آنالیز منحنی حفاظتی بر اساس استاندارد IEC60255

ابزار آنلاین تحلیل منحنی رله اضافه جریان (IEC 60255)

این ابزار مهندسی آنلاین برای تحلیل منحنی رله اضافه جریان (ANSI 50/51) و مدل حرارتی رله (ANSI 49) طراحی شده است. محاسبه دقیق زمان عملکرد رله بر اساس استاندارد IEC 60255، شبیه سازی تریپ و بررسی منحنی جریان–زمان از قابلیت های اصلی این سامانه است.

با استفاده از این تحلیلگر، میتوانید رفتار واقعی رله های حفاظتی را در شرایط اضافه جریان و اضافه بار شبیه سازی کرده و تنظیمات TMS و جریان پیکاپ را بهینه کنید.

۱. محاسبه عملکرد حفاظتی (Overcurrent – ANSI 51)

رله های اضافه جریان (Overcurrent Relays) برای حفاظت بهینه از تجهیزات، از منحنی‌های معکوس زمانی (Inverse Time) استفاده میکنند. در این ابزار، برای هر لحظه از زمان ($t_i$​) که جریان ($I_1$​) برقرار است، فرمول عملکرد رله به شرح زیر محاسبه میشود:

$$t_{relay} = TMS times left( frac{A}{(I_{ratio})^p – 1} + B right)$$

در این رابطه، $I_{ratio}$​ بیانگر نسبت جریان واقعی به جریان پیکاپ است:

$$I_{ratio} = frac{I_1}{I_{pickup}}$$

تحلیل انتگرالی و شبیه سازی تریپ (Digital Integration)

این ابزار مهندسی صرفاً یک محاسبه گر ساده نیست، بلکه مانند یک «انتگرال گیر دیجیتال» در رله های مدرن عمل میکند. به محض اینکه جریان از مقدار پیکاپ (Pickup) فراتر رود، رله شروع به تجمع انرژی (Time Accumulation) میکند.

در هر گام زمانی ($Delta t$)، محاسبات زیر انجام میشود:

$$frac{Delta t}{t_{relay}}$$

این کسر نشان دهنده «درصد طی شده از زمان تریپ» در هر گام است. زمانی که مجموع این نسبت ها (انتگرال) به عدد 1 (معادل 100٪) برسد، فرمان تریپ (Trip Command) صادر میشود. این متدولوژی دقیقاً شبیه به عملکرد رله های دیجیتال و عددی در شبکه های قدرت واقعی است.

۲. محاسبات حرارتی (Thermal Model – ANSI 49)

مدل حرارتی در این ابزار بر اساس استانداردهای IEC برای حفاظت در برابر اضافه بار (Overload) طراحی شده است. برخلاف رله که زمان ثابت دارد، مدل حرارتی بر اساس ذخیره انرژی کار میکند:

• ظرفیت حرارتی (Thermal Capacity): این ابزار دما یا ظرفیت حرارتی تجهیز را مانند یک “مخزن” میبیند.
• اگر جریان کمتر از جریان نامی باشد، مخزن به سمت تعادل خنک میشود.
• اگر جریان بیشتر از جریان نامی باشد، مخزن گرم میشود.
• فرمول مدل حرارتی: افزایش دمای تجهیز با استفاده از یک معادله دیفرانسیل درجه اول مدل سازی میشود:

$$theta_{new} = theta_{prev} times e^{-Delta t / tau} + (I/I_{base})^2 times (1 – e^{-Delta t / tau})$$

• θthetaθ: ظرفیت حرارتی (درصد).
• τtauτ (Time Constant): پارامتر $T_{hot}$​ (زمان گرم شدن) یا $T_{cold}$​ (زمان خنک شدن) که سرعت پاسخگویی تجهیز به حرارت را تعیین میکند.
• ظرفیت اولیه (Initial Thermal Capacity): این ورودی بسیار حیاتی است. در واقعیت، تجهیزات همیشه از صفر درجه شروع نمیکنند (مثلاً موتوری که نیم ساعت قبل کار کرده، هنوز داغ است). این ورودی اجازه میدهد تحلیل را از یک شرایط واقع بینانه (مثلاً ۴۰٪ داغی اولیه) شروع کنید.

چگونه از این ابزار استفاده کنید؟ (راهنمای گام به گام)

1. تعریف تنظیمات پایه:

• IPickup: جریانی که رله بالای آن شروع به شمارش معکوس برای تریپ میکند.
• TMS: ضرب کننده زمانی (برای جابجایی منحنی در محور زمان).
• Ibase: جریان مرجع برای محاسبات حرارتی (معمولاً جریان نامی موتور یا ترانس).
• $T_{hot}$​ / $T_{cold}$​ : ثابت های زمانی حرارتی تجهیز (از پلاک فنی دستگاه استخراج کنید).

2. وارد کردن سناریوی جریان:

• در جدول، بازه های زمانی ($t$) و جریان های ($I_1$​) مربوط به آن لحظات را وارد کنید.
• مثال: اگر جریان برای ۱۰ ثانیه روی ۵ آمپر است، یک سطر با $t=10$ و $I_1=5$ اضافه کنید.

3. تحلیل خروجی:

• Trip Status: به ستون آخر جدول نگاه کنید. اگر به ۱۰۰٪ رسید، یعنی تجهیز تریپ کرده است.
• Thermal Capacity: نمودار حرارتی را بررسی کنید. اگر نمودار به خط قرمز (۱۰۰٪) نزدیک شود، یعنی تجهیز در معرض خطر آسیب حرارتی است، حتی اگر رله تریپ نکند.
• نمودارها: نمودار Time-Current به شما نشان میدهد که جریان وارد شده در کدام ناحیه از منحنی عملکرد رله قرار گرفته است.

نکته فنی برای شما: این ابزار در واقع یک شبیه ساز عددی (Numerical Simulator) است. هر چه گام های زمانی ($Delta t$) کوچک تری وارد کنید (مثلاً به جای ۱۰ ثانیه، ۱ ثانیه وارد کنید)، دقت محاسبات انتگرالی و حرارتی بالاتر میرود.