حفاظت ژنراتور

ژنراتورهای سنکرون ماشینی است که برای تبدیل انرژی مکانیکی به انرژی الکتریکیac  به کار می رود.در ژنراتور سنکرون یک ولتاژ  dc به رتور داده می شود تا میدان مغانطیسی رتور شکل بگیرد و سپس رتور به حرکت در می اید و در سیم پیچ های استاتور ولتاژ سه فاز القاء می کند.برای رساندن جریان dc به رتور مکانیزم خاصی مورد نظر است

1-رساندن توان از یک منبع خارجی به رتور توسط حلقه های لغزان و جاروبکها(در این حالت استهلاک زیاد است وبیشتر در ژنراتورهای کوچک کاربرد دارد)

2-رساندن توان از یک منبع خاص که مستقیما بر روی محور ژنراتور نصب شده است(در ژنراتورهای بزرگ)

ژنراتورها به عنوان تولید کننده انرژی به صورت سنکرون با شبکه در حال بهره برداری بوده تحت تاثیر شبکه مصرف و تغییرات مداوم بار واقع می باشند بهره برداری مرتب و منظم ژنراتورها در هر لحظه به کیفیت بهره برداری شبکه بستگی داشته در صورت بروز هرگون اختلال

در شبکه احتمال خارج گشتن ژنراتور از حالت سنکرون موجود می باشد.

 روش اتصال ژنراتور به شبکه و تامین مصرف داخلی:

ژنراتورها مشابه سایر تجیهیزات برقی با کلید به شبکه سه فاز استفاده وصل می شود به منظور انتقال قدرت تولیدی به شبکه از ترانسفورماتور بالابر استفاده می شود این روش برای تمام ژنراتورهای که قرار است در شبکه های گسترده مورد استفاده قرارگیرند استفاده می شود و چون ولتاژ تولیدی ژنراتورها از ولتاژ انتقال کمتر می باشد باید از این ترانسفورماتور بالابر ولتاژ استفاده شود و اینکه  چرا شبکه های برق ولتاژ را تحت ولتاژ بالا انتقال می دهند  به دلیل صرفه اقتصادی.

  بنابراین ژنراتورها با استفاده از یک کلید به شبکه وصل می شوند هنگامی که شبکه مصرف هم ولتاژ با خروجی ژنراتور باشد ژنراتور بدون ترانس و به صورت مستقیم مصرف کننده ها را تغذیه می کند کلید قبل از ترانس بالابر استفاده می شود  و قبل از ترانس بالابر یک شین وجود دارد که از آن برای مصرف داخلی ژنراتور استفاده می شود به منظور راه اندازی نیروگاه به نیروی کمکی نیاز می باشد انرژی مورد نیاز برای راه اندازسیستم های خنک کننده و سیستم های روغن کاری مدار تحریک پمپ سوخت و ... به مصرف داخلی ژنراتور معروف می باشد

هنگامی که قدرت ژنراتور از حدود 100مگاوات تجاوز می نماید نصب کلید در خروجی ژنراتور با مشکلات زیادی همراه خواهد بود چون قطع وصل این کلید جریان زیادی را طلب می کند و برای قطع ووصل این جریان باید کنتاکت های بسیار بزرگی داشته باشیم که این کنتکت ها وزن زیادی خواهند داشت و عملا برای ژنراتور ها ی به این بزرگی استفاده

از کلید بعد ازترانسفورماتور بالابر استفاده می شود.

مقدار انرژی مصرفی برای نیروگاه های حرارتی بستگی به مصرف سوخت 5-10%  و در نیروگا ه های آبی به حدود کمتر از2% قدرت اسمی برای هر واحد بالغ می گردد

چون  اتصالی در خروجی ژنراتورهای بزرگتر از 100 مگاوات خطرناک است به همین دلیل شین متصل بین ترانسفورماتور بالابر و ژنراتور داخل کانالهای بلوکی  قرار می گیرد تا احتمال اتصالی  فاز به فاز در آن کاهش یابد

اتصالی های سه

 فاز و فاز-فاز در ژنراتورها

اتصالی های فازدر سیم پیچی استاتور ،شامل عیوب دو فاز و سه فاز با هم،در ردیف خطرناک ترین  نوع اتصالی ها محسوب می شود.بروز این اتصالی ها در سیم پیچ استاتور با برقراری حداکثر جریان عیب همراه بوده ،جریان عیب با مقدار قابل ملاحظه بالغ بر چند ده برابر جریان اسمی ژنراتور به صورت قوس در محل اتصالی صدمه و خسارات فراوان را به

سیم پیچی ها و ایزولاسیون آنان وارد می سازد.بدین برقراری جریان اتصالی موجب سوختن سیم پیچی ها وایزولاسیون آنها می گردد.جریان عیب در محل اتصالی شامل جریان القاء شده در سیم پیچ های ژنراتور و جریان برقرار شده از شبکه خارج به داخل ژنراتور می باشد

در صورت باز بودن کلید خروجی ژنراتور در حالی که ژنراتور تحت ولتاژ واقع بوده جریان برقرار شده در آن صفر می باشد،بروز هر گونه اتصالی در سیم پیچی های استاتور جریان عیب را تحت تاثیر نیروی الکتروموتوری القاء شده در سیم پیچ ها برقرار می سازد.

نیروی الکتروموتوری محدود به نیروی الکتروموتوری القاء شده در بخشی از سیم پیچ استاتور از نقطه نول تا محل عیب می باشد.

مقدار جریان عیب  متناسب با محل عیب در طول سیم پیچی می باشد.

در هردو حالت اهم از باز یا بسته بودن کلید خروجی،بروز عیب فاز-فاز یا سه فاز دذر سیم پیچی ها جریان عیب قابل ملاحظه ای ایجاد شده و باید جریان عیب سریعا قطع شود.

تابدین ترتیب میزان صدمات وارد شده به سیم پیچی ها به حداقل برسد.

اتصالی های فاز-فاز و سه فاز حداکثر جریان عیب را برقرار ساخته و در ردیف خطرناک ترین عیوب روی داده در ژنراتور می باشد

گذشته از اینکه جریان عیب باید به سرعت تشخیص داده شود و کلید قطع شود همچنین باید اقدامات لازم برای اطفاء حریق و خاموش کردن قوس های برقرار شده انجام شود.

بنابراین باید رله های حفاظتی به صورت لحظه ای و سریع عمل کنند  و همچنین وظیفه

فرمان اطفاء  قوس  ها نیز بر دوش رله ها می باشد.

مناسب ترین نوع رله حفاظتی که این کار را انجام دهد رله دیفرانسیل می باشد.

رله از دو ترانسفورماتور نصب شده در طرف فاز و نول ژنراتور نصب شده و جریان های دو طرف را باهم مقایسه می کند و در هر لحظه این جریان ها با همدیگر مقایسه می شوند و درصورت بروز خطا تعادل به هم خورده و بستگی به مکانیزم رله فرمان قطع به کلید صادر میشود.

حفاظت ژنراتور(قسمت اول): 

انتخاب طرح حفاظتی برای ژنراتور مستقیما به عوامل زیر وابسته است:

ظرفیت ژنراتور

سطح ولتاژ و نحوه اتصال ژنراتور به شبکه

وضعیت نقطه نوترال

موارد 1 و 2 در قسمتهای آینده و در بخش طرحهای حفاظتی آورده میشود. اما در مورد شماره 3 روشهای کلی زیر متداول است:

اتصال مستقیم نوترال به زمین

اتصال نقطه نوترال با امپدانس

نقطه نوترال ایزوله

روش اتصال نقطه نوترال با امپدانس برحسب میزان محدود سازی جریان عیب فاز به زمین به دو دسته اتصال نقطه نوترال با امپدانس بالا یا "High impedance earthing " و  اتصال نقطه نوترال با امپدانس کم یا "Low impedance earthing " تقسیم میشوند. در روش "High impedance earthing " جریان عیب فاز به زمین به مقداری در حدود 5 تا 10 آمپر محدود میشود. در حالیکه در روش "Low impedance earthing " این جریان به مقداری در  حدود 100 آمپر محدود خواهدشد.

وضعیت اتصال مستقیم نوترال به زمین در مواجهه با خطا روشن است . اما در این میان روش نقطه نوترال ایزوله نسبت به 2 روش دیگر مزایا و معایبی دارد که کاربردهای خاص خود را داراست که در صورت نیاز در جای خود به بحث پیرامون آن خواهیم پرداخت.

 در طرحهای حفاظتی که ما به بحث پیرامون آن میپردازیم فرض بر آن است که نقطه نوترال با روش شماره 2 زمین شده است.

حفاظت ژنراتور

(1/1)

IEEE:

ژنراتورهای سنکرون ماشینی است که برای تبدیل انرژی مکانیکی به انرژی الکتریکیac  به کار می رود.در ژنراتور سنکرون یک ولتاژ  dc به رتور داده می شود تا میدان مغانطیسی رتور شکل بگیرد و سپس رتور به حرکت در می اید و در سیم پیچ های استاتور ولتاژ سه فاز القاء می کند.برای رساندن جریان dc به رتور مکانیزم خاصی مورد نظر است

1-رساندن توان از یک منبع خارجی به رتور توسط حلقه های لغزان و جاروبکها(در این حالت استهلاک زیاد است وبیشتر در ژنراتورهای کوچک کاربرد دارد)

2-رساندن توان از یک منبع خاص که مستقیما بر روی محور ژنراتور نصب شده است(در ژنراتورهای بزرگ)

ژنراتورهای سنکرون طبق تعریف سنکرون هستند.بدین معنا که فرکانس الکتریکی تولید شده با سرعت چرخش مکانیکی قفل می گردد.ولتاژ داخلی تولید شده داخلی در ژنراتور مستقیما با فوران و فرکانس متناسب است.

ژنراتورها به عنوان تولید کننده انرژی به صورت سنکرون با شبکه در حال بهره برداری بوده تحت تاثیر شبکه مصرف و تغییرات مداوم بار واقع می باشند بهره برداری مرتب و منظم ژنراتورها در هر لحظه به کیفیت بهره برداری شبکه بستگی داشته در صورت بروز هرگون اختلال

در شبکه احتمال خارج گشتن ژنراتور از حالت سنکرون موجود می باشد.

منبع:eca

IEEE:

روش اتصال ژنراتور به شبکه و تامین مصرف داخلی:

ژنراتورها مشابه سایر تجیهیزات برقی با کلید به شبکه سه فاز استفاده وصل می شود به منظور انتقال قدرت تولیدی به شبکه از ترانسفورماتور بالابر استفاده می شود این روش برای تمام ژنراتورهای که قرار است در شبکه های گسترده مورد استفاده قرارگیرند استفاده می شود و چون ولتاژ تولیدی ژنراتورها از ولتاژ انتقال کمتر می باشد باید از این ترانسفورماتور بالابر ولتاژ استفاده شود و اینکه  چرا شبکه های برق ولتاژ را تحت ولتاژ بالا انتقال می دهند  به دلیل صرفه اقتصادی.

  بنابراین ژنراتورها با استفاده از یک کلید به شبکه وصل می شوند هنگامی که شبکه مصرف هم ولتاژ با خروجی ژنراتور باشد ژنراتور بدون ترانس و به صورت مستقیم مصرف کننده ها را تغذیه می کند کلید قبل از ترانس بالابر استفاده می شود  و قبل از ترانس بالابر یک شین وجود دارد که از آن برای مصرف داخلی ژنراتور استفاده می شود به منظور راه اندازی نیروگاه به نیروی کمکی نیاز می باشد انرژی مورد نیاز برای راه اندازسیستم های خنک کننده و سیستم های روغن کاری مدار تحریک پمپ سوخت و ... به مصرف داخلی ژنراتور معروف می باشد

هنگامی که قدرت ژنراتور از حدود 100مگاوات تجاوز می نماید نصب کلید در خروجی ژنراتور با مشکلات زیادی همراه خواهد بود چون قطع وصل این کلید جریان زیادی را طلب می کند و برای قطع ووصل این جریان باید کنتاکت های بسیار بزرگی داشته باشیم که این کنتکت ها وزن زیادی خواهند داشت و عملا برای ژنراتور ها ی به این بزرگی استفاده

از کلید بعد ازترانسفورماتور بالابر استفاده می شود.

مقدار انرژی مصرفی برای نیروگاه های حرارتی بستگی به مصرف سوخت 5-10%  و در نیروگا ه های آبی به حدود کمتر از2% قدرت اسمی برای هر واحد بالغ می گردد

چون  اتصالی در خروجی ژنراتورهای بزرگتر از 100 مگاوات خطرناک است به همین دلیل شین متصل بین ترانسفورماتور بالابر و ژنراتور داخل کانالهای بلوکی  قرار می گیرد تا احتمال اتصالی  فاز به فاز در آن کاهش یابد

IEEE:

◄ اتصالی های سه

 فاز و فاز-فاز در ژنراتورها

اتصالی های فازدر سیم پیچی استاتور ،شامل عیوب دو فاز و سه فاز با هم،در ردیف خطرناک ترین  نوع اتصالی ها محسوب می شود.بروز این اتصالی ها در سیم پیچ استاتور با برقراری حداکثر جریان عیب همراه بوده ،جریان عیب با مقدار قابل ملاحظه بالغ بر چند ده برابر جریان اسمی ژنراتور به صورت قوس در محل اتصالی صدمه و خسارات فراوان را به

سیم پیچی ها و ایزولاسیون آنان وارد می سازد.بدین برقراری جریان اتصالی موجب سوختن سیم پیچی ها وایزولاسیون آنها می گردد.جریان عیب در محل اتصالی شامل جریان القاء شده در سیم پیچ های ژنراتور و جریان برقرار شده از شبکه خارج به داخل ژنراتور می باشد

در صورت باز بودن کلید خروجی ژنراتور در حالی که ژنراتور تحت ولتاژ واقع بوده جریان برقرار شده در آن صفر می باشد،بروز هر گونه اتصالی در سیم پیچی های استاتور جریان عیب را تحت تاثیر نیروی الکتروموتوری القاء شده در سیم پیچ ها برقرار می سازد.

نیروی الکتروموتوری محدود به نیروی الکتروموتوری القاء شده در بخشی از سیم پیچ استاتور از نقطه نول تا محل عیب می باشد.

مقدار جریان عیب  متناسب با محل عیب در طول سیم پیچی می باشد.

در هردو حالت اهم از باز یا بسته بودن کلید خروجی،بروز عیب فاز-فاز یا سه فاز دذر سیم پیچی ها جریان عیب قابل ملاحظه ای ایجاد شده و باید جریان عیب سریعا قطع شود.

تابدین ترتیب میزان صدمات وارد شده به سیم پیچی ها به حداقل برسد.

اتصالی های فاز-فاز و سه فاز حداکثر جریان عیب را برقرار ساخته و در ردیف خطرناک ترین عیوب روی داده در ژنراتور می باشد

گذشته از اینکه جریان عیب باید به سرعت تشخیص داده شود و کلید قطع شود همچنین باید اقدامات لازم برای اطفاء حریق و خاموش کردن قوس های برقرار شده انجام شود.

بنابراین باید رله های حفاظتی به صورت لحظه ای و سریع عمل کنند  و همچنین وظیفه

فرمان اطفاء  قوس  ها نیز بر دوش رله ها می باشد.

مناسب ترین نوع رله حفاظتی که این کار را انجام دهد رله دیفرانسیل می باشد.

رله از دو ترانسفورماتور نصب شده در طرف فاز و نول ژنراتور نصب شده و جریان های دو طرف را باهم مقایسه می کند و در هر لحظه این جریان ها با همدیگر مقایسه می شوند و درصورت بروز خطا تعادل به هم خورده و بستگی به مکانیزم رله فرمان قطع به کلید صادر میشود.

ابتدا  ژنراتور را معرفی می کنم

ژنراتورهای سنکرون ماشینی است که برای تبدیل انرژی مکانیکی به انرژی الکتریکیac  به کار می رود.در ژنراتور سنکرون یک ولتاژ  dc به رتور داده می شود تا میدان مغانطیسی رتور شکل بگیرد و سپس رتور به حرکت در می اید و در سیم پیچ های استاتور ولتاژ سه فاز القاء می کند.برای رساندن جریان dc به رتور مکانیزم خاصی مورد نظر است

1-رساندن توان از یک منبع خارجی به رتور توسط حلقه های لغزان و جاروبکها(در این حالت استهلاک زیاد است وبیشتر در ژنراتورهای کوچک کاربرد دارد)

2-رساندن توان از یک منبع خاص که مستقیما بر روی محور ژنراتور نصب شده است(در ژنراتورهای بزرگ)

ژنراتورهای سنکرون طبق تعریف سنکرون هستند.بدین معنا که فرکانس الکتریکی تولید شده با سرعت چرخش مکانیکی قفل می گردد.ولتاژ داخلی تولید شده داخلی در ژنراتور مستقیما با فوران و فرکانس متناسب است.

ژنراتورها به عنوان تولید کننده انرژی به صورت سنکرون با شبکه در حال بهره برداری بوده تحت تاثیر شبکه مصرف و تغییرات مداوم بار واقع می باشند بهره برداری مرتب و منظم ژنراتورها در هر لحظه به کیفیت بهره برداری شبکه بستگی داشته در صورت بروز هرگون اختلال

در شبکه احتمال خارج گشتن ژنراتور از حالت سنکرون موجود می باشد.

روش اتصال ژنراتور به شبکه و تامین مصرف داخلی:

ژنراتورها مشابه سایر تجیهیزات برقی با کلید به شبکه سه فاز استفاده وصل می شود به منظور انتقال قدرت تولیدی به شبکه از ترانسفورماتور بالابر استفاده می شود این روش برای تمام ژنراتورهای که قرار است در شبکه های گسترده مورد استفاده قرارگیرند استفاده می شود و چون ولتاژ تولیدی ژنراتورها از ولتاژ انتقال کمتر می باشد باید از این ترانسفورماتور بالابر ولتاژ استفاده شود و اینکه  چرا شبکه های برق ولتاژ را تحت ولتاژ بالا انتقال می دهند  به دلیل صرفه اقتصادی.

  بنابراین ژنراتورها با استفاده از یک کلید به شبکه وصل می شوند هنگامی که شبکه مصرف هم ولتاژ با خروجی ژنراتور باشد ژنراتور بدون ترانس و به صورت مستقیم مصرف کننده ها را تغذیه می کند کلید قبل از ترانس بالابر استفاده می شود  و قبل از ترانس بالابر یک شین وجود دارد که از آن برای مصرف داخلی ژنراتور استفاده می شود به منظور راه اندازی نیروگاه به نیروی کمکی نیاز می باشد انرژی مورد نیاز برای راه اندازسیستم های خنک کننده و سیستم های روغن کاری مدار تحریک پمپ سوخت و ... به مصرف داخلی ژنراتور معروف می باشد

هنگامی که قدرت ژنراتور از حدود 100مگاوات تجاوز می نماید نصب کلید در خروجی ژنراتور با مشکلات زیادی همراه خواهد بود چون قطع وصل این کلید جریان زیادی را طلب می کند و برای قطع ووصل این جریان باید کنتاکت های بسیار بزرگی داشته باشیم که این کنتکت ها وزن زیادی خواهند داشت و عملا برای ژنراتور ها ی به این بزرگی استفاده

از کلید بعد ازترانسفورماتور بالابر استفاده می شود.

مقدار انرژی مصرفی برای نیروگاه های حرارتی بستگی به مصرف سوخت 5-10%  و در نیروگا ه های آبی به حدود کمتر از2% قدرت اسمی برای هر واحد بالغ می گردد

چون  اتصالی در خروجی ژنراتورهای بزرگتر از 100 مگاوات خطرناک است به همین دلیل شین متصل بین ترانسفورماتور بالابر و ژنراتور داخل کانالهای بلوکی  قرار می گیرد تا احتمال اتصالی  فاز به فاز در آن کاهش یابد

اتصالی های سه

 فاز و فاز-فاز در ژنراتورها

اتصالی های فازدر سیم پیچی استاتور ،شامل عیوب دو فاز و سه فاز با هم،در ردیف خطرناک ترین  نوع اتصالی ها محسوب می شود.بروز این اتصالی ها در سیم پیچ استاتور با برقراری حداکثر جریان عیب همراه بوده ،جریان عیب با مقدار قابل ملاحظه بالغ بر چند ده برابر جریان اسمی ژنراتور به صورت قوس در محل اتصالی صدمه و خسارات فراوان را به

سیم پیچی ها و ایزولاسیون آنان وارد می سازد.بدین برقراری جریان اتصالی موجب سوختن سیم پیچی ها وایزولاسیون آنها می گردد.جریان عیب در محل اتصالی شامل جریان القاء شده در سیم پیچ های ژنراتور و جریان برقرار شده از شبکه خارج به داخل ژنراتور می باشد

در صورت باز بودن کلید خروجی ژنراتور در حالی که ژنراتور تحت ولتاژ واقع بوده جریان برقرار شده در آن صفر می باشد،بروز هر گونه اتصالی در سیم پیچی های استاتور جریان عیب را تحت تاثیر نیروی الکتروموتوری القاء شده در سیم پیچ ها برقرار می سازد.

نیروی الکتروموتوری محدود به نیروی الکتروموتوری القاء شده در بخشی از سیم پیچ استاتور از نقطه نول تا محل عیب می باشد.

مقدار جریان عیب  متناسب با محل عیب در طول سیم پیچی می باشد.

در هردو حالت اهم از باز یا بسته بودن کلید خروجی،بروز عیب فاز-فاز یا سه فاز دذر سیم پیچی ها جریان عیب قابل ملاحظه ای ایجاد شده و باید جریان عیب سریعا قطع شود.

تابدین ترتیب میزان صدمات وارد شده به سیم پیچی ها به حداقل برسد.

اتصالی های فاز-فاز و سه فاز حداکثر جریان عیب را برقرار ساخته و در ردیف خطرناک ترین عیوب روی داده در ژنراتور می باشد

گذشته از اینکه جریان عیب باید به سرعت تشخیص داده شود و کلید قطع شود همچنین باید اقدامات لازم برای اطفاء حریق و خاموش کردن قوس های برقرار شده انجام شود.

بنابراین باید رله های حفاظتی به صورت لحظه ای و سریع عمل کنند  و همچنین وظیفه

فرمان اطفاء  قوس  ها نیز بر دوش رله ها می باشد.

مناسب ترین نوع رله حفاظتی که این کار را انجام دهد رله دیفرانسیل می باشد.

رله از دو ترانسفورماتور نصب شده در طرف فاز و نول ژنراتور نصب شده و جریان های دو طرف را باهم مقایسه می کند و در هر لحظه این جریان ها با همدیگر مقایسه می شوند و درصورت بروز خطا تعادل به هم خورده و بستگی به مکانیزم رله فرمان قطع به کلید صادر میشود.

برای حفاظت ژنراتور در قبال خطرات ناشی از عدم تقارن بار یا خطاهای نامتقارن سیستم که موجب پدید آمدن جریان مولفه منفی می‌شود، از رله مولفه منفی استفاده می‌شود. این رله‌ها عموماٌ از نوع جریان زیاد هستند. بدیهی است آشکار کردن مولفه منفی جریان با بکار بردن فیلتر مولفه منفی صورت می‌گیرد که در حقیقت این قسمت از اهمیت ویژه‌ای برخوردار است لذا تاکنون سعی شده است فیلترهایی ساخته شود که علاوه بر دقت در امر آشکار ساختن جریان مولفه منفی از عبور جریان‌های مولفه ترتیبی مثبت و صفر جلوگیری بعمل آورد که با رشد تکنولوژی این فیلترها نیز تکامل یافته و به حد مطلوبی رسیده است و از نوع الکترومکانیکی به رله‌ها‌ی الکترومغناطیسی و الکترواستاتیکی که از روش‌های الکترونیکی در آنها استفاده شده است و در حال حاضر رله‌های میکروپروسسوری در طرح‌های نیروگاهی دست یافته‌اند.

از نظر الکتریکی این فیلترها، در دو نوع ولتاژی (فیلتر مولفه منفی ولتاژ) و جریانی (فیلتر مولفه منفی- جریان) ساخته شده‌اند برای فیلتر کردن مولفه منفی، مدارهای متعددی وجود دارد که بطور نمونه مدار مذکور در ادامه آورده می‌شود:

مدار اول فیلتر مولفه منفی:

توسط یک فیلتر، مقدار مولفه منفی حاصله از رله گذشته و باعث عملکرد آن می‌شود. مدار این فیلتر تشکیل شده است. از دو C.T (ترانسفورماتور جریان) که یکی از C.Tها بر روی فاز A نصب شده و مقاومت R راتغذیه می‌کند و C.T دیگر بر روی فاز C نصب شده و امپدانس Z که مقدار عددی آن برابر با مقاومت R و ضریب آن 5/0 است، را تغذیه می‌کند. در این حالت افت ولتاژ در شاخه شامل امپدانس Z از جریان همان شاخه به اندازه 60 درجه جلو می‌افتد.

جهت بررسی ساده ‌برداری از جریان عبوری رله (ID) صرف‌نظر می‌شود اما در هنگام بررسی نقش رله در مدار، ID در نظر گرفته خواهد شد.

در جریان‌های مولفه مثبت، ولتاژهای فاز A و فاز C درخلاف جهت هم بوده و مجموعشان صفر می‌شود.

در جریان‌های مولفه منفی، بین نقاط X و Y ولتا VR+VZ بوجود می‌آید و این امر نشان می‌دهد که رله نصب شده بین نقاط Y,X فقط به مولفه منفی پاسخ می‌گوید.

تاثیر مقاومت داخلی رله در مدار فیلتر اول:

با در نظر گرفتن جریان ID و مقاومت رله (Re) می‌‌توان نوشت:

رابطه (10-1)

با توجه به روابط (11-1):

رابطه (11-1)

و جایگزینی آنها در رابطه (10-1)، چنین حاصل می‌شود:

(12-1)

با توجه به اینکه اکثر ترانسفورماتور قدرت ژنراتورها به صورت Y-Δ هستند، مولفه صفر جریان موجود در ناتعادلی،‌ بطرف فشار ضعیف ترانس قدرت(طرف ژنراتور)‌ نمی‌تواند منتقل شود. زیرا اتصال مثلث طرف فشار ضعیف ترانسفورماتور، مسیر بسته‌ای برای جریان مولفه صفر بوجود می‌آورد که این جریان مولفه صفر از اتصال مثلث خارج نمی‌شود.

حتی اگر نامتقارنی بر اثر اتصال فاز به زمین و در فاصله بین ژنراتور و ترانسفورماتور بوجود آید، بعلت اینکه اکثر ژنراتورها از طریق امپدانس بزرگی زمین می‌شوند. این مولفه صفر بسیار ناچیز و قابل صرفنظر کردن است. لذا در محاسبات می‌توان IaO≈O در نظر گرفت.

همچنین با توجه به اینکه مقدار امپدانس Z برابر با R و با ضریب قدرت 5/0 است، نتیجه می‌شود:

(13-1)

با قراردادن مقدار (13-1) در رابطه (11-1) و نکته فوق‌الذکر، رابطه (12-1) چنین ساده می‌شود:

و از آنجا

(14-1)

و با توجه به اینکه 60Z=R< است، رابطه (14-1) چنین می‌شود:

(15-1)

با فرض مقدار (اهم) 5R= و با استفاده از رابطه (15-1) در دو حالت Re، 5/0 و تقریباً صفر به ترتیب ID برابر

می‌شود.

بنابراین نتیجه می‌شود که مقاومت رله بر مقدار جریان مولفه منفی عبوری از رله تاثیر می‌گذارد.

فیلتر هسته آهنی مولفه منفی (مدار دوم):

با استفاده از رابطه منفی جریان در رابطه (1-1) و جایگزینی مقدار a و 2a چنین حاصل می‌شود.

(16-1)

با توجه به استدلال، I0 در طرف ژنراتور تقریباً صفر است،‌رابطه (16-1) چنین ساده می‌شود:

(17-1)

جهت تحقق عملی رابطه (17-1) از روش زیر استفاده می‌شود:

یک هسته آهنی که دارای سه بازو بوده و یکی از بازوهای آن دارای فاصله هوایی است. بر روی بازوی اول کویل مربوط به جریان فاز (Ia)a پیچیده شده و بر روی همان بازو کویل دیگری که متصل به مقاومت R و خازن C بوده،‌ قرار می‌گیرد. در این بازو، شاری ایجاد می‌شود که از جریان Ia به اندازه 90 درجه عقب است. این شار بعلت زیاد بودن رلوکتانس مغناطیسی بازوی سوم (داشتن فاصله هوایی) از بازوی وسط عبور خواهد کرد. دوکویل نیز بر روی بازوی سوم که دارای فاصله هوایی است پیچیده شده‌اند بطوری که جریان‌های فاز (Ib)b و فاز (Ic)c در جهت مخالف هم به این بازو اعمال می‌شوند. بنابراین، این بازو هم تولید شار مغناطیسی هم فاز با Ib-Ic خواهد کرد که قسمت اعظم این شار بعلت اینکه در بازوی اول، یک کویل متصل شده به یک مقاومت کم وجود دارد، از بازوی وسط هسته عبور خواهد کرد.

در نتیجه شارهای مغناطیسی مربوط به Ia و Ib-Ic از بازوی وسط عبور کرده و ولتاژی متناسب با مجموعه این شارها، در کویل پیچیده شده بر روی بازوی وسط هسته القاء خواهد کرد.

شار Øa به اندازه 90 درجه از جریان Ia عقب است (توسط مقاومت R و خازن C، کاملاً قابل تنظیم است) همچنین شارهای Øb و Øc با جریان‌های Ib و Ic همفاز بوده ولی اندازه این شارها،‌ناشی از اثر فاصله هوایی واقع در بازوی سوم هسته خواهد بود. بطوری که با در نظر گرفتن این فاصله هوایی سبب می‌شود که رابطه بین اندازه شارهای مغناطیسی Øb و Øc با شار Øa بصورت 1:1: = بدست می‌آید. یعنی اندازه شار Øb و Øc برابر شار Øa است، واضح است که با تولید این روابط بین شارهای مغناطیسی در هسته، می‌توان به معادله جریان مولفه منفی دسترسی پیدا کرد.

فیلتر الکترونیکی مولفه منفی جریان (و رله مذکور)

در این رله ابتدا هرگونه جریان ترتیبی صفر توسط ترانسفورماتورهای کمکی از گروه ستاره- مثلث،‌که درخود رله قرار دارد، حذف می‌شوند. این تراسنفورماتورها در سیم‌پیچ اولیه خود دارای متغیری بوده تا محدوده تنظیمی مطابق با مقادیر نامی جریان ترتیبی منفی ژنراتور معمولی ایجاد شود.

جریان‌های ثانویه ترانسفورماتور کمکی به شبکه‌ای تغذیه شده که در این حالت شامل امپدانس‌های خازنی و مقاومتی بوده و تغییر فاز 60 درجه‌ای یکی از بردارهای جریان در آن ایجاد شود، با اتصال شبکه ترتیبی با مدار شکل‌دهنده‌ای که شامل مقاومت‌ها، دیودهای زنر بوده و به صورت پتانسیومتر غیرخطی عمل کرده و طوری طراحی گشته که رابطه قانونی مجذوری را ایجاد کند و یک خروجی متناسب با مجذورجریان ترتیبی منفی بدست آید.

این روند با انتگرال‌گیری و مدارهای حساس به دامنه دنبال شده و در مرحله آخر سیگنال ایجاد شده یک رله آرمیچری لولایی را بکار انداخته تا اتصالات مربوطه فرمان قطع را بوجود آورند.

در رله میکروپروسسوری نیز با طراحی مدارات مربوطه و پروسسوری‌های مورد نیاز، با فیلتر کردن موله منفی، به رابطه قانون مجذوری تحقق می‌بخشد.

حفاظت مولفه منفی ژنراتور و مشخصه آن:

رله مولفه منفی در قبال شرایط عدم تعادل خارجی (بار یا اتصال کوتاه) که امکان آسیب به ماشین الکتریکی باشد، از ژنراتور حفاظت می‌کند. جهت تحقق این امر،‌خروجی فیلتر مولفه منفی را می‌توان به یک رله جریان زیاد با مشخصه زمانی معکوس اعمال کرد که مشخصه زمان جریان آن به صورت t× 22K=I باشد در این حالت می‌توان مشخصه رله را طوری تنظیم کرد که با مشخصه حرارتی هر ماشینی بخوبی هماهنگ شود.

چهت تنظیم رله‌های مولفه منفی با توجه به مشخصات حرارتی ژنراتور و مشخصات رله، روش‌های مختلفی ارایه شده است که این روش‌ها توسط کارخانه سازنده، همراه رله‌ها ارایه می‌شوند.

جهت تنظیم رله‌های مولفه منفی با توجه به مشخصات حرارتی ژنراتور و مشخصات رله، روش‌های مختلفی ارایه شده است که این روش‌ها توسط کارخنه سازنده،‌همراه رله‌ها ارایه می‌شوند.

مشخصه رله و ظرفیت حرارتی ماشین الکتریکی مشخص شده است. در این شکل،‌مشخصه رله، مشخصه حرارتی ژنراتور را در یک پریونیت جریان مولفه منفی قطع کرده است. ولی در مقادیر زیاد جریان مولفه منفی، مشخصه رله اساساً بصورت پارالل و یک مقدار جزیی کمتر از مشخصه ژنراتور در نظر گرفته شده است. این روش یک حاشیه اطمینان مناسب را بین دو مشخصه بوجود آورده است.

مشخصه رله برای دو ژنراتور با Kهای مجاز 30 و90 نشان داده شده است که تنظیم صفحه زمان‌نما (TIME DIAL = T.D.) برای این ثابت‌ها (ظرفیت حرارتی ماشین)، به ترتیب 4 و 11 است. حفاظت مشابه برای دیگر ماشین‌های الکتریکی با ثابت‌های مختلف بوسیله تنظیم T.D. بدست می‌آید.

از آنجایی که منبع ناتعادلی در سیستم (قدرت) قرارداشته و بر تمام ژنراتورهای نزدیک محل ناتعادلی تاثیر می‌گذارد قبل از برطرف شدن چنین شرایطی، تا مادامیکه ژنراتور در معرض خطر آسیب‌دیدگی قرار نگرفته باشد، نباید آنرا از شبکه جدا کرد. بنابراین حفاظت ناتعادلی بار باید دارای مشخصه تاخیر حتی‌الامکان نزدیک به مشخصه حرارتی ماشین باشد تا حتی‌المقدور قبل از لزوم خاموشی کامل، به پرسنل بهره‌برداری فرصت داده شود تا محل عیب را پیدا کرده و در صدد رفع آن برآیند. اگر در ابتدای ناتعادلی بار افراد بهره‌بردار با اعلام خبر مطلع نشوند جهت برطرف کردن این عدم تعادل از چنین زمان تاخیر متاسفانه نمی‌توان سود جست.

بنابراین حفاظت مورد بحث باید دارای جنبه اعلام خبری (هشدار) بوده که در تنظیمی برابر اندکی کوچکتر از عنصر فرمان قطع عمل کند و برای اینکه از اعلام خبر غیرضروری برای آن دسته از اتصالی‌های سیستم که به روش معمول سریعاً برطرف می‌شوند، جلوگیری بعمل آید یک تاخیر زمان نیز باید برای آن در نظر گرفته شود.

بطور معمول، حفاظت جداگانه‌ای بعنوان پشتیبان رله جریان زیاد (زمانی) مولفه نفی ژنراتور بکار نمی‌رود چون در برخی کاربردها، این رله خودش وظیفه پشتیبانی را بعهده دارد. همچنین رله‌های اتصال زمین و جریان زیاد ژنراتور و سیستم انتقال و رله‌گذاری سیستم قدرت، ‌درجاتی از حفاظت پشتیبان جریان نامتعادل ژنراتور را فراهم می‌آورد. خطاهای فاز به فاز در ترمینال ژنراتور و یا در سیم‌پیچ‌های استاتور در داخل ژنراتور، توسط باز شدن کلید اصلی ژنراتور نمی‌تواند پاک شود. این خطا توسط حفاظت جریان گردنده تشخیص داده می‌شود و رله مولفه نفی به عنوان پشتیبان عمل می‌کند.

منطق قطع (تریپ) ژنراتور توسط رله مولفه منفی:

رله مولفه منفی، فرمان قطع به کلید اصلی ژنراتور را صادر می‌کند. اگر دستگاههای کمکی ماشین الکتریکی اجازه دهند،‌این نوع قطع کردن ارجحیت دارد که تحت این شرایط کارها انجام گیرند. با استفاده از این روش‌ می‌توان سنکرون کردن مجدد واحد را بعد از رفع شرایط عدم تعادل مجدداً‌برقرار ساخت.

اگر دستگاههای کمکی ماشین الکتریکی اجازه ندهند که ماشین با نحوه قطع فوق عمل کند در این صورت رله مولفه منفی باید محرک اولیه ماشین الکتریکی (توربین) را نیز همراه با تحریک ژنراتور قطع کند.

نحوه تنظیم رله مولفه منفی ژنراتور:

مشخصه رله با T.Dهای مختلف،‌با توجه به زمان و مقدار جریان مولفه منفی بر حسب پریونیت نشان داده شده است.

سازنده رله برای حساسیت بهتر، برای مقادیر ثابت K (ظرفیت حرارتی ژنراتور) بین 30 تا 90،‌جهت تنظیم رله از جریان بار کامل ماشین الکتریکی استفاده کرده و برای Kهای پایین‌تر از 25، از تنظیم تپ (TAP) رله معادل با جریان بار کامل استفاده کرده است،

به بیانی دیگر، این سازنده جهت ژنراتورهای با قدرت تولیدی بالا (که بصورت موثرتری خنک می‌شوند) تنظیم جریان بار کامل را مورد نظر داشته و برای ژنراتورهای با قدرت تولیدی کمتر، تنظیم جریان بار کامل را توصیه می‌کند. با توجه منحنی بار کامل و بار کامل، تنظیم صفحه زمان‌نما (TIME DIAL) مطلوب بدست می‌آید.

با بیان دو مثال کاربرد منحنی‌های فوق و نحوه تنظیم رله مولفه نفی در بار کامل و بار کامل مشخص می‌شود:

در یک توربو ژنراتور MVA35، KV11، دارای ترانس جریان مقدار

30 = t22I است. در این حالت جریان مولفه نفی بر حسب پریونیت جریان استاتور در KVA نامی بیان می‌شود.

که می‌توان جریان 3 آمپر در نظر گرفت (که معادل یک پریونیت است).

با توجه به 30 = t22I مقدار (TIME DIAL)T.D برابر با 4 انتخاب می‌شود، در نظر داشتن 4 = T.D. مشاهده می‌شود که زمان عملکرد رله برای یک جریان مولفه منفی به مقدار 5/4 آمپر (5/1 پریونیت) برابر با 11 ثانیه است.

در صورتی که زمان عملکرد رله برای یک جریان مولفه منفی 9 آمپری (3 پریونیت)، برابر با 5/2 ثانیه خواهد شد.

مثال دو- با استفاده از جریان بار کامل:

یک توربوژنراتور MVA760، KV20 با ترانسفورماتور جریان دارای

10= t22I است، حهت تنظیم رله مولفه منفی آن به قرار زیر عمل می‌شود:

ابتدا با توجه به منحنی پایینی (منحنی بار کامل) مقدار T.D. برای 10= t22I برابر با 5/2 بدست می‌آید.

حال می‌توان رله را برای 29/3 آمپر یا مقداری کمتر از آن تنظیم کرد (با توجه به اینکه بر روی رله مولفه منفی چه تنظیمی نزدیک به 29/3 آمپر است)، فرض می‌شود رله بر روی 25/3 آمپر تنظیم شود. با توجه به منحنی مشخصه رله که تنظیم هر پریونیت آن معادل با بار کامل در نظر گرفته شده است: در 25/3 آمپر، زمان عملکرد رله با توجه به 5/2=T.D. برابر با 16 ثانیه بدست می‌آید.

در صورتی که زمان عملکرد برای جریانی به اندازه 3 برابر جریان تنظیم شده (75/9=25/3×3) برابر با 5/1 ثانیه بدست خواهد شامد.

تنظیم بخش هشدار رله مولفه منفی ژنراتور:

برخی رله‌ها دارای واحدهای حساس هشدار (آلارم) هستند که هشدار لازم به بهره‌بردار سیستم قدرت جهت افزایش عدم تقارن بار بدهد تا تمهیدات لازم جهت تعادل بار بنماید. واحد هشدار رله‌ها دارای مقدار فعال شدن (پیک آب) جریان مولفه منفی مابین 03/0 تا 2/0 پریونیت است.

با توجه به استاندارد مجاز مولفه منفی در هر شبکه، مقدار پیک آب بخش هشدار رله را می‌توان تعیین کرد. در برخی از انواع رله‌های استاتیکی مولفه منفی، وسیله اندازه‌گیری جهت تشخیص سطح مولفه منفی ماشین الکتریکی تعبیه شده است.

معرفی یک رله جدید حفاظت ژنراتور توسط شرکتBeckwith  

رله M-3430 ، جهت حفاظت ژنراتورهای با امپدانس بالا و رله M-3420 ، جهت حفاظت ژنراتورهای با امپدانس پائین بکار می رود. شرکت برق Beckwith با استفاده از فن آوری پردازش سیگنال دیجیتال تمام عملکردهای حفاظتی مورد نیاز ژنراتور را در رله M-3425 بوجود آورده است.

عملکردهای حفاظتی جدید این رله شامل موارد زیر می باشد :

حفاظت زمین میدان تحریکfield ground ( 64F ) Protection

حفاظت خروج از سنکرون out of step ( 78 ) Protection

حفاظت دیفرانسیل حلقه split phase differential (50DT) Protection

حفاظت جریان زیاد استاتور

عملکرد سیستم حفاظت زمین تحریک ژنراتور : اگرچه زمین شدن تحریک به تنهایی روی عملکرد ژنراتور تأثیری نمی گذارد و هیچ گونه اثرات مخربی ایجاد نمی کند ولی اولین خطای زمین یک منبع زمین ایجاد می کند که به واسطه آن خطای زمین بعدی می تواند ایجاد گردد. در واقع خطای اول موجب تشدید ضعف عایقی میدان در سایر نقاط سیم پیچ تحریک می گردد. دومین خطای زمین آسیب های زیادی را ایجاد می کند که ناشی از اتصال کوتاه شدن (حذف شدن) بخشی از سیم پیچ تحریک است که موجب ارتعاش زیاد واحد، گرم شدن روتور به واسطه عدم تعادل جریانها، بوجود آمدن جرقه (arc) در نقاطی از سیستم تحریک می گردد. رله M-3425 با اندازه گیری مقاومت بین روتور و زمین، این خطا را برطرف مینماید. این سیستم حفاظتی یک ولتاژ مربع ±15 ولت تزریق می نماید و سیگنال برگشتی را به منظور محاسبه مقاومت عایقی اندازه گیری می نماید. طرح تزریق برای برطرف کردن خطای زمین تحریک نسبت به طرح های ولتاژی رایج از لحاظ ایمنی و دقت خیلی بهتر می باشد.

عملکرد حفاظتی خروج از سنکرون : حفاظت خروج از سنکرون یا out of step زمانی که ژنراتور، حالت سنکرون خود را با شبکه از دست بدهد فرمان تریپ می دهد. زمانی که اتصالات کوتاه رخ داده شده در شبکه، سریع برطرف نگردد و یا اگر خطای نزدیک نیروگاه برای مدت طولانی روی سیستم باقی بماند ژنراتور از حالت سنکرون خارج خواهد شد.

عملکرد حفاظتی دیفرانسیل حلقه : ژنراتورهای دارای سیم پیچ چند دوره و دو یا چند سیم پیچ برای هر فاز از این طرح جهت برطرف کردن خطاهای اتصال حلقه های سیم پیچ استفاده می نمایند. در این طرح سیم پیچ های استاتور به دو بخش مساوی تقسیم می شوند وجریانهای هر بخش با هم مقایسه می گردند. هرگونه اختلاف در این جریانها عدم تعادل بوجود آمده توسط خطای اتصال حلقه ها را نشان می دهد. از یک تابع جریان زیاد، زمان محدود جهت برطرف کردن خطای عدم تعادل در این رله استفاده می شود.

کارکرد حفاظتی جریان زیاد حرارتی : رله M-3425 از این کارکرد جهت حفاظت اضافه بار حرارتی سیم پیچ استاتور ژنراتور استفاده می کند.

دیزل ژنراتور

ژنراتور جهت تامین انرژی الکتریکی مورد نیاز به صورت محلی و در مقیاس کوچکتر مورد استفاده قرار می گیرد.

ژنراتورها به دو صورت ، طراحی و ساخته می شوند:

دائم کار (Prime)

اضطراری (Emergency

در اماکنی که بدلیل دوری از خطوط سراسری برق یا بدلیل اقتصادی ،امکان استفاده از شبکه برق سراسری وجود نداشته باشد از ژنراتورهای دائم کار استفاده می شود.

از ژنراتورهای اضطراری هنگام قطع شبکه برق سراسری جهت تامین برق مورد نیاز تجهیزات و اماکنی که قطع برق ممکن است خسارت جانی و مالی ایجاد کند استفاده می شود.

در موارد یزر برای تامین مصارف اضطراری و ایمنی باید نیروی برق به کمک مولدهایی که معمولا نیروی محرک آنها موتورهای دیزل است در محل تولید شود:

ساختمانهای مسکونی بیش از 4 طبقه از کف زمنی و مجهز به آسانسور

ساختمانهای عمومی که نوع فعالیت آنها به نحوی است که قطع برق ممکن است خطر یا خسارت جبران ناپذیری را ایجاد کند.

بیمارستانها و مراکز بهداشتی با توجه به نوع فعالیت

سردخانه های بزرگ

مراکز صنعتی

هر نوع ساختمان دیگری به تشخیص مقامات ذیصلاح

نکته:

 راه اندازی دیزل ممکن است بصورت دستی،خودکار ،با وقفه کوتاه یا بدون وقفه باشد.

مواردی که بایستی علاوه بر ملاحظات فنی جهت انتخاب ژنراتور رعایت گردد.

1- استقرار در نزدیکی بار

2- افت ولتاژ

3- شرایط راه اندازی

4-نحوه ایجاد ارتباط با سیستم نیروی اصلی

5- انخاب سرعت

6- افت توان مولد اولیه

7- تامین هوا برای مصرف مولد

8- خنک کردن

اتاق ژنراتور بایستی در محلی ساخته شود که از نظر لرزش،سر و صدا، و دود کنترل شده باشد و همچنین امکان حمل و نقل پیش بینی گردد.

مشخصات فنی دیزل ژنراتور

دیزل بایستی قادر به کار در شرایط زیر باشد

1-اضافه بار

2-ارتفاع

3-درجه حرارت محیط

4-رطوبت نسبی

5-سرعت (حداکثر)

نکته:سیستم استارت دیزل ژنراتور بایستی از طریق باطری تامین شود.

مشخصات فنی تابلوی کنترل اتوماتیک دیزل ژنراتور

AUTOMATIC) TRANSFER SWITCH (ATS)

در صورت قطع برق شبکه مراحل زیر می بایستی بطور اتوماتیک انجام شود:

-1کلید اتوماتیک شبکه باز شود.

-2دیزل استارت شود و در صورتی که دیزل روشن نشود،عمل استارت سه بار با فاصله زمانی مناسب و قابل تنظیم تکرار و اگر دیزل روشن نشد،فرمان قطع استارت همراه با آلارم صادر گردد.

-۳پس از روشن شدن دیزل ژنراتور و تثبیت ولتاژ و فرکانس ژنراتور به مقدار نامی خود،کلید اتوماتیک ژنراتور وصل شده و تغذیه بار مصرفی توسط ژنراتور صورت گیرد.

۴پس از وصل مجدد برق شبکه و گذشت زمان تثبیت،تغذیه بار بطور اتوماتیک از ژنراتور قطع و توسط شبکه تامین گردد.

-۵پس از قطع تغذیه بار مصرفی از ژنراتور،دیزل مدت معینی را بصورت بدون بار کار کرده تا خنک شود،سپس برای عملیات بعدی به حالت آماده کار باقی می ماند..

نظارت بر پارامترهای الکتریکی و مکانیکی دیزل ژنراتور

-1نظارت و حفاظت دیزل در برابر کاهش فشار روغن

-2نظارت و حفاظت دیزل در برابر افزایش درجه حرارت آب خنک کننده        (High Temperature)

-3نظارت و حفاظت دیزل در برابر دور غیر مجاز(OVER SPEED)

-4نظارت بر اشکال در سیستم استارت دیزل

-5نظارت بر ولتاژ و شارژ باطری

-6نظارت و کنترل بر سطح سوخت موجود در داخل تانک روزانه              (FUEL LOW LEVEL)

7-  نظارت بر ولتاژ سه فاز برق شبکه و حفاظت در مقابل(OVER & UNDER VOLTAGE)

8-  نظارت و حفاظت ژنراتور در مقابل  (OVER & UNDER VOLTAGE)

9-  حفاظت ژنراتور در مقابل اضافه بار (OVER LOAD) و اتصال کوتاه(SHORT CIRCUIT) توسط کلید اتوماتیک.

10-حفاظت ژنراتور به کمک رله PTC در مقابل افزایش بیش از حد درجه حرارت سیم پیچها

11- حفاظت ژنراتور در مقابل تغییرات غیر مجاز فرکانس

ژنراتور می بایستی توسط رله های حفاظتی در برابر خطاهای زیر حفاظت شود:

1- جریان زیاد (OVER CURRENT)

2- نشت زمین (EARTH FAULT)

3- توان معکوس (REVERSE POWER)

نیروی برق ایمنی

در صورتی که قطع برق برای افراد خطر ایجاد کند لازم است نیروی برق ایمنی که عملکرد آنها آنی بوده و پس از قطع برق فورا روشن می شوند تامین گردد.

نیروی برق ایمنی مکمل برق اضطراری می باشد.

در موارد زیر لازم است نیروی برق ایمنی تامین گردد.

در موارد زیر لازم است نیروی برق ایمنی تامین گردد.

1-سالنها و تالارهای با بیش از 20 نفر ظرفیت،بالای درهای خروجی و در راهروهای خروجی منتهی به فضای آزاد .

2-روشنایی چراغها مخصوص عمل و کلیه لوازم مخصوص استمرار حیات و نظایر آن.

3-در کلیه مواردی که به هر علت ناشی از قطع برق،ممکن است ایمنی افراد را به خطر اندازد.

چراغ های اضطراری (Emergency Lighting) مجهز به باطری خشک و باطری شارژ بوده و پس از قطع برق بصورت آنی روشن می شوند.و پس از وصل برق خاموش شده و باطری آن شارژ می شود.

باتریها

در صورت عدم امکان تامین بق تجهیزات خاص توسط شبکه سراسری و یا ژنراتور،توان مصرفی اینگونه وسایل می بایستی توسط باتری تامین گردد.

باتری ها به انواع زیر تقسیم می شوند:

1-باتری خشک (nickel cadmium)

2-باتری اسیدی

با گذشت زمان باتریهای خشک جایگزین باتری های نوع اسیدی شده است.

همچنین باتریها یا بصورت مستقیم (سری یا موازی) به تجهیزات متصل شده و یا توسط تجهیزات الکترونیکی (اینورتر، رکتیفایر) سطوح ولتاژ مختلف DC یا AC ایجاد شده و سپس جهت تغذیه مورد استفاده قرار می گیرند.

بارزترین کاربرد باتریها در منابع تغذیه بدون وقفه(UPS) می باشند.

اجزا منابع تغذیه بدون وقفه (UPS) بصورت زیر است:

باتری یا باتری ها

باتری شارژر

اینورتر (یا یکسوساز)

ترانسفورماتورBypass

کلید تبدیل Change over

در نوع Offline ، UPS نقش کلید تبدیل را ایفا نموده و برق را از ورودی به خروجی منتقل می کند و فقط روی آن رگولاسیون انجام می دهد. و هنگام قطع برق ورودی، فورا ( در کمتر از 20 میلی ثانیه ) باتری را متصل نموده و برق خروجی توسط باطری تامین می شود.

در نوع Online توان خروجی توسط باطری تامین می شود و برق ورودی فقط نقش شارژر باطری ها را بعهده دارد. بنابراین از قابلیت اطمینان بالاتری برخوردار است.

UPS نوع Online در مواردی استفاده می شود که وقفه، مجاز نمی باشد. ولی در اکثر کاربردها به علت اینکه تجهیزات، تاخیر 20 میلی ثانیه را حس نمی کنند از UPS نوع Online که قیمت کمتری دارد استفاده می شود.

رله و حفاظت سیستمها

رله دیفرنسیال: برای حفاظت سیمهای کوتاه، مثلاً در داخل نیروگاه و یا پست ترانسفورماتور ها به علت کوچک بودن امپدانس آن نمی توان از رلـــه دیستانس استفاده کرد. لذا در این گونه مواقع بیشتر از رله دیفرانسیال استفاده می شود. رله دیفرنسیال بر اساس مقایسه جریانها(تراز جریانی)کار می کند و بدینوسیله جـریان در ابتداء و انتهای وسیله کـه باید حفاظت شود سنجیده شده و با هم مقایسه می شود. این تفاوت جریان در دو طرف محدوده حفاظت شده اغلب در اثر اتصال کوتاه یا اتصال زمین و ... بـوجـود می آید.در صورتی که قبل از اتصالی شدن مسلماً جریانهای دو طرف با هم برابر هستند.این ترانسفـورماتورهای جـریان بـاید دارای جـریان زکوندر برابر(معمولاً5آمپر) و منحنی مغناطیسی برابر باشند و طوری مخالف یکدیگر بسته شوند که در حالت عــــادی و نرمال،جریانهای زکوندر همدیگر را خنثی کرده و رله بدون جریان باشد. اگر این برابری جــریان در دو طــرف محـــدوده حفاظت شده در اثر یک اتصالی از بین برود،تفاوت جریانهای دو ترانسفورماتور جریان از مدار رله عبور کرده و باعث تحریک آن می شود که مستقیم یا غیر مستقیم سبب قطع کلید شبکه می گردد. رله دیفرنسیال فقط محـــدوده داخل خود را محافظت می نماید و از این جهت از آن بیشتر برای حفاظت ترانسفورماتورها،ؤنراتورها و موتورهای فشار قوی و شین ها استفاده می- شود وچون از اول و انتهای محـدوده حفاظت شده باید سیم های سنجش به محل رله کشیده شود،لذا این روش در حفاظت سیمهای انتقال انرژی کمتر مورد استفاده قرار می گیرد. برای رله دیفرنسیال معمولاً از یک رله جریانی (رله آمپریک) ســــاده استفاده می شود و جریانی که رله را بکار می اندازد برابر با تفاوت جریانهای زکوندر ترانسفورماتور می- باشد . ولی از آنجا که منحنی مغناطیسی ترانسفورماتورهای جـریان دو طرف محـــدوده حفاظت شدهمخصوصاً در موقع عبور جریان اتصال کوتاه که خیلی بزرگتر از جـــــریان نامی ترانسفورماتور جریان می باشد با هم با هم برابر نیستند،اغلب اتفاق می افتد که رله دیفرنسیال در اثر اتصــال کوتاه خارج از محدوده حفاظت شده عمل نماید . برای رفع این عیب باید رله دیفرنسیال در مقابل هر خطایی که در خــارج از محدوده حفاظت شده اتفاق می افتد بی اعتنا باشد.این گونه رله دیفرنسیال را رله دیفرنسیال پایدار می نامیم. برای تعیین اتصال دو فاز داخلی و حفاظت ژنراتور در مقابل اثرات نا مطلوب آن از همه مناسبتر رله دیفرنسیال می باشد.رلــــه دیفرنسیال را نباید خیلی دقیق تنظیم نمود،زیرا دقت زیاد باعث قطع بی موقع رله می شود.از این جهت رله دیفرنسیال عادی را معمولا ًطوری تنظیم می کنند که اگــر تفاوت جـــریان برابر با 10تا20 درصدجریان نامی شد، رله عمل نماید.در صورتیکه نخواسته باشیم دقت و حساسیت رله دیفرنسیال را کوچک کنیم ،باید از رله دیفرنسیال پایدار استفاده کنیم. برای حفاظت اتصال دو فاز ژنراتوری که در حالت خیلی استثنائی سیم پیچــی استاتور آن بصـــورت مثلث بسته شده است ،باید سیم پیچــی زکوندر ترانسفورماتورهای یک طــرف ژنراتــور را نیز بصــورت مثلث وصــل کرد.زیــرا همانطور که می دانیم اولاً جریان در سیمهای خروجی ژنراتور3 برابر جریان داخلی ژنراتور می باشد و در ثانی ایندو جریان نسبت به هم 30 درجه اختلاف فاز دارند و چــون ترانسفورماتور های جریان یک طرف ژنراتور در شاخه مثلث قرار می گیرد،اگر نسبت تبدیل ترانسفورماتورها 3 / باشــد و طرف زکوندر آن را بصورت اتصال مثلث ببندیم،جریانهای خروجی ترانسفـــورماتورهای جـــریان 3 برابر بزرگ خواهد شد و در این صورت می توان از 6 ترانسفورمـــاتور با نسبت تبدیل برابر استفاده کرد. در اتصـــال واحد ژنراتور ها (ژنراتور- ترانسفورماتور- شین)می توان فقط از یک رلـــه دیفرنسیال استفاده کرد و آنرا طوری بست که ژنراتور و ترانسفورماتور هر دو در مقــابل اتصال دو فاز حفاظت شوند.در این حالت باید نسبت تبــــــدیل ترانسفورماتورها را نیز در نظر گرفت و در ضمن نوع اتصال ترانسفورماتورقدرت در انتخاب ترانسفــــورماتورهای جریان موثر می باشد. اتصال کوتاه در استاتور ژنراتور در مرحله های ابتدایی و اولیـــــه سبب خراب شدن حلقه ای می شود که اتصالی شده ولی اگر این اتصالی به فوریت قطع نگردد حتــی سبب خراب شدن و سوزاندن آهن دندانه های استاتور نیز می گردد.از این جهت رلــــــه دیفرنسیال که برای حفاظت ژنراتور بکار برده می شود سبب قطع کلید دیژنگتور ژنراتور نیز می شود و در سیستم واحد (ژنراتور-ترانسفورماتور-شین)سبب قطع کلید ترانسفورماتور و یا اگــر دو کلید موجود باشد سبب قطع کلید ژنراتور و کلید ترانسفورماتور خواهد شد.در ضـــمن رله دیفرنسیال در موقع عمل کردن باعث برداشت مدار تحریک شده و دستگاه جرقـــــــه خاموش کن رانیز بکار می اندازد. در صورتیکه در اتصال واحد ژنراتور از دو رلــه دیفرنسیال استفاده شده باشد فقط رله دیفرنسیال ژنراتور بر روی دستگاه جرقه خاموش کن کار می کند.در بعضی مواقع شـاید بهتر باشد کــه رله دیفرنسیـال حتی بـر روی دستگاه های ترمز کننده توربین نیز موثر واقع شود. همچنین برای نشان دادن اتصال زمین در ژنراتور می توان از مـدار رلـه دیفرنسیال نیز استفاده کرد، بطوری که رله اتصال زمین بین نقطه صفر رلـه دیفرنسیـال و نقطه اتصال ستـاره ترانسفورماتور جریـان بسته مـی شود و بـدینوسیله از بکار بردن ترانسفورمـاتور جریان اضافی جهت رله اتصال زمین صرفنظر می شود. طرز کار این رله که یک رله آمپریک است بقرار زیر است: اگر یک اتصـال بدنـه در ژنراتـور یـا اتصال زمین در کـابـل رابـط بیـن ژنـراتـور تــا ترانسفورماتور جریان اتفاق افتد ارز هر سه فاز،جریان اتصال زمین عبور می کند که از نـظـر قــدر مطلـق و فـاز بـا هم برابر هستـنـد لـذا این سه جریـان در سیـم پیچی زکـونـدر ترانسفورماتورها القاء شده و مجموع آنها از رله اتصال زمین می گذرد وبا زمین مدارش بسته می شود. در صورتیکه اتصال زمین بعد از ترانسفورماتور جریان (در شبکه یا در سیمهای هوایی) باشد، باز هم جریان اتصال زمین از محل اتصال شده عبور می کند،ولی منتخبه جریانـها در طرف زکوندر ترانسفورماتورهای جریان صفر یا نزدیک صـفر خواهد بود از این رو رله اتصال زمین بدون جریان می ماند.بعبارت دیگر می توان با سنجش جریان ،به محل اتصال زمین پی برد. البته لازمه اینگونه حفاظت سلکتیو و محلـی، موجود بودن جریان زمین کافی است و باید دقـت کرد که از بکـار افتـادن بیجـای رله توسط جریـان خطای ترانسفورماتور جریان،نیز جلوگیری شـود به همین منظـور نمی توان رلـه را خیلی حسـاس نمود. بـا در نظر گرفتـن تـلفـات مغناطیسـی ترانسـفورماتورهای جریان و نسبت تبدیـل ترانسـفورمـاتورهای جریـان بطوریـکه جریان نامی زکوندر 5آمپر شود، بـاید جریان پریمر زمین در حدود2% جریان نامی پریمر ترانسفورماتور جریان باشد تا رله جواب دهد. در بیشتر اوقات ژنراتور شبکه ای را تغذیه می کند که دارای جریان کاپاسیـتـو زیـاد و یا جریـان باقیمـانده زیاد می بـاشد و می توان از این جریانها برای بکار انداختن رله استفاده کرد.البته در این حـالت وقتـی که اتصالی بین50%به پائین سیم پیچی ژنراتور اتفاق افتد ، چون ولتاژ جابجـایی کوچک مـی شود از جریان کاپاسیتیو نیز کـاسته می شود. معمولا ًدر صورتیـکه شبکه خاموش باشد ، جریان باقیمانده زمیـن خیلی کـم و در ضمن نسبـت تبدیل ترانسفورماتورهای جریان نیز در ژنراتورهای قوی بزرگتر است به این جهت جریانی که موقع اتصال زمین به رله می رسدآنقدر کم می شود که حتی رلـه قادر به قطع کردن مـدار در موقعی که اتصالی نزدیکیهای برن ژنراتور هم باشد ندارد. در این گونه موارد از یک سلف مخصوص به اسم سلف اتصال زمین استفاده می شود.سیم پیچی زکوندر این سلف بر روی مقاومت قابل تغـییری بسته شده اسـت و بـا بار گرفتن از آن در موقع اتصـال زمیـن ،می توان جریـان زمیـن را بطور قـابـل ملاحظه ای زیـاد کرد. در ضمن باید دقت کرد که جریـان اتصالی زمیـن از حد معینی تجاوز نکـند،زیرا زیادی جریان نیز باعث خسارت در محل اتصالی می شود.از این جهت بـاید بوسیله ای جریـان اتصال زمین را کنتـرل کرده و جریان لازم برای بکار افتادن رله را تولید کرد. از رله دیفرنسیال می توان برای حفاظت بعضی از خطوط انتقال انرژی بکار برده میشود و به دو دسته «طولی» برای سیم های ساده و«عرضی» برای سیمهای موازی تقسیم می- شود.این طــریقه حفاظت به جهت اینکه فقط خطای موجـود در محدوده خود را تعیین می- کند و نمی تواند حتی بعنوان رزرو،حفاظت قسمتهای دیگر شبکه را بعهده بگیرد نسبت به رله های دیگر مثل رله جــریان زیاد زمانی و رلـــه دیستانس در درجـــه دوم اهمیت قرار دارد.از این جهت هیچگاه سیمی را فقط با روش مقایسه حفاظت نمی کنند، بلکه همیشه این روش حفاظتی در کنار رله جریان زیاد زمانی و یا رله دیستانس در شبکه بکار برده می- شود. از این روش معمولاًموقعی استفاده می شــود که خواســته باشیم قطــعه سیم کوتاه یا شین اتصالی شده را در کمترین زمان ممکنه از شبکه خارج کنیم. در ثانی ارزش این روش در حفاظت قطعه سیم کوتاه و یا رساناهای با مقاطع بزرگ می باشد،زیرا امپدانس چنین قطعه سیمی بقدری کوچک می شود که نمی توان برای حفاظت آن از رله دیستانس استفاده کرد. حدود امپدانس لازم برای استفاده از رله دیستانس از0.1 اهم به بالاست ، در مقایسه طولی ممکن است جریان ها،ولتاژها ، و یا جهت جریان ها با هم مقایســــــــــه شوند.