رله مانیتورینگ عایقی

در این مقاله به بررسی گام های اساسی در انتخاب رله مانیتورینگ عایقی و نحوه انتخاب رله مانیتورینگ عایقی اشنایدر می پردازیم.

شبکه های IT پس از رخ دادن اولین خطای زمین می توانند به کار خود ادامه دهند. خطای اول باعث اختلال در عملکرد سیستم نشده ولی باید به سرعت شناسایی شود. سرعت شناسایی و برطرف کردن خطای اول به حساسیت مدار بستگی دارد. در صورت برطرف نشدن خطای اول، قابلیت اطمینان شبکه کاهش پیدا می کند. با رخ دادن خطای دوم، تجهیزات حفاظت اضافه جریان وارد مدار شده و کل سیستم بی برق خواهد شد. در شبکه های پیچیده و بزرگ با طرح ارتینگ IT دو موضوع مهم وجود دارد:

1. مطلع شدن از رخ دادن خطای اول
2. تعیین موقعیت خطای اول

دستگاه های متنوعی به منظور شناسایی خطای اول و تعیین محل آن تولید شده اند. به عنوان مثال به منظور شناسایی اولین خطا در طرح ارتینگ IT می توان از رله های مانیتورینگ عایقی یا IM به همراه آلارم استفاده کرد. این رله ها به صورت نصب ثابت بوده و می توانند خروجی ترانسفورماتورهای قدرت یا ترانس های ایزوله را کنترل کنند. در بخش های قبل به رله های مانیتورینگ عایقی از خانواده ی Vigilohm اشاره شده است. انتخاب رله و دستگاه های وابسته به آن از اشنایدر الکتریک در 5 گام اساسی انجام می شود.

انتخاب رله مانیتورینگ عایقی بر اساس کاربری

نوع رله مانیتورینگ عایقی و تجهیزات جانبی آن به منظور شناسایی موقعیت خطا، بر اساس کاربری شبکه انتخاب می شود. به صورت کلی می توان شبکه های IT را به گروه های زیر تقسیم کرد. هر یک از این شبکه ها دارای حساسیت خاص خود هستند:

1. بیمارستان ها: در بیمارستان بخش های مهمی وجود دارد که از شبکه ی LV-AC با طرح IT استفاده می کنند. به عنوان مثال اتاق های عمل، بخش های مراقبت ویژه و غیره دارای شبکه ی زمین نشده هستند. در بیمارستان ها اغلب از ترانس های ایزوله برای مجزا کردن یک بخش خاص استفاده می شود.
2. محیط های بسیار سخت از نظر دما و رطوبت: از این محیط ها می توان به مزرعه های خورشیدی و زیر ساخت ها اشاره کرد. در نیروگاه های خورشیدی شبکه ها به صورت LV-DC هستند. در زیر ساخت ها و سیستم های حمل و نقل مانند خطوط ریلی از هردو شکل LV-AC و LV-DC استفاده می شود.
3. سایر کاربری های استاندارد فشار ضعیف: در صنایع بسیار گسترده ی دیگری مانند صنعت نفت، گاز، انرژی هسته ای، معدن، صنعت غذایی، مدیا، اینترنت و غیره از شبکه های LV-AC با طرح IT استفاده می شود.
4. توزیع انرژی با ولتاژ فشار متوسط: در شبکه های توزیع فشار متوسط، تولید پراکنده، نفت، گاز و غیره از مدل MV-AC استفاده می شود.
5. موتورهای آفلاین: از سیستم های LV-AC می توان به موتورهای تخلیه ی دود، پمپ ها و غیره نیز اشاره کرد.

نوع سیستم قدرت IT

سیستم قدرت را می توان از نظر گستردگی و تجهیزات به کار رفته در آن به چند دسته تقسیم کرد. این آیتم ها در کنار هم میزان ظرفیت خازنی، جریان نشتی و اختلالات مجموع را تعیین می کنند. شبکه های الکتریکی با طرح IT از نظر گستردگی به 3 گروه زیر تقسیم می شوند:

• شبکه های کوچک با طول کمتر از 5 کیلومتر
• شبکه های متوسط با طول کمتر از 50 کیلومتر
• شبکه های بزرگ با طول کمتر از 500 کیلومتر

ظرفیت خازنی تنها به طول کابل ها مربوط نمی شود. ادوات موجود در شبکه مخصوصا موارد الکترونیک نیز در تعیین ظرفیت خازنی موثر هستند. این تجهیزات می توانند اختلالات، ظرفیت خازنی و جریان نشتی زیادی تولید کنند. شبکه های الکتریکی با طرح IT از نظر اختلالات و میزان تجهیزات الکترونیک در سه گروه زیر دسته بندی می شوند:

• سیستم های بدون اختلالات: در این سیستم های تجهیزات الکترونیک قدرت وجود ندارد.
• سیستم با اختلالات کم: در این شبکه تعداد محدودی تجهیزات الکترونیک وجود دارد.
• سیستم با اختلالات زیاد: در این شبکه تعداد زیادی درایو، اینورتر، شارژر، فیلترهای اکتیو و غیره وجود دارد.

میزان جریان نشتی بر اساس ظرفیت خازنی در یک کابل سه فاز حدود 1 میکروفاراد بر کیلومتر است. این مقدار حدود 0.33 میکروفاراد در کیلومتر برای هر فاز می باشد. می توانید مقدار ظرفیت خازنی کابل با تجهیزات درج شده در جدول زیر را مقایسه کنید. این جدول بر اساس بارهای موجود در شبکه و ظرفیت خازنی آن ها تهیه شده است.

جدول ظرفیت خازنی تجهیزات الکترونیک

با در کنار هم قرار دادن طول شبکه و تجهیزات به کار رفته در آن می توان جدول زیر را ایجاد کرد. در این طرح سه گروه شبکه از نظر طول و تجهیزات الکترونیک موجود در آن ها بررسی شده اند. ظرفیت خازنی شبکه های کوچک و بدون دستگاه های الکترونیک کمتر از 10 میکروفاراد است. ظرفیت خازنی با بزرگتر شدن شبکه و چند دستگاه الکترونیک به کمتر از 40 میکروفاراد خواهد رسید. ظرفیت خازنی در شبکه های گسترده با ادوات الکترونیک بسیار از مرز 40 میکروفاراد عبور می کند.

جدول بررسی شبکه ها از نظر طول و ادوات الکترونیک

ولتاژ منبع تغذیه رله ماینتورینگ عایقی

ولتاژ منبع تغذیه رله مانیتورینگ عایقی بر اساس دسترسی به مدارهای الکتریکی انتخاب می شود. دستگاه های اشنایدر از نظر منبع تغذیه در دو گروه زیر تولید می شوند:

• 24/48 ولت مستقیم
• 110/440 ولت متناوب یا مستقیم

تشخیص موقعیت خطا

رله ی مانیتورنیگ عایقی یا Insulation monitoring relay با توجه به مدل می تواند قابلیت های متفاوتی داشته باشد. رله های معمولی فقط رخ دادن خطای زمین اول در سیستم را اعلام می کنند. در رله های پیشرفته می توان مقدار مقاومت عایقی سیستم و کاهش تدریجی آن را مانیتور کرد. این اطلاعات برای شناسایی بخش های معیوب قبل از رخ دادن خطا بسیار مفید هستند. از رله های مانیتورینگ عایقی اشنایدر می توان به مدل های IM9، IM10، IM20 و IM400 اشاره کرد.

رله های مانیتورینگ عایقی نمی توانند به صورت مستقل برای تعیین محل خطا استفاده شوند. تعیین محل خطا با توجه به گستردگی شبکه ممکن است زمان بر و پر هزینه باشد. برای رفع این مشکل گروهی از تجهیزات دیگر برای مشخص کردن محل خطا با عنوان Insulation Fault Locator تولید شده اند. تعیین محل خطا در سیستم های IT می تواند به صورت خودکار و با انواع تجهیزات نصب ثابت و یا به صورت دستی و با تجهیزات موبایل انجام شود. برخی از دستگاه های تشخیص موقعیت خطا با برند اشنایدر الکتریک بر اساس روش نصب عبارتند از:

• نصب ثابت: دستگاه تشخیص موقعیت خطای عایقی سری IFL12 و IFL12C و XD301 و XD312
• موبایل: دستگاه پرتابل XGR و سنسور XRM

رله های مانیتورینگ عایقی می توانند با رله های تشخیص موقعیت خطای نصب ثابت ارتباط داشته باشند. ارتباط این تجهیزات از طریق شبکه برقرار شده و یک سیستم هوشمند اعلام و تعیین محل خطا را تشکیل می دهد. رله های مانیتورینگ عایقی از نظر ارتباط با دستگاه های تشخیص موقعیت خطا به سه گروه کلی تقسیم می شوند:

• ساده: بدون ارتباط و مکان یابی دستی محل خطا
• پایه: ارتباط شبکه و مکان یابی خودکار محل خطا
• پیشرفته: ارتباط شبکه و اندازه گیری مقاومت عایقی و تغییرات آن در هر فیدر

در جدول زیر پیشنهاد اشنایدر الکتریک به منظور تشخیص خطای زمین اول و تعیین موقعیت آن را مشاهده می کنید. در حالت ساده؛ محل خطا به صورت اتوماتیک مشخص نمی شود. برای خطایابی در این حالت باید از تجهیزات موبایل مانند XGR و XRM به صورت دستی استفاده شود. رله های نصب ثابت IFL12، IFL12C و XD301 و سنسور موبایل XRM در حالت پایه و برای تعیین محل خطا به کار گرفته می شوند. روش پیشرفته از تجهیزات مدرن نصب ثابت مانند IFL12MC و سنسور موبایل XRM تشکیل شده است.

جدول روش های تعیین محل خطا

تصویر 1 تجهیزات مانیتورینگ عایقی و تعیین محل خطا از برند اشنایدر الکتریک

خروجی و شبکه های صنعتی

رله های مانیتورینگ عایقی از نظر خروجی، پورت و مدیریت اطلاعات به شکل های مختلفی تولید می شوند. انتخاب نوع رله و امکانات آن باید بر اساس حساسیت مدار و تجهیزات موجود دیگر در تاسیسات انجام شود. در ساده ترین حالت می توان از رله های مانیتورینگ عایقی با یک یا چند کنتاکت ساده استفاده کرد. این کنتاکت ها به تجهیزات اعلام خطا مانند انواع آژیر و چراغ های سیگنال متصل خواهند شد.

رله های پیشرفته دارای پورت شبکه مانند مدباس RS485 هستند. این شبکه برای اتصال رله ها به یکدیگر یا اتصال آن ها به سیستم های مانیتورینگ در نظر گرفته شده است. در سیستم های حساس و بزرگ ممکن است رله ی مانیتورینگ عایقی به رله ی تشخیص موقعیت خطا، PLC و RTU متصل شود. در تصویر زیر ارتباط رله ی مانیتورینگ عایقی IM400 با PLC و رله های تشخیص موقعیت خطا مانند XD312، XD301 و IFL را مشاهده می کنید.

تصویر 2 شبکه ی صنعتی رله ی IM400

خطاهای رخ داده و تغییرات مقاومت عایقی در حافظه ی داخلی برخی از رله ها ثبت می شود. این قابلیت ها به ترتیب Event log و Historical trending نام دارند. در مدل های دارای صفحه نمایش می توان از طریق پنل دستگاه به این اطلاعات دست پیدا کرد. در تصویر زیر منحنی تغییرات مقاومت عایقی ثبت شده در رله ی IM400 را مشاهده می کنید.

تصویر 3 منحنی مقاومت عایقی در رله ی IM400

راهنمای انتخاب رله مانیتورینگ عایقی اشنایدر

در بخش های قبلی 5 گروه از آیتم های مهم در انتخاب رله ی مانیتورینگ عایقی شرح داده شد. آیتم های ذکر شده به همراه دسته بندی های مهم دیگر در جدول زیر آورده شده است. در بالای جدول نوع شبکه و مدل رله های اشنایدر الکتریک را مشاهده می کنید. وجود مربع در ستون هر رله به معنی پشتیبانی آن از گزینه ی مورد نظر است. با استفاده از این جدول می توان رله ی مانیتورینگ عایقی مناسب را بر اساس نوع شبکه و ایتم های اساسی انتخاب کرد.

جدول راهنمای انتخاب رله مانیتورینگ عایقی

راهنمای انتخاب رله تعیین محل خطا اشنایدر

تعیین موقعیت خطا در شبکه های IT به شکل های دستی و خودکار انجام می شود. به منظور انتخاب تجهیزات تعیین محل خطا یا Insulation Fault Locator می توانید از جدول زیر استفاده کنید. جدول زیر بر اساس 4 گروه از آیتم های بسیار مهم و تجهیزات اشنایدر الکتریک تهیه شده است.

جدول راهنمای انتخاب رله تعیین موقعیت خطا

جداسازی خودکار در سیستم IT

خطای دوم یا رخ دادن دو خطا به صورت همزمان در طرح ارتینگ IT باعث عملکرد سیستم های حفاظتی اضافه جریان و قطع کامل منبع تغذیه می شود. میزان جریان خطا در سیستم IT به خصوصیات مدار و آرایش سیستم زمین بستگی دارد. در هر مدار باید از ادوات اصلی حفاظت اضافه جریان مانند بریکر و فیوز به منظور جداسازی خودکار استفاده شود. جداسازی خودکار به معنی قطع منبع تغذیه در صورت رخ دادن خطا و بدون دخالت انسان است.

تصویر 4 فیوز ذوب شونده 400 آمپر

ادوات حفاظت تکمیلی مانند RCD با توجه به میزان جریان خطا و خصوصیات سیستم تعیین می شوند. در نظر داشته باشید که محدود شدن جریان خطا از عملکرد سریع و ایمن تجهیزات اضافه جریان مانند فیوز و بریکر جلوگیری می کند. عدم عملکرد تجهیزات حفاظت اضافه جریان در زمان مناسب باعث افزایش ریسک شوک و آتش سوزی الکتریکی خواهد شد. در این شرایط حتما باید از ادوات حفاظت تکمیلی کمک گرفته و ایمنی مدار را ارتقاء داد.

در مقاله اجرای سیستم های سیستم های حفاظتی مدار IT به بریکر کامپکت و RCD جهت جداسازی خودکار اشاره شده است. در طرح ارتینگ IT از ادوات حفاظت اضافه جریان جهت جداسازی مدار از منبع تغذیه هنگام رخ دادن خطای دوم و حفاظت هادی نول در برابر افزایش جریان استفاده می شود. حفاظت اضافه جریان شامل اضافه بار و اتصال کوتاه بوده و در سطح فشار ضعیف و فشار متوسط با انواع فیوز و بریکرها انجام می شود.

حفاظت جریانی در مدارهای TN، TT و IT با محاسبات مختلف پیاده شده ولی اجزای آن ها به صورت کلی یکسان است. در ادامه ی فرایند طراحی تاسیسات فشار ضعیف در مقالات این بخش با رله های مانیتورینگ و تعیین موقعیت خطای عایقی، تجهیزات جریان باقی مانده یا RCDs، فیوزها و بریکرها بیشتر آشنا خواهیم شد.