پروژه پایان نامه اصول حفاظت ترانسفورماتورها تحت pdf

 پروژه پایان نامه اصول حفاظت ترانسفورماتورها تحت pdf دارای 121 صفحه می باشد و دارای تنظیمات و فهرست کامل در microsoft word می باشد و آماده پرینت یا چاپ است

فایل ورد پروژه پایان نامه اصول حفاظت ترانسفورماتورها تحت pdf   کاملا فرمت بندی و تنظیم شده در استاندارد دانشگاه  و مراکز دولتی می باشد.

این پروژه توسط مرکز مرکز پروژه های دانشجویی آماده و تنظیم شده است

توجه : توضیحات زیر بخشی از متن اصلی می باشد که بدون قالب و فرمت بندی کپی شده است

بخشی از فهرست مطالب پروژه پروژه پایان نامه اصول حفاظت ترانسفورماتورها تحت pdf

فصل اول: چکیده
مقدمه  
فصل دوم : حفاظت ترانسفورماتور
2-1- مقدمه  
2-2- نوع خطا  
2-3- حفاظت دیفرانسیل ترانسفورماتور   
2-4- مقادیر نامی در اولیه ترانسفورماتورهای جریان  
2-5- چگونگی اتصال ترانسفورماتورهای جریان  
2-6- استفاده ازCTهای میانی برای جبران عدم تطابق ترانس‌های جریان  
2-7  عوامل تأثیر گذار بر عملکرد غلط رله در شرایط غیر خطا   
2-8  اشباع ترانسفورماتور جریان  
2-9شرایط فوق تحریک
2-10  جریان‌های هجومی  
فصل سوم: الگوریتمهای حفاظت دیفرانسیل ترانسفورماتور
3-1 مقدمه  
3-2-الگوریتم های حفاظت دیفرانسیل  
3-3- سیستم قدرت  
3-4- الگوریتم‌های متداول  
3-4-1 روش تبدیل فوریه گسسته  
3-4-2 روش مبتنی بر تابع والش  
3-4-3  روش مبتنی بر فیلتر‌های با پاسخ ضربه محدود  
3-5- الگوریتم های جدید  
3-5-1- اصلاح روش زاویه سکون  
3-5-2- اصلاح روش هارمونیک دوم  
3-6 جریان هجومی سمپاتیکی   
فصل چهارم :مروری بر حفاظت دیجیتال
4-1- تبدیل آنالوگ به دیجیتال  
4-1-1   مقدمه  
4-1-2-  مبدل های دیجیتال به آنالوگ  
4-1-3-  مبدلهای آنالوگ به دیجیتال : مبدلهای شیب  
4-1-4- مبدلهای آنالوگ به دیجیتال : مبدلهای تقریب پی در پی  
4-1-5- تقویت کننده‌های نمونه بردار و نگه دارنده  
4-1-6- مالتی پلکسرها  
4-1-7- تبدیل آنالوگ به دیجیتال  در رله‌های حفاظتی  
4-2- ریزپردازنده های تخصصی   
4-3- پردازش سیگنال دیجیتال  
4-3-1-  شکل موج های پیوسته در مقابل گسسته  
4-4- نمونه‌برداری (sampling )  
4-5- فیلتر کردن دیجیتال  
4-5-1- حوزه‌های زمان و حوزه های فرکانسی   
4-5-2- مشخصات فیلتر  
4-6-  انواع فیلتر دیجیتال  
4-6-1- پاسخ ضربه محدود  
4-6-2- پاسخ ضربه نامحدود  
4-7- تجزیه و تحلیل طیفی  
4-7-1- تبدیل فوریه گسسته  
4-8- حفاظت عددی  
4-8-1- مقدمه  
4-9- سخت افزار رله عددی  
4-9-1- ساختمان نوعی سخت افزار رله  
4-9-2- ارتباط با رله   
4-10- رله های تفاضلی ( دیفرانسیل )  
4-10-1- اندازه‌گیری جریان   
4-10-2-اندازه‌گیری زمان تاخیر انتشار کانال مخابراتی  
4-10-3- تنظیم زمانی بردارهای جریان  
4-10-4- مشخصه رله  
فصل پنجم:الگوریتم پیشنهادی بر اساس منطق فازی
5-1 مقدمه  
5-2 به کارگیری الگوریتم‌های پردازش روی سیستم مورد نظر  
5-3 نتایج شبیه‌سازی  
مراجع  

بخشی از منابع و مراجع پروژه پروژه پایان نامه اصول حفاظت ترانسفورماتورها تحت pdf

[1] Thorp, J.S. and Phadke, A.G., “A microprocessor based three phase transformer differential relay”, IEEE Trans. Power App. Syst., Vol.PAS-101, pp. 426-432,

[2] Yabe, K., “Power differential method for discrimination between fault and magnetizing inrush current in transformers”, IEEE Trans. Power Delivery, Vol. 3, pp. 1109-1117,

[3] Sidhu, T.S. and Sachdev, M.S., “On line identification of magnetizing inrush and internal faults in three phase transformers”, IEEE Trans. Power Delivery, Vol. 4, pp. 1885-1890,

[4] Rahman, M.A., “Testing of algorithms for a stand-alone digital relay for power transformers”, IEEE Trans. Power Delivery, Vol. 13, pp. 374-385,

[5] Zhang, H., Liu, P. and Malik, O.P., “A new scheme for inrush identification in transformer protection”, Electric Power Systems Research, Vol. 63, pp. 81-86,

[6] Guzman, A., Zocholl, S., Benmouyal, G. and Altuve, H.J., “A current-based solution for transformer differential protection-part I: problem statement”, IEEE Trans. Power Delivery, Vol. 16, pp. 485-491,

[7] Guzman, A., Zocholl, S., Benmouyal, G. and Altuve, H.J., “A current-based solution for transformer differential protection-part II: relay description and evaluation”, IEEE Trans. Power Delivery, Vol. 17, pp. 886-893,

[8] Lin, X., Liu, P. and Cheng, S., “A wavelet transform based scheme for power transformer inrush identification”, Proceedings, IEEE PES 2000 Winter Meeting, Singapore,

 [9] Bastard, P., Meunier, M. and Regal, H., “Neural network – based algorithm for power transformer differential relays”, IEE Proceedings C, Vol. 142, pp. 386-392,

[10] Wiszniewski, A. and Kasztenny, B., “A multi – criteria differential transformer relay based on fuzzy logic”, IEEE Trans. Power Delivery, Vol. 4, pp. 1786-1792,

[11] Ma, X., Shi, J., “A new method for discrimination between fault and magnetizing inrush current using HMM”, Electric Power Systems Research, Vol. 56, pp. 43-49,

[12] Zhang, H., Wen, J.F. and Malik, O.P.,“Discrimination between fault and magnetizing inrush current in transformers using short-time correlation transform”, Electrical Power and Energy systems”, Vol. 24, pp. 557-562,

[13] Lin, X., Liu, P., and Malik, O.P., “Studies for identification of the inrush based on improved correlation algorithm”, IEEE Trans. Power Delivery, Vol. 17, pp. 901-906,

[14] Kulidjian, A., Kasztenny, B., and Campbell B., “New magnetizing inrush restraining algorithm for power transformer protection”, IEE, Developments in Power System Protection, Conference Publication No.479 , pp. 181-184,

[15] Hamedani Golshan, M.E., Saghaian-nejad, M., Saha, A., and Samet, H., “A new method for recognizing internal faults from inrush current conditions in digital differential protection of power transformers”, Electric Power Systems Research, Vol. 71, pp. 61-71,

[16] Kasztenny, B. and Kulidjian, A., “An improved transformer inrush restraint algorithm increases security while maintaining fault response performance”, 53^rd Annual Conference for Protective Relay Engineers, GE Power Management, pp. 1-27,

[17] Moore,p.j.,and Johnes,A.T.:”Distance protection of power system using digital techniques”,IEEIE Electrotechnology,Oct/Nov 1990,pp.194-

18-حفاظت سیستمهای قدرت درتاسیسات صنعتی-ترجمه محمد خیبری

 [19] Bronzeado, H.S., Brogan, P.B. and Yacamini, R., “Harmonic analysis of transient currents during sympathetic interaction”, IEEE Trans. Power Syst., Vol. 11, pp. 2051-2056,

[20] Bronzeado, H.S. and Yacamini, R., “Phenomenon of sympathetic interaction between transformers caused by inrush transients”, IEE Proc.-Sci. Meas Technol., Vol. 142, pp. 323-329,

21- حفاظت سیستم‌های قدرت ـ حفاظت و سیگنال‌دهی دیجیتال، ترجمه دکتر صادق جمالی

مقدمه  

ترانسفورماتورهای قدرت بزرگ به دسته ‍ای از اجزاء حیاتی و خیلی گران در سیستم‍های قدرت الکتریکی تعلق دارند. اگر یک ترانسفورماتور قدرت دچار عیب شود ضروری است هر چه سریعتر از سیستم خارج شود تا آسیب حداقل گردد. هزینه های مرتبط با تعمیر ترانسفورماتور آسیب دیده بسیار بالا می‍باشند. بعلاوه از دید عمر ترانسفورماتور تریپ در حین شرایط هجومی وضعیت بسیار نامطلوبی است. قطع جریانی که دارای طبیعت القایی خالص است تولید اضافه ولتاژهای خطرناکی می کند که ممکن است به عایقبندی ترانسفورماتور آسیب رسانده و علت غیر مستقیم یک خطای داخلی شود. بعلاوه قطع برنامه‍ ریزی نشده یک ترانسفورماتور قدرت برای شرکتهای برق میلیون‌ها دلار خسارت دارد.

حفاظت اصلی ترانسفورماتور در مقابل اتصال کوتاه‍های رخ داده روی سیم پیچی‍های آن توسط حفاظت دیفرانسیل فراهم می‍شود. حفاظت دیفرانسیل ترانسفورماتور یک سیستم حفاظت واحد است که با مقایسه کمیت‍های دو طرف خطای داخل ناحیه ترانسفورماتور را آشکار می‍کند. به هنگام وقوع خطاهای داخلی حفاظت دیفرانسیل باید به سرعت عمل کند در حالی که در شرایط غیر‍خطا همچون جاری شدن جریان هجومی نباید کار کند. این نیازهای متفاوت در حفاظت ترانسفورماتورهای قدرت یعنی قابلیت اطمینان و عملکرد سریع موجب شده که کار حفاظت از ترانسفورماتورهای قدرت بزرگ یکی از مشکل‍ترین مسایل در حوزه رله گذاری سیستم باشد

برای سالیان متمادی پیشنهاد روشهایی برای افزایش سرعت عملکرد رله دیفرانسیل در شرایط خطای داخلی و به طور همزمان امنیت آن در مقابل جریان هجومی از حوزهای مهم تحقیقاتی در موضوع حفاظت سیستم‍های قدرت بوده است. بخصوص با پیشرفت تکنولوژی دیجیتال و به بازار آمدن رله‍های دیجیتال و همچنین تغییرات اساسی رخ داده در ترانسفورماتورها و سیستم‍های قدرت مدرن مسایل جدیدی در این حوزه پدیدار شده است. وجود رله‍های دیجیتال این امکان را می‍دهد که از الگوریتمهای پیچیده‍تر و در عین حال کارآمدتر استفاده نمود. در این رله‍ها جریان‌های تفاضلی ترانسفورماتور یا هر سیگنال مورد نیاز دیگر نمونه برداری شده و مطابق با الگوریتمهای حفاظتی پردازش می‍‍شوند. از طرف دیگر در سیستم‍های قدرت تکامل یافته امروزی از نظر اندازه، ظرفیت انتقال، پیچیدگی شبکه الکتریکی و سطح جریان خطای بالاتر که از ترانسفورماتورهای مدرن با مواد مغناطیسی تکامل یافته استفاده می‍کنند، حالتهایی ممکن است پیش آید که در آنها تمایز بین جریان هجومی و جریان خطا بوسیله روشهای مرسوم نسبت به گذشته مشکل‍تر شده است. در واقع تغییر برخی پارامترهای ترانسفورماتور یا سیستم قدرت ممکن است باعث شود مبنای یک الگوریتم جداسازی جریان هجومی از جریان خطا از بین رفته و رله دیفرانسیل به اشتباه عمل کند

انواع الگوریتم‌‌های بکار‍‍ رفته در حفاظت دیفرانسیل از نظر نوع سیگنال ورودی به رله به سه دسته تقسیم می‍شوند. دسته اول فقط از اطلاعات جریان‍های تفاضلی استفاده می‌کنند. دسته دوم اطلاعات مربوط به تغییر ولتاژهای ترمینال ترانسفورماتور قدرت را بکار می‍برند[1]. برای افزایش قابلیت اطمینان حفاظت دیفرانسیل، دسته سوم هم از سیگنال جریان و هم از سیگنال ولتاژ استفاده می‌کنند.در [2] روش توان تفاضلی برای شناسایی حالت خطا پیشنهاد شده است. روش پیشنهادی در [3] مبتنی بر تبدیل مودال شکل موجهای ولتاژ و جریان است. عیب روشهایی که از سیگنال ولتاژ استفاده می‍کنند نیاز به ترانسفورماتورهای ولتاژ و افزایش قیمت محاسباتی الگوریتم است

اغلب الگوریتمهای آشکارسازی خطا در حفاظت دیفرانسیل دیجیتال ترانسفورماتور روی پردازش جریانهای تفاضلی بنا می‍شوند. این روشها در دو دسته اصلی قرار می‍گیرند. دسته اول شامل روشهایی است که مستقیماً از روی رفتار شکل موج زمانی جریان‍های تفاضلی، خطا را تشخیص می‍دهند. در متداول‍ترین روش از این نوع، عملکرد رله به مدت زمانی که شکل موج جریان تفاضلی نزدیک صفر است بستگی دارد

روش‌های دسته دوم بر پردازش محتوای هارمونیکی جریان تفاضلی بنا می‍شوند. این الگوریتم‍ها از دو بخش اصلی استخراج هارمونیک و تشخیص خطا تشکیل می‍شوند. برای استخراج مؤلفه ای جریان تفاضلی روشهای مختلفی همچون تحلیل فوریه، تبدیل والش، تبدیل مستطیلی، فیلترهای با پاسخ ضربه محدود و تکنیک حداقل مربعات مورد استفاده قرار گرفته‍اند [4]. این روش ها زمانی که سیگنال آلوده به نویز است و تعداد نمونه ها کم می باشد مفید هستند. در روش های تشخیص خطا بطور کلی خطای داخلی از طریق ارزیابی یک یا چند نامساوی آشکار می‍شود. دو طرف این نامساوی‍ها ترکیب‌های ویژه‌ای از هارمونیک‌های جریان تفاضلی هستند. این الگوریتم‍های ساده به دو دسته روش های محدود کننده هارمونیکی و باز دارنده هارمونیکی تقسیم می‍شوند. الگوریتم‍های مختلف مبتنی بر این روش ها در [7و 6] مورد بررسی و مقایسه قرار گرفته‌‍اند. عملکرد این الگوریتم‍ها به شدت به ضرایب استفاده شده در روابط تشخیص خطا و همچنین به مقادیر آستانه وابسته است. تنظیم مقدار آستانه در روش‌هایی که در آنها از یک مقدار آستانه استفاده می‍شود معمولاً کار مشکلی است

با توجه به عملکرد نامناسب روش‌های متداول در برخی از حالتهای جریان هجومی و خطا استفاده از روشهای جدید یا اصلاح روش‌های متداول ضروری بنظر می‍رسد. روش های متعددی برای تشخیص شرایط خطا از شرایط غیر‍خطا در حفاظت دیفرانسیل ترانسفورماتورهای قدرت پیشنهاد شده است. در تعدادی از این روش ها از تبدیل موجک [8]، شبکه عصبی [9]، قوانین فازی [10] و مدل مارکوف مخفی [11] استفاده شده است. اما این قبیل روش ها هنوز به اندازه‌ای تکامل نیافته‍اند که بتوانند جایگزین روش‌های متداول گردند. بنابراین اخیراً تلاشهایی برای اصلاح روش های متداول انجام شده و الگوریتم‍های اصلاح شده‌ای پیشنهاد شده‌‍اند

از جمله برای اصلاح روش تشخیص خطای مبتنی بر زاویه سکون شکل موج جریان تفاضلی، روشی پیشنهاد شده است که با استفاده از یک تابع همبستگی کوتاه مدت زاویه سکون جریان هجومی که به علل مختلف از جمله پاسخ گذرای ترانسفورماتور جریان از بین رفته است، مجدداً اعاده شود [12]. از جمله مزایای این روش عدم حساسیت آن به نویز و اغتشاشات پیش بینی نشده است. بعلاوه چون این الگوریتم به زمان محاسباتی کوچکی نیاز دارد می‍تواند در کاربردهای عملی مورد استفاده قرار گیرد. همچنین در [13] از یک تابع همبستگی اصلاح شده به منظور اصلاح الگوریتم زاویه سکون متداول استفاده شده است

برای کارآمد کردن الگوریتم‍های مبتنی بر هارمونیک دوم نیز در [14] روشی جدید با استفاده از اندازه و فاز نسبت هارمونیک دوم به مؤلفه اساسی پیشنهاد شده است. در واقع این روش یک بعد جدید به روش محدودیت هارمونیک دوم متداول اضافه می‍کند

به منظور بررسی عملکرد روشهای تشخیص جریان خطا از جریان هجومی لازم است با انتخاب یک سیستم قدرت مناسب عوامل اصلی تأثیر گذار در رفتار جریان هجومی و جریان خطا در نظر گرفته شوند. به این منظور سیستم قدرتی را در PSCAD/EMTDC مدل کرده‍ایم. ترانسفورماتور، خطوط انتقال، منابع و ترانسفورماتورهای جریان مربوط به حفاظت دیفرانسیل به گونه‍ای مدل شده‍اند که تأثیر کلیه عوامل مؤثر در شکل موج جریانهای هجومی و خطا در نظر گرفته شوند. پس از طراحی یک سیستم قدرت مناسب لازم است که حالتهای مختلف شبیه سازی جریان هجومی و خطا برای ارزیابی الگوریتم‍های متداول و الگوریتم‍های جدید طراحی شوند

در فصل سوم ابتدا به بیان الگوریتم‍های متداول و مشکلات مرتبط با آنها می‍پردازیم. سپس الگوریتم‍های جدید پیشنهاد شده برای تشخیص جریان هجومی از شرایط خطای داخلی ارزیابی می‍شوند. در بررسی الگوریتم‍های حفاظت دیفرانسیل توجه ما به الگوریتم‍هایی است که به اصلاح روش های متداول پرداخته‍اند. همچنین از میان الگوریتم‍های حفاظت دیفرانسیل روش هایی بررسی می‍شوند که تنها از سیگنال جریان به عنوان ورودی رله استفاده می‍کنند و بنابراین می‍توانند در کاربردهای عملی مورد استفاده واقع شوند. همچنین در این فصل به بررسی پدیده‌ای تحت عنوان فعل و انفعال سمپاتیکی یبن ترانسفورماتورها اشاره شده است. ترانسفورماتورهایی که از قبل به سیستم متصل بوده‍اند در مدت زمان گذرای جاری شدن جریان هجومی در ترانسفورماتوری که به سیستم متصل می‍شود می‍توانند با اشباع غیر منتظره‍ای مواجه شوند

در فصل چهارم اصول حاکم بر حفاظت دیجیتال مورد بررسی قرار گرفته و روش‌های نمونه‌برداری و پرذازش سیگنال بیان شده است

در فصل پنجم برای تشخیص جریان خطا از جریان هجومی الگوریتمی برپایه منطق فازی پیشنهاد می‍شود که دارای سرعت عملکرد و امنیت بالایی است. در این الگوریتم همانند الگوریتم پیشنهاد شده در [15] با تعریف توابع عضویت و رول های به کار رفته یک سیستم فازی طراحی شده و نتایج آن طی مثال‌هایی مورد بررسی قرار گرفته است. اختلاف مهم الگوریتم پیشنهادی و الگوریتم قبلی این است که در این الگوریتم نیازی به اندازه‌گیر ولتاژ نیست

2-1 مقدمه

بهترین وسیله در تأسیسات صنعتی ترانسفورماتور می‌باشد. ابعاد آنها از ترانسفورماتورهای بسیار بزرگ ورودی که توان را به مراکز توزیع ولتاژ ارسال می‌کنند تا ترانسفورماتورهایی که برای مصارف فشار ضعیف به کار می‌روند تغییر می‌کند. حفاظت ترانسفورماتورهای قدرت نقش مهمی در جلوگیری از آسیب و خرابی این عنصر مهم شبکه و تداوم سیستم و حفظ پیوستگی سیستم قدرت دارد. مثل تمام طرحهای حفاظتی، سیستم حفاظتی که برای ترانسفورماتور در نظر گرفته می‌شود به قیمت و اهمیت آن ترانسفورماتور بستگی دارد. در ولتاژ 33 کیلو ولت یک مرز وجود دارد[21]. اگر ولتاژ سیم‌پیچ سمت فشار قوی از 33 کیلو ولت بیشتر باشد لازم است از یک حفاظت خیلی سریع استفاده شود. در بقیه موارد این موضوع به ملاحظات اقتصادی و اهمیت دستگاه و خسارت ناشی از فقدان آن دستگاه بستگی دارد[21]

2-2 نوع خطا [21]

یک ترانسفورماتور قدرت به خاطر طبیعت ایستایی که دارد می‌تواند به عنوان یک واحد بسیار مطمئن در نظر گرفته شود

با این وجود امکان معیوب شدن آن به دلیل خطاهای داخلی وجود دارد

خطاهائی که منشاء آنها داخلی است عبارتند از:

1- نقص در عایق سیم‌پیچها – نقص در ورقه‌ها یا پیچ و مهره‌های هسته در هنگام نصب، کیفیت نامناسب یا شکننده عایق به خاطر طول عمر یا اضافه بارهای مکرر

نقص در عایق سیم‌پیچ‌ها منجر به اتصال حلقه یا اتصال زمین می‌شود ولی احتمال بروز خطای بین فازها در این حالت خیلی کم است. نقص در ورقه‌ها یا عایق پیچ‌و مهره های هسته منجر به افزایش جریان گردابی و در نتیجه گرمای هسته می‌شود

2- فساد روغن – که می تواند به دلیل استفاده از روغن نامرغوب، نفوذ رطوبت، تجزیه آن به دلیل گرمای زیاد یا تشکیل لجن باشد. معمولاً لجن در اثر اکسیداسیون به وجود می‌اید که خود ناشی از اتصالات بد الکتریکی است

3- کم شدن روغن به علت نشتی

4- ناتوانی در تحمل فشارهای ناشی از خطا

نقص فوق می‌تواند به دلیل طراحی ضعیف یا تکرار عبور جریان‌های شدید باشد که این تکرار باعث ایجاد تنش‌های مکانیکی سختی شده و سبب شل شدن چارچوب و نگه‌دارنده می‌شود و در نهایت لرزش کل مجموعه را به دنبال خواهد داشت

5- بروز اشکال در تپ چنجر

6- اشکالات  سیستم خنک کننده

علاوه بر اشکلات فوق‌الذکر یک سری شرایط خارجی باعث ظهور و گسترش خطا در ترانسفورماتور می شوند که عبارتند از

1- خطاهای شدید خارج از محدوده

جریان‌های شدید، تنش‌های مکانیکی سختی در سیم پیچ‌ها و عایق بندی ترانسفورماتور تولیدی می‌کنند

2- اضافه بارها

اضافه بار نیز در سیم‌پیچ‌ها و عایق بندی تنش مکانیکی ایجاد می‌کند و گرچه شدت آن کمتر از حالت ‌های خطاست ولی مدت آن بسیار طولانی است

3- موج‌های غیر عادی بهنگام کلیدزنی مدار¹

موج‌های غیر عادی ممکن است دارای پیک، چندین برابر ولتاژ نامی باشد

این موضوع باعث تنش‌ در حلقه‌های انتهایی سیم‌پیچ می‌شود و با وجودی که این ناحیه از نظر عایق‌بندی تقویت شده این تنش خطر جرقه زنی جزیی سیم‌پیچ را به دنبال خواهد داشت

4- آذرخش²

اگر ترانسفورماتور به خط هوایی وصل شده باشد خطر آذرخش آن را تهدید می‌کند و این خطر معمولاً با استفاده از برق‌گیر حفاظت می‌شود

2-3  حفاظت دیفرانسیل ترانسفورماتور  

حفاظت دیفرانسیل یکی از مهمترین حفاظت‌های الکتریکی ترانسفورماتور است که عمده خطاهای رخ داده روی سیم‌پیچ‌های آن را آشکار می‌کند. حفاظت دیفرانسیل ترانسفورماتور یک سیستم حفاظت واحد است که با مقایسه کمیتهای دو طرف، خطاهای داخل ناحیه ترانسفورماتور را آشکار می‌کند[6,7]. این سیستم حفاظتی باید دارای قابلیت اطمینان باشد به این معنی که در شرایط غیر خطا همچون حالت جریان هجومی نباید عمل کند و در شرایط خطا باید با سرعت قابل قبول عمل نماید

رله های دیفرانسیل دیجیتال مدرن دارای انعطاف‌پذیری بیشتری نسبت به رله‌های دیفرانسیل الکترومکانیکی و آنالوگ می‌باشند[1]. به طوری که انواع الگوریتمهای آشکار سازی خطا و تشخیص شرایط خطا از شرایط عادی را می‌توان به راحتی در آنها پیاده‌سازی نمود.  در این رله‌ها جریان‌های تفاضلی ترانسفورماتور یا هر سیگنال مورد نیاز دیگر نمونه‌برداری شده و مطابق با الگوریتمهای حفاظتی پردازش می‌شوند. درشکل

در یک رله دیفرانسیل بایاس شده، جریان عمل کننده¹ با جریان محدود² کننده مقایسه می‌شود

جریان عمل کننده یا جریان تفاضلی از رابطه (2-1) به دست می‌آید

 در این رابطه I_W1 و I_W2 فازور مؤلفه اصلی جریان‌های ورودی به سیم‌پیچهای اولیه و ثانویه می‌باشند. روش‌های مختلفی برای محاسبه جریان محدودکننده پیشنهاد شده است. در یکی از روشهای معمول این جریان طبق رابطه (2-2) محاسبه می‌شود

ضریب K دارای مقادیر 1 تا 5/0 است. برای تشخیص حالت خطای داخل ناحیه ترانسفورماتور از خطای خارج و همچنین شرایط کار عادی ترانسفورماتور از رابطه (2-3) استفاده می‌شود

بر قرار شدن این رابطه به معنی وقوع خطای داخل ناحیه و در نتیجه عمل کردن رله دیفرانسیل می‌باشد. ضریب slp شیب بایاس در مشخصه عملکردی رله دیفرانسیل بایاس شده را نشان می‌دهد. در شکل (2-2) این مشخصه عملکردی رله دیفرانسیل نشان داده شده است

 توسط رابطه (2-3) واقعیت‌‌های عملی همچون یکسان نبودن مشخصه CT های دو طرف ترانسفورماتور، نسبت تبدیل غیر نامی ترانسفورماتور ناشی از عمل تپ چنجر و به اشباع رفتن غیر یکسان CTهای دو طرف بر اثر جریان های شدید حاصل از وقوع اتصال کوتاه در بیرون ناحیه ترانسفورماتور در نظر گرفته می‌شود. برای عمل کردن رله علاوه بر برقراری رابطه (2-3) لازم است جریان عمل کننده از جریان برداشت رله نیز بزرگتر باشد. یعنی

      استفاده از مشخصه‌های با دو شیب قابلیت اطمینان رله را برای حالتهای اشباع خیلی زیاد ترانسفورماتور جریان بالا می‌برد. در شکل (2-2) این مشخصه 2 شیبی به صورت خط چین نشان داده شده است

اغلب ترانسفورماتورهای قدرت طوری طراحی می شوند که ولتاژ ثانویه آنها همیشه ثابت بماند به این  منظور با تغییر ولتاژ اولیه و بار در ترانسفورماتور، تعداد دور سیم‌پیچ اولیه را طوری تغییر می دهند که همیشه ولتاژ ثانویه ثابت بماند. در انتخاب نسبت تبدیل ترانس جریان نمی‌توان دقیقاً نسبت تبدیل متغیر ترانسفورماتور را منظور کرد بنابراین در سیستم حفاظتی نمی توان تغییرات نسبت تبدیل جریان اولیه و ثانویه ترانسفورماتور را در نظر گرفت. به همین علت یا باید رله طوری تنظیم شود که تغییرات تپ تأثیری در عملکرد آن نگذارد و یا اینکه از سیم‌پیچیهای کمکی استفاده کرد تا اثر تغییرات تپ را خنثی کنند. به این سیم پیچیهای کمکی، سیم‌پیچ  بایاس¹ گفته می‌شود. در شکل (2-3) چگونگی قرار گرفتن سیم پیچهای بایاس نشان داده شده است. هر رله دیفرانسیل از دو سیم‌پیچ بایاس ویک سیم‌پیچ عمل کننده تشکیل شده است. سیم‌پیچهای بایاس از عملکرد جلوگیری می کنند و سیم‌پیچ عمل کننده باعث عملکرد رله می‌شود

برای رله دیفرانسیل مشخصه‌ای به نام مشخصه بایاس تعریف می‌گردد که جریان دیفرانسیل را بر حسب جریان بایاس در رله دیفرانسیل رسم می‌کنند و از روی منحنی به دست آمده ناحیه عملکرد رله دیفرانسیل مشخص می‌شود. در شکل (2-2) نمونه‌ای از مشخصه بایاس رله دیفرانسیل نشان داده است

بنابراین با استفاده از رله دیفرانسیل بایاس شده و تعیین شیب  مشخصه مناسب، مشکل عدم تطابق CTها و نیز مشکل تپ چنجر تا حد زیادی بر طرف می‌گردد

سیستم حفاظت دیفرانسیل ترانس باید خطای داخل ترانس را سریعاً تشخیص داده و عمل نماید اما لازم است در حالت خطای خارج از ناحیه، جریانهای هجومی و حالت فوق تحریک پایدار مانده و عمل نکند

در ترانسهای قدرت سه شاخص اصلی برای تشخیص خطا وجود دارد. این شاخصها افزایش جریان فاز، افزایش جریان تفاضلی و افزایش گازهای ساطع شده از روغن ترانس می‌باشند. هنگامی که یک خطای داخل ناحیه در ترانس قدرت تفاق می‌افتد، این خطا باید سریعاً تشخیص داده شده وبر طرف گردد. همان گونه که قبلاً بیان شد بر اساس هر کدام از سه شاخص فوق یک سیستم حفاظتی در ترانس عمل می‌کند که عبارتند از: حفاظت اضافه جریان برای جریان فاز، حفاظت دیفرانسیل برای جریان تفاضلی و حفاظت بوخهلس برای گازهای ساطع شده از روغن ترانسفورماتور[21]

 2-4  مقادیر نامی در اولیه ترانسفورماتورهای جریان

رله دیفرانسیل جریانهای دوطرف ترانسفورماتور را با در نظر گرفتن نسبت تبدیل و نوع اتصال می‌سنجد و مقایسه می کند. همانطور که می‌توانیم مجموع جریانهای ورودی و خروجی ترانسفورماتورهای بدون عیب با در نظر گرفتن نسبت تبدیل آن باید برابر صفر باشد. بنابراین، صفر نشدن مجموع جریانهای دو طرف ترانسفورماتور نشانه‌ای از اتصالی داخل ترانس می‌باشد[6]. از آنجا که جریانهای دو طرف ترانسفورماتور توسط رله  دیفرانسیل با هم مقایسه می‌شوند. باید ترانسفورماتورهای جریانی که در دو طرف فشار قوی و ضعیف ترانسفورماتور وصل می‌شوند، به طریقی انتخاب شوند که در شرایطی  که خطای داخلی وجود ندارد جریانهای ثانویه ترانسفورماتورهای جریان دو طرف ترانسفورماتور از نظر قدر مطلق و فاز با هم کاملاً برابر باشند. مقدار نامی جریان در اولیه و ثانویه یک ترانسفورماتور بستگی به توان ظاهری ترانس دارد و نیز با ولتاژ تراتس دارای نسبت معکوس است. ترانس‌های جریان به کار رفته باید دارای مقدار جریان

نامی اولیه‌ای برابر با جریان خط انتقالی باشند که بر روی آن نصب شده‌اند. مقادیر جریان اولیه و ثانویه CTها به صورت استاندارد در آمده است. به عنوان مثال، ترانس‌های جریان با نسبت تبدیل 1/1600 و1/200 برای حفاظت یک ترانس KV 132/11 و MAV 30 و  استفاده می‌گردد[21]

 

2-5  چگونگی اتصال ترانسفورماتورهای جریان

هر ترانسفورماتور دارای گروه اتصال خاصی است. بنابراین بین بردار جریان اولیه و ثانویه زاویه‌ای وجود دارد و چنانچه نسبت تبدیل CTها را درست انتخاب کنیم، باز در شرایط عادی تفاضل جریان، صفر نخواهد شد. در حالتی که اتصال کوتاه در خارج ترانسفورماتور باشد، گر چه قدر مطلق جریانها برابر است ولی به علت اختلاف زاویه جریان‌ها رله عمل خواهد کرد. به همین علت باید اتصال CTها را طوری انتخاب کرد که این اختلاف فاز حذف شود

 قانون کلی برای اتصال ثانویه و اولیه CT  ها به صورت زیر است

چنانچه ترانسفورماتور به صورت ستاره-مثلث باشد، در این صورت CTهای طرف مثلث به صورت ستاره و CT های طرف ستاره به صورت مثلث بسته می‌شوند به طوری که گروه اتصال CT ها دقیقاً  عکس گروه اتصال ترانسفورماتور باشد و اختلاف فاز از بین برود

نکته دیگری که حائز اهمیت است این است که اگر در جریان خط مؤلفه صفر وجود داشته باشد، این مؤلفه در جریان طرف ستاره ترانس وجود دارد اما در طرف مثلث ترانسفورماتور حذف خواهد شد درجریان خط طرف مثلث ترانس جریان مؤلفه صفر وجود نخواهد داشت. این مشکل نیز با اتصال ترانس جریان طرف ستاره ترانس به صورت مثلث بر طرف می‌گردد

6-2 استفاده ازCTهای میانی برای جبران عدم تطابق ترانسهای جریان [6]

1-Swithing

Lightning   2-