ممکن است منجر به آتش سوزی یا انفجار شود. اگر اتصالی به صورت جرقه باشد ممکن است خسارت زیادی به بار آورد. برای مثال اگر جرقه ای بر روی خط انتقال نیرو به وجود آمده و سریعاً بر طرف نشود خط را سوزانده و باعث پاره شدن آن خواهد شد و نتیجه سبب قطع برق برای مدت طولانی خواهد شد. نقصان ولتاژ که در اثر یک اتصالی به وجود آید می آید برای دستگاه های الکتریکی بسیار زیان آور است و اگر این ولتاژ ضعیف برای چند ثانیه ایی ادامه داشته باشد، موتورهای مشترکین از کار باز ایستاده، دوران مولدهای برق نامنظم و نا مرتب خواهد شد پس در صورت وقوع جریان شدید و ولتاژ ضعیف به سبب اتصالی در مدار می بایست به فوریت اتصالی کشف و برطرف گردد و جریان ولتاژ به حالت عادی باز گردانده شود.
انواع اتصالی انواع اتصالی ها به قرار زیر است.

اتصال فاز به زمین و فاز به فاز

گرچه اتصالی در سیستم سه فاز مربوط به فازها است ولی بیشتر مربوط به وصل نبودن سیم زمین می باشد جریان در یک اتصالی بین فاز به زمین کمتر از جریان در یک اتصالی فاز به فاز است و این امر به علت مقاومت بیشتر زمین است به همین جهت در بیشتر موارد رله های جدا گانه ایی برای اتصالی های فاز به زمین و فاز به فاز در نظر گرفته می شود.

اتصالی های سه فاز

اتصالی سه فاز با هم شدید ترین نوع اتصالی بوده و اتصالی بین یک فاز و زمین خفیف ترین نوع اتصالی است.

کاربرد رله با توجه به انواع آن

رله اضافه جریان

اینگونه رله ها به صورت اندکسیونی و الکترونیکی در پست های برق کاربرد فراوانی دارند. وظیفه این رله آن است که اگر از خط مربوطه شدت جریان از حدی که در انتظار است و رله اضافه جریان برای آن مقدار تنظیم شده، افزایش یابد و یا اینکه اتصالی بین دو فاز و یا سه فاز بین خطوط انتقال پیش آید، رله تحریک شده و با فرمانی که به کلید دژنکتور می دهد، باعث قطع خط مزبور می شود. برای تحریک رلة اضافی جریان احتیاج به ترانسفورماتور جریان یا (CT) می باشد. این ترانسفورماتور، جریان خط را متناسب به نسبت تبدیل آن به رله مزبور انتقال داده و باعث تحریک آن می شود. به عنوان مثال اگر نسبت تبدیل ترانسفورماتور جریان 1/200 باشد و رله برای مقدار شدت جریان 200 آمپر تنظیم شده باشد، هر گاه شدت جریان خط انتقال از 200 آمپر زیادتر گردد مقدار شدت جریان ورودی به رله از یک آمپر تجاوز می نماید، و در نتیجه باعث عملکرد رله و قطع کلید دژنکتور می گردد. به علت اینکه خطوط انتقال انرژی به صورت سه فازه می باشند، بنابراین برای هر کدام از فازها احتیاج به یک عدد ترانسفورماتور جریان و یک عدد رله اضافه جریان می باشد نحوه قرار گرفتن ترانسفورماتورهای جریان و رله های اضافه جریان در حالت عادی جریان عبوری از رله ها کمتر از حد تنظیمی آنها و در صورتی که هر کدام از خط ها اضافه بار بگیرد و یا اتصالی بین دو فاز و یا سه فاز رخ دهد رله های مربوطه عمل می نماید. مثلاً اگر شدت جریان فاز R بیش از حد معمول آن گردد، CT آن به باعث تحریک رله اضافه جریان R‌ می شود. هم چنین اگر فازهای B و Y به هم اتصال یابند، رله های مربوطه آن تحریک و باعث عمل نمودن کلید قطع مدار می گردند. اصولاً این رله ها دارای دکمة نشان دهنده و یا پرچم رنگی کوچکی می باشند که در صورت تحریک رله، عملکرد آن را اعلان می نماید.

رله اتصال زمین

ساختمان و طرز کار این رله ها مانند رله های اضافه جریان بوده و وظیفه اصلی این رله، تشخیص بروز هر گونه اتصالی بین هر کدام از فازها با زمین و یا دو سه فاز با زمین نیز می باشند از نظر عملی، رله های اضافه جریان سیستم سه فازه و رله اتصال زمین تواماً به صورت یک سیستم حفاظتی واحد بسته می شود. رله اتصال زمین اصولاً حساستر از رله های اضافه جریان بوده و هر گاه یکی از فازها به زمین اتصال یابد، رله اتصال زمین همراه با رله اضافه جریان همان فاز عمل می نماید. (برای سه فاز فقط احتیاج به یک رله اتصال زمین می باشد.)

رله اتصال زمین محدود

وظیفه رله فوق تشخیص هر گونه اتصال خط انتقال با زمین می بود. برای سهولت تشخیص محل اتصال زمین در سیستم قدرت از رله ایی دیگر به نام رله اتصال زمین محدود هم استفاده شده است.

رله جهتی

بروز اتصالی در جهت جریانی که مدار جاری می شود مؤثر می باشد در بیشتر طراحی ها جهت جریان برای نصب دستگاه رله می بایست مشخص شود در این صورت از رله ها ی جهتی استفاده می شود از نظر ساختمان داخلی و طرز کار، این رله به صورتهای اندوکسیونی و الکترونیکی، کاربرد فراوانی دارد. رله های جهتی دارای دو سیم پیچ بوده که یکی از آنها مانند رله های اضافه جریان با شدت جریان ورودی I تحریک شده و سیم پیچ دیگر با ولتاژ مناسبی تحریک می گردد. این رله ها از دو قسمت جهت یاب و اضافه جریان تشکیل شده اند و این بدین معنی است که هر گاه در شبکه تحت حفاظت، اتصالی رخ دهد، ابتدا این رله جهت عبور شدت جریان به محل اتصالی را به وسیله قسمت جهت یاب تشخیص داده و سپس اگر جریان در جهت عملکرد رله باشد و هم چنین از نظر مقدار به اندازه ایی باشد که بتواند موجب تحریک قسمت اضافه جریان رله گردد، رله مزبور تحریک شده و فرمان قطع را صادر می نماید.

رله قیاسی یا رله دیفرانسی

این رله برای حفاظت مولدها، ترانسفورماتور ها، خطوط انتقال نیرو و شین های واقع در ایستگاه های انتقال نیرو به کار می رود. توسط رله دیفرانسیل جریان ورودی و خروجی از دستگاه، مقایسه می شود در شرایط عادی هنگامی که هیچگونه اتفاق با اتصالی رخ نداده است، این جریان مساوی و یکسان می باشند. اگر در قسمت مورد حفاظت اتصالی رخ دهد جریان بلافاصله نا مساوی شده و این پدیده باعث عملکرد رله می شود.

رله بوخ هلتس

این رله های از مهمترین رله های حفاظتی ترانسفورماتورهای قدرت می باشد، وظیفه تشخیص بروز هر گونه اتصالی در محفظة داخلی ترانسفورماتور و قطع سریع برق ورودی به آن می باشد. می دانیم که اصولاً ترانسفورماتورهای قدرت به وسیله مایع مخصوصی مانند روغن عایق کاری و خنک می شوند. به خاطر سرد و گرم شدن روغن مزبور ظرف انبساطی برای آن در نظر گرفته شده و این ظرف از طریق لولة رابطی به محفظه داخلی ترانسفورماتور متصل می باشد.رله بوخ هلتس بر روی لولة رابط بین ترانسفورماتور و ظرف انبساط قرار می گیرد و روغن از این لوله عبور می نماید.
بنابراین تمامی محفظه داخلی رله پر از روغن می باشد. هر گاه هر گونه اتصالی در محفظه داخلی ترانسفورماتور پدید آید، در نقطه اتصالی مقداری جرقه و قوس الکتریکی زده می شود. در نتیجه این عمل کمی از روغن اطراف محل اتصالی سوخته و تولید حباب های گازی شکلی را می نماید. این حباب های گازی به طرف قسمت فوقانی ترانسفورماتور حرکت نموده و از طریق لوله رابطة به رلة بوخ هلتس وارد شده و در قسمت فوقانی رله جمع می گردند. این رله دارای شناوری می باشد که با تجمع حباب های گاز، سطح روغن در رله پایین آمده و همراه با آن شناور نیز به پایین می آید. پایین آمدن شناور باعث بسته شدن کلید الکتریکی رله و تحریک مدار هشدار و یا قطع می گردد.
در بعضی از مدل های این رله از دو شناور استفاده شده که شناور بالایی برای تحریک مدار هشدار و شناور پایینی برای فرمان مدار قطع دستگاه مورد حفاظت می باشد و اگر مقدار جرقه و قوس الکتریکی در محفظه داخلی ترانسفورماتور شدید باشد، یک موج انفجاری در روغن داخلی ترانسفورماتور به وجود آمده و روغن ترانسفورماتور با سرعت زیادی به رلة بوخ هلهتس وارد می شود همانطوریکه قبلاً گفته شد، سرعت زیاد روغن باعث عملکرد دریچه ورودی رله می گردد. این دریچه با شناور پائینی رله هم محور بوده و مستقیماً باعث تحریک مدار قطع می شود. هر گاه در اثر علت های مختلفی از بدنة ترانسفورماتور مقداری روغن ریزش نماید، به مرور زمان سطح روغن در ظرف انبساط کاهش یافته و به رله بوخهلس می رسد.
در رله بوخ هلتس اگر سطح روغن همچنان کاهش یابد باعث عملکرد و تحریک مدار هشدار و قطع می گردد. در بعضی موارد مقداری هوای نشتی به رله راه یافته و مانند حباب های گاز باعث تحریک رله می شود. تنظیم درجه حساسیت رله بوخ هولتس کاملاً تجربی است و بستگی به ترانس و رله دارد. در هر حال باید دقت داشت که رله خیلی حساس نباشد، زیرا اضافه بار کم و جریانهای اتصال کوتاه شدید خارجی و حتی تغییرات درجه حرارت موسمی، سبب جریان پیدا کردن روغن می شود که نباید رله بوخ هولتس را بکار اندازد

رله سنجشی

رله ایست که بادقت و حساسیت معینی در موقع تغییر کردن یک کمیت الکتریکی و یا ‏یک کمیت فیزیکی دیگری شروع به کار کند. چنین رله ای برای مقدار معینی از یک ‏کمیت مشخص تنظیم می شود و اگر ان کمیت از مقدار تعیین و تنظیم شده کمتر ویا ‏بیشتر باشد رله ان تفییرات را می سنجد رله سنجشی بر دو نوع است: ساده و مرکب. ‏رله سنجشی ساده اغلب دارای یک سیم پیچی تحریک شونده می باشد که در اثر ‏تغییر جریان ویا ولتاژ تحریک و موجب وصل شدن کنتاکتی می شود. (رله حرارتی و رله ‏جریان زیاد و رله فشار کم) رله سنجشی مرکب دارای دو سیم پیچی تحریک شونده ‏می باشد مثل رله ای که نسبت ولتاژ و جریان را می سنجد (رله سنجش مقاومت ظاهری) ‏به کمک چنین سنجشی می توان ان قسمت از شبکه را که اتصالی شده است از مدار جدا ‏کرد.

‏رله زمانی

‏رله زمانی نه تنها در حفاظت تأسیسات الکتریکی بلکه در خود کار کردن آنها نیز مورد ‏استعمال بسیار دارد رله زمانی هیچ وقت به تنهایی به کار برده نمی شود بلکه با رله ‏سنجشی با حفاظت شبکه الکتریکی مصرف می شود و مورد استعمال ان در موقعی است ‏که تاخیری عمدی در عمل قطع و وصل مورد نظر باشد.

رله جهت یاب

برای کنترل و سنجش جهت توان و نبرو در شبکه الکتریکی و یا قسمتی از شبکه ‏جریان متناوب از رله جهت یاب استفاده می شود تعیین جهت نیرو برای حفاظت محلی و ‏سلکتیو در اغلب شبکه ها کاملاً ضروری و لازم است به کمک رله جهت یاب می توان فقط ‏ان قسمت از شبکه که خسارت دیده و معیوب شده از مدار خارج کرد حتی می توان از این ‏رله جهت حفاظت ژنراتور و توربین در موقع برگشت وات و نیرو نیز استفاده نمود در ‏جریان دائم برای تعیین و مشخص کردن نیرو تنها سنجش جریان کافی است و احتیاج به ‏سنجش توان ندارد

رله های جریانی

رله های جریانی به منظور حفاظت شبکه های الکتریکی در مقابل عیوب ناشی از خطاهای جریان بکار می روند.

معایبی که توسط رله های جریانی تشخیص داده می شوند

1. اتصال کوتاه در شبکه
2. اضافه جریان
3. اضافه بار
4. جریان نشتی
5. عدم تقارن جریان سه فاز
6. کاهش بار
7. افزایش مدت زمان راه اندازی
8. قفل بودن روتور

رله کنترل فاز وظایف این رله به شرح زیر است

1. تشخیص قطع یک یا دو فاز
2. تشخیص جابجایی فازها
3. قطع مدار در صورت متقارن نبودن ولتاژ سه فاز
4. اعلام افزایش ولتاژ
5. اعلام کاهش ولتاژ (با نشانگر >U)
6. قطع مدار در صورت وجود شوک های ناشی از قطع و وصل متوالی برق

عملکرد رله

پس از وصل شدن سه فاز و نول به ترمینال های L1 و L2 و L3 و MP در صورت مناسب بودن ولتاژها و صحیح بودن توالی فازها نشانگر U روشن می شود در صورت صحیح نبودن توالی فازها (روشن شدن نشانگر PH) میتوان با عوض کردن جای دو فاز این مشکل را رفع کرد و بعد از طی شدن زمان تاخیر (حوالی 10 ثانیه) با روشن شدن چراغ RLY کنتاکت 15 رله از 16 قطع و به 18 وصل می شود.
در صورت بروز هر گونه اشکالی در شبکه نشانگر مربوط به آن اشکال روشن میشود (برای مثال برای خطای دو فاز شدن و جابجایی فاز چراغ PH و برای افزایش یا کاهش ولتاژ چراغ های U روشن می شود) و با خاموش شدن نشانگر RLY رله داخلی قطع می شود. (اتصال 15 از 18 جدا شده و به 16 وصل می شود).
تنظیمات رله: بر روی اغلب کنترل فازها دو پیچ تنظیم وجود داردکه کاربرد آنها به شرح زیر است:

1. زمان عکس العمل: با این پیچ تنظیم می توان زمان تاخیر در قطع را تنظیم نمود که از آن برای پوشش دادن زمان استارت وجلوگیری از عمل رله در مواقع نامطلوب استفاده می شود.
2. حساسیت قطع فاز: با این پیچ تنظیم می توان نامتقارنی و ولتاژ برگشت را جهت قطع خروجی انتخاب کرد. ( در اکثر موارد حساسیت بین 15 تا 20 درصد مناسب است اما در موتور هایی که ولتاژ برگشت زیادی دارند می توان از حساسیت 5 درصد استفاده کرد و در صورتی که عدم تقارن ولتاژ موجود در شبکه مزاحم عمل عادی رله باشد می توان از حساسیت های 25 تا30 درصد استفاده کرد).