حفاظت سیستم قدرت شاخه ای از مهندسی برق است که به حفاظت از تجهیزات (یا جزء) الکتریکی در شبکه سیستم قدرت با حذف قطعه معیوب می پردازد. ساختار سیستم قدرت به این صورت است که باید توانایی حمل و جابجایی بار مرتبط با آن را بر اساس فعلی داشته باشد اما همچنین آماده تحمل تغییرات بار در آینده باشد. در حین ساخت سیستم قدرت، حفاظت سیستم قدرت اطمینان حاصل می کند که دارای ماهیت های متغیری است که می تواند بار منطقه خاصی را در جایی که به آن متصل می شود تحمل کند و باری را که قرار است در آینده پیوند بزند نیز فراهم می کند.
برای تامین برق به صورت منظم به مشتریان با تامین هزینه های ایجاد سیستم راه هایی وجود دارد. باید از وسایل حفاظتی مانند رله حفاظتی استفاده شود که از رفع عیب از محل معیوب اطمینان حاصل کند و سایر قطعات سیستم را به طور منظم در حالت کار نگه دارد. استفاده از این وسایل در سیستم را سیستم حفاظتی می گویند.
رله حفاظتی ابزار حفاظتی است که به حذف قسمت خطای شبکه کمک می کند. بخش دیگر سیستم رمیان در کار در حین حذف قسمت معیوب است. چنین ویژگی‌هایی به استفاده از دستگاه‌های حفاظتی در سیستم برای اطمینان از تولید، انتقال و استفاده منظم از برق نیاز دارد. حفاظت سیستم قدرت به محافظت از سیستم های قدرت الکتریکی در برابر خطا با جدا کردن اجزای معیوب از بقیه شبکه می پردازد. حفاظت سیستم های قدرت شاخه ای از مهندسی برق است.
چرا به حفاظت سیستم قدرت نیاز داریم؟
در یک سیستم قدرت تجهیزات مختلفی مانند دینام، شینه، خط انتقال، ترانسفورماتور و غیره بین سمت تولید و سمت توزیع متصل هستند. همه این تجهیزات در طول عمر خود به دلایل مختلف دچار شرایط یا خطاهای غیرعادی می شوند. به عنوان مثال، سقوط یک درخت یا تماس با یک خط انتقال هوایی ممکن است باعث خطا شود. موتور به دلیل فرسودگی یاتاقان بار اضافی خواهد داشت.
برخورد صاعقه به عایق بالای سر می تواند باعث خرابی عایق شود. آلودگی ممکن است منجر به تخریب عملکرد عایق ها شود که ممکن است منجر به خرابی شود. زیر فرکانس یا فرکانس بیش از یک دینام ممکن است منجر به آسیب مکانیکی به توربین آن شود که نیاز به خاموش شدن دینام دارد. حتی در غیر این صورت، عملکرد فرکانس پایین عمر توربین را کاهش می دهد و از این رو باید از آن اجتناب کرد.
سیستم‌های حفاظتی بخش معیوب سیستم را جدا می‌کنند و اطمینان حاصل می‌کنند که بقیه سیستم هنوز روشن است و سیستم را از آسیب بیشتر ناشی از خطا محافظت می‌کند. به منظور تولید، انتقال و توزیع برق با کمترین وقفه و زمان بازیابی، استفاده از سیستم های حفاظتی بسیار مهم است. شکی نیست که سیستم های حفاظتی برای به حداقل رساندن اثرات منفی خطاها بسیار مهم هستند که در غیر این صورت می توانند کل سیستم را خاموش کنند. از این رو نیاز به سیستم حفاظتی وجود دارد.
3 عملکرد اصلی توسط حفاظت سیستم قدرت انجام می شود:
- تضمین ایمنی افراد
- هزینه نگهداری کمتر در صورت بروز خطا
- منبع تغذیه باید در منطقه بدون خطا ادامه یابد
عملکرد حفاظت سیستم قدرت
عملکرد حفاظت سیستم قدرت محافظت از سیستم در برابر شرایط و عیوب غیرعادی با جداسازی عنصر معیوب در سریعترین زمان ممکن است. این کار یک بخش سالم از شبکه را تضمین می کند. به طور خلاصه، عملکرد یک سیستم حفاظتی به شرح زیر است:
- برای حفظ تداوم عرضه با حفاظت از کل سیستم.
- آسیب و هزینه های تعمیر را به حداقل می رساند.
- ایمنی پرسنل باید تضمین شود.
اجزای سیستم حفاظتی
یک سیستم حفاظتی متشکل از ترانسفورماتورهای جریان و ولتاژ، رله های محافظ، قطع کننده مدار و باتری ها می باشد.
1. ترانسفورماتورهای جریان (CT) و ترانسفورماتورهای پتانسیل (PTs):
هدف این ترانسفورماتورها کاهش جریان و ولتاژ است تا بتوان از آن توسط رله ها برای کار استفاده کرد. مقادیر جریان و ولت اندازه گیری شده توسط ترانسفورماتور جریان و ولت که به رله داده می شود و قسمت معیوب سیستم را منحرف می کند. اکنون از چنین رله های سطح پیشرفته ای استفاده می شود که نه تنها سیستم را خاموش می کند، بلکه تجزیه و تحلیل خطای رخ داده را ارائه می دهد
2. رله های حفاظتی:
هدف رله ها تشخیص عیب و شروع یک توالی تریپ زمانی است که یک کمیت الکتریکی (مثلا، ولتاژ، جریان، فرکانس، زاویه فاز و غیره) از محدوده طبیعی فراتر رود. از این رو دستوری برای قطع کردن قطعه معیوب به مدارشکن ارسال می کند. از آنجایی که زمانی که یک خطا رخ می دهد و برای سیستم مطلوب نیست، مدتی مانند میلی ثانیه طول می کشد تا رله کار کند. برای به حداقل رساندن این اثر از قطع کننده های مدار استفاده شده است که در صورت بروز خطا، مدار را فورا قطع می کنند.
3. مدارشکن ها:
هدف کلیدهای مدار این است که بر روی توالی تریپ آغاز شده توسط رله ها به منظور بازکردن مدار کار کنند.
4. باتری ها:
باتری ها به عنوان منبع تغذیه پشتیبان در صورت قطع برق مورد استفاده قرار می گیرند. با عملکرد دقیق رله و بریکر، اجزای دیگری نیز وجود دارند که باید در حالت کار باقی بمانند، یعنی باتری که برق را به رله و بریکرها می رساند.
شاخه مهندسی قدرتمند
حفاظت سیستم قدرت یک شاخه مهندسی قدرتمند است که به حفاظت از سیستم های الکتریکی می پردازد. هدف از استفاده از این طرح پایدار نگه داشتن سیستم قدرت و ثابت ماندن شبکه در حین کار است. اثر دیگری نیز وجود دارد که لزوماً برای سیستم خطرناک نیست، اما از نظر مصرف کننده مهم است، یعنی خطر از بین رفتن موتورهای سنکرون در ساختمان های صنعتی بزرگ، با عواقب جدی که منجر به از دست دادن تولید و قطع می شود. از فرآیندهای حیاتی وظیفه تجهیزات حفاظتی، در ارتباط با کلیدهای مدار، جلوگیری از این اثرات است. این به طور کامل در مورد شبکه های HV بزرگ یا سیستم های انتقال صادق است.
وظیفه اصلی حفاظت
باید گفت در سیستم های توزیع ولتاژ پایین، وظیفه اصلی حفاظت حفظ تداوم تامین است. در واقع این امر به طور اتفاقی در سیستم‌های انتقال به دست می‌آید، اگر حفاظت به درستی عمل کند تا از اثرات ذکر شده در بالا جلوگیری کند. در واقع باید اینطور باشد زیرا هدف نهایی تامین 100 درصد تداوم عرضه است. بدیهی است که این هدف تنها با حفاظت نمی تواند محقق شود. علاوه بر این، سیستم برق و شبکه های توزیع باید به گونه ای طراحی شوند که خروجی های تکراری یا چندگانه از منابع برق به مراکز بار وجود داشته باشد (تولید کافی ممکن است بدیهی تلقی شود) و حداقل دو منبع تغذیه (فیدر) برای هر توزیع کننده وجود داشته باشد.
برای این کار، باید دارای کیفیتی باشد که به عنوان تبعیض شناخته می شود، به موجب آن می تواند تنها عنصر معیوب در سیستم قدرت را انتخاب کرده و قطع کند، و بقیه را تا آنجا که ممکن است در حالت عادی قرار دهد. به جز چند استثنا، تشخیص و خاموش شدن مدار معیوب یک موضوع بسیار ساده است. هنر و مهارت در انتخاب یک معیوب نهفته است، با در نظر گرفتن اینکه بسیاری از مدارها – ژنراتورها، ترانسفورماتورها، فیدرها – معمولاً تحت تأثیر یک خطا قرار می‌گیرند و تقریباً به همان شکل تحت تأثیر یک خطا قرار می‌گیرند. این به دلیل تعدد انواع رله و سیستم های در حال استفاده است.
