“رله” یکی از واژه هایست که شاید شما بارها و بارها آن را در طول تحصیل شنیده باشید و حتی برای یکبار هم که شده از نزدیک آن را ندیده باشید بخصوص رله های حفاظتی که تمرکز این مقاله بروی آنهاست، اما به هرحال در ابتدا به بررسی خود رله می پردازیم، المانی بسیار مهم در صنعت الکترونیک و البته قدرت که در نوع خودش نگه داری و کنترل سیستم های ما را به شدت آسان تر نمود.
رله حفاظتی چیست؟
هنگامی که ولتاژ یا دمای جریان برق بیش از حد مجاز تغییر میکند، رله ها با قطع کردن بخشی از مدار از دستگاه های مصرف کننده حفاظت می‌کنند. رله این کار را با استفاده از بازکردن کلیدهای قدرت انجام می‌دهد.
به صورت کلی میتوان گفت که این دستگاه از مصرف کننده‌های برق در برابر تغییرات کمیت های الکتریکی و فیزیکی محافظت لازم را به عمل آورده و دستگاهی که منجر به وجود این تغییرات شده است را به طول کلی از مدار خارج میکند. در این نوشته برخی از ویژگی‌های رله ها را مقایسه کرده و انواع آن را ذکر می‌کنیم.
دلایل اتصالی در تابلو برق
برخی از عوامل که منجر به ایجاد اتصالی می‌شود، درونی و برخی بیرونی هستند.
عوامل بیرونی : عوامل بیرونی زیاد هستند و تاثیرات بسیار زیادی هم بر شبکه ها دارند. یکی از مهم ترین آن ها رعد و برق است. از دیگر عوامل اضافه ولتاژ است که سبب می‌شود تا گرمای زیاد تولید شود. پدیده های طبیعی دیگری مانند افتادن درختان، پرنده ها، برف و بوران، توفان های سهمگین. هنگامی که یکی از این عوامل رخ می‌دهد با بروز اتصالی جریان در یک نقطه افزایش پیدا کرده و گرما زیاد شده و آتش سوزی رخ می‌دهد.
عوامل درونی: سامانه های توزیع و خطوط انتقال انرژی به این شیوه دچار آسیب می‌شوند. مثلا بافت قدیمی عایق ها و چیده نشدن درست آن ها، بافت قدیمی جداکننده ها در ژنراتور، خطوط و کابل ها و همچنین تراسفورماتورها.
نقش رله حافظتی برق
رله های حفاظتی وسیله ای است که برای محافظت از دستگاه های برقی که در اثر تغییر کمیت های الکتریکی یا فیزیکی تحریک می شود و موجب به کار افتادن دستگاه ها و تجهیزات معینی میگردد و دستگاه معیوب را از شبکه خارج می سازد.
به عبارت دیگر وظیفه به وسیله رله حفاظتی محل وقوع عیب از شبکه جداسازی می شود و سایر قسمت های سالم شبکه به کار خود ادامه می دهند و ثبات و پایداری شبکه حفظ می شود.
موارد استفاده از رله حفاظت
این لوازم و وسایلی که توضیح آن داده شد نیازمند حفاظت هستند زیرا اگر خطایی بر روی خط فشار قوی اتفاق بی افتد علاوه بر امکان اتش سوزی خسرات بسیار زیاد و جبران ناپذیری ایجاد میکند که وجود حفاظت را بسیار ضروری میکند.
حفاظت رله ها را میتوان به 6 صورت کلی تقسیم بندی کرد
- حفاظت کابل و خط
- حفاظت ترانس
- حفاظت موتور
- حفاظت ژنراتور برق
- حفاظت باسبار
- حفاظت سیستمها قدرت
مشخصات مهم برای یک رله حفاظتی
سرعت عملکرد:
میانگین زمانی بین تشخیص خطا و نشان دادن عکس العمل مناسب از سمت رله حفاظتی. این پارامتر در رله های حفاظتی بسیار حائز اهمیت است چون رله های حفاظتی هنگام خطا موظفند با سرعت هرچه تمامتر بخش های معیوب را از قسمت های سالم جدا نمایند.
حساسیت:
حداقل جریانی که رله نسبت به آن واکنش دارد.
پایداری:
عکس العمل درست رله حفاظتی در برابر کلیه خطاهای رخ داده در محدوده حفاظتی آن. این پارامتر به این باز میگردد که یک رله حفاظتی به تمامی خطاهایی که در محدوده حفاظتی خود به درستی عکس العمل نشان دهد و در مقابل خطاهای این محدوده عکس العملی نشان ندهد.
تشخیص و انتخاب در شرایط خطا:
تشخیص درست قسمت معیوب و جداسازی آن از شبکه. این پارامتر نیز بسیار مهم است زیرا در شبکه هایی که دارای چند باس بار و رله حفاظتی هستند هنگام وقوع خطا می باید قسمت معیوب به درستی تشخیص داده شده و از شبکه جدا گردد و قسمتهای سالم به کار خود ادامه دهد.
دسته بندی رله های حفاظتی
اگر رله ها را از نظر اتصال به شبکه دسته بندی کنیم دو نوع رله خواهیم داشت :
- رله حفاظتی اولیه : در این نوع رله سیم پیچی تحریک شونده رله مستقیما در مدار قرار داردمیگیرد بدون ترانس جریان یا ولتاژ
- رله حفاظتی ثانویه : در این نوع رله سیم پیچ تحریک شونده از سیم پیچ ثانویه ترانس جریان یا ولتاژ شبکه ای که محافظت می کند تغذیه می گردد.
دسته‌بندی رله‌های حفاظتی بر اساس پارامترهای اندازه‌گیری
- رله‌های گردشی: این رله‌ها بر پایه اندازه گردش ورودی به رله رفتار میکند. حال این گردش می‌تواندگردش در فازها، گردش در سیم نول، برآیند جبری گردشهای فازها باشد (رله‌های گردش بالا – رله‌های ارت فالت و …. ) و گردش ورودی رله می‌تواند کاستی دو یا چند گردش باشد (رله‌های دیفرانسیل و رستریکت ارت فالت)
- رله‌های ولتاژی: این رله‌ها بر پایه ولتاژ ورودی به رله عمل میکند این ولتاژ می‌تواند ولتاژ فازها باشد (رله‌های افزوده یا کمبود ولتاژ و …. ) یا می‌تواند برآیند جبری چند ولتاژ باشد (رله دگرگونی جای نوک تلاقی بردارهای سه فاز)
- رله‌های فرکانسی: این رله‌ها بر پایه بسامد ولتاژ ورودی عمل میکند (رله‌های افزایش و کمبود فرکانس)
- رله‌های توانی: این رله‌ها بر پایه توان عمل می‌کنند برای نمونه رله‌هایی که جهت توان را اندازه‌گیری می‌کنند یا رله‌هایی که توان اکتیو و راکتیو را اندازه‌گیری می‌کنند.
- رله‌های جهت دار: این رله‌ها از گونه رله‌های قدرت هستند که بر پایه زاویه بین بردارهای ولتاژ و جریان کار می‌کنند مانند رله‌های جریان زیاد جهت دار که در توانراه‌های چند سویه تغذیه زنجیره‌ای و موازی بکار می‌روند یا رله‌های جهت دار قدرت که برای پرهیز از چرخاکی شدن آفریدار هنگام برش کوپلینگ آن بکار می‌رود.
- رله‌های ناگذراییی (امپدانسی): مانند رله دیستانس که در توانراه‌ها کاربرد فراوانی دارند.
- رله‌های وابسته به اندازه‌های فیزیکی: مانند گرما – فشار – سطح آبینه‌ها (مایعات) و …. مانند رله بوخهلتس ترانسفورمرها
- رله‌های ویژه: رله‌هایی هستند که برای خواست‌های ویژه به کار می‌روند همچون رله شناسایی گزند کلید – رله پاییدن چرخه تریپ بریکر – رله لاک اوت و …. .
چند نوع رله حفاظتی وجود دارد؟
یکی از نکات مهمی که باید به آن توجه داشت این است که در سیستم قدرت، خطاهایی رخ می‌دهد که می‌توانند میزان ولتاژ و سایر کمیت ها را تغییر دهند. به همین خاطر دستگاه هایی که مقدار کمیت ها را اندازه گیری می‌کنند، می‌توانند به وجود آمدن خطا را پیش بینی کنند.
سیستم های حفاظتی در ابتدا با کمک ترانس های ولتاژ، میزان ولتاژ را کاهش داده و آن را برای دستگاه های مصرف کننده مناسب می‌سازند. اما انواع این رله های حفاظتی شامل چه مواردی است؟
رله ها انواع متفاوتی دارند:
- رله های حفاظتی ولتاژی
- رله های زمین محدود شده
- رله های برگشت توان
- رله حفاظتی در مقابل زمان استارت طولانی
- رله های فرکانسی
- رله های حفاظتی دیفرانسیل
- رله حفاظتی اضافه جریان
سرعت رفتار و حساسیت بالا از مهم ترین ویژگی‌های رله های حفاظتی است.
رله اضافه جریان
یکی از مهمترین رله های حفاظتی (Protection relays) در حفاظت خطوط انتقال، رله های اضافه جریان میباشند که وظیفه آنها تشخیص اضافه جریان در خط و حفاظت در برابر خطا و فالت و برطرف کردن آن است.
انواع رله از نظر طرز عملکرد
یک رله لچ (Latching relay) (که با نام‌های ایمپالس، نگهدارنده یا مانده نیز شناخته می‌شود) وضعیت کنتاکت‌ها را بدون نیاز به نیروی اعمالی به بوبین حفظ میکند. مزیت این رله در این است که یک بوبین بصورت لحظه‌ای تحریک می‌شود، درحالی که رله سوئیچ کرده و کنتاکت‌ها در همان وضعیت باقی می‌مانند حتی بعد از قطع برق (قطع تحریک بوبین).
درتصویر زیر یک نمونه رله لچ با آهنربای دائم دیده می‌شود
یک رله رید در واقع یک کلید باریک داخل سلونوئید می‌باشد. این سوئیچ دارای مجموعه‌ای از کنتاکت‌ها داخل یک لوله شیشه‌ای وکیوم شده یا پرشده با گاز نجیب می‌باشد تا از کنتاکت‌ها در برابر خوردگی محافظت نماید. کنتاکت‌ها با مواد مغناطیسی ساخته می‌شود که آنها را تحت تاثیر میدان مغناطیسی محصور یا یک آهنربا خارجی قرار می‌دهد.
در تصویر زیر در بالا و وسط سوئیچ رید و در پایین رله رید را مشاهده می‌کنید
2- رله رطوبت جیوه (Mercury-wetted relay)
رله رید رطوبت جیوه یک شکل از رله رید است که در آن کنتاکت‌ها با جیوه مرطوب می‌شود. در تصویر زیر رله رید رطوبت جیوه با کلیدزنی AC/DC و جریان حداکثر ۲ آمپر می‌باشد.
3-رله جیوه (Mercury relay)
رله جیوه یک رله‌ای است که از جیوه به عنوان عنصر سوئیچینگ استفاده میکند. این رله در مواردی کاربرد دارد که فرسایش کنتاکت رله‌های معمول مشکل ایجاد میکند. با توجه به استفاده از مقادیر زیاد جیوه و مشکلات زیست محیطی استفاده از این رله‌ها خیلی رایج نمی‌باشد.
4-رله پلاریزه (Polarized relay)
یک رله پلاریزه برای افزایش حساسیت بین قطب‌های یک آهنربای دائمی قرار دارد. رله‌های پلاریزه در اواسط قرن بیستم میلادی برای تشخیص پالس‌های ضعیف و اصلاح اغتشاشات تلگرافی استفاده شده اند.
5- رله ماشین ابزار (Machine tool relay)
یک رله ماشین ابزار یک نوع رله استاندارد برای کنترل صنعتی ماشین آلات، ماشین آلات انتقال و سایر کنترل‌های ترتیبی است. آنها با تعداد زیادی کنتاکت‌ها توصیف می‌شوند که به راحتی از حالت نرمال باز به حالت نرمال بسته تغییر وضعیت می‌دهند، کویل‌ها به راحتی قابل تعویض بوده و تعداد بسیاری از این نوع رله داخل یک تابلو کنترلی نصب می‌شوند.
6-رله کواکسیال (Coaxial relay)
در جایی که فرستنده و گیرنده رادیویی یک آنتن را به اشتراک می‌گذارد، اغلب یک رله کواکسیال به عنوان یک رله TR (فرستنده-گیرنده) استفاده می‌شود که آنتن را از گیرنده به فرستنده سوئیچ میکند.
رله تاخیر زمانی برای تاخیر خواسته، در عملکرد کنتاکت‌های خود تنظیم شده است. یک تاخیر بسیار کوتاه (کسری از یک ثانویه) از دیسک مسی بین سیم پیچ و تیغه متحرک استفاده میکند. جریان جاری در دیسک، میدان مغناطیسی را برای مدت کوتاهی حفظ میکند، زمان وصل کنتاکت را افزایش می‌دهد.
8- کنتاکتور (Contactor)
یک کنتاکتور یک رله سنگین با رنج‌های جریانی بالاتر می‌باشد که برای سوئیچینگ موتور‌های الکتریکی و بار‌های روشنایی استفاده می‌شود. نرخ جریان دائم برای اکثر کنتاکتور‌ها از ۱۰ آمپر تا چند صد آمپر می‌باشد.
9-رله حالت جامد (Solid-state relay)
یک رله حالت جامد یا SSR متشکل از اجزاء الکترونیکی حالت جامد است که عملکردی شبیه به یک رله الکترومکانیکی فراهم میکند، اما هیچ اجزایی متحرکی ندارد و قابلیت اطمینان در درازمدت را افزایش می‌دهد.
یک رله حالت جامد با استفاده از یک تریستور، تریاک یا دیگر تجهیزات سوئیچینگ حالت جامد، که توسط سیگنال کنترل فعال می‌شود و برای کلیدزنی بار تحت کنترل به جای استفاده از سلونوئید قطع و وصل را انجام می‌دهد.
یک رله استاتیک شامل مدار الکترونیکی است که دارای تمام ویژگی‌هایی است که توسط قطعات متحرک در یک رله الکترو مغناطیسی حاصل می‌شود.
11-رله کنتاکتور حالت جامد (Solid state contactor relay)
یک کنتاکتور حالت جامد یک رله حالت جامد سنگین کار است که دارای هیت سینک بوده، که از آن در مواردی که به قطع و وصل مکرر نیاز است مورد استفاده قرار می‌گیرد، مانند بخاری‌های الکتریکی، موتور‌های الکتریکی کوچک و بار‌های روشنایی.
رله خلا یک رله حساس با داشتن کنتاکت‌ها در یک محفظه شیشه وکیوم شده است تا بتواند ولتاژ‌های فرکانس رادیویی را تا ۲۰ هزار ولت بدون آرک بین کنتاکت‌ها برقرار کند، هرچند فاصله کنتاکت زمانی که باز می‌شود فقط چند صد اینچ است.
