کلید خودکار تک فاز ۱۲ کیلوولت، کلید خودکار با ارتباط DNP3.0، کلید خودکار فشار بالا روی ستون ۱۱ کیلوولت

تک‌فاز ریل‌باز (Single phase reclosing) یکی از روش‌های ریل‌باز خودکار در مهندسی برق برای حفاظت خطوط انتقال است. نحوه عملکرد آن به این صورت است: در صورت بروز خطای تک‌فاز، فقط فاز معیوب قطع شده و سپس ریل‌باز انجام می‌شود؛ در صورت بروز خطای بین‌فازی، هر سه فاز قطع شده و تصمیم به انجام ریل‌باز سه‌فاز بسته به شرایط گرفته می‌شود؛ اگر ریل‌باز روی خطای دائمی انجام شود، هر سه فاز قطع می‌شوند. این روش عمدتاً در سیستم‌های جریان زمینی بزرگ با ولتاژ ۲۲۰ کیلوولت و بالاتر استفاده می‌شود و می‌تواند قابلیت اطمینان تغذیه و پایداری گذرای سیستم را افزایش دهد. از آنجایی که جریان پنهان ناشی از کوپلاسیون خازنی و متقابل بین فازهای سالم باعث تأخیر در خاموش شدن قوس در نقطه خطا می‌شود، باید از اقداماتی مانند اتصال زمین در نقطه خنثی راکتور فشار قوی یا وارد کردن موقت کلید زمینی برای خاموش کردن قوس استفاده کرد. عناصر انتخاب فاز شامل انواعی مانند انتخاب فاز با فاصله، انتخاب فاز با تغییرات ناگهانی اختلاف جریان فاز و قطع سریع جریان فاز هستند. در سطح بین‌المللی، خطوط فوق‌فشار بالای ۱۰۰۰ کیلوولت عمدتاً از ریل‌باز تک‌فاز استفاده می‌کنند، در حالی که خطوط دوتایی روی یک تیر از روش ریل‌باز بر اساس فاز استفاده می‌کنند.

تجربه عملکرد سیستم‌های برق ثابت کرده است که اکثر خطوط هوایی دارای خطای موقت هستند، برای مثال: جرقه روی سطح عایق ناشی از ولتاژ اضافی رعد و برق، تماس موقت خطوط ناشی از باد، تخلیه از طریق بدن پرندگان و اتصال کوتاه ناشی از سقوط شاخه‌ها و اشیاء دیگر روی هادی‌ها. وقتی خطای خط به سرعت قطع می‌شود، قوس خاموش شده و استحکام عایق نقطه خطا دوباره بازیابی می‌شود. بنابراین، انجام یک بار ریل‌باز پس از قطع خط می‌تواند قابلیت اطمینان تغذیه را به طور قابل توجهی افزایش دهد. اکثر خطوط با ولتاژ ۱۱۰ کیلوولت و پایین‌تر از ریل‌باز سه‌فاز یک‌بار استفاده می‌کنند. بر اساس تجربه عملکرد، در خطوط هوایی فشار قوی سیستم‌های جریان زمینی بزرگ با ولتاژ بالای ۱۱۰ کیلوولت، بیش از ۷۰٪ از خطاهای اتصال کوتاه، اتصال کوتاه تک‌فاز به زمین است. به خصوص در خطوط هوایی با ولتاژ بالای ۲۲۰ کیلوولت، به دلیل فاصله زیاد بین فازها، خطای اتصال کوتاه تک‌فاز حتی به حدود ۹۰٪ می‌رسد. در این شرایط، اگر فقط فاز معیوب قطع شود و سپس ریل‌باز تک‌فاز انجام شود، دو فاز سالم در دوره ریل‌باز به کار خود ادامه می‌دهند، می‌تواند قابلیت اطمینان تغذیه و پایداری عملکرد موازی سیستم را به طور قابل توجهی افزایش دهد. بنابراین، در سیستم‌های جریان زمینی بزرگ با ولتاژ بالای ۲۲۰ کیلوولت، ریل‌باز تک‌فاز به طور گسترده استفاده می‌شود. وقتی حفاظت خطای اتصال کوتاه تک‌فاز موقت خط یک فاز را قطع می‌کند، فازهای سالم از طریق خازن بین فازها و بین فاز و زمین، جریان خازنی را به نقطه خطا تأمین می‌کنند.同时، جریان بار فازهای سالم از طریق ترانسفورماتورهای بین فاز کوپل شده و پتانسیل القایی را در فاز معیوب ایجاد می‌کند و از طریق خازن بین فازها و بین فاز و زمین، جریان القایی را به نقطه خطا تأمین می‌کند. این دو بخش جریان به طور مشترک جریان پنهان را تشکیل می‌دهند. اندازه جریان پنهان به پارامترهای خط بستگی دارد. به طور کلی، هرچه ولتاژ خط بالاتر و جریان بار بیشتر باشد، جریان پنهان نیز بزرگتر است. به دلیل وجود جریان پنهان، قوس در نقطه خطا به راحتی خاموش نمی‌شود و باعث تأخیر در ریل‌باز تک‌فاز می‌شود. وقتی از ریل‌باز تک‌فاز سریع استفاده می‌شود، ممکن است باعث شکست ریل‌باز تک‌فاز و قطع هر سه فاز شود.

زمان ریل‌باز تک‌فاز (زمان از قطع منبع تغذیه در نقطه خطا تا اعمال مجدد ولتاژ کار) باید بیشتر از زمان لازم برای خاموش شدن قوس در نقطه خطا و بازیابی عایق خط باشد. برخلاف ریل‌باز سه‌فاز، در فرآیند ریل‌باز تک‌فاز که فقط فاز معیوب قطع شده است، وقتی قوس در نقطه خطا خاموش نشده است، نقطه خطا هنوز از طریق خازن بین فازها در جریان قرار دارد. با حفظ منبع دو فاز دیگر در حال کار، جریان برای حفظ قوس تأمین می‌شود، و پس از خاموش شدن قوس. نقطه خطا عمدتاً ولتاژ توزیع شده از طریق خازن فاز معیوب به زمین توسط منبع دو فاز در حال کار را تحمل می‌کند. وقتی قوس به دلیل عبور جریان صفر قطع می‌شود، اگر سرعت بازیابی عایق نقطه خطا کمتر از سرعت افزایش موج ولتاژ متصل باشد، در نزدیکی پیک این موج ولتاژ، عایق نقطه خطا دوباره شکسته می‌شود. در این حالت، علاوه بر تأمین جریان قوس توسط دو فاز غیرمعیوب، انرژی ذخیره شده در خازن خطای نیز به نقطه خطا آزاد می‌شود و جریان قوس مجدد با پیک بسیار بزرگتر از جریان قوس حالت پایدار اولیه تشکیل می‌شود. این پدیده هر نیم سیکل برق تکرار می‌شود و بر زمان خاموش شدن قوس نهایی تأثیر می‌گذارد. هرچه ولتاژ عملکرد خط بالاتر و طول آن بیشتر باشد. زمان خاموش شدن قوس نهایی طولانی‌تر خواهد بود. آزمایش‌های اتصال کوتاه مصنوعی و سوابق عملکرد واقعی این نتیجه را تأیید کرده‌اند. برای کاهش زمان ریل‌باز تک‌فاز به یک مقدار منطقی، برای مثال حدود ۱ ثانیه یا کمتر، تا نیازهای پایداری سیستم (زمان ریل‌باز)، هماهنگی حفاظت رله و غیره برآورده شود.同时، بدون کاهش نرخ موفقیت ریل‌باز، در خطوط متوسط و بلند با ولتاژ ۵۰۰ کیلوولت و بالاتر، اقدامات کمکی خاموش کردن قوس به طور گسترده استفاده می‌شود که عمدتاً دو نوع دارند: ① در نقطه خنثی راکتور فشار قوی که برای جبران خازن خط به خط متصل شده است، از طریق مقاومت مناسب به زمین متصل می‌شود، عملکرد آن معادل موازی شدن یک اندوکتانس رزونانس با آن است. در نتیجه، جریان عبوری از نقطه خطا و ولتاژ بازیابی در برابر نقطه خطا به طور قابل توجهی کاهش می‌یابد و پیش‌نیاز برای خاموش شدن سریع و روان قوس خطا فراهم می‌شود. این روش به طور موفقیت‌آمیز و گسترده در سیستم‌های برق استفاده شده است. ② در فرآیند ریل‌باز تک‌فاز، در دو طرف خط فاز معیوب پس از قطع، کلید زمینی را به طور موقت وارد می‌کنند تا نقطه خطا در پتانسیل تقریباً صفر قرار گیرد و هدف خاموش کردن سریع قوس به دست آید. برای خطوط بار بسیار مهم و سنگین خاص (خطوط دوتایی روی یک تیر)، اگر در نظر گرفته شود که در صورت بروز خطای فاز غیرهم‌نام (مانند خطای فاز A خط甲 و فاز B خط乙)، ریل‌باز بر اساس فاز به طور موفقیت‌آمیز انجام شود، کلید زمینی یک روش عملی است.