رله حذف بار (Load Shedding) چیست؟ انواع و کاربردها

رله حذف بار (Load Shedding) چیست و چه کاربردی دارد؟

در شبکه‌های برق، باید بین میزان تولید و میزان مصرف انرژی الکتریکی تعادل برقرار باشد. اگر مصرف از توان قابل تأمین شبکه بیشتر شود یا بخشی از ظرفیت تولید از دست برود، ممکن است فرکانس یا ولتاژ شبکه کاهش پیدا کند و پایداری سیستم به خطر بیفتد.

یکی از راهکارهای مقابله با این شرایط، استفاده از سیستم حذف بار (Load Shedding) است. این سیستم در شرایط اضطراری، بخشی از بارهای مصرفی را به‌صورت خودکار از مدار خارج می‌کند تا از گسترش اختلال و خاموشی گسترده جلوگیری شود.

اما رله حذف بار چیست، چگونه کار می‌کند و چرا در شبکه‌های برق و صنایع اهمیت دارد؟

رله حذف بار چیست؟

حذف بار یا Load Shedding به فرایند قطع کنترل‌شده بخشی از مصرف برق گفته می‌شود؛ زمانی که ادامه تأمین تمام بارها ممکن است پایداری شبکه یا عملکرد ایمن تجهیزات را به خطر بیندازد ، در این روش، بارها بر اساس شرایط شبکه، اهمیت مصرف‌کننده و اولویت‌های از پیش تعیین‌شده از مدار خارج می‌شوند.

برای مثال، اگر در یک کارخانه ظرفیت تأمین برق کاهش پیدا کند، سیستم حذف بار می‌تواند ابتدا بارهای کم‌اهمیت را قطع کند تا برق تجهیزات حیاتی مانند سیستم‌های کنترل، تجهیزات ایمنی یا خطوط تولید حساس حفظ شود؛ البته اولویت دقیق هر بار باید بر اساس طراحی و نیاز همان کارخانه تعیین شود.

نکته مهم این است که حذف بار لزوماً با یک رله مستقل انجام نمی‌شود. این عملکرد می‌تواند با استفاده از رله‌های حفاظتی، کنترلرهای صنعتی، سیستم مدیریت انرژی یا ترکیبی از این تجهیزات پیاده‌سازی شود.

چرا از سیستم حذف بار استفاده می‌شود؟

مهم‌ترین هدف حذف بار، جلوگیری از بدتر شدن شرایط شبکه در زمان کمبود تولید یا بروز اختلال است. وقتی میزان تولید برق از مصرف کمتر شود، تعادل توان اکتیو شبکه به هم می‌خورد و فرکانس ممکن است کاهش پیدا کند. اگر این وضعیت ادامه یابد، احتمال خروج ژنراتورها از مدار، تشدید کمبود توان و گسترش خاموشی افزایش می‌یابد.

در برخی شرایط، افت ولتاژ نیز می‌تواند به دلیل کمبود توان راکتیو، اضافه‌بار خطوط یا سایر مشکلات شبکه رخ دهد. در چنین وضعیتی، حذف انتخابی بار می‌تواند به بهبود شرایط کمک کند؛ البته افت ولتاژ همیشه با حذف بار برطرف نمی‌شود و علت آن باید بررسی شود.

مهم‌ترین اهداف سیستم حذف بار عبارت‌اند از:

• جلوگیری از فروپاشی شبکه برق و گسترش خاموشی
• کمک به حفظ پایداری فرکانس
• کمک به حفظ ولتاژ در محدوده قابل قبول
• جلوگیری از اضافه‌بار تجهیزات و خطوط
• حفاظت از ژنراتورها و تجهیزات حساس
• حفظ برق مصرف‌کننده‌های مهم و حیاتی

برای مطالعه مقاله “رله آرک فلش چیست؟ تشخیص قوس الکتریکی در تابلو برق” کلیک کنید.

رله حذف بار چگونه کار می‌کند؟

نحوه عملکرد سیستم حذف بار به نوع طرح حفاظتی بستگی دارد. در یک طرح متداول، سیستم شرایط شبکه را اندازه‌گیری می‌کند و اگر پارامتر مشخصی از حد تنظیم‌شده عبور کند، فرمان قطع تعدادی از بارها را صادر می‌کند.

روند کلی عملکرد می‌تواند به این شکل باشد:

۱. اندازه‌گیری پارامترهای شبکه مانند فرکانس، ولتاژ یا توان مصرفی.

۲. تشخیص شرایط غیرعادی مانند افت فرکانس، افت ولتاژ یا اضافه‌بار.

۳. بررسی آستانه‌های عملکرد، تأخیر زمانی و منطق حفاظتی.

۴. انتخاب بارهایی که طبق اولویت باید قطع شوند.

۵. ارسال فرمان به بریکر یا کنتاکتور مربوطه.

۶. بررسی وضعیت شبکه پس از حذف بار و در صورت لزوم اجرای مرحله بعدی.

در طرح‌های چندمرحله‌ای، اگر قطع مرحله اول برای بازگرداندن شرایط شبکه کافی نباشد، ممکن است مراحل بعدی نیز فعال شوند. البته تعداد مراحل، مقدار بار قابل قطع و زمان عملکرد باید بر اساس مطالعات شبکه و الزامات پروژه تعیین شود.

انواع اصلی حذف بار

سیستم‌های حذف بار می‌توانند بر اساس پارامترهای مختلفی عمل کنند. سه مفهوم مهم در این زمینه عبارت‌اند از UFLS، ROCOF و UVLS.

۱. حذف بار بر اساس افت فرکانس (UFLS)

UFLS مخفف Under-Frequency Load Shedding است و به طرح حذف بار بر اساس افت فرکانس گفته می‌شود. فرکانس شبکه به تعادل توان اکتیو تولید و مصرف وابسته است. هنگامی که تولید از مصرف کمتر شود، فرکانس در بسیاری از شرایط کاهش پیدا می‌کند. اگر فرکانس به حد تنظیم‌شده برسد و شرایط عملکرد برقرار باشد، سیستم UFLS بخشی از بار را قطع می‌کند تا عدم تعادل توان کاهش یابد.

برای مثال، در یک شبکه ممکن است چند مرحله حذف بار تعریف شود. با افت بیشتر فرکانس، مراحل بیشتری فعال می‌شوند؛ اما آستانه‌های دقیق و تأخیر زمانی باید با توجه به مشخصات شبکه تعیین شوند.

کاربرد اصلی UFLS: کمک به جلوگیری از افت شدید فرکانس و فروپاشی شبکه در شرایط کمبود توان اکتیو

۲. حذف بار بر اساس نرخ تغییر فرکانس (ROCOF)

ROCOF مخفف Rate of Change of Frequency است؛ یعنی نرخ تغییر فرکانس نسبت به زمان، این پارامتر نشان می‌دهد فرکانس شبکه با چه سرعتی در حال افزایش یا کاهش است.

در بعضی طرح‌های حفاظتی، علاوه بر مقدار خود فرکانس، سرعت افت آن نیز بررسی می‌شود. اگر فرکانس با سرعت زیادی کاهش پیدا کند و سایر شرایط عملکرد برقرار باشند، سیستم ممکن است برای حذف سریع‌تر بار اقدام کند.

تفاوت مهم این روش با UFLS این است که UFLS عمدتاً بر مقدار فرکانس تمرکز دارد، درحالی‌که منطق مبتنی بر ROCOF سرعت تغییر فرکانس را نیز در نظر می‌گیرد. بااین‌حال، ROCOF به‌تنهایی یک نوع رله حذف بار نیست؛ بلکه یک کمیت اندازه‌گیری‌شده و یکی از مبانی احتمالی تصمیم‌گیری در سیستم حفاظتی است.

۳. حذف بار بر اساس افت ولتاژ (UVLS)

UVLS مخفف Under-Voltage Load Shedding است و به حذف بار در شرایط افت ولتاژ اشاره دارد. افت شدید یا ماندگار ولتاژ ممکن است ناشی از اضافه‌بار شبکه، کمبود توان راکتیو، اختلال در خطوط یا شرایط دیگری باشد.

در برخی طرح‌ها، اگر ولتاژ از حد مشخصی کمتر شود و شرایط زمانی و حفاظتی لازم برقرار باشد، بخشی از بار قطع می‌شود تا فشار وارد بر شبکه کاهش یابد. البته همه افت‌های ولتاژ با حذف بار حل نمی‌شوند. برای مثال، اگر علت اصلی مشکل، خطای اتصال کوتاه باشد، ابتدا باید حفاظت مربوط به خطا عمل کند. بنابراین، UVLS باید بر اساس مطالعات پایداری ولتاژ طراحی و تنظیم شود.