دانلود مقاله رله دیستانس

مقدمه

رله دیستانس اولین بار در آلمان در سال 1923در یک شبکه فشار قوی نصب گردید.این رله یک رله حفاظتی است که زمان قطع آن تابع مقاومت طول سیم می باشد.در اغلب اوقات باید زمان قطع رله  تابع محل اتصال کوتاه نسبت به رله باشد؛واز این جهت بایدزمان قطع هررله ؛تابع جهت معینی از انرژی اتصال کوتاه نیز گردد.با توجه به اینکه هر چه محل اتصالی رله بیشتر باشد مقامت ظاهری قطعه سیم بین محل اتصالی تا رله بزرگتر میگردد.از آنجا که در رشد تاسیسات برقی رابطه مستقیمی بین مقاومت و طول سیم موجود است؛لذا با استفاده از رله دیستانس بعنوان رله حفاظتی در سراسر خطوط انتقال انرژی ؛عملا ومشکل حفاظت موضعی و سلکتیو وتنظیم جهش زمانی رله های پی در پی نیز برطرف می گردد.

اگر یک شبکه حلقوی را با رله های دیستانس حفاظت کرده باشیم در آن اگراتصال کوتاهی رخ دهد تمام رله های دیستانس موجود که جریان اتصال کوتاه از آن عبور           می کند تحریک میشوند؛ولی فقط نزدیکترین رله به محل اتصالی موفق به قطع سیم اتصال شده از شبکه می شودزیرا قطعه سیم بین این دو نقطه نزدیکترین مقاومت را شامل است و بدین جهت زمان قطع این رله نیز از همه کوتاهتر است.

رله دیستانس را می توان جهت هر نوع شبکه ای با هر فشار الکتریکی بکار برد.برای حفاظت شبکه های با ولتاژ بالاتر از 60هزار ولت؛امروزه فقط از رله دیستانس  استفاده میشود.

1-عضو سنجشی(عضو زمانی)      

2-عضو تحریک کننده   

3-عضو جهت یاب

4-رله های کمکی

در ضمن باید دانست که عضو سنجشی رله دیستانس مطلقا مقدار قدر مطلق عوامل مؤثر را نمی سنجد ،بلکه تغییرات مقدار کمیتی را که قبلا تنظیم شده است می سنجد .

عامل مؤثر در رله دیستانس می تواند هر یک از کمیتهای زیر باشد:

1-مقاومت ظاهری (امپدانس)

2-هدایت ظاهری(ار میتانس)

3-مقاومت اهمی Zcos(رزیستانس)

4-هدایت اهمی (کندو کتانس)

5-مقاومت غیر اهمیZsin (راکتانس)

6-هدایت غیراهمی (سوسپتانس)

7-امپدانس مخلوط

رله ای  که کمیت Zرا می سنجد رله امپدانس ورله ای که کمیت X را می سنجد رله را کتانس گفته می شود.

- دستگاه مختصات    R-Xو اصول مربوط به آن

با استفاده از این دستگاه مختصات می توان نمودار مشخصه عملکرد هر رله فاصله را بر نمودار مشخصه هر سیستم برق رسانی سوار کرد و پاسخ رله را بی درنگ مشخص ساخت.

رله فاصله به ازای رابطه معینی بین مقدار جریان و ولتاژ و اختلاف فاز بین آنها عمل خواهد کرد.در هر موقعیت مفروض از استقرار رله فاصله،بعضی روابط مشخص بین ولتاژ جریان و اختلاف فاز وجود خواهد داشت.بنابر این،طریقه کار این است که نموداری بسازیم که روابط بین این سه کمیت را (اولا )آن طور که سیستم به وجود می آید و(ثانیا) آن گونه که برای  عملکرد رله لازم است نشان دهد .

همانگونه که بیان شد ،در دستگاه مختصات R-X  ،سه متغییر ولتاژ و جریان واختلاف فاز به دوم متغییر تبدیل می شوند.این منظور،از تعیین خارج قسمت مقدار مؤثر ولتاژ بر مقدار مؤثر جریان که امپدانس نام دارد حاصل می شود(با امپدانس)کاری فعلا نداریم).سپس مؤلفه های مقاومت و راکتانس Z را از روی رابطه های آشنا R=ZcosوX=Zsi استخراج می کنبم.راوقتی مثبت می دانیم که با فرض همبندیهای معینی در رله ومبادی مقایسه مشخص،I نسبت به Vپس افت د اشته باشد.

این مقادیرRو X،مختصات نقطه ای در دستگاه R-X هستند که ترکیب معینی از V و I ورا نشان می دهند.,R X می توانند مقادیر مثبت یا منفی اختیار کننداما Z همیشه باید مثبت باشد.هر مقدار منفیZ راکه از گذاردن مقادیر خاصی از در معادله بدست آید باید نادیده گرفت،زیرا این مقدارهای منفی ارزش عملی ندارند.

(تصاویر در فایل اصلی موجود است)

در شکل صفحه بعد،دستگاه مختصاتR-X ونقطهP که نمایشگر مقدارهای ثابتی از VوIو است دیده می شود ودر این شکل ،فرض بر این است که I مقداری کمتر از 90 درجه نسبت به Vپس افت داشته باشد.

پاره خط مستقیمی که ا ز مبدابه نقطه Pکشیده شود مقدار Z را نمایش می دهدو زاویه ای است که در جهت پاد ساعتگر از محور +R بطرف Z اندازه گیری می شود.

پیداست که محل نقطه P رامی توان با دانستن مقدارهای Zووبدون استخراج مؤلفه های RوXبدست آورد،و یا محاسبه نسبت مختلط VبرI،مقادیر RوXرا مستقیما وبدون در- نظرگرفتن تعیین کرد.

اگر V وIوتغییر کنند می توان چندین نقطه را در دستگاه مختصات مشخص ساخت و از بهم پیوستن آنها یک منحنی بدست آورد که مشخصه عملکرد را نمایش دهد .

قرار داد های سوار کردن مشخصه های رله و سیستم برق رسانی بر یکدیگر

نمودار مشخصه سیستم برق رسانی به منظور تعیین عملکرد رله هر دو نمودار باید بر یک مبنا تهیه شده باشند.هر رله مفروض  در پاسخ به ولتاژ وجریانی که ا ز فاز  فازهای خاص گرفته شده است عمل می کند.بنا بر این مشخصه سیستم برق رسانی باید بر حسب کمیتهای مربوط به همان فاز بصورتی که در محل نصب رله وجود دارند ترسیم شود.علاوه بر این ،واحدهای اندازه گیری مختصات رله و  سیستم باید یکسان باشند برای این منظور معمولا از روش یک درصدی استفاده می شود.اگر اهم های واقعی بکار روند مشخصه های هر دو سیستم برق رسانی و رله باید به یکسان بر مبنای کمیتهای اولیه و یا ثانویه باشند  و نسبتهای تبدیل جریان و ولتاژ بصورت زیر  در محا سبات منظور شوند .

لاخره هر دو مختصه باید دارای مقیاس یکسان باشند زیرا برخی از مشخصه ها در صورتی که مقیاسها را یکسان بگیریم دایره ای خواهند بود .

لازم است برای مرتبط ساختن مشخصه ر له با مشخصه سیستم برق رسانی در دستگاه مختصات R-X قراری بگذاریم.قرار مزبور باید این نیا ز را برآورده سازد که در حالتهایی که سیستم،نیاز به عملکرد رله دارد مشخصه سیستم درمنطقه عملکرد مشخصه رله واقع شود.قرارها چنین است که علامتهای RوXرا وقتی مثبت می گیریم که توان حقیقی و توان واکنشی پس افتی در حالت بار متعادل سه فازه در سوی قطع کنندگی رله فاصله بگذرند.در اینجا فرض بر این است که وقتی جریان در سوی معینی،بار را چنان تغذیه کند که گویی راکتانس بار عمدتا القایی است،گذر توان پس افتی نیز در همان سو باشد .معمول این است که وقتی بار له های فاصله سر و کار داریم هدف هم همین است جریان و ولتاژ های مثلثی را بعنوان مبنا برای ترسیم مشخصه های رله و سیستم به کار برند ویا هنگامی که رله های فاصله زمین در کار باشند از جریان فاز و ولتاژ فاز به زمین متناظر با آن استفاده کنند.در هر یک از دو  حالت،سه رله در کار است که هر کدام جریان و ولتاژ خود را از فازهای متفاوتی می گیرند.

هر یک از ترکیبهای جریان و ولتاژ ستاره ای یا  مثلثی در حالت بار سه فازه متعادل نقطه واحدی را در مختصات R-X  به دست می دهند.

برای نمایش این قرار داد به شکل صفحه بعد رجوع می کنیم که درآن رله فاصله از ولتاژ و جریان محل مفروضی از از سیستم استفاده می کند.مختصات نقطه امپدانس در مختصات R-Xکه مبین حالت سیستم سه فازه ای متعادل در حالتی است که از سوی قطع کنندگی رله نگاه شود جدولی حاصل می شو دکه جدول نیز در صفحه بعد رسم شده است.

در این رابطه ها (رابطه های صفحه قبل)Vمقدار ولتاژ فاز به فاز،W توان حقیقی سه فازه است.RوXمؤلفه های امپدانس توالی فاز مثبت هستند که در حالت بار سه فازه متعادل از تقسیم ولتاژ بین فاز و زمین بر جریان نظیر همان فاز بدست می آیند تمام کمیتها در رابطه ها باید بر حسب مقادیر واقعی (یعنی اهم،ولت و ولت امپر واکنشی)ویا همگی بر حسب پریونیت بیان شوند.

با بکار بردن علامتهای درست برای RوX می توان نقطه ای را بر صفحه مختصات

 R-Xمشخص کرد که امپدانس هر بارسه فازه متعادل را درسیستم نشان دهد.مثلا نقطه P در صفحه مختصات R-X ،نماینده حالتی است که توان حقیقی و توان واکنشی پس افتی از نقطه AبهBدر سوی قطع کنندگی رله می گذرند.

در موارد بار عادی ،فقدان همزمانی ،فقدان تحریک واتصالی سه فازه که همه از حالتهای متعادل سه فازه هستند مشخصه سیستم در نظر هر یک از رله های فاصله منصوب روی

فاز های مختلف به یکسان ظاهرخواهد شد.در اتصالیهای نامتعادل مشخصه در نظر هر یک از رله هاب صورت متفاوتی جلوه خواهد کرد.

با بکار بردن رله های نوع فاصله بطور منفرد یا مرکب،می توان هر منطقه از صفحه مختصات R-X را محصور کرد و یا با کمک مشخصه های یک یا چند رله از قسمتهای دیگر جدا ساخت.با آگاهی از منطقه ای که مشخصه ای از سیستم در آن واقع می شود یا از آن می گذرد می توان مشخصه رله فاصله را به طرزی قرار داد که رله به ازای مشخصه ویژه ای از سیستم ،عملکرد دلخواهی  را در پیش گیرد .

(تصاویر در فایل اصلی موجود است)

-طرز کار رله دیستانس

با توجه به شکل،طرز کار رله دیستانس را می توان بطور ساده بیان نمود.

از الکترو مغناطیس 2جریانی که متناسب با جریان اتصال کوتاه است عبور می کند

  بمحض اینکه جریان اتصال کوتاه بمقدار معین رسید،هسته داخلی آن جذب شده و کنتاکتها بسته می شود ودر نتیجه مدار رله قطع کننده کلید اصلی بسته شده و سبب قطع کلید می گردد.در ضمن الکترومغناطیس 3  نیز بروی فشار خط بسته می شود و از بوبین آن جریانی که متناسب با فشار این نقطه از شبکه است عبور می کند.

الکترو مغناطیس 3 نیروی مقاوم رله را تولید میکند و سبب گشتاوری در خلاف جهت گشتاور نیروی الکترو مغناطبس 2می شود.لذا هر چه ولتاژ بیشتر باشد یا بعبارت دیگر هر چه اتصال کوتاه از محل نصب رله دورتر باشد نیروی مقاوم الکترو مغناطیس 3بیشتر و در ضمن مقاومت ظاهری خط تا نقطه اتصالی نیز بیشتر میشود.عمل سنجش ولتاژ و جریان بسته به نوع رله دیستانس بصورت اندازه گیری امپدانس یا راکتانس یا ادمیتانس صورت می گیرد .این سنجش معمولا توسط مقایسه کننده ها بعمل می آید.

-معادله عمومی مقایسه کننده ها با انتخاب یک حالت خیلی عمومی برای بررسی تمام مشخصه های رله های دیستانس فرض می کنیم s وs دو سیگنال ورودی باشند بطوریکه روابط فازی یا دامنه ای آنها چنانچه به مقادیر از پیش تعیین شده ای برسند عمل ققطع انجام شود.سیگنالهای ورودی از طریق ترانسهای جریان و ولتاژ توسط کمیتهای موجود در سیستم قدرت تامین می گردند.صورت کلی یک مقایسه کننده بصورت زیر نشان داده می شود : معادله این مقایسه کنند بدین حالت می باشند: که و مقادیر اسکا لر ثابتی بوده و و نیز ،بردارهای ثابتی با زوایای ومی باشند با فرض Aبعنوان بردار مرجع و اینکه بردار B به اندازه از آن پس فاز می باشند.

-تجز یه و تحلیل مقایسه کننده دامنه اگر ملاک عمل کردن برای مقایسه کننده بصورت بیا ن شده باشد .

بنا بر این در آستانه عمل کنندگی خواهد بود و معادلات بالا را می توان بصورت زیر نوشت: معادله فوق را مرتب می کنیم : معادله 2 را بر تقسیم می کنیم با توجه به فرضیات معادله فوق را می توان بدین صورت نوشت: معادله اخیر در صفحه که J|B/A|SIN و |B/A|COS محورهای آن می باشند و با J|B\A|q , |B/A|p نمایش داده می‌شوند.

نمایشگر یک دایره به مشخصات: -تجزیه و تحلیل مقایسه کننده فاز دو کمیتی که باید مقایسه گردند و میباشند اگر زاویه فاز مربوط به کمیت ورودی باشد ،زمانی که حاصلظرب و مثبت می باشد رله عمل خواهد نمود ،این حا صلظرب وقتی حداکثر می باشدکه دو کمیت هم فاز باشند .تمام مشخصه های قرار دادی رله ها می توانند تو سط یک مقایسه کننده فازی متقارن که90 =- میباشد بد ست آیند.بنا بر این در آستانه عمل شرایط زیر برقرار می باشد.

با توجه به معادله کلی مقایسه کننده ها (1) که میتوان به این صورت نیز بیان نمود: و این دایره دارای شعاع می باشد .

در بیشتر رله ها یکی از ثوابت را (K1,K2,K3,K4)صفر فرض نمود و دو تای دیگر را برابر در نظر می کیرند .

هم چنین زاویه دو برابر ثابت را نیز برابر فرض می کنند و یا چنین فرضیاتی ، شرایط عملی بسیار ساده میگردد.

حال اگر = فرض شود مقادیر c و را می