ابزار حفاظتي (دستگاه هاي حفاظتي)

براي آن كه سيستم توزيع خوب كار كند و براي رضايت بخش بودن عملكرد آن بايد اشـكالات هـر بخشي از آن را جدا و از بقيه ي سيستم با سرعتي كه امكان دارد قطع كرد. در حقيقت، اگر ممكـن باشد بايد از بوقوع پيوستن چنين اشكالاتي جلوگيري كرد. ابزار اصلي براي انجـام ايـن امـر شـامل : فيوزها، تقسيم كننده هاي خودكار، وصل كننده هاي مجدد، كليدهاي مدار، بـرق گيرهـا يـا اضـافه جهش گيرها مي باشد. با اين حال موفقيت به هماهنگي ايـن وسـايل بسـتگي دارد بـه طـوري كـه عملكردشان با يكديگر منافاتي نداشته باشد.

نمودار 1-5 نشان مي دهد كه اين ابزار به كدام قسمت اين سيستم مرتبط مي شوند

. فيوزها

ويژگي جريان - زمان اساساً يك فيوز شامل يك المنت فلزي است كه وقتي جريان بيش از حدي از ميان آن جاري مي شود، المنت ذوب مي شـود . مقـدار (بزرگـ ي) جريـان بـيش از انـدازه بـه طـور معكوسي با طول مدت آن متغير خواهد بود. اين ويژگي جريان زمان نه تنها بوسـيله ي نـوعي فلـز استفاده شده و ابعاد آن (شامل شكل آن) تعيين شده است، بلكه همچنين با نوعي ضميمه هاي آن و محافظ نيز تعيين شده است. سمورد دومي نه تنها بر زمان ذوب تأثير مي گذارد بلكـه، بـر زمـان تخليه ي قوس نور هم تأثير مي گذارد پس «زمان تخليه ي» فيوز، حاصل جمع زمان ذوب و زمـان تخليه ي قوس نور مي باشد. به نمودار 1-5 و 2-5 مراجعه نماييد. اشاره مي كند كه در منحنـي b در نمودارب 3-5 ،زمان تخريه براي مقدار معيني از جريان نسبت به منحني a كمتر اسـت . از ايـن رو، فيوز با ويژگي b كه به عنوان «فيوز محكم» رجوع شده، با فيوز منحني a مقايسه مي شود . فيوزهاي سريع برحسب ولتاژ، توانايي حمل عادي جريان را ارزيابي مي كنند و معمولاً ويژگي هـاي قطع را توسط منحني هاي جريان زمان نشان مي دهند. در واقع هر منحنـي معـرف ارتبـاطي بـين پايين ترين و بالاترين زمان تخليه براي يك فيوز خاص مي باشد

هماهنگي فيوز، تعداد، سرعت و نوع ابزار قطع كننده كه در نمودار 1-5 نشان داده شده، به سيستم ولتاژ، جريان عادي، بالاترين خطاي جريان و بخش ها و تجهيزات مرتبط با آن هـا، بسـت گي دارد و شرايط عادي ديگر. ابزار معمولاً در مدار شاخه اي بخش هاي دروني قرار گرنفته اند، و بايـد طـوري هماهنگ شوند كه تنها بخش آسيب ديده را از جريان بازدارند .

شکل 1-5

فيوزهاي تكرار كننده (تقويت كننده)

فيوزهاي رديفي كه گاهي اوقات در گروه هاي 2تايي و 3 تايي (هر فاز ن) صب مي شوند، بـه عنـوان فيوزهاي تكرار كننده شناخته نشده اند كه داراي وقفه ي زماني بين هر دو واحد فيوز مـي باشـند . زماني كه اشتباهي رخ مي دهد، فيوز اول مي پرد و فيوز دوم به طور خودكار و با باز شدن فيوز اول، در مدار قرار مي گيرد. اگر اين اشتباه ادامه يابد، فيوز دوم مي پرد، اگر فيوز سومي هـم باشـد، ايـن فرضيه تكرار مي شود اگر اشتباه هميشگي است، تمام فيوزها خواهند پريد و بخش آسـيب ديـده از مدار جريان بازداشته مي شوند. جايي كه خازن ها براي تغذيه كننـدگان بـه منظـور اصـلاح عامـل قدرت به كار مي روند.

شکل 2-5

. فيوزها براي محافظت رديف از گروه آسيب ديده (و برعكس) انتخاب مي شوند و همچنين بايد براي تقسيم شدن و ابزار ديگر مدار واقع در پشت منبع هماهنگ باشند.

. فيوزهاي ترانسفورماتور

فيوزها در قسمت اوليه از ترانسفورماتورهاي توزيع بكار مـي رونـد تـا نـه تنهـا در موقـع اشـتباه در ترانسفورماتور يا در قسمت ثانويه، بلكه همچنين وقتي كه بار عادي دو ترانسفورماتور آن قـدر زيـاد مي شود كه نقصي در شرف وقوع است، ترانسفورماتور را از مدار قطع مي كنند، فيوزهـا در قسـمت ثانويه ترانسفورماتور را از اشتباهات و يا بار اضافي در مدار ثانويه به كار رفته، محافظت مي كند . ويژگي هاي فيوز اوليه، حد وسـط و سازشـي بـين محافظـت از اشـتباه و محافظـت از بـار اضـافي مي باشد، با اين وجود، فيوز بايد با فيوزهاي ديگر در آن رديف هماهنگ باشد. تلاش براي حل ايـن مسأله ترانسفورماتورهاي كاملاً خود محافظ CSP هستند كه در آن فيوز اوليه با ويژگي هاي تنها بر اساس محافظت در برابر خطا، در ميان مخزن ترانسفورماتور قرار گرفته انـد . (بـراي تشـخيص آن را خط اتصال ناميده اند). در حالي كه حفاظت بار اضافي در قسمت ثانويه ي ترانسـفورماتوري كـه در ميان مخزن قرار گرفته است، توسط كليدهاي مداري با ولتاژ پايين انجام مي شود. كليـدهاي مـدار تنها يك بار باز مي شوند، با اين وجود بايد به صورت دستي دوباره بسته شوند . فيوزها در قسمت رديفي محافظت كننده ها در شبكه هاي ثانويه و با ولتاژ پايين تـأمين شـده انـد . اين ها محافظت تقويت كننده در مواقعي هستند كه محافظ نمي تواند در طول تغذيه از شـبكه بـه فيوز ا يلو ه باز شود وقتي كه آسيب ديده اند و يا به طور آگاهانه به زمين متصل شده اند .

فيوزهاي ثانويه كه محدود كننده نيز مي نامند، در هنگام اتصال شـبكه هـاي اصـلي ثانويـه تـأم ين شده اند تا بخش هاي آسيب ديده شبكه هاي اصلي ثانويه را جدا كنند و از گسترش آتـش سـوزي در رساناها (معمولاً در سيستم هاي برق) جلوگيري كنند جايي كه جريان كافي خطا براي سوزاندن آن سيم ها وجود ندارد پس در بخش كوچكي از شبكه هاي اصلي تخليه مي شوند

تقسيم كننده هاي رديفي خودكار

تقسيم كننده هاي رديفي خودكار، در مجموعه اي با فيوزهاي رديفي و تقسيم، به تغذيه كننـدگان توزيع مرتبط هستند، آن ها همچنين در مجموعه اي با الكتريسـيته ي دورتـر از منبـع نسـبت بـه دوباره اتصال كنندگان و كليدهاي برق با چرخه ي اتصال مجدد هستند. اين ابزار در كاربرد كـاهش مي يابند اما در سيستم هاي توزيع بسيار هستند . وقتي اشتباهي رخ مي دهد در مدار پشت تقسيم، اين جريان اشتباه تقويت شـم ارش خطـا را آغـاز مي كند كه با ويژگي هاي فيوزها و ابزار ديگر هماهنگ مي باشند. هر وقت مدار، از جريان بازداشته شد (از دوباره اتصال كنندگان و كليدهاي مدار)، تقويت به سمت «گردش» حركت مي كند درسـت قبل از عمليات نهايي كه دوباره اتصال كننده و كليد مدار قفل شود، اگـر خطـا ادامـه يابـد تقسـيم كننده گردش خواهد كرد (در حالي كه هيچ جريان اشتباهي وجود ندارد) و كليد در آن نقطـه بـاز مي شود، اشتباه برطرف مي شود و به كليد مدار و اتصال كننده اجازه مي دهد تا بسـته شـود و بـه حالت اوليه و عادي اش برگردد. بنابراين، دستگاه با بقيه ي مدار واقع در بالاي مكان تقسيم كننـده به حالت اوليه باز مي گردد. اگر اشتباه موقتي باشد قبل از كامل شدن عملكرد ابزار اتصـال كننـده، پاك مي شود (تخليه مي شود)، تقسيم كننده پس از اين كه مدار دوباره به جريان افتاده به حالـت اوليه برخواهد گشت . تقسيم كننده ها با ظرفيت حمل جريان مداوم، پايين ترين حد گردش و شمارش جريان و بالاترين حد جريان اشتباه آني، و به علاوه با بالاترين حد ولتاژ سيستم، جريان شكست بار و ولتاژ محرك يـا سطح اساسي عايق بندي ارزيابي مي شود . يك تقسيم كننده مي تواند در مجموعه اي با ابزار دوباره اتصال كننده در ارتباط باشند. نزديكترين تقسيم كننده به وسيله ي دوباره اتصال كننده مي تواند پس از عمليات شروع به كار كند دورتـرين آن ها پس از 2 عمليات شروع ميشود . تقسيم كننده ها ابزاري با هزينه ي نسبتاً پاييني هستند. آن ها به جريـان وقفـه ي اشـتباه اگرچـه جريان اشتباه در ميان آن ها جاري باشد، نيازي ندارند. آن ها ممكن است به طور دستي عمل كنند و مانند كليدهاي شكست بار در نظر گرفته شوند .

دوباره اتصال كننده ها (ريكلوزرها)

ريكلوزرها اساساً هم كليدهاي مداري با ظرفيت پايين تري مي باشند و هم به عنوان جريـان عـادي وظيفه ي ايجاد وقفه را بر عهده دارند. آن ها معمولاً روي انشعابهاي اصلي تغذيه كننده هاي توزيـع در مجموعه اي با ابزار تقسيم كننده ي ديگر نصب شده اند و نقش يكساني را مانند فيوزهاي تكـرار كننده ي متصل در مدار يا كليدهاي مداري در ايستگاه فرعي انجام مي دهند . ريكلوزرها براي بازماندن يا قفل شدن پس از توالي عمليات هـاي گردشـي انتخـاب شـده، طراحـي شده اند. يك اشنتباه ريكلوزرها را به گردش خواهد انداخت، اگر اين اشتباه در واقع موقتي باشـد و مدت طولاني به طور نينجامد، عمليات گردشي بعدي، اتفاق نمي افتد و ريكلوزر به حالـت بسـته ي عادي خود بر مي گردد و براي مرحله بعدي آماده مي شود. اگر اشتباه دائمي باشد، ريكلـوزر بسـته خواهد شد و عمليات تا زماني كه ريكلوزر قفل شود، تكرار خواهد شد. ريكلوزرها معمولاً بـراي سـه عمليات اتصال خودكار قبل از قفل شدن، تنظيم مي شوند. اولين عمليات معمولاً آنـي (لحظـه اي )مي باشد يعني اتفاق با همان سرعت كه اتصال كليد مي تواند بدون هيچ وقفه ي زمـاني بـاز شـود . دومين و سومين عمليات وقفه هاي (تأخير) زماني را درج مي كند كه براي گردش دومي كوتاهتر از سومي مي باشد چ. هارمين گردش در بازماندن ريكلوزرها منتج خواهد شـد تـا زمـاني كـه بـه طـور خودكار و يا دستي به حالت عادي و اوليه بازگردد و براي مرحله بعدي آماده باشد . ريكلوزرها مي توانند روي يك منحني ويژگي جريان زمان و يا بيشتر اجرا شوند. ويژگي هاي اتصال مجدد از ريكلوزر براي هر عمليات بـا آن فيوزهـايي كـه در نقـاط هماهنـگ مـدار هسـتند و بـا آن تقويت هايي كه كليد مدار را در ايستگاه فرعي كنترل مي كنند، هماهنگ مي باشند

. تقويت كننده هاي كليد مدار

جايي كه جريان اشتباه فردي توانايي فيوز يا ريكلوزر مي باشد تا آن را به طور بي خطر قطع كند يا جايي كه عمليات در مدت زمان كوتاهي تكرار شده تا آن جريان را اقتصادي تـر سـازد، كليـد بـرق استفاده شده است. كليدهاي برق بايد نه تنها جريان عادي بار را قطـع كننـد، بلكـه بايـد بـه طـور مكانيكي بتوانند در برابر نيروهايي كه از ميدان مغناطيسي بزرگ منتج شده و توسط جريان اشـت باه جاري در ميان آن ميدان ها ايجاد شده اند، مقاومت كنند. زيرا ميـدان (نيمـرو ) بـه مقـدار جريـان اشتباه بستگي دارد كه در اصطلاح نيز به ولتـاژ مـدار وابسـته مـي باشـد، فشـارهايي كـه همراهـي شده اند وابسته به اين دو مقادير مي باشند. ويژگي هاي جريان زماني آن مقادير، با ايـ ن حـال، بـه تقويت هاي محافظتي وابسته به آن ها بستگي دارد و بايد ريكلوزرهاي رديف پايين، فيوزهـا و ابـزار حفاظتي ديگر، هماهنگ باشند.

تقويت حداكثر

تقويت حداكثر، اتصالات را مي بندد تا مداري كه باعث مي شود كليد مدار را بـاز و بسـته كنـد تـا هنگامي كه جريان به يك مقدار از قبل تعيين شده اي برسد (مدار) بكار اندازند . لحظه اي: تقويت بدون اضافه شدن آگاهانـه ي وقفـه ي زمـاني، اتصـالش را بـه صـورت لحظـه اي مي بندد يعني در يك مدت نسبتاً كوتاه، در واقع از 5 %دور به 20 دور (چرخه) احتمالاً (مي بندد). براي جلوگيري از عمليات متعدد كليد از شرايط موقتي و غير دائمي، بـه صـورت نـامطلوبي، زمـان استقرار بالا ممكن است براي وقفه (تأخير) به كار برده شود . زمان معكوس: عمليات وقفه (تأخير) ممكن است به طور معكوسي با مقـدار جريـان متفـاوت باشـد زمان استقرار جريان ممكن است فرق داشته باشد و وقفه ي زماني با نوسان (اختلاف) بازداري روي عنصر (جزء) قابل حمل تقويت آغاز شود. پس ممكن است ضريب انتخاب بيشتري بين تقويت هـا و فيوزها بدست آيد . زمان معين: تأخير زمان معين مي تواند قبل از اين كه تقويت شروع به كار كند، آغاز شـود و اجـازه دهد ضريب انتخاب بيشتري بدست آيد. اين ويژگي اغلب به ويژگي زمـان معكـوس بـيش از مقـدار معين جريان كه پس از آن عمليات تقويـت پـس از تـأخير زمـان ثابـت كامـل شـده اسـت اضـافه مي شود. اين ويژگي پايين تـرين زمـان معكـوس معـين در اكثـر كاربردهـاي تقويـت حـداقل بـه كارگرفته شده است . مدار توزيع ممكن است، با ريكلوزرها، تقسيم كننده هاي خودكار و ميوزها تقسيم شده باشند كه در آن نقاط نواقص ممكن است بدون تحت تأثير قرار دادن كل مدار، جدا شده باشند. همچنين ميوزها روي قسمت اوليه ي ترانسفورماتورهاي توزيع در نظر گرفته شده اند. ويژگي زمان معين تقويت كـه وابسته به كليدهاي مداري در ايستگاه فرعي بودند، با ويژگي هـاي ريكلوزرهـا و فيوزهـا روي مـدار توزيع هماهنگ شده اند

تقويت هاي جهت دار

تقويت هاي جهت دار، اصولاً تقويت هاي حداكثري هستند كه يك جزء مشابه با يك وات متر به آن اضافه شده است، كه هر دو دستگاه اتصالات در مجموعه ها مي باشـد . جـزء حـداكثر بـر اي بسـتن اتصالات آن بدون توجه به مسير جريان قدرت در رديف ( )خط ، عمل خواهد كرد. جزء وات متـر بـه ترك كردن در يك جهت تحت جريان عادي قدرت گرايش خواهد داشت و در جهت معكوس وقتي كه قدرت در جهت مخالف جريان دارد. از اين رو هر دستگاه اتصـالات بايـد بسـته شـوند و جريـان قد رت در يك جهت داده شده قبل از تقويت عمل خواهد كرد. هر دوي اجزاء ممكن اسـت بـا يكـي تركيب شوند به طوري كه تنها يك دستگاه از اتصتالات به تنهايي مورد نياز است . اين نوع تقويت در عمليات شبكه ي اوليه و ثانويه براي باز كردن محافظان استفاده شـده انـد تـا از تحريك كردن جريان در شبكه و تغذيه كننده هاي تداركاتي شان در طول اتفاق (پيشامد احتمالي)جلوگيري كند.

تقويت ديفرانسيل

تقويت ديفرانسيل، بر روي اختلاف بين ورودي جريان رديف يا تجهيزات عمل مي كند كه محـافظ مي باشد و جريان در آن باقي مي ماند. وقتي كه جريان وارد شـونده و خـارج شـون ده اساسـاً برابـر باشند، تقويت انجام نخواهد گرفت. يك اشتباه ميان رديف و تجهيزات، اين تعادل را مختـل خواهـد كرد و تقويت براي به گردش در آوردن كليد مدار تـداركات يـا كليـدهاي هـر دو قسـمت رديـف و تجهيزات محافظت شده، به كار گرفته خواهند شد. ايـن نـوع تقويـت بـراي حفاظـت گـذر گاه هـا، ترانسفورماتورها و رگولاتورها در ايستگاه فرعي استفاده شده اند زيرا ولتاژهايي كه در ايـن ابـزار بـه كار رفته اند ممكن است بالا باشند. ترانسفورماتورهاي جريان روي دو قسـمت تجهيـزات بـا نسـبت مناسب براي ترانسفورماتورها و تداركات جريان ها براي تقويت، نصب شده اند.

اضافه جهش گيرها يا برق گيرها

نقش اضافه جهش گير يا برق گير اين است كه فشارهاي ولتاژ را رد عايق بندي تجهيزات حفاظـت شونده، محدود مي كند تا به امواج ولتاژ اجازه دهد قبل از اين كه خرابي اتفاق بيفتد به داخل زمين نفوذ كند. در واقع امواج در ولتاژ توسط برق يا( بوسيله ي ضـربه ي مسـتقيم يـا بوسـيله ي القـاي ضربه ي نزديك) يا توسط انتقال ايجاد شده است . برق گيرها شامل دو جزء اصلي هستند: يك دهانه جرقه و ديگر جزء مقاومت غيرخطي (براي نوعي لامپ خلاء) يا يك محفظة انفجار (براي يك نـوع مـاده ي منفجـره ) زمـاني كـه يـك مـوج ايجـاد مي شود، شكاف جرقه پايين شكسته مي شود و به بالا منتهي مي شود و به جريان اجازه مي دهد از طريق جزء مقاومت (يا محفظه) به زمين جحاري شود زيرا حفاظت كننـده هـا در ايـن نقطـه يـك مسير ايستايي كم، يك جريان زياد ايجاد مي كنند، كه به 60 دور (چرخه) جريان اشاره شـده، و از طريق اين برق گير جاري مي شود. مقاومت غيرخطي، با ولتاژهـاي بـالاتر، ايـن جريـان را محـدود خواهند كرد و بالاخره اين جريان باز مي ايستد. در اين جا مقدار حركت جريـان جـداي از ظرفيـت اين سيستم مي باشد. محفظه ي انفجار قوس نور را نگه مي دارد، فشارهايي كه در آخر قوس نور را مي پرانند (مي سوزانند) افزايش مي يابد و باعث مي شود جريان از حركت باز ايستد. جريان ناشـي شده، عملكردي از ظرفيت سيستم است و محفظه ي انفجار بايد به طور مناسبي طراحي شده باشد. پس از هر يك از اين عمليات، برق گير بايد بر تكرار اين دوره ي عملكرد قادر باشد .