مقدمه :
در تاسیسات الکتریکی مانند شبکه انتقال انرژی ٍ مولد ها و ترانسفورماتورها و اسباب و ادوات دیگر برقی در اثر نقصان عایق بندی و یا ضعف استقامت الکتریکی ٍ دینامیکی و مکانیکی در مقابل فشارهای ضربه ای پیش بینی نشده و همچنین در اثر ازدیاد بیش از حد مجاز درجه حرارت ٍ خطاهایی پدید می آید که اغلب موجب قطع انرژی الکتریکی می گردد.
این خطاها ممکن است بصورت اتصال کوتاه ٍ اتصال زمین ٍ پارگی و قطع شدگی هادی ها و خورده شدن و شکستن عایق ها و غیره ظاهر شود.
شبکه برق باید طوری طرح ریزی شود که از یک پایداری و ثبات قابل قبول و تا حد امکان مطمئنی برخوردار باشد.امروزه قطع شدن برق برای مدت کوتاهی باعث مختل شدن زندگی فردی و قطع شدن برق کارخانه های صنعتی و مصرف کننده های بزرگ ٍ موسسه های علمی و پژوهشی به مدت نسبتاٌٌٌ طولانی موجب زیانهای جبران ناپذیر می شود لذا قطع شدن و یا قطع کردن دستگاهها و تجهیزات الکتریکی معیوب از شبکه لازم است ولی کافی نیست.
باید تدابیری بکار برده شود که برق مصرف کننده ای که در اثر بوجود آمدن عیب فنی از شبکه قطع شده است در کوتاه ترین مدت ممکنه مجدداٌ تامین گردد.
وظیفه رله این است که در موقع پیش آمدن خطا در محلی از شبکه برق ٍ متوجه خطا شود ٍ آنرا دریابد و شدت آنرا بسنجد و دستگاههای خبری را آماده کند و یا در صورت لزوم خود راساٌ اقدام کند و سبب قطع مدار الکتریکی شود.
در این نوشته سعی شده است رله های حفاظتی پیلوتی ٍ اساس کار آنها و همچنین طریقه ارسال اطلاعات در این رله ها مورد بررسی قرار گیرد.در شش فصل اول از آوردن عکس و مطلب در مورد رله های واقعی پرهیز شده است در فصل هشتم رله های مربوط به حفاظت پیلوتی پستهای اختصاصی مترومورد بررسی قرار گرفته است.
رله‌گذاری حفاظتی چیست؟
معمولا وقتی درباره یک سیستم برق‌رسانی می‌اندیشیم، اجزا چشمگیر آن از قبیل نیروگاههای بزرگ، ترانسفورماتورها، خطهای فشار قوی و غیره به ذهنمان می‌آید. در عین حال که این اجزا قسمتهای اصلی را تشکیل می‌دهند، بسیاری اجزای ضروری و جالب دیگر نیز در سیستم وجود دارد که رله‌های حفاظتی از همین دسته‌اند.
در اینجا نقش رله‌گذاری حفاظتی را در طراحی و کارکرد سیستمهای برق‌رسانی با بررسی مختصری از زمینه کلی موضوع توضیح می‌دهیم. سه جنبه مختلف سیستم برق‌رسانی در این بررسی به کار می‌آید. این جنبه‌های عبارتند از :
الف) بهره‌برداری عادی
ب) جلوگیری از بروز عیب الکتریکی
ج) محدودکردن پیامدهای بروز عیب الکتریکی
اصطلاح "بهره‌برداری" به حالتی اطلاق میشود که در دستگاهها عیبی نباشد. اشتباهی از افراد سر نزند و بلایی آسمانی رخ ندهد. در این حالت، حداقل امکانات برای تامین برق مصرف‌کنندگان فعلی و برآوردن مقداری از نیازهای قابل پیش‌بینی برای آینده فراهم است. پیش‌بینیهای لازم برای بهره‌برداری عادی، قسمت عمده هزینه‌های سرمایه‌ای و عملیاتی را در برمی‌گیرد. لکن سیستمی که تنها از این دیدگاه طراحی شده باشد چه بسا پاسخگوی نیازهای امروزی نباشد.
عیب کردن دستگاههای برق‌رسانی سبب خاموشی‌های تحمل‌ناپذیر میشود. از این رو باید پیش‌بینیهایی انجام داد تا خسارتهای وارد بر دستگاهها و قطع جریان برق در هنگام بروز عیب به حداقل کاهش یابد.
در اینجا دو راه چاره به نظر می‌رسد: اولا خصیصه‌هایی با هدف جلوگیری از بروز عیب در طراحی منظور کنیم و ثانیا به راههایی بیندیشیم که در هنگام بروز عیب دامنه خسارتها را کاهش دهد. در طراحی سیستمهای جدید از هر دو راه حل به درجات مختلف و با توجه به جنبه‌های اقتصادی هر مورد خاص استفاده میشود و هر روز پیشرفتهایی محسوستر در جهت افزایش اطمینان‌بخشی دستگاهها صورت می‌گیرد. اما از سوی دیگر وابستگی به نیروی برق نیز هر روز بیشتر میشود. در نتیجه اگر چه احتمال بروز عیب کاهش می‌یابد، از سوی دیگر قطع برق نیز تحمل‌ناپذیرتر میشود. از اینجا به بعد سودمندتر آن است که وقوع عیب را مجاز بشماریم و در عوض، چاره‌ای برای کم کردن دامنه خسارات آنها بیندیشیم.
بعضی از خصیصه‌های طرح و بهره‌برداری که هدف آنها کم کردن پیامدهای عیب است عبارتند از :
الف) خصیصه‌هایی که آثار مستقیم عیب را محدود می‌سازند.
طراحی به منظور محدود کردن مقدار جریان اتصال کوتاه
طراحی به منظور ایستادگی در مقابل تنشهای حرارتی و مکانیکی حاصل از اتصال کوتاه.
پیش‌بینی دستگاههای کسر ولتاژ با تاخیر زمانی بر روی کلیدها برای جلوگیری از قطع بارها در هنگام افتهای زودگذر ولتاژ.
ب) خصیصه‌هایی با هدف جداسازی فوری قسمت معیوب
رله‌گذاری حفاظتی
کلیدهای با قدرت قطع کافی
فیوزها
ج) خصیصه‌هایی که پیامدهای کنار رفتن قسمت معیوب را کم می‌کند.
مدارهای جانشین
ظرفیتهای ذخیره در مولدها و ترانسفورماتورها
بازبست خودکار
د) خصیصه‌هایی که در فاصله بین وقوع عیب تا حذف آن برای نگهداشت ولتاژ و پایداری سیستم وارد عمل شود.
تنظیم خودکار ولتاژ
مشخصه‌های پایداری مولدها
بنابراین رله‌گذاری حفاظتی یکی از چندین خصوصیت طرح سیستم در مورد به حداقل رساندن صدمات به دستگاهها و قطع برق در هنگام بروز عیب است. وقتی صحبت از حفاظت با رله به میان می‌آید منظور آن است که رله‌ها همراه با سایر وسایل به کاهش خسارات و بهبود خدمات‌رسانی کمک می‌کنند. پس تواناییها و شرایط کاربرد رله‌های حفاظت را باید همزمان با سایر خصیصه در نظر گرفت.
2-1) وظیفه رله‌گذاری حفاظتی
وظیفه رله‌گذاری حفاظتی این است که بی‌درنگ هر جز از سیستم برق‌رسانی را که دچار اتصال شود یا آغاز به عمل غیرعادی کند به طوری که احتمال خطر برود یا موجب مزاحمت برای عملکرد درست بقیه سیستم شود از مدار خارج سازد. وسایل رله‌گذاری در اجرای این وظیفه از کلیدهایی کمک می‌گیرند که قادرند جز معیوب را با دریافت فرمان از وسایل رله‌گذاری جدا کنند.
کلیدهای قدرت معمولا در جایی قرار می‌گیرند که می‌توانند هر مولد، ترانسفورماتور، باسبار، خط انتقال نیرو و غیره را کاملا از بقیه سیستم جدا سازد. این کلیدها باید ظرفیت کافی داشته باشند که بتوانند بیشترین جریان اتصال کوتاه را که امکان عبور آن از کلید هست موقتا تحمل و سپس قطع کنند. همچنین باید بتوانند بر روی چنین اتصال‌هایی بسته شوند و سپس براساس استانداردهای مشخص آن را جدا سازند.
در جاهایی که رله حفاظت و کلیدهای قدرت از لحاظ اقتصادی موجه نباشد فیوز به کار می‌رود. گرچه وظیفه اصلی رله‌گذاری حفاظتی، کاستن پیامدهای اتصال کوتاه است، حالتهای غیرعادی دیگری هم در بهره‌برداری روی می‌دهد که به کار رله‌های حفاظت نیاز پیدا میشود. این موضوع بویژه در مورد مولدها و موتورها صدق می‌کند.
وظیفه دوم رله‌گذاری حفاظتی این است که نشانه‌هایی از محل و نوع عیب به دست دهد. این‌گونه اطلاعات نه تنها به انجام شدن تعمیرات، سرعت می‌بخشد بلکه از راه مقایسه با نتیجه بازدید و نوسان نگارهای خودکار می‌تواند این امکان را فراهم آورد که کارآیی خود رله‌ها هم در جلوگیری از بروز عیب و کاستن دامنه خسارات ارزیابی شود.
3-1) اصول اساسی در رله‌گذاری حفاظتی
ابتدا فقط وسایل رله‌گذاری برای حفاظت در مقابل اتصال کوتاه را درنظر می‌گیریم. دو گروه از این وسایل وجود دارد که یکی رله‌گذاری "اصلی" و دیگری رله‌گذاری "پشتیبان" خوانده میشود. رله‌گذاری اصلی درواقع خط اول دفاعی را تشکیل می‌دهد و حال آنکه رله‌گذاری پشتیبان فقط وقتی عمل می‌کند که رله‌گذاری مقدم در انجام وظیفه خود شکست خورده باشد.
1-3-1) رله‌گذاری مقدم
شکل (1) رله‌گذاری مقدم را نشان می‌هد. نخستین اظهارنظر آن است که کلیدهای قدرت در محل اتصال هر جزء به سیستم جای گرفته اند.این پیش بینی اجازه می دهد که بتوان فقط جزء معیوب را از مدار جدا کرد. گاه می‌توان کلید بین دو جز مجاور را حذف کرد که در این حالت در هنگام عیب‌کرد یکی از این دو جز باید هر دو را از مدار جدا ساخت.
دومین نکته آن است که در اطراف هر جز از سیستم، یک منطقه حفاظت جداگانه‌ای بوجود می‌آید که اینک سخن بر سر چگونگی ایجاد آن نیست. اهمیت این مطلب در آن است که بروز عیب در هر منطقه سبب قطع همه کلیدهای واقع در آن منطقه خواهد شد.
همچنین آشکار میشود که در مقابل عیبهایی که در محل تداخل دو منطقه حفاظت مجاور روی دهد تعداد کلیدهای قطع شده بیش از کمترین تعدادی است که برای بیرون بردن قسمت معیوب ضرورت دارد. اما اگر مناطق با هم تداخل نکنند عیبی که در حد فاصل بین دو منطقه پیدا شود در هیچ منطقه‌ای قرار نمی‌گیرد و بنابراین هیچ کلیدی قطع نخواهد شد. از میان این دو حالت ، وجود تداخل ضرر کمتری دارد. میزان تداخل نسبتا کم و احتمال وقوع عیب در محل تداخل ناچیز است و درنتیجه قطع شدن تعداد زیادی کلید، بسیار نادر خواهد بود.