رله ترانسفورماتور
در سیستم‌های قدرت، برای محافظت از تجهیزات و دستگاه‌ها در برابر عیب‌ها و اتصالات کوتاه، از کلیدهای قدرت استفاده می‌شود. اما برای اینکه این کلیدها بتوانند به‌موقع عمل کرده و مدار را قطع کنند، لازم است ابتدا سیم‌پیچ کنترلی آن‌ها تحریک شود. این وظیفه حساس بر عهده رله‌های حفاظتی است.
رله دستگاهی است که در اثر تغییر در کمیت‌های الکتریکی مانند ولتاژ و جریان یا عوامل فیزیکی مثل دما و حرکت روغن (مانند رله بوخهولز)، فعال شده و منجر به عملکرد تجهیزات کنترلی دیگر می‌گردد. در نتیجه، مدار به‌صورت خودکار توسط کلید قدرت یا دژنکتور قطع می‌شود تا از آسیب بیشتر جلوگیری شود.
نقش رله‌های حفاظتی در سیستم برق
رله‌های حفاظتی نقش مهمی در ایمن‌سازی شبکه برق دارند. این تجهیزات با تشخیص سریع محل بروز خطا، بخش معیوب را از مدار جدا کرده و اجازه می‌دهند بخش‌های سالم همچنان به کار خود ادامه دهند. این عملکرد سبب حفظ پایداری شبکه و کاهش خسارت‌های مالی و فنی می‌شود.
عوامل ایجاد اتصالی در شبکه
به صورت کلی، عوامل ایجاد اتصال کوتاه را می‌توان به دو دسته تقسیم کرد:
الف) عوامل داخلی: شامل مشکلاتی مانند فرسودگی عایق تجهیزات (ژنراتورها، ترانسفورماتورها، کابل‌ها و خطوط انتقال) که ممکن است در اثر عمر بالا، طراحی نادرست، یا نصب غیراصولی رخ دهند.
ب) عوامل خارجی: شامل رویدادهایی مانند صاعقه، اضافه بار، باد شدید، بارندگی، سقوط اشیاء، برخورد حیوانات یا شاخه درختان و اشتباهات انسانی که می‌توانند موجب بروز اختلال شوند.
اهمیت عملکرد سریع رله‌ها
هنگامی‌که اتصالی رخ می‌دهد، جریان افزایش یافته و ولتاژ کاهش می‌یابد. این تغییرات می‌توانند موجب ایجاد حرارت زیاد، آتش‌سوزی، انفجار یا حتی از کار افتادن تجهیزات شوند. برای نمونه، جرقه‌ای کوچک روی خط انتقال در صورت تشخیص ندادن سریع می‌تواند منجر به قطع کامل برق در یک منطقه شود.
رله‌های حفاظتی در چنین شرایطی با سرعت بالا وارد عمل شده، جریان غیرعادی را شناسایی کرده و مدار را قطع می‌کنند تا از گسترش خسارت جلوگیری کنند. به این ترتیب، ولتاژ و جریان به وضعیت عادی باز می‌گردند و شبکه به‌صورت ایمن به کار خود ادامه می‌دهد.
عملکرد رله کنترل فاز
زمانی که سه فاز و نول به ترمینال‌های L1، L2، L3 و MP متصل شوند، اگر ولتاژها در بازه مجاز قرار داشته باشند و توالی فازها نیز درست باشد، چراغ نشانگر U روشن می‌شود. اگر توالی فاز نادرست باشد، چراغ PH روشن می‌گردد. در این حالت می‌توان با تعویض جای دو فاز، مشکل را برطرف کرد.
پس از طی زمان تأخیر حدود ۱۰ ثانیه، با روشن شدن چراغ RLY، رله داخلی عمل می‌کند و اتصال بین ترمینال 15 و 18 برقرار می‌شود (در حالی‌که اتصال 15 از 16 قطع می‌شود).
اما اگر خطایی در شبکه رخ دهد، بسته به نوع مشکل، چراغ هشدار مربوطه روشن می‌شود. برای مثال:
در صورت بروز خطای جابجایی فاز یا قطع یکی از فازها، چراغ PH روشن می‌شود.
در صورت افزایش یا کاهش غیرمجاز ولتاژ، چراغ U فعال می‌شود.
در چنین شرایطی، چراغ RLY خاموش شده و رله قطع می‌گردد، به‌طوری‌که اتصال 15 از 18 جدا شده و دوباره به 16 متصل می‌شود.
تنظیمات رله ترانسفورماتور
اکثر رله‌های کنترل فاز دارای دو پیچ تنظیم هستند که عملکرد آن‌ها به‌شرح زیر است:
تنظیم زمان تأخیر در قطع: این پیچ برای تنظیم مدت‌زمان تأخیر رله در هنگام تشخیص خطاست. این قابلیت کمک می‌کند تا از عملکرد اشتباه رله در لحظات اولیه راه‌اندازی موتور (که جریان بالا می‌رود) جلوگیری شود.
تنظیم حساسیت قطع فاز: با این پیچ می‌توان میزان عدم تقارن ولتاژ و سطح ولتاژ برگشتی را برای فعال شدن رله تنظیم کرد.
در اغلب کاربردها، حساسیت ۱۵ تا ۲۰ درصد مناسب است.
در موتورهایی که ولتاژ برگشتی زیادی دارند، می‌توان حساسیت را روی ۵ درصد تنظیم کرد.
اگر نامتقارنی موجود در شبکه باعث عملکرد نادرست رله می‌شود، می‌توان حساسیت را تا ۲۵ یا ۳۰ درصد افزایش داد.
نحوه تست عملکرد رله
برای اطمینان از عملکرد صحیح رله کنترل فاز، می‌توان در حالی‌که موتور در حال کار است، فیوز یکی از فازها را به‌طور موقت قطع کرد. در این صورت، شبکه دو فاز شده و رله باید به‌درستی عمل کند.
رله‌های حفاظتی ترانسفورماتور قدرت
ترانسفورماتورهای قدرت به‌دلیل نقش حیاتی خود در شبکه برق، نیازمند سیستم‌های حفاظتی مطمئن و دقیق هستند. رله‌های حفاظتی یکی از اجزای کلیدی این سیستم‌ها محسوب می‌شوند که وظیفه تشخیص خطاها، هشداردهی و قطع به‌موقع مدار را بر عهده دارند. در ادامه با مهم‌ترین رله‌های حفاظتی ترانسفورماتور و نحوه عملکرد آن‌ها آشنا می‌شویم:
۱. رله فشارشکن (Pressure Relief Relay)
این رله بر روی ترانسفورماتورهای قدرت نصب می‌شود و وظیفه آن، جلوگیری از آسیب‌های ناشی از افزایش فشار داخلی روغن ترانس است. معمولاً برای هر ۱۰٬۰۰۰ گالن روغن، یک رله فشارشکن در نظر گرفته می‌شود.
در گذشته، عملکرد این رله‌ها به این صورت بود که یک صفحه دیافراگمی بین مخزن اصلی و رله قرار می‌گرفت. در صورت افزایش فشار، این صفحه بالا آمده و با برخورد به تیغه‌ای چاقویی، پاره می‌شد تا از طریق منفذ ایجادشده، روغن اضافی تخلیه شود و فشار متعادل گردد.
عیب اصلی این روش، تخلیه مقدار زیادی از روغن ترانسفورماتور پس از پارگی دیافراگم بود که می‌توانست باعث کاهش شدید سطح روغن در کنسرواتور و بوشینگ‌ها شود.
۲. رله جانسون (Johnson Relay)
این رله به‌منظور حفاظت از تپ‌چنجر ترانسفورماتور به‌کار می‌رود. تپ‌چنجر دستگاهی است که برای تنظیم ولتاژ خروجی ترانس در بازه مشخص طراحی شده و معمولاً در محفظه‌ای جداگانه در داخل ترانس، با عایق روغنی، قرار دارد.
در صورت بروز هرگونه اتصال کوتاه یا مشکل داخلی در محفظه تپ‌چنجر، روغن آن منبسط می‌شود که ممکن است منجر به خسارت شود. رله جانسون که از طریق یک مجرا به بدنه تپ‌چنجر متصل است، در این شرایط فعال شده و به‌سرعت دستور قطع تپ‌چنجر را صادر می‌کند تا از آسیب بیشتر جلوگیری شود.
۳. رله درجه حرارت روغن (Oil Temperature Relay)
در ترانسفورماتورهایی که از روغن برای خنک‌کاری استفاده می‌کنند، رله‌ای برای نمایش و کنترل دمای روغن تعبیه شده است. این رله‌ها معمولاً از نوع پیچشی حرارتی بوده و در بعضی مدل‌ها، کلیدهای جیوه‌ای کوچکی نیز در آن‌ها وجود دارد.
زمانی که دمای روغن از حد مجاز فراتر رود، این کلیدها فعال شده و می‌توانند:
مدار هشدار را تحریک کنند.
در صورت لزوم، مدار ورودی برق یا مدار تغذیه مصرف‌کننده را قطع نمایند.
برخی از این رله‌ها مجهز به عقربه قرمز رنگی هستند که حداکثر دمای ثبت‌شده را نشان می‌دهد.
۴. رله درجه حرارت سیم‌پیچ‌ها (Winding Temperature Relay)
این رله برای پایش و کنترل دمای سیم‌پیچ‌های ترانسفورماتور طراحی شده است و عملکرد آن از دو بخش اصلی تشکیل شده است:
بخش انعکاسی (مانند رله حرارتی)
بخش اندازه‌گیری جریان و حرارت
یک ترانسفورماتور جریان بر روی یکی از فازهای خروجی (معمولاً فاز وسط) نصب شده و جریان متناسب با بار را به عضو حرارتی ارسال می‌کند. در نتیجه، عضو حرارتی گرم شده و همراه با بخش انعکاسی، باعث چرخش محور در رله می‌شود.
روی این محور، سه کلید جیوه‌ای در زوایای متفاوت نصب شده‌اند که به ترتیب با افزایش دما فعال می‌شوند:
کلید اول: فعال‌سازی سیستم خنک‌کننده (مانند فن‌ها)
کلید دوم: ارسال سیگنال هشدار
کلید سوم: قطع مدار تغذیه ترانسفورماتور در شرایط بحرانی
سخن پایانی
رله‌های حفاظتی در ترانسفورماتورها نقش حیاتی در ایمنی، پایداری عملکرد و جلوگیری از آسیب‌های جدی دارند. این رله‌ها با تشخیص به‌موقع شرایط غیرعادی مانند افزایش دما، فشار، یا اتصال داخلی، امکان قطع سریع سیستم و جلوگیری از بروز خسارات گسترده را فراهم می‌سازند. انتخاب رله مناسب متناسب با ظرفیت و شرایط کاری ترانسفورماتور از اهمیت بالایی برخوردار است. اگر به‌دنبال خرید انواع رله ترانسفورماتور با کیفیت بالا و قیمت مناسب هستید، سایت تکان انرژی یکی از مراجع معتبر در زمینه تجهیزات برق صنعتی است که می‌توانید با اطمینان از خدمات آن بهره‌مند شوید.
پرسش‌های متداول
۱. رله فشارشکن در چه مواقعی عمل می‌کند؟
رله فشارشکن زمانی عمل می‌کند که فشار داخلی روغن ترانسفورماتور به‌صورت ناگهانی افزایش یابد و از حد مجاز فراتر رود؛ این رله با تخلیه فشار، از آسیب به بدنه ترانس جلوگیری می‌کند.
۲. آیا می‌توان از رله درجه حرارت سیم‌پیچ‌ها برای هشدار زودهنگام استفاده کرد؟
بله، این رله دارای چندین کلید جیوه‌ای است که یکی از آن‌ها به‌صورت مرحله‌ای در دمای پایین‌تر فعال می‌شود و هشدار اولیه را صادر می‌کند.
۳. تفاوت رله جانسون با رله بوخهلتس چیست؟
رله جانسون مخصوص حفاظت تپ‌چنجر ترانس است، در حالی که رله بوخهلتس برای تشخیص گازهای حاصل از خطاهای داخلی ترانسفورماتور کاربرد دارد.
۴. رله درجه حرارت روغن چه نقشی در کارکرد ترانسفورماتور دارد؟
این رله دمای روغن خنک‌کننده را کنترل می‌کند و در صورت افزایش بیش‌ازحد دما، مدار هشدار یا قطع برق ترانس را فعال می‌سازد تا از آسیب‌های حرارتی جلوگیری شود.
