آشنایی با انواع خطاهای رایج ترانسفورماتور قدرت

پلاریته ترانسفورماتورهای جریان به گونه‌ای تنظیم می‌شود که رله، «جمع برداری» جریان‌های ثانویه را دریافت کند. این جمع برداری در شرایط عادی و هنگام وقوع خطاهای خارجی (خارج از ناحیه حفاظتی) باید برابر با صفر باشد تا رله فرمانی صادر نکند.

رله دیفرانسیل مثل یک حسابدار سخت‌گیر است؛ تا وقتی ورودی و خروجی با هم بخواند، آرام می‌ماند، اما به محض اینکه ذره‌ای جریان در این میان غیب شود (خطای داخلی)، بلافاصله تریپ می‌دهد.

چنانچه خطای اتصال به زمین و یا خطای بین‌فازها در «ناحیه حفاظتی» ترانسفورماتور اتفاق بیفتد، تعادل بین ترانسفورماتورهای جریان (CT) به‌هم خورده و باعث عبور جریان از رله می‌گردد؛ این امر در نهایت منجر به صدور فرمان قطع (تریپ) به بریکر خواهد شد.

ساده‌ترین طرح حفاظت دیفرانسیل دارای محدودیت‌های کاری است؛ زیرا در عمل عواملی وجود دارند که حتی در شرایط عادی یا خطاهای خارج از ناحیه، باعث ایجاد اختلال در تعادل بین CTها می‌شوند. این عوامل عبارتند از:

۱- تفاوت در مشخصه‌های ترانسفورماتورهای جریان (CT)

اغلب ترانسفورماتورهای جریان در طرح‌های حفاظتی از شرکت‌ها یا منابع متفاوتی تهیه می‌شوند. به علاوه، نسبت تبدیل این CTها باید با نسبت ولتاژ ترانسفورماتور قدرت هماهنگ باشد؛ لذا مشخصه‌های مغناطیسی این CTها به‌ندرت در تمامی نقاط بر هم منطبق است. حتی اگر جریان‌های ثانویه در بارِ عادی برابر باشند، به دلیل تفاوت در منحنی مغناطیسی، ممکن است در شرایط خطا تفاوت قابل ملاحظه‌ای پیدا کنند.
مگر اینکه تمامی CTها به گونه‌ای طراحی شوند که حتی در بیشترین مقدار جریان خطا نیز دچار اشباع نشوند؛ در غیر این صورت، غیرهمسان بودن مشخصه‌ها می‌تواند منجر به عملکرد ناخواسته رله دیفرانسیل در خطاهای خارج از ناحیه گردد.

۲- طول نامساوی هادی‌های ثانویه

تفاوت در طول سیم‌های رابطِ ثانویه CTها تا رله، موجب ایجاد امپدانس و توان مصرفی (ولت آمپر) متفاوتی در دو مجموعه می‌شود. این عدم تقارن در بار ثانویه، باعث بروز خطای جریان بین مجموعه‌های ترانسفورماتور جریان می‌گردد.

۳- تغییر نسبت تبدیل ناشی از تپ‌چنجر

تمامی ترانسفورماتورهای قدرت جدید که به تپ‌چنجر زیر بار (OLTC) مجهز هستند، نسبت تبدیل متغیری دارند. از آنجایی که نسبت تبدیل CTها ثابت است، با تغییر تپ ترانسفورماتور، تعادل جریانی بین ثانویه CTهای طرفین به‌هم می‌خورد. این اختلاف جریان باعث برقراری جریان در رله شده و می‌تواند موجب عملکرد کاذب شود. 

در ترانسفورماتورهای دارای تپ‌چنجر غیرزیربار (Off load) که برای تغییر تپ باید ایزوله شوند، مدیریت این موضوع ساده‌تر است، اما همچنان باید پله‌های حفاظتی برای آن در نظر گرفت.

در مواردی که از تپ‌چنجر استفاده می‌شود، می‌توان روی ترانسفورماتورهای جریانِ حفاظتی، پله‌هایی (Tap) ایجاد کرد که دقیقاً با پله‌های تپ‌چنجر ترانسفورماتور قدرت مطابقت داشته باشند تا تعادل جریانی حفظ شود.

4. جریان هجومی مغناطیس‌کنندگی (Inrush Current)

هنگامی که یک ترانسفورماتور برق‌دار می‌شود، جریان شدیدی در سیم‌پیچ اولیه برقرار می‌گردد که روند کاهش آن نسبتاً کند است. از سوی دیگر، چون این جریان صرفاً برای مغناطیس کردن هسته است، جریان متناظری در طرف ثانویه ترانسفورماتور وجود ندارد. 

مقدار لحظه‌ای این جریان ممکن است به چندین برابر جریان بار کامل ترانسفورماتور برسد و موجب عملکرد کاذب رله دیفرانسیل شود.

به‌منظور پایدار نمودن رله دیفرانسیل در برابر مشکلاتی نظیر اشباع CT، تغییر تپ و جریان‌های هجومی، معمولاً از «رله‌های دیفرانسیل درصدی» استفاده می‌شود.