بی متال

برای حفاظت از موتورھای الکتریکی در مقابل اضافه بار از رله ھای حرارتی (بی متال) استفاده می شود. اساس کار این رله ھا بر پایه اختلاف ضریب انبساط طولی دو فلز به کار رفته است.

بر اثر عبور جریان از بی متال ،دو فلز گرم می شوند و طول آنھا افزایش می یا بد. از آن جایی که ضریب انبساط طولی یکی از فلزات بیشتر از دیگری است. دو فلز با ھم به سمت فلزی که ضریب انبساط طولی کمتری دارد خم می شود. در نتیجه مسیر عبور جریان کنتاکتھا باز و مدار قطع می شود.

طرز کار بی متال

در رله ھای حرارتی ، سه تیغه تعبیه شده که سیم حا مل جریان چند حلقه  به دور آن پیچیده می شود. در اثر عبور جریان اضا فه بار، ھادی ھا گرم ، حرارات به بی متال منتقل می شود و با عث خم شدن تیغه می شود. حرکت ھر یک از بی متالھا به اھرمی فشا ر می آورد و با جا به جا شدن اھرم، یک میکرو سوئچ که دارای کنتاکت تبدیل باز و بسته است تغییر وضعیت می دھد و مدار فرمان را قطع می کند. برای افزایش سرعت عملکرد بیمتال و جلوگیری از جرقه و سوختگی محل اتصال، از آھنربا در بالا و پایین تیغه دوفلزی استفاده میشود که نیروی مغناطیسی آن به بسته شدن سریع اتصال کمک میکند. 

رله ھای اضافه بار (بیمتال) تنظیم پذیر ھستند و میتوان آنھا را به گونھای تنظیم کرد که جریانھایی بین ١٫٠۵ تا ١٠ برابر جریان نامی موتورھا را قطع کنند. رله بیمتال سه فاز معمولاً دارای سه پل قدرت و دو کنتاکت فرمان است (یک کنتاکت باز برای اتصال به سیستم ھشداردھنده و یک کنتاکت بسته برای قراردادن در مسیر تغذیه کنتاکتور). کنتاکت معمولا بسته NC با شماره های 95-96 و کنتاکت های معمولا باز NO با شماره های 97-98 مشخص می شوند.

برخی از رله ھای بیمتال دارای دو حالت دستی و خودکار ھستند که در حالت دستی اگر رله عمل کند باید آن را به  حالت اول بازگرداند، اما در حالت خودکار برگشتن به حالت اول پس از RESET صورت دستی و با فشردن دکمه گذشت مدتی معین به صورت خودکار انجام میشود.

اتصال بار تکفاز به بی متال سه فاز

در صورت استفاده از یک بی متال سه فاز برای یک مصرف کننده تکفاز، باید قطع کننده یکی از فازھا را با قطع کننده فاز دیگر سری نموده و از کنتاکت باقی مانده باید برای اتصال نول به مصرف کننده استفاده نمود.

قسمتھای مختلف یک رله حرارتی عبارتند از:

تیغه ھای اتصال به کنتاکتور

ترمینالھای اتصال به کابل موتور ترمینال مشترک مدار فرمان 

پیچ تنظیم جریان

ترمینالھای باز و بسته مدار فرمان 

پیچ تغییر وضعیت 

رله اور کارنت

حفاظت جریان زیاد، به طور طبیعی قدیمیترین سیستم حفاظتی است. حفاظت جریان زیاد نباید با حفاظت اضافه بار (over load) اشتباه شود. در حفاظت اضافه بار به طور معمول از رلهﻫایی استفاده می‌شود که زمان عملکرد آنﻫا با ظرفیت حرارتی بخش مورد حفاظت در ارتباط است. از طرف دیگر، هدف از حفاظت جریان زیاد بر طرف کردن خطا است.

 

حفاظت جریان زیاد دارای ویژگیﻫای زیر است:

۱ - رلهﻫای جریان زیاد ارزانترین وسادهترین حفاظت برای خطوط هستند.

۲ - هرگاه تغییری در سیستم رخ دهد، لازم است تنظیم رلهﻫا تغییر کند.

۳ - زمانﻫای عملکرد به طور کلی بزرگ می‌باشد.

با توجه به این ویژگیﻫا حفاظت جریان زیاد درجه بندی شده، به طور معمول برای موارد زیر استفاده می‌شود:

۱ - در فیدرﻫای توزیع و فوق توزیع با سیستم ولتاژ کمتر از ۶۳KV، که تغذیه خطا فقط از یک طرف است. رلهﻫای جریان می‌توانند با فیوزﻫا هماهنگ شوند.

۲ - جایی که زمان کار به نسبت طولانی قابل قبول بوده و عملکرد آنی ضرورتی ندارد.

۳ - در سطوح ولتاژ بالا، در خطوط انتقال رلهﻫای جریان زیاد جهت دار یا غیر جهت دار به عنوان حفاظت پشتیبان رلهﻫای حفاطتی اصلی با عملکرد آنی استفاده می‌شود.

۴ - رلهﻫای اتصال زمین (earth fault) برای خطای زمین با مقاومت زیاد که نمی‌توانند توسط حفاظت اصلی تشخیص داده شوند، مورد استفاده قرار می‌گیرند.



مشخصهﻫای رلهﻫای جریان زیاد

رلۀ جریان زیاد موقعی عمل خواهد کرد که جریان عبوری از آن بیش از مقدار جریان تنظیمی (Iset) باشد. اگر I=Iset باشد، رله در آستانه عملکرد است و اگر جریان عبوری از رله کمتر از جریان تنظیمی باشد، رله عمل نخواهد کرد. زمان کار همۀ رلهﻫای جریان زیاد با افزایش مقدار جریان به طور مجانبی به یک مقدار حداقل میل می‌کند. مشخصهﻫای مختلف زمان- جریان عبارتند از:

۱ - زمان معین (definite time)

۲ - معکوس با زمان حداقل معین استاندارد (IDMT)

۳ - بسیار معکوس (very inverse)

۴ - فوق العاده معکوس (extremely inverse)

در صورتی که زمان کار رله برای همۀ جریانﻫای بزرگتر از تنظیم رله ثابت باشد، رله دارای مشخصۀ زمان ثابت است. در شرایطی که در اثر تغییر امپدانس منبع، جریان خطای سیستم به طور گسترده تغییر می‌کند، این مشخصه برای هماهنگی رلهﻫای پشت سر هم مناسب است. هنگامی که این مشخصه همراه با مشخصۀ معکوس استفاده شود، مزیت مشخصه معکوس در مقادیر بالاتر جریان خطا با مزیت مشخصه زمان معین در مقادیر کوچک جریان خطا به طور طوام به دست می‌آید.

مشخصۀ زمان- جریان IDMT استاندارد در جریانﻫای کمتر معکوس بوده و در نهایت شکل زمان معین را پیدا می‌کند. مشخصه IDMT معکوس دارای زمان عملکرد طولانی در ضرایب کوچک جریان تنظیمی و زمان عملکرد کمتر در جریانﻫای بزرگتر است.

یکی از مشکلات سیستم حفاظتی که از رله IDMT استفاده می‌کند این است که با نزدیک شدن محل خطا به منبع قدرت، زمان برطرف شدن خطا افزایش می‌یابد. اگر اختلاف فاحشی در سطح اتصال کوتاه بخشهای مختلف سیستم وجود داشته باشد، وضعیت با استفاده از رلهﻫای با مشخصۀ بسیار معکوس بهبود می‌یابد. در این رلهﻫا، مشخصۀ زمان- جریان در دامنۀ بزرگتری از جریان معکوس است و شیب مشخصه هم بزرگتر است. مشخصه معکوس نیز پس از جریانﻫای بزرگتر، به زمان معین میل می‌کند. در نتیجه می‌توان از TMS‌های نزدیک به هم (و حتی یکسان) برای چند رلۀ پشت سر هم استفاده کرد. به طور کلی، در موقعیتﻫایی که جریان خطا بین نقاط رله گذاری اختلاف زیادی با هم دارند، استفاده از تاخیر زمانی بسیار معکوس به جای رلهﻫای یکسان مناسبتر است.

مشخصۀ زمان- جریان رلهﻫای جریان زیاد فوق العاده معکوس برای حفاظت فیدرﻫای توزیع که در هنگام وصل به منبع در معرض جریانﻫای شدید (جریان هجومی بارﻫای سرد) هستند، بسیار مناسب است. زمان عملکرد طولانی این رلهﻫا در مقادیر حداکثر بار عادی، آن را برای هماهنگی با فیوزﻫا مناسب می‌سازد. کاربرد دیگر این رلهﻫا همراه با وصل مجددخودکار در مدارﻫای توزیع ولتاژ کم است. با توجه به این که بیشتر خطاﻫا دارای طبیعت گذرا هستند، در صورت تنظیم وصل مجدد خودکار برای این که قبل از فیوز عمل کند، از سوختن و جایگزینی غیر لازم فیوزﻫا اجتناب می‌شود. در صورتی که خطا دایمی باشد، وصل مجدد خودکار پس از بستن مجدد مدار قفل می‌شود و در نتیجه، برای جدا شدن بخش معیوب فیوز عمل می‌کند.

در رلهﻫای جریان زیاد، دو نوع تنظیم وجود دارد: تنظیم جریان و تنظیم زمان. در مورد اول جریان عملکرد رله و در مورد دوم زمان عملکرد رله تنظیم می‌شود. جریان عملکرد واقعی ۵ تا ۳۰ درصد از جریان تنظیمی رله بیشتر است.

جریان عملکرد رله، با تغییر درجۀ مخصوص جریان روی رله تنظیم خواهد شد. جریان تنظیمی رله نیز به صورت درصدی از جریان نامی آن مشخص می‌شود. به عنوان مثال ممکن است روی رله‌ای تنظیمﻫای ۱۷۵، ۱۵۰، ۱۲۵، ۱۰۰، ۷۵، ۵۰ و ۲۰۰ درصد جریان نامی موجود باشد.

زمان عملکرد رله نیز توسط دکمۀ دیگری که روی رله قرار دارا و با یک سری اعداد مدرج شده، کم یا زیاد می‌شود. هر یک از این اعداد، نشان دهندۀ یک منحنی مشخصۀ رله است که به اصطلاح ان را ضریب تنظیم زمانی (TMS و یا TDS) می‌گویند. ضریب تنظیم زمانی روی رلهﻫا به طور معمول بین ۰. ۱ تا ۱ (یا ۱ تا ۱۰) بیان می‌شود. در صورتی که TMS برابر ۱ باشد، به ازای یک جریان معین، بیشترین زمان عملکرد حاصل می‌شود و بر عکس اگر روی ۰. ۱ قرار داده شودکمترین زمان عملکرد به دست می‌آید. اگر همۀ مشخصهﻫایی که به ازای TMS‌های مختلف به دست می‌آیند روی یک دستگاه مختصات رسم شوند، مشخصه با TMS برابر ۱ بالای منحنیﻫای مشخصۀ دیگر ومشخصه با TMS مساوی ۰. ۱ پایینتر از سایر مشخصهﻫا قرار می‌گیرد.

در بسیاری موارد، زمان عملکرد رله با تغییر TMS به طور خطی تغییر می‌کند، بنابراین اگر عملکرد رله به ازای یک جریان معین و برای TMS= ۱ برابر t۱ باشد، زمان عملکرد آن به ازای همان جریان و TMS‌های دیگر برابر (t۱) × (TMS) خواهد بود.



تنظیم وهماهنگی رلهﻫای جریان زیاد

رلهﻫا در ابتدا به گونه‌ای تنظیم می‌شوند که کوتاهترین زمان عملکرد در حداکثر جریان خطا به دست آید، سپس بررسی می‌شود که آیا عملکرد آنﻫا در کمترین خطای مورد انتظار نیز رضایت بخش است یا نه.

الف- تنظیم جریان رلهﻫای جریان زیاد

در تنظیم جریان رلهﻫای جریان زیاد نکات زیر باید در نظر گرفته شود.

۱ - جریان عملکرد رله باید از حداکثر جریان بار بیشتر باشد.

۲ - در طی شرایط اضافه بار متوسط موقتی رله نباید عمل کند (شرایط اضطراری).

۳ - رله باید برایتمام خطاﻫای خط خودش به عنوان رلۀ اصلی و برای تمام خطاﻫای خط مجاورش به عنوان رلۀ پشتیبان عمل کند، بنابراین جریان عملکرد آن باید از کمترین جریان اتصال کوتاه خط خودش و کمترین جریان اتصال کوتاه کوتاه خط مجاورش که از آن به عنوان رلۀ پشتیبان حفاظت می‌نماید کمتر باشد.

۴ - رله نباید برای جریان راه اندازی بارﻫای سرد دچار عملکرد اشتباه شود. در شرایط کلی، امکان تنظیم رلهﻫای جریان زیاد برای جریانﻫای بیش از جریان هجومی وجود ندارد و به طور معمول در این حالت، رله شروع به عمل می‌کند، ولی زمان عمل آن طوری تنظیم می‌شود که تا قبل از عملکرد رله، جریان به مقدار کمتر از پس گرد رله کاهش یابد و رله به دنبال آن برگشت کند.

با توجه به نکات بالا، جریان عملکرد رله حدود ۱. ۲ تا ۲ برابر حداکثر جریان بار تنظیم می‌شود. قانون کلی این است که تنظیم جریان رله نزدیک به منبع باید همیشه با تنظیم رلۀ قبلی یکسان یا بالاتر باشد. اگر رله‌ای که لازم است ابتدا کار کند (رلۀ اصلی) دارای تنظیمی بیش از رلۀ بعدی (رلۀ پشتیبان) باشد، ممکن است در مقادیر کوچک جریان تشخیص اشتباه پیش آید.

ب- فاصله زمانی هماهنگ

فاصله زمانی بین کار دو رله مجاور به این عوامل بستگی دارد:

۱ - زمان لازم برا قطع جریان خطا توسط کلید: این زمان به نوع و سرعت کلید قدرت بستگی دارد و به طور متوسط ۱۰۰ms می‌باشد. البته کلیدﻫای مدرن دارای سرعت بیشتری بوده و زمان قطع می‌تواند تا حدود ۶۰ms کاهش یابد.

۲ - زمان مربوط به حرکت اضافی رلۀ پشتیبان: هنگامی که رلۀ اصلی و جریان خطا قطع گردد کار رلۀ پشتیبان تا زمانی که انرژی ذخیره شده در آن تلف شود ادامه می‌یابد.

۳ - خطاﻫا: کلیه وسایل اندازه گیری همچون رلهﻫا و CT‌ها دارای مقداری خطا هستند. زمان عملکرد هر کدام از رلهﻫای اصلی و پشتیبان می‌تواند دارای خطای مثبت (بیش از زمان مورد انتظار) یا منفی (کمتر از زمان مورد انتظار) باشد. همچنین CT‌ها به واسطۀ نیاز به جریان تحریک برای مغناطیس کردن هسته دارای خطای فاز و نسبت می‌باشد.

۴ - فاصلۀ ایمنی: پس از در نظر گرفتن عوامل ذکر شده، برای افزایش امنیت هماهنگی، یک فاصلۀ ایمنی در نظر گرفته می‌شود.

درسالﻫای قبل، فاصلۀ زمانی کل برای پوشش موارد فوق به طور معمول برابر ۰. ۵ ثانیه در نظر گرفته می‌شد و امروزه با توجه به کلیدﻫای مدرن سریعتر و زمان حرکت اضافی کمتر رلهﻫا، ۰. ۴ ثانیه معقول است. حتی در بهترین شرایط، فواصل زمانی کمتر نیز می‌تواند قابل قبول باشد