معرفی رله های هوشمند محافظ الکتروموتور

چکیده:

به طور کلی هر حالت غیر عادی که در عملکرد سیستم به وجود می آید، خطا نامیده می شود. در گذشته برای حفاظت از الکتروموتورها در برابر انواع خطاهای احتمالی؛ بصورت همزمان از چندین تجهیز از قبیل: بیمتال– کنترل فاز-ترانس جریان-آمپرمتر-فیوز و… در مدار حفاظتی استفاده میشد که باعث گستردگی و پیچیدگی سیستم حفاظتی میشد این گسترگی مدار حفاظتی باعث بروز مشکلاتی از قبیل :افزایش حجم تابلو برق-کاهش سرعت تشخیص خطا و افزایش مدت زمان عملکرد قطع در صورت بروز خطا می شود. معرفی و عرضه رله های هوشمند محافظ الکترموتور توسط شرکتهای بزرگ تولید کننده تجهیزات برق و الکترونیک در سالهای اخیر،باعث برطرف شدن مشکلات موجود در سیستمهای حفاظتی قدیمی و افزایش قابلیت اطمینان و سرعت عملکرد و همچنین فراهم شدن امکان کنترل از راه دور در سیستم های حفاظتی نسل جدید شده است.

کلمات کلیدی: رله محافظ الکتروموتور-اتصال کوتاه-رله جریانی-خطا-بیمتال

مقدمه ای بر حفاظت در سیستم های الکتریکی :

به طور کلی هر حالت غیر عادی که در عملکرد سیستم به وجود می آید، خطا نامیده می شود. از این حالت های غیر عادی می توان به وقوع اتصال کوتاه، افزایش و یا کاهش بیش از حد ولتاژ، افزایش و یا کاهش بیش از حد فرکانس، افزایش حرارت تجهیزات در اثر توان عبوری بیش از حد از آن ها( اضافه بار)،و … اشاره کرد. اتصال کوتاه ها از مهمترین و پراحتما ل ترین خطاهایی هستند که در یک شبکه به وجود می آید. این خطاها ممکن است بر اثر برخورد یک یا دو فاز با زمین، اتصال دو یا سه فاز به یکدیگر و … به وجود آیند که در این حالت جریان زیادی در حدود ۱۰ تا ۱۰۰ برابر جریان عادی، از شبکه عبور می کند. عبور این جریان می تواند اثرات مختلف و زیانباری روی شبکه داشته باشد که از مهم ترین آن ها می توان به اثرات حرارتی روی تجهیزات اشاره کرد که باعث سوختن و آسیب دیدن عایق آن ها می شود. این امر ممکن است در زمانی در حدود چند ثانیه صورت گیرد. از این رو رفع خطا در یک سیستم باید در کوتاهترین زمان ممکن صورت گیرد. برای تشخیص حالت های غیرعادی در یک شبکه و ایزوله کردن بخش معیوب از سایر بخش ها از سیستم حفاظت استفاده می شود. در اغلب موارد خطاهای به وجود آمده در سیستم قدرت، باعث تغییرات ناخواسته و شدید در اندازه ولتاژ یا جریان می شوند. از این رو تقریبا در تمامی خطاها با اندازه گیری میزان جریان و ولتاژ، می توان وقوع خطا را تشخیص داد . در سیستم های حفاظت و در مرحله اول با استفاده از ترانس های ولتاژ و جریان، اندازه ولتاژ و جریان کاهش پیدا کرده تا به میزان قابل استفاده برای تجهیزات سیستم حفاظت برسد.

تعریف رله:

حفاظت تجهیزات و دستگاه های سیستم قدرت در مقابل عیوب و اتصالی ها به وسیله کلید قدرت انجام می گیرد،قبل از اینکه کلید قدرت بتواند باز شود،سیم پیچی عمل کننده آن باید تغذیه شود. این تغذیه به وسیله رله های حفاظتی انجام میپذیرد. رله به دستگاهی گفته میشود که در اثر تغییر کمیت الکتریکی مانند ولتاژ-جریان و یا کمیت فیزیکی مثل درجه حرارت ،تحریک شده و باعث به کار افتادن دستگاه های دیگر و نهایتا قطع مدار به وسیله کلید قدرت می گردد.

از انواع رله ها میتوان به موارد زیر اشاره کرد:
• رله اضافه بار
• رله اضافه جریان
• رله های ولتاژی
• رله خطای زمین
• رله دیفرانسیل
• رله های فرکانسی
• رله بوخهلتس(ترانس)

رله های جریانی:

رله های جریانی به منظور حفاظت مصرف کننده های الکتریکی در مقابل عیوب ناشی از

خطاهای جریان به کار می روند.این رله هابر اساس میزان جریان ورودی به رله عمل میکند.

حال این جریان می تواند جریان فازها-جریان سیم نول – مجموع جبری جریان فازها باشد.

عمده عیوبی که توسط رله های جریانی تشخیص داده می شوند عبارت است از :

الف – اتصال کوتاه

ب – اضافه جریان

ج – اضافه بار

د – جریان نشتی (ارت فالت )

ه – عدم تقارن جریان سه فاز

و – کاهش بار(در مورد موتورها)

ز – افزایش مدت زمان راه اندازی (در مورد موتورها)

ک –قفل بودن روتور(در مورد موتورها)

معرفی رله های هوشمند محافظ الکتروموتور:

در گذشته برای حفاظت از الکتروموتورها در برابر انواع خطاهای احتمالی؛ بصورت همزمان از چندین تجهیز از قبیل: بیمتال– کنترل فاز-ترانس جریان-آمپرمتر-فیوز و… در مدار حفاظتی استفاده میشد که باعث گستردگی و پیچیدگی سیستم حفاظتی میشد این گسترگی مدار حفاظتی باعث بروز مشکلاتی از قبیل :افزایش حجم تابلو برق-کاهش سرعت تشخیص خطا و افزایش مدت زمان عملکرد قطع در صورت بروز خطا می شود. معرفی و عرضه رله های هوشمند محافظ الکترموتور توسط شرکتهای بزرگ تولید کننده تجهیزات برق و الکترونیک در سالهای اخیر،باعث برطرف شدن مشکلات موجود در سیستمهای حفاظتی قدیمی و افزایش قابلیت اطمینان و سرعت عملکرد و همچنین فراهم شدن امکان کنترل از راه دور در سیستم های حفاظتی نسل جدید شده است.رله های فوق الکتروموتور را از تمامی خطاهای احتمالی از قبیل:اتصال کوتاه-اضافه بار-خطای زمین-قفل شدن روتور-عدم تقارن جریان سه فاز- و…  محافظت مینمایند واز لحاظ طراحی دارای ویژگی های منحصربفردی میباشند که در ذیل باختصار به توضیح آنها میپردازیم.

ویژگی ها :

  • ترانس جریان داخلی : این رله ها دارای ترانس جریان داخلی از نوع میکروپروسسوری بوده که دقت بسیار بالایی در اندازه گیری جریان دارند و از طریق آن حداکثر تا جریان ۸۰ آمپر را میتوان اندازه گیری کرد.در صورتی که جریان مصرفی بار بیش از جریان قابل تحمل ترانس داخلی باشد باید از یک ترانس جریان کمکی استفاده کرد بطوریکه جریان خروجی ترانس کمکی را از ترانس جریان داخلی رله عبوردهیم.به این ترتیب طی دو مرحله جریان مصرفی بار را برای رله ضعیف میکنیم.
  • قابلیت شبکه شدن : این رله ها قابلیت اتصال به شبکه Modbus RTU از طریق پورت RS-485 را دارند که امکان اتصال و کنترل چندین رله با یکدیگرو کنترل کننده بالادستی و یا نمایشگر از طریق شبکه فراهم میشود.
  • خروجی آنالوگ جریانی ۴~۲۰ mA : این رله ها دارای خروجی ۴ تا ۲۰ میلی آمپر برای بازه جریانی تعریف شده میباشند.
  • صفحه نمایش LED 7segment با قابلیت نصب بر روی درب تابلو: در این رله ها یک صفحه نمایش LED 7segment وجود دارد که از طریق آن امکان نمایش جریان فازها و تنظیم پارامترهای دستگاه فراهم می شود همچنین این نمایشگر قابلیت اتصال برروی درب تابلو برق را دارد که از طریق یه کابل RJ45 با رله اتصال برقرار میکند.
  • قابلیت ذخیره ۳ خطای آخر: در این رله ها برای هر خطا یک کد منحصر بفرد تعریف شده که درصورت بروز خطا با مشخص شدن کد مربوطه برروی نمایشگر دستگاه و رجوع به دفترچه راهنما میتوان به علت خطای رخ داده شده پی برد.که این رله ها به صورت پیش فرض ۳ خطای آخر را در حافظه خود ذخیره میکنند.
  • قابلیت استفاده برای موتورهای تک فاز و سه فاز: این رله ها قابلیت استفاده برای موتورهای تک فاز و سه فاز را دارند.یعنی حتی در مدلهایی که برای تجهیزات سه فاز طراحی شده اند با عبور دادن سیم های فاز و نول از ترانس جریان از آنها میتوان بعنوان تکفاز نیز استفاده کرد.
  • پشتیبانی از ولتاژ تغذیه AC و DCبازه ولتاژ تغذیه این رله ها از ۲۴ ولت تا ۲۴۰ ولت AC/DC بصورت همزمان میباشد.

نحوه عملکرد:

در( نمودار یک )نحوه عملکرد رله طی شش مرحله از زمان شروع بکار موتور تا وقوع خطا در موتور تشریح شده است که در ذیل به توضیح آن میپردازیم:

مرحله یک: در این مرحله که لحظه استارت موتور میباشد موتور جریانی معادل ۷~۳ برابر جریانی نامی بصورت لحظه ای برای مدتی کوتاه از شبکه میگیرد که نیاز است رله این جریان را بعنوان اضافه بار تشخیص ندهد و اجازه دهد موتور به کار خود ادامه دهد.این زمان در رله با عنوان D-TIME مشخص گردیده که مقدار برحسب ثانیه توسط اپراتور قابل تنظیم است.

مرحله دو: بعد از اینکه موتور لحظه راه اندازی را سپری کرد جریان مصرفی آن برابر جریان نامی میشود ولی در برخی موارد چون در لحظه اعمال بار به موتور ممکن است موتور جریانی بیش از حد مجاز برای لحظه ای کوتاه مصرف کند و دوباره جریان مصرفی آن برابر جریان نامی شود (مانند لحظه از زمین بلند کردن یک جسم توسط جرثقیل) لذا رله این جریان لحظه ای را نیز به عنوان جریان مجاز شناخته و اجازه ادامه کار به موتور را میدهد.

مرحله سه: در این مرحله زمانی که جریان موتور به هر دلیلی شروع به بالا رفتن از جریان نامی کرد و وارد محدوده مرز هشدار شد، رله به مدت یک ثانیه عکس العملی از خود نشان نمیدهد اگر در این مدت جریان موتور به حالت نرمال بازگشت ،که موتور به کار خود ادامه میدهد. اما اگر جریان به حالت نرمال باز نگردید عملکرد رله وارد محدوده هشدار میشود.

مرحله چهار: در این مرحله که جریان مصرفی موتور بیش از جریان نامی موتور میباشد به عنوان محدوه هشدار برای رله تعریف شده و خروجی آلارم رله فعال میشود تا اپراتور از وضعیت غیرعادی مطلع شود.واگر باز مصرف جریان روند افزایشی داشته باشد عملکرد رله طبق برنامه ریزی محدوده اخطار صورت میگیرد.

مرحله پنج: دراین مرحله که بعنوان محدوده اخطار در رله تعریف شده، به علت بروز خطا موتور جریانی بیش از حد مجاز مصرف میکند بنابراین رله بعد از طی زمانی که از قبل توسط اپراتور برای مواجه شدن با چنین شرایطی بعنوان O-TIME برایش تعریف شده فرمان قطع مدار را به کلید قدرت صادر نموده و جریان ورودی به موتور را قطع میکند.

مرحله شش: در مرحله پایانی با توجه به درج کد خطای بوجود آمده در موتور برروی نمایشگر رله و پس از بررسی علت خطا و رفع آن توسط اپراتور و با ریست کردن رله، موتور آماده راه اندازی مجدد میگردد.

 

 

مزایا:

استفاده از رله های هوشمند محافظ الکتروموتور باعث افزایش سرعت عملکرد و قابلیت اطمینان سیستم حفاظت و همچنین کاهش حجم مدارات تابلو برق میشود.همچنین این رله ها با  قابلیت شبکه شدن امکاناتی از قبیل دسترسی و کنترل از راه دور را برای اپراتور فراهم میکنند.

نتیجه گیری:

موتورهای الکتریکی اساس کار خطوط تولید درصنایع مختلف میباشند.ارتقا سیستم های حفاظت از موتورها باعث کاهش هزینه های مربوط به تعمیر و نگهداری وافزایش طول عمر ماشین آلات خطوط تولید و در نهایت سبب افزایش بهره وری تولید می شود.

امید است با بهره گیری از تجهیزات صنعتی مدرن توسط طراحان و صنعتگران ،روز به روز شاهد شکوفایی و افزایش بهره وری در تولید کشورعزیزمان ایران باشیم .

منابع:

  • کتاب حفاظت و رله ها (تالیف: دکتر حسین عسگریان ابیانه)
  • کتاب راهنمای رله و حفاظت اشنایدر(تالیف:مهندس حمیدرضا فغانی-مهندس رضا اسکندرزاده)

۳) Schneider electronic over current relays (EOCR) catalog & manual

www.schneider-electric.co.kr

۴) www.civilica.com