آموزشی
رله اضافه‌جریان چیست؟ راهنمای کامل عملکرد، انواع و تنظیم رله اضافه‌جریان
رله اضافه‌جریان دستگاهی است که جریان یک فیدر، خط یا ترانسفورماتور را پیوسته اندازه می‌گیرد و اگر جریان از حد تنظیم‌شده بیشتر شود، پس از زمانی مشخص به کلید قدرت فرمان قطع می‌دهد. این رله رایج‌ترین وسیله حفاظت در شبکه‌های توزیع و فوق‌توزیع است و هدفش این است که بخش معیوب شبکه سریع جدا شود، تجهیزات آسیب نبینند و بقیه مشترکان برق‌دار بمانند. در این راهنما می‌بینید رله اضافه‌جریان چگونه کار می‌کند، عناصر ۵۰ و ۵۱ چه تفاوتی دارند، تنظیم آن بر چه اساسی انجام می‌شود و هنگام انتخاب یک رله اضافه‌جریان نیومریکال به چه نکاتی باید توجه کرد.
رله اضافه‌جریان دقیقاً چه کاری انجام می‌دهد؟
وقتی در شبکه برق اتصال کوتاه یا اضافه‌بار رخ می‌دهد، جریان از مقدار عادی خود بیشتر می‌شود. رله اضافه‌جریان این افزایش را تشخیص می‌دهد و تصمیم می‌گیرد که آیا باید مدار قطع شود یا نه، و اگر بله، با چه تأخیری. خود رله مدار را قطع نمی‌کند؛ بلکه فرمان قطع را به کلید قدرت (بریکر) می‌فرستد و کلید است که جریان را قطع می‌کند.
یک سامانه حفاظت اضافه‌جریان همیشه از سه جزء تشکیل می‌شود: ترانسفورماتور جریان برای اندازه‌گیری، رله برای تصمیم‌گیری و کلید قدرت برای قطع. اگر هرکدام از این سه حلقه کار نکند، حفاظت ناقص است؛ به همین دلیل سالم بودن مدار فرمان قطع کلید هم اهمیت دارد که در مقاله رله TCS چیست به آن پرداخته‌ایم.
جریان از کجا به رله می‌رسد؟ نقش ترانسفورماتور جریان (CT)
جریان واقعی یک فیدر فشار متوسط ممکن است صدها آمپر باشد و در زمان اتصال کوتاه به چند هزار آمپر برسد. رله مستقیماً به این جریان وصل نمی‌شود؛ ترانسفورماتور جریان (CT) جریان اولیه را با نسبت مشخص به مقدار استاندارد ۱ یا ۵ آمپر کاهش می‌دهد و رله جریان ثانویه را می‌خواند. به همین دلیل در برگه مشخصات رله‌های حفاظتی عبارت «جریان نامی 1A / 5A» دیده می‌شود.
برای مثال اگر نسبت CT یک فیدر 400/5 باشد و جریان فیدر ۳۲۰ آمپر شود، رله جریانی معادل ۴ آمپر را می‌بیند. تنظیم‌های رله معمولاً بر حسب ضریبی از جریان نامی (In) یا مستقیماً بر حسب آمپر اولیه وارد می‌شوند.
عنصر لحظه‌ای (۵۰) و عنصر زمان‌دار (۵۱)
در کدگذاری استاندارد ANSI (IEEE C37.2)، هر تابع حفاظتی یک شماره دارد. دو شماره اصلی حفاظت اضافه‌جریان عبارت‌اند از:
| کد ANSI | نام | رفتار | کاربرد معمول |
|---|---|---|---|
| 50 | اضافه‌جریان لحظه‌ای | با عبور جریان از حد تنظیم، تقریباً بدون تأخیر عمل می‌کند | اتصال کوتاه‌های شدید و نزدیک به رله |
| 51 | اضافه‌جریان زمان‌دار | با تأخیر عمل می‌کند؛ تأخیر به شدت جریان یا یک زمان ثابت بستگی دارد | اضافه‌بار و اتصال کوتاه‌های دورتر، هماهنگی با رله‌های دیگر |
| 50/51N | اضافه‌جریان نول (خطای زمین) | جریان نول یا مجموع سه فاز را می‌سنجد | خطای فاز به زمین |
در عمل، رله‌های امروزی چند پله (Stage) از هر عنصر دارند؛ مثلاً یک پله زمان‌دار برای اضافه‌بار و یک پله لحظه‌ای با جریان تنظیم بالا برای اتصال کوتاه شدید. حرف P در کدهایی مثل 50/51P به فاز و حرف N به نول اشاره دارد.
زمان عملکرد: منحنی معکوس یا زمان ثابت؟
عنصر زمان‌دار به دو شکل تنظیم می‌شود. در حالت زمان ثابت (Definite Time) رله پس از عبور جریان از حد تنظیم، همیشه پس از یک زمان مشخص عمل می‌کند. در حالت زمان معکوس (IDMT) هرچه جریان بیشتر باشد، رله زودتر عمل می‌کند؛ رفتاری که با ماهیت گرمایی تجهیزات و نیاز به هماهنگی میان رله‌ها سازگارتر است.
| ویژگی | زمان ثابت | زمان معکوس (IDMT) |
|---|---|---|
| زمان عملکرد | مستقل از شدت جریان | کاهش با افزایش جریان |
| سادگی تنظیم | ساده | نیازمند انتخاب منحنی و TMS |
| هماهنگی با فیوز و ریکلوزر | محدودتر | بهتر |
| کاربرد رایج | شبکه‌هایی با سطح اتصال کوتاه نسبتاً ثابت | بیشتر فیدرهای توزیع و فوق‌توزیع |
منحنی‌های معکوس استاندارد در IEC 60255-151 تعریف شده‌اند. جزئیات این منحنی‌ها، ضرایب آن‌ها و روش انتخاب ضریب زمانی را در مقاله منحنی‌های زمان معکوس IEC و انتخاب ضریب TMS شرح داده‌ایم.
هماهنگی حفاظتی: چرا نزدیک‌ترین رله باید اول عمل کند؟
در یک شبکه شعاعی، از پست فوق‌توزیع تا مشترک چند رله، ریکلوزر و فیوز پشت سر هم قرار دارند. اگر خطایی در انتهای یک فیدر رخ دهد، همه این وسایل جریان خطا را می‌بینند. هدف هماهنگی حفاظتی (Selectivity) این است که فقط وسیله‌ای که نزدیک‌ترین به محل خطاست عمل کند و بقیه به‌عنوان پشتیبان فقط در صورت عمل نکردن آن وارد شوند.
- جریان تنظیم هر رله بالاتر از حداکثر جریان بار و پایین‌تر از حداقل جریان خطای ناحیه حفاظتی آن انتخاب می‌شود.
- منحنی رله‌های پشت سر هم ترجیحاً از یک خانواده انتخاب می‌شود تا منحنی‌ها یکدیگر را قطع نکنند.
- ضریب زمانی رله بالادست طوری تنظیم می‌شود که در همه سطوح جریان خطا، فاصله زمانی کافی (حاشیه هماهنگی) با رله پایین‌دست داشته باشد.
- عنصر لحظه‌ای فقط تا جایی تنظیم می‌شود که برای خطاهای ناحیه رله پایین‌دست عمل نکند.
رله اضافه‌جریان الکترومکانیکی، استاتیک یا نیومریکال؟
رله‌های اضافه‌جریان سه نسل اصلی داشته‌اند. رله‌های الکترومکانیکی با دیسک القایی کار می‌کردند، رله‌های استاتیک با مدارهای الکترونیکی آنالوگ، و رله‌های نیومریکال جریان را نمونه‌برداری کرده و با میکروپروسسور پردازش می‌کنند. نسل نیومریکال امروز استاندارد پست‌های جدید و پروژه‌های نوسازی است.
| قابلیت | الکترومکانیکی | نیومریکال |
|---|---|---|
| تعداد توابع در یک دستگاه | معمولاً یک تابع | چند تابع (فاز، نول، وصل مجدد، خرابی کلید و…) |
| ثبت رویداد و خطا | ندارد | دارد، با برچسب زمانی |
| ثبت شکل موج اغتشاش | ندارد | دارد (قالب COMTRADE) |
| ارتباط با سامانه پایش | ندارد | RS-485 / Modbus و… |
| خودآزمایی | ندارد | دارد |
مقایسه کامل‌تر را در مقاله مزایای رله نیومریکال نسبت به رله‌های الکترومکانیکی بخوانید.
نمونه کاربردی: رله OCR-P101 ساخت ایران
رله اضافه‌جریان و خطای زمین نیومریکال OCR-P101 نخستین رله نیومریکال از این نوع است که در ایران طراحی و ساخته شده و توسط توان انرژی پرداز پارسیان در پارک علم و فناوری فارس، شیراز تولید می‌شود. این رله برای حفاظت اصلی یا پشتیبان در شبکه‌های فشار متوسط و فشار قوی، خطوط هوایی، کابل‌های زمینی، مشترکین فشار متوسط و صنایع به کار می‌رود.
| مشخصه | مقدار (از بروشور محصول) |
|---|---|
| توابع حفاظتی | 50/51P · 50/51N · 50/51NS · 50/51NR · 79 · 50BF · CLP · 74TC/CC |
| جریان نامی | 1A / 5A |
| ورودی CT | 4 |
| گروه تنظیمات | 2 |
| ثبت رویداد / خطا / اغتشاش | 1024 / 20 / 5 |
| منحنی‌ها | IEC 60255-151 |
| ارتباط | RS-232 جلو · RS-485 ایزوله (Modbus) پشت |
چک‌لیست انتخاب رله اضافه‌جریان برای پست یا کارخانه
- جریان نامی ثانویه CT (1A یا 5A) و تعداد ورودی‌های جریان مورد نیاز.
- توابع لازم: فقط اضافه‌جریان فاز، یا فاز و خطای زمین، وصل مجدد خودکار (79) و حفاظت خرابی کلید (50BF).
- منحنی‌ها: پشتیبانی از منحنی‌های استاندارد IEC برای هماهنگی با تجهیزات موجود.
- ثبت اطلاعات: تعداد رویداد، خطا و شکل موج اغتشاش برای تحلیل پس از حادثه.
- ارتباط: پورت RS-485 و پروتکل Modbus برای اتصال به اتوماسیون پست.
- نرم‌افزار: امکان تنظیم و خواندن اطلاعات به زبان فارسی برای بهره‌برداران.
- پشتیبانی: گارانتی، خدمات پس از فروش و دسترسی به سازنده؛ مزیت مهم تأمین از سازنده داخلی.
اگر برای انتخاب مدل یا تنظیمات به راهنمایی نیاز دارید، کارشناسان توان انرژی پرداز در شیراز پاسخ‌گوی شما هستند؛ از طریق صفحه تماس با ما درخواست مشاوره ثبت کنید.
جمع‌بندی
رله اضافه‌جریان پایه حفاظت شبکه‌های توزیع و فوق‌توزیع است: جریان را از طریق CT می‌خواند، با عنصر لحظه‌ای خطاهای شدید را فوری و با عنصر زمان‌دار اضافه‌جریان‌های خفیف‌تر را با تأخیر قطع می‌کند. کیفیت حفاظت به انتخاب درست جریان تنظیم، منحنی و ضریب زمانی و هماهنگی میان رله‌ها بستگی دارد. رله‌های نیومریکال با ترکیب چند تابع، ثبت رویداد و ارتباط با سامانه پایش، این کار را دقیق‌تر و قابل ردیابی‌تر کرده‌اند.
گام بعدی: برای آشنایی با انواع خطا، مقاله تفاوت اضافه‌بار، اتصال کوتاه و خطای زمین را بخوانید یا مشخصات کامل محصولات حفاظتی توان انرژی پرداز را ببینید.
پرسش‌های متداول
فیوز با ذوب شدن یک المنت مدار را قطع می‌کند و پس از عمل باید تعویض شود؛ رله اضافه‌جریان فقط تصمیم می‌گیرد و فرمان قطع را به کلید قدرت می‌دهد. رله قابل تنظیم است، می‌تواند با رله‌های دیگر هماهنگ شود، اطلاعات خطا را ثبت کند و پس از رفع خطا، کلید دوباره وصل می‌شود.
عنصر ۵۰ لحظه‌ای است و برای جریان‌های بسیار زیاد اتصال کوتاه تقریباً بدون تأخیر عمل می‌کند. عنصر ۵۱ زمان‌دار است و با تأخیری که به شدت جریان (منحنی معکوس) یا یک زمان ثابت بستگی دارد عمل می‌کند تا هماهنگی با رله‌های پایین‌دست حفظ شود.
عنصر فاز همیشه خطای زمین را تشخیص نمی‌دهد، چون جریان خطای زمین ممکن است از جریان بار کمتر باشد. برای این منظور عنصر خطای زمین (50/51N) و در موارد حساس عنصر خطای زمین حساس به کار می‌رود. رله OCR-P101 هر دو را در یک دستگاه دارد.
رله اضافه‌جریان و خطای زمین نیومریکال OCR-P101 توسط توان انرژی پرداز پارسیان در پارک علم و فناوری فارس، شیراز طراحی و تولید می‌شود و دارای گارانتی و خدمات پس از فروش است. برای استعلام و انتخاب مدل با شماره ۰۷۱-۳۶۳۵۹۳۴۳ تماس بگیرید.
