تبلیغات
مهندسی برق - عملكرد غلط رله های دیفرانسیل ناشی از جریان هجومی در ترانسفورماتورها
 
مهندسی برق
درباره وبلاگ



مدیر وبلاگ : سعید رحمانی
نویسندگان
آمار وبلاگ
  • کل بازدید :
  • بازدید امروز :
  • بازدید دیروز :
  • بازدید این ماه :
  • بازدید ماه قبل :
  • تعداد نویسندگان :
  • تعداد کل پست ها :
  • آخرین بازدید :
  • آخرین بروز رسانی :

عملكرد غلط رله های دیفرانسیل ناشی از جریان هجومی در ترانسفورماتورها

چكیده: جریان هجومی به دلیل به اشباع رفتن هسته در زمان برق دار كردن ترانسفورماتور بوجود می آید.

بزرگ، داشتن هارمونیك های زیاد و اندازه بزرگ می باشد. این جریان DC ویژگی اصلی این جریان داشتن مولفه

تنها در طرف اولیه به وجود می آید. درصورتی كه مداری كه اتصال كوتاه در ترانسفورماتور را تشخیص می دهد

جریان هجومی را در نظر نگیرد همواره بلافاصله بعد از برق دار كردن ترانسفورماتور رله دیفرانسیل عمل كرده و

باعث خارج شدن ترانسفورماتور از مدار می شود. در این مقاله روشی برای حذف اثر جریان هجومی در عملكرد

غلط رله دیفرانسیل ارائه می گردد

جریان هجومی در ترانسفورماتور ها در اصل از اشباع زیاد هسته آهنی در زمان سوئیچینگ

بزرگ است . همچنین حاوی هارمونیك DC ترانسفورماتور، سرچشمه می گیرد . این جریان دارای اندازه زیاد و مولفه

های زیاد در زمانی كه هسته به اشباع می رود، می باشد . جریان مذكور در مدت زمان برق دار كردن ترانس ایجاد می

شود و تاثیرات نامطلوبی بر روی آن دارد [ 1]. در بخش 2 عامل ایجاد جریان هجومی ولتاژی كه به اولیه اعمال می

شود معرفی شده است . این ولتاژ، در بدترین حالت، شار را ملزم می كند تا به ماكزیمم مقدار تئوری، یعنی دو برابر شار

حالت دائمی به علاوه شار پسماند افزایش یابد . لذا ترانسفورماتور به شدت اشباع شده و حجم زیادی از جریان را ایجاد

می كنند [ 2]. از آنجا كه جریان در یك مدت كوتاه ایجاد می شود، تاثیر های مخربی روی ترانس ندارد، اما به هر حال،

وسایل حفاظتی برای اضافه بار ممكن است عملكرد غلطی دا شته باشند و ترانسفورماتور را قطع كنند . در بخش 3 از

این مقاله خواهیم دید كه یكی از وسایل حفاظتی ، رله حفاظت دیفرانسیل جریان می باشد كه از جریان های اولیه و

ثانویه نمونه برداری كرده و آن ها را در یك رنج قرار می دهد. سپس تفاضل این جریان به یك رله اعمال می شود .

دامنه هارمونیك جریان هجومی نسبت به جریان های دیگر بزرك می باشد . در بخش 4 می بینیم كه چگونه می توان

از این ویژگی استفاده كرده و از عملكرد غلط ترانسفورماتور تحت تاثیر جریان هجومی در طرف اولیه جلوگیری

.[ كرد[ 3

حفاظت دیفرانسیل جریان :

ها در سیم پیچ های اولیه و ثانویه می باشد كه توسط آنها CT ایده اصلی در حفاظت دیفرانسیل جریان استفاده از

جریان خطوط در دو طرف به مقدار یكسانی تبدیل می شوند . برای بایاس هسته رله بدون اینكه آسیب ببیند این تغییر

ها تغییر سطح جریان های CT سطح جریان باید جریان هایی در محدوده 1 تا 5 آمپر ایجاد كند . بنابراین عملكرد

اولیه و ثانویه به اندازه و فاز یكسان و مناسب می باشد .

از آنجایی كه جریان های اعمالی به رله برابر بوده ( ولی در جهت های متفاوت ) رله در شرایط كار عادی عمل نمی

كند .

شكل 8

خرابی سیم پیچ ها یا فیدر های ورودی و خروجی باعث عدم تعادل در جریان ها شده و با عملكرد رله ، ترانسفورماتور

از خط خارج شده و از آسیب بیشتر جلوگیری می شود .

در این روش ممكن است با سه مشكل مواجه بشویم:

هر چند در شرایط عبور جریان بار ، هیچگونه : CT -1 یكنواخت نبودن نسبت تبدیل ترانس های جریان

جریانی از رله عبور نكرده ولی به هنگام وقوع خطا می تواند یكی از عوامل ایجاد اختلاف جریان قابل توجهی

در مقدار جریان گذرنده از رله بشود كه برای آن مضر است .

-2 تغییر نسبت تبدیل ترانسفورماتور به وسیله تپ چنجر : نسبت تبدیل ترانس های جریان را فقط می توان در

یك نقطه از كار تپ چنجر تعیین نمود . در دیگر موقعیت های تپ چنجر به دلیل تغییر نامناسب سطح

جریان ها باعث عبور جریان ار رله دیفرانسیل و عملكرد غلط آن خواهد شد .

-3 به هنگام برق دار كردن ترانسفومر جریان هجومی در طرف اولیه ایجاد گشته كه منجر به ایجاد اختلاف

جریان و عملكرد نا مناسب رله خواهد شد .

با بایاس نمودن مناسب این رله ها و همچنین استفاده از تجهیزات مناسب از نظر كلاس دقت و سایر مشخصات،

كنترل شده و تمام سعی و CT مشكلات متغیر بودن نسبت تبدیل ترانسفورماتور و یكنواخت نبودن نسبت تبدیل

0 [ كوشش سازندگان رله های دیفرانسیل در پایدار كردن آنها در برابر جریان های هجومی می باشد[ 4

در عمل سیستم كنترل و مقایسه جدا از عملگر می باشد. در واقع یك سیستم منطقی جریان های تغییر سطح یافته را

كنترل كرده و فرمان مناسب را به رله می دهد .

ها باید به گونه ای اتصال یابند تا اختلاف فاز در دو طرف ترانسفورماتورهای قدرت CT در ترانسفورماتورهای قدرت

جبران شود . در اتصال ترانسفورماتورهای قدر ت به صورت ستاره – مثلث و مثلث – ستاره بین جریان های دو طرف 30

ها باید بر عكس ترتیب بالا و به صورت مثلث – CT درجه اختلاف فاز وجود دارد بنابراین برای جبران این اختلاف فاز

ستاره و ستاره – مثلث اتصال یابند . توجه شود كه عدم استفاده از این ترتیب ، باعث پیچیده شدن سیستم منطقی می

شود. زیرا این سیستم باید دو جریان با فازهای متفاوت را مقایسه كند .

همانگونه كه شكل 9 مشاهده می شود در مدل های دیگر ترانسفورماتور مانند ترانسفورماتور با سر وسط نیز می توان با

ساخت سیستم منطقی مناسب و نمونه برداری ازجریان سه سیم پیچ ومقایسه آنها می توان حفاظت دیفرانسیل را

برقرار ساخت.

-4 تاثیر جریان هجومی بر حفاظت دیفرانسیل و حذف آن :

یكی از مشكلاتی كه در رله های دیفرانسیل جریان برای حفاظت ترانسفورماتورها رخ می دهد به وجود آمدن جریان

هجومی می باشد كه همواره هنگام تحریك ابتدایی ترانسفورماتور ایجاد شده و نیاز به قطع كردن مدار نمی باشد .

هنگامی كه ترانسفورماتور تحریك می شود جریان هجومی در سیم پیچ اولیه به وجود می آید . در این هنگام جریان

هجومی برای رله دیفرانسیل مانند جریان اتصال كوتاه ( ناشی از خرابی داخلی ترانس) منظور می شود .

جریان هجومی دارای بعضی پارامترهای خاص خود می باشد . دامنه آن شاید تا 6 برابر جریان بار كامل برسد . این

جریان آهسته آهسته میرا شده و در ترانسفورماتورهای كوچك تا 10 سیكل و در ترانسفورماتورهای بزرگ تا یك دقیقه

ادامه دارد . محتوای فركانسی جریان هجومی با محتوای فركانسی جریان بار عادی و جریان اتصال كوتاه شده تعدادی

دور از سیم پیچ ها ( جریان هنگام خرابی سیم پیچ ها ) متفاوت می باشد . مولفه هارمونیك دوم جریان در

ترانسفورماتور در هیچ شرایطی به جز هنگام تحریك اولیه ترانسفورماتور ( در حالت كلی جریان هجومی ) ایجاد نمی

شود و یا اینكه حداكثر دامنه آن كوچك می باشد . بنابراین می توان با استفاده از مولفه هارمونیك دوم ، رله های

دیفرانسیل را در برابر جریان هجومی از كار انداخت (با استفاده از مدار كنترلی مناسب ). بدین گونه كه در صورت

ها، اگر دامنه هارمونیك دوم جریان اولیه بزرگ باشد نشانه CT وجود اختلاف در جریان های نمونه برداری شده توسط

آن است كه این اختلاف ناشی از جریان هجومی بوده ولازم نیست كه رله دیفرانسیل عمل كند. اما اگر دامنه هارمونیك

دوم جریان اولیه كوچك باشد نشانه آن است كه این اختلاف ناشی از خرابی ترانسفورماتور بوده و باید رله عمل كند .

یكی از پارامترهایی كه برای ترانسفورماتور ها در اختیار مشتریان قرار می گیرد حداقل نسبت هارمونیك دوم به پیك

جریان هجومی بر حسب درصد می باشد . به شكل 10 توجه نمایید. مشتریان از این پارامتر برای تشخیص جریان

هجومی از جریان اتصال كوتاه استفاده می كنند این مینیمم درصد زمانی كه ترانسفورماتور در زاویه صفر تحریك می

شود رخ می دهد . در این شرایط ماكزیمم پیك جریان هجومی تولید می شود .

شكل 9 حفاظت دیفرانسیل و جریان هجومی شكل 10 جریان هجومی و هارمونیك دوم جریان هجومی

با توجه به این نمودار می توان حفاظت دیفرنسیل را طبق الگوی زیر برقرار ساخت :

-1 نمونه برداری از جریان های اولیه و ثانویه (در صورت سه سر بودن ترانسفورماتور از جریان سیم پیچ سوم

نیز نمونه برداری شود ) و تغییر آنها در یك سطح برابر.

-2 در صورت حس شدن اختلاف جری ان، گام های 3 و 4 طی شود . در غیر این صورت برای ادامه حفاظت، به

مرحله 1 باز می گردیم.

-3 در صورتی كه نسبت هارمونیك دوم جریان اولیه به مقدار پیك آن از حداقل نسبت هارمونیك دوم جریان

هجومی به مقدار پیك آن كه به صورت یك پارامتر در اختیار مشتریان قرار می گیرد بزرگت رباشد، اختلاف

جریان حس شده ناشی از جریان هجومی بوده و بدون فرمان دادن به رله برای ادامه كار به مرحله 1 باز

می گردیم.

-4 چنانچه نسبت هارمونیك دوم جریان اولیه به مقدار پیك آن از حداقل نسبت ذكر شده در مرحله 3

كوچكتر باشد، اختلاف جریان حس شده ناشی از اتصال كوتاه یا خرابی ترانسفورماتور بوده و باید به رله

فرمان داده شود تا ترانسفورماتور جهت ترمیم از خط خارج شود.

-5 نتیجه گیری :

با توجه به ایجاد جریان هجومی با دامنه بزرگ در طرف اولیه ترانسفورماتور هنگام برق دار كردن آن ، رله حفاظت

دیفرانسیل جریان ، اختلاف جریان را حس كرده و می خواهد ترانسفورماتور را از خط بیرون كند . برای جلوگیری از این

عملكرد غلط رله حفاظت دیفرانسیل باید به هارمونیك دوم جریان طرف اولیه توجه كرد و هر چند كه اختلاف جریان

حس شود اما اگر دامنه هارمونیك دوم بزرگ باشد ، رله عمل نكند .

1] Sen, P. C., "Principles of Electric

Machines and Power Electronics", Second ed., Jon Wiley & Sons Inc., 1997.

[2] De León,F, Gladstone,B,Van Der

Veen,M “Transformer Based Solutions toPower Quality Problems,

World 2001Conference, eptember/12/2001

[3]Ramsis Girgis," Inrush Current Tutorial Session",IEEE Standards Transformers Committee,Orlando,__





نوع مطلب : ترانس، 
برچسب ها :

       نظرات
چهارشنبه 7 اردیبهشت 1390
سعید رحمانی