رله ref چیست و چه کاربردهایی دارد؟

در دنیای پیچیده سیستم‌های الکتریکی که در آن جریان‌های برق بی‌وقفه جریان می‌یابند، نمی‌توان اهمیت فوق‌العاده ایمنی را نادیده گرفت.

رله ref در زمینه مهندسی برق و سیستم های حفاظتی، معمولا به یک رله “خطای زمین” اشاره دارد.

این نوع رله برای محافظت از ترانسفورماتورهای قدرت و تجهیزات الکتریکی در برابر خطاهای زمینی که در سیم پیچ ترانسفورماتور رخ می‌دهد، استفاده می‌شود.

این مقاله به نقش قابل توجه رله‌های خطای زمین می‌پردازد و اهمیت آن‌ها را در تنظیم سمفونی ایمنی در شبکه‌های الکتریکی آشکار می‌کند.

با ما همراه باشید تا با پاسخ به این سوال که رله ref چیست، پیچیدگی‌های ظریف این رله‌ها را بررسی کنیم و سهم محوری آن‌ها را در دنیای مهندسی برق روشن کنیم.

1# خطای زمین چیست؟

خطای اتصال زمین، تماس غیرعمدی بین یک هادی برق‌دار و زمین یا قاب تجهیزات است.

مسیر برگشت جریان خطا از طریق سیستم اتصال زمین و هر پرسنل یا تجهیزاتی است که بخشی از آن سیستم می‌شوند.

خطاهای اتصال زمین اغلب نتیجه خرابی عایق هستند.

توجه به این نکته مهم است که محیط‌ های مرطوب، خیس و پر گردوغبار نیاز به دقت بیشتری در طراحی و نگهداری دارند.

از آنجایی که آب رسانا است، باعث تخریب عایق شده و پتانسیل ایجاد خطرات را افزایش می‌دهد.

به همین منظور برای جلوگیری از خطای زمین، از اتصال زمین استفاده می‌کنند.

هدف اصلی از اتصال زمین سیستم‌های الکتریکی، محافظت در برابر خطاهای الکتریکی است.

با این حال، این امر تا دهه 1970 محقق نشد.

تا آن زمان، اکثر سیستم‌های تجاری و صنعتی زمین نخورده بودند.

اگرچه سیستم‌های غیرزمینی در طول اولین گسل زمین آسیب قابل توجهی ایجاد نمی‌کنند؛ ولی معایب متعدد مرتبط با خطاهای زمین منجر به تغییر در فلسفه زمین شد.

مزایای دیگری برای سیستم زمینی وجود دارد، مانند کاهش خطرات شوک و محافظت در برابر صاعقه.

خطاهای الکتریکی را می‌توان به دو دسته تقسیم کرد: خطاهای فاز به فاز و خطاهای زمین.

در مواردی فیوزها می‌توانند در برابر خطاهای فاز به فاز محافظت کنند؛ ولی برای حفاظت در برابر خطاهای زمین، حفاظت اضافی مانند رله ref یا همان خطای زمین، مورد نیاز است؛ ولی رله ref چیست؟

2# رله ref چیست؟

در پاسخ به این سوال که رله ref چیست، می‌توان گفت رله ref به اصطلاح (restriced erth fault) یا رله خطای زمین محدود، نوعی رله حفاظتی است که برای شناسایی و پاسخگویی به خطاهای زمین در یک سیستم الکتریکی استفاده می‌شود.

خطای زمین زمانی اتفاق می‌افتد که جریانی که از یک هادی عبور می‌کند از طریق مسیر عادی به منبع بازگردانده نمی‌شود؛ بلکه از طریق زمین جریان می‌یابد.

خطاهای زمین می‌توانند خطرناک باشند؛ زیرا می‌توانند منجر به شوک الکتریکی به افراد یا حیوانات در تماس با زمین شوند یا در صورت قطع نشدن به موقع خطا، باعث آتش سوزی الکتریکی شوند؛ اما نقش رله ref چیست و چه کاری انجام می‌دهد؟

به طور کلی، رله خطای زمین برای تشخیص خطاهای زمین و قطع جریان خطا برای جلوگیری از آسیب و محافظت از افراد و تجهیزات استفاده می‌شود.

رله جریان در سیستم الکتریکی را کنترل می‌کند و آن را با جریان مورد انتظار مقایسه می‌کند.

اگر رله تفاوت قابل توجهی بین جریان واقعی و مورد انتظار تشخیص دهد، نتیجه می‌گیرد که یک خطای زمین رخ داده است و سیگنالی را برای قطع کردن یک قطع کننده مدار یا سایر وسایل حفاظتی برای قطع جریان خطا ارسال می‌کند.

رله‌های خطای زمین را می‌توان در هر دو سیستم الکتریکی ولتاژ پایین و ولتاژ بالا برای محافظت در برابر خطاهای زمین استفاده کرد.

آنها معمولاً همراه با سایر وسایل حفاظتی، مانند رله‌های جریان اضافه و رله‌های اتصال کوتاه، برای ارائه حفاظت جامع برای یک سیستم الکتریکی استفاده می‌شوند.

3# روش‌های کار در رله‌ ref

در مدارهای الکتریکی جریان به منبع خود باز می‌گردد.

یک رله خطای زمین مبتنی بر جریان ممکن است به یکی از دو روش به دنبال جریان خطای زمین باشد:

• توالی صفر: در اینجا، رله به هادی‌های فاز نگاه می‌کند تا اطمینان حاصل کند که تمام جریانی که از منبع می‌آید به همان هادی‌ها باز می‌گردد.
  اگر مقداری از جریان از طریق مسیر دیگری (معمولاً زمین) به منبع بازگردد، رله خطای زمین این تفاوت را تشخیص می‌دهد و اگر برای مدت زمان از پیش تعیین شده از مقدار از پیش تعیین شده بیشتر شود، رله خطای زمین کار می‌کند.
• اندازه گیری مستقیم: یک رله خطای زمین همچنین می‌تواند جریان را در اتصال بین نول ترانسفورماتور و زمین (حتی با مقاومت زمین خنثی) بخواند و خطای زمین در هر نقطه از سیستم جریان را از طریق این مسیر برمی‌گرداند.

4# نقش رله ref و فرآیند عملیاتی آن

هر زمان که حفاظت ref در هر جایی مورد بحث قرار می‌گیرد، این سؤال مطرح می‌شود که نقش رله ref  جیست؟

در همین راستا این‌گونه می‌توان گفت که، حفاظت در برابر خطای زمین برای ماشین‌های دارای هسته مانند ترانسفورماتور، ژنراتور و موتور بسیار ضروری است.

خطای زمین زمانی خطرناک‌تر می‌شود که عایق سیم پیچ آسیب ببیند و به هسته دستگاه برخورد کند.

هسته برای ارتینگ تجهیزات ارت نگه داشته می‌شود و بنابراین این خطا به خطای زمین تبدیل می‌شود.

هسته عنصری با مقاومت بالا است، بنابراین خطا نیز دارای امپدانس بالا و جریان کم است.

اگرچه جریان خطای زمین کم است؛ ولی به دلایل زیر  ممکن است نگران کننده باشند:

• اگر جریان خطای زمین بالاتر از رنج قابل تحمل هسته باشد، می‌تواند باعث آسیب به هسته شود.
  به همین دلیل است که تعیین جریان مقاومت در برابر خطای زمین برای ماشین‌ها ضروری است.
  محدوده معمولی قابل تحمل جریان خطای زمین برای ژنراتور مطابق راهنمای حفاظت از ژنراتور ABB است.
  حال اگر ژنراتور به عنوان جریان 100 آمپر خطای زمین مشخص شود، یعنی هسته ژنراتور می‌تواند جریان خطای زمین 100 آمپر را تحمل کند.
  خطر آسیب زمانی بیشتر است که جریان خطای زمین طبق نمودار بیشتر از 15 آمپر باشد.
• مکان یابی جریان خطای زمین کوچک دشوار است.
  به‌ عنوان‌ مثال، اگر دلتا ترانسفورماتور را در نظر بگیریم.
  در این حالت، عیوب در سیم پیچ ثانویه ترانسفورماتور باید توسط سیم پیچ اولیه و از طریق جریان خطای منعکس شده، شناسایی شود.
  همانطور که نقطه خطا به سمت خنثی حرکت می‌کند، مقدار جریانی که توسط سیم‌پیچ اولیه مشاهده می‌شود به سرعت کاهش می‌یابد و به طور بالقوه قابل تشخیص نیست.
  در چنین شرایطی، ممکن است که خطا شناسایی نشده باقی بماند و به هسته آسیب برساند.

برای جلوگیری از چنین آسیب‌هایی، رله ref اضافه شده و حفاظت از خطای زمین برای ماشین‌ها توصیه می‌شود؛ اما در این مورد، ویژگی‌های مفید رله ref چیست؟

1-4# ویژگی‌های مفید رله ref

این رله، سریع است و می‌تواند عیب سیم پیچ را بسیار سریع جدا کند، در نتیجه آسیب و در نتیجه هزینه تعمیر را محدود می‌کند.

رله ref برای تشخیص خطای زمین در منطقه از سیم پیچ ثانویه تا CTهای ثانویه پیاده سازی شده است.

همانطور که در شکل نشان داده شده است، اگر خطای زمین در محدوده منطقه حفاظت شده رخ دهد، باید تشخیص داده شود؛ اما اگر خطای زمین در خارج از منطقه رخ دهد، آن را نمی‌توان تشخیص داد.

این رله چیزی نیست جز حفاظت از خطای زمین دیفرانسیل، بنابراین بر روی مقدار اختلاف بین خروجی فاز CT و NCT عمل می‌کند و در حین کار عادی و زمانی که خطا در خارج از منطقه باشد، جریان عبوری از رله صفر باقی می‌ماند. (CT متصل به نول ترانسفورماتور قدرت، ترانسفورماتور جریان خنثی (NCT) نامیده می شود.)

در اینجا می‌بینیم که در طرح داده شده یک مقاومت به صورت سری به رله ref  متصل می‌شود.

به آن مقاومت تثبیت کننده می‌گویند. به دلیل وجود این مقاومت، آن را حفاظت REF امپدانس بالا می‌نامند.

در ref امپدانس کم، اگر نسبت فاز CT و NCT برابر نباشد، می‌توان با بایاس جریان یا CTهای کمکی آن را اصلاح کرد؛ اما برای فاز امپدانس بالا نسبت CT و CT خنثی باید یکسان باشد.

ویژگی مغناطیسی CT و مقاومت CT نیز باید برای فاز CT و NCT یکسان باشد.

اگر هر دو نسبت یکسان نباشند چه؟

این مورد زمانی اتفاق می‌افتد خطا در خارج از منطقه رخ می‌دهد که در این حالت اگر هر دو نسبت CT برابر باشند، فقط جریان صفر برای خطا در خارج از منطقه وجود خواهد داشت.

در همین راستا، برای REF امپدانس بالا، هر دو نسبت CT باید یکسان باشند.

در صورتی که نسبت‌های CT یکسان نیستند، ما باید بایاس ref، یعنی طرح ref کم امپدانس را انتخاب کنیم.

Ref امپدانس بالا، دارای مزایای خاصی نسبت به ref امپدانس پایین است.

با این حال، انتخاب با توجه به روش زمین و هزینه انجام می‌شود.

5# موارد استفاده از رله ref چیست؟

همانطور که اشاره شد، رله ref یک وسیله حفاظتی است که در سیستم‌های قدرت الکتریکی، به ویژه در ترانسفورماتورها و ژنراتورها استفاده می‌شود.

وظیفه اصلی آن تشخیص خطاهای زمین (عیوب زمین) در یک منطقه خاص از سیستم الکتریکی است که معمولاً به سمت ولتاژ بالا ترانسفورماتور یا بخش خاصی از شبکه توزیع محدود می‌شود.

حال سوال اینجاست که کاربرد رله ref چیست؟

در اینجا موارد استفاده کلیدی رله ref آورده شده است:

1-5# حفاظت در برابر خطاهای زمین

رله ref برای تشخیص خطاهای زمین سطح پایین که ممکن است توسط سایر دستگاه‌های حفاظتی شناسایی نشوند، طراحی شده است.

این رله، حفاظت حساسی را فراهم می‌کند تا اطمینان حاصل شود که هرگونه خطای زمینی که در منطقه حفاظت شده رخ می‌دهد به سرعت شناسایی و جدا می‌شود.

2-5# حفاظت خاص منطقه

برخلاف رله‌های خطای زمین استاندارد که کل سیستم را نظارت می‌کنند، رله ref بر روی یک منطقه خاص (معمولاً در اطراف ترانسفورماتور) تمرکز می‌کند.

این امکان تشخیص دقیق‌تر عیب را فراهم می‌کند و خطر قطعی‌های غیر ضروری را کاهش می‌دهد.

3-5# قطع سریع

رله می‌تواند قطع سریع مدارشکن‌ها را برای جداسازی بخش‌های معیوب شبکه فراهم کند و آسیب به تجهیزات را به حداقل برساند و پایداری سیستم را حفظ کند.

4-5# جلوگیری از آسیب تجهیزات

رله REF با شناسایی و جداسازی سریع خطاها از گرم شدن بیش از حد و آسیب به ترانسفورماتورها و سایر تجهیزات جلوگیری می‌کند که می‌تواند در نتیجه شرایط طولانی مدت خطا باشد.

5-5# هماهنگی با سایر دستگاه‌های حفاظتی

رله REF می‌تواند همراه با سایر رله‌های حفاظتی (مانند رله‌های جریان اضافه یا دیفرانسیل) برای ایجاد حفاظت جامع برای سیستم‌های الکتریکی کار کند.

6# انواع رله خطای زمین

در مورد انواع رله ref می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

• رله‌های لحظه‌ای خطای زمین: این نوع رله،بلافاصله پس از شناسایی خطای زمین عمل می‌کنند و محافظت سریعی را ارائه می‌دهند.
• رله‌های خطای زمین با تأخیر زمانی:  این رله‌ها یک تأخیر قبل از خاموش شدن ایجاد می‌کنند تا خطاهای موقت یا جزئی برطرف شوند و از خاموش شدن غیر ضروری جلوگیری شود.
• رله‌های خطای زمین جهت دار:  این رله‌ها که در شبکه‌های پیچیده استفاده می‌شوند، جهت خطا را تشخیص می‌دهند و تنها قسمت آسیب دیده سیستم را قطع می‌کنند.

7# کاربردهای رایج رله‌های خطای زمین

رله‌های خطای زمین محدود به طور گسترده در سیستم‌های الکتریکی مختلف، به ویژه در تأسیسات ولتاژ بالا مانند شبکه‌های انتقال و توزیع برق استفاده می‌شود.

این رله‌ها با ارائه تشخیص سریع و انتخابی خطا، قابلیت اطمینان سیستم را افزایش می‌دهند، زمان خرابی را به حداقل می‌رسانند و از آسیب به تجهیزات پرهزینه جلوگیری می‌کنند.

کاربردهای رایج عبارت‌اند از:

1. سیستم‌های قدرت صنعتی: برای محافظت از ماشین آلات و تجهیزات در برابر آسیب‌های ناشی از خطاهای زمین
2. حفاظت ترانسفورماتور:  برای جلوگیری از گرم شدن بیش از حد ترانسفورماتورها یا خرابی آن‎ها به دلیل خطاهای زمین
3. شبکه‌های توزیع: برای جداسازی بخش‌های معیوب سیستم و جلوگیری از آسیب در شبکه‌های توزیع برق
4. حفاظت مسکونی: استفاده در منازل و ساختمان‌ها برای محافظت در برابر برق گرفتگی و آتش سوزی ناشی از خطای زمین

8# چرا رله خطای زمین در سیستم‌های الکتریکی مهم است؟

رله‌های خطای زمین از سیستم‌های الکتریکی در برابر آسیب، آتش سوزی و شوک الکتریکی ناشی از خطاهای زمین محافظت می‌کنند.

آنها با جداسازی سریع مدارهای معیوب، جلوگیری از آسیب تجهیزات و کاهش خطر آسیب، ایمنی سیستم را تضمین می‌کنند.

سیستم‌های الکتریکی بدون حفاظت از خطای زمین می‌توانند با اتصال کوتاه و خرابی سیستم خطرناک مواجه شوند.

به طور خلاصه، در مورد این‌که موارد اهمیت رله ref چیست، می‌توان به موارد زی اشاره کرد:

• از آسیب تجهیزات و خرابی سیستم جلوگیری می‌کند.
• با کاهش خطرات شوک الکتریکی ایمنی را افزایش می‌دهد.
• عیب‌ها را به سرعت جدا می‌کند تا خطرات را به حداقل برساند.

9# مزایا و معایب رله ref

در مورد این‌که مزایا و معایب رله‌ ref چیست، می‌توان موارد زیر را یاد کرد:

1-9# مزایا

• حساسیت افزایش یافته: رله‌های محدود شده خطای زمین می‌توانند خطاهای زمین سطح پایین را شناسایی کنند و حساسیت تشخیص خطا را بهبود می‌بخشند.
• تشخیص خطای انتخابی: رله‌های REF امکان تشخیص و جداسازی گسل‌های زمین در مناطق خاص را فراهم می‌کنند و اختلالات را در بقیه سیستم الکتریکی به حداقل می‌رسانند.

2-9# معایب

• پیچیدگی: نصب و پیکربندی رله‌های REF می‌تواند پیچیده باشد و نیاز به تنظیم دقیق و هماهنگی با سایر وسایل حفاظتی دارد.
• خاموشی کاذب: راه اندازی نادرست یا عوامل خارجی مانند جریان‌های خطای بیرونی یا رویدادهای گذرا ممکن است باعث شود رله REF به طور کاذب خاموش شود و باعث خاموش شدن غیر ضروری سیستم شود.

10# موارد خاموشی تصادفی رله خطای زمین

هارمونیک‌ها و نویزهای فرکانس بالاتر، به ویژه در هارمونیک سوم، به عنوان جریان خطا ظاهر می‌شوند.

امروزه نویز الکتریکی یک مشکل روبه‌رشد است؛ زیرا کاربران بیشتری از درایوهای فرکانس متغیر، اینورترها، ذخیره سازی باتری یا UPS و حتی روشنایی LED استفاده می‌کنند.

برای جلوگیری از سفرهای مزاحم، یک رله خطای زمین با کیفیت بالا انتخاب کنید که فرکانس‌های هارمونیک و سایر نویزها را از اندازه گیری‌های خود حذف می‌کند.

همچنین در این انتخاب، می‌توانید از استاندارد مطرح شده به این منظور استفاده کنید، کد ansi رله خطای زمین محدود 64 R است.

این مقدار عددی آلفا می‌باشد که برای فرمول استاندارد محصول مطابق با عملکرد کار نشان داده می‌شود.

توسط سازمان غیرانتفاعی آمریکایی ارائه شده است تا کیفیت محصول مطابق با استاندارد طراحی شود.

سخن آخر

رله  ref (رله خطای زمین محدود) یک وسیله حفاظتی است که در سیستم‌های قدرت الکتریکی، به ویژه در ترانسفورماتورها و ژنراتورها استفاده می‌شود.

وظیفه اصلی آن تشخیص خطاهای زمین (عیوب زمین) در یک منطقه خاص از سیستم الکتریکی است که معمولاً به سمت ولتاژ بالا ترانسفورماتور یا بخش خاصی از شبکه توزیع محدود می‌شود.

این نوع از رله‌های محافظتی، گواه قدرت نوآوری در هماهنگی ایمنی با فناوری هستند.

هوشیاری بی‌صدا و واکنش سریع آن‌ها به اکوسیستمی از قابلیت اطمینان کمک کرده و تضمین می‌کند که سیستم‌های الکتریکی با نکات امنیتی و عالی عملیاتی طنین‌انداز می‌شوند.

همانطور که ما در آینده برق‌دار حرکت می‌کنیم، این رله‌ها به‌عنوان ابزار ضروری ثابت می‌مانند و ایمنی را در سمفونی همیشه در حال تکامل مهندسی برق تنظیم می‌کنند.