حفاظت دیستانس، چالش‌ها و ملاحظات - بخش 2

در مقاله اول از مقاله چند قسمتی «حفاظت دیستانس، چالش‌ها و ملاحظات» به مقدمات بحث و بررسی اثر ترانسفورماتورهای ولتاژ بر روی عملکرد رله دیستانس پرداخته شد. در بخش دوم از این مقاله به اثر ترانسفورماتورهای جریان و مدل‌سازی خط بر روی عملکرد رله‌های دیستانس پرداخته می‌شود. لذا توصیه می‌شود در صورتی که مقاله قبل را از دست داده‌اید، حتما از طریق لینک زیر به مقاله مربوطه رجوع فرمایید.

لینک به بخش اول از این مقاله چند قسمتی

لینک به بخش سوم از این مقاله چند قسمتی

لینک به بخش چهارم از این مقاله چند قسمتی

2- خطای ترانسفورماتورهای جریان

بحث خطای نسبت تبدیل ترانسفورماتورهای جریان از ترانسفورماتورهای ولتاژ پیچیده‌تر است. به طور کلی می‌توان خطای نسبت تبدیل در حدود 5 الی 10 درصدی را از ترانسفورماتورهای جریان کلاس حفاظت (در هنگام خطا) انتظار داشت. برای به دست آوردن خطای نسبت تبدیل می‌بایست از اطلاعات پلاک تجهیز، کاتالوگ سازنده و یا آزمایش‌های اختصاصی استفاده شود. burden (با در نظر گرفتن کابل‌های اتصال) ترانسفورماتورهای جریان میبایست با آنچه سازنده مشخص نموده سازگار باشد. برای بررسی سازگاری burden در این حالت می‌بایست نسبت X/R و نیز بیشترین جریان خطا (برای خطای انتهای خط) در نظر گرفته شود. 

پدیده اشباع در ترانسفورماتورهای جریان سبب بروز خطایی می‌شود که به مراتب از خطای نسبت تبدیل بالاتر است. در رابطه با اشباع به موارد زیر می‌بایست توجه شود:

• جریان حاصل از ترانسفوماتور جریان اشباع شده پس از عبور از فیلترهای رله دیستانس به صورت کوچک‌تر (از نظر اندازه) و با جابجایی فاز (پیش فاز) به نظر می‌رسد. این پدیده سبب می‌شود تا رله با کاهش برد (Under Reach) روبرو شود. هرچند بروز پدیده انتقال فاز در برخی از موارد می‌تواند سبب بروز افزایش برد نیز شود. اشباع علاوه بر آن چه گفته شد سبب کاهش دقت جریان‌های اندازه‌گیری شده برای توالی‌های سه‌فاز نیز می‌شود. 
• برای اجتناب از بروز مشکلات ناشی از اشباع توصیه می‌شود تا CTها با در نظر گرفتن بیشترین جریان خطا (برای خطای انتهای خط) و با در نظر گرفتن زمان عملکرد حفاظت پیشتبان تعیین اندازه شوند. این امر برای خطوط طولانی دشوار نیست، چرا که امپدانس خط تا حد زیادی جریان خطارا محدود می‌سازد. 

اصولا برای خطاهای ناشی از ترانسفورماتور جریان یک حاشیه اطمینان در حود 10 درصد برای تنظیم ناحیه 1 رله دیستانس در نظر گرفته میشود. این امر در حالتی است که بررسی های دقیق تری برای به دست آوردن حاشیه اطمینان صورت نگرفته باشد. ترانسفورماتور جریان میبایست به گونه ای تعیین اندازه شود که برای خطاهای انتهای خط دچار اشباع نشود. 

3- خطای مدل‌سازی امپدانس خط 

طراحی رله‌های دیستانس به گونه‌ای است که تنظیم آن‌ها وابستگی شدیدی به امپدانس‌های توالی مثبت و منفی خط دارد. خطای مدل‌سازی خط می‌تواند اثری مهم بر روی برد رله داشته باشد. این اثر از دو وجه قابل بررسی است:

• اول) رله دیستانس از امپدانس‌های توالی سه‌فاز (Sequence Impedance) برای سنجش فاصله محل وقوع خطا و برقراری شرط عملکرد رله استفاده می‌کند. خطای 1 درصدی در مدل امپدانس خط سبب 1 درصد خطا در برد موثر رله می‌شود. امپدانس خط از طریق مدل‌سازی/محاسبات یا اندازه‌گیری‌های حین شروع به کارگیری خط قابل دستیابی است. امپدانس خط اصولا نمی‌تواند دقتی بهتر از 1 الی 2 درصد در اندازه و 1 تا 2 درجه در زاویه داشته باشد. 
• دوم) المان زمین رله دیستانس از امپدانس توالی صفر (Z0) برای جبران‌سازی جریان توالی صفر استفاده می‌کند. امپدانس توالی صفر تحت تاثیر سیم(های) زمین و نحوه زمین‌شدن آن‌ها قرار می‌گیرد. مقاومت مخصوص خاک اطراف و مقاومت زمین پای برج‌ها نیز بر روی امپدانس توالی صفر اثرگذارند. بخش‌های مختلف از یک خط بسته به این که از چه نوع زمینی عبور کرده ( زمین با بستر سنگی، مزرعه، آب و ...) باشند، با مقاومت زمین متفاوتی روبرو بوده و به همین جهت Z0 نیز از این امر اثر می‌پذیرد. حال آن که امپدانس توالی صفر در اثر تغییرات فصلی و میزان رطوبت خاک نیز تغییرات چشمگیری دارد و به همین دلیل عدم قطعیت در تعیین آن به مراتب بزرگ‌تر از امپدانس توالی مثبت است. 

ترنسپوز بودن/نبودن یک خط نیز بر مدل و دقت آن نیز اثرگذار است. برای خطوط غیرترنسپوز این امر محتمل است که امپدانس کوتاه‌ترین و بلند‌ترین حلقه خطا با هم تا 10 درصد تفاوت داشته باشند. لذا در تعیین تنظیمات زون 1 خطوط ترنسپوز نشده همواره می‌بایست برای اجتناب از بروز افزایش برد، امپدانس کوتاه‌ترین حلقه را در نظر گرفت. در صورت نبود اطلاعات بیشتر، یک حاشیه اطمینان 5 درصدی برای تنظیمات میبایست در نظر گرفت. یک نکته مهم که باید در نظر گرفته شود این است که حتی در خطوط کاملا ترنسپوز شده هم تعادل حاصل از ترنسپوز انحصارا بین 2 ترمینال شروع و پایان خط برقرار است. در صورت وقوع خطا، بخشی از خط که بین رله و خطا واقع می‌شود (حتی در خطوط ترنسپوز شده) ممکن است لزوما ترنسپوز نباشد. لذا حتی در این حالت نیز در نظر گرفتن 2 الی 3 درصد از حاشیه اطمینان در تنظیم امری ضروری است.

علاوه بر موارد ذکر شده، فرکانس قدرت نیز با توجه به اثری که بر روی المان راکتیو خط دارد بر امپدانس خط اثرگذار است. برای نمونه (در یک شبکه 60 هرتز)، 1 هرتز انحراف از فرکانس نامی سبب 1.7 درصد افزایش یا کاهش راکتانس خط می‌شود. حال آنکه در شرایط اضطرار این تغییر فرکانس می‌تواند بزرگتر بوده و تغییر راکتانس ناشی از آن نیز بزرگ‌تر باشد. هرچند این امر صرفا منحصر به رله‌های فازور-محور بوده و رله‌های زمان-محور را تحت الشعاع قرار نمی‌دهد.