دیاگرام های سیستم های حفاظتی در تولید انرژی:

اهمیت تجیهزات، آیتم‌های مورد نظر، سطح ولتاژ و میزان جریان از موارد مهم در طراحی یک پلن حفاظتی هستند. به عنوان مثال در بخش حفاظت جریانی می‌توان از انواع فیوزهای ذوب شونده، بریکر با رله‌ی اولیه و یا بریکر با رله‌ی ثانویه در آمپراژ و تعداد پل‌های مختلف استفاده کرد، اما در سیستم‌های حساس و پیچیده تر مانند یک نیروگاه، بخش‌های دیگری مانند حفاظت ولتاژ، حفاظت فرکانس، حفاظت توان، حفاظت های ترکیبی، جهت دار و غیره نیز وجود دارند. در تصویر زیر یک بریکر فشار ضعیف سه‌فاز مجهز به رله‌ی الکترونیک را مشاهده می کنید.

برای طراحی یک سیستم حفاظتی، ابتدا باید دیاگرام‌های کلی آن را ترسیم کرد. در این روش معمولا از نمای تک‌خطی تاسیسات به همراه جزئیات بیشتر مانند ترانسفورماتورهای جریان، ترانسفورماتورهای ولتاژ و فانکشن‌ها استفاده می‌شود. این دیاگرام فاقد اطلاعات سیم بندی رله‌ها و تنظیمات مربوط به آن‌ها ست. به عنوان مثال در تصویر زیر، سیستم حفاظت یک ژنراتور به همراه سیمبل‌های تک‌خطی ترانس جریان، ترانس ولتاژ و فانکشن‌های آن را مشاهده می‌کنید.

فانکشن های حفاظتی دارای یک علامت اختصاری به همراه یک کد هستند. در استانداردها برای هر کد توضیحات آن‌ها ارائه شده است. در این دیاگرام فانکشن‌های حفاظت یک ژنراتور مستقل شامل کد ۸۱ مربوط به حفاظت کنترل فرکانس، کد ۵۱ اضافه جریان زمان دار، کد ۴۹ رله‌ی کنترل حرارت یا اضافه بار حرارتی، کد ۴۶ عدم تعادل در جریان استاتور، کد ۳۲ توان به صورت جهت دار، کد ۵۹ کنترل ولتاژ و کد N51 مربوط به جریان اتصال زمین زمان دار هستند. روش نمایش به صورت فانکشنال تنها مربوط به سیستم‌های حفاظتی نبوده و ممکن است در بخش کنترل ژنراتور نیز استفاده شود.

کمیت‌های اصلی ژنراتور در تولید انرژی الکتریکی مانند ولتاژ و فرکانس همواره باید ثابت و متناسب با بار متصل شده به آن باشد. این بار می‌تواند یک مصرف کننده‌ی مستقل یا یک شبکه‌ی سراسری باشد. برای این امر از تجهیزات کنترل تحریک و دور به همراه المان‌های اندازه‌گیری بیشتر استفاده می‌شود. طبق تصویر زیر، فانکشن ۲۵ با اندازه گیری ولتاژ و فرکانس خروجی ژنراتور توسط ترانس ولتاژ U2 و مقایسه‌ی آن با خروجی ترانس ولتاژ باسبار یا U1، تنظیمات لازم را انجام می‌دهد. در این تصویر سیستم تنظیم دور یا سنکرون ژنراتور را مشاهده می کنید.

سیستم‌های حفاظتی در یک نیروگاه با توجه به قدرت هر واحد، تعداد واحدها، سیستم کنترل مرکزی، تعداد و ظرفیت ترانسفورماتور و … پیچیده تر و حساس‌تر می‌شود. به عنوان مثال در تصویر زیر، سیستم حفاظتی یک ژنراتور ۵۰ مگاوات به همراه ترانسفورماتور آن را مشاهده می‌کنید. در این دیاگرام حفاظت‌های بیشتر مانند کد R64 مربوط به خطای زمین در سیم پیچ میدان رتور، کد G87 مربوط به حفاظت دیفرانسیل ژنراتور، کد ۷۸ مربوط به حفاظت سنکرون یا اندازه‌گیری زاویه فاز، کد ۴۰ مربوط به قطع تحریک، کد ۲۴ مربوط به رله‌ی ولتاژ بر هرتس یا حفاظت میدان، کد S49 مربوط به حفاظت جریان یا حرارت استاتور و … برای ژنراتور در نظر گرفته شده است.
از فانکشن‌های مربوط حفاظت ترانسفورماتورها می‌توان حفاظت دیفرانسیل، سطح روغن و خطای زمین را نام برد.

امروزه در سیستم‌های حفاظتی از رله‌های دیجیتال با فانکشن‌های متنوع و قابلیت‌های کنترلی بسیار زیاد استفاده می‌شود. این رله‌ها علاوه بر ورودی و خروجی‌های متعدد الکتریکی جهت اتصال به ترانسفورماتورهای ولتاژ، ترانسفورماتورهای جریان، بریکرها، مدار فرمان و … دارای یک یا چند درگاه ارتباطی نیز هستند. درگاه‌های ارتباطی با پروتوکل و استانداردها منعطف برای ایجاد یک ارتباط دوطرفه، ایمن و سریع بین رله‌ها، بین رله‌ها و مرکز کنترل و جمع آوری اطلاعات در محل، سیستم‌های خارج از سایت، ثبت اطلاعات  و غیره استفاده می‌شوند.

بعد از طراحی نمای کلی یک سیستم حفاظتی باید وارد جزئیات هر بخش شده و در مورد فانکشن‌ها، ترانسفورماتورهای ولتاژ، جریان، رله‌ها و سیم‌بندی آن‌ها اطلاعات بیشتری ارائه کرد. در این مرحله از دیاگرام‌های مختلفی مانند مسیر جریان، فانکشن‌های رله، اتصالات رله، ارتباط صنعتی و … استفاده می‌شود. به عنوان مثال در تصویر زیر، دیاگرام اتصالات یک رله‌ی حفاظت جریانی را در دو بخش مشاهده می‌کنید.

در قسمت اول یا A ورودی‌های ترانسفورماتورهای جریان به صورت ۱ یا ۵ آمپر و تعدادی ورودی و خروجی باینری وجود دارد.
در قسمت دوم یا B علاوه بر ورودی و خروجی‌های بیشتر، ترمینال‌های منبع تغذیه و پورت ارتباط صنعتی RS485 قابل توجه هستند.

برای مشخص کردن سیستم‌های کنترلی واحدها، وظایف و نحوه‌ی ارتباط آن‌ها معمولا از دیاگرام‌های بسیار ساده‌ای مانند تصویر زیر استفاده می‌شود.

پس از ترسیم دیاگرام‌های تک‌خطی، سیستم‌های حفاظتی، شبکه و … باید در مورد بخش قدرت نیز اطلاعات را کامل‌تر کنیم. در این بخش علاوه بر دیاگرام‌های تک‌خطی، ممکن است از مدل‌های مختلف دیگری مانند دیاگرام مسیر جریان، جداول، نمای ظاهری، کاتالوگ‌ها و … نیز استفاده شود. مدل‌های متنوعی از دیاگرام‌های قدرت و نمای ظاهری در مقالات بعدی شرح داده خواهد شد.
دیاگرام قدرت حاوی اطلاعات بیشتری در مورد تجهیزات، مکانیزم، برند، سایز، ظرفیت، نوع و سطح مقطع اتصالات، باسبارها و … بوده درحالی که دیاگرام نمای ظاهری، تنها محل قرارگیری آن‌ها را مشخص می‌کند.

با توجه به پیشرفت تکنولوژی؛ ابعاد تجهیزات قدرت کاهش پیدا کرده و شرکت‌های سازنده انواع ماژول‌های نیروگاهی را ارائه می‌کنند. با استفاده از این شیوه‌ی مدرن، حجم و زمان اموری مانند طراحی دیاگرام‌ها، مونتاژ، تست و راه اندازی به شدت کاسته می‌شود.

مقالات فوق برگرفته از کتاب پلن های الکتریکی، تالیف مثلث زرد است.