معرفی رله حفاظتی دیجیتال

معرفی رله های دیجیتالی

در سیستم‌های انتقال و توزیع نیروی برق شهری و صنعتی، رله حفاظتی دیجیتال شامل یک سیستم مبتنی بر کامپیوتر با الگوریتم‌ها و نرم افزار های حفاظتی برای تشخیص خطاهای الکتریکی است. به چنین رله هایی، رله های محافظ ریزپردازنده نیز گفته می شود. این رله ها جایگزین های مناسبی برای رله های حفاظتی الکترومکانیکی هستند. ویژگی‌های اصلی که بسیاری از محققین را به بررسی و طراحی رله‌های  دیجیتال برای حفاظت از سیستم قدرت تشویق کرده است، صرفه‌جویی، قابلیت اطمینان، انعطاف‌پذیری، عملکرد بهبود یافته نسبت به رله‌های معمولی و امکان ادغام یک رله دیجیتال در سیستم کامپیوتری است. ما در این مقاله به بررسی رله های حفاظتی دیجیتال و اجزای آنها می پردازیم. با ما همراه باشید.

تاریخچه

رله حفاظتی دیجیتال توسط جورج راکفلر اختراع شد. جورج آن را در پایان نامه کارشناسی ارشد خود در سال 1967-1968 در کالج مهندسی نیویورک ارائه داد. وستینگهاوس اولین رله دیجیتال را  که بین سال‌های 1969 تا 1971 اختراع شده بود، توسعه داد. این رله در خط انتقال 230 کیلوولت در شرکت تسلا راه‌اندازی شد و به مدت شش سال نیز کار کرد. اولین رله دیجیتال مبتنی بر ریزپردازنده تجاری توسط ادموند در اوایل دهه 1980 ساخته شد. در بسیاری از خطوط انتقال در اواسط دهه 1990، رله دیجیتال تقریبا جایگزین رله حالت جامد و رله الکترومکانیکی شد. در حالی که اکثر رله‌های حفاظتی در کاربردهای جدید امروز دیجیتال هستند، رله حالت جامد هنوز هم دارای کاربرد های خاص خود است. رله های حالت جامد به دلیل اینکه پیچیدگی رله‌های دیجیتال را ندارند، مورد استقبال بسیاری از کاربر ها هستند.

کاربرد رله های حفاظتی دیجیتال

رله حفاظتی دیجیتال یکی از مهم ترین وسایلی است که در پنل های فشار متوسط و ضعیف برای محافظت از تجهیزات در برابر خطاهای الکتریکی استفاده می شود. این نوع رله نیز مانند سایر رله های حفاظتی برای قطع کردن یک مدارشکن طراحی شده است و از طریق تشخیص زمان وقوع خطا در سیستم، قطع کننده مدار را فعال می کند تا قسمت دارای آسیب را از بقیه سیستم جدا کند. اولین رله حفاظتی از نوع استاتیک و الکترومکانیکی بود، اما بعد از آن، نوع مبتنی بر ریزپردازنده برای محافظت سریع از سیستم توسعه یافت. در سال های اخیر از انواع رله دیجیتال مبتنی بر ریزپردازنده بیشتر استفاده می شود.

اجزای رله حفاظتی ریزپردازنده یا دیجیتال

یک رله حفاظتی دیجیتال از بخش های اصلی زیر تشکیل شده است: پردازنده، سیستم ورودی آنالوگ، سیستم خروجی دیجیتال و منبع تغذیه مستقل مانند 24 VDC، 110VDC یا 220 VAC.

شرح و تعریف: رله حفاظتی دیجیتال یک رله محافظ است که از یک ریزپردازنده ها برای بررسی و تجزیه پارامتر های یک مدار یا سیستم ماند ولتاژ،جریان و ... استفاده می کند تا عیب یا آسیب در یک سیستم یا مدار را تشخیص دهد. رله محافظ دیجیتال را می توان "رله محافظ عددی" نیز نامید.

ورودی: سیگنال های ولتاژ و جریان به عنوان حداقل مقدار ورودی، معمولا با استفاده از مفاهیم تبدیل فوریه به عنوان یک تابع در رله تعریف می شوند.

پردازش: رله حفاظتی خروجی های مبدل A/D حاصل را تجزیه و تحلیل می کند تا مشخص کند که آیا مدار تحت الگوریتم های حفاظتی تعریف شده قرار گرفته است یا خیر. الگوریتم های حفاظتی مجموعه ای از معادلات منطقی هستند که معمولا توسط مهندس حفاظت طراحی شده اند و بخشی نیز توسط سازنده رله طراحی می شوند و اصول کار رله بر اساس آنها است. همچنین  رله می تواند بر اساس پارامترهای تعیین شده توسط کاربر، تجزیه و تحلیل کند که آیا رله باید خاموش شود یا از خاموش شدن خودداری کند. اگر مشکلی تشخیص داده شود، کنتاکت های خروجی برای خاموش کردن کلید مدار فعال می شوند.

تنظیم پارامتر: پارامتر های مختلفی در رله حفاظتی دیجیتال توسط کاربر قابل تنظیم هستند. این پارامتر ها می تواند از تغییر ساده سوئیچ های پنل جلو یا جابجایی جامپرهای برد مدار گرفته تا دسترسی به صفحه وب از طریق ارتباط در رایانه دیگری که صدها کیلومتر دورتر است، متفاوت باشد.

رله حفاظتی دیجیتال ممکن است مجموعه گسترده‌ای از تنظیمات داشته باشد، فراتر از آنچه که می‌توان از طریق دستگیره‌های پانل و شماره‌گیری وارد کرد. این تنظیمات از طریق یک رابط با رایانه شخصی به رله منتقل می‌شوند و همین رابط رایانه شخصی برای جمع آوری گزارش و یا اطلاعات از رله مورد استفاده قرار گیرد.

ضبط عملکرد: در برخی از رله ها، تاریخچه کوتاهی از کل داده ها ضبط و نگهداری می شود. ضبط این داده ها به کاربر برای دیدن زمان‌بندی خاموش و روشن شدن کلید، تغییرات ورودی و خروجی رله و ... کمک می کند.  

نمایش داده ها: رله های حفاظتی دیجیتال دارای یک صفحه نمایش بر روی یکی از ترمینال ها هستند. این نمایشگر برای نشان دادن تنظیمات رله و مقادیر لحظه ای جریان، ولتاژ و غیره استفاده می شود. رله‌های دیجیتال پیچیده‌تر دارای پورت‌های پروتکل اندازه‌گیری و ارتباطی هستند که به رله اجازه می‌دهد تا به عنصری در سیستم SCADA تبدیل شود.

مقایسه رله حفاظتی دیجیتال با رله حالت جامد

یک رله حفاظتی الکترومکانیکی، ولتاژها و جریان ها را به نیروها و گشتاورهای مغناطیسی و الکتریکی تبدیل می کند که موجب کشش فنر در رله و ایجاد فشار می گردد. کشش فنر و ایجاد ضربه روی سیم‌پیچ‌های الکترومغناطیسی در رله، فرآیندهای اصلی هستند که توسط کاربر در این نوع رله‌ ها تنظیم می شوند. در رله‌های حالت جامد، ولتاژ و جریان ورودی توسط مدارهای آنالوگ نظارت می‌شوند، نه به صورت دیجیتالی.

در برخی از رله های حفاظتی حالت جامد، یک ریزپردازنده ساده بخشی از کار رله را انجام می دهد. به عنوان مثال، در برخی از رله‌های حالت جامد اضافه‌جریان، جریان AC ورودی به یک سیگنال AC کوچک تبدیل می‌شود، سپس AC به یک یکسو کننده و فیلتر وارد شده که AC را به مقدار DC متناسب تبدیل می‌کند. در ادامه یک ریزپردازنده نسبتا ساده موجب تبدیل A/D  با سرعت آهسته به سیگنال  DC می شود. اگرچه این رله های حفاظتی دارای یک ریزپردازنده هستند، اما فاقد ویژگی های یک رله دیجیتالی می باشند. از این رو اصطلاح "رله ریزپردازنده" یک اصطلاح مناسب برای این نوع رله ها نمی باشد.

در سیستم‌های انتقال و توزیع نیروی برق شهری و صنعتی، رله حفاظتی دیجیتال شامل یک سیستم مبتنی بر کامپیوتر با الگوریتم‌ها و نرم افزار های حفاظتی برای تشخیص...