رله های حفاظتی چیست؟

رله حفاظتی چیست

رله های حفاظتی دستگاه های هوشمندی هستند که برای محافظت از وسایل الکترونیک در برابر ایجاد تغییر در کمیت هایی مانند فشار، دما و ... به کار می روند. در واقع این دستگاه ها با بررسی مشکلاتی که در سیستم های برقی وجود دارد، دستگاه های معیوب را از مدار خارج می کند و موجب از کار افتادن آنها می گردد. برای تشخیص خطا در یک سیستم برقی، رله حفاظتی یکسری ورودی دریافت می کند، آنها را با نقاط تنظیم مقایسه می کند و خروجی ها را ارائه می دهند. ورودی ها می توانند جریان، ولتاژ، مقاومت یا دما باشند. خروجی ها می توانند شامل بازخورد بصری به شکل چراغ های نشانگر و یا نمایشگر الفبایی عددی، هشدارهای کنترلی، آلارم ها و خاموش و روشن کردن برق باشند. نموداری که به این سوال پاسخ می دهد که رله حفاظتی چیست در زیر نشان داده شده است.

انواع رله های محافظتی

رله های حفاظتی می توانند الکترومکانیکی یا الکترونیکی (ریزپردازنده) باشند. رله‌های الکترومکانیکی یک فناوری منسوخ شده می باشند که متشکل از قطعات مکانیکی هستند که برای ماندن در تلورانس‌های مورد نظر، نیاز به کالیبراسیون معمول دارند. رله های ریزپردازنده یا الکترونیکی از فناوری دیجیتال برای ارائه خروجی های سریع، قابل اعتماد، دقیق و قابل تکرار استفاده می کنند. استفاده از رله الکترونیکی یا مبتنی بر ریزپردازنده به جای طراحی الکترومکانیکی مزایای متعددی از جمله دقت بهبود یافته، عملکردهای اضافی، کاهش تعمیر و نگهداری، نیاز به فضای کمتر و هزینه‌های چرخه عمر را فراهم می‌کند.

هدف استفاده از رله های حفاظتی

هدف رله های حفاظتی تشخیص یک مشکل، به طور ایده‌آل در مرحله اولیه، و حذف یا کاهش قابل توجه آسیب به پرسنل و یا تجهیزات است. مشکلاتی که ممکن است برای سیستم های برقی به وجود آید شامل چندین مرحله است که رله حفاظتی آن را برطرف می کند. مراحل زیر چگونگی ایجاد یک مشکل الکتریکی را نشان می دهد:

مرحله 1: هنگامی که هادی هایی با عایق خوب در معرض عواملی مانند رطوبت، گرد و غبار، مواد شیمیایی، استفاده بیش از حد و مداوم، لرزش یا خرابی عادی قرار می گیرند، عایق به آرامی شروع به خراب شدن می کند. چنین تغییرات کوچکی بلافاصله آشکار نمی شود تا زمانی که آسیب به اندازه کافی شدید باشد که باعث خطای الکتریکی گردد. رله‌های محافظ می‌توانند با شناسایی انحرافات جزئی در جریان، ولتاژ، مقاومت یا دما تشخیص دهند که مشکل در حال ایجاد است. با توجه به دامنه کوچک تغییرات، فقط یک دستگاه پیچیده مانند یک رله حفاظتی حساس یا یک مانیتور می تواند این شرایط را تشخیص دهد و نشان دهد که ممکن است یک مشکل در حال ایجاد باشد، قبل از اینکه آسیب بیشتری رخ دهد.

مرحله 2: با شدیدتر شدن مشکل، تغییرات بیشتری مانند خرابی عایق، گرمای بیش از حد یا تشدید ولتاژ رخ می دهد. از آنجایی که این تغییرات بسیار گسترده است، می توان از دستگاه های سنتی برای قطع برق استفاده کرد. همچنین می توان از رله های حفاظتی برای ایجاد حفاظت زیاد با تشخیص عوامل خطا (گرمای بیش از حد، ولتاژ بیش از حد و غیره) استفاده کرد که با فیوزها و قطع کننده های مدار امکان پذیر نیست.

مرحله 3: در این مرحله، مشکل پیش آمده و باعث آسیب شده است. انواع مختلف مانیتورها و رله های حفاظتی می توانند آسیب را کاهش داده یا از بین ببرند زیرا آنها مشکلات را پیش از دستگاه های سنتی تشخیص می دهند.

به عنوان مثال، اگر یک مرکز به طور مداوم کلیدهای مدار را تنظیم مجدد کند، فیوزها را تعویض کند، یا تجهیزات را تعمیر کند و نتواند مشکل را پیدا کند، ممکن است با جریان اضافه مواجه شود. در این صورت، کاربر می تواند از رله های حفاظتی استفاده کند که دارای ویژگی جریان بیش از حد است. رله حفاظتی، جریان ورودی را اندازه گیری می کند و به کاربر اجازه می دهد تا تنظیمات را در رله برنامه ریزی کند. تنظیمات معمولا حساس تر از فیوزها یا کلیدهای مدار هستند. هنگامی که دستگاه از این محدودیت ها فراتر رفت، رله های حفاظتی یک سوئیچ داخلی (کنتاکت های رله) را راه اندازی می کنند. کاربر این امکان را دارد که از سوئیچ برای روشن کردن چراغ یا قطع برق قبل از بروز مشکلات بیشتر استفاده کند.

اساس کار رله حفاظتی

همانطور که که در ابتدا نیز اشاره شد، رله های حفاظتی با دریافت یک ورودی و پردازش آن، اطلاعات و خروجی های مفیدی را برای حفاظت از دستگاه های برقی ارائه می دهند. در ادامه به بررسی مراحل مختلف پردازش و اساس کار در این دستگاه ها می پردازیم :

ورودی ها : رله های حافظتی برای تصمیم گیری به اطلاعاتی از سیستم نیاز دارد. این ورودی ها را می توان به روش های مختلفی جمع آوری کرد. در برخی موارد، سیم های موجود در میدان را می توان مستقیماً به رله متصل کرد. در سایر موارد ممکن است نیاز باشد ورودی ها را به قالبی تبدیل کرد که توسط رله قابل پردازش باشد. این وسایل مبدل می توانند ترانسفورماتورهای جریان، ترانسفورماتورهای پتانسیل، کوپلرهای کششی، RTD  یا سایر دستگاه ها باشند.

تنظیمات : بسیاری از رله های حفاظتی دارای تنظیمات قابل تغییر هستند. تنظیمات در واقع برنامه های مورد نیاز کاربر است که به رله اجازه می دهد چگونه ورودی های را پردازش کند. رله ورودی ها را با این تنظیمات مقایسه و پردازش کرده و بر این اساس پاسخ می دهد.

فرایندها و پردازش :  پس از اتصال ورودی ها و برنامه ریزی تنظیمات، رله های حفاظتی این مقادیر را مقایسه کرده و خروجی را ارائه می دهد. بسته به نیاز، انواع مختلفی از رله ها برای عملکردهای مختلف در دسترس هستند.

خروجی ها : رله های محافظتی راه های مختلفی برای ارائه خروجی دارند. به عنوان مثال رله می تواند از طریق بازخورد بصری مانند صدا یا LED خروجی را ارائه کند. یکی از مزایای رله های الکترونیکی یا ریزپردازنده توانایی برقراری ارتباط با شبکه یا PLC است. به عنوان مثال در ترموستات ورودی اندازه گیری شده دما و ورودی رله حفاظتی سنسور دما است. کاربر تنظیم دمای مورد نظر را تنظیم می کند. رله دمای هوای موجود را اندازه گیری می کند و آن را با تنظیمات کاربر مقایسه می کند. سپس خروجی می تواند به صورت کنترل (روشن یا خاموش کردن کولر یا کوره) و یا نشانگر بصری روی نمایشگر ترموستات باشد. مشابه نحوه حل مشکل ترموستات برای کنترل خودکار تهویه مطبوع یا بخاری در خانه، رله های حفاظتی می توانند مشکلات الکتریکی را حل کنند.

رله های حفاظتی از جمله وسیله الکتریکی هستند که برای پاسخگویی به شرایط خطر و آسیب زا طراحی شده اند و باعث حفاظت از...