ترانسفورماتور جریان دستگاه حفاظت رله

میدان حفاظت رله

ترانسفورماتور جریان (CTs) سیگنال ها را به رله های محافظ در کارخانه ها تغذیه می کند. هنگامی که جریان های غیرعادی رخ می دهد، قطع کننده های رله، از فرسودگی موتور و آسیب تجهیزات پرهزینه جلوگیری می کند.

دستگاه های حفاظت رله (رله های حفاظتی) نقش مهمی در تضمین پایداری، ایمنی و انطباق با مقررات سیستم های تولید و توزیع برق دارند. با استقرار انرژی های تجدیدپذیر، تولید پراکنده و کدهای شبکه سختگیرانه، رله ها در تشخیص خطا، قطع شبکه، اعمال فرکانس و ولتاژ و قابلیت اطمینان کلی سیستم نقش اساسی دارند.

چارچوب مقرراتی / استاندارد

مقررات آلمان برای اتصال به شبکه سیستم های تولید، الزامات قانونی را برای رله های حفاظتی تعیین می کند. دو قانون کلیدی اتصال فنی عبارتند از:

VDE-AR-N 4105: اتصالات ولتاژ پایین (≤100 کیلو وات، <1000 ولت AC) را کنترل می کند.

VDE-AR-N 4110: برای اتصالات ولتاژ متوسط ​​(> 100 کیلو وات یا ≥1000 ولت AC).

در هر دو مورد، رله‌های تغذیه شبکه یا حفاظت شبکه برای نظارت بر ولتاژ، فرکانس، قطعی‌ها و پدیده‌های مرتبط مورد نیاز است. برای قطع اتصال ژنراتورها در شرایط خارج از حد مجاز یا ناامن؛ و برای جلوگیری از جزیره شدن (یعنی جداسازی ناخواسته بخشی از شبکه).

کاربردهای کلیدی / مطالعات موردی

1. نیروگاه های برق آبی و تولید پراکنده
یک مورد مشخص Lukas Anlagenbau GmbH است، شرکتی در بایرن، که بسیاری از نیروگاه های برق آبی (با ظرفیت های حدود 5 کیلووات تا 10 مگاوات) را اداره می کند. با توجه به مقررات VDE-AR-N 4105 (و تجدید نظرهای آن)، نیروگاه های آن باید با الزامات نظارت بر تغذیه شبکه مطابقت داشته باشند: تشخیص ولتاژ بیش از حد/کمتر، فرکانس بیش از حد/کمتر، و واکنش در هنگام انحراف پارامترها.

برای ارضای این خواسته ها، لوکاس آنلاگنباو رله نظارت بر تغذیه شبکه ABB CM-UFD.M31 را در بیش از 60 نیروگاه برق آبی مستقر کرده است. این رله به طور مداوم پارامترهای مربوطه را کنترل می کند و در صورت تجاوز از محدودیت ها، سوئیچ رابط را خاموش می کند (دستگاه را از شبکه عمومی جدا می کند). این دستگاه همچنین پیام های خطا را نمایش می دهد، از آستانه های دقیق (فرکانس و ولتاژ) پشتیبانی می کند و قابلیت استفاده خوبی را ارائه می دهد (نصب ریل DIN، نمایشگر قابل خواندن).

این مورد نشان می‌دهد که چگونه حفاظت رله هم ایمنی عملیاتی و هم انطباق با مقررات را تضمین می‌کند، در حالی که اجازه می‌دهد تولید پراکنده در شبکه مشارکت کند.

2. سیستم های فتوولتائیک خورشیدی و 'حفاظت NA'
یکی دیگر از نمونه های کلیدی در استقرار PV خورشیدی است، به ویژه در بخش ولتاژ پایین. بر اساس VDE-AR-N 4105، هر نیروگاه تولیدی بین 30 کیلووات تا 135 کیلووات باید دارای حفاظت شبکه و سیستم (حفاظت NA) نصب شده باشد.

حفاظت NA ترکیبی از یک رله نظارتی و سوئیچ های اینترلاک شونده اضافی است. رله ولتاژ و فرکانس شبکه را نظارت می کند و هنگامی که انحرافات از حد تحمل فراتر رود، سیستم PV را در مدت زمان مشخص (اغلب در 0.2 ثانیه) از شبکه جدا می کند. کلیدهای اینترلاک طوری چیده شده اند که دو عنصر سوئیچینگ به صورت سری ایمنی خطا را تضمین می کنند - اگر یکی از کار بیفتد، دیگری همچنان قطع شدن را تضمین می کند. دستگاه های سوئیچینگ همچنین وضعیت را به رله مانیتورینگ بازخورد می دهند و از عملکرد صحیح اطمینان حاصل می کنند.

3. دستگاه ها / رله های در حال استفاده
سازندگان آلمانی مانند Ziehl رله های حفاظتی را مطابق با این استانداردها تولید می کنند. به عنوان مثال، دستگاه‌های UFR1001E و UFR1002IP ولتاژ، فرکانس، شیفت برداری و نرخ تغییر فرکانس (ROCOF) را نظارت می‌کنند که الزامات VDE-AR-N 4105:2018-11 و VDE-AR-N 4110:2018-11 را برآورده می‌کنند.

این رله‌ها در نیروگاه‌های تولید (خورشیدی، آبی، بادی) استفاده می‌شوند و عملکردهای حیاتی را ارائه می‌دهند: تشخیص شرایط غیرعادی شبکه، قطع ایمن، کنترل از راه دور/آماده به کار، نمایش و ثبت خطاها. رله‌های Ziehl به گونه‌ای طراحی شده‌اند که بدون خطا باشند (یعنی اگر یکی از قطعات خراب شود، ویژگی ایمنی همچنان کار می‌کند)، که طبق قوانین شبکه آلمان الزامی است.

مشکلات حل شده توسط حفاظت رله

از این برنامه‌ها، می‌توانیم چندین دسته از مشکلاتی که دستگاه‌های حفاظت رله به آنها کمک می‌کنند، ببینیم

پایداری و ایمنی شبکه
منابع انرژی تجدیدپذیر متغیر هستند. تغییرات ناگهانی در تولید (مثلاً به دلیل ابرهای روی PV یا کاهش سرعت باد) می تواند باعث نوسانات فرکانس و ولتاژ شود. اگر این نوسانات مدیریت نشوند، می توانند شبکه گسترده تر را منتشر کرده و بی ثبات کنند. رله ها اطمینان حاصل می کنند که نیروگاه های تولید زمانی که پارامترها از حد تحمل ایمن فراتر می روند قطع می شوند و از نیروگاه و شبکه محافظت می کنند.

جلوگیری از جزیره‌نشینی
(یک واحد تولیدی که در صورت قطع شبکه کار می‌کند) برای خدمه تعمیر و نگهداری خطرناک است و می‌تواند منجر به آسیب تجهیزات شود. رله های حفاظتی با تشخیص صحیح (افت ولتاژ، رانش فرکانس، جابجایی برداری، و غیره) تضمین می کنند که در صورت قطع شدن اتصال شبکه یا بروز خطا، تولید به طور ایمن خاموش می شود. سیستم‌های خورشیدی در رژیم حفاظتی NA باید شامل حفاظت ضد جزیره‌ای باشند.

انطباق با کدهای شبکه و الزامات قانونی
استانداردهای نظارتی مانند VDE-AR-N 4105 / 4110 در آلمان الزامات حفاظتی، ایمنی و عملکرد خاصی را تحمیل می کند. اپراتورها باید از رله های دارای گواهینامه برای این استانداردها با تنظیمات صحیح استفاده کنند. انطباق از مجازات های قانونی جلوگیری می کند و تضمین می کند که کارخانه ها می توانند متصل بمانند و پاداش دریافت کنند. موردی که در مورد شرکت آبی که از CM-UFD.M31 ABB برای برآورده کردن کد VDE استفاده کرده است، نمونه‌ای است.

تشخیص عیب و قطع و وصل سریع
عیوب در خطوط، ولتاژ بیش از حد، ولتاژ، فرکانس بیش از حد یا شرایط زیر فرکانس باید به سرعت شناسایی شوند تا از آسیب به قطعات و جلوگیری از خرابی های آبشاری جلوگیری شود. رله ها این تشخیص و فعال سازی سریع (خاموش) را برای جداسازی قطعات معیوب فراهم می کنند.

کیفیت برق و یکپارچه سازی شبکه
با افزایش انرژی های تجدیدپذیر، کیفیت توان (نوسانات ولتاژ، سوسو زدن، هارمونیک ها) و انسجام (فاز، فرکانس) چالش برانگیزتر می شود. رله های حفاظتی به نظارت و اعمال محدودیت هایی کمک می کنند که کیفیت توان قابل قبولی را برای همه کاربران حفظ می کند. آنها همچنین از توابعی مانند تغییر برداری (برای تشخیص روابط فاز نابجا) و ROCOF (نرخ تغییر فرکانس) پشتیبانی می کنند که برای پایداری زمانی که مقادیر زیادی از تولید توزیع شده آنلاین هستند، مهم هستند.

بحث / درس های آموخته شده

قابلیت استفاده از دستگاه اهمیت دارد: مورد واقعی در آلمان نشان می دهد که رله هایی که به راحتی پیکربندی می شوند، با نمایشگرهای واضح و فرآیندهای راه اندازی ساده، به احتمال زیاد به درستی نصب و نگهداری می شوند. اپراتور نیروگاه برق آبی برای سهولت در پیکربندی و دقت بودجه در نظر گرفته است.

افزونگی و ایمنی خطا: دو عنصر سوئیچینگ مستقل به صورت سری، نظارت بر موقعیت سوئیچ، رله‌های دو کاناله، طراحی بدون خطا فقط ویژگی‌های خوب نیستند، بلکه الزامات نظارتی در بسیاری از کدهای شبکه آلمانی هستند.

آستانه ها و زمان بندی: تنظیماتی مانند محدودیت های ولتاژ/فرکانس، تأخیر قبل از قطع، ظرفیت های سوئیچینگ و غیره باید بر اساس نیازهای اپراتور شبکه محلی تنظیم شوند. قوانین آلمان محدودیت های زمانی را تعریف می کنند (زمانی که ولتاژ/فرکانس خارج از محدوده است، ژنراتور چقدر سریع باید قطع شود). حساسیت، دقت و سرعت رله ها تعیین کننده است.

تکامل استاندارد: استانداردهای VDE-AR-N 4105 و 4110 تکامل یافته اند. تولیدکنندگان و اپراتورها باید با بازبینی‌ها همگام باشند. رله های حفاظتی اغلب مقادیر آستانه از پیش تعیین شده را برای نسخه های فعلی این استانداردها ارائه می دهند.

نتیجه گیری

دستگاه های حفاظت رله سنگ بنای ادغام ایمن، سازگار و پایدار منابع انرژی تجدیدپذیر و توزیع شده هستند. از طریق اجرای استانداردهای نظارتی (VDE-AR-N 4105 / 4110)، استقرار دستگاه های رله پیشرفته (ABB، Ziehl و غیره)، و کار موردی واقعی در سیستم های برق آبی و خورشیدی PV، رله ها به مسائل کلیدی می پردازند:

قطع شدن در شرایط ولتاژ/فرکانس ناامن

جلوگیری از جزیره نشینی

حفاظت از تجهیزات و پایداری شبکه

اطمینان از رعایت و اجتناب از مجازات

همانطور که انتقال انرژی آلمان ('Energiewende') ادامه می یابد، با تولید غیرمتمرکز، ذخیره انرژی، ریزشبکه ها و شبکه های هوشمند، رله های حفاظتی اهمیت بیشتری خواهند یافت – نه تنها برای ایمنی و مقررات، بلکه به عنوان توانمندسازی قابلیت اطمینان، انعطاف پذیری و عملکرد انعطاف پذیر.