รองศาสตราจารย์ ดร. กีรติ...

รองศาสตราจารย ดร. กรต ชยะกลคร

ภาควชาวศวกรรมไฟฟาและอเลกทรอนกสประยกต

คณะวศวกรรมศาสตร มหาวทยาลยศรปทม

Zone 1

Zone 2 Zone 3 Zone 4

Zone 5

~

X Y

AB DC

F

E

G H

I

1 2 3

4

Zone 6

Zone 7

Zone 8

Zone 1


Zone 5

~

X Y

AB DC

F

E

G H

I

1 2 3

4

Zone 6

Zone 7

Zone 8

0 5 10 15-80

-60

-40

-20

0

20

40

60

80

100

120

Trip

Block

Trip

Block

สารบญ สปดาหท 1 ................................................................................................................................................... 1

โครงสรางของระบบไฟฟากาลงและการเกดความผดพรองในระบบไฟฟากาลง ........................................ 1

1.1 โครงสรางของระบบไฟฟากาลง ...................................................................................................... 1

1.1.1 ระบบแบบเรเดยลหรอแบบแขนง (Radial System) ............................................................... 2

1.1.2 ระบบแบบโครงขาย (Network System) .................................................................................. 3

1.2 การจดวางบสในสถานไฟฟายอย (Busbar Configuration in Substation) ......................................... 4

1.3 สาเหตและสถตการเกดความผดพรองในระบบไฟฟา ...................................................................... 8

1.4 คากระแสลดวงจรในระบบไฟฟากาลง .......................................................................................... 10

แบบฝกหด ................................................................................................................................................. 13

สปดาหท 2 ................................................................................................................................................. 14

เรอง หลกการทางานของรเลยและอปกรณเสรม ........................................................................................ 15

2.1 องคประกอบและคณสมบตของระบบปองกนไฟฟากาลง ............................................................. 15

2.2 การแบงขอบเขตการปองกนในระบบไฟฟากาลง (Zones of Protection) ....................................... 18

2.3 ประเภทและหลกการทางานรเลย ................................................................................................... 21

2.3.1 รเลยแบบไฟฟากล ................................................................................................................. 21

2.3.2 รเลยแบบอเลกทรอนกส (Electronic or Solid-State Relays) ................................................ 23

2.3.3 รเลยแบบไมโครโปรเซสเซอร (Microprocesser Based Relay) ............................................. 25

2.4 อปกรณควบคมเสรมการทางานของรเลยปองกน .......................................................................... 27

2.5 การปองกนระดบปฐมภมและการปองกนสารอง (Primary and Back Up Protection) ................... 28

2.6 แบตเตอรสาหรบระบบปองกนไฟฟากาลง .................................................................................... 30

2.7 เซอรกตเบรกเกอร (Circuit Breaker) .............................................................................................. 31

2.8 สญลกษณของรเลยตามมาตรฐาน .................................................................................................. 32

2.8.1 ตวเลขแสดงอปกรณปองกนทสาคญตามมาตรฐานของ IEEE/ANSI .................................... 32

2.8.2 สญญลกษณแสดงอปกรณปองกนทสาคญตามมาตรฐานของ IEC ....................................... 34

แบบฝกหด ................................................................................................................................................. 36

สปดาหท 3 ................................................................................................................................................. 38

เรอง หมอแปลงกระแสและหมอแปลงแรงดน ........................................................................................... 38

3.1 หมอแปลงกระแส (Current Transformers) .................................................................................... 39

3.1.1 คณลกษณะของหมอแปลงกระแสในสภาวะการทางานปกต (Steady state) ......................... 41

3.1.2 มาตรฐานความคลาดเคลอนของหมอแปลงกระแส (Standard Class Designation) .............. 45

3.1.3 การกาหนดขวของหมอแปลงกระแส .................................................................................... 46

3.1.4 หมอแปลงกระแสแบบเหนยวนาแสง (Electrocnic CT or Optical CT) ................................ 47

3.2 หมอแปลงแรงดน (Voltage Transformers) .................................................................................... 48

3.2.1 หมอแปลงแรงดน .................................................................................................................. 48

3.2.2 หมอแปลงแรงดนแบบตอกบตวเกบประจ (Coupling Capacitor Voltage Transformer,

CCVT) ........................................................................................................................................... 48

แบบฝกหด ................................................................................................................................................. 51

สปดาหท 4 ................................................................................................................................................. 52

เรอง การปองกนกระแสเกน ....................................................................................................................... 52

4.1 สงทตองพจารณาในการปองกนกระแสเกนในระบบไฟฟากาลง .................................................. 53

4.2 รเลยปองกนกระแสเกนแบบหนวงเวลา (Time-Delay Overcurrent Relays) .................................. 54

4.2.1 ประเภทของรเลยปองกนกระแสเกนแบบหนวงเวลาตามมาตรฐาน IEC .............................. 54

4.2.2 ประเภทของรเลยปองกนกระแสเกนแบบหนวงเวลาตามมาตรฐาน IEEE ............................ 56

4.2.3 การประยกตใชรเลยปองกนกระแสเกนแบบหนวงเวลา........................................................ 57

แบบฝกหด ................................................................................................................................................. 59

กจกรรมมอบหมาย ..................................................................................................................................... 59

สปดาหท 5 ................................................................................................................................................. 61

เรอง คณสมบตของรเลยปองกนกระแสเกนแบบหนวงเวลา ...................................................................... 61

5.1 หลกการปรบตงรเลยปองกนกระแสเกนแบบหนวงเวลา ............................................................... 62

5.2 การแสดงคณสมบตของรเลยตามมาตรฐาน IEEE/ANSI (IEEE/ANSI C37.112-1996) ................ 63

5.3 การแสดงคณสมบตของรเลยตามมาตรฐาน IEC (IEC60255) ........................................................ 67

แบบฝกหด ................................................................................................................................................. 70

กจกรรมมอบหมาย ..................................................................................................................................... 71

สปดาหท 6 ................................................................................................................................................. 72

เรอง การปรบตงรเลยปองกนกระแสเกน ................................................................................................... 72

6.1 หลกการปรบตงรเลยปองกนกระแสเกนแบบหนวงเวลา ............................................................... 73

6.2 รเลยปองกนกระแสเกนแบบทนท (Instantaneous Overcurrent Relays) ........................................ 94

6.2.1 การประยกตใชรเลยปองกนกระแสเกนแบบทนท ................................................................ 94

6.2.2 หลกการปรบตงรเลยปองกนกระแสเกนแบบทนท ............................................................... 95

6.3 รเลยปองกนกระแสเกนแบบทศทาง (Directional Overcurrent Relay) .......................................... 97

แบบฝกหด ................................................................................................................................................. 99

กจกรรมมอบหมาย ................................................................................................................................... 101

สปดาหท 7 ............................................................................................................................................... 102

เรอง การปองกนแบบระยะทางและองคประกอบสมมาตรในระบบไฟฟากาลง ...................................... 102

7.1 ความจาเปนของการปองกนแบบระยะทาง .................................................................................. 103

7.2 หลกการปองกนแบบระยะทาง ..................................................................................................... 104

7.3 หลกการปรบตงรเลยแบบระยะทาง ............................................................................................. 106

7.4 องคประกอบสมมาตรในระบบไฟฟากาลง .................................................................................. 109

แบบฝกหด ............................................................................................................................................... 117

สปดาหท 8 ............................................................................................................................................... 119

การสอบกลางภาค .................................................................................................................................... 119

สปดาหท 9 ............................................................................................................................................... 121

เรอง การใชโครงขายลาดบบวกในการปองกนแบบระยะทางและ ........................................................... 121

ประเภทของรเลยปองกนแบบระยะทาง ................................................................................................... 121

9.1 การใชโครงขายลาดบบวกในการปองกนแบบระยะทาง .............................................................. 122

9.1.1 กรณการลดวงจรระหวางเฟส (L-L) .................................................................................... 122

9.1.2 กรณการลดวงจรสองเฟสลงดน (L-L-G) ............................................................................ 123

9.1.3 กรณการลดวงจร 3 เฟส (3 phase fault) ............................................................................... 124

9.1.4 กรณการลดวงจรลงดน (SLG) ............................................................................................ 125

9.2 ประเภทของรเลยปองกนแบบระยะทาง ....................................................................................... 129

9.3 หลกการทางานของรเลยระยะทาง ............................................................................................... 131

9.4 ปญหาในการใชงานรเลยระยะทาง ............................................................................................... 133

แบบฝกหด ............................................................................................................................................... 135

สปดาหท 10 ............................................................................................................................................. 136

เรอง การปองกนแบบนารอง .................................................................................................................... 136

10.1 การสอสารในการปองกนแบบนารอง ........................................................................................ 138

10.1.1 การสงสญญาณรวมไปกบสายตวนากาลง (Power Line Carrier, PLC) ............................. 138

10.1.2 การสงสญญาณไมโครเวฟ (Microwave) .......................................................................... 139

10.1.3 การสงสญญาณดวยใยแกวนาแสง (Fiber Optic) ............................................................... 139

10.1.4 การสงสญญาณดวยสายเคเบล (Communication Cable) ................................................... 141

10.2 แบบแผนการทางานของรเลยปองกนกระแสเกนแบบนารอง .................................................... 141

10.3 การเปรยบเทยบทศทางเพอสงใหไมตดวงจร (Directional Comparison - Blocking) ................. 142

10.4 การเปรยบเทยบทศทางเพอหยดการสงไมใหตดวงจร (Directional Comparison - Unblocking)143

10.5 การสงสญญาณสงตดวงจรโดยการตรวจจบทไมเตมระยะสายสง (Underreaching Transfer Trip)

........................................................................................................................................................... 144

10.6 การสงสญญาณใหตดวงจรไดโดยการตรวจจบทเกนระยะสายสง (Permissive Overreachign

Transfer Trip) .................................................................................................................................... 147

10.7 การสงสญญาณใหตดวงจรไดโดยการตรวจจบทไมเตมและเกนระยะสายสง (Permissive

Underreachign Transfer Trip) ............................................................................................................ 148

แบบฝกหด ............................................................................................................................................... 150

สปดาหท 11 ............................................................................................................................................. 151

เรอง การปองกนเครองกาเนดไฟฟา ......................................................................................................... 151

11.1 การทางานและสวนประกอบของเครองกาเนดไฟฟา ................................................................. 153

11.2 ประเภทของการใชงานเครองกาเนดไฟฟา ................................................................................. 155

11.2.1 เครองกาเนดไฟฟาแบบแยกอสระ (Single-isolated generators) ....................................... 155

11.2.2 เครองกาเนดไฟฟาแบบแยกอสระหลายเครอง (Multiple-isolated generators) ................. 155

11.2.3 เครองกาเนดไฟฟาระดบอตสาหกรรม (Large industrial generators) ............................... 155

11.3 วธการปองกนเครองกาเนดไฟฟา ............................................................................................... 156

11.3.1 การปองกนความรอนเกดพกด (Overheating or Thermal Protection) .............................. 157

11.3.2 การปองกนอณหภมเกนในโรเตอรหรอในขดลวดกระตนสนาม (Field Excitation Winding)

..................................................................................................................................................... 157

11.4 การปองกนการลดวงจรในขดลวดสเตเตอร ............................................................................... 158

11.4.1 การปองกนการลดวงจรระหวางเฟสในขดลวดสเตเตอร ................................................... 158

11.4.2 การปองกนการลดวงจรลงดนในขดลวดสเตเตอร ............................................................ 159

11.5 การปองกนแบบเปอรเซนตผลตาง ............................................................................................. 164

11.6 รเลยแบบอมพแดนซสง ............................................................................................................. 166

11.7 การปองกนการลดวงจรในโรเตอร ............................................................................................. 166

11.8 การปองกนการทางานในสภาวะกระแสไมสมดล (Unbalance Current) .................................... 167

11.9 การปองกนการทางานเกนพกดกาลง (Overload) ....................................................................... 168

11.10 การปองกนการทางานเกนพกดความเรวรอบ (Overspeed) ...................................................... 168

11.11 การปองกนจากแรงดนและความถไฟฟาทผดปกต .................................................................. 169

11.11.1 สภาวะแรงดนเกนพกด (Overvoltage) ............................................................................ 169

11.11.2 สภาวะแรงดนตากวาพกด (Undervoltage) ...................................................................... 169

11.11.3 สภาวะความถเกนพกด (Overfrequency) ........................................................................ 169

11.11.4 สภาวะความถตากวาพกด (Underfrequency) ................................................................. 170

11.12 การปองกนเมอสญเสยกระแสกระตน (Loss of Excitation) ..................................................... 170

แบบฝกหด ............................................................................................................................................... 171

สปดาหท 12 ............................................................................................................................................. 172

เรอง การปองกนมอเตอร .......................................................................................................................... 172

12.1 สงทพจารณาในการปองกนมอเตอร .......................................................................................... 173

12.2 การปองกนขดลวดสเตเตอร (Stator Winding Protection) ......................................................... 174

12.2.1 การปองกนการทางานเกนพกด ......................................................................................... 175

12.2.2 การปองกนสภาวะมอเตอรไมหมน (Locked Rotor Protection) .................................. 177

12.2.3 การปองกนอณหภมสง (Over Temperature Protection) ................................................... 180

12.2.4 การปองกนมอเตอรเรมเดนเครองซา (Frequent Start or Repetitive Start Protection) ....... 181

12.3 การปองกนกระแสเกนในเฟส (Phase Over-Current Protection) ............................................... 181

12.4 การปองกนกระแสลดวงจรลงดน (Ground Fault Protection) .................................................... 183

12.4.1 Residual Connected Ground Overcurrent ........................................................................ 184

12.4.2 Core Balance Current Transformer Scheme ..................................................................... 184

12.5 การปองกนการลดวงจรดวยรเลยผลตาง (Differential Protection) ............................................. 185

12.6 การปองกนการลดวงจรในโรเตอร (Rotor Fault Protection) ..................................................... 186

12.7 การปองกนสภาวะทแหลงจายไฟฟาผดปกต .............................................................................. 187

12.7.1 การปองกนสภาวะแรงดนตา (Under-Voltage Protection) ................................................ 187

12.7.2 การปองกนสภาวะแรงดนเกน (Over-Voltage Protection) ................................................ 187

12.7.3 การปองกนสภาวะแรงดนไมสมดล (Unbalance Protection) ............................................ 187

12.7.4 การปองกนสภาวะความถผดปกต (Abnormal Frequency Protection) .............................. 188

แบบฝกหด ............................................................................................................................................... 189

สปดาหท 13 ............................................................................................................................................. 190

เรอง การปองกนหมอแปลงกาลง ............................................................................................................. 190

13.1 ปจจยทมผลตอการปองกนหมอแปลงกาลง ............................................................................... 191

13.1.1 ขนาด (Size) ...................................................................................................................... 191

13.1.2 ตาแหนงทตงและหนาท (Location and Function) ............................................................ 192

13.1.3 ระดบแรงดน ..................................................................................................................... 192

13.1.4 การตอขดลวด ................................................................................................................... 192

13.2 การปองกนการลดวงจรและกระแสเกน ..................................................................................... 192

13.2.1 ผลของการตอขดลวดทมตอกระแสลดวงจรลงดน ............................................................ 193

13.2.2 การลดวงจรระหวางเฟสในขดลวดหมอแปลง .................................................................. 194

13.2.3 การลดวงจรระหวางรอบของขดลวด (Interturn Faults) .................................................... 194

13.2.4 การปองกนดวยฟวส (Fuse) .............................................................................................. 194

13.2.5 การปองกนดวยรเลยปองกนกระแสเกน (Overcurrent Relay) .......................................... 194

13.2.6 การเกดสภาวะกระแสเหนยวนาพงเขา (Inrush Mabnetizing Current) .............................. 195

13.2.7 การแกปญหาผลของกระแสเหนยวนาสนามแมเหลกพงเขาในระบบปองกน ................... 197

13.2.8 การปองกนการลดวงจรลงดนแบบจากด (Restriced Earth Fault Protection) ................... 197

แบบฝกหด ............................................................................................................................................... 199

กจกรรมมอบหมาย ................................................................................................................................... 201

สปดาหท 14 ............................................................................................................................................. 202

เรอง การปองกนแบบผลตางและการปองกนเฉพาะในหมอแปลงกาลง .................................................. 202

14.1 การปองกนแบบผลตางในหมอแปลง ........................................................................................ 203

14.2 การปองกนแบบผลตางในหมอแปลงสามเฟส ........................................................................... 204

14.3 การปองกนฟลกซแมเหลกเกน ................................................................................................... 206

14.4 การปองกนแรงดนกาซในถงนามนหมอแปลง ........................................................................... 208

14.5 การปองกนอณหภมสงในหมอแปลง ......................................................................................... 210

14.6 การผดพรองของแกนเหลก ........................................................................................................ 210

แบบฝกหด ............................................................................................................................................... 211

สปดาหท 15 ............................................................................................................................................. 212

เรอง การปองกนบส ................................................................................................................................. 212

15.1 การปองกนการลดวงจรในบส ................................................................................................... 213

15.2 การปองกนแบบเปอรเซนตผลตาง ............................................................................................. 214

15.3 การแบงขอบเขตการปองกนบส ................................................................................................. 214

15.4 การปองกนดวยรเลยแรงดนแบบอมพแดนซสง ......................................................................... 217

15.5 การใชตวเชอมตอแบบเชงเสน (Linear Couplers) ...................................................................... 218

15.6 การเปรยบเทยบทศทาง .............................................................................................................. 219

แบบฝกหด ............................................................................................................................................... 220

สปดาหท 16 ............................................................................................................................................. 221

สอบปลายภาค .......................................................................................................................................... 221

EEG456 การปองกนระบบไฟฟากาลงและรเลย

แผนการสอน

สปดาหท 1

โครงสรางของระบบไฟฟากาลงและการเกดความผดพรองในระบบไฟฟากาลง

วตถประสงคเชงพฤตกรรม

1. เพอใหนกศกษาไดเหนความสาคญของการศกษาวชาการปองกนระบบไฟฟากาลง

2. เพอใหนกศกษาไดเขาใจกรอบแนวคดของโครงการสอน และสามารถอธบายขนตอนของ

แผนการสอน และประโยชนของแผนการสอนตอการศกษาของนกศกษาได

3. เพอใหอาจารยและนกศกษาไดทาความรจก เพอสรางบรรยากาศการเรยนทด

4. เพอใหนกศกษาไดเขาใจถงโครงสรางของระบบไฟฟากาลงและการจดวางบสแบบตาง ๆ

5. เพอใหนกศกษาไดเขาใจถงสาเหตและสถตของการผดพรองในระบบไฟฟา

6. เพอใหนกศกษาไดเขาใจถงคณลกษณะของกระแสลดวงจรในระบบไฟฟา

เนอหา

โครงสรางของระบบไฟฟากาลง ระบบแบบเรเดยลหรอแบบแขนง และระบบแบบโครงขาย การ

จดวางบสในสถานไฟฟายอย สาเหตและสถตการเกดความผดพรองในระบบไฟฟา คากระแสลดวงจรใน

ระบบไฟฟากาลง

กจกรรมการสอน/การดาเนนงานและกจกรรม

อธบายเนอหาวชา พรอมยกตวอยางประกอบ และใหนกศกษาไดสอบถามในสวนทยงไมเขาใจ

สอการสอน

เอกสารคาสอน สอการสอน Power Point ระบบ E-Learning บนทกการสอน

การประเมนผล

สอบถามความเขาใจ แบบทดสอบ

งานทมอบหมาย

แบบฝกหด

ภาควชาวศวกรรมไฟฟาและอเลกทรอนกสประยกต คณะวศวกรรมศาสตร มหาวทยาลยศรปทม

1



โครงสรางของระบบไฟฟากาลงและการเกดความผดพรอง

ในระบบไฟฟากาลง

การปองกนระบบไฟฟากาลงมความสาคญอยางยงของระบบไฟฟากาลงในการทจะใหความ

ปลอดภยตออปกรณตาง ๆ ในระบบไฟฟากาลง เมอเกดการผดพรองขนในระบบ ทงนสงสาคญในการ

ออกแบบระบบปองกนกคอลกษณะโครงสรางของระบบไฟฟากาลง นอกจากนลกษณะของการผดพรอง

ในระบบไฟฟากาลงกมผลตอการออกแบบระบบปองกนเชนกน รายละเอยดของรายวชาไดแสดงไวใน

สวนตน (หนา i ) ของเอกสารคาสอนน

การบรรยายในครงนจะเปนการกลาวถงโครงสรางของระบบไฟฟากาลงและการเกดความผด

พรองในระบบไฟฟากาลงโดยเนนเฉพาะการลดวงจร

1.1 โครงสรางของระบบไฟฟากาลง

องคประกอบในการทางานของระบบไฟฟากาลงสามารถแบงตามหนาทไดเปน 3 สวน คอ

อปกรณควบคม (Control Equipment) บรภณฑไฟฟากาลง (Power Apparatus) และอปกรณปองกน ดง

แสดงในรปท 1.1 [Horowitz and Phadke,1992]

รปท 1.1 องคประกอบในการทางานของระบบไฟฟากาลง

สวนของบรภณฑไฟฟากาลงเปนสวนประกอบพนฐานของระบบไฟฟากาลงซง ประกอบดวย

เครองกาเนดไฟฟา (Generators) สายสงไฟฟา (Transmission Lines) และหมอแปลงกาลง (Power

อปกรณปองกน

Protection Equipment

อปกรณควบคม

Control Equipment

บรภณฑไฟฟากาลง

Power Apparatus

อปกรณปองกน

Protection Equipment

อปกรณควบคม

Control Equipment

บรภณฑไฟฟากาลง

Power Apparatus


1


Transformers) และระบบจาหนายไฟฟา (Distribution Systems) ดงแสดงในรปท 1.2 สวนประกอบถดมา

คออปกรณควบคมซงจะทาหนาทควบคมสถานะตาง ๆ ในระบบไฟฟาเชน แรงดน ความถ จนถงคากาลง

งานไฟฟาทเหมาะสมทจายจากเครองกาเนดไฟฟา สวนประกอบสดทายคออปกรณปองกน การทางานของ

อปกรณปองกนจะตองการความเรวมากกวาระบบควบคม การทางานของอปกรณปองกนจะมผลตอการ

เปด-ปดเซอรกตเบรกเกอร ซงจะทาใหสภาวะของระบบไฟฟากาลงเปลยนแปลงไป ในขณะทอปกรณ

ควบคมจะทาการปรบคาพารามเตอรตาง ๆ ในระบบใหอยในสภาวะทเหมาะสมตลอดเวลา

การจดวางโครงสรางของระบบไฟฟา (Layout) มผลตอชนดและการทางานของอปกรณปองกน

โดยตรง ดงนนจงจาเปนตองกลาวถงการจดวางโครงสรางของระบบไฟฟาซงสามารถแบงออกได 2 แบบ

ใหญ ๆ คอ ระบบแบบเรเดยลและระบบแบบโครงขาย

รปท 1.2 โครงสรางสวนของบรภณฑไฟฟากาลงของระบบไฟฟากาลง

1.1.1 ระบบแบบเรเดยลหรอแบบแขนง (Radial System)

ระบบแบบเรเดยลหรอแบบแขนงเปนระบบทมการจายกาลงงานไฟฟาจากแหลงกาเนดหนงแหลง

ไปยงภาระ (Load) ดงแสดงในรปท 1.3 โดยทวไปจะเปนระบบจาหนายไฟฟาซงมแรงดนไมเกน 115 kV

ระบบแบบนจะมราคาไมสงแตมความนาเชอถอไดต า เนองจากการสญเสยแหลงจายเพยงแหลงเดยวจะม

ผลใหไฟฟาดบทงหมด หรอเมอเกดความผดพรองทตองปลดวงจรในตาแหนงของสายสงหลกกจะทาให

เกดไฟฟาดบในสวนทอยถดลงไปทงหมด การปองกนระบบแบบเรเดยลจะมความซบซอนไมมาก โดย


2


กาลงงานไฟฟาจะไหลในทศทางเดยวไปยงภาระและมกจะเปนระบบทอยหางจากเครองกาเนดไฟฟาทาให

คากระแสลดวงจรไมสงนก

รปท 1.3 ระบบไฟฟาแบบเรเดยล

1.1.2 ระบบแบบโครงขาย (Network System)

ระบบไฟฟาแบบโครงขายเปนระบบไฟฟาทมการเชอมตอเปนวงปด (Loop) ซงมกจะมมากกวา

หนงวงปดและมแหลงกาเนดหลายแหลงดงแสดงในรปท 1.4 ระบบสงไฟฟา (Transmission System)

และระบบสงไฟฟายอย (Subtransmission System) ในระบบขนาดใหญมกมโครงสรางเปนระบบแบบ

โครงขาย ขอดของระบบแบบโครงขายจะมความยดหยนและความนาเชอถอไดสงกวาระบบแบบเรเดยล

การสญเสยแหลงกาเนดบางตวหรอสายสงบางเสนกจะไมทาใหเกดปญหาโดยรวมมากนก

โครงสรางแบบโครงขายทาใหกระแสลดวงจรไหลจากทกทศทางทจดลดวงจรเชอมตออย ดงนน

ในการปองกนระบบไฟฟากาลงแบบโครงขายจะตองคานงถงกระแสลดวงจรทไหลจากทกทศทางดวย

นอกจากนคากระแสลดวงจรมกมคาสงมากเนองจากเปนระบบทตออยใกลแหลงกาเนด

รปท 1.4 แสดงระบบไฟฟาแบบโครงขาย (IEEE 30 Bus System)

Load Load Load

TransmissionNetwork

Transformer

Switch SwitchSwitch

~ ~

~

1

28 3

9

86

11

75

4

2

15

14

12

18

19

13

1617

20

23

24

30

10

2927

25

26

22 21

~

~~


3


ตวอยางท 1.1 จากรปท 1.5 เปนระบบไฟฟาทประกอบดวยระบบสงทเปนแบบโครงขายและระบบ

จาหนายไฟฟาทเปนแบบเรเดยล

การเกดลดวงจรทตาแหนง A จะทาใหเกดกระแสลดวงจรปรมาณมาก แตหลงจากปลดสายสงท

ลดวงจรออกแลวระบบยงสามารถจายกาลงงานไฟฟาไปยงภาระได

แตถาเกดการลดวงจรทตาแหนง B จะเกดคากระแสลดวงจรนอยกวาทตาแหนง A แตในการ

ปองกนจะตองตดวงจรตงแตสายสงทเกดลดวงจรลงไป ทาใหไมสามารถจายกาลงงานไฟฟาไปยงภาระได

ทงหมด

รปท 1.5 รประบบไฟฟากาลงจากตวอยางท 1.1

1.2 การจดวางบสในสถานไฟฟายอย (Busbar Configuration in Substation)

ในสถานไฟฟายอยจะมการออกแบบการจดวางอปกรณปองกนขนอยกบความเหมาะสมในการ

ทางานและความนาเชอถอไดของระบบ โดยจะมอปกรณในการเปด-ปดวงจรดงน

1. เซอรกตเบรกเกอร (Circuit breaker, CB)เปนอปกรณทสามารถเปด-ปดวงจรไดในขณะทม

กระแสไหลผาน เนองจากโครงสรางถกออกแบบมาเปนพเศษ เพอใหสามารถดบอารคในขณะทสบสวตช

เขาหรอออก

2. สวตชตดวงจร (Disconnecting Switch, DS) เปนอปกรณตดตอนททางานรวมกบเซอรกตเบรก

เกอร โดยจะตออยทงสองดานของเบรกเกอร เหตผลทตองมสวตชตดตอนนกเพอความปลอดภยในการ

ซอมบารง หรอ ซอมแซมเซอรกตเบรกเกอร เนองจากสวตชตดตอนแบบนไมมความจาเปนตองตดตอ

วงจรในขณะทมกระแสไหลผาน โครงสรางจงไมมตวดบอารก

3. สวตชตอลงดน (Ground Switch, GS) ในสถานไฟฟายอยแรงสงจะมการเหนยวนา

แมเหลกไฟฟาตลอดเวลา ดงนนในขณะทมการซอมบารงอาจมแรงดนทเกดจากการเหนยวนาในสายสง

ในบรเวณใกลเคยงได นอกจากนอปกรณบางตวเชน หมอแปลงกระแส (Current Transformer) หมอ

แปลงแรงดน (Voltage Transformer หรอ Potential Transformer) จะมการสะสมพลงงานในตว ดงนนการ

~ ~A

B

ระบบแบบโครงขาย

ระบบแบบแขนง

~ ~A

B

ระบบแบบโครงขาย

ระบบแบบแขนง


4


ไปสมผสบสบารทมอปกรณเหลานตออยจะทาใหเกดอนตรายได ในการทางานปกตจะใชเพยงเซอรกต

เบรกเกอรและสวตชตดวงจรแตในสภาวะทตองการนาอปกรณในสถานไฟฟายอย อยางเชน หมอแปลง

หรอเซอรกตเบรกเกอร ไปซอมแซมจงจะมการถายเท ประจลงดน (Discharge) โดยผานสวตชตอลงดน

เพอความปลอดภย

รปท 1.6 การทางานสวตชตดวงจร (DS) รวมกบเซอรกตเบรกเกอร (CB)

การจดวางบสในสถานไฟฟายอยทนยมใชมดงน

- การจดบสแบบบสเดยวเบรกเกอรเดยว (Single bus, single breaker)

- การจดบสแบบบสคเบรกเกอรเดยว (Two bus, Single breaker)

- การจดบสแบบบสคเบรกเกอรค (Two bus, two breakers)

- การจดบสแบบหนงเบรกเกอรครง (Breaker and a half)

- การจดบสแบบวงแหวน (Ring bus)

การจดบสแบบบสเดยวเบรกเกอรเดยว (Single bus, single breaker) สามารถแสดงไดดงรปท 1.7 เปน

การจดวางบสทเรยบงายทสดและมกจะมการลงทนตาทสด แตเปนวธทมความยดหยนนอย เมอมการซอม

เบรกเกอรจะตองเปดวงจรสายทตออยกบเบรกเกอรนนออกจากวงจร และการซอมบารงบสจะตองทาการ

ตดวงจรทตออยกบบสทงหมด

รปท 1.7 การจดบสแบบบสเดยวเบรกเกอรเดยว (Single bus, single breaker)

DS

DS

CB

DS

DS

CB

BusBus


5


การจดบสแบบบสคเบรกเกอรเดยว (Two bus, Single breaker) หรอเรยกวา Main and Transfer

Bus สามารถแสดงไดดงรปท 1.8 เปนระบบการจด Busbar ทมอย 2 Bus โดยเรยกวาบสหลก (Main bus)

และบสสงผาน (Transfer bus) โดยในสภาวะปกตบสหลกจะเปนบสทมแรงดนไฟฟา ในขณะทบส

สงผานจะไมมแรงดนไฟฟา การจดวางบสแบบนจะสามารถถอดเบรกเกอรไปซอมบารงไดโดยยงสามารถ

ตอวงจรอยตลอดเวลา (ไมตองดบไฟถาจายไปยงผใช) โดยจะตอเขากบบสสงผานและใชเบรคเกอรท

เรยกวาเบรกเกอรไท (Tie Breaker) ซงตออยระหวางบสทงสองแทน ซงเบรกเกอรไทจะทาหนาทแทน

เบรกเกอรของสายสง ดงนนจะสามารถทาการซอมบารงไดครงละ 1 เบรคเกอร

รปท 1.8 การจดบสแบบบสคเบรกเกอรเดยว (Two bus, Single breaker)

การจดบสแบบบสคเบรกเกอรค (Two bus, two breakers) หรอแบบ Double Bus Double Breaker

สามารถแสดงไดดงรปท 1.9 การจดบสแบบนสามารถตดแยกบสใดบสหนงหรอเบรคเกอรทตออยกบบส

ใดบสหนงออกจากวงจรโดยทยงตอวงจรอย นอกจากนการซอมบารงบสยงสามารถทาไดโดยยงตอวงจร

อยเชนกน การจดบสแบบนจะมความยดหยนสงมากทสด แตมกจะมคาใชจายในการลงทนสง เพราะตอง

ใชจานวนเบรกเกอรเปนสองเทาของจานวนวงจรสายสงหรอหมอแปลงทตออยกบสถานไฟฟายอย

Transfer bus

Main bus

Tie breaker

Transfer bus

Main bus

Tie breaker


6


รปท 1.9 การจดบสแบบบสคเบรกเกอรค (Two bus, two breakers)

การจดบสแบบหนงเบรกเกอรครง (Breaker and a half) แสดงไดดงรปท 1.10 เปนการจดวางบสท

นยมใชมากทสดในระบบไฟฟาแรงดนสงพเศษ (Extra High Voltage, EHV) เนองจากมความยดหยนสง

เทยบเคยงกบการจดบสแบบบสคเบรกเกอรคแตไมตองใชจานวนเบรกเกอรถงสองเทากลาวคอใชเพยง

หนงเทาครงของจานวนวงจรทงหมด และโดยทวไปจะตอเครองกาเนดไฟฟาเขาระบบผานเบรกเกอร 2 ตว

ขนานกนเพอความยดหยนและความนาเชอถอไดของระบบมากกวา ทาใหมกจะใชการจดบสแบบหนง

เบรกเกอรครงการเชอมตอดงกลาว

รปท 1.10 การจดบสแบบหนงเบรกเกอรครง (Breaker and a half)

Bus 2

Bus 1

Bus 2

Bus 1


7


การจดบสแบบวงแหวน (Ring bus) แสดงไดดงรปท 1.11 จะมความนาเชอถอไดสงเชนเดยวกน

แตเมอมการซอมบารงเบรกเกอรตวหนงวงแหวนจะไมตอกนทาใหกลายเปนระบบแบบเรเดยลซงมความ

นาเชอถอไดต าลง

รปท 1.11 การจดบสแบบวงแหวน (Ring bus)

1.3 สาเหตและสถตการเกดความผดพรองในระบบไฟฟา

อปกรณปองกนระบบไฟฟากาลงมความสาคญมากตอระบบไฟฟาเนองจากจะอปกรณสาหรบ

ปองกนความเสยหายทมตออปกรณตาง ๆ ในระบบไฟฟา เมอเกดความผดพรองขนในระบบไฟฟา เชน

เกดการลดวงจรไฟฟา (Short Circuit) เกดแรงดนกระชาก (Surge) หรอเกดความผดปกตอน ๆ โดยปกต

แลวการปองกนระบบไฟฟาจะเปนการตดวงจรแยก (Isolate) อปกรณทเกดความผดพรองออกจากระบบ

ไฟฟากาลงกอนทจะทาใหเกดความเสยหายขน การตดแยกอปกรณในระบบไฟฟากาลงเมอเกดความผด

พรองขนจะตองทาใหเรวทสดเทาทจะทาได ดงนอปกรณปองกนระบบไฟฟากาลงจะตองมความไวมาก

พอทจะตรวจจบการผดพรองทเกดขนและจะตองทาการตดแยกอปกรณออกจากระบบอยางเหมาะสมดวย

ในปจจบนอปกรณปองกนระบบไฟฟากาลงจะทางานดวยระบบอตโนมตท สามารถตรวจจบความผด

พรองทเกดขนและสงสญญาณไปยงอปกรณตด-ตอวงจรซงกคอเบรกเกอรไดโดยไมตองรอคาสงจากผ

ควบคม ชดของอปกรณททาหนาทดงกลาวเรยกวา ระบบปองกน(Protection System)

การเกดความผดพรองในระบบไฟฟากาลงนอกจากจะเกดจากการลดวงจรแลวยงเกดขนไดจาก

การเปดวงจร(Open Circuit) ดวย แตการเกดความผดพรองเปดวงจรจะเกดขนไมบอยนกและมกจะ


8


เปลยนไปเปนการลดวงจรในเวลาตอมา และในแงของความเสยหายหรออนตรายทมตอระบบแลวการ

ลดวงจรจะมมากกวา

เมอเกดการลดวงจรขนและไมสามารถตดแยกอปกรณทลดวงจรออกจากระบบไดเรวพอ จะเกด

ผลตาง ๆ ตอไปนตามมา

1. เสถยรภาพ (Stability) ของระบบจะลดลง

2. เกดความเสยหายตออปกรณจากกระแสลดวงจร กระแสทไมสมดล หรอจากแรงดนตก ทเกดจาก

การลดวงจร

3. เกดการระเบดในอปกรณทมฉนวนนามน และอาจเปนผลใหเกดเพลงไหม และอาจสรางความ

เสยหายตออปกรณในบรเวณใกลเคยง

4. อปกรณปองกนสวนอนอาจทาการตดวงจรเปนลกโซ (Cascade) ทาใหเกดไฟฟาดบบรเวณกวาง

กวาทควรจะเปน

ตารางท 1.1 แสดงสถตการเกดความผดพรองเปรยบเทยบกนในอปกรณตาง ๆ ระบบไฟฟา สวน

ตารางท 1.2 แสดงสถตการเกดการผดพรองในลกษณะตาง ๆ [B. Ram and D. N. Vishwakarma, 1997]

ทงนในการออกแบบระบบปองกนระบบไฟฟากาลงจะคานงถงความนาจะเปนในการเกดความผดพรอง

ตาง ๆ ดวย ซงจะเหนวาการเกดความผดพรองถง 50% จะเกดทสายสงไฟฟาและการเกดการผดพรอง 85%

เปนการเกดการลดวงจรลงดน

ตารางท 1.1 เปอรเซนตการเกดความผดพรองในสวนตาง ๆ ของระบบไฟฟากาลง

อปกรณ % การเกดความผดพรอง

สายสงไฟฟา

สายเคเบลใตดน

หมอแปลง

เครองกาเนดไฟฟา

สวตชเกยร

อปกรณปองกนและอปกรณควบคม

50

9

10

7

12

12


9


ตารางท 1.2 เปอรเซนตการเกดความผดพรองแบบตาง ๆ ในระบบไฟฟากาลง

ชนดของการผดพรอง % การเกดความผดพรอง

การลดวงจรลงดน (Line to Ground)

การลดวงจรระหวางสาย (Line to Line)

การลดวงจรระหวางสายและลงดน (Double Line to Ground)

การลดวงจรทงสามเฟส (Three phase)

85

8

5

2

1.4 คากระแสลดวงจรในระบบไฟฟากาลง

เมอเกดการลดวงจรในระบบไฟฟากาลง คาของกระแสลดวงจรจะขนอยกบแรงเคลอนไฟฟา

(Electromotive Force, emf) และคาอมพแดนซของเครองจกรกลไฟฟาในระบบรวมถงคาอมพแดนซของ

ระบบโครงขายไฟฟาระหวางเครองจกรกลไฟฟาและจดทลดวงจร กระแสลดวงจรทไหลในชวง 2-3 ลก

คลน (2-3 cycle) แรกกบกระแสลดวงจรหลงเขาสสภาวะคงตว (Steady State) หรอเวลาผานไปนาน จะม

คาแตกตางกน ทงนขนอยกบกระแสและฟลกซแมเหลกในเครองกาเนดไฟฟา การกาหนดขนาดของเซอร

กตเบรกเกอรจงไมเพยงจะขนอยกบกระแสในสภาวะทางานปกต แตยงขนอยกบกระแสสงสดทจะเกดขน

เมอเกดการลดวงจรขนกอนทเบรกเกอรจะตองทาการตดวงจร

พจารณาวงจรสมมลในระบบไฟฟากาลงดงรปท 1.12 จะสามารถเขยนสมการแสดงความสมพนธ

ของกระแสลดวงจรกบคาแรงดนไดเปน

dttdiLtRitVtv )()()sin()( max +=+= aω (1.1)

โดยท

)(tv คอ แรงดนของระบบ

ω คอ ความเรวเชงมมของแรงดนไฟฟา (ถาระบบมความถ f จะไดวา f 2πω = )

a คอ คามมเฟสเรมตนของแรงดนไฟฟา

LR, คอ ความความตานทานและความเหนยวนาของวงจรสมมล

)(ti คอ คากระแสลดวงจร


10


รปท 1.12 วงจรสมมลของระบบไฟฟาเมอเกดการลดวงจร

เมอทาการแกสมการจะสามารถเขยนแสดงคากระแสลดวงจรไดเปน

−−−+=

−)sin()sin()( max θaθaω L

Rt

etZ

Vti (1.2)

เมอ

22 )( LRZ ω+= (1.3)

= −

RLωθ 1tan (1.4)

ซงจะสามารถแสดงไดดงรปท 1.13 จะเหนวาคากระแสลดวงจรจะมสองเทอมโดยเทอมแรกลกษณะเปน

ลกคลนไซน (Sine Wave) สวนเทอมหลงจะมคาลดลงแบบเอกโปเนนเชยลทมคาคงทเวลา (Time

Constant) เปน L/R สวนทสองนเรยกวาองคประกอบกระแสตรง (DC component) ของกระแส

~

~

ลดวงจร

ลดวงจรv(t)

R L

t=0

i(t)

~

~

ลดวงจร

ลดวงจรv(t)

R L

t=0

i(t)


11


รปท 1.13 ลกคลนกระแสลดวงจรในระบบไฟฟากาลง


12



1. องคประกอบในการทางานของระบบไฟฟากาลงสามารถแบงตามหนาทไดกประเภท อะไรบาง

แตละองคประกอบมหนาทอยางไร

2. จงอธบายความแตกตางของระบบไฟฟากาลงแบบแขนงและแบบโครงขาย พรอมทงอธบายถงผล

ทเกดเมอมการลดวงจรขนในระบบไฟฟากาลงแตละแบบ

3. จงอธบายวธการจดบส พรอมทงขอด ขอเสย ของแตละแบบ

4. เหตใดในการปองกนระบบไฟฟากาลงจงใหความสาคญของการปองกนการลดวงจร (Short

circuit) เปนหลก ทงทในความเปนจรงแลวยงมความผดพรองแบบอนอกเชน การเปดวงจร (Open

circuit fault)

5. จงอธบายพรอมทงเสนอความคดเหนถงผลทเกดขนตอระบบไฟฟากาลงเมอระบบปองกนไม

ทางานหรอทางานชาเกนไปเมอเกดการลดวงจรในระบบไฟฟา

6. จงแสดงใหเหนวาเมอเกดการลดวงจรขนคากระแสลดวงจรทไหลในชวงแรกทเปนสภาวะชวขณะ

กบกระแสลดวงจรหลงจากทเวลาผานไปนาน (Steady State) จะมคาแตกตางกน


13




เรอง หลกการทางานของรเลยและอปกรณเสรม


1. เพอใหนกศกษาไดเขาใจถงองคประกอบและคณสมบตของระบบปองกนไฟฟากาลง การแบง

ขอบเขตการปองกนในระบบไฟฟากาลง

2. เพอใหนกศกษาไดเขาใจถงประเภทและหลกการทางานรเลย รเลยแบบเหนยวนา รเลยแบบ

อเลกทรอนกส รเลยแบบไมโครโปรเซสเซอร

3. เพอใหนกศกษาไดเขาใจถงประเภทและหลกการทางานของอปกรณควบคมเสรมการทางานของ

รเลยปองกน

4. เพอใหนกศกษาไดเขาใจถงวธการปองกนระดบปฐมภมและการปองกนสารอง

5. เพอใหนกศกษาไดเขาใจถงการใชงานแบตเตอรสาหรบระบบปองกนไฟฟากาลง

6. เพอใหนกศกษาไดเขาใจถงประเภทและหลกการทางานของเซอรกตเบรกเกอรแตละประเภทใน


เนอหา

องคประกอบและคณสมบตของระบบปองกนไฟฟากาลง การแบงขอบเขตการปองกนในระบบ

ไฟฟากาลง ประเภทและหลกการทางานรเลย รเลยแบบเหนยวนา รเลยแบบอเลกทรอนกส รเลยแบบ

ไมโครโปรเซสเซอร อปกรณควบคมเสรมการทางานของรเลยปองกน การปองกนระดบปฐมภมและการ

ปองกนสารอง แบตเตอรสาหรบระบบปองกนไฟฟากาลง เซอรกตเบรกเกอร










14



เรอง หลกการทางานของรเลยและอปกรณเสรม

หลกการสาคญในการปองกนระบบไฟฟากาลงคอการตดแยกวงจรแยกสวนทเกดความผดพรอง

ออกจากระบบใหเรวทสดและใหเกดผลกระทบกบอปกรณอนในระบบนอยทสดเทาทจะทาได ท งน

จะตองมนใจดวยวาการตดวงจรนทาไดอยางถกตองและไมตดวงจรในสวนทไมจาเปน อปกรณพนฐาน

สาคญในระบบปองกนจงเปนอปกรณททาหนาทตรวจวดคากระแสและแรงดนในระบบไฟฟา และ

อปกรณททาหนาทประมวลผลวาคาทตรวจวดมานนผดปกตหรอไม รวมถงอปกรณททาหนาทในการตด

แยกสวนทเกดการผดพรองออกจากระบบ โดยในบทนจะกลาวถงหลกการและอปกรณพนฐานในระบบ

ปองกนไฟฟากาลง

2.1 องคประกอบและคณสมบตของระบบปองกนไฟฟากาลง

ในการตดแยกสวนทเกดความผดพรองออกจากระบบไฟฟากาลงไดทนเวลานนจะตองอาศยการ

ทางานของสวนยอยตาง ๆ ในระบบปองกนไฟฟากาลงทถกตองแมนยา โดยหนาทของสวนยอยหรอ

อปกรณยอยแตละสวนจะทาหนาทแตกตางกนไปขนอยกบชนดของการเกดความผดพรอง ซงอปกรณใน

ระบบปองกนบางอยางอาจจะมโอกาสไดทางานไมบอยนก ในสวนนจะกลาวถงอปกรณหลกทใชในการ

ปองกนระบบไฟฟากาลงซงประกอบดวย

เซอรกตเบรกเกอร(Circuit Breaker)

อปกรณตรวจวดและแปลงสญญาณ(Transducer) และ

รเลย(Relay)

รปท 2.1 แสดงอปกรณปองกนระบบไฟฟากาลงทตออยทปลายสายสงไฟฟาทงสองขางโดยสาย

สงไฟฟาตอระหวางบส 1 และ 2 โดยเสนปะแสดงชดยอยของระบบปองกน ทงนเซอรกตเบรกเกอรจะเปน

อปกรณทใชในการตด-ตอวงจร สวนรเลยจะเปนอปกรณทจะสงสญญาณไปยงเซอรกตเบรกเกอรใหตด

วงจรเมอเกดความผดพรองขนในระบบไฟฟาโดยจะรบสญญาณจากอปกรณตรวจวดและแปลงสญญาณ

โดยรายละเอยดของอปกรณตาง ๆ จะกลาวถงตอไป


15


รปท 2.1 ไดอะแกรมเสนเดยวแสดงอปกรณปองกนสายสงไฟฟากาลง

โดยทวไปการเซอรกตเบรกเกอรและรเลยจะกาหนดหมายเลขโดยสอดคลองกบบสและสายสง

ไฟฟา จากรปสายสงมกจะเรยกวา สายสง 1-2 และสาหรบเบรกเกอรและรเลยจะใชสญลกษณ B12 และ

R12 สาหรบเบรคเกอรและรเลยทตออยทปลายสายสงดานบส 1 และใชสญลกษณ B21 และ R21 สาหรบ

เบรคเกอรและรเลยทตออยทปลายสายสงดานบส 2 อยางไรกตามบางครงอาจมการกาหนดทแตกตาง

ออกไปขนอยกบการทางาน ในการทางานของเบรกเกอรอาจทางานแยกกนแตละเฟสหรออาจทางาน

พรอมกนโดยใชเบรกเกอรแบบสามเฟสทถกสงการจากรเลยตวเดยว

จากรปท 2.1 เมอเกดการผดพรองในลกษณะลดวงจรทจด P กจะทาใหเกดกระแสปรมาณมากไหล

จากทงสองดานของสายสง ในทนเราจะพจารณาวามแหลงกาเนดกาลงงานไฟฟาอยทงสองดานของจด

ลดวงจร (เปนแบบโครงขาย) การไหลของกระแสปรมาณมากนจะเกดขนพรอมกบการลดลงของขนาด

ของแรงดนไฟฟาในระบบ

กระแสและแรงดนในระบบไฟฟากาลงจะมคาหลายกโลแอมแปร (kA) และหลายกโลโวลต (kV)

ซงไมเหมาะสมทจะใชงานกบระบบปองกน จงตองมการแปลงคากระแสและแรงดนเปนคาทตาลงโดย

อปกรณแปลงสญญาณ (Transducer, T) ซงมกจะเปนหมอแปลงกระแสและหมอแปลงแรงดนซงจะ

กลาวถงในบทท 3

B

1 2

3

B12

R12 R21

B21

B23

B32

P

B

1 2

3

B12

R12 R21

B23

B32

B

R

1 2

3

B12

R21

B23

B32

P

R

CT B

VT

CT

VT

B

1 2

3

B12

R12 R21

B21

B23

B32

P

B

1 2

3

B12

R12 R21

B23

B32

B

R

1 2

3

B12

R21

B23

B32

P

R

CT B

VT

CT

VT


16


การเพมขนของกระแสและการลดลงของแรงดนจะเปนสญญาณทบอกวาเกดการลดวงจรขนใน

ระบบไฟฟา โดยอปกรณทตรวจจบความผดปกตดงกลาวจะเรยกวา รเลย (Relay, R) โดยจะรบสญญาณ

จากอปกรณแปลงสญญาณ (T) ในรปท1.14 รเลย R12 และ R21 จะประมวลผลจากกระแสและแรงดนได

วาเกดการลดวงจรทสายสง 1-2 การประมวลผลนจะทาในเวลาประมาณ 0.008-0.04 วนาท ขนอยกบการ

ออกแบบและปรบตงรเลย

การประมวลผลการเกดลดวงจรของรเลย R12 และ R21 จะสงสญญาณ (Trip signal) ไปยงเบรก

เกอร B12 และ B21 ตดวงจร (Trip) แยกสายสง 1-2 ออกจากระบบทาใหจดทลดวงจรถกตดออกจากระบบ

หรอเรยกวาการ Clear Fault ระยะเวลาในการตดวงจรสวนทลดวงจรออกจากระบบจะใชเวลาประมาณ

0.030-0.1 วนาท ขนอยกบชนดของระบบปองกน

จากกระบวนการปองกนระบบไฟฟากาลงขางตน จะเหนวาคณลกษณะทสาคญของรเลยคอ

จะตองมความเรวในการทางาน (Speed) และความนาเชอถอได (Reliability) ในการตดวงจรสวนทเกด

ความผดพรองออกจากระบบ นอกจากนยงตองมคณสมบตในการแยกแยะ (Selectivity) ดวยวาการ

ลดวงจรอยในสวนใดและจะตดวงจรสวนไหนบางออกจากระบบในการทจะแยกสวนทลดวงจรออกไป

จากรปท 2.1 จะเหนวารเลย R23 จะตรวจจบกระแสลดวงจรทจด P ดวยเชนกนเพราะจะมกระแสไหลผาน

ทสงมากเชนกน แตรเลย R23 ไมควรจะสงสญญาณตดวงจรไปยง B23 เนองจากการเกดลดวงจรนอยนอก

ขอบเขตการปองกนของรเลย R23

ท ง นคณลกษณะของรเลยปองกนสามารถแบงตามยคของเทคโนโลยไดเปน ยคสมยท

เปนอนาลอกและยคสมยทเปนรเลยแบบดจตอล

ในยคสมยทเปนอนาลอก คณลกษณะของรเลยทตองการม 6 ประการคอ

1. ความนาเชอถอ (Reliability) แบบออกเปน ความวางใจได (Depensbility) และความ

มนคง (Security)

2. ความเรวในการทางาน (Speed)

3. ความสามารถในการแยกแยะไดอยางถกตอง (Selectivity)

4. ความไวตอสญญาณทปอนให (Sensitivity)

5. ความงาย (Simplicity)

6. ความประหยด (Economy)

ยคสมยทเปนรเลยแบบดจตอล รเลยปองกนจะมความสามารถพเศษ (feature) ตาง ๆ เพมขนอก

มากมาย เชน

1. ความสามารถในการบอกตาแหนงของการผดพรอง

2. ความสามารถในการเกบบนทกขอมลสญญาเขา เหตการณผดปกต สถตขอมลทางไฟฟา

3. มชองทางสาหรบรบสงขอมลการสอสาร


17


2.2 การแบงขอบเขตการปองกนในระบบไฟฟากาลง (Zones of Protection)

เพอใหรเลยสามารถตดวงจรเฉพาะสวนนอยทสดเทาทจะทาไดในการแยกสวนทลดวงจรออกจาก

ระบบ การทางานของรเลยจะตองมการแบงขอบเขตการปองกน (Zones of Protection) ทรเลยตอง

รบผดชอบ รปท 2.2 เปนตวอยางแสดงขอบเขตการปองกนในระบบไฟฟากาลง เสนปะวงปดจะแสดง

ขอบเขตการปองกนแตละเขต โดยในแตละเขตจะประกอบดวยอปกรณไฟฟากาลง (สายสง หรอ หมอ

แปลง) และเบรกเกอร โดยเบรกเกอรแตละตวจะอยในขอบเขตการปองกนสองเขต จากรปจะเหนวาใน

ขอบเขตท 1 (Zone 1) จะประกอบดวยเครองกาเนดไฟฟาและหมอแปลง และเบรกเกอรหนงตว สวนใน

ขอบเขตท 3 จะประกอบดวยสายสงไฟฟาและเบรกเกอรสองตว เมอเกดการลดวงจรภายในขอบเขตใด

เบรคเกอรจะทาการตดวงจรหรออปกรณในขอบเขตนนออกจากระบบ ดงนนการแบงขอบเขตการปองกน

จะมเบรกเกอรเปนอปกรณสาคญในการกาหนดขอบเขต

รปท 2.2 การแบงขอบเขตการปองกน (Zone of Protection) ของระบบไฟฟากาลง

การแบงขอบเขตการปองกนสามารถทาไดทงแบบปลายปดทเปนขอบเขตจากดและแบบปลายเปด ในกรณ

ทเปนการปองกนทไมกาหนดขอบเขตแนนอน เชน การกาหนดขอบเขตของสายสงทมระยะไกลมาก หรอ

เปนแบบปดหรอแบบหนงหนวยทเปนการปองกนเฉพาะอปกรณ

Zone 1

~


Zone 5Zone 6

CT for Zone 2

CT for Zone 1

Dead tank Breaker andBreaker with separate CT on Both sides

Live tank Breaker andBreaker with separate CT on one side

Zone 1

~


Zone 5Zone 6

CT for Zone 2

CT for Zone 1

Dead tank Breaker andBreaker with separate CT on Both sides

Live tank Breaker andBreaker with separate CT on one side


18


สงทตองการปองกนในระบบไฟฟากาลงจะตองจดใหไดรบการปองกนจากอยางนอย 2 ชนดของ

การปองกน ซงประกอบดวย การปองกนหลก 1 ชนด และการปองกนสารองอก 1 ชนด การปองกนหลก

และการปองกนสารองจะตองจดใหประสานการทางานใหสมพนธอยางเหมาะสม

สงสาคญอกอยางหนงในการแบงขอบเขตการปองกนกคอ ขอบเขตในการปองกนจะตองมการ

เหลอมกน (Overlap) เพอไมใหเกดสวนใดสวนหนงในระบบไมไดอยในขอบเขตการปองกนใด ๆ อยางไร

กตามเมอเกดการลดวงจรในบรเวณทเหลอมขอบเขตกนจะทาใหเกดการตดแยกทงสองขอบเขตทเหลอม

กนออกจากระบบไฟฟากาลง ดงนนการเหลอมกนของขอบเขตในการปองกนจะตองเปนบรเวณทเลกทสด

เทาทจะทาได

ตวอยางท 2.1 จากระบบไฟฟากาลงดงรปท 2.3 จะสามารถระบขอบเขตการปองกนไดดงแสดงดวย

เสนประและถาเกดการลดวงจรทจด X และ Y จะทาใหเซอรกตเบรกเกอรใดบางทาการตดวงจร

วธทา

ในกรณน เมอเกดการลดวงจรทจด X จะเปนการลดวงจรในขอบเขตท 3 (Zone 3) เบรกเกอร B12,

B32 และ B42 ซงทาหนาทปองกนภายในขอบเขตดงกลาวจะทาการเปดวงจร (Trip) ออกเพอแยกสวนท

เกดลดวงจรออกจากระบบ

รปท 2.3 ระบบไฟฟากาลงในตวอยางท 2.1

Zone 1

Zone 2Zone 3 Zone 4

Zone 5

~

X Y

B1B12

B3B32

B4

B42

12

3

4

Zone 1

Zone 2Zone 3 Zone 4

Zone 5

~

X Y

B1B12

B3B32

B4

B42

12

3

4


19


สวนเมอเกดการลดวงจรทจด Y จะเปนจดทอยภายในขอบเขตท 3 (Zone 3) และขอบเขตท 4

(Zone 4) ทาใหเบรกเกอรททาหนาทปองกนในขอบเขตทงสองทาการเปดวงจร (Trip) ซงกคอเบรกเกอร

B12, B32, B3 และ B42 ซงจะอปกรณออกจากระบบจานวนมาก ดงนนจะเหนวาการเหลอมกนของ

ขอบเขตในการปองกนควรจะมบรเวณทเลกทสดเทาทจะทาไดดงทไดกลาวไปแลว

ตวอยางท 2.2 เมอเพมเซอรกตเบรกเกอรระบบไฟฟากาลงในตวอยางท 1.2 อก 3 ตวดงรปท 2.2 จะทาให

ขอบเขตการปองกนของระบบไฟฟากาลงในรปท 2.4 และเมอเกดการลดวงจรทจด X และ Y จะทาให

เซอรกตเบรกเกอรใดบางทาการตดวงจร

วธทา

ในกรณทเมอเกดการลดวงจรทจด X จะมเบรกเกอรทาการเปดวงจรเพยงสองตวคอ B12 และ B21

เพอทาการแยกจดลดวงจรออกจากระบบ

สวนเมอเกดการลดวงจรทจด Y ซงอยในขอบเขตท 4 และ 7 กจะทาใหเบรกเกอร B23, B32 และ

B3 ทาการเปดวงจรออก เมอเปรยบเทยบกบระบบในตวอยางท 1.2 จะเหนไดวาระบบนจะสามารถตดแยก

สวนทลดวงจรออกจากระบบไดโดยตดอปกรณไฟฟาออกจากระบบนอยกวา แตในระบบนจะตองลงทน

ตดตงเซอรกตเบรกเกอรเพมอก 3 ตว


Zone 1


Zone 5

~

X Y

B1B12

B3B32

B4

B42

B21 B23

B24

1 2 3

4

Zone 6

Zone 7

Zone 8

Zone 1


Zone 5

~

X Y

B1B12

B3B32

B4

B42

B21 B23

B24

1 2 3

4

Zone 6

Zone 7

Zone 8


20


2.3 ประเภทและหลกการทางานรเลย

หนาทของรเลยคอการระบวาระบบเกดการผดพรองขนหรอไม นนคอรเลยจะตองสามารถแยก

ความแตกตางระหวางสภาวะการทางานปกต (ไมเกดการผดพรองหรอการผดพรองนนอยนอกขอบเขต

การปองกน) กบสภาวะทเกดการผดพรองได รเลยไดถกพฒนามากวา 70 ปและในปจจบนรเลยสามารถ

แบงไดเปน 3 ประเภทใหญ ๆ ไดเปน

รเลยแบบไฟฟากล (Electromechanical Relays)

รเลยแบบอเลกทรอนกส (Electroctronic or Solid-state Relays)

รเลยแบบไมโครโปรเซสเซอร (Microprocessor or Computer Based Relays)

2.3.1 รเลยแบบไฟฟากล

รเลยแบบเหนยวนาเปนการใชหลกการเหนยวนาสนามแมเหลกจากการไหลของกระแสไฟฟา

แบบเดยวกบเครองจกรกลไฟฟาหมน รเลยแบบเหนยวนาเปนแบบทใชมากทสดโดยสามารถแบงไดเปน

รเลยแบบแกนเคลอนท (Plunger Type Relay)

รเลยแบบเหนยวนา (Induction Type Relay)

2.3.1.1 รเลยแบบแกนเคลอนท (Plunger Type Relay)

รเลยแบบแกนเคลอนท (Plunger Type Relay) มหลกการทางานดงแสดงในรปท 2.5 โดยใน

สภาวะปกตทไมมกระแสไหลผานขดลวด แกนเหลกจะมแรงกระทาเปน Fs โดยสปรงจะทาใหหนาสมผส

ทจะสงสญญาณตดวงจร (Trip) เมอเกดการผดพรอง จะไมแตะกน เมอเกดกระแสไหลผานขดลวดมากพอ

จนทาใหเกดแรงแมเหลกผลกใหแกนเคลอนทเขาไปเปนแรง Fm ทมากกวา Fs กจะทาใหหนาสมผสเคลอน

ไปแตะกนและสงสญญาณตดวงจรไปยงเบรกเกอร

รปท 2.5 หลกการทางานรเลยแบบแกนเคลอนท

หนาสมผส

สงตดวงจร

ขดลวด

เหนยวนา



ขดลวด



21


คากระแสตาสดททาใหแกนเรมเคลอนทจะเรยกวาคากระแส pichup (Ip) และเมอแกนเคลอนจน

เกดสญญาณตดวงจรแลว กระแสตองลดลงจะถงคากระแสทเรยกวากระแส dropout (Id) จงจะทาใหแกน

เรมเคลอนกลบ ทงน Ip จะมากกวา Id เสมอ

2.3.1.2 รเลยแบบเหนยวนา (Induction Type Relay)

รเลยแบบเหนยวนา (Induction Type Relay) มหลกการทางานทางานในลกษณะเดยวกบมอเตอร

ไฟฟากระแสสลบ แบงออกไดเปนแบบจานหมน (Induction Disk Type Relay) และแบบถวยหมน

(Induction Cup Type Relay) ดงแสดงในรปท 2.6 และ 2.7 รเลยชนดนจะตองมขดลวดสรางสนามแมเหลก

2 ขด ทมมมเฟสไมตรงกนเพอทาใหเกดแรงบดตอสวนทหมน นอกจากนบางครงในการออกแบบกมการ

นาแมเหลกถาวรมาชวยใหมการทางานทดขน

รเลยแบบเหนยวนาสามารถออกแบบใหรบสญญาณไดทงทเปนแรงดนและกระแส จงสามารถ

ออกแบบใหเปนรเลยปองกนแรงดนเกน (Overvoltage Relay) หรอแรงดนตก (Undervoltage Relay) ได

นอกจากนยงสามารถออกแบบใหขดหนงรบสญญาณแรงดนสวนอกขดหนงรบสญญาณกระแสใหมการ

ทางานเปนรเลยระยะทาง (Distance Relay) หรอรเลยอมพแดนซ (Impedance Relay) ได ซงจะกลาวถง

รายละเอยดของรเลยชนดนภายหลง

รปท 2.6 หลกการทางานรเลยแบบจานหมน

ขดลวด




สปรง

หนาปด

ปรบคาการ

หนวงเวลา

จานหมน

ขดลวด




สปรง

หนาปด

ปรบคาการ


จานหมน


22


รปท 2.7 หลกการทางานรเลยแบบถวยหมน

2.3.2 รเลยแบบอเลกทรอนกส (Electronic or Solid-State Relays)

จากความตองการการทางานของรเลยทสลบซบซอนรวมถงคณสมบตในการระบการผดพรองทม

ความแมนยาสง ทาใหมการพฒนารลยทเรยกวารเลยแบบอเลกทรอนกสหรอแบบโซลดสเตท ซงใช

เทคโนโลยทางดานอเลกทรอนกสในการทางานของรเลย รเลยชนดนจะทางานกบสญญาณไฟฟาขนาดเลก

คอนขางบอบบาง มความทนทานตอแรงดนหรอกระแสเกนไดไมมาก และทนตอสภาพอากาศทมความ

รอนหรอความชนไดไมสงนก นอกจากนรเลยชนดนจะตองมชดจายไฟแยกออกมาตางหากเนองจากเปน

วงจรอเลกทรอนกส อยางไรกตามรเลยชนดนจะมความแมนยากวารเลยแบบไฟฟากลทกลาวถงในหวขอท

แลว รวมถงมความยดหยนในการใชงานและปรบตงคามากกวา นอกจากนยงมราคาตากวา และตองการ

เนอทในการตดตงนอยกวาดวย

รปท 2.8 รเลยปองกนกระแสเกนแบบอเลกทรอนกส [Horowit and Phadke, 1993]

TimertR

I

V1 V2

Vr

V0

+-

+Vcc

Amplifier

TimertR

I

V1 V2

Vr

V0

+-

+Vcc

Amplifier


23


รปท 2.9 รปสญญาณไฟฟาทผานรเลยปองกนกระแสเกนแบบอเลกทรอนกส


24


รปท 2.8 แสดงหลกการทางานของรเลยแบบอเลกทรอนกสทเปนรเลยปองกนกระแสเกน เมอ

กระแสอนพท I (ซงมรปรางเปนตามสมการท (1.2) รปท 1.13 ในหวขอท 1.4) ไหลผานตวตานทาน R จะ

เกดแรงดนตกครอมและจะถกเรกตฟลายผานวงจรกรองสญญาณดงรปท 2.9 จากนนสญญาณจะผานไปยง

วงจรขยายสญญาณ เมอสญญาณนมคาสงกวาแรงดนอางอง Vr กจะทาใหเกดสญญาณแบบขน (Step) ทม

การหนวงเวลาไวดวยวงจรหนวงเวลา (Time delay ciruit) โดยคาแรงดน V1, V2 จะมรปสญญาณดงแสดง

ในรปท 2.9 คา V0 เปนแรงดนทสงออกจากวงจรเพอเปนสญญาณสงตดวงจรของระบบ

2.3.3 รเลยแบบไมโครโปรเซสเซอร (Microprocesser Based Relay)

จากหนาทของรเลยทตองมการรบสญญาณอนพทมาประมวลผลและตดสนใจ จะเหนวารเลยใน

หวขอทผานมากเปรยบไดกบคอมพวเตอรแบบอนาลอกชนดหนง ดงน นเราสามารถออกแบบให

คอมพวเตอรหรอไมโครโปรเซสเซอรทประมวลผลแบบดจตอลทาหนาทนไดเชนกน แตการรบสญญาณ

ของรเลยชนดจะตองทาการแปลงสญญาณใหเปนดจตอลกอน หลกการทางานของรเลยชนดนแสดงดงรป

ท 2.10 [Horowit and Phadke, 1993]

ระบบไมโครโปรเซสเซอรมโครงสรางการทางานคลายกบคอมพวเตอรซงจะทางานตามคาสง

ทางตรรกทโปรแกรมไวในหนวยความจา หนวยความจาของไมโครโปรเซสเซอรอาจเปนหนวยความจา

อานอยางเดยว (Read Only Memory, ROM) ในการเกบสวนประมวลผลหลก หรออาจเปนหนวยความจา

แบบชวคราวหรอหนวยความจาแบบเขาถงโดยสม (Random Access Memory, RAM) ในสวนของการ

จดเกบขอมลตวแปรและการตงคาตาง ๆ

ไมโครโปรเซสเซอรตดตอกบหนวยความจาดวยระบบบส (Bus System) ซงจะเชอมตอสญญากบ

สวนสญญาณเขา (Input) และสญญาออกหรอสญญาณสงการ (Output) ผานชดแปลงสญญาณ (Interface

Adaptor)

หากมการใชหนวยความจาทผใชสามารถโปรแกรมได เชน หนวยความจาอานอยางเดยวชนด

โปรแกรมและลบไดดวยกระแสไฟฟา (Electrically Erasable Programable Read Only Memory,

EEPROM) กจะมการทางานในแบบของเครองควบคมแบบตรรกทสามารถโปรแกรมได (Programable

Logic Controller) ซงเปนอปกรณในการควบคมในอตสาหกรรมอยางแพรหลาย

การใชรเลยแบบไมโครโปรเซสเซอรนนมทงขอดและขอควรระวงหลายอยาง เนองจากรเลยชนด

นมความสะดวกหลายอยางในการใชงานในขณะเดยวกนกมความซบซอนในการใชงานดวย

รเลยแบบไมโครโปรเซสเซอรจะสามารถเกบขอมลยอนหลงและสามารถนากลบมาแสดงผลได

ทาใหการวเคราะหสภาวะผดปกตในระบบไฟฟากาลงทาไดสะดวกขน อยางไรกตามขอมลทรเลยได

บนทกไวเปนขอมลทรบผานสวนแปลงสญญาณ ดงทไดกลาวไปแลวจงควรมการตรวจสอบคาทบนทก

ดวยวาในขณะทเกดผดปกตนนรเลยยงทางานรบสญญาณตาง ๆ อยางเปนปกตหรอไม เนองจากรเลยแบบ


25


ไมโครโปรเซสเซอรอาจทางานผดพลาดจากสญญาณรบกวนหรอจากสภาวะชวขณะ (Transient) ในขณะ

ทระบบไฟฟากาลงเกดผดปกตได

รเลยแบบไมโครโปรเซสเซอรจะสามารถปรบตงคาการทางานโดยมความสะดวกในการเชอมตอ

กบระบบการแสดงผลทเปนดจตอลหรอคอมพวเตอร สามารถทาการตรวจสอบและปรบตงคาไดทงทตว

รเลยเองและจากระยะไกล รเลยชนดนยงมความสามารถในการตรวจสอบและสอสารระหวางรเลยดวยกน

ทาให อยางไรกตามการปรบตงคารเลยไมไดทาบอยนกหลงจากทไดตดตงไปแลว และการปรบตงคาททา

ไดงายเกนไปอาจทาใหตองมการระมดระวงเปนพเศษในการผดพลาดดวย

รเลยแบบไมโครโปรเซสเซอรสามารถออกแบบใหมฟงกชนการทางานทครอบคลมเงอนไขทตอง

ใชรเลยแบบแมเหลกไฟฟาหลายชดชวยกน ทาใหประหยดคาใชจายและพนทในการตดตง อยางไรกตาม

ตองพจารณาดวยวาคาใชจายในสวนของรเลยอาจถอวาไมสงมากเมอเทยบกบคาใชจายในการกอสราง

สถานไฟฟาทงหมดและหากเกดความเสยหายของรเลยกจะสงผลตอการทางานทงหมดได

นอกจากนการใชงานรเลยแบบไมโครโปรเซสเซอรมการใชงานทซบซอนจงตองมการศกษาการ

ทางานและการโปรแกรมเปนอยางด และตองมการฝกอบรมผใชเปนพเศษดวย

ในปจจบน การออกแบบระบบปองกนมกจะใชทงรเลยแบบอนาลอกและแบบคอมพวเตอรผสม

กน แตยงไมมการกาหนดมาตรฐานของรเลยแบบคอมพวเตอรขน รเลยแบบคอมพวเตอรหรอแบบ

ไมโครโปรเซสเซอรจะมบทบาทมากขนนารปองกนระบบไฟฟากาลงอยางมากในอนาคต

รปท 2.10 หลกการทางานของรเลยแบบคอมพวเตอรหรอแบบไมโครโปรเซสเซอร

Processor

ROMRAM EEPROM

A/DSample/Hold

Anti-aliasing Filters

SamplingClock

DigitalOutput

IsolationFilters

SurgeFilters

Voltage, Current

Control

Processor

ROMRAM EEPROM

A/DSample/Hold

Anti-aliasing Filters

SamplingClock

DigitalOutput

IsolationFilters

SurgeFilters

Voltage, Current

Control


26


2.4 อปกรณควบคมเสรมการทางานของรเลยปองกน

ในการใชงานรเลยปองกนจะมการใชรเลยและหนาสมผสเสรมเพอใชในจดประสงคตาง ๆ เชน

เปนการทาหนาทนากระแสไฟฟาไปยงขดลวดตดวงจรของเซอรกตเบรกเกอรแทนหนาสมผสของรเลย ทา

หนาทสงสญญาณไปยงชดสงสญญาณเตอน (Alarm) ทาหนาทแสดงสถานการณทางานของรเลย เปนตน

ทงนเนองจากเหตผลดงตอไปน

1. การออกแบบรเลยปองกนจะเปนการออกแบบใหมความเชอถอไดและแมนยาสงหนาสมผสจงม

น าหนกเบาทาใหหนาสมผสของรเลยปองกนไมสามารถนากระแสทสงมากได

2. รเลยปองกนมจานวนหนาสมผสไมเพยงพอในการใชงาน

ทงนสญลกษณมาตรฐานของรเลยแ ละอปกรณปองกนตาง ๆ ไดแสดงไวในภาคผนวก ง. และ จ.

รปท 2.11 แสดงการตอวงจรปองกนทมอปกรรเสรมตาง ๆ อปกรณเสรมการทางานของรเลยทสาคญม

ดงตอไปน

- รเลยปดวงจร (Seal-in Relay, Seal-in Unit) เปนรเลยเสรมทชวยในการตอวงจรใหครบวงจร

หลงจากทหนาสมผสของรเลยปองกนทางานเพอปองกนหนาสมผสของรเลยปองกนจากการ

ทางานทมกระแสไฟฟาผานในปรมาณมาก

- รเลยหนวงเวลา (Time-lag Relay) เปนรเลยทใชในกรณทมการออกแบบใหมแบบแผนการ

ทางานหนวงเวลาเปนขนตอน

- รเลยสงสญญาณเตอน (Alarm Relay) เปนรเลยทใชในการสงสญญาณเสยงหรอสญลกษณเตอน

โดยการทางานของระบบปองกนจะมทงทเปนแบบสงสญญาณเตอนเพยงอยางเดยว และแบบทสง

สญญาณเตอนพรอมทงตดวงจร สญญาณเตอนจะหยดโดยการกดปม (Push Botton) และเมอทา

การรเซต (Reset) วงจรกพรอมทจะรบสญญาณและสงสญญาณเตอนใหม

- รเลยเสรม (Repeat Relay) เปนรเลยหรอหนาสมผสททางานพรอมกบรเลยปองกนเพอเสรมการ

ใชงาน โดยอาจเปนหนาสมผสทเสรมอยในตวรเลยเอง รเลยหรอหนาสมผสเสรมจะตองทางาน

ดวยความเรวสงและตองมความเชอถอไดสง นอกจากนยงมกจะมพกดและความคงทนสงกวา

หนาสมผสหลกของรเลยปองกน

- สญญาณแสดงสถานการณทางาน (Flag, Target, Indicator) เปนสญญาณทแสดงสถานการณ

ทางานของรเลยปองกนวาไดสงสญญาณตดวงจรออกไปแลวหรอไม อปกรณนจะมประโยชน

อยางมากในการชวยใหผปฏบตงานสามารถทราบถงสาเหตในการสงตดวงจรไดอยางรวดเรว

เนองจากจะทราบวาสญญาณตดวงจรสงมาจากรเลยตวใด สญญาณแสดงสถานการณทางานของ

รเลยจะมทงแบบทเปนสญญาณทางกลและสญญาณทางไฟฟา

- หนาสมผสเสรม (Auxiliary Contact, Auxiliary Switch) เปนหนาสมผสทตออนกรมกบขดลวด

ตดวงจร (Trip Coil) ของเซอรกตเบรกเกอร ซงจะทางานปดวงจร (Close) เมอเซอรกตเบรกเกอร


27


ปดวงจร และเมอเซอรกตเบรกเกอรตดวงจรหนาสมผสนจะเปดออกเพอตดวงจรปองกนไมให

ทางานโดยไมจาเปน เปนการปองกนการใชพลงงานไฟฟาของแบตเตอรโดยไมจาเปนและยดอาย

การทางานของอปกรณ

รปท 2.11 การตอวงจรปองกนทมอปกรรเสรม

2.5 การปองกนระดบปฐมภมและการปองกนสารอง (Primary and Back Up

Protection)

ระบบปองกนททาหนาทปองกนหลกในขอบเขตทรบผดชอบเรยกวา ระบบปองกนระดบปฐมภม

(Primary Protection System) ซงจะทางานตดแยกสวนทเกดการผดพรองออกจากระบบโดย

กระทบกระเทอนสวนอนของระบบไฟฟากาลงนอยทสดในเวลาทเรวทสด อยางไรกตามในทางปฏบต

ระบบปองกนมโอกาสทจะทางานผดพลาดไดคอ ไมสามารถตดแยกสวนทผดพรองออกจากระบบไฟฟา

กาลงได ดงนนจงตองมการใหอปกรณปองกนชดอนทาหนาทแทนในกรณทเกดการผดพลาดขน เรยกวา

การปองกนสารอง (Back Up Protection) โดยรเลยปองกนสารองอาจอยในสถานยอยเดยวกนหรออยหาง

ออกไปในสถานยอยอน (Remote Back Up)

ในกรณทใชรเลยในสถานยอยอนทาหนาทปองกนสารองนนมขอดคออปกรณตาง ๆ จะเปนอสระ

จากระบบปองกนปฐมภมทงหมดไมวาจะเปน รเลย หมอแปลงกระแส หมอแปลงแรงดน แบตเตอร และ

เซอรกตเบรกเกอร ทาใหการทางานทผดพลาดจากอปกรณดงกลาวในระบบปองกนปฐมภมไมมผลตอการ

ปองกนสารอง อยางไรกตามวธนขนอยกบลกษณะของโครงขายไฟฟากาลง และจะทาใหตองมการตดแยก

สวนของระบบออกมากขนในการปองกน ในขณะทการปองกนสารองดวยรเลยสารองในสถานไฟฟายอย

เดยวกนจะไมเกดปญหาขางตน แตจะเกดปญหาการทางานคอไมสามารถทาหนาทปองกนสารองไดใน

Protective Relay contact

Seal-in Coil

Circuit Breaker Trip Coil

ts

Target

Circuit Breaker Auxiliary Contact

Seal-in Contact

+

-

Protective Relay contact

Seal-in Coil

Circuit Breaker Trip Coil

ts

Target

Circuit Breaker Auxiliary Contact

Seal-in Contact

+

-


28


กรณทเปนการผดพลาดทเกดจากการใชอปกรณรวมกน เชน หมอแปลงกระแส หมอแปลงแรงดน

แบตเตอร และเซอรกตเบรกเกอร

นอกจากนยงมการปองกนการผดพลาดในการตดวงจรของเซอรกตเบรกเกอร (Breaker Failure

Protection) ซงเปนการปองกนสารองภายในสถานไฟฟายอยและสามารถออกแบบไดหลายวธ วธการท

งายทสดคอการใชตวหนวงเวลา (Timer) ทจะเรมจบเวลาเมอขดลวดตววงจร (Trip Coil) ของเซอรกตเบรก

เกอรไดรบสญญาณสงตดวงจรจากรเลยโดยสญญาณตดวงจรจะหยดเมอไมมกระแสลดแลว ถากระแส

ลดวงจรยงคงอยจนถงเวลาทตงไวกจะสงสญญาณใหเซอรกตเบรกเกอรอนทงในและนอกสถานไฟฟาทา

การตดวงจรตามทไดออกแบบไว รปท 2.12 แสดงตวอยางการปองกนสารองในระบบไฟฟากาลง

รปท 2.12 การปองกนสารองในระบบไฟฟากาลง

จากรปท 2.12 พจารณาการปองกนสายสง 1-2

- เบรกเกอร B12 และ B21 จะทาหนาทปองกน โดยรบสญญาณจาก R12 และ R21 ตามลาดบ เปน

การปองกนระดบปฐมภม

- มการตดตง R21ub จะทาหนาทปองกนสารอง R21 ซงจะใชอปกรณอนรวมกน คอ หมอแปลง

กระแส และแบตเตอร (ในกรณแรงดนสงพเศษอาจใชหมอแปลงกระแส และแบตเตอรคนละชด)

- มการตดตง R21bf ทจะทางานชากวา R21 และ R21ub โดยในตอนแรกจะพยายามสงตดวงจรท

B21 กอนและถายงไมสามารถทาไดกจะสงตดวงจรท B12, B23, B24 เรยกวาการปองกนการ

ผดพลาดในการตดวงจร (Breaker Failure Protection)ของ B21

- ในทน R32 และ R42 จะทาหนาทปองกนสารองระยะไกลจากบสอน โดยสงตดวงจรท B32 และ

B42 ซงจะมการทางานสวนของการปองกนสารองชากวา R21 และ R21bu, R21bf และไมไดใช

หมอแปลงกระแสและแบตเตอรรวมกบ R21 โดยการตดวงจรจาการปองกนสารองจะทาใหสาย

สง 2-3 และ 2-4 ถกตดออกจากระบบดวย

R

T

R

T

12

RR

R21

R21bu

R21bf

3

4

Breaker Failure Relay

Back Up Relay

R

T

R

T

12

RR

R21

R21bu

R21bf

3

4

Breaker Failure Relay

Back Up Relay


29


ในการตดวงจรเพอแยกสวนทเกดการผดพรองออกจากระบบนน อาจมทงการตดวงจรสามเฟส

พรอมกนไมวาจะเปนการลดวงจรแบบใดหรออาจมการตดวงจรเพยงเฟสทเกดลดวงจรลงดนและตดวงจร

ทงสามเฟสในกรณทมการผดพรองมากกวาหนงเฟสกไดขนอยกบการออกแบบ ทงนการเกดการผดพรอง

หรอการลดวงจรในระบบไฟฟากาลงมหลายกรณทเปนการผดพรองแบบชวคราว (Temporaly Faults) และ

ระบบไฟฟากาลงสามารถกลบสสภาวะปกตไดถามการปดวงจรกลบ (Reclosing) ของเซอรกตเบรกเกอรท

ไมชาเกนไป การปดวงจรกลบสามารถทาไดโดยผปฏบตงาน (Manual Reclosing) โดยผปฏบตงาน

สามารถควบคมผานระบบ Supervisory Control and Data Acquisition (SCADA)

การปดวงจรกลบดวยผปฏบตงานจะใชเวลามากกวาการปดวงจรกลบแบบอตโนมต (Automatic

Reclosing) นอกจากนการปดวงจรกลบยงตองมการตรวจสอบทรอบคอบกอนทจะทาการปดวงจรกลบ

ดวย เรยกวา การตรวจสอบเพอยนยนความพรอมในการปดวงจร (Interlock) โดยวธการตรวจสอบทใช

ทวไปประกอบดวย

1. การตรวจสอบแรงดน (Voltage Check) การตรวจสอบแรงดนจะใชในกรณทจะทาการปด

วงจรกลบในอปกรณททราบแนชดวามการจายไฟฟาจากดานใดดานหนง เชนหมอแปลง

ไฟฟากาลงในระบบแบบแขนง ซงมกจะมการรบกาลงงานไฟฟาทางดานแรงสง ดงนน

เซอรกตเบรกเกอรดานแรงตาจะปดวงจรกตอเมอมการตรวจสอบพบวามแรงดนไฟฟา

ทางดานแรงสงแลว

2. การตรวจสอบการซงโครไนซ (Synchronizing Check) การตรวจสอบนจะใชเมอทาการ

ปดวงจรทนาจะมไฟฟาทงสองขาง ในกรณนจะตองมการตรวจสอบแรงดนไฟฟาทงสอง

ดานและจะตองทาการปดวงจรในขณะทแรงดนทงสองขางซงโครไนซกน

3. การตรวจสอบอปกรณ (Equipment Check) การตรวจสอบนจะเปนการตรวจสอบความ

พรอมทจะทางานของอปกรณ

การตรวจสอบเพอยนย นความพรอมในการปดวงจร (Interlock) จะสามารถทาไดโดยท ง

ผปฏบตงาน (Manual) และอตโนมตหรอทงสองอยางรวมกน โดยอาจเปนการปดวงจรกลบอตโนมต

ความเรวสง (ภายใน 1 วนาท) หรออาจมการหนวงเวลาเพอตรวจสอบเงอนไขตามทออกแบบไว

2.6 แบตเตอรสาหรบระบบปองกนไฟฟากาลง

เงอนไขการทางานเบองตนของระบบไฟฟากาลงกคอ การตดแยกสวนทผดพรองออกจากระบบ

ดงนนการทางานของรเลยและการตดวงจรของเซอรกตเบรกเกอรในสถานไฟฟาจงควรเปนอสระจาก

ระบบไฟฟากระแสสลบภายในสถานไฟฟาเอง เนองจากระบบไฟฟาทใชในสถานไฟฟาอาจมการผดปกต

ไปดวยในขณะทมการผดพรองขน แหลงจายไฟฟาสาหรบรเลยและสาหรบตดวงจรของเซอรกตเบรกเกอร

จงใชพลงงานไฟฟาจากแบตเตอรทสามารถจายกระแสไฟฟาไดแมวาไฟฟากระแสสลบในสถานไฟฟา


30


ผดปกตไป แบเตอรจะตอเขากบชดอดประจไฟฟา (Charger) ซงจะแปลงไฟฟากระแสสลบจากภายใน

สถานไฟฟาเปนไฟฟากระแสตรงในการอดประจแบตเตอร โดยทวไปแบตเตอรจะถกออกแบบใหสามารถ

จายกาลงงานไฟฟาใหแกระบบปองกนได 8-12 ชวโมงแมวาระบบไฟฟาในสถานจะดบไป

สงทตองพจารณาในการออกแบบแบตเตอรสาหรบรเลยก คอการทร เลยแบบไฟฟากล

(Electromagnetic Relays) มกจะกอใหเกดสภาวะการเปลยนแปลงชวขณะ (Trainsient) ตอแบตเตอรและ

อาจทใหรเลยอนทางานผดพลาดไดโดยเฉพาะรเลยแบบอเลกทรอนกส ดงนนในทางปฏบตมกจะใช

แบตเตอรคนละชดในการจายกาลงงานไฟฟาใหแกรเลยแบบไฟฟากลและรเลยแบบอเลกทรอนกส

2.7 เซอรกตเบรกเกอร (Circuit Breaker)

เซอรกตเบรกเกอรเปนอปกรณสาคญในการตดวงจร โดยจะรบสญญาณตดวงจรจากรเลยปองกน

ทงนในการปองกนเซอรกตเบรกเกอรจะตองทาการตดวงจรในขณะทเกดกระแสลดวงจร ซงเปนกระแสท

สงมากและยงมสวนขององคประกอบกระแสตรง (DC Component) ดงทไดกลาวในหวขอท 1.4 การ

ออกแบบเซอรกตเบรกเกอรจะมสองสวนใหญ ๆ คอ การดบอารค (Interruption) และการฉนวน

(Insulation) เซอรกตเบรกเกอรชนดทสาคญคอ

1. เซอรกตเบรกเกอรแบบอากาศ (Air Break Circuit Breaker) ซงจะใชการดบอารคโดยมอากาศเปน

ตวกลางในการดบอารคซงเปนหลกการทงายทสด เซอรกตเบรกเกอรชนดนจะใชกบแรงดนทไม

สงนก

2. เซอรกตเบรกเกอรแบบเปาอากาศ (Air Blast Circuit Breaker) ซงจะใชการดบอารคดวยการเปา

พนอดอากาศไปทอารค ชวยใหสามารถดบอารคไดเรวขน แตมขอเสยคอท างานเสยงดง และการ

บารงรกษามความยงยากขน

3. เซอรกตเบรกเกอรแบบสญญากาศ (Vacuum Circuit Breaker) ซงจะออกแบบใหหองดบอารคเปน

สญญากาศเพอชวยในการดบอารค เหมาะสมส าหรบระดบแรงดนไมสงนก การเปดวงจรจะทาให

มแรงดนไฟฟากระชาก (Switching Surge) ทสง ไมเหมาะสมทจะใชงานกบตวเกบประจขนาน

(Capacitor Bank) มขนาดเลกและน าหนกเบาทาใหสามารถตดตงในพนททจากดได มขอควร

ระวงคอหากมอากาศรวไหลเขาในในหองดบอารคกอาจเกดการระเบดได

4. เซอรกตเบรกเกอรแบบน ามน (Oil Circuit Breaker) ซงจะใชน ามนเปนตวกลางในการดบอารค

เซอรกตเบรกเกอรชนดนเปนหนงในเซอรกตเบรกเกอรในยคแรก แตกยงมการใชงานกนมากใน

ปจจบน มโครงสรางทไมซบซอนคอมหนาสมผสจมอยในน ามนโดยน ามนจะทาหนาทระบาย

ความรอนและดบอารคทเกดขน โดยทวไปแบงออกเปน 2 ชนด คอ เซอรกตเบรคเกอรแบบใช

น ามนมาก (Bulk oil circuit breaker) และเซอรกตเบรคเกอรแบบใชน ามนนอย (Minimum oil


31


circuit breaker) ซงจะมน ามนในปรมาณทนอยกวาแบบแรกมาก ขอเสยของเซอรกตเบรกเกอร

แบบนามนคอการทางานจะมเสยงดงและมการสนสะเทอน และมโอกาสลกตดไฟได

5. เซอรกตเบรกเกอรแบบกาซ (Gas Circuit Breaker) ซงจะใชกาซซลเฟอรเฮกซะฟลออไรด

(Sulphur Hexafluoride, SF6) เปนตวกลางในการดบอารค โดยกาซ SF6 มคณสมบตทเหมาะสม

ในการใชงานคอ มความเปนฉนวนสง เปนสารประกอบทไมท าปฏกรยากบสารอน ไมตดไฟ

และไมมพษ การใชงานเซอรกตเบรกเกอรชนดนมกตองมการสรางอาคารเปนพเศษ

2.8 สญลกษณของรเลยตามมาตรฐาน

2.8.1 ตวเลขแสดงอปกรณปองกนทสาคญตามมาตรฐานของ IEEE/ANSI

อปกรณการปองกนในระบบไฟฟากาลงจะสามารถระบดวยตวเลขแสดงอปกรณหรอรหสตวเลข

ในไดอะแกรมเสนเดยวของระบบไฟฟากาลงหรอบางครงอาจประกอบดวยตวอกษรดวย ตวเลขแสดงแทน

อปกรณทจะแสดงตอไปนเลอกมาจากตวเลขแสดงแทนอปกรณในระบบปองกนไฟฟากาลงตามมาตรฐาน

ANSI/IEEE C37.2 เฉพาะอปกรณทมกจะพบบอย

1 Master element that operates to place device in or out of service.

13 Synchronous speed switch that operates at approximately the Synchronous speed of a machine.

20 Electrically operated valve.

21 Distance relay which functions when the circuit admittance, 43 iml>edance or reactance increases or

decreases beyond predeterrained limits.

23 Temperature control device.

25 Synchronizing or check synchronizing device that operates when two ac circuits are within desired

limits of frequency, phase angle or voltage to permit the paralleling of these two circuits.

26 Thermal device that operates when the temperature of the protected apparatus decreases below a

predetermined value.

27 Undervolotage relay.

30 Annunciator relay.

32 Directional power relay that operates on a desired value of power in a given direction.

41 Field circuit breaker that applies or removes field excitation to a machine.

42 Running circuit breaker that connects a machine to its running or operating voltage.

43 Manual transfer switch.

46 Reverse-phase or phase-balance relay that operates when the polyphase currents are of reverse phase

sequence, or when the polyphase currents are unbalanced or contain negative sequence currents of a

given amount.


32


47 Phase sequence voltage relay that operates upon a predetermined value of polyphase voltage in the

desired phase sequence.

48 Incomplete sequence relay that returns equipment to normal if the normal starting or stopping

sequence is not completed within a predetermined time.

49 Thermal relay that operates when the temperature of a machine exceeds a predetermined value.

50 Instantaneous overcurrent or rate-of-rise relay.

51 AC time-delay overcurrent relay that operates when the current exceeds a predetermined' value. The

relay operates with either a definite or an inverse time characteristic.

52 AC circuit breaker.

53 Exciter or dc generator relay that forces the dc machine excitation to build up during starting.

55 Power factor relay.

56 Field application relay.

59 Overvoltage relay.

60 Voltage or current balance relay that operates on a given difference in the input or output of two

circuits.

62 Time-delay stopping or opening relay.

63 Pressure switch that operates on given values or given rate-ofchange of pressure.

64 Ground protective relay.

65 Governor device used to regulate the flow of water, steam or other meclium.

67 AC directional overcurrent relay.

69 Permissive control device.

72 DC circuit breaker.

76 DC overcurrent relay.

78 Phase-angle measuring or out-ofstep relay that operates at a predetermined phase angle between two

currents, two voltages, or between a voltage and a current.

81 Frequency relay.

86 Carrier or pilot wire receiver relay.

86 Lockout relay that is electrically operated and hand or electrically reset to shut down and hold an

equipment out of service.

87 Differential protection relay is a protective relay that functions on a percentage or phase angle or other

quantative difference of two currents or some other electrical quantities.

90 Regulating device that operates to regulate a quantity at a certain value or between certain limits.

91 Voltage directional relay that operates when the voltage across an open circuit breaker or contactor

exceeds a given value in a given direction.


33


94 Trip-free relay that operates to trip a circuit breaker or contactor.

101 Control switch to open and close a circuit breaker or contactor.

ในกรณทอปกรณปองกนมหนาททางานมากกวาหนงอยางจะใชตวเลขแสดงแทนคณสมบตใน

การทางานทงหมดของอปกรณ เชน 50/51 จะแสดงแทนรเลยปองกนกระแสเกนแบบทนทและหนวงเวลา

2.8.2 สญญลกษณแสดงอปกรณปองกนทสาคญตามมาตรฐานของ IEC

มาตรฐาน IEC จะใชสญญลกษณของอปกรณปองกนในลกษณะดงตอไปน

Overspeed Relay

Underspeed Relay

Distance Relay

Overtemperature Relay

Undervoltage Relay

Directional Overpower Relay

Underpower Relay

Undercurrent Relay

Negative Sequence Relay

Negative Sequence Voltage Relay

Thermal Relay

Instantaneous Overcurrent Relay

Inverse Time Overcurrent Relay

Inverse Time Earth Fault Overcurrent Relay

>ω

<ω

>Z

>θ

<U

>P

<P

<I

>2I

>2U

>>I

>I

> I


34


Definite Time Earth Fault Overcurrent Relay

Voltage Restrained/Controlled Overcurrent Relay

Power Factor Relay

Overvoltage Relay

Neutral Point Displacement Relay

Earth-fault Relay

Directional Overcurrent Relay

Directional Earth Fault Relay

Phase Angle Relay

Autoreclose Relay

Underfrequency Relay

Overfrequency Relay

Differential Relay

> I

>I U

>φcos

>U

>rsdU

> I

>I

> I

>φ

10 →

<f

>f

>dI


35



1. คณลกษณะทสาคญของรเลยคออะไรบางจงอธบาย

2. เหตใดจงตองมการเหลอม (Overlap) ในการแบงขอบเขตการปองกนในระบบไฟฟากาลง

3. จงอธบายหลกการทางานและคณสมบตของรเลยแบบเหนยวนา

4. จงอธบายหลกการทางานและคณสมบตของรเลยแบบอเลกทรอนกส

5. จงอธบายหลกการทางานและคณสมบตของรเลยแบบไมโครโปรเซสเซอร

6. จงกาหนดหมายเลขบสและเบรกเกอรในระบบไฟฟากาลงในรปท P2.6 พรอมทงกาหนดขอบเขต

การปองกน

รปท P2.6

7. จากระบบไฟฟากาลงทมการแบงขอบเขตการปองกนดงรปท P2.7 จงอธบายวาจะมเบรกเกอรตว

ใดบางทตดวงจรเมอเกดการลดวงจรทจด P1 และเมอเกดการลดวงจรทจด P2

รปท P2.7

~~

Zone 1


Zone 5

~

P1

P2

B1B12

B3B32

B4

B42

B21 B23

B24

1 2 3

4

Zone 6

Zone 7

Zone 8

Zone 1


Zone 5

~

P1

P2

B1B12

B3B32

B4

B42

B21 B23

B24

1 2 3

4

Zone 6

Zone 7

Zone 8


36


8. รเลยปดวงจร (Seal-in Relay, Seal-in Unit) มหนาทอยางไร

9. สญญาณแสดงสถานการณทางาน (Flag, Target, Indicator) มหนาทอยางไร

10. จงอธบายวธการปองกนสารองโดยใชอปกรณปองกนสารองในสถานไฟฟาเดยวกนและการ

ปองกนสารองระยะไกลดวยอปกรณในสถานไฟฟาอน

11. จงอธบายวธการปองกนการผดพลาดในการตดวงจรของเซอรกตเบรกเกอร (Breaker Failure

Protection)

12. จงอธบายวธการทางานและขอดขอเสยของเซอรกตเบรกเกอรแบบอากาศ

13. จงอธบายวธการทางานและขอดขอเสยของเซอรกตเบรกเกอรแบบเปาอากาศ

14. จงอธบายวธการทางานและขอดขอเสยของเซอรกตเบรกเกอรแบบสญญากาศ

15. จงอธบายวธการทางานและขอดขอเสยของเซอรกตเบรกเกอรแบบนามน

16. จงอธบายวธการทางานและขอดขอเสยของเซอรกตเบรกเกอรแบบกาซ


37




เรอง หมอแปลงกระแสและหมอแปลงแรงดน

ประสงคเชงพฤตกรรม

1. เพอใหนกศกษาไดเขาใจหลกการของหมอแปลงกระแส

2. เพอใหนกศกษาไดทราบและเขาใจมาตรฐานความคลาดเคลอนของหมอแปลงกระแส

3. เพอใหนกศกษาสามารถคานวณคาความคลาดเคลอนของหมอแปลงกระแส

4. เพอใหนกศกษาสามารถเลอกใชหมอแปลงกระแสไดอยางถกตองและเหมาะสม

5. เพอใหนกศกษาไดเขาใจหลกการของหมอแปลงแรงดน และหมอแปลงแรงดนแบบตอกบตวเกบ

ประจ

เนอหา

หมอแปลงกระแส คณลกษณะของหมอแปลงกระแส มาตรฐานความคลาดเคลอนของหมอแปลง

กระแส หมอแปลงกระแสแบบเหนยวนาแสง หมอแปลงแรงดน หมอแปลงแรงดนแบบตอกบตวเกบประจ










38



เรอง หมอแปลงกระแสและหมอแปลงแรงดน

กระแสและแรงดนในระบบไฟฟากาลงจะตองแปลงใหมขนาดทเลกลงกอนทจะสงไปยง

เครองมอวดหรอรเลย ดวยเหตผลสาคญ 2 ประการคอ

1. สามารถออกแบบรเลยใหมขนาดเลก สะดวกในการใชงาน และราคาตากวา

2. มความปลอดภยตอผทางานในระบบปองกนมากกวา

การแปลงขนาดของกระแสและแรงดนในระบบปองกนจะใชหมอแปลงเพอการวดทเรยกวา หมอ

แปลงกระแส (Current Transformer, CT) และหมอแปลงแรงดน (Voltage Transformer, VT; Potential

Transformer, PT) ซงมหลกการทางานเหมอนกบหมอแปลงกาลงทวไปแตการออกแบบจะมความ

เฉพาะเจาะจงมากกวา เปนตนวาในการออกแบบหมอแปลงกระแสจะตองทาใหกระแสทางดานทตยภมม

รปสญญาณเหมอนกบทางดานปฐมภมใหมากทสดเทาทจะทาได และเชนเดยวกบหมอแปลงแรงดนทตอง

มรปสญญาณของแรงดนทางดานทตยภมเหมอนกบทางดานปฐมภม พกดกาลงของหมอแปลงกระแสและ

หมอแปลงแรงดนจะไมสงเนองจากภาระทตองจายจะมเพยงเครองมอวด และระบบปองกนคอรเลย พกด

กาลงของหมอแปลงกระแสและหมอแปลงแรงดนจะเรยกวา คาเบอรเดน (Burden) ของหมอแปลง

คาเบอรเดนของหมอแปลงจะสะทอนถงคาอมพแดนซของภาระทหมอแปลงตองจาย ซง

หมายถงอมพแดนซของรเลยหรอเครองมอวด แตมกจะบอกเปนคาของกาลงาน (VA) เชน หมอแปลงจาย

กระแส 5 A ไปยงตวตานทานขนาด 0.1 ohm จะกลาวไดวาหมอแปลงนมคาเบอรเดน 2.5 VA (S =

(52)(0.1) = 2.5) ทกระแส 5 A

3.1 หมอแปลงกระแส (Current Transformers)

หมอแปลงกระแส (current transformer, CT) จะชวยลดกระแสไฟฟาสง ๆ กอนทจะสงไปใหแก

อปกรณวด โดยมหลกการดงแสดงในรปท 3.1

หมอแปลงกระแสสามารถแบงตามโครงสรางการตดตงได 2 ประเภทใหญ ๆ คอ แบบบรรจในถง

ซงจะตดตงอสระ แยกจากอปกรณไฟฟากาลงอน (Free standing) เชนเดยวกบ เซอรกตเบรกเกอร หมอ

แปลงกาลง หรอรแอคเตอร โดยถงจะเปนโลหะทมการตอลงดน ภายในบรรจตวกลางฉนวนซงมกจะเปน

นามน อปกรณแบบนจะมปลอกขวตอ (Bushing) ยนออกมาสาหรบตอเขากบอปกรณไฟฟาอน ดงแสดง

ในรปท 3.2 หมอแปลงกระแสอกชนดหนงคอแบบทตดตงภายในปลอกขวตอ (Bushing) ของอปกรณ

ไฟฟาเรยกวา (Bushing CT) ดงแสดงในรปท 3.3


39


รปท 3.1 แสดงหลกการทางานหมอแปลงกระแส

(dead-tank CT) (live-tank CT)

รปท 3.2 หมอแปลงกระแสแบบบรรจในถง

สวนในแงของการใชงานนนหมอแปลงกระแสยงสามารถแบงไดเปน 2 ประเภทเชนกน คอหมอ

แปลงกระแสเพอการวดซงการออกแบบจะเนนความถกตองแมนยาในการทางานสภาวะปกต (Steady

state) และหมอแปลงกระแสเพอการปองกน ซงการออกแบบจะเนนความแมนยาในสภาวะการ

เปลยนแปลงชวขณะ (Transient)

I

ไปยงแอมปมเตอรหรอ อปกรณปองกน

กระแสทนาไปใชงาน

สายไฟทตองการวดกระแส

ชดหมอแปลงกระแส


40


รปท 3.3 หมอแปลงกระแสแบบตดตงทขวตอของอปกรณไฟฟา

3.1.1 คณลกษณะของหมอแปลงกระแสในสภาวะการทางานปกต (Steady state)

วงจรสมมลของหมอแปลงกระแสสามารถพจารณาไดแบบเดยวกบหมอแปลงกาลงทวไป ดง

แสดงในรปท 3.4 ซงเปนวงจรสมมลของหมอแปลงกระแสทมอตราสวน 1:n

รปท 3.4 วงจรสมมลของหมอแปลงกระแส

จากรปท 3.4 /1xz เปนคาอมพแดนซของขดลวดดานปฐมภมซงจะมคานอยมากจนสามารถ

ตดทงได สวน bz คอคาอมพแดนซภาระ (Load) ของหมอแปลงกระแสซงกคอคาอมพแดนซของ

เครองมอวดและรเลยทตออยดานทตยภมรวมถงคาอมพแดนซของสายตวนาทตอจากหมอแปลงกระแส

มายงเครองมอวดและรเลยดวย ซงในทางปฏบตมกจะพบวาคาอมพแดนซของสายตวนาดงกลาวมคาทไม

สามารถตดทงไดเพราะมคาทคอนขางสงเนองจากมกจะตองตอระหวางหมอแปลงกระแสซงอยในลานไก

กบเครองมอวดและรเลยซงอยในหองควบคม

Bushing CT

Primary ConductorEquipment Bushing

Equipment Tank

Bushing CT

Primary ConductorEquipment Bushing

Equipment Tank


41


เมอทาการอางองคาอมพแดนซทางดานปฐมภมมาทางดานทตยภมจะสามารถแสดงไดดงรปท 3.5

โดยท

ni

i/

11 = (3.1)

/2mm ZnZ = (3.2)

รปท 3.5 วงจรสมมลของหมอแปลงกระแสเมออางองคาอมพแดนซมาทางดานทตยภม

mz คอคาอมพแดนซเหนยวนาของแกนแมเหลกหรอ Magnetizing impedance สวนคาอมพแดนซ

ภาระของหมอแปลงกระแสหรอ bz จะเรยกวาเบอรเดน (Burden) ของหมอแปลงกระแสโดยสามารถระบ

เปน bz โอหมหรอเปน bzI 2 VA เชนถาหมอแปลงกระแสมพกดดานทตยภมเปน 5 A กจะมคาเบอรเดน

พกดเปน 25 bz VA

จากวงจรสมมลในรปท 3.5 จะไดวา

22iZEE xbm += (3.3)

m

mm Z

Ei = (3.4)

miii += 21 (3.5)

ในกรณทเปนหมอแปลงในอดนคต 2i จะมคาเทากบ 1i (ไมมความคลาดเคลอน) แตในความ

เปนจรงจะเหนวา 2i จะแตกตางจาก 1i อยเทากบ mi ซงกคอคาความคลาดเคลอน (error) ของหมอ

แปลงกระแสนนเอง ดงนนสามารถแสดงคาความคลาดเคลอนตอหนวย (per unit error) ไดเปน

11

21

ii

iii m=

−=ε (3.6)

i2zx2

zbEbEmzm

i1

im

i2zx2

zbEbEmzm

i1

im


42


ขอสงเกต

1. ในกรณท bz มคานอยจะทาใหมคาตา กระแส 1i จะไหลมาทางดาน 2i ไดมาก ( 2i ใกลเคยง

กบ 1i ) ทาใหมคาความคลาดเคลอนนอยลง การใชงานหมอแปลงกระแสจงควรมคาอมพแดนซ

ของเครองมอวดและรเลยทตาจงจะทาใหความผดพลาดของหมอแปลงกระแสตา

2. พจารณาถามกระแสไหลในดานปฐมภม 1i แตดานทตยภมเปดวงจรอย ( 02 =i ) กระแสจะ

ไหลวนในแกนเหลกทงหมด ( 1iim = ) ทาใหเกดแรงดนตกครอมขดลวดทตยภมทสงมากและ

สรางความเสยหายแกหมอแปลงกระแสได

การบอกคาความคลาดเคลอนของหมอแปลงกระแสสามารถบอกดวยคาตวประกอบอตราสวน

ความถกตองหรอ Ratio Correction Factor (RCF) หรอบางครงใชสญลกษณ R ได โดยคานจะเปนคาท

นาไปคณกบอตราสวนของหมอแปลงกระแสเพอปรบคาใหถกตอง โดยคา RCF หาไดดงน

จาก 1

21

iii −

=ε (3.7)

211 iii −=ε (3.8)

)1(12 ε−= ii (3.9)

221 )1(1 iRCFii ⋅=−

=ε

(3.10)

)1(1ε−

=RCF (3.11)

ตวอยางท 3.1หมอแปลงกระแสมอตราสวน 500/5 A ดานทตยภมตออยกบเบอรเดน ( bz ) 2 โอหม โดย

ผานสายตวนาทมคาอมพแดนซ 0.01+j0.1 โอหม ถาคาอมพแดนซเหนยวนาของหมอแปลง ( mz ) เทากบ

4+j15 โอหม จงคานวณหาคา Ratio Correction Factor ของหมอแปลงกระแส

วธทา สามารถเขยนวงจรสมมลไดดงน

จากวงจรสมมลจะไดวา

i20.01+j0.1

2EbEm4+j15

i1

im

i20.01+j0.1

2EbEm4+j15

i1

im


43


[ ]

)62.9922.1( )154()1.001.2(

)154)(1.001.2(

)21.001.0//()154(

1

1

1

∠=

+++++

=

+++=

ijj

jji

jjiEm

และ )45.651238.0(154

)62.9922.1(154 1

1

−∠=+∠

=+

= ij

ij

Ei m

m

Per unit error จะคานวณไดจาก

45.651238.0)45.651238.0(

1

1

1

−∠=−∠

==i

iiimε

ดงนน

79.60468.1

45.651238.011

)1(1

−∠=−∠−

=−

=ε

RCF (สาหรบ bz = 2 โอหม)

จะเหนวาคาความคลาดเคลอนของหมอแปลงกระแสจะขนอยกบเบอรเดนทตออย นอกจากน

ในทางปฏบตคาความคลาดเคลอนยงขนอยกบคณสมบตการตอบสนองของแกนแมเหลกทไมเปนเชงเสน

อกดวย ซงจะทาใหคา mZ ไมใชคาคงท ดงแสดงในรปท 3.6

รปท 3.6 คณลกษณะการตองสนองทางแมเหลกของหมอแปลงกระแสตวอยาง

จากกราฟในรปท 3.6 จะเหนความสมพนธระหวาง mi และ mE ทไมเปนเชงเสน ( mZ ไมคงท)

เมอแกนเหลกอมตว ซงในการคานวณทคานงถงการอมตวของสนามแมเหลกจะมความยงยากซบซอนมาก

นอกจากนบางกรณไมสามารถหากราฟแสดงคณสมบตการตอบสนองทางแมเหลกของหมอแปลงกระแส

ได อยางไรกตามเราสามารถพจารณาคาความคลาดเคลอนของหมอแปลงกระแสจากการดทมาตฐานของ

หมอแปลงกระแสทไดกาหนดไวเรยกวา Standard Class Designation ซงจะกลาวถงในหวขอถดไป

กระแสทางดานทตยภม (A)

แรงด

นตก

ครอม

ทาง

ดาน

ทตย

ภม (V

)

แกนเหลกอมตว

คา Zm ไมคงท

กระแสทางดานทตยภม (A)

แรงด

นตก

ครอม

ทาง

ดาน

ทตย

ภม (V

)

แกนเหลกอมตว

คา Zm ไมคงท


44


3.1.2 มาตรฐานความคลาดเคลอนของหมอแปลงกระแส (Standard Class Designation)

ในกรณทตองการคานวณคาความคลาดเคลอนของหมอแปลงกระแสแตไมสามารถหากราฟหรอ

ขอมลการตอบสนองทางแมเหลกของหมอแปลงกระแสไดกสามารถใชการประมาณจาก Standard Class

Designation ซงเปนการกาหนดประเภทของหมอแปลงกระแสตามคาความคลาดเคลอน ตวอยางเชนใน

กรณของ American National Standard Institute (ANSI) และ the Institute of Electrical and Electronic

Engineers (IEEE) ไดกาหนดมาตรฐาน ANSI/IEEE ของหมอแปลงกระแสเปนตวเลขจานวนเตม 2 ตวแยก

ออกจากกนดวยตวอกษร C หรอ T เชน 10C400 หรอ 10T300 เปนตน โดยตวเลขดานหนาแสดงถงคา

เปอรเซนตความผดพลาดสงสดเมอแรงดนดานทตยภมมคาเทากบตวเลขทสองในขณะทกระแสของหมอ

แปลงกระแสมคาเปน 20 เทาของพกด

ตวอกษร C จะหมายถงการกาหนดคณสมบตของหมอแปลงกระแสจะสามารถพจารณาไดจากการ

คานวณ (Calculate) สวนตวอกษร T หมายถงการพจารณาคณสมบตของหมอแปลงกระแสจะตองหาจาก

การทดสอบ (Test) เนองจากความไมแนนอนของตวแปรบางตวในการออกแบบ

ตวอยางเชน ถาหมอแปลงกระแสมพกดดานทตยภม 5 A จดอยใน Class 10C400 หมายถงหมอ

แปลงกระแสจะมความผดพลาดไมเกน 10% ในขณะทมกระแสดานทตยภม 5(20) = 100 A เมอตออยกบ

เบอรเดนททาใหเกดแรงดนตกครอม 400 V ถาเราสมมตวาหมอแปลงกระแสมการตอบสนองทางแมเหลก

เปนเชงเสนกจะสามารถคานวณคาความผดพลาดไดโดยจะเปนสดสวนกบแรงดนตกครอมดานทตยภม

ในมาตรฐาน IEC หมอแปลงกระแสเพอการปองกนจะกาหนดดวยตวอกษร P ซงมคาความ

คลาดเคลอนสงสด 5% หรอ 10% ขนอยกบคาเบอรเดนและกระแสพกด เชน 5P10 โดยตวเลขดานหนา

แสดงถงคาเปอรเซนตความผดพลาดสงสด (Permissible Total Error) ตวเลขตวหลงจะเปนคา ตวประกอบ

จากดคาความแมนยา (Accuracy Limit Factor, ALF) ซงเปนจานวนเทาของกระแสพกด ตวอยางเชน หมอ

แปลงกระแส 600/5 A, 30 VA, 5P10, 5A จะหมายถงหมอแปลงกระแสพกด 30 VA, 600/5 A หรอ

หมายถงแรงดนพกดดานทตยภม 30/5 = 6 V ทคากระแสพกด โดยจะมคาความคลาดเคลอน (error) ไมเกน

5% ทคากระแสดานปฐมภมภมมคาไมเกน 10 เทาของพกดคอ 10x600 = 6,000 A

ตวอยางท 3.2 พจารณาหมอแปลงกระแส600/5 A Class 10C400 จงหาคาเบอรเดนทจะทาใหเกดความ

ผดพลาดไมเกน 10% ขณะทกระแสดานปฐมภมมคาเปน 5000 A

วธทา

CT 600/5 A Class 10C400 จะมกระแสดานทตยภม 5(20) = 100 A โดยทมความผดพลาดไมเกน

10% ถาตออยกบเบอรเดนททาใหเกดแรงดนตกครอมไมเกน 400 V


45


สมมตใหมการตอบสนองทางแมเหลกเปนเชงเสน ( mZ คงท) จะไดวา

40)100)(1.0(

400==mZ ohm

ถากระแสดานปฐมภมเปน 5000 A กระแสดานทตยภมจะมคาเปน

66.4150006005

1 =⋅=i A

จากการทมความผดพลาดสงสด 10% นนคอกระแสดานทตยภมจะคลาดเคลอนไป 10% หรอเทากบ 4.166

A หรอ

166.4=mi A

ทาใหเกดแรงดนตกครอม

64.166)40)(166.4( === mmm ZiE V

คาเบอรเดนจะเปน

44.4166.466.41

64.1662

=−

==iE

Z bb ohm

คาเบอรเดน 4.44 โอหมจะทาใหเกดความผดพลาดไมเกน 10% และคาเบอรเดนทตากวานจะทาใหเกด

ความผดพลาดนอยกวา 10%

3.1.3 การกาหนดขวของหมอแปลงกระแส

เนองจากขดดานทตยภมของหมอแปลงกระแสจะตออยกบวงจรปองกนทมความสาคญและ

คอนขางซบซอน จงตองใหความสาคญในการกาหนดขวของหมอแปลงกระแสใหชดเจน การกาหนดขว

หรอการกาหนด Dot หรอ Polarity ของหมอแปลงกระแสเปนการแสดงความสมพนธระหวางทศทางของ

กระแสทางดานปฐมภมและทตยภม การกาหนดขวของหมอแปลงกระแสสามารถใหเปนจดทบ (dot) ท

แสดงปลายดานเรมตนของขดทงสอง และจากปลายดานนจะเปนการพนไปในแกนดวยทศทางเดยวกน

(ตามเขมหรอทวนเขมเหมอนกน) ดงนนถากระแสไหลเขาดานจดกาหนด (Dot) ของดานปฐมภมกจะทา

ใหกระแสไหลออกทางดานจดกาหนด (Dot) ของดานทตยภม (กระแสทงสองมมมเฟสเดยวกน) ดงแสดง

i2

ZbEbZm10 A(10%)

i1

im

i2100 A

ZbEbZm10 A(10%)

i1

im

i2

ZbEbZm10 A(10%)

i1

im

i2100 A

ZbEbZm10 A(10%)

i1

im


46


ในรปท 3.7a การกาหนดอกวธหนงคอใชตวอกษรกากบทแตละดานของขดลวด ดงแสดงในรปท 3.7b

และ c

รปท 3.7 แสดงการกาหนดขวของ CT

3.1.4 หมอแปลงกระแสแบบเหนยวนาแสง (Electrocnic CT or Optical CT)

ในปจจบนหมอแปลงกระแสแบบเหนยวนาแสงหรอแบบอเลกทรอนกสไดถกพฒนาและมการใช

งานมากขน เนองจากมขอดกวาหมอแปลงกระแสแบบแกนแมเหลกหลายขอ การทางานของหมอแปลง

กระแสแบบเหนยวนาแสงจะใหหลกการของความสมพนธระหวางสนามแมเหลกทเกดจากกระแสใน

ตวนาดานปฐมภมและการเกดโพราไลเซชน (Poralization) ในระนาบของแสงทพงผานใยแกวนาแสง

(fiber-optic) ทตดตงอยขางตวนาหรอบางครงกพนรอบตวนาดานปฐมภม จากนนทาการตรวจจบมมโพ

ราไลเซชนทแสงหมนไป (angular shift) และทาการแปลงสญญาณเปนแรงดน ทสอดคลองกบกระแส

ทางดานปฐมภม ดงแสดงในรปท 3.8 สญญาณแรงดนนอาจถกขยายหรอผานวงจรกรองสญญาณตามความ

เหมาะสม หรออาจใชวธสมคาเปนชวง (sampling) ในอตราทเหมาะสมหมอแปลงกระแสแบบเหนยวนา

แสงจะเหมาะสาหรบรเลยแบบไมโครโปรเซสเซอรหรอคอมพวเตอรทรบสญญาณในลกษณะสมเปนชวง

(sampling) หรอกบเครองวดทเปนดจตอลหรออเลกทรอนกส

รปท 3.8 แสดงหลกการทางานของหมอแปลงกระแสแบบเหนยวนาแสง

i1 i2 i1 i2 i1 i2

H1

H1

X1

X1

K

L

k

l

a cb

i1 i2 i1 i2 i1 i2

H1

2

X1

X2

K

L

k

l

a cb

i1 i2 i1 i2 i1 i2

H1

H1

X1

X1

K

L

k

l

a cb

i1 i2 i1 i2 i1 i2

H1

2

X1

X2

K

L

k

l

a cb


47


CT แบบเหนยวนาแสงมชวงการวดทกวางและแมนยาตงแตกระแสตา ๆ ไปถงกระแสทสง

นอกจากนยงมโครงสรางทไมตองใชฉนวนน ามนซงจะปลอดภยจากการระเบด และมขนาดเลก อยางไรก

ตามการใชงานหมอแปลงกระแสชนดนจะตองมแหลงจายไฟใหแกวงจรอเลกทรอนกสดวย

3.2 หมอแปลงแรงดน (Voltage Transformers)

3.2.1 หมอแปลงแรงดน

หมอแปลงแรงดน (Voltage Transformer, VT หรอ Potential Transformer, PT) เปนหมอแปลงท

ใชในการแปลงคาแรงดนในระบบไฟฟากาลงใหมขนาดทตาลง โดยมหลกการทางานเหมอนหมอแปลง

กาลงทวไป คาความผดพลาดของหมอแปลงแรงดนโดยปกตจะมคานอยมากจนสามารถตดทงไดในทาง

ปฏบต (ถาใชงานในชวง 0-110% ของพกด) รปท 3.9 แสดงหลกการทางานของ VT

รปท 3.9 แสดงหลกการทางานของหมอแปลงแรงดน (VT)

หมอแปลงแรงดนทใชวดแรงดนสงพเศษ (Extra High Voltage, EHV) จะมราคาแพงมาก จงนยม

ใชหมอแปลงแรงดนเฉพาะในการวดแรงดนสง (High Voltage) แรงดนปานกลาง (Meduim Voltage) และ

แรงดนตา (Low Voltage) โดยสาหรบในระบบ EHV จะนยมใชหมอแปลงแรงดนแบบตอกบตวเกบประจ

(Coupling Capacitor Voltage Transformer) ซงจะกลาวในหวขอถดไป

3.2.2 หมอแปลงแรงดนแบบตอกบตวเกบประจ (Coupling Capacitor Voltage Transformer, CCVT)

หมอแปลงแรงดนแบบตอกบตวเกบประจเปนการวดแรงดนสงโดยใชหลกการของวงจรแบง

แรงดน (Voltage Divider) ดงแสดงในรปท 2.10 การออกแบบจะทาใหมแรงดนทตกครอม C2 จะม

คาประมาณ 1-4 kV จากนนจะตอเขากบหมอแปลงแรงดน โดยผานตวเหนยวนา (L) คาอมพแดนซ Zf และ

Zb จะออกแบบใหมการชดเชยการเกดเฟอโรเรโซแนนซ ซงอาจเกดไดในบางสภาวะการทางาน

I1

ไปยงโวลทมเตอร

หรอ อปกรณปองกน

กระแสทนาไปใชงาน

สายไฟทตอง การ

วดแรงดนตกครอม

ชดหมอแปลงแรงดน

V1

V1

V2


48


รปท 3.10 แสดงหลกการทางานของหมอแปลงแรงดนแบบตอกบตวเกบประจ

ในการทางานปกต กระแสทไหลผานคาอมพแดนซทเกดจาก Zf ขนานกบ Zb จะมคานอยมาก แตก

ทาใหเกดการเลอนเฟส (Phase shift) ระหวางแรงดนดานปฐมภมและทตยภมได

จากวงจรในรปท 3.10 จะสามารถเขยนวงจรสมมลแบบเทวนนไดดงรปท 3.11

รปท 3.11 แสดงวงจรสมมลแบบเทวนนของหมอแปลงแรงดนแบบตอกบตวเกบประจ

โดย

21

11 CC

CVVTH +

⋅= (3.12)

และ 21

1CjCj

ZTH ωω +=

ถากระแสดานปฐมภมและดานทตยภมเปน i1 และ i2 ตามลาดบ จะไดวา

)1(21

12 CjCjLjiVV TH ωω

ω+

+−= (3.13)

ZbZf

C1

C2

L

ZbZf

C1

C2

L

ZbZf

C1+C2 L

~VTHV2 ZbZf

C1+C2 L

~VTHV2


49


นนคอ V2 จะมมมเฟสทเลอนออกไปจากแรงดนทตองการวด นอกจากวา L จะชดเชย C1+C2 ไดพอด นน

คอ

21

1CjCj

Ljωω

ω+−

= (3.14)

)(1

212 CC

L+

=ω

(3.15)

บางครงการออกแบบหมอแปลงทดกสามารถทาใหมคาอมพแดนซรวไหล (Leakage Impedance)

เทากบ L ไดซงจะชดเชยการเลอนเฟสไดพอด


50



1. เหตใดจงตองมการแปลงกระแสและแรงดนในระบบไฟฟากาลงกอนทจะสงไปยงเครองมอวด

หรอรเลย

2. จงอธบายความหมายของคาวา เบอรเดนของหมอแปลงเพอการวด

3. เหตใดจงตองมการแยกประเภทหมอแปลงกระแสเพอการวดและเพอการปองกน

4. หมอแปลงกระแสมอตราสวน 600/5 A ดานทตยภมตออยกบเบอรเดน ( bz ) 1 โอหม โดยผาน

สายตวนาทมคาอมพแดนซ 0.01+j0.1 โอหม ถาคาอมพแดนซเหนยวนาของหมอแปลง ( mz )

เทากบ 2+j5 โอหม จงคานวณหาคา Ratio Correction Factor ของหมอแปลงกระแส

5. คาความคลาดเคลอนของหมอแปลงกระแสจะขนอยกบอะไรบางจงอธบาย

6. หมอแปลงกระแสมอตราสวน 900/5 A Class 10C600 จงหาคาเบอรเดนทจะทาใหเกดความ

ผดพลาดไมเกน 5% ขณะทกระแสดานปฐมภมมคาเปน 6000 A

7. จากตวอยางท 3.1 ถาคา bz = 1 โอหม จะคานวณคา RCF ของหมอแปลงกระแสไดเทาใด

8. จากตวอยางท 3.1 ถาคา bz = j2 โอหม จะคานวณคา RCF ของหมอแปลงกระแสไดเทาใด

9. จงอธบายหลกการของหมอแปลงแรงดนแบบตอกบตวเกบประจ (CCVT)

10. จงอธบายหลกการแกไขปญหาการเลอนเฟส (Phase Shift) ในหมอแปลงแรงดนแบบตอกบตวเกบ

ประจ (CCVT)


51




เรอง การปองกนกระแสเกน


1. เพอใหนกศกษาไดเขาใจหลกการปองกนกระแสเกนและการลดวงจรในระบบไฟฟากาลง

2. เพอใหนกศกษาไดเขาใจการทางานของรเลยปองกนกระแสเกนแบบหนวงเวลา

3. เพอใหนกศกษาไดทราบและเขาใจมาตรฐานของรเลยปองกนกระแสเกนแบบหนวงเวลาตาม

มาตรฐาน IEC และมาตรฐาน IEEE/ANSI

4. เพอใหนกศกษาเขาใจวธการใชรเลยปองกนกระแสเกนแบบหนวงเวลาและสามารถประยกตใชได

เนอหา

ปจจยทตองพจารณาในการปองกนกระแสเกนในระบบไฟฟากาลง หลกการทางานของรเลย

ปองกนกระแสเกนแบบหนวงเวลา ประเภทของรเลยปองกนกระแสเกนแบบหนวงเวลาตามมาตรฐาน IEC

และมาตรฐาน IEEE/ANSI การประยกตใชรเลยปองกนกระแสเกนแบบหนวงเวลา




สอบถามความเขาใจ แบบทดสอบ กจกรรมงานมอบหมาย


แบบฝกหด กจกรรมมอบหมาย


52



เรอง การปองกนกระแสเกน

การปองกนกระแสเกนหรอกระแสลดวงจรถอวาเปนการปองกนพนฐานของอปกรณทกชนดใน

ระบบไฟฟากาลง โดยการเกดลดวงจรจะกอใหเกดความเสยหายตออปกรณไดอยางมาก สงทตองพจารณา

ในการปองกนกระแสลดวงจรในระบบไฟฟาคอ ปรมาณของกระแสลดวงจรทจะเกดขนได ทศทางการ

ไหลและโครงสรางของระบบไฟฟากาลง รวมถงการทางานสมพนธกบระบบปองกนอน ๆ (Coordination)

ดวย ทงนการพจารณาสามารถทาไดโดยการวเคราะหคากระแสลดวงจร (Short Citcuit Current) ดวย

วธการองคประกอบสมมาตร (Symmetrical Components) ซงแสดงในภาคผนวก ข. และ ค.และการ

วเคราะหเสถยรภาพของระบบ (System Stability) ซงอปกรณตาง ๆ ในระบบไฟฟากาลงมกจะเชอมตอกน

เปนโครงขายทซบซอนทาใหในทางปฏบตมกจะตองใชโปรแกรมคอมพวเตอรในการคานวณ

4.1 สงทตองพจารณาในการปองกนกระแสเกนในระบบไฟฟากาลง

โดยทวไปแลวรเลยปองกนกระแสเกนจะไมสามารถแยกแยะความแตกตางระหวางการลดวงจรท

ปลายขอบเขตการปองกนกบการลดวงจรทตนขอบเขตทอยถดไป และปญหานจะแกไขไดยากขนเมออมพ

แดนซของอปกรณมคาตา เนองจากสงทมผลโดยตรงตอคากระแสลดวงจรคอคาอมพแดนซของอปกรณ

ทาใหไมสามารถใชรเลยปองกนกระแสเกนเพยงอยางเดยวในการปองกนได โดยรเลยประเภทอน ๆ จะ

กลาวถงในบทตอ ๆ ไป

รปท 4.1 ตวอยางเงอนไขในระบบไฟฟากาลงทปรบตงรเลยปองกนกระแสเกนไดยาก

พจารณาระบบสายสงดงรปท 4.1 เปนการเชอมตอระหวางสายสงทมคาอมพแดนซเปน (Xline) ตอ

เขากบอปกรณคอหมอแปลงทมคาอมพแดนซ (Xequiv) ถาคา Xline นอยกวา Xequiv มาก ๆ (เปนสายสงระยะ

สน) กระแสลดวงจรทจด A และ B จะใกลเคยงกนมาก และรเลย R12 จะแยกแยะความแตกตางระหวาง

A BR

1 2 3

R12 R23

R

~

Xequiv Xline

R

1 2 3

R12 R23

R

~

Xequiv Xline

A BA BR

1 2 3

R12 R23

R

~

Xequiv Xline

R

1 2 3

R12 R23

R

~

Xequiv Xline

A B


53


กระแสลดวงจรทงสองจดไดยากมาก (หรออาจไมไดเลย) การปรบตงคาของรเลย R12 ใหทางานสมพนธ

กบรเลย R23 จงเปนสงสาคญในการปองกนกระแสลดวงจร

นอกจากคากระแสลดวงจรแลว ระดบของแรงดนกเปนปจจยทตองพจารณาในระบบปองกน โดย

ปกตในระบบไฟฟาทมแรงดนสงกวามกจะตองมการปองกนทซบซอนและมราคาแพงกวา เนองจาก

อปกรณไฟฟาในระบบทมแรงดนสงมกจะมราคาแพง และจะมผลกระทบตอระบบโดยรวมมากกวาเมอ

เกดปญหาขน จงตองใหความสาคญในความปลอดภยมากกวาระบบทมแรงดนตา อยางไรกตามบางครง

ระบบปองกนของสายสงในระบบแรงดนสง (HV) ทเปนสายสงสวนทสาคญมากของระบบกอาจมการ

ลงทนไมนอยไปกวาสายสงในระบบแรงสงพเศษ (EHV)

4.2 รเลยปองกนกระแสเกนแบบหนวงเวลา (Time-Delay Overcurrent Relays)

การแสดงคณลกษณะการทางานของรเลยปองกนกระแสเกนแบบหนวงเวลาสามารถแสดงไดดง

สมการ

TMSI

Kt n ⋅−

=1

(4.1)

เมอ t เปนเวลาทหนวงของรเลย

I เปนคากระแสทไหลผานรเลย ซงจะแสดงเปนสดสวนของกระแสเรมตนทางานของรเลย เปนคา

ตอหนวย (per unit) (ในมาตรฐาน IEC เรยกวา คาหมดตวคณปรบตง (Plug Setting Multiplier,

PSM))

K, n เปนคาคงทของคณสมบตรเลย

TMS เปนคาการปรบคาตวคณหนวงเวลา (Time Multiplier Setting)

หรอในกรณทแสดงสมการโดยประมาณจะสามารถแสดงไดดงสมการ

TMSIKt n ⋅= (4.2)

4.2.1 ประเภทของรเลยปองกนกระแสเกนแบบหนวงเวลาตามมาตรฐาน IEC

รเลยปองกนกระแสเกนมคณสมบตทหลากหลายและสามารถแบงตามคณสมบตของการ

ตอบสนองตอกระแสไดดงตอไปน

4.2.1.1 รเลยปองกนกระแสเกนแบบหนวงเวลาผกผน (Inverse Time Over Current Relay)

รเลยปองกนกระแสเกนแบบหนวงเวลาผกผนจะทางานเมอมกระแสไหลผานรเลยเกนกวาคาทตง

ไว เรยกวา คากระแสเรมตนทางาน (Pick up current, Plug Setting, IP) เวลาทรเลยใชในการทางานจะ


54


ขนอยกบคากระแสทเกนจากกระแสเรมตนทางานวามคามากเทาใดโดยเวลาจะลดลงเมอกระแสทไหลผาน

รเลยมากขน

4.2.1.2 รเลยปองกนกระแสเกนแบบหนวงเวลาแนนอน (Definite Time Over Current Relay)

รเลยปองกนกระแสเกนแบบหนวงเวลาแนนอนจะทางานเมอมกระแสไหลผานรเลยเกนกวาคา

ทตงไวเชนเดยวกน แตระยะเวลาทรเลยทางานนนจะมคาทแนนอนไมขนอยกบคากระแสทเกนจากกระแส

เรมตนทางานวามคามากเทาใด โดยระยะเวลาในการทางานของรเลยจะขนอยกบการปรบตง

4.2.1.3 รเลยปองกนกระแสเกนหนวงเวลาแบบผกผนจากดเวลาตาสด (Inverse Definite Minimum Time

Overcurrent Relay, IDMT Relay)

รเลยปองกนกระแสเกนหนวงเวลาแบบ IDMT จะทางานในลกษณะของรเลยปองกนกระแสเกน

แบบหนวงเวลาผกผนในชวงกระแสลดวงจรตา ๆ และจะทางานในลกษณะของรเลยปองกนกระแสเกน

แบบแนนอนถาคากระแสลดวงจรมคาสง ตวอยางการทางานของรเลย IDMT มาตรฐานเปนไปตามสมการ

TMSI

t ⋅−

=1

14.002.0 (4.3)

4.2.1.4 รเลยปองกนกระแสเกนหนวงเวลาแบบผกผนมาก (Very Inverse-Time Overcurrent Relay)

รเลยปองกนกระแสเกนหนวงเวลาแบบผกผนมากจะมการทางานทตอบสนองตอกระแสลดวงจร

เรวกวารเลยแบบ IDMT รเลยชนดนจะถกเลอกใชในกรณทไมสามารถปรบตงรเลย IDMT ใหทางาน

สมพนธกบรเลยตวอนได ตวอยางการทางานของรเลยปองกนกระแสเกนหนวงเวลาแบบผกผนมาก

มาตรฐานเปนไปตามสมการ

TMSI

t ⋅−

=15.13

(4.4)

4.2.1.5 รเลยปองกนกระแสเกนหนวงเวลาแบบผกผนอยางยง (Extremely Inverse-Time Overcurrent

Relay)

รเลยปองกนกระแสเกนหนวงเวลาแบบผกผนอยางยง จะมการตอบสนองตอคากระแสลดวงจรท

เรวขนกวารเลยปองกนกระแสเกนหนวงเวลาแบบผกผนมาก คณสมบตการทางานของรเลยชนดนจะ

ทางานสมพนธกบฟวสไดด นอกจากนรเลยชนดนเหมาะสาหรบการใชในการปองกนการทางานเกนพกด

(Overload) ของอปกรณไฟฟาเชน เครองกาเนดไฟฟา หมอแปลงไฟฟา ตวอยางการทางานของรเลย

ปองกนกระแสเกนหนวงเวลาแบบผกผนอยางยงมาตรฐานเปนไปตามสมการ

TMSI

t ⋅−

=1

802 (4.5)


55


คณลกษณะการทางานของรเลยปองกนกระแสเกนแบบหนวงเวลาแตละชนดตามมาตรฐาน IEC

สามารถแสดงไดดงรปท 4.2

รปท 4.2 คณลกษณะของรเลยปองกนกระแสเกนแบบหนวงเวลาตามมาตรฐาน IEC

4.2.2 ประเภทของรเลยปองกนกระแสเกนแบบหนวงเวลาตามมาตรฐาน IEEE

สาหรบมาตรฐาน IEEE ไดกาหนดคณลกษณะของรเลยโดยใชสมการ โดยคาคงทมาตรฐานแสดง

โดยสรปไดดงตารางท 4.1

TDSI

At ⋅−

=12 เมอ 10 <≤ I (4.6)

TDSBI

At p ⋅

+

−=

1 เมอ 1>I (4.7)

โดยท

t เปนเวลาทหนวงของรเลย

100 101 10210-1

100

101

102

103

Current (Multiply of Setting)

Tim

e (S

econ

d)

Extremely Inverse

Very Inverse Normal or Standard Inverse

Difinite Time


56


I เปนคากระแสทไหลผานรเลย ซงจะแสดงเปนสดสวนของกระแสเรมตนทางานของรเลย เปนคา

ตอหนวย (per unit) (ในมาตรฐาน IEC เรยกวา คาหมดตวคณปรบตง (Plug Setting Multiplier,

PSM))

A, B, p เปนคาคงทแสดงคณสมบตของรเลย

TDS เปนคาการปรบตงคาหนาปดเวลา (Time Dial Setting)

ตารางท 4.1 คาคงทแสดงคณสมบตของรเลยตามมาตรฐาน IEEE

C37.112-1996 "IEEE Standard Inverse-Time Characteristic Equations for Overcurrent Relays" Characteristic A B p

Moderately Inverse 0.0515 0.1140 0.02 Very Inverse 19.610 0.4910 2.00 Extremely Inverse 28.200 0.1217 2.00

4.2.3 การประยกตใชรเลยปองกนกระแสเกนแบบหนวงเวลา

พนฐานการใชงานรเลยปองกนกระแสเกนกคอการปองกนระบบไฟฟาแบบแขนง (Redial

System) ซงแสดงในหวขอ 1.1.1 โดยจะมการปองกนทงการลดวงจรระหวางเฟสและลดวงจรลงดน รเลย

ปองกนกระแสเกนมการใชงานทงในอตสาหกรรมและระบบสายสงยอย (Subtransmission) ดวย เนองจาก

มราคาไมสงเมอเทยบกนรเลยแบบระยะทางและแบบนารองซงจะกลาวถงในบทท 5 และ 6 ตามลาดบ

รปท 4.3 ตวอยางวงจรปองกนกระแสเกนพรอมดวยการปองกนลดวงจรลงดน

รเลยปองกนกระแสเกนมท งแบบเหนยวนาแมเหลกไฟฟา แบบอเลกทรอนกสและแบบ

ไมโครโปรเซสเซอร รปท 4.3 แสดงตวอยางการตอวงจรปองกนกระแสเกนและปองกนการลดวงจรลงดน

Rb

Rc

Ra

Rg

-Circuit BreakerTrip coil

Relay Contact

S

t

Seal-in

Target

S

S

t

S

t

S

t

Ra Rb Rc Rg

+

AB

C

Rb

Rc

Ra

Rg

-Circuit BreakerTrip coil

Relay Contact

S

t

Seal-in

Target

S

S

t

S

t

S

t

Ra Rb Rc Rg

+

AB

C


57


โดยการตอวงจรในลกษณะดงกลาวจะสามารถปองกนการลดวงจรระหวางเฟสใด ๆ และการลดวงจรลง

ดนไดครอบคลมทกกรณโดยใชรเลยปองกนกระแสเกนทสองเฟสใด ๆ และรเลยตรวจจบการลดวงจรลง

ดนอกหนงตวโดยตรวจจบผลรวมของกระแสทงสามรวมกน การเพมรเลยจนครบทงสามเฟสจะทาใหม

การปองกนทรดกมยงขน และเมอตองมการถอดรเลยตวใดตวหนงออกเพอซอมบารงหรอปรบตงคา กยง

ทาใหระบบมการปองกนทครอบคลมอย


58



1. จงอธบายสงทตองพจารณาในการปองกนกระแสเกนในระบบไฟฟากาลง

2. จงเขยนแสดงกราฟการทางานของรเลยปองกนกระแสเกนแบบหนวงเวลาผกผน (Inverse Time

Overcurrent Relay) ตามมาตรฐาน IEC ทคา TMS = 0.1 – 1.0

3. จงเขยนแสดงกราฟการทางานของรเลยปองกนกระแสเกนแบบหนวงเวลาผกผนมาก (Very

Inverse Time Overcurrent Relay) ตามมาตรฐาน IEC ทคา TMS = 0.1 – 1.0

4. จงเขยนแสดงกราฟการทางานของรเลยปองกนกระแสเกนแบบหนวงเวลาผกผน (Inverse Time

Overcurrent Relay) ตามมาตรฐาน IEEE/ANSI ทคา TMS = 0.5 – 10

5. จงเขยนแสดงกราฟการทางานของรเลยปองกนกระแสเกนแบบหนวงเวลาผกผนมาก (Very

Inverse Time Overcurrent Relay) ตามมาตรฐาน IEEE/ANSI ทคา TMS = 0.5 – 10

6. จงเขยนแสดงวงจรในการปองกนระบบไฟฟากาลงดวยรเลยปองกนกระแสเกนแบบหนวงเวลา

กจกรรมมอบหมาย

1. ใหนกศกษาทาการเขยนกราฟคณลกษณะการทางานของรเลยตามมาตรฐาน IEC

1.1 Standard Inverse

1.2 Very Inverse

1.3 Extremely Inverse

โดยแตละกราฟเปนการ

- แสดงคา TMS ทคา 0.1, 0.2, 0.3, 0.4, 0.5, 0.6, 0.7, 0.8, 0.9, 1.0

- แสดงคา PSM จาก 1.1-20

2. ใหนกศกษาทาการเขยนกราฟคณลกษณะการทางานของรเลยตามมาตรฐาน IEEE โดย

2.1 Moderately Inverse

2.2 Very Inverse

2.3 Extremely Inverse

โดยแตละกราฟเปนการ

- แสดงคา TDS ทคา 0.5, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10

- แสดงคา PSM จาก 1.1-20


59


ตวอยางคาสงการใชโปรแกรม MATLAB ในการสรางกราฟแสดงการทางานของรเลย

คาสง อธบายคาสง I = 1.1:0.1:20;

K1 = 13.5;

n1 = 1;

t1 = 0.1*K1./(I.^n1-1);

t2 = 0.2*K1./(I.^n1-1);

t3 = 0.3*K1./(I.^n1-1); t4 = 0.4*K1./(I.^n1-1); t5 = 0.5*K1./(I.^n1-1); t6 = 0.6*K1./(I.^n1-1); t7 = 0.7*K1./(I.^n1-1); t8 = 0.8*K1./(I.^n1-1); t9 = 0.9*K1./(I.^n1-1); t10 = 1*K1./(I.^n1-1);

loglog(I,t1,I,t2,I,t3,I,t4,I,t5,I,t6,I,t7,I,t8,I,t9,I,t10);

grid on

คา I ตงแต 1.1 – 20 p.u. เปลยนทละ 0.1 p.u.

กรณรเลยแบบ IEC Very Inverse K = 13.5, n = 1

( TMSI

t ⋅−

=15.13

)

TMS = 0.1 จะไดคา t1 ทแตละคา I

TMS = 0.2 (ไลไปเรอย ๆ)

TMS = 1.0

สง plot บน log scale ระหวางคา I แกน x กบคา t แกน y ท

TMS คาตาง ๆ

สงใหกราฟแสดงเสนตาขาย (Grid)


60




เรอง คณสมบตของรเลยปองกนกระแสเกนแบบหนวงเวลา


1. เพอใหนกศกษาไดเขาใจหลกการปรบตงรเลยปองกนกระแสเกนแบบหนวงเวลา

2. เพอใหนกศกษาเขาใจวธการอานคาคณสมบตของรเลยปองกนกระแสเกนแบบหนวงเวลา

3. เพอใหนกศกษาสามารถคานวณคากระแสและเวลาในการทางานของรเลยปองกนได

เนอหา

หลกการปรบต งรเลยปองกนกระแสเกนแบบหนวงเวลา การแสดงคณสมบตของรเลยตาม

มาตรฐาน IEC การแสดงคณสมบตของรเลยตามมาตรฐาน IEEE/ANSI




สอบถามความเขาใจ แบบทดสอบ กจกรรมมอบหมาย




61



เรอง คณสมบตของรเลยปองกนกระแสเกน

แบบหนวงเวลา

5.1 หลกการปรบตงรเลยปองกนกระแสเกนแบบหนวงเวลา

การปรบตงรเลยปองกนกระแสเกนแบบหนวงเวลาจะมการปรบตงคาสองอยางคอ

1. คากระแสเรมตนทางาน (Pickup Current) หรอเรยกวาการปรบแทป (Tap Setting) หรอการปรบ

หมดตวคณ (Plug Setting Multiplier, PSM)

2. คาการหนวงเวลา (Time Delay) หรอเรยกวาการปรบหนาปดเวลา (Time Dial Setting) หรอ การ

ปรบตวคณเวลา (Time Multiplier Setting, TMS)

วตถประสงคในการปรบตงคาทงสองดงกลาวกคอการทาใหรเลยสามารถตรวจจบคากระแสเกน

หรอกระแสลดวงจรในสายสงหรออปกรณทรบผดชอบอยและทาหนาทปองกนสารอง (Backup) รเลยใน

สายสงหรออปกรณทอยถดไปดวย เรยกวาการทางานสมพนธกน (Coordination)

การปรบคากระแสเรมตนทางานหรอการปรบแทปเปนการกาหนดคากระแสขนตาทรเลยจะ

ตรวจจบ (Input) วาผดปกตและเรมทางานจนกระทงสงสญญาณออกไป (Output) สญญาณนอาจเปน

หนาสมผสหรอสวตชอเลกทรอนกส

การปรบคาการหนวงเวลาหรอการปรบหนาปดเวลา เปนการปรบตงคณสมบตการหนวงเวลาเมอ

รเลยตรวจพบวาเกดกระแสเกนหรอลดวงจรขนกอนทจะมการสงสญญาณออกไป รปท 2.6 จะแสดงให

เหนหลกการปรบตงการหนวงเวลาของรเลยแบบไฟฟากลไฟฟาโดยการปรบระยะหางระหวางหนาสมผส

ทจะสงสญญาณใหตดวงจร การปรบการหนวงเวลาในรเลยแบบไฟฟากลไฟฟาจะสามารถปรบตงได

ตอเนองกน (Contineous) สวนในรเลยแบบอเลกทรอนกสอาจทาไดตอเนองหรออาจเปนแบบไมตอเนอง

(Discrete) กได

สรปการปรบตงรเลยปองกนกระแสเกนไดดงน

การปรบตง มาตรฐาน

IEEE IEC

1. ปรบตงคากระแสเรมตนทางาน Pickup Current หรอ

Tap Setting

Relay Current Setting หรอ

Plug Setting Multiplier (PSM)

2. ปรบตงคาการหนวงเวลา Time Dial Setting (TDS) Time Multiplier Setting (TMS)


62


5.2 การแสดงคณสมบตของรเลยตามมาตรฐาน IEEE/ANSI (IEEE/ANSI

C37.112-1996)

คณสมบตของรเลยปองกนกระแสเกนตามมาตรฐาน IEEE/ANSI จะแสดงเปนกราฟหลายเสน

โดยแตละเสนจะมคาการหนวงเวลาเรยกวา การปรบตงคาหนาปดเวลา (Time Dial Setting, TDS) ตงแต

1/2, 1, 2, 3, …,10 ดงแสดงในรปท 5.1

รปท 5.1 ตวอยางคณสมบตของรเลยตามมาตรฐาน IEEE/ANSI

จากรปท 5.1 จะสามารถปรบคาไดตงแตคา TDS เทากบ 1/2 ซงเปนการทางานทเรวทสด (หนวง

เวลานอยทสด) ไปถงคา TDS เทากบ 10 ซงเปนการทางานทชาทสด (หนวงเวลามากทสด) แกน x จะแสดง

100

101

102

10-1

100

101

102

103

Time Dial Setting

10 9 8 7 6

5 4 3 2

1

1/2

Multiple of Relay Tap Setting

Tim

e i

n S

eco

nd


63


คากระแสทตรวจจบไดโดยเทยบกบกระแสเรมตนทางานหรอเปนคาตอหนวย (per unit, p.u.) ของกระแส

เรมตนทางานหรอเรยกวาการปรบตงแทป (Tab Setting) สวนแกน y จะเปนคาเวลาทรเลยหนวงไดกอนสง

สญญาณออกไป ในกรณของรเลยแบบไฟฟากลไฟฟา การทดสอบการทางานในชวงทกระแสใกลเคยงกบ

กระแสเรมตนทางานจะทาไดไมแมนยา จงมกไมแสดงคณลกษณะในกรณทกระแสใกลเคยงกระแส

เรมตนทางานไวในกราฟ โดยปกตแลวกราฟแสดงคณสมบตของรเลยจะเรมท 1.5 เทาของกระแสเรมตน

ทางาน (1.5 p.u.) เปนตนไป

ตวอยางท 5.1 รเลยมคณสมบตดงรปท 5.1 (IEEE/ANSI) ถาทาการปรบตงใหเรมตรวจจบกระแสเกน

เรมตนท 4 A และเลอกการหนวงเวลาตามกราฟ TDS = 1 ถากระแสทตรวจจบได (Input) มคาเปน 12 A

จะเกดสญญาณ (Output) จากรเลยเมอเวลาผานไปนานเทาใด

วธทา จากกระแสทรเลยตรวจจบไดมคาเปน 12 A จะมคาเปน 12/4 = 3 p.u.

เมอลากเสนจาก 3 p.u. ไปตดกราฟ TDS = 1 ดงรปท 5.2

จะพบวารเลยจะหนวงเวลาไวเทากบ 2.43 วนาท

รปท 5.2 แสดงการหนวงเวลาของรเลยจากคาในตวอยางท 5.1 และ 5.2

100

101

102

10-1

100

101

102

103

Time Dial Setting

10 9 8 7 6

5 4 3 2

1

1/2


Tim

e i

n S

eco

nd

3

2.43

4.86


64


ตวอยางท 5.2 จากคณสมบตของรเลยในรปท 5.2 ถาปรบตงใหคากระแสเรมตนทางานเปน 5 A และปรบ

การหนวงเวลาเปนกราฟ TDS = 2 ถากระแสทตรวจจบไดมคาเปน 15 A รเลยจะหนวงเวลาไวเทาใด


เมอลากเสนจาก 3 p.u. ไปตดกราฟ TDS = 2 ดงรปท 5.2

จะพบวารเลยจะหนวงเวลาไวเทากบ 4.86 วนาท

ตวอยางท 5.3 จากรเลยทมคณสมบตในรปท 5.1 (IEEE/ANSI)ถาตองการปรบใหรเลยเรมตนทางานท 10

A และสงสญญาณเมอมกระแสตรวจจบได 50 A ในเวลา 5 วนาท จะตองทาการปรบคาการหนวงเวลาไปท

กราฟเสนใด


เมอลากเสนจาก 5 p.u. ไปพบกบคาการหนวงเวลา 5 วนาท

จะไปพบกนทกราฟ TDS = 3 ดงรปท 5.3

ดงนนตองปรบตงการหนวงเวลาไปทกราฟ TDS = 3

รปท 5.3 การหนวงเวลาของรเลยจากคาในตวอยางท 5.3

100

101

102

10-1

100

101

102

103

Time Dial Setting

10 9 8 7 6

5 4 3 2

1

1/2


Tim

e i

n S

eco

nd

5

5


65


ตวอยางท 5.4 จากรเลยทมคณสมบตในรปท 5.1 (IEEE/ANSI)ถาตองการปรบใหรเลยเรมตนทางานท 5 A

และสงสญญาณเมอมกระแสตรวจจบได 35 A ในเวลา 2 วนาท จะตองทาการปรบคาการหนวงเวลาไปท

กราฟเสนใด


เมอลากเสนจาก 7 p.u. ไปพบกบคาการหนวงเวลา 2 วนาท

จะไปพบกนทจดระหวางกราฟ TDS = 1 และ TDS = 2 ดงรปท 5.4

ดงนนตองปรบตงการหนวงเวลาไปทระหวางกราฟ TDS = 1 และ TDS = 2


100

101

102

10-1

100

101

102

103

Time Dial Setting

10 9 8 7 6

5 4 3 2

1

1/2


Tim

e i

n S

eco

nd

2

7


66


ในตวอยางท 5.4 ถารเลยเปนแบบเหนยวนาแมเหลกไฟฟา การปรบตงจะสามารถทาใหอยระหวาง

กราฟ 1 และ 2 โดยการอนเตอรโพเลทระหวางกราฟทงสอง อยางไรกตามคาการหนวงเวลาทแนนอนจะ

ไดจากการทดสอบและปรบแตงละเอยดอกครง โดยรเลยของแตละผผลตจะมวธการปรบตงทแตกตางกน

สาหรบรเลยปองกนกระแสเกนในเฟสคากระแสเรมตนทางานทปรบต งจะตองอยระหวาง

คากระแสสงสดในการทางานปกตกบคากระแสลดวงจรทนอยทสด ในทานองเดยวกนรเลยปองกนการ

ลดวงจรลงดนจะตองปรบตงใหมคากระแสเรมตนทางานระหวางคากระแสไหลผานลงดนปกตทเกดจาก

ผลของการไมสมดล (unbalance) ของระบบกบคากระแสลดวงจรลงดนทนอยทสด

5.3 การแสดงคณสมบตของรเลยตามมาตรฐาน IEC (IEC60255)

ในมาตรฐาน IEC รเลยปองกนกระแสเกนจะมคณสมบตการหนวงเวลาเปนกราฟหลายเสนโดย

ปรบตงทคาตวคณเวลา (Time Multiplier Setting, TMS) ซงจะมคาตงแต 0.1, 0.2, 0.3, …, 1 มาตรฐาน IEC

จะมการปรบคากระแสเรมตนทางานเปนเปอรเซนตของพกดรเลย โดยในกรณการปองกนการลดวงจร

ระหวางเฟสจะมปรบตงกระแสของรเลย ไดตงแต 50%, 75%, 100%, 125%, 150%, 175%, และ 200% นน

คอถารเลยมพกดเปน 5 A กจะสามารถปรบตงคากระแสเรมตนทางานไดเปน 2.5 A (50%), 3.75 (75%), 5

A (100%), …, 10 A (200%) ถากระแสเรมตนทางานเปน 2.5 A กจะเรมตนทางานเมอกระแสเกน 2.5 A

ไหลผานรเลย สวนการลดวงจรลงดนจะปรบตงกระแสพกดของรเลย (Rated Current Setting) ไดตงแต

20%, 30%, 40%, 50%, 60%, 70% และ 80% รปท 4.8 แสดงตวอยางคณสมบตของรเลยปองกนกระแสเกน

แบบหนวงเวลาตามมาตรฐาน IEC

ในรเลยรนใหมทเปนเปนแบบดจตอลหรอแบบไมโครโปรเซสเซอรจะสามารถปรบตงคาได

ละเอยดมากขน เชน สามารถเลอกคากระแสเรมตนทางานไดในชวง 10 – 240% หางกนชวงละ 5%

จากรปท 5.5 คาบนแกน y จะเปนเวลาทรเลยหนวงไวตามการปรบตง TMS แตละเสน สวนคาบน

แกน x จะเปนคาหมดตวคณปรบตง (Plug Setting Multiplier, PSM) ซงเปนคาสดสวนของกระแสทไหล

ผานรเลยกบคาพกดของรเลย หรอสามารถแสดงไดดงสมการ

กระแสองหมอแปลงอตราสวนขยงของรเลกระแสปรบต

ปลงกระแสมของหมอแงดานปฐมภกระแสไหลทา

ยงของรเลกระแสปรบต

านรเลยกระแสไหลผ

⋅==PSM

ตวอยางเชน รเลยพกด 5 A ถาทาการปรบตงพกดกระแสของรเลยไวท 50% จะไดเปน 2.5 A และ

- ถา PSM = 4 หมายถงคากระแสทไหลผานรเลยเทากบ 4 x 2.5 = 10 A

- ถา PSM = 6 หมายถงคากระแสทไหลผานรเลยเทากบ 6 x 2.5 = 15 A


67


รปท 5.5 ตวอยางคณสมบตของรเลยตามมาตรฐาน IEC ( TMSI

t ⋅−

=1

14.002.0 )

ตวอยางท 5.5 ร เลยปองกนกระแสเกนแบบหนวงเวลาผกผนมคณสมบตการทางานดงสมการ

TMSI

t ⋅−

=1

14.002.0 (IEC) ถาใชหมอแปลงกระแสอตราสวน 1000/5 A พกดรเลยทมคา 5 A ปรบตง

คากระแสของรเลยไวท 100% ของพกด ตงคา TMS ไวท 0.5 และ PSM ไวท 1 เมอเกดกระแสผดพรองมคา

เทากบ 5000 A รเลยจะทางานทเวลาเทาใด

วธทา

คากระแสพกดของรเลยปรบตงท 100% ของ 5 A นนคอกระแสพกดเทากบ 5 A

เมอกระแสทางดานปฐมภมเปน 5000 A จะมกระแสทไหลผานรเลย 5000(5/1000) = 25 A

100

101

102

10-1

100

101

102

0.1

0.2

0.3

0.9 1.0

0.8 0.7

0.6 0.5 0.4

Current Plug Setting Multiplier

Opera

ting T

ime in S

econd

Time Multiplier Setting


68


คากระแส 25 A จะเทากบคา PSM = 25/5 = 5

ถาปรบคา TMS ไปท 1.0 จะมการหนวงเวลาเปน

28.4115

14.002.0 =⋅−

=t sec.

ถาปรบคา TMS ไปท 0.5 จะมการหนวงเวลาเปน

14.25.015

14.002.0 =⋅−

=t sec.

ตวอยางท 5.6 รเลยกระแสเกนแบบหนวงเวลาผกผนอยางยง มคณสมบตการทางานตามสมการ

TMSI

t ⋅−

=1

802 (IEC) ใชหมอแปลงกระแสอตราสวน 1000/5 A พกดรเลยทมคา 5 A ปรบตงคากระแส

ของรเลยไวท 125% ของพกด ถาตองการใหรเลยทางานทเวลา 2 วนาท เมอเกดกระแสผดพรองมคาเทากบ

6000 A จะตองปรบตงคา TMS เทาใด

วธทา

คากระแสพกดของรเลยปรบตงท 125% ของ 5 A นนคอกระแสพกดเทากบ 6.25 A

เมอกระแสทางดานปฐมภมเปน 6000 A จะมกระแสทไหลผานรเลย 6000(5/1000) = 30 A

คากระแส 30 A จะเทากบคา PSM = 30/6.25 = 4.8

ถาตองการหนวงเวลา 2 วนาท จะไดวา

TMSTMS ⋅=⋅−

= 63.318.4

802 2

ดงนนตองปรบตง

55.063.32

==TMS


69



1. รเลยมคณสมบตดงรปท P4.2.1 ถาทาการปรบตงใหเรมตรวจจบกระแสเกนเรมตนท 5 A และเลอกการ

หนวงเวลาตามกราฟ 1 ถากระแสทตรวจจบได (Input) มคาเปน 10 A จะเกดสญญาณ (Output) จาก

รเลยเมอเวลาผานไปนานเทาใด

รปท P5.1

2. จากคณสมบตของรเลยในขอ 1. ถาปรบตงใหคากระแสเรมตนทางานเปน 5 A และปรบการหนวงเวลา

เปนกราฟท 4 ถากระแสทตรวจจบไดมคาเปน 10 A รเลยจะหนวงเวลาไวเทาใด

3. จากรเลยทมคณสมบตในขอ 2. ถาตองการปรบใหรเลยเรมตนทางานท 5 A และสงสญญาณเมอม

กระแสตรวจจบได 40 A ในเวลา 0.4 วนาท จะตองทาการปรบคาการหนวงเวลาไปทกราฟเสนใด

100

101

102

10-1

100

101

102

103

Time Dial Setting

10 9 8 7

6

5 4 3 2

1

1/2


Tim

e i

n S

eco

nd

s


70


4. รเลยกระแสเกนมการทางานแบบ Very Inverse (VI) ตามมาตรฐาน IEC 60255 ตงคา TMS ไวท 0.6

พกดรเลย 5 A และปรบตงคากระแสไวท 100% ถาใชหมอแปลงกระแสอตราสวน 800/5 A เมอเกด

กระแสลดวงจรในสายสงมคาเทากบ 5000 A รเลยจะทางานทเวลาเทาใด

5. รเลยกระแสเกนมการทางานแบบ Extremely Inverse ตามมาตรฐาน IEEE/ANSI C.37.112-1996 มการ

ปรบตงดงน Time Dial Setting (TDS) = 2 ปรบตงคากระแสเรมตนทางานท 4 A ถาใชหมอแปลง

กระแส 1000/5 A หากเกดกระแสลดวงจร 7000 A จงคานวณหาวารเลยจะทางานทเวลาเทาใด

6. รเลยกระแสเกนม Curve การทางานแบบ Extremely Inverse (EI) [IEC 60255]ใช CT Ratio พกด 800/5

A โดยปรบตงคากระแสไวท 125% เมอเกดกระแสผดพรองมคาเทากบ 5000 A ถาตองการใหรเลย

ทางานทเวลา 2.0 วนาท จะตองปรบตงคา TMS เทาใด

7. Overcurrent Relay แบบ Extremely Inverse มการปรบตงดงน Time Multiplier Setting (TMS) = 0.2

CT Ratio = 1000/5 A Pick Up Value = 4 A หากเกดกระแส Fault 8000 A จงคานวณหาวารเลยจะ

ทางานทเวลาเทาใด


1. ใหนกศกษาออกแบบแผนคานวณในโปรแกรม Spread Sheet สาหรบหาระยะเวลาทรเลยจะประวงเวลา

(t) จากการใสคา

o สมการคณสมบตของรเลย

o คากระแสปรบตง (Relay Current Setting) และคา TMS ของรเลย

o อตราสวนของหมอแปลงกระแส

o กระแสลดวงจรทสายสง

ตวอยางการออกแบบแผนคานวณในโปรแกรม Excel

คาทกรอกโดยผใช

รเลย IEC K =

n =

อตราสวนของหมอแปลงประแส / A

กระแสปรบตงรเลย (Relay Current Setting) %

คา Time Multiplier Setting (TMS)

กระแสลดวงจรทสายสง A

คาทคานวณดวยโปรแกรม

กระแสปรบตงรเลย (Relay Current Setting) A

กระแสทไหลไปรเลย A

กระแสทไหลไปรเลย/กระแสปรบตง (PSM)

คาการประวงเวลา (t) = วนาท

TMSI

Kt n ⋅−

=1


71




เรอง การปรบตงรเลยปองกนกระแสเกน


1. เพอใหนกศกษาไดเขาใจวธการปรบตงรเลยปองกนกระแสเกนแบบหนวงเวลา

2. เพอใหนกศกษาสามารถปรบตงรเลยปองกนกระแสเกนได

3. เพอใหนกศกษาไดเขาใจหลกการปรบตงรเลยปองกนกระแสเกนแบบทนท

4. เพอใหนกศกษาไดเขาใจวธการปองกนกระแสเกนแบบทศทาง

เนอหา

หลกการปรบตงรเลยปองกนกระแสเกนแบบหนวงเวลา การใชรเลยปองกนกระแสเกนแบบทนท

การปองกนการลดวงจรดวยรเลยปองกนระแสเกนแบบทนท หลกการปรบตงรเลยปองกนกระแสเกนแบบ

ทนท การปองกนกระแสเกนแบบทศทาง




สอบถามความเขาใจ แบบทดสอบ กจกรรมมอบหมาย




72



เรอง การปรบตงรเลยปองกนกระแสเกน

6.1 หลกการปรบตงรเลยปองกนกระแสเกนแบบหนวงเวลา

หลกการในการปรบตงรเลยปองกนกระแสเกนแบบหนวงเวลาจะเปนการพจารณาใหรเลยทางาน

สมพนธกนดวยเวลาทหนวงหรอเรยกวา Time-Graded System โดยในทางปฏบตนน การปรบตงคารเลย

จะมความไมแนนอนในการวเคราะหอยดวย เชน

การคานวณคากระแสลดวงจรโดยปกตจะคดเฉพาะคารแอคแตนซของระบบโดยไมนาคา

ความตานทานมาคานวณ

การหาคาตอบการไหลของกาลงงานไฟฟา (Power Flow Solution) จะมสวนทเปนการ

คาดการณคอคาของกาลงงานไฟฟาของภาระ

คาอมพแดนซทใชในการคานวณมาจากคณลกษณะ (Specification) ทเสนอโดยผผลต และ

ความยาวของสายสงเปนคาจากการออกแบบซงมกไมใชคาทตดตงจรง นนคอคาอมพ

แดนซไมใชคาททดสอบจรง

ตวรเลยมความคลาดเคลอนในการทางาน

ดงนการปรบตงรเลยจะมการเผอระยะไวสวนหนง โดยในทางปฏบต

การวเคราะหคากระแสลดวงจรจะใชคากระแสลดวงจรทบสตาง ๆ และโดยพจารณาไดวา

คากระแสลดวงจรทแตละดานของเบรกเกอรมคาใกลเคยงกนมาก ดงแสดงในรปท 4.9 การ

พจารณาคากระแสลดวงจรทจด A และ B จะใชคากระแสลดวงจรจากการวเคราะหการ

ลดวงจรทบส 2

ทงนการปรบตงคากระแสเรมตนทางานของรเลยขขนอยกบปจจยหลายอยาง โดยในรเลย

ปองกนกระแสเกนในเฟสจะปรบตงคากระแสเรมตนทางานใหอยระหวางสองเทาของ

กระแสสงสดในการทางานปกตกบคา 1/3 เทาของกระแสลดวงจรตาสดทเปนไปได หรอ

ในรเลยรนใหมอาจใชเกณฑกาหนดคาปรบตงรเลยจะใชคาประมาณ 1.1-2.0 เทาของ

กระแสสงสดในการทางานปกต

ในรเลยปองกนลดวงจรลงดนจะปรบตงคากระแสเรมตนทางานใหอยระหวางสองเทาของ

กระแสไหลผานดนในการทางานปกตกบคา 1/3 เทาของกระแสลดวงจรลงดนตาสดท

เปนไปได โดยในกรณทไมสามารถหาคากระแสไหลผานดนในการทางานปกตไดอาจใช

คา 10% ของกระแสทางานปกต


73


รปท 6.1 การพจารณาคากระแสลดวงจรทใชในการปรบตงรเลย

ตวอยางท 6.1 จากรปท 6.2 จงคานวณคาอตราสวนของหมอแปลงกระแสและกระแสเรมตนทางานท

เหมาะสมของรเลย R12 โดยจากการวเคระหระบบไฟฟาพบวาสายสง 1-2 จะมคากระแสไฟฟาจายแกภาระ

สงสด 90 A และคากระแสลดวงจรตาสดและสงสดเทากบ 700 A และ 1000 A ตามลาดบ โดยรเลย

สามารถเลอกคากระแสเรมตนทางาน (Tap Setting) ไดเปน 2.0, 4.0, 6.0, 8.0, 10.0 และ 12.0 A และรเลย

ไมตองทางานสมพนธ (Coordinate) กบรเลยอน


วธทา

1. เลอกออกแบบใหหมอแปลงกระแสมกระแสพกดดานทตยภมเปน 5 A

2. จากคากระแสไฟฟาไหลสงสด 90 A อตราสวนของหมอแปลงกระแสควรจะเปน 90/5 A ซงไมใช

อตราสวนมาตรฐาน ดงน เลอกใชหมอแปลงกระแส 100/5 A

3. คากระแสเรมตนทางานของรเลยควรอยระหวางสองเทาของกระแสสงสดในการทางานปกตกบ

คา 1/3 เทาของกระแสลดวงจรตาสด นนคอระหวาง 2x90 = 180 A และ (1/3)x700 = 233.33 A

4. จากอตราสวนของหมอแปลงกระแส 100/5 A หรอ 20/1

1 2~

3

A B

คากระแสลดวงจรสงสดทจด A คากระแสลดวงจรสงสดทจด B

คากระแสลดวงจรสงสดทบส 2 =

คากระแสลดวงจรตาสดทบส 2 =

คากระแสลดวงจรตาสดทจด A คากระแสลดวงจรตาสดทจด B

1 2~

3

A B

คากระแสลดวงจรสงสดทจด A คากระแสลดวงจรสงสดทจด B

คากระแสลดวงจรสงสดทบส 2 =

คากระแสลดวงจรตาสดทบส 2 =

คากระแสลดวงจรตาสดทจด A คากระแสลดวงจรตาสดทจด B

R

1 2

R12

~

R

1 2

R12

~

R

1 2

R12

~

R

1 2

R12

~


74


a. สองเทาของกระแสสงสดในการทางานปกตจะทาใหเกดกระแสผานรเลยเทากบ

180(5/100) = 9.0 A

b. คา 1/3 เทาของกระแสลดวงจรตาสดจะทาใหเกดกระแสผานรเลยเทากบ

233.33(5/100) = 11.66 A

5. ดงนนปรบคากระแสเรมตนทางานหรอ Tap setting ของรเลยไปท 10 A

6. รเลยไมตองทางานสมพนธกบรเลยอน ดงนนปรบคาการหนวงเวลา (Time dial setting) ไปทการ

ตดวงจรเรวทสด (TDS ตาสด)

จากตวอยางท 6.1 เปนการปองกนทรเลยไมมการทางานสมพนธหรอเรยกวา Coordination กบ

รเลยตวอน จงทาการปรบตงคาการหนวงเวลาใหนอยทสด ในกรณทรเลยตองทางานสมพนธกบรเลยอน

จะตองการปรบคาการหนวงเวลาทเหมาะสม รปท 6.3 แสดงการทางานสมพนธกนของรเลยในระบบ

ไฟฟาแบบแขนง (Radial System)

จากรปท 6.3 กราฟแสดงการทางานหนวงเวลาของรเลยไดเขยนใหมลกษณะกลบกนกบในรปท

4.4 เพอใหสอดคลองกบกระแสลดวงจรทมคาเพมขนทเมอเกดลดวงจรใกลกบเครองกาเนดไฟฟามากขน

โดยการทางานของรเลยจะตองมคณสมบตดงน

รเลย R45 จะตองตดวงจรในสายสง 4-5 ใหเรวทสด

รเลย R34 จะตองจะมการหนวงเวลาในการทางานมากขนจากรเลย R45 เรยกวา ชวงเวลาการ

ทางานสมพนธ (Coordinating Time) โดยจะรบผดชอบการปองกนการลดวงจรในสายสง 3-4

และทาการปองกนสารอง (Backup) การลดวงจรในสายสง 4-5 ในกรณทรเลย R45 หรอเบรคเกอร

B45 ไมทางาน

รเลย R23 จะตองมการหนวงเวลาในการทางานมากขนจากรเลย R34 โดยจะรบผดชอบการ

ปองกนการลดวงจรในสายสง 2-3 เปนหลกและทาการปองกนสารอง (Backup) การลดวงจรใน

สายสง 3-4 และ 4-5 ในกรณทรเลยและเบรคเกอรในสายสง 3-4 และ 4-5 ไมทางาน

รเลย R12 จะตองมการหนวงเวลาในการทางานมากขนจากรเลย R23 โดยจะรบผดชอบการ

ปองกนการลดวงจรในสายสง 1-2 เปนหลก และทาหนาปองกนสายสงตลอดทางในกรณทเกดลดวงจร

และไมมรเลยหรอเบรกเกอรตวใดทางานเลย

ในการจดลาดบเวลาการทางานของรเลยกระแสเกนหลายตวใหทางานสมพนธกนไดอยางถกตอง

เหมาะสมนน จะตองมเกณฑในการกาหนดวาสวนตางเวลาทางานขนตาในการหนวงเวลาของรเลยท

ปองกนสารองควรเปนคาใด เกณฑในการกาหนดคาสวนตางเวลาขนตา (grading Margin) นนขนอยกบ

ปจจยหลายอยาง ซงมคาทแตกตางกนตามเทคโนโลยของบรภณฑทใชในระบบปองกน ประกอบดวย

- คาชวงเวลาการตดตอนของเซอรกตเบรกเกอร (Circuit Breaker Operating Time)

- คาความคลาดเคลอนของสวนตางเวลาการทางานของรเลยทมากทสดทจะเปนไปได (Relay Error)


75


- คาเวลาการทางานเกนของรเลย (Overshoot)

- คาชวงเวลาทเผอไวเพอใหมนใจวาจะไมเกดการผดพลาดอยางแนนอน (Safty Margin)

รปท 6.3 การทางานสมพนธ (Coordination) ของรเลย

เมอเกดการลดวงจรขนทสายสง 4-5 รเลย R45 จะเรมตนทางาน (Pick up) โดยในกรณของรเลย

แบบไฟฟากลไฟฟาจะมการเรมตนหมนของจานเหนยวนา และจะสงเบรกเกอร B45 ตดวงจรเมอถงเวลาท

ปรบตงไว ในขณะเดยวกนรเลย R34 กจะตรวจจบกระแสลดวงจรและเรมตนทางานและจานเหนยวนากจะ

เรมหมนดวยเชนกนแตจะมการหนวงเวลาทมากกวา และจะกลบสสภาวะเดมกอน (Reset) ทจะสง

สญญาณตดวงจรออกไปเมอเบรกเกอร B45 ไดตดวงจร (Clear Fualt) แลว ถากระแสลดวงจรยงคงอยรลย

R34 กจะหมนตอไปจนหนาสมผสสงสญญาณตดวงจรออกไป

ในทางปฏบต การทางานของเบรกเกอรจะมระยะเวลาในการทางานตดวงจรชวงหนง และตวรเลย

เองกไมไดหยดหมนทนทคอมการหมนเกนไปเลกนอยหลงจากทเบรกเกอร B45 ตดวงจรไปแลว เรยกวา

Overtravel ซงเกดขนเฉพาะรเลยแบบไฟฟากลไฟฟาไมมในรเลยแบบอเลกทรอนกสและแบบ

ไมโครโปรเซสเซอรทไมมการเคลอททางกลในการทางาน ดงนนเพอใหรเลย R34 ไมทางานกอนทรเลย

R45 รวมทงเบรกเกอร R45 ทาการตดวงจร จะตองทาการปรบตงคาการหนวงเวลาของรเลย R34 ใหเผอ

เวลาตาง ๆ ขางตนไวดวย โดยทวไปชวงเวลาในการทางานสมพนธกนของรเลยจะมคาประมาณ 0.3-0.5

วนาท

R

1 2

R12 R23

~3

R34

4

R45

เวลา

คากระแสลดวงจรเพมขน

ชวงเวลาในการทางานสมพนธกน (Coordinating Time)

กราฟการทางานของรเลย

R12R23

R34

R45

R R RR

1 2

R12 R23

~3

R34

4

R45

เวลา


ชวงเวลาในการทางานสมพนธกน (Coordinating Time)


R12R23

R34

R45

R R R


76


ตวอยางท 6.2 จากรปท 6.4 จากการวเคราะหระบบไฟฟาพบวาสายสง 2-3 จะมคากระแสไฟฟาไหลสภาระ

สงสด 90 A และ

คากระแสลดวงจรบนสายสง 2-3 ตาสดและสงสดเทากบ 700 A และ 1000 A ตามลาดบ

คากระแสลดวงจรทบส 2 ตาสดและสงสดเทากบ 850 A และ 1500 A ตามลาดบ

คากระแสลดวงจรทบส 1 ตาสดและสงสดเทากบ 1000 A และ 3000 A ตามลาดบ

โดยใชรเลยมคณสมบตดงรปท 6.5 (IEEE/ANSI) ททงบส 1 และบส 2


วธทา

การปรบตงรเลย R23 ไดดงน

1. เลอกออกแบบใหหมอแปลงกระแสมกระแสพกดดานทตยภมเปน 5 A

2. จากคากระแสไฟฟาไหลสงสด 90 A อตราสวนของหมอแปลงกระแสควรจะเปน 90/5 A ซงไมใช

อตราสวนมาตรฐาน ดงน เลอกใชหมอแปลงกระแส 100/5 A

3. คากระแสเรมตนทางานของรเลยควรอยระหวางสองเทาของกระแสสงสดในการทางานปกตกบ

คา 1/3 เทาของกระแสลดวงจรตาสด นนคอระหวาง 2x90 = 180 A และ (1/3)x700 = 233.33 A

4. จากอตราสวนของหมอแปลงกระแส 100/5 A หรอ 20/1

a. สองเทาของกระแสสงสดในการทางานปกตจะทาใหเกดกระแสผานรเลยเทากบ

180(5/100) = 9.0 A

b. คา 1/3 เทาของกระแสลดวงจรตาสดจะทาใหเกดกระแสผานรเลยเทากบ

233.33(5/100) = 11.66 A

5. ดงนนปรบคากระแสเรมตนทางานหรอ Tap setting ของรเลยไปท 10 A

R

1 2

R12

~

R

3

R23 Maximum Load = 90 A

Minimum Fault Current = 1000 AMaximum Fault Current = 3000 A



Setting atI pickup = 10 ATime dial = 1/2

time delay from R23 0.3 sec.

R

1 2

R12

~

R

3







R

1 2

R12

~

R

3







R

1 2

R12

~

R

3








77


6. รเลยไมตองทางานสมพนธกบรเลยอน ดงนนปรบคาการหนวงเวลา (Time dial setting) ไปทการ

ตดวงจรเรวทสดคอกราฟ ½


การปรบตงรเลย R12 ตองมการหนวงเวลาในการทางานสมพนธกบ R23 คานวณไดดงน

1. R12 ตองทาหนาทปองกนสารอง R23 ดวย ดงนนปรบตงคากระแสเรมตนทางาน (pickup หรอ

tap setting) ทคาเดยวกบ R23 คอ 10 A

2. เมอเกดลดวงจรในสายสง 2-3 ทตาแหนงใกลทบส 2 จะมคาสงสดทเปนไปไดคอ 1500 A ซง

R12 จะตองไมทางานสงตดวงจรกอน R23 เมอเกดกรณนขน โดยจะมกระแสไหลผานรเลยทง

สองเทากบ 1500 x (5/100) = 75 A ซงจะเทากบ 75/10 = 7.5 p.u. บนกราฟการทางานของรเลย

3. เมอพจารณาทคากระแส 7.5 p.u. ทกราฟ 1/2 พบวารเลยจะหนวงเวลาเทากบ 0.68 ดงแสดงในรป

ท 4.13

100

101

102

10-1

100

101

102

103

Time Dial Setting

10 9 8 7 6

5 4 3 2

1

1/2


Tim

e i

n S

eco

nd

0.68

7.5

0.98


78


4. เพอไมให R12 ทางานกอน R23 เมอเกดลดวงจรทสายสง 2-3 ทใกลบส 2 จงพจารณาใหรเลย R12

หนวงเวลามากขนไปอก 0.3 วนาท เทากบ 0.3+0.68 = 0.98 วนาท

จากกราฟในรปท 4.13 พบวาจะตองปรบคาการหนวงเวลา (Time dial) ของ R12 ไปทระหวาง

กราฟ 1/2 และ 1 (การใชงานจรงตองทาการทดสอบคาการหนวงเวลาจรงของรเลยดวย)

ตวอยางท 6.3 ระบบไฟฟากาลงแบบแขนงระดบแรงดน 22 kV (ถอวามคาคงทตลอด) ในรปท 4.14 โดยม

สายสงทตนทางสองตวขนานกนและจะมอากาสใชงานวงจรเดยวหรอพรอมกนสองวงจรในบางชวงเวลา

ตองการออกแบบการปองกนการลดวงจรในกรณทเกดการลดวงจรแบบ 3 เฟส (Three phases fault) และ

ลดวงจรระหวางเฟส (Line-to-Line fault) จงคานวณคากระแสลดวงจรสงสดและตาสดเพอใชในการ

ปรบตงรเลย

รปท 6.6 ระบบสาหรบตวอยางท 6.3

วธทา

1. คากระแสลดวงจรสงสดจะเกดขนเมอเกดลดวงจรแบบสามเฟสในขณะทสายสงตนทางตออยท ง

2 เสน (ทาใหคาอมพแดนซของระบบตากวากรณทตออยเสนเดยว)

a. คานวณคากระแสลดวงจรแบบสามเฟสทบส 1 จะไดวา

A 85.6350)

24(3

220003 1

31 ==

⋅= −

f

LLf Z

VI φ

b. คานวณคากระแสลดวงจรแบบสามเฟสทบส 2 จะไดวา

A 71.1587)6

24(3

220003 2

32 =

+=

⋅= −

f

LLf Z

VI φ

c. คานวณคากระแสลดวงจรแบบสามเฟสทบส 3 จะไดวา

A 48.1058)46

24(3

220003 3

33 =

++=

⋅= −

f

LLf Z

VI φ

d. คานวณคากระแสลดวงจรแบบสามเฟสทบส 4 จะไดวา

A 86.793)446

24(3

220003 4

34 =

+++=

⋅= −

f

LLf Z

VI φ


79


2. คากระแสลดวงจรตาสดจะเกดขนเมอเกดลดวงจรระหวางเฟสในขณะทสายสงทตนทางใชงาน

หนงวงจร (ทาใหคาอมพแดนซของระบบสงกวากรณทใชสองวงจร)โดยคากระแสลดวงจร

ระหวางเฟสจะมคาเปน 23 เทาของกระแสลดวงจรแบบสามเฟส

a. คานวณคากระแสลดวงจรระหวางเฟสทบส 1 จะไดวา

A 00.2750)4(2

220002 1

1 ==⋅

= −−

f

LLLLf Z

VI

b. คานวณคากระแสลดวงจรทบส 2 จะไดวา

A 00.1100)64(2

220002 2

2 =+

=⋅

= −−

f

LLLLf Z

VI

c. คานวณคากระแสลดวงจรทบส 3 จะไดวา

A 71.785)464(2

220002 3

3 =++

=⋅

= −−

f

LLLLf Z

VI

d. คานวณคากระแสลดวงจรทบส 4 จะไดวา

A 11.611)4464(2

220002 4

4 =+++

=⋅

= −−

f

LLLLf Z

VI

สามารถสรปคากระแสลดวงจรไดดงตารางท 6.1 และ 6.2 และในรปท 6.7

ตารางท 6.1 คากระแสลดวงจรในกรณทสายสงทตนทางใชงานทงสองวงจร

Line 0-1 1-2 2-3 3-4

L-L Voltage (kV) = 22 22 22 22Line Impedance (j ohm) = 2 6 4 4

Bus 1 2 3 4

Total Impedance (j ohm) = 2 8 12 16

*3 Phases Fault Current (j A) = 6350.853 1587.713 1058.475 793.857L-L Fault Current (j A) = 5500.000 1375.000 916.667 687.500

* คากระแสลดวงจรสงสดในการออกแบบระบบปองกน

ตารางท 6.2 คากระแสลดวงจรในกรณทสายสงทตนทางใชงานวงจรเดยว


80


Line 0-1 1-2 2-3 3-4


Bus 1 2 3 4


3 Phases Fault Current (j A) = 3175.426 1270.171 907.265 705.650**L-L Fault Current (j A) = 2750.000 1100.000 785.714 611.111

** คากระแสลดวงจรตาสดในการออกแบบระบบปองกน

รปท 6.7 แสดงคากระแสลดวงจรตาสดและสงสด

ตวอยางท 6.4 จากตวอยางท 6.3 จงกาหนดขนาดของหมอแปลงกระแสทเหมาะสมเมอใชรเลยทมกราฟ

คณลกษณะการทางานดงรปท 6.8 (ซงเปนไปตามสมการ TDSI

t ⋅

+

−= 1217.0

12.28

2 ) และทาการ

ปรบตงคากระแสเรมตนทางาน (Tap setting) และคาเวลาหนวง (Time dial setting) ของรเลย R12, R23,

และ R34

- รเลยสามารถปรบตงคากระแสเรมตนทางานไดเปน 1, 2, 3, …, 10 A คาตวคณเวลาไดเปน

0.5 - 10

- เลอกใช CT จากอตราสวนมาตรฐาน ดงตอไปน 50/5, 100/5, 150/5, 200/5, 250/5, 300/5,

400/5, 450/5, 500/5, 600/5, 800/5, 900/5, 1000/5, 1200/5, 1500/5

วธทา

1. ปรบตง R34

a. จากคากระแสลดวงจรตาสดทบส 4 มคาเปน 611.111 A ดง นนรเลย R34 จะตองd.ทา

หนาทปองกนการเกดลดวงจรในสภาวะดงกลาว โดยไมตองทางานสมพนธกบรเลยอน

b. R34 จะเรมตนทางานทกระแสดานทตยภมเปน (1/3) 611.111 = 203.704 A

กระแสลดวงจรสงสด 6350.85 1587.71 1058.48 793.86กระแสลดวงจรตาสด 2750.00 1100.00 785.71 611.11

R

12

R12 R23R

3

R34R

4

∼ j

j4

j4

j4j4R

12

R12 R23R

3

R34R

4

∼ j6

j4

j4

jj


81


c. เลอกใชหมอแปลงกระแส (CT34) อตราสวน 200/5 ดงนนจะเรมทางานเมอมกระแสไหล

ผานรเลยเทากบ 203.704 (5/200) = 5.093 A

d. เลอกคากระแสเรมตนทางาน (Pick up current) ของ R34 เปน 5 A และคาการหนวงเวลาไป

ทกราฟ (TDS = 1/2) เนองจากไมตองทางานสมพนธกบรเลยอน

รปท 6.8 กราฟการทางานของรเลยในตวอยางท 4.10


a. R23 จะตองทาหนาทปองกนสารอง R34 ดวยดงนน R23 จะตองเรมตนทางานทคากระแส

203.704 A ดวย

b. เลอกใชหมอแปลง กระแส (CT23) อตราสวน 200/5 ดงนนจะเรมทางานเมอมกระแสไหล

ผานรเลยเทากบ 203.704 (5/200) = 5.093 A

100

101

102

10-1

100

101

102

103

104

Time Dial Setting

10 9 8 7 6

5

4 3 2 1 1/2

Multiple of Realy Tep Setting

Tim

e i

n S

eco

nd


82


c. เลอกคากระแสเรมตนทางาน (Pick up current) ของ R23 เปน 5 A

d. จากคากระแสลดวงจรสงสดทบส 3 มคาเปน 1058.475 A ซงเมอเกดขนแลวรเลย R23

จะตองไมสงตดวงจรกอน R34 ในกรณน R34 จะมกระแสไหลผานเทากบ

1058.475(5/200) = 26.462 A

e. จากการทปรบคากระแสเรมตนทางานไวท 5 A ดงนนคากระแส 26.462 A ทผาน R34 จะม

คาเทากบ 26.462/5 = 5.292 p.u. และจะทาใหรเลยหนวงเวลาเปน

583.05.01217.01292.5

2.282 =⋅

+

−=t วนาท หรอบนกราฟการทางานของรเลย

สามารถอานคาการหนวงเวลาของ R34 ไดเปน 0.583 วนาท ดงแสดงในรปท 4.17

f. R23 จะตองหนวงเวลาไปอก 0.3 วนาท เปน 0.583+0.3 = 0.883 วนาท

g. ในสภาวะนจะมกระแสผานรเลย R23 เปน 5.292 p.u. เชนเดยวกน (ใช CT อตราสวน

เดยวกน)

โดยจาก TDSI

t ⋅

+

−= 1217.0

12.28

2

ตองการหนวงเวลา 0.883 วนาท ทคากระแส 5.292 p.u. จะไดวา

TDS⋅

+

−= 1217.0

1292.52.28883.0 2

( ) TDS⋅= 166.1883.0

757.0=TDS h. ดงนนตองปรบตงคากการหนวงเวลาของ R23 ไปทคาระหวางกราฟท 1/2 และ 1 (TDS =

0.838) ดงแสดงในรปท 6.9



ลดวงจรตาสดทบส 2 คอ 785.741 A

b. R12 จะตองเรมทางานทคากระแสลดวงจรเทากบ (1/3) 785.741 A = 261.905 A

c. เลอกใชหมอแปลง กระแส (CT12) อตราสวน 300/5 ดงนนจะเรมทางานเมอมกระแสไหล

ผานรเลยเทากบ 261.905 (5/300) = 4.365 A

d. เลอกคากระแสเรมตนทางาน (Pick up current) ของ R12 เปน 4 A

e. จากคากระแสลดวงจรสงสดทบส 2 มคาเปน 1587.731 A ซงเมอเกดขนแลวรเลย R12


1587.731(5/200) = 39.69 A

f. จากการทปรบคากระแสเรมตนทางานไวท 5 A ดงนนคากระแส 39.69 A ทผาน R23 จะม

คาเทากบ 39.69/5 = 7.939 p.u. และจะทาใหรเลยหนวงเวลาเปน


83


509.0757.01217.01939.7

2.282 =⋅

+

−=t วนาท หรอบนกราฟการทางานของรเลย

สามารถอานคาการหนวงเวลาของ R23 ไดเปน 0.509 วนาท ดงแสดงในรปท 4.18

g. R12 จะตองหนวงเวลาไปอก 0.3 วนาท เปน 0.509+0.3 = 0.809 วนาท

รปท 6.9 แสดงการทางานสมพนธกนของรเลย R23 และ R34 ในการปองกนสายสง 3-4

ในตวอยางท 6.4

h. ในสภาวะนจะมกระแสผานรเลย R12 เปน 1587.713(5/300) = 26.462 A และจะการทปรบ

คากระแสลดวงจรของ R12 ท 4 A คากระแสดงกลาวจะมคาเปน 26.462/4 = 6.615 p.u.

i. ตองการให R12 หนวงเวลา 0.809 วนาท เมอมกระแสไหลผาน 6.615 p.u.

100

101

102

10-1

100

101

102

103

104

Time Dial Setting

10 9 8 7 6

5

4 3 2 1 1/2


Tim

e i

n S

eco

nd

TDS = 0.5 (R34)

5.293

0.583

0.883

TDS = 0.757 (R23)

100

101

102

10-1

100

101

102

103

104

Time Dial Setting

10 9 8 7 6

5

4 3 2 1 1/2


Tim

e i

n S

eco

nd

TDS = 0.5 (R34)

5.293

0.583

0.883

TDS = 0.757 (R23)


84


โดยจาก TDS

It ⋅

+

−= 1217.0

12.28

2


TDS⋅

+

−= 1217.0

1615.62.28809.0 2

( ) TDS⋅= 781.0809.0

035.1=TDS j. ดงนนตองปรบคาการหนวงเวลาไปทคาระหวางกราฟท 1 และ 2 (TDS = 1.035) ดงแสดง

ในรปท 6.10


85




4. สามารถสรปการคานวณไดดงตารางท 6.3

ตารางท 6.3 สรปการคานวณในตวอยางท 6.4

100

101

102

10-1

100

101

102

103

104

Time Dial Setting

10 9 8 7 6

5

4 3 2 1 1/2


Tim

e i

n S

eco

nd

TDS = 0.5 (R34)

7.939

0.509

0.809

TDS = 0.757 (R23)

6.615

TDS = 1.035 (R12)

100

101

102

10-1

100

101

102

103

104

Time Dial Setting

10 9 8 7 6

5

4 3 2 1 1/2


Tim

e i

n S

eco

nd

TDS = 0.5 (R34)

7.939

0.509

0.809

TDS = 0.757 (R23)

6.615

TDS = 1.035 (R12)


86


Bus 1 2 3 4Maximum Fault Currents (3 phase fault) 6350.853 1587.713 1058.475 793.857Minimum Fault Currents (L-L fault) 2750.000 1100.000 785.714 611.111

Max. Fault Current (A) (ตนสายสง) 6350.853 1587.713 1058.475Min. Fault Current (A) (ปลายสายสง) 1100.000 785.714 611.111Coordinated Fault Current (A) 1587.713 1058.475 -1/3 of Min. Fault Current (A) (ดานปฐมภมของ CT) 366.667 261.905 203.704* Pick Up Current That Relay Must See (A) (ดานปฐมภมของ CT) 261.905 203.704 -CT Ratio ( /5 A) 300 200 2001/3 of Min. Fault Current to Relay (A) (ดานทตยภมของ CT) 6.111 6.548 5.093** Pick Up Current That Relay Must See (A) (ดานทตยภมของ CT) 4.365 5.093 5.093Tap Setting (A) (Relay pick up current) 4 5 5Coordinated Fault Current (A) (ดานทตยภมของ CT) 26.462 26.462 -*** Coordinated Fault Current (p.u.) (ดานทตยภมของ CT เทยบกบ Tap setting) 7.939 5.292 -Prefered Delay Time Coordination (sec.) 0.809 0.883 -Actual Delay Time When See Max. Fault (From relay curve) - 0.509 0.583Time Dial Setting 1.035 0.757 1/2

* คาทใชประกอบการเลอก CT** คาทใชประกอบการเลอกคากระแสเรมตนทางาน*** คาทใชอานกราฟการหนวงเวลาของรเลยตวทถก Back up (ใช Ratio CT ทถก Back up)

+ 0.3

ในตวอยางท 6.4 เปนการปรบตงรเลยในมาตรฐาน IEEE/ANSI สาหรบการปรบตงรเลยทมคาการ

ทางานตามมาตรฐาน IEC กสามารถทาไดในลกษณะคลายคลงกน โดยจะแสดงในตวอยางตอไป โดยการ

บอกขอมลของรเลยจะตางกนเลกนอย

ตวอยางท 6.5 สวนของระบบไฟฟากาลงแบบแขนง (Radial Network) ระดบแรงดน 22 kV (โดยถอวาม

คาคงทตลอด) ดงรป ตองการออกแบบการปองกนการลดวงจรในกรณทเกดการลดวงจรแบบ 3 เฟส

(Three phases fault) และลดวงจรระหวางเฟส (Line-to-Line fault)

จงคานวณคากระแสลดวงจรสงสดและตาสดเพอใชในการปรบตงรเลย

จงกาหนดขนาดของ CT ทเหมาะสม และทาการปรบตงคากระแสเรมตนทางาน (Tap setting)

และตวคณเวลา (Time Multiplier setting) เมอใชรเลยทมกราฟคณลกษณะการทางานดง

สมการ TMSI

t1

14.002.0 −

= (IEC)

- รเลยมพกด 5 A สามารถสามารถเลอกคากระแสเรมตนทางานไดในชวง 10 – 240% หางกน

ชวงละ 5% เลอกคาตวคณเวลาไดเปน 0.1 - 1.0

- เลอกใช CT จากอตราสวนมาตรฐาน ดงตอไปน 50/5, 100/5, 150/5, 200/5, 250/5, 300/5,

400/5, 450/5, 500/5, 600/5, 800/5, 900/5, 1000/5, 1200/5, 1500/5


87


รปท 6.11 ระบบไฟฟาในตวอยางท 6.5

วธทา

1. คากระแสลดวงจรสงสดจะเกดขนเมอเกดลดวงจรแบบสามเฟสในขณะทหมอแปลงตออยใน

ระบบทงสองตว (ทาใหคาอมพแดนซของระบบตากวากรณทตออยหนงตว)

a. คานวณคากระแสลดวงจรแบบสามเฟสทบส 1 จะไดวา

A 426.3175)4(3

220003 2

32 ==

⋅= −

f

LLf Z

VI φ

b. คานวณคากระแสลดวงจรแบบสามเฟสทบส 2 จะไดวา

A 301.1411)54(3

220003 2

32 =

+=

⋅= −

f

LLf Z

VI φ

c. คานวณคากระแสลดวงจรแบบสามเฟสทบส 3 จะไดวา

A 265.907)554(3

220003 3

33 =

++=

⋅= −

f

LLf Z

VI φ

d. คานวณคากระแสลดวงจรแบบสามเฟสทบส 4 จะไดวา

A 511.668)5554(3

220003 4

34 =

+++=

⋅= −

f

LLf Z

VI φ

2. คากระแสลดวงจรตาสดจะเกดขนเมอเกดลดวงจรระหวางเฟสในขณะทหมอแปลงตออยในระบบ

หนงตว (ทาใหคาอมพแดนซของระบบสงกวากรณทตออยสองตว) โดยคากระแสลดวงจร

ระหวางเฟสจะมคาเปน 23 เทาของกระแสลดวงจรแบบสามเฟส

a. คานวณคากระแสลดวงจรระหวางเฟสทบส 1 จะไดวา

A 00.2750)4(2

220002 1

1 ==⋅

= −−

f

LLLLf Z

VI

b. คานวณคากระแสลดวงจรทบส 2 จะไดวา

A 222.1222)54(2

220002 2

2 =+

=⋅

= −−

f

LLLLf Z

VI

c. คานวณคากระแสลดวงจรทบส 3 จะไดวา

A 714.785)554(2

220002 3

3 =++

=⋅

= −−

f

LLLLf Z

VI

R

12

R12 R23R

3

R34R

4

∼j

j4

j5j5R

12

R12 R23R

3

R34R

4

∼j5

j4

jj


88


d. คานวณคากระแสลดวงจรทบส 4 จะไดวา

A 947.578)5554(2

220002 4

4 =+++

=⋅

= −−

f

LLLLf Z

VI

สามารถสรปคากระแสลดวงจรไดดงตารางท 4.5 และในรปท 4.20

ตารางท 6.4 คากระแสลดวงจร

Line 0-1 1-2 2-3 3-4


Bus 1 2 3 4


3 Phases Fault Current (j A) = 3175.426 1411.301 907.265 668.511L-L Fault Current (j A) = 2750.000 1222.222 785.714 578.947

คากระแสลดวงจรสงสดในการออกแบบระบบปองกนใชคากระแสลดวงจรแบบ 3 เฟส (Three Phase Fault)

คากระแสลดวงจรตาสดในการออกแบบระบบปองกนใชคากระแสลดวงจรระหวาง 2 เฟส (Line-to-Line Fault)

กระแสลดวงจรสงสด (A) 3175.426 1411.301 907.265 668.511

(Three Phase Fault)

กระแสลดวงจรตาสด (A) 2750.000 1222.222 785.714 578.947

(Line-to-Line Fault)

รปท 6.12 แสดงคากระแสลดวงจรตาสดและสงสด

3. ทาการปรบตงรเลย

จากขอมลรเลยสามารถเลอกคากระแสเรมตนทางานไดดงน 5%(5A) = 0.25 A, 10%(5A) = 0.5 A,

15%(5A) = 0.75 A, …, 235%(5A) = 11.75A, 240%(5A) = 12 A

ปรบตง R34

a. จากคากระแสลดวงจรตาสดทบส 4 มคาเปน 578.947 A ดง นนรเลย R34 จะตองd.ทา

หนาทปองกนการเกดลดวงจรในสภาวะดงกลาว โดยไมตองทางานสมพนธกบรเลยอน

b. R34 จะเรมตนทางานทกระแสดานทตยภมเปน (1/3) 578.947 = 192.982 A

R

12

R12 R23R

3

R34R

4

∼j

j4

j5j5R

12

R12 R23R

3

R34R

4

∼j5

j4

jj


89


c. เลอกใชหมอแปลงกระแส (CT34) อตราสวน 200/5 ดงนนจะเรมทางานเมอมกระแสไหล

ผานรเลยเทากบ 192.982 (5/200) = 4.825 A

d. เลอกคากระแสเรมตนทางาน (Pick up current) ของ R34 เปน 95% (ของพกด 5 A) หรอ

4.75 A และคาการหนวงเวลาไปท TMS = 0.1 เนองจากไมตองทางานสมพนธกบรเลยอน

รปท 6.13 กราฟการทางานของรเลยในตวอยางท 6.5

ปรบตง R23


192.982 A ดวย

b. เลอกใชหมอแปลง กระแส (CT23) อตราสวน 200/5 ดงนนจะเรมทางานเมอมกระแสไหล

ผานรเลยเทากบ 192.982 (5/200) = 4.825 A

c. เลอกคากระแสเรมตนทางาน (Pick up current) ของ R23 เปน 4.75 A (95%)

100

101

102

10-1

100

101

102

0.1

0.2

0.3

0.9 1.0

0.8 0.7

0.6 0.5 0.4


Opera

ting T

ime in S

econd



90


d. จากคากระแสลดวงจรสงสดทบส 3 มคาเปน 907.265 A ซงเมอเกดขนแลวรเลย R23


907.265(5/200) = 22.682 A

e. จากการทปรบคากระแสเรมตนทางานไวท 4.75 A ดงนนคากระแส 22.682 A ทผาน R34

จะมคาเทากบ 22.682/4.75 = 4.775 p.u. และจะทาใหรเลยหนวงเวลาเปน

441.01.01775.4

14.002.0 =⋅

−=t วนาท หรอบนกราฟการทางานของรเลยสามารถอาน

คาการหนวงเวลาของ R34 ไดเปน 0.441 วนาท ดงแสดงในรปท 6.14



100

101

102

10-1

100

101

102

0.1

0.2

0.3

0.9 1.0

0.8 0.7

0.6 0.5 0.4


Opera

ting T

ime in S

econd


TMS = 0.1 (R34)

4.775

0.441

0.741TMS = 0.168 (R23)

100

101

102

10-1

100

101

102

0.1

0.2

0.3

0.9 1.0

0.8 0.7

0.6 0.5 0.4


Opera

ting T

ime in S

econd


TMS = 0.1 (R34)

4.775

0.441

0.741TMS = 0.168 (R23)


91


f. R23 จะตองหนวงเวลาไปอก 0.3 วนาท เปน 0.441+0.3 = 0.741 วนาท

g. ในสภาวะนจะมกระแสผานรเลย R23 เปน 4.775 p.u. เชนเดยวกน (ใช CT อตราสวน

เดยวกน)

โดยจาก TMSI

t ⋅

−=

114.0

02.0


TMS⋅

−=

1775.414.0741.0 02.0

( ) TMS⋅= 408.4741.0

168.0=TMS

h. ดงนนตองปรบตงคากการหนวงเวลาของ R23 ไปทคา TMS = 0.168 ดงแสดงในรปท

6.14

ปรบตง R12


ลดวงจรตาสดทบส 2 คอ 785.741 A

b. R12 จะตองเรมทางานทคากระแสลดวงจรเทากบ (1/3) 785.741 A = 261.905 A

c. เลอกใชหมอแปลง กระแส (CT12) อตราสวน 300/5 ดงนนจะเรมทางานเมอมกระแสไหล

ผานรเลยเทากบ 261.905 (5/300) = 4.365 A

d. เลอกคากระแสเรมตนทางาน (Pick up current) ของ R12 เปน 4.25 A

e. จากคากระแสลดวงจรสงสดทบส 2 มคาเปน 1411.301 A ซงเมอเกดขนแลวรเลย R12


1411.301(5/200) = 35.283 A

f. จากการทปรบคากระแสเรมตนทางานไวท 4.75 A ดงนนคากระแส 35.283 A ทผาน R23

จะมคาเทากบ 35.283/4.75 = 7.428 p.u. และจะทาใหรเลยหนวงเวลาเปน

575.0168.01428.7

14.002.0 =⋅

−=t วนาท หรอบนกราฟการทางานของรเลยสามารถ

อานคาการหนวงเวลาของ R23 ไดเปน 0.575 วนาท ดงแสดงในรปท 4.23

g. R12 จะตองหนวงเวลาไปอก 0.3 วนาท เปน 0.575+0.3 = 0.875 วนาท

h. ในสภาวะนจะมกระแสผานรเลย R12 เปน 1411.301(5/300) = 23.522 A และจะการทปรบ

คากระแสลดวงจรของ R12 ท 4.25 A คากระแสดงกลาวจะมคาเปน 23.522/4.25 = 5.535

p.u.

i. ตองการให R12 หนวงเวลา 0.875 วนาท เมอมกระแสไหลผาน 5.535 p.u.


92


โดยจาก TMSI

t ⋅

−=

114.0

02.0


TMS⋅

−=

1535.514.0875.0 02.0

( ) TMS⋅= 021.4875.0

218.0=TMS

j. ดงนนตองปรบคาการหนวงเวลาไปท TMS = 0.218 ดงแสดงในรปท 6.15



100

101

102

10-1

100

101

102

0.1

0.2

0.3

0.9 1.0

0.8 0.7

0.6 0.5 0.4


Opera

ting T

ime in S

econd


TMS = 0.1 (R34)

5.535

0.575

0.875TMS = 0.168 (R23)

TMS = 0.218 (R12)

7.428100

101

102

10-1

100

101

102

0.1

0.2

0.3

0.9 1.0

0.8 0.7

0.6 0.5 0.4


Opera

ting T

ime in S

econd


TMS = 0.1 (R34)

5.535

0.575

0.875TMS = 0.168 (R23)

TMS = 0.218 (R12)

7.428


93


4. สามารถสรปการคานวณไดดงตารางท 6.5

ตารางท 6.5 สรปการคานวณในตวอยางท 6.5 Bus 1 2 3 4Maximum Fault Currents (3 phase fault) 3175.426 1411.301 907.265 668.511Minimum Fault Currents (L-L fault) 2750.000 1222.222 785.714 578.947

Max. Fault Current (A) (ตนสายสง) 3175.426 1411.301 907.265Min. Fault Current (A) (ปลายสายสง) 1222.222 785.714 578.947Coordinated Fault Current (A) 1411.301 907.265 -1/3 of Min. Fault Current (A) (ดานปฐมภมของ CT) 407.407 261.905 192.982* Pick Up Current That Relay Must See (A) (ดานปฐมภมของ CT) 261.905 192.982 -CT Ratio ( /5 A) 300 200 2001/3 of Min. Fault Current to Relay (A) (ดานทตยภมของ CT) 6.790 6.548 4.825** Pick Up Current That Relay Must See (A) (ดานทตยภมของ CT) 4.365 4.825 4.825Tap Setting (A) (Relay Current Setting) 4.25 4.75 4.75Coordinated Fault Current (A) (ดานทตยภมของ CT) 23.522 22.682 -*** Coordinated Fault Current (p.u.) (ดานทตยภมของ CT เทยบกบ Tap setting) 7.428 4.775 -Prefered Delay Time Coordination (sec.) 0.875 0.741 -Actual Delay Time When See Max. Fault (From relay curve) - 0.575 0.441Time Multiplier Setting 0.218 0.168 0.10

* คาทใชประกอบการเลอก CT** คาทใชประกอบการเลอกคากระแสเรมตนทางาน*** คาทใชอานกราฟการหนวงเวลาของรเลยตวทถก Back up (ใช Ratio CT ทถก Back up)

+ 0.3

6.2 รเลยปองกนกระแสเกนแบบทนท (Instantaneous Overcurrent Relays)

รเลยปองกนกระแสเกนแบบทนทจะทางานเมอเกดกระแสไหลผานรเลยเกนคาทปรบตงไวโดย

ทนท โดยทวไปจะใชเวลาในการทางาน 0.1 วนาทหรอตากวา หลกการในการปรบตงรเลยปองกนกระแส

เกนแบบทนทจะเปนการพจารณาใหรเลยทางานสมพนธกนจากคากระแสลดวงจรหรอเรยกวา Current-

Graded System และโดยทวไปการใชรเลยปองกนกระแสเกนแบบทนทจะใชรวมกบรเลยปองกนกระแส

เกนแบบหนวงเวลาเรยกวา Current/Time-Graded System

6.2.1 การประยกตใชรเลยปองกนกระแสเกนแบบทนท

รเลยปองกนกระแสเกนแบบทนทจะใชในการทางานรวมกบรเลยปองกนกระแสเกนแบบหนวง

เวลา เพอใหการปองกนการลดวงจรในสายสงทาไดเรวขน โดยรเลยจะทาการปองกนเฉพาะการเกด

ลดวงจรในสายสงทรบผดชอบอยเทานน และจะทาการตดวงจรอยางรวดเรวเมอเกดลดวงจรขน

รปท 6.16 แสดงหลกการทางานของรเลยปองกนกระแสเกนแบบทนท ทตาแหนงใกลกบเครอง

กาเนดไฟฟามากขนกระแสลดวงจรกจะมากขน แตจากรปจะเหนวาการปรบตงเวลาของรเลยปองกน

กระแสเกนกลบตองมการหนวงเวลามากขนในการทางานรวมกบรเลยทอยถดออกไป ดงนนการใชเพยง

รเลยปองกนกระแสเกนแบบหนวงเวลาจงไมเพยงพอทจะทางานไดรวดเรว การเพมรเลยปองกนกระแส

เกนแบบทนทจะชวยใหการตดวงจรทาไดเรวขนในกรณทการลดวงจรอยในสายสงทรเลยรบผดชอบ


94


เทานน อยางไรกตามการพจารณาใชรเลยปองกนกระแสเกนแบบทนทจะขนอยกบคากระแสลดวงจรของ

ระบบและการปรบตงรเลยปองกนกระแสเกนแบบหนวงเวลาดวย

รปท 6.16 การใชงานรเลยปองกนกระแสเกนแบบทนท

6.2.2 หลกการปรบตงรเลยปองกนกระแสเกนแบบทนท

การปรบตงคาของรเลยปองกนกระแสเกนแบบทนทจะสนใจเฉพาะคากระแสลดวงจรโดยไมนา

คากระแสในสภาวะการจายภาระปกตมาพจารณา ทงนเพอไมใหรเลยทางานผดพลาดคอสงตดวงจรใน

กรณทไมจาเปนเมอเกดการลดวงจรนอกขอบเขตทรเลยรบผดชอบอยจากผลของตอสนองตอสญญาณทไว

เกนไป (Transient Overeach) โดยปกตการปรบตงจงใหรเลยทางานทคา 125-135% ของกระแสลดวงจร

สงสดทเปนไปได และคา 90% ของกระแสตาสดทรเลยไมควรทางาน หรอในกรณทเปนรเลยแบบ

อเลกทรอนกสหรอไมโครโปรเซสเซอรอาจจะใหมคาทางานท 110% ของกระแสลดวงจรสงสด

สาเหตของการเกดการสงตดวงจรจากการเกดการลดวงจรนอกขอบเขตทรเลยรบผดชอบ มก

เกดขนจากคากระแสทรเลยจะทางานเนองจากคณสมบตการตอบสนองของระบบไฟฟากาลง โดยเฉพาะ

ในสายสงทมคา X/R สง ๆ และเกดจากความคลาดเคลอนของหมอแปลงกระแสในสภาวะชวขณะ

(Transient) ดวย

RT

1 2

R12 R23R

T

~3

R34R

T

4

R45R

T

เวลา



ปองกนกระแสเกนแบบหนวงเวลา


ปองกนกระแสเกนแบบทนท

เวลาทตด

วงจรไดเรวขน

RT

1 2

R12 R23R

T

~3

R34R

T

4

R45R

T

เวลา



ปองกนกระแสเกนแบบหนวงเวลา


ปองกนกระแสเกนแบบทนท

เวลาทตด

วงจรไดเรวขน


95


ตวอยางท 6.6 จากรปท 6.4 ในตวอยางท 6.2 ถาทาการเพมรเลยปองกนกระแสเกนแบบทนททบส 1 และ 2

จงทาการปรบตงคารเลยดงกลาว

วธทา

การปรบตงรเลยปองกนกระแสเกนแบบทนททบส 2 พจารณาไดดงน

1. เพอปองกนไมใหรเลยทางานเรวเกนไป ทาการปรบตงใหรเลยทางานทคากระแส 135% ของ

กระแสลดวงจรสงสดทจะเกดขนไดคอ 1000 A

a. ดงนนปรบตงคากระแสท 135% x 1000 = 1350 A

b. ทคากระแส 1350 A จะมกระแสไหลผานรเลยเทากบ 1350(5/100) = 67.5 A ปรบตงรเลย

ทคาดงกลาว

2. ตรวจสอบกรณเกดลดวงจรทบส 2

a. คากระแสลดวงจรตาสดทเปนไปไดคอ 850 A ซงรเลยจะไมทางาน

b. คากระแสลดวงจรสงสดทเปนไปไดคอ 1500 A สงกวา 1350 A เพยงเลกนอย

การตดตงรเลยปองกนกระแสเกนแบบทนทนจะปองกนไดเฉพาะกรณทเกดกระแสลดวงจรมาก

เทานน คอเกอบถงคากระแสลดวงจรสงสดทเปนไปไดเทานน ดงนนรเลยปองกนกระแสเกนแบบทนทน

อาจไมจาเปนตองใชในทางปฏบต

การปรบตงรเลยปองกนกระแสเกนแบบทนททบส 1 พจารณาไดดงน

1. เพอปองกนไมใหรเลยทางานนอกขอบเขตเลยไปถงบส 2 ทาการปรบตงใหรเลยทางานท

คากระแส 135% ของกระแสลดวงจรสงสดทจะเกดขนไดคอ 1500 A

a. ดงนนปรบตงคากระแสท 135% x 1500 = 2025 A

b. ทคากระแส 2025 A จะมกระแสไหลผานรเลยเทากบ 2025(5/100) = 101.25 A

c. คากระแส 101.25 A เปนคาทสงมากสาหรบรเลยและหมอแปลงกระแสทวไป

2. ตรวจสอบกรณเกดลดวงจรทบส 1

a. คากระแสลดวงจรตาสดทเปนไปไดคอ 1000 A ตากวา 2025 A ซงรเลยจะไมทางาน

b. คากระแสลดวงจรสงสดทเปนไปไดคอ 3000 A สงกวา 2025 A รเลยจะทางาน

การตดตงรเลยปองกนกระแสเกนแบบทนทนจะปองกนไดเฉพาะกรณทเกดกระแสลดวงจร 2025

– 3000 A เทานน แตกระแสลดวงจรทเปนไปไดอาจมคาตากวา 2025 A ได อยางไรกตามกรณนทบส 1

เปนเครองกาเนดไฟฟาตออยจงอาจพจารณาตดตงรเลยปองกนกระแสเกนแบบทนท

คากระแสทรเลยทางานมคา 101.25 A ซงสงมากจงอาจพจารณาใหปรบเปลยนหมอแปลงกระแส

จาก 100/5 เปน 200/5 โดยจะทาใหมกระแสไหลผานรเลยท 2025 A เทากบ 2025(5/200) = 50.63 A และ

การเปลยนหมอแปลงกระแสนอาจทาใหตองทาการปรบตงรเลยปองกนกระแสเกนแบบหนวงเวลาทบส 1

ใหมดวย


96


6.3 รเลยปองกนกระแสเกนแบบทศทาง (Directional Overcurrent Relay)

รเลยปองกนกระแสเกนแบบทศทางจะมความจาเปนในกรณทตองการใหมการสงตดวงจรเมอเกด

กระแสลดวงจรไหลในทศทางใดทศทางหนงเทานน เพอชวยในการทางานสมพนธรวมกนของรเลย

(Coordination) รปท 4.25 แสดงตวอยางระบบไฟฟาทมความจาเปนตองใชรเลยปองกนกระแสเกนแบบ

ทศทาง จากรปถาสายสง 1-3 เปดวงจรอย (รปท 6.17a) จะทาใหโครงขายมลกษณะเปนแบบแขนง (Radial

System) ในกรณนหากเกดลดวงจรท F1 กจะอยในขอบเขตการปองกนท R12 ตองสงเบรกเกอร B12 ตด

วงจร โดยท R21 และ R23 จะไมรบรถงการเกดลดวงจร และหากเกดลดวงจรท F2 กจะอยในขอบเขตการ

ปองกนของ R23 ทจะสงตดวงจร และไมมความจาเปนตองใชรเลย R21 (ถา R21 เปนรเลยปองกนกระแส

เกนแบบไมมทศทางกจะตองปรบตงคากระแสลดวงจรของ R21 ใหมคาสงกวา R23 เพอไมใหทางานกอน

R23)

เมอสายสง 1-3 ตอวงจรอย (รปท 6.47b) การเกดลดวงจรท F1 จะตองตดเพยงวงจรสายสง 1-3

ออกดวยรเลย R12 และ R21 ซงกรณนอาจมคากระแสลดวงจรไหลผาน R21 ตากวากรณการลดวงจท F2

ดงนนจะเหนวารเลย R21 จะตองระบไดวาการเกดลดวงจรอยในทศทางดานสายสง 1-2 นนคอจะตดวงจร

เฉพาะกรณทกระแสลดวงจรไหลไปทางบส 1

รปท 6.17 ตวอยางระบบไฟฟากาลงทตองใชรเลยปองกนกระแสเกนแบบทศทาง

รปท 6.18 แสดงหลกการทางานของรเลยปองกนกระแสเกนแบบทศทาง โดยจะมการเปรยบเทยบ

มมของกระแสลดวงจรกบคามมอางอง (reference) หรอเรยกวา ปรมาณอางองทศ (polarizing quantity) ซง

อาจเปนแรงดนหรอกระแส (มกจะเปนแรงดนหรอบางครงกใชกระแสลาดบศนย) ทมมมไมเปลยนแปลง

ตามตาแหนงทเกดการลดวงจร

1 2

~

3

F1

F2

open

R21R12

R23

1 2

~

3

F1

F2

close

R21R12

R23

a b

1 2

~

3

F1

F2

open

R21R12

R23

1 2

~

3

F1

F2

close

R21R12

R23

a b

1 2

~

3

F1

F2

open

R21R12

R23

1 2

~

3

F1

F2

close

R21R12

R23

a b


97


รป ท 6.18 หลกการทางานของรเลยปองกนกระแสเกนแบบทศทาง

การทางานรเลยปองกนกระแสเกนจะสามารถแสดงไดดงสมการ

maxmin θθθ >> Trip

maxmin θθθ << Block

โดย θ เปนคามมของกระแสทวดไดเทยบกบคามมอางอง สวน minθ และ maxθ เปนคามมทกาหนด

ขอบเขตการทางานของรเลย ดงแสดงในรปท 4.27 การทางานของรเลยปองกนแบบทศทางสามารถทาได

2 วธคอ

การควบคมแบบทศทาง เปนการใชหนาสมผสททางานตามทศทางของกระแสไปควบคมขดลวด

ปองกนกระแสเกนอกท ทาใหการทางานในสวนปองกนกระแสเกนไมทางานนอกจากวาสวน

แสดงทศทางไดทางานแลว ในรเลยปองกนกระแสเกนแบบททางทเปนแบบเหนยวนา

แมเหลกไฟฟาจะใชวธตอขดปองกนกระแสเกนอนกรมกบหนาสมผสแสดงทศทาง ดงแสดงใน

รปท 6.19a

การปองกนกระแสเกนแบบทศทาง เปนการใชหนาสมผสของรเลยทอสระจากกนตออนกรมไปยง

ขดลวดตดวงจรของเซอรกตเบรกเกอร โดยทงหนาสมผสแสดงทศทางและหนาสมผสแสดงการ

เกดกระแสเกนตองทางานทงคจงจะสงเบรกเกอรตดวงจรได ดงแสดงในรปท 6.19b

รปท 6.19 วงจรการปองกนแบบทศทาง

RT

1 2

R12 R21R

T

BlockTrip

Trip

Block

RT

1 2

R12 R21R

T

BlockTrip

Trip

Block

Directional contact

Over currentcontact

Over currentcoil

Circuit breakertrip coil

Directional contact

Over currentcontact

a b


Directional contact

Over currentcontact

Over currentcoil


Directional contact

Over currentcontact

a b



98



1. เหตใดการปรบตงรเลยจะมการเผอระยะไวสวนหนงในทางปฏบต จงอธบายพรอมแสดงความคดเหน

2. จากรปท P6.2 จงคานวณคาอตราสวนของหมอแปลงกระแสและกระแสเรมตนทางานทเหมาะสมของ

รเลย R12 โดยจากการวเคระหระบบไฟฟาพบวาสายสง 1-2 จะมคากระแสไฟฟาไหลสงสด 100 A

และคากระแสลดวงจรตาสดและสงสดเทากบ 800 A และ 1200 A ตามลาดบ โดยรเลยไมตองทางาน

สมพนธ (Coordinate) กบรเลยอน

- รเลยสามารถปรบตงคากระแสเรมตนทางานไดเปน 2.5 A (50%), 3.75 (75%), 5 A (100%), …, 10

A (200%) คาตวคณเวลาไดเปน 0.1 - 1.0

- เลอกใช CT จากอตราสวนมาตรฐาน ดงตอไปน 50/5, 100/5, 150/5, 200/5, 250/5, 300/5, 400/5,

450/5, 500/5, 600/5, 800/5, 900/5, 1000/5, 1200/5, 1500/5

รปท P6.2

3. จากรปท P6.3 จากการวเคราะหระบบไฟฟาพบวาสายสง 2-3 จะมคากระแสไฟฟาไหลสภาระสงสด

100 A และ คากระแสลดวงจรบนสายสง 2-3 ตาสดและสงสดเทากบ 800 A และ 1200 A ตามลาดบ

คากระแสลดวงจรทบส 2 ตาสดและสงสดเทากบ 900 A และ 1500 A ตามลาดบ คากระแสลดวงจรท

บส 1 ตาสดและสงสดเทากบ 1000 A และ 3000 A ตามลาดบ จงแสดงวธการปรบตงคารเลยทบส 1

และ 2 โดยรเลยทใชมคณสมบตตามสมการ TMSI

t ⋅−

=1

14.002.0 (IEC)

- รเลยสามารถปรบตงคากระแสเรมตนทางานไดเปน 2.5 A (50%), 3.75 (75%), 5 A (100%), …, 10

A (200%) คาตวคณเวลาไดเปน 0.1 - 1.0

- เลอกใช CT จากอตราสวนมาตรฐาน ดงตอไปน 50/5, 100/5, 150/5, 200/5, 250/5, 300/5, 400/5,

450/5, 500/5, 600/5, 800/5, 900/5, 1000/5, 1200/5, 1500/5

รปท P6.3

R

1 2

R12

~

R

1 2

R12

~

R

1 2

R12

~

R

1 2

R12

~

R

1 2

R12

~

R

3

R23

R

1 2

R12

~

R

3

R23

R

1 2

R12

~

R

3

R23

R

1 2

R12

~

R

3

R23


99


4. รเลยปองกนกระแสเกนแบบหนวงเวลาผกผนมคณสมบตการทางานดงสมการ TMSI

t ⋅−

=1

14.002.0

ถาใชหมอแปลงกระแสอตราสวน 900/5 A พกดรเลยทมคา 5 A ปรบตงคากระแสของรเลยไวท 75%

ของพกด ตงคา TMS ไวท 0.5 และ PSM ไวท 1 เมอเกดกระแสผดพรองมคาเทากบ 4000 A รเลยจะ

ทางานทเวลาเทาใด

5. รเลยกระแสเกนแบบหนวงเวลาผกผนอยางยง มคณสมบตการทางานตามสมการ TMSI

t ⋅−

=15.13

(IEC) ดงรปท P4.9.1 ถาใชหมอแปลงกระแสอตราสวน 1000/5 A พกดรเลยทมคา 5 A ปรบตง

คากระแสของรเลยไวท 125% ของพกด ถาตองการใหรเลยทางานทเวลา 0.5 วนาท เมอเกดกระแสผด

พรองมคาเทากบ 5000 A จะตองปรบตงคา TMS ไปทคาใด

รปท P6.5


100


6. จากขอ 7. ถาทาการเพมรเลยปองกนกระแสเกนแบบทนททบส 1 และ 2 จงแสดงวธการปรบตง

คารเลยปองกนกระแสเกนแบบทนทดงกลาว

7. จงอธบายความจาเปนทตองใชรเลยปองกนกระแสเกนแบบทศทาง และอธบายหลกการทางาน

ของรเลยปองกนกระแสเกนแบบทศทาง


1. ใหนกศกษาออกแบบแผนคานวณดวยโปรแกรม Spread Sheet เชน EXCEL สาหรบคานวณ

แบบฝกหดขอ 3 ในรปแบบทานองเดยวกบตารางท 6.5 ในตวอยางท 6.5 หรอลกษณะอนทเปน

การใสคาททราบจากโจทยและคาทออกแบบ โดยใหโปรแกรมคานวณคาทเกยวของอน ๆ

2. ใหนกศกษาใชโปรแกรมสาเรจรปทเปน Freeware หรอเปน Demo เชน ETAP (DEMO), EASY

POWER (DEMO) ในการปรบตงรเลย R12 และ R23 ซงเปนรเลยคณสมบต IEC Standard

Inverse ของระบบไฟฟากาลงตอไปน สามารถด)วดทศนสาธตวธการทาไดทาง E-Learning)


101




เรอง การปองกนแบบระยะทางและองคประกอบสมมาตรในระบบไฟฟากาลง


1. เพอใหนกศกษาไดเขาใจถงความจาเปนในการใชรเลยปองกนแบบระยะทาง

2. เพอใหนกศกษาไดเขาใจหลกการปองกนแบบระยะทาง

3. เพอใหนกศกษาสามารถคานวณคาอมพแดนซทางดานทตยภมของสายสงเพอใชในการปองกน

แบบระยะทางได

4. เพอใหนกศกษาเขาใจหลกการแบงขอบเขตในการปองกนแบบระยะทาง

5. เพอใหนกศกษาเขาใจในเรององคประกอบสมมาตรในระบบไฟฟากาลง

เนอหา

ความจาเปนของรเลยปองกนแบบระยะทาง หลกการปองกนแบบระยะทาง การคานวณวาอมพ

แดนซทางดานทตยภม การแบงขอบเขตในการปองกนแบบระยะทาง หลกการปรบตงรเลยแบบระยะทาง

องคประกอบสมมาตรในระบบไฟฟากาลง






102



เรอง การปองกนแบบระยะทางและ

องคประกอบสมมาตรในระบบไฟฟากาลง

บอยครงทการปองกนการลดวงจรดวยรเลยปองกนกระแสเกนเพยงอยางเดยวจะไมสามารถทาการ

ปรบตงคาทเหมาะสมได โดยเฉพาะในกรณทมการปรบเปลยนเปด-ปดวงจรของโครงขายซงจะทาใหคาตว

แปรสาคญคอกระแสลดวงจรของระบบไฟฟากาลงโดยเฉพาะแบบโครงขายเปลยนแปลงไปทาใหการ

ปรบตงรเลยตองมการเปลยนแปลงตามการเปลยนแปลงวงจรของโครงขาย และในทางปฏบตจะไม

สามารถปรบตงรเลยไดทกครงทมการสงเปด-ปดวงจรของโครงขาย ในบทนจะเปนการกลาวถงรเลยแบบ

ระยะทางทจะชวยแกปญหาดงกลาวขางตนในการปองกนสายสงไฟฟา

7.1 ความจาเปนของการปองกนแบบระยะทาง

ในไฟฟากาลงแบบโครงขายขนาดใหญจะมการปรบเปลยนสภาวะการทางานของระบบ เชน การ

ปด-เปดเบรกเกอรของสายสงอยเสมอทาใหคากระแสลดวงจรเปลยนแปลงไปดวย ซงหากมการใชรเลย

ปองกนกระแสเกนเพยงอยางเดยวกจะตองทาการปรบตงรเลยใหมทกครงทมการเปลยนแปลงสภาวะของ

ระบบ ซงไมสะดวกและเกดความผดพลาดขนได ดงนนในระบบโครงขายขนาดใหญจงจาเปนตองใชรเลย

แบบระยะทางซงสามารถตรวจจบการเกดลดวงจรไดโดยไมขนอยกบคากระแสลดวงจรเพยงอยางเดยวแต

ตรวจจบจากคาอมพแดนซของสายสงขณะลดวงจร พจารณารปท 7.1 ถามการแบงสภาวะการทางานของ

ระบบเปนสองกรณคอ กรณท1 มความตองการใชกาลงงานไฟฟามาก และกรณท 2 มการใชกาลงงาน

ไฟฟานอย

ในกรณท 1 จะมการใชงานเครองกาเนดไฟฟาทงหมดดงรปท 7.1 a แตในกรณท 2 มการหยด

เดนเครองกาเนดไฟฟาทบส 2 และเปดวงจรสายสง 2-3 ดงรปท 7.1b คากระแสลดวงจรในกรณท 1

คากระแสในสภาวะปกตจะมคาสงและคากระแสลดวงจรกจะมคาสงจงตองทาการปรบตงรเลยปองกน

กระแสเกน R34 ไวทคาสง แตในกรณทระบบอยในกรณท 2 คากระแสลดวงจรจะมคาตาซงหากปรบตง

ตามคากระแสลดวงจรของกรณท 1 กจะทาใหรเลยไมสงตดวงจรเมอเกดการลดวงจรขน แตถาปรบตงตาม

คากระแสลดวงจรของกรณท 2 กจะทาใหรเลยสงตดวงจรในกรณทมการใชกาลงงานไฟฟาสงในกรณท 1

ได


103


a b

รปท 7.1 ตวอยางระบบไฟฟา

a. กรณท 1 มการใชกาลงงานไฟฟามาก b. กรณท 2 มการใชกาลงงานไฟฟานอย

7.2 หลกการปองกนแบบระยะทาง

รเลยแบบระยะทางมกใชในการปองกนสายสงไฟฟา โดยจะใชวธตรวจวดคาอมพแดนซระหวาง

ตาแหนงทรเลยรบสญญาณกบตาแหนงทเกดลดวงจร ซงคาอมพแดนซนจะสะทอนถงระยะทางระหวาง

ตาแหนงทรเลยรบสญญาณกบตาแหนงทเกดลดวงจรนนเอง หลกการวดคาอมพแดนซจะใชวธวดคา

แรงดนและกระแสเพอแปลงเปนสดสวนกนดงสมการ

s

ss I

VZ = (7.1)

หรอ Is

VsZs I

VZ

θθ

θ∠

∠=∠ (7.2)

โดย

sZ เปนคาอมพแดนซทรเลยวดได หรอเปนคาอมพแดนซดานทตยภม

sV เปนคาแรงดนทรเลยรบจากหมอแปลงแรงดนหรอเปนคาแรงดนดานทตยภม

sI เปนคากระแสทรเลยรบจากหมอแปลงกระแสหรอเปนคากระแสดานทตยภม

โดยรเลยจะสงใหเบรกเกอรตดวงจร (Trip) เมอคาอมพแดนซมคาตากวาคาทปรบตงไวคอ

rs ZZ < Trip หรอสามารถแสดงเปนแผนผงความตานทาน-รแอคแตนซ หรอ R-X Diagram ไดดง

รปท 7.2

1 2

~ ~

3

4

RT

1 2

~ ~

3

4

RT

1 2

~ ~

3

4

RT

1 2

~ ~

3

4

RT


104


รปท 7.2 R-X Diagram แสดงการปองกนของรเลยแบบระยะทาง

รปท 7.3 การตรวจวดสญญาณแรงดนและกระแสของรเลยระยะทาง

จากการทรเลยแบบระยะทางจะรบสญญาณแรงดนและกระแสจากหมอแปลงแรงดนและหมอ

แปลงกระแสดงแสดงในรปท 7.3 ดงนนคาอมพแดนซจรงของสายสงหรอเรยกวาคาอมพแดนซทางดาน

ปฐมภมจะมคาแตกตางจากคาอมพแดนซทรเลยไดรบสญญาณตามคาอตราสวนของหมอแปลงแรงดนและ

หมอแปลงกระแสดงสมการ

v

ps n

VV = (7.3)

i

ps n

II = (7.4)

ดงนน

v

ip

v

i

p

p

p

i

v

p

s

ss n

nZnn

IV

In

nV

IVZ ⋅=⋅=⋅== (7.5)

Trip

Block

X

R

Trip

Block

X

R

1 2

R12

~

R

CT

VT

1/in

1 2

R12

~

R

CT

VT

1/in

1 2

R12

~

R

CT

VT

1/in


105


เมอ

pZ เปนคาอมพแดนซดานปฐมภม

pV เปนคาแรงดนดานปฐมภม

pI เปนคากระแสดานปฐมภม

vn เปนคาอตราสวนของหมอแปลงแรงดน

in เปนคาอตราสวนของ CT

ตวอยางท 7.1 พจารณารเลยแบบระยะทางดงรปท 7.4 ถาคาอมพแดนซดานปฐมภมมคา 1+ j3 โอหม จงหา

คาอมพแดนซดานทตยภม

รปท 7.4 การปองกนแบบระยะทางในตวอยางท 7.1

วธทา

จากหมอแปลงกระแสอตราสวน 500/5 = 100/1 ดงนน ni = 1

จากหมอแปลงแรงดนอตราสวน 20000/110 = 181.82/1 ดงนน nv = 181.82

Ω+=

+== 65.155.0

82.181100)31( jj

nn

ZZv

ips

7.3 หลกการปรบตงรเลยแบบระยะทาง

รเลยแบบระยะทางจะมหนาทหลกในการปองกนสายสงทตอยและจะทาหนาทปองกนสารองสาย

สงทอยถดออกไปดวย ดงแสดงดงรปท 7.5 เพอใหแนใจวารเลย (R12) จะไมสงตดวงจรเมอเกดการ

ลดวงจรในสายสงทอยถดไป (สายสง 2-3) กอนรเลยทรบผดชอบอย (R23) ดงนนจะปรบตงคาใหรเลย

R12 มขอบเขตในการปองกนอยทระยะ 85-90% ของความยาวสายสง 1-2 ซงจะเรยกวาขอบเขตท 1 (Zone

1) และจะมการปองกนขอบเขตท 2 (Zone 2) ทระยะ 120-150% ของความยาวสายสง 1-2 แตตองไมเกน

ขอบเขตท 1 ของรเลย R23 ซงการเกดลดวงจรในขอบเขตทสองจะมการสงตดวงจรดวยเวลาทนานกวา

ขอบเขตท 1 โดยปกตจะปรบตงคาการหนวงเวลาจากขอบเขตท 1 อยประมาณ 0.3 วนาทและเพอใหมการ

1 2

R12

~

R

CT

VTA 5/500

1 2

R12

~

R

CT

VTA 5/500


106


ปองกนทสมบรณยงขนจะกาหนดขอบเขตท 3 ซงทางานชาทสดทระยะ 150% ของความยาวสายสงทอย

ถดไป (สายสง 2-3) ระยะเวลาในการปองกนของขอบเขตท 3 จะปรบตงทคาประมาณ 1 วนาท ร ป ท 7 . 6

แสดงขอบเขตการปองกนของรเลยแบบระยะทางดวย R-X Diagram

รปท 7.5 ขอบเขตการปองกนของรเลยแบบระยะทาง

รปท 7.6 ขอบเขตการปองกนของรเลยแบบระยะทางแสดงดวย R-X Diagram

1 2~

3

Zone 3Zone 2

Zone 1

R12 R23

เวลา

คาอมพแอนซ (ระยะทาง)

(85-90%) Z12

(100%) Z12

(120-150%) Z12

(100%) Z12 +(150%) Z23

1 2~

3

Zone 3Zone 2

Zone 1

R12 R23

เวลา


(85-90%) Z12

(100%) Z12

(120-150%) Z12

(100%) Z12 +(150%) Z23

X

R

Zone 3

Zone 2

Zone 1

X

R

Zone 3

Zone 2

Zone 1


107


ตวอยางท 7.2 พจารณาระบบในรปท 7.7 โดยสายสงมคาอมพแดนซดงแสดงในรป ถาตองการปรบตงรเลย

แบบระยะทางทบส 1 (R12) ใหปองกนสายสง 1-2 และทาหนาทปองกนสารองสาหรบสายสง 2-3 และ

สายสง 2-4

รปท 7.7 ระบบในตวอยางท 7.2

วธทา

1. ปรบตงระยะปองกนขอบเขตท 1 ท 85% ของสายสง 1-2 คอ

Ω=

Ω+=+=

7257.25 5.254.3)304(85.0

1

1

r

r

ZjjZ

2. ปรบตงระยะปองกนขอบเขตท 2 ท 120% ของสายสง 1-2 คอ

Ω=

Ω+=+=

3186.36 368.4)304(2.1

2

2

r

r

ZjjZ

3. สายสง 2-3 มระยะทไกลกวา 2-4 ดงนนเพอใหรเลยมการปองกนทครอบคลมจง ปรบตงระยะ

ปองกนขอบเขตท 3 ท 150% ของสายสง 2-3 คอ

Ω=

Ω+=+++=

8729.120 1205.14)607(5.1)304(

3

3

r

r

ZjjjZ

4. ระยะเวลาทหนวงสาหรบขอบเขตท 2 และ 3 มคาเทากบ 0.3 และ 1 วนาท ตามลาดบ

หมายเหต คาอมพแดนซในตวอยางนเปนคาทางดานปฐมภม ซงจะตองแปลงเปนคาอมพแดนซทางดาน

ทตยภม (อมพแดนซทรเลยมองเหน) ดงทไดกลาวในหวขอท 7.2 ในการปรบตงรเลย

ในกรณทสายสง 2-4 มระยะทสนมากและทาใหมคาอมพแดนซนอยกวาในตวอยางท 7.2 มาก การ

ปรบตงขอบเขตท 2 ของรเลย R12 อาจจะเกนระยะของสายสง 2-4 ออกไป ในกรณนอาจตองลดระยะของ

ขอบเขตท 2 ของรเลย R12 ลง หรอหากไมสามารถทาไดขอบเขตท 2 ของรเลย R12 อาจตองยกเวนและม

เพยงขอบเขตท 3 ทเปนการปองกนสารองสาหรบรเลย R23 และ R24

รปท 7.8 แสดงวงจรควบคมของรเลยแบบระยะทางอนประกอบดวยขอบเขตการปองกนทง 3 โดย

ในการปองกนขอบเขตท 1 จะเปนการสงตดวงจรทนท สวนในการปองกนขอบเขตท 2 และ 3 จะมการ


1 2

R12

~R23

R244

34+j 30 7+j 60

2+j 20

1 2

R12

~R23

R244

34+j 30 7+j 60

2+j 20


108


รปท 7.8 วงจรควบคมของรเลยแบบระยะทาง

การปรบตงรเลยแบบระยะทางนนจะไมขนอยกบชนดของการลดวงจร เนองจากจะใชการวดคา

แรงดนและกระแสในสวนขององคประกอบสมมาตรลาดบบวก (Positive sequence) เพอหาองประกอบ

สมมาตรของอมพแดนซลาดบบวกระหวางจดทรเลยวดกบจดทเกดการลดวงจร ในสวนขององคประกอบ

สมมาตร (Symetrical Component) จะแสดงรายละเอยดไวในหวขอถดไป

7.4 องคประกอบสมมาตรในระบบไฟฟากาลง

ระบบเฟเซอร 3 เฟสมไมสมดลใด ๆ จะสามารถแทนดวยระบบเฟเซอรทสมดล 3 ระบบทเรยกวา

- ระบบลาดบบวก (Positive Sequence System)

- ระบบลาดบลบ (Negative Sequence System)

- ระบบลาดบศนย (Zero Sequence System)

ระบบลาดบบวก (Positive Sequence System) เปนระบบเฟเซอรสมดลทมลาดบเฟสเหมอนกนกบ

ระบบไมสมดลทแสดงแทน เฟเซอรในระบบลาดบบวกจะมขนาด (Magnitude) ทเทากน และมมมเฟส

(Phase angle) ตางกน 120o

ระบบลาดบลบ (Negative Sequence System) เปนระบบเฟเซอรสมดลทมลาดบเฟสตรงขามกนกบ

ระบบไมสมดลทแสดงแทน เฟเซอรในระบบลาดบลบจะมขนาดทเทากน และมมมเฟสตางกน 120o

-

Circuit BreakerTrip coil

SSeal-in

Target

S

t

+

t

Timer 2 Timer 3

Target tTarget

Z1

Timer 2 Timer 3

Z2 Z3

-


SSeal-in

Target

S

t

+

t

Timer 2 Timer 3

Target tTarget

Z1

Timer 2 Timer 3

Z2 Z3


109


ระบบลาดบศนย (Zero Sequence System) เปนระบบเฟเซอร 1 เฟส 3 ระบบทมขนาดเทากน และมมม

เฟสเดยวกน (ตางกน 0o)

รปท 7.9 แสดงตวอยางของระบบไฟฟาสามเฟสทแทนดวยการรวมกนของระบบลาดบบวก ระบบ

ลาดบลบ และระบบลาดบศนย

โดยท 210 aaaa VVVV ++=

210 cccc VVVV ++=

210 bbbb VVVV ++=

เมอ 111 ,, cba VVV เปนองคประกอบสมมาตรอนดบบวกของแรงดนเฟส A, B, และ C ตามลาดบ

222 ,, cba VVV เปนองคประกอบสมมาตรอนดบลบของแรงดนเฟส A, B, และ C ตามลาดบ

000 ,, cba VVV เปนองคประกอบสมมาตรอนดบศนยของแรงดนเฟส A, B, และ C ตามลาดบ

เมอนยามตวดาเนนการ 866.05.0)120sin()120cos(1201 jja ooo +−=+=∠=

จะไดวา ooa 120124012 −∠=∠=

ooa 0136013 ∠=∠=

รปท 7.10 แสดงคาตวดาเนนการ a บนระนาบเชงซอน และ

12

11 120 ao

ab VaVV =−∠=

111 120 ao

ac aVVV =∠=

222 120 ao

ab aVVV =∠=

22

22 120 ao

ac VaVV =−∠=

000 cba VVV == ดงนนจะสามารถเขยนแสดงคาแรงดนของเฟสทงสามไดเปน

210210 aaaaaaa VVVVVVV ++=++=

212

0210 aaabbbb aVVaVVVVV ++=++=

22

10210 aaacccc VaaVVVVVV ++=++=

=

2

1

0

2

2

11

111

a

a

a

c

b

a

VVV

aaaa

VVV

=

c

b

a

a

a

a

VVV

aaaa

VVV

2

2

2

1

0

11

111

31


110


รปท 7.9 องคประกอบสมมาตรของระบบไฟฟาทไมสมดล

รปท 7.10 คาตวดาเนนการ a บนระนาบเชงซอน

Real

Imaginary

Real

Imaginary


111


อมพแดนซลาดบ (Sequence Impedance)

อมพแดนซลาดบของสายสงไฟฟา

พจารณาสายสงไฟฟาดงรปท 7.11

รปท 7.11 อมพแดนซของสายสง

=

c

b

a

cccbca

bcbbba

acabaa

c

b

a

III

ZZZZZZZZZ

VVV

[ ] [ ][ ]abcabcabc IZV =

สาหรบสายสงทสมดล

sccbbaa ZZZZ ===

mcbcabcbaacab ZZZZZZZ ======

โดยท

sZ เปนคาอมพแดนซของสายสงแตละเสน (self impedance)

mZ เปนคาอมพแดนซเหนยวนาระหวางสายสง (mutual impedance)

และจะไดวา

=

c

b

a

smm

msm

mms

c

b

a

III

ZZZZZZZZZ

VVV

จาก

=

c

b

a

a

a

a

VVV

aaaa

VVV

2

2

2

1

0

11

111

31

จะได

=

c

b

a

smm

msm

mms

a

a

a

III

ZZZZZZZZZ

aaaa

VVV

2

2

2

1

0

11

111

31

Zaa

Zbb

Zcc

Zab

Zbc

Zca

a

b

c

a’

b’

c’

Zaa

Zbb

Zcc

Zab

Zbc

Zca

a

b

c

a’

b’

c’


112


จาก

=

2

1

0

2

2

11

111

a

a

a

c

b

a

III

aaaa

III

จะได

=

2

1

0

2

2

2

2

2

1

0

11

111

11

111

31

a

a

a

smm

msm

mms

a

a

a

III

aaaa

ZZZZZZZZZ

aaaa

VVV

และ

−−

+=

2

1

0

2

1

0

0000002

a

a

a

ms

ms

ms

a

a

a

III

ZZZZ

ZZ

VVV

ดงนนในกรณของสายสงไฟฟา

ms ZZZ 20 +=

ms ZZZ −=1

ms ZZZ −=1

อมพแดนซลาดบของเครองกาเนดไฟฟา

จากวงจรสมมลวงจรสมมลของเครองกาเนดไฟฟาดงรปท 7.12

รปท 7.12 วงจรสมมลวงจรสมมลของเครองกาเนดไฟฟา

~

~ ~nI

nZaE

bEcE

~~

~~ ~~nI

nZaE

bEcE


113


อมพแดนซลาดบบวกของเครองกาเนดไฟฟาจะมสวนของแรงดนเหนยวนาของเครองกาเนด

ไฟฟาอยดวย เนองจากเปนองคประกอบในสวนของระบบ 3 เฟสสมดลทมลาดบเฟสตรงกบระบบทแสดง

แทน ดงแสดงในรปท 7.13

รปท 7.13 อมพแดนซลาดบบวกของเครองกาเนดไฟฟา

อมพแดนซลาดบลบของเครองกาเนดไฟฟาจะมเฉพาะสวนของวงจรทแสดงสวนของกระแสทไม

สมดล ดงนนจงไมมสวนของแรงดนเหนยวนารวมอยดวย ดงแสดงในรปท 7.14

รปท 7.14 อมพแดนซลาดบลบของเครองกาเนดไฟฟา

~

~ ~

1Z

~

Reference Bus (Neutral)1aI

aE

bEcE

~~

~~ ~~

1Z

~~


aE

bEcE

2Z


2Z



114


คาอมพแดนซลาดบบวกและลาดบลบคอคารแอคแตนซของเครองกาเนดไฟฟาในแตละสภาวะ

(Xd, Xd’, Xd’’ ) ขนอยกบเงอนไขทพจารณา

องคประกอบลาดบศนยจะเกดกระแสไหลไดกตอเมอมการตอจดนวทรอล (เนองจากเปนสวน

ของกระแสทมทศทางเดยวกนหมด มผลรวมของกระแสไมเปนศนย) ดงแสดงในรปท 7.15

รปท 7.15 อมพแดนซลาดบศนยของเครองกาเนดไฟฟา

โดยท Zgo เปนอมพแดนซลาดบศนยของเครองกาเนดไฟฟา (ตอเฟส) และเมอพจารณาอมพแดนซ

ทตอลงดนทจดนวทรอล (Zn) จะไดวา

gono ZZZ += 3

หมายเหต กระแสลาดบศนยจะไหลไดเฉพาะในกรณทมการตอแบบสตาร (Y) และตอจดนวทรอลงดน

เทานน

อมพแดนซลาดบของหมอไฟฟา

อมพแดนซลาดบบวกและลบของหมอแปลงไฟฟาจะแสดงดวยคาอมพแดนซของหมอแปลง

สวนอมพแดนซลาดบศนยของหมอแปลงจะขนอยกบการตอขดลวด ดงแสดงในรปท 7.16

0gZ


0cI

nZ

0bI

0aI0gZ


0cI

nZ

0bI

0aI


115


การตอขดลวด อมพแดนซลาดบศนย การไหลของกระแสลาดบศนย

กระแสลาดบศนยไหลผานได

กระแสลาดบศนยไหลผานไมได

กระแสลาดบศนยไหลลงดนในดาน Y

และไหลวนในดาน ∆

กระแสลาดบศนยไหลผานไมได

กระแสลาดบศนยไหววนใน ∆

รปท 7.16 อมพแดนซลาดบศนยของหมอแปลงไฟฟา


116



1. จงอธบายถงความจาเปนในการใชการปองกนแบบระยะทาง

2. พจารณารเลยแบบระยะทางดงรปท P7.2 ถาคาอมพแดนซดานปฐมภมมคา 5+ j15 โอหม จงหา

คาอมพแดนซดานทตยภม

รปท P7.2

3. จงอธบายหลกการในการกาหนดขอบเขตการปองกน (Zone of Protection) ของรเลยแบบ

ระยะทาง

4. จากรปท P7.4 แสดงขอบเขตการปองกนของรเลยแบบระยะทาง จงเขยนแผนผง R-X ทแสดง

ขอบเขตการปองกนดงกลาว

รปท P7.4

1 2

R12

~

R

CT

VT

A 5/600

1 2

R12

~

R

CT

VT

A 5/600

1 2~

3

Zone 3Zone 2

Zone 1

R12 R23

เวลา


1 2~

3

Zone 3Zone 2

Zone 1

R12 R23

เวลา



117


5. จงแสดงใหเหนวาการปรบตงรเลยแบบระยะทางจะไมขนอยกบชนดของการลดวงจร เนองจากจะ

ใชการวดคาแรงดนและกระแสในสวนขององคประกอบสมมาตรลาดบบวก (Positive sequence)

โดยใหแสดงการพจารณากรณลดวงจรหนงเฟสลงดน (Single Line to Ground Fault) และกรณ

ลดวงจรสามเฟส (Three Phases Faults) พรอมทงเขยนวงจรในการตอวงจรปองกน


118



การสอบกลางภาค ขอบขายและประเดนหลกในการวดผล

ขอบขายนอาจปรบเปลยนตามลกษณะการเรยนการสอนจรง โดยอาจารยจะแจงให

ทราบลวงหนา

โครงสรางของระบบไฟฟากาลงและการเกดความผดพรองในระบบไฟฟากาลง

• สามารถบอกความแตกตางระหวางการลดวงจรในระบบโครงขายและระบบแขนงได • สามารถอธบายวธการจดวางบสแบบทสาคญในระบบไฟฟากาลงได • สามารถบอกความแตกตางของการผดพรองในระบบไฟฟากาลงแตละแบบได • สามารถบอกลกษณะของกระแสลดวงจรทเกดขนในระบบไฟฟากาลงได

หลกการทางานของรเลยและอปกรณเสรม

• สามารถอธบายองคประกอบและคณสมบตของระบบปองกนไฟฟากาลง การแบงขอบเขตการ

ปองกนในระบบไฟฟากาลงได • สามารถอธบายประเภทและหลกการทางานรเลย รเลยแบบเหนยวนา รเลยแบบอเลกทรอนกส

รเลยแบบไมโครโปรเซสเซอรได • สามารถอธบายหลกการทางานของอปกรณควบคมเสรมการทางานของรเลยปองกนได • สามารถอธบายวธการปองกนระดบปฐมภมและการปองกนสารองได • สามารถอธบายการใชงานแบตเตอรสาหรบระบบปองกนไฟฟากาลงได • สามารถอธบายประเภทและหลกการทางานของเซอรกตเบรกเกอรแตละประเภทในระบบไฟฟา

กาลงได

หมอแปลงกระแสและหมอแปลงแรงดน

• สามารถอธบายหลกการของหมอแปลงกระแสได • สามารถอธบายมาตรฐานความคลาดเคลอนของหมอแปลงกระแสได • สามารถคานวณคาความคลาดเคลอนของหมอแปลงกระแสได • สามารถแสดงวธการเลอกใชหมอแปลงกระแสไดอยางถกตองและเหมาะสมได • สามารถอธบายหลกการของหมอแปลงแรงดน และหมอแปลงแรงดนแบบตอกบตวเกบประจได


119


การปองกนกระแสเกน

• สามารถอธบายหลกการปองกนกระแสเกนและการลดวงจรในระบบไฟฟากาลงได

• สามารถอธบายการทางานของรเลยปองกนกระแสเกนแบบหนวงเวลาได

• สามารถอธบายมาตรฐานของรเลยปองกนกระแสเกนแบบหนวงเวลาตามมาตรฐาน IEC และ

มาตรฐาน IEEE/ANSI ได

• สามารถอธบายวธการใชรเลยปองกนกระแสเกนแบบหนวงเวลาและสามารถประยกตใชได

เรอง คณสมบตของรเลยปองกนกระแสเกนแบบหนวงเวลา

• สามารอธบายหลกการปรบตงรเลยปองกนกระแสเกนแบบหนวงเวลาได

• สามารถอานคาคณสมบตของรเลยปองกนกระแสเกนแบบหนวงเวลาได

• สามารถคานวณคากระแสและเวลาในการทางานของรเลยปองกนได


120




เรอง การใชโครงขายลาดบบวกในการปองกนแบบระยะทางและ

ประเภทของรเลยปองกนแบบระยะทาง


1. เพอใหนกศกษาเขาใจถงการใชโครงขายลาดบบวกในการปองกนแบบระยะทาง

2. เพอใหนกศกษาไดทราบและเขาใจวธการทางานรเลยแบบระยะทางแตละประเภท

3. เพอใหนกศกษาไดทราบถงหลกการทางานของรเลยระยะทางแบบคานกระดก แบบถวยเหนยวนา

และแบบไมโครโปรเซสเซอร

4. เพอใหนกศกษาไดทราบถงปญหาและขอควรระวงในการใชงานรเลยระยะทาง

เนอหา

หลกการคานวณคากระแสลดวงจร การทางานรเลยแบบระยะทางแตละประเภท หลกการทางาน

ของรเลยระยะทางแบบคานกระดก แบบถวยเหนยวนา และแบบไมโครโปรเซสเซอร ปญหาและขอควร

ระวงในการใชงานรเลยระยะทางประเภทของรเลยปองกนแบบระยะทาง






121



เรอง การใชโครงขายลาดบบวกในการปองกนแบบระยะทาง

และประเภทของรเลยปองกนแบบระยะทาง

จากทไดกลาวไปแลววาการปรบตงรเลยแบบระยะทางนนจะไมขนอยกบชนดของการลดวงจร

เนองจากจะใชการวดคาแรงดนและกระแสในสวนขององคประกอบสมมาตรลาดบบวก (Positive

sequence) เพอหาองประกอบสมมาตรของอมพแดนซลาดบบวกระหวางจดทรเลยวดกบจดทเกดการ

ลดวงจร ในสปดาหนจะเปนการแสดงรายละเอยดการใชโครงขายลาดบบวกในการปองกนแบบระยะทาง

รวมถงประเภทและปญหาในการใชงานรเลยแบบระยะทาง

9.1 การใชโครงขายลาดบบวกในการปองกนแบบระยะทาง

9.1.1 กรณการลดวงจรระหวางเฟส (L-L)

พจารณาการลดวงจรระหวางเฟส B กบเฟส C ทจด F ของระบบสายสงแบบ 3 เฟส ซงสามารถแทน

ดวยองคประกอบสมมาตร โดยเปนโครงขายลาดบบวก (Positive sequence network) และลาดบลบ

(Negative sequence network) ตอขนานกนอยดงรปท 9.1

รปท 9.1 วงจรสมมลทแสดงดวยองคประกอบสมมาตรของการลดวงจรระหวางเฟส

พจารณาคาแรงดนทจด F

21211121 IZVIZVVV ffff −=−== (9.1)

จดรปไดเปน fZIIVV

121

21 =−−

(9.2)

IA

~~Zs Z1f

V1

V2f

V1f

V2

Z2f = Z1f

Positive

sequence

network

Negative

sequence

network

A

B

C

IB

IC

I1

I2

L-L Fault

FZ1f ,Z2f

IA

~~Zs Z1f

V1

V2f

V1f

V2

Z2f = Z1f

Positive

sequence

network

Negative

sequence

network

A

B

C

IB

IC

I1

I2

L-L Fault

FZ1f ,Z2f


122


โดย VA = V0+V1+V2 (9.3)

VB = V0+a2V1+aV2 (9.4)

VC = V0+aV1+a2V2 (9.5)

IA = I0+I1+I2 (9.6)

IB = I0+a2I1+aI2 (9.7)

และ IC = I0+aI1+a2I2 (9.8)

ดงนนจะไดวา ))(( 212 VVaaVV CB −−=− (9.9)

และ ))(( 212 IIaaII CB −−=− (9.10)

ดงนนจะไดวา

FCB

CB ZIIVV

IIVV

121

21 =−−

=−− (9.11)

ในกรณทเกดการลดวงจรระหวางเฟสเมอใชแรงดนสายระหวางเฟสทเกดการลดวงจรกบผลตาง

ของกระแสในสองเฟสนน จะสามารถวดอมพแดนซลาดบบวก (Positive Sequence Impedance) ได

9.1.2 กรณการลดวงจรสองเฟสลงดน (L-L-G)

ในกรณทเกดการลดวงจรระหวางเฟสและลงดน จะสามารถเขยนแสดงดวยองคประกอบสมมาตรท

มการตอขนานกนของโครงขายลาดบบวก ลาดบลบ และลาดบศนย ไดดงรปท 9.2 ซงจะสามารถใชการ

วเคราะหในทานองเดยวกบในกรณการลดวงจรระหวางเฟสทไดกลาวถงไปแลว

รปท 9.2 วงจรสมมลทแสดงดวยองคประกอบสมมาตรของการลดวงจรระหวางเฟสและลงดน

A

B

C

IA

IB

ICL-L-G Fault

FZ1f ,Z2f ,Z0f

Ground

A

B

C

IA

IB

ICL-L-G Fault

FZ1f ,Z2f ,Z0f

Ground

~~Zs Z1f

V1

V2f

V1f

V2

Z2f = Z1f

Positive

sequence

network

Negative

sequence

network

I1

I2

V0

Z0

Zero

sequence

networkI0

V0f

~~Zs Z1f

V1

V2f

V1f

V2

Z2f = Z1f

Positive

sequence

network

Negative

sequence

network

I1

I2

V0

Z0

Zero

sequence

networkI0

V0f


123


9.1.3 กรณการลดวงจร 3 เฟส (3 phase fault)

ในกรณการลดวงจรแบบ 3 เฟสจะมเพยงโครงขายลาดบบวกตอลดวงจรดงแสดงรปท 9.3 และ

จากแผนผงลาดบจะสามารถเขยนสมการไดเปน

111 IZV f= (9.12)

และ 002 == VV

002 == II (9.13)

ดงนน

aFfa IZIZVV 1111 === (9.14)

และ VA = V0+V1+V2 = V1 (9.15)

VB = V0+a2V1+aV2= a2V1 (9.16)

VC = V0+aV1+a2V2= aV1 (9.17)

IA = I0+I1+I2 = I1 (9.18)

IB = I0+a2I1+aI2= a2I1 (9.19)

IC = I0+aI1+a2I2= aI1 (9.20)

ดงนนจะไดวา 12 )( VaaVV CB −=− (9.21)

และ 12 )( IaaII CB −=− (9.22)

ดงนน FCB

CB ZIV

IaaVaa

IIVV

11

1

12

12

)()(

==−−

=−− (9.23)

รปท 9.3 วงจรสมมลทแสดงดวยองคประกอบสมมาตรของการลดวงจร 3 เฟส

จะเหนวาในกรณของการลดวงจรระหวางเฟส และสองเฟสลงดน และลดวงจรแบบสามเฟสจะ

สามารถใชผลตางของแรงดนและผลตางของกระแสในการหาคาอมพแดนซลาดบบวกของการลดวงจรได

รปท 9.4 แสดงการตอวงจรในการปองกนการลดวงจรระหวางเฟส

A

B

C

IA

IB

IC

Three Phase Fault

FZ1f

~~Zs Z1f

V1

Positive

sequence

networkI1

A

B

C

IA

IB

IC

Three Phase Fault

FZ1f

~~Zs Z1f

V1

Positive

sequence

networkI1


124


รปท 9.4 การตอวงจรปองกนแบบระยะทางในการปองกนการลดวงจรระหวางเฟส

9.1.4 กรณการลดวงจรลงดน (SLG)

วงจรสมมลเมอเกด Single Line to Ground Fault สามารถแสดงไดดงรปท 9.5 จากรปวงจรสมมล

จะไดสมการแสดงความสมพนธของแรงดน และกระแสดงน

รปท 9.5 วงจรสมมลทแสดงดวยองคประกอบสมมาตรของการลดวงจรหนงเฟสลงดน

A

B

C

VT

CT

RBC

RAB

RCA

Relay

A

B

C

VT

CT

RBC

RAB

RCA

Relay

A

B

C

IA

IB

ICSLG Fault

FZ1f ,Z2f ,Z0f

Ground

A

B

C

IA

IB

ICSLG Fault

FZ1f ,Z2f ,Z0f

Ground

~~Zs Z1f

V1

V2f

V1f

V2

Z2f = Z1f

Positive

sequence

network

Negative

sequence

network

I1

I2

V0

Z0

Zero

sequence

networkI0

V0f

~~Zs Z1f

V1

V2f

V1f

V2

Z2f = Z1f

Positive

sequence

network

Negative

sequence

network

I1

I2

V0

Z0

Zero

sequence

networkI0

V0f


125


V1F = V1-Z1F I1 (9.24)

V2F = V2-Z1F I2 (9.25)

V0F = V0-Z0F I0 (9.26)

แรงดนทเฟส A จะมคาเปนศนย (0) และสามารถเขยนไดในรปองคประกอบสมมาตรไดเปน

VAF = V0F+V1F+V2F = (V0+V1+V2)-Z1F(I1+I2)-Z0F I0 = VA-Z1FIA - ( Z0F - Z1F )I0 = 0 (9.27)


−+= 0

1

101 I

ZZZIZV

F

FFAFA

(9.28)

จากนนนยาม VA = Z1FI'A

จะได 01

100

1

10' IZ

ZZII

ZZZ

II AF

FFAA

−+=

−+= (9.29)

เนองจาก 210 IIII A ++= โดย I0=I1=I2 (9.30)

03II A = (9.31)

จะได AAA IZ

ZZII

−+=

1

10

3' (9.32)

+=

31' mII AA (9.33)

รปท 9.6 การตอวงจรปองกนแบบระยะทางในการปองกนการลดวงจรเฟสลงดน

เมอ Z0 และ Z1 เปนอมพแดนซลาดบศนยและลาดบบวกของสายสงตามลาดบ และ m คอตว

ประกอบการชดเชย (Compensation Factor) ซงเปนตวชดเชยผลของกระแสในเฟสทไมเกดการลดวงจร

A

B

C

VT

CT

RCG

RBG

RAG

Relay

A

B

C

VT

CT

RCG

RBG

RAG

Relay


126


โดยปกต m จะมคาประมาณ 1.5-2.5 โดยในทางปฏบตคาเฉลยทเหมาะสมคอ 2.0 ซงจะทาใหคาอมพแดนซ

ลาดบศนยมคาเปน 3 เทาของอมพแดนซลาดบบวก และจะไดวา

FA

A ZIV

1'= (9.34)

จะเหนวากรณการลดวงจรแบบเฟสลงดนจะสามารถวดคาอมพแดนซลาดบศนยไดโดยการใชตว

ประกอบการชดเชย (m)

ตวอยางท 9.1 การคานวณอมพแดนซลดวงจรทรเลยมองเหนในกรณทเกดลดวงจรแบบสามเฟส ลดวงจร

ระหวางเฟส และการลดวงจรหนงเฟสลงดน ของระบบไฟฟาดงรปท 9.7 ระบบตวอยางทางานทระดบ

แรงดน 230 kV โดยมคาอมพแดนซของสายสงดงแสดงในรป


วธทา

แรงดนระหวางสาย 230=LLV kV

ดงนนแรงดนเฟส 56.1327903

230000==phV V

กรณการลดวงจร 3 เฟส จะสามารถแสดงไดเปนวงจรของโครงขายลาดบบวกทตอลดวงจร ดงนน

63.8687.3898)30240(3

2300001 −∠=

+++==

jjII A A

แรงดนเฟสทตาแหนงรเลยเทากบ 448.059.117225)63.8687.3898)(4(56.1327901 −∠=−∠−== jVVA V

ดงนนคาอมพแดนซทรเลยจะตรวจจบไดจะมคาเปน

30263.8687.3898448.059.117225 j

IV

IIVV

ZA

A

BA

BAf +=

−∠−∠

==−−

=

Ohm

กรณการลดวงจรระหวางเฟส จะสามารถแสดงไดเปนวงจรของโครงขายลาดบบวกและลบตอขนานกน

ดงนน

63.8643.1949)30240(2

56.13279021 −∠=

+++=−=

jjII A

1 2~

0+j 4 2+j 30Positive and negativesequence impedance

Zero sequence impedance 0+j 6 5+j 50

FZS ZF230 kV 1 2

~

0+j 4 2+j 30Positive and negativesequence impedance

Zero sequence impedance 0+j 6 5+j 50

FZS ZF230 kV


127


และจะไดวา 77.151.33763)( 1

21 −∠=−=−=−= IjaaIII CB A

และ 77.102.6753 −∠=− CB II A

สวนแรงดนลาดบบวกและแรงดนลาดบลบทรเลยหาไดดงน 21.013.125007)63.8643.1949)(4(56.132790111 −∠=−∠−=−= jIZVV sph V

37.373.7797)63.8643.1949)(4(222 ∠=−∠−=−= jIZV s V

และแรงดนเฟส B และ C ทตาแหนงของรเลยจะเปน

24.10151738.67188212 jaVVaVB −−=+= V

24.10151718.6560222

1 jVaaVVC −−=+= V

ดงนน 44.9068.203040 −∠=− CB VV และ

30277.102.6753

44.9068.203040 jIIVV

CB

CB +=−∠−∠

=−−

Ohm

กรณการลดวงจรลงดน จะแสดงเปนโครงขายลาดบบวก ลาดบลบและลาดบศนยตออนกรมกนทงหมด

และจะไดวา

85.8508.1068505630243024

56.132790021 −∠=

++++++++===

jjjjjjIII A

คาแรงดนขององคประกอบสมมาตรลาดบบวก ลาดบลบ และลาดบศนยจะเปน

27.30944.128529)85.8508.1068)(5(56.13279011 jjIZVV sph −=−∠−=−= V

27.30912.4261)85.8508.1068)(5(222 jjIZV s −=−∠−=−= V

91.46368.6391)85.8508.1068)(10(000 jjIZV s −−=−∠−=−= V

แรงดนและกระแสของเฟส A จะหาไดจาก

53.061.117881021 −∠=++= VVVVA V 85.8525.3204021 −∠=++= IIII A A

คาตวประกอบการชดเชย m จะหาไดจาก

72.4673.0302

302505

1

10 −∠=+

−−+=

−=

jjj

ZZZ

m

กระแสทชดเชยแลวจะมคาเปน

A 72.8668.3920 )85.8508.1068)(72.4673.0(85.8525.32040

/

−∠=

−∠−∠+−∠=+= mIII AA

30272.8668.392053.061.117881

/ jIV

A

A +=−∠−∠

=

Ohm


128


จากตวอยางจะเหนวารเลยแบบระยะทางจะสามารถปรบตงใหตรวจสอบคาอมพแดนซลดวงจร

ขององคประกอบลาดบบวกได ไมคาจะเปนการลดวงจรประเภทใดกตาม จากตวอยางเปนการแสดงการ

คานวณททศนยม 2 ตาแหนง ซงจะตางจากคาทคานวณจรงเลกนอย

9.2 ประเภทของรเลยปองกนแบบระยะทาง

รเลยแบบระยะทางสามารถแบงไดตามลกษณะของขอบเขตในการปองกน โดยพนฐานแลว

รปรางของขอบเขตบน R-X Diagram จะเปนวงกลมทมจดศนยกลางอยทจดกาเนด อยางไรกตามรเลยแบบ

ระยะทางจะสามารถทาการออกแบบใหมรปรางทแตกตางออกไปตามวตถประสงคของการใชงานไดโดย

การชดเชยทเหมาะสมและใชรเลยหลายตวทางานรวมกน นอกจากนในปจจบนรเลยระยะทางแบบ

อเลกทรอนกสหรอแบบไมโครโปรเซสเซอรจะสามารถออกแบบใหมรปรางของขอบเขตการปองกนท

ซบซอนไดมากขน

รเลยแบบระยะทางทสาคญมอย 4 ประเภทคอ

1. รเลยอมพแดนซ (Impedance relay)

2. รเลยแอดมแตนซ (Admittance relay หรอ mho relay)

3. รเลยรแอคแตนซ (Reactance relay)

4. รเลยควอดรลาเทอรอล หรอรเลยสเหลยมดานไมเทา (Qruadrilateral relay)

รเลยอมพแดนซ (Impedance relay) เปนรเลยระยะทางทมขอบเขตการปองกนแบบพนฐานคอม

รปรางเปนวงกลมทมจดศนยกลางอยทจดกาเนดดงแสดงดงรปท 9.8

รปท 9.8 รเลยอมพแดนซ (Impedance relay)

X

R

Zone 3

Zone 2

Zone 1

X

R

Zone 3

Zone 2

Zone 1


129


รเลยแอดมแตนซ (Admittance relay หรอ mho relay) จะวดคาแอดมแตนซระหวางจดทรเลย

ตรวจวดกบจดทเกดการลดวงจรคลายกบรเลยแบบอมพแดนซ แตจะมลกษณะของวงกลมขอบเขตการ

ปองกนเมอเขยนบน R-X Diagram แลวเสนรอบวงผานจดกาเนด ดงแสดงในรปท 9.9 จากลกษณะดงกลาว

รเลยจะสงตดวงจรเฉพาะเมอเกดกระแสลดวงจรในทศทางทกาหนดเทานน ทาใหมการทางานในลกษณะ

ของรเลยแบบทศทาง

รปท 9.9 รเลยแอดมแตนซ (Admittance relay หรอ mho relay)

รเลยรแอคแตนซ (Reactance relay) จะพจารณาเฉพาะคารแอคแตนซระหวางรเลยกบจดทเกดการ

ลดวงจร ดงแสดงดงรปท 9.10 และจากคณสมบตดงกลาวจะทาใหไมมผลของความตานทานเมอเกดการ

ลดวงจร (arc resistance) ขอบเขตของรเลยรแอคแตนซจะมลษณะเปนเสนตรงขนานกบแกนของความ

ตานทาน

รปท 9.10 รเลยรแอคแตนซ (Reactance relay)

รเลยควอดรลาเทอรอล หรอรเลยสเหลยมดานไมเทา (Qruadrilateral relay) มขอบเขตการปองกน

เปนรปสเหลยมดานไมเทาดงแสดงดงรปท 9.11 รเลยชนดนจะสามารถกาหนดขอบเขตไดแมนยาและลด

ผลกระทบจากกาลงงานกระชาก (power surge) ในระบบไดด

X

R

Zone 3

Zone 2

Zone 1

X

R

Zone 3

Zone 2

Zone 1

X

R

Zone 3

Zone 2

Zone 1

X

R

Zone 3

Zone 2

Zone 1


130


รปท 9.11 รเลยควอดรลาเทอรอล หรอรเลยสเหลยมดานไมเทา (Qruadrilateral relay)

9.3 หลกการทางานของรเลยระยะทาง

หลกการทางานของรเลยระยะทางจะใชการเปรยบเทยบสญญาณแรงดนและกระแสของสายสงท

ปองกน รเลยแบบระยะทางทมโครงสรางแบบพนฐานทสดคอรเลยระยะทางแบบคานกระดก (Balance

Beam Type Impedance Relay) ดงแสดงในรปท 9.12 การทางานของรเลยในรปท 9.5 เปนการเปรยบเทยบ

เฉพาะขนาดของแรงดนและกระแสเพยงอยางเดยวไมรวมผลของความตางเฟสในการทางาน โดยถา

กระแสเพมขนและแรงดนลดลงกจะทาใหเกดแรงบดใหหนาสมผสแตะกนสงสญญาณตดวงจรออกไป

การทาใหรเลยทางานโดยคานงถงผลของความตางเฟสระหวางกระแสและแรงดนกสามารถทาไดโดยใช

โครงสรางทซบซอนขน

รปท 9.12 รเลยระยะทางแบบคานกระดก (Balance Beam Type Impedance Relay)

ในกรณทตองการใหรเลยทางานในลกษณะทซบซอนขน เชน ตรวจสอบทศทางหรอมการเลอน

บรเวณการทางานบนแผนผงความตานทาน-รแอคแตนซกสามารถออกแบบดวยรเลยแบบเหนยวนาได ดง

X

R

X

R

I V


ขดลวดสรางแรงบด ขดลวดหนวง

I V


ขดลวดสรางแรงบด ขดลวดหนวง


131


แสดงในรปท 9.13 เปนรเลยระยะทางแบบถวยเหนยวนา (Induction Cup Impedance Relay) ซงสามารถ

พจารณามมเฟสระหวางแรงดนและกระแสโดยใชหลกสนามแมเหลก คามมเฟสของแรงดนระหวางเฟส

จะใชเปนแรงดนอางองและใชฟลกซแมเหลกทเกดจากแรงดนระหวางเฟสในการสรางสนามแมเหลก

หนวง และใชฟลกซแมเหลกทเกดจากกระแสเฟสสรางสนามแมเหลกททามมใหเกดแรงบดกบฟลกซ

แมเหลกอางอง การทางานแบบนเปนการทางานในลกษณะของรเลยรเลยแอดมแตนซ (Admittance relay

หรอ mho relay)

รปท 9.13 รเลยระยะทางแบบถวยเหนยวนา (Induction Cup Impedance Relay)

จากเทคโนโลยดานอเลกทรอนกสและดานไมโครโปรเซสเซอรทมการพฒนาขนในปจจบน จงได

มการใชงานรเลยระยะทางแบบอเลกทรอนกส (Electronic Impedance Relay) และรเลยระยะทางแบบ

ไมโครโปรเซสเซอร (Microprocessor-Based Impedance Relay) ซงจะมการทางานทสามารถปรบรปราง

การทางานบนแผนผงความตานทาน-รแอคแตนซไดหลากหลายและมการทางานในรปแบบทซบซอนและ

มฟงกชนพเศษ เชน การบนทกขอมล การเชอมตอสญญาณตาง ๆ เพมขน โดยยงคงมหลกการคอเปนการ

ประมวลผลจากสญญาณของแรงดนและกระแสของสายสงททาการปองกน

แกน

ถวยหมนI

V

ฟลกซแม

เหลกอางอง

ฟลกซแม

เหลกหนวง

ฟลกซแมเหลกสรางแรงบด

ฟลกซแม

เหลกอางองแกน

ถวยหมนI

V

ฟลกซแม


ฟลกซแม

เหลกหนวง

ฟลกซแมเหลกสรางแรงบด

ฟลกซแม



132


9.4 ปญหาในการใชงานรเลยระยะทาง

รเลยระยะทางมความซบซอนในการใชงานหลายอยาง ซงปญหาหลายประการไดรบการแกไขใน

รเลยแบบไมโครโปรเซสเซอรแลว อยางไรกตามยงมรเลยรนเกาตดตงอย ปญหาดงกลาวไดแก

คาแรงดนตาาสดทขวของรเลย

ในการทจะใหรเลยทางานไดอยางแมนยาจะตองมแรงดนทสงใหรเลยไมตากวาคาตามคณลกษณะ

ของรเลย ซงจะตองคานวนจากขอมลตาง ๆ ของระบบ เปนตนวา คาอมพแดนซลาดบ คาพกดกาลงงาน

ลดวงจร(Fault MVA) ของระบบ วธการตอลงดน เพอใหทราบคาแรงดนตาสดทรเลยจะไดรบในขณะท

เกดลดวงจรและพจารณาวาเปนคาทเหมาะสมในการทางานของรเลยหรอไม

ความยาวตาสดของสายสง

ในการระบความยาวตาสดของสายสงทจะปองกนดวยรเลยระยะทางจะตองตรวจสอบกอนวารเลย

ตองการแรงดนตาสดเทาใดในการทางานเมอเกดลดวงจรในขอบเขตท 1 จากนนคาอมพแดนซของสายสง

ซงเทยบมาเปนคาทางดานทตยภมของหมอแปลงกระแสและหมอแปลงแรงดนจะตองอยภายในขอบเขตท

1 ของรเลย ทงนในสายสงทสนมาก ๆ โดยเฉพาะสายเคเบล อาจพบวาคาอมพแดนซของสายมคาตากวา

คาทปรบตงไว

ในกรณดงกลาวอาจแกไขโดยการใชวธการปองกนแบบผลตางแทน อยางไรกตามปญหานมกไม

เกดขนในรเลยแบบดจตอลรนใหมซงสามารถปรบชวงการทางานไดกวางและสามารถทางานทแรงดนตา

ไดด

การตรวจจบไมถงระยะ (Under-Reach)

การตรวจจบไมถงระยะ (Under-Reach) เปนการทรเลยตรวจจบพบคาอมพแดนซของสายสงสง

กวาความเปนจรง ทาใหคดวาจดลดวงจรอยไกลกวาความเปนจรง ซงเกดจากระบบทมวงจรจากจดทมตน

ทางเดยวกนไปตอถงกนทปลายทางอกดานหนง หรอเปนสายสงคขนาน ดงแสดงในรปท 9.7

รปท 9.14 การเกดสภาวะตรวจจบไมถงระยะ

1 2

~

3

~FBI

FAI

1 2

~

3

~FBI

FAI


133


จากรปท 9.14 กระแสลดวงจรจะไหลทงสวนของกระแส FAI และ F

BI และไปรวมกนทสายสง

23 ซงรเลยจะตรวจพบคาอมพแดนซถงจดเกดลดวงจร ( ZA + ZC ) ไดสงกวาความเปนจรง การแกไขปญหา

ดงกลาวทาไดโดยการคานวนหาสดสวนของกระแส FAI และ F

BI และทาการปรบตงรเลยใหมการชดเชย

คาในสภาวะดงกลาว จากเดม ZA + ZC เปน ZA + k ZC โดยจะตองมการพจารณาปรบตงอยางระมดระวง

ผลกระทบในกรณอน ๆ ดวย

การตรวจจบเกนระยะ (Over-Reach)

การตรวจจบเกนระยะ (Over-Reach) เปนการทรเลยตรวจจบพบคาอมพแดนซของสายสงตากวา

ความเปนจรง ทาใหคดวาจดลดวงจรอยใกลกวาความเปนจรง ซงอาจเกดจากการใชรเลยระยะทางในสาย

สงคขนานในขณะทมสายสงทเปนคขนานวงจรหนงปลดออกจากวงจร

กาลงงานแกวง (Power Swing)

กาลงงานแกวงในระบบไฟฟากาลงเกดขนไดจากหลายสาเหตในการไหลของระบบไฟฟากาลง

เมอแรงดนของเครองกาเนดไฟฟาทจดตาง ๆ ในระบบเกดการเปลยนแปลง การเกดลดวงจรและการตด

วงจรของระบบปองกน การเกดกาลงงานแกวงอาจทาใหคาอมพแดนซทรเลยตรวจจบไดมคาอยในเกณฑท

พจารณาวาเกดลดวงจร และรเลยจะทาการสงตดวงจรได ทงทความเปนจรงระบบสามารถกลบสสภาวะ

ปกตได ดงนนในรเลยระยะทางจะตองมการปองกนไมใหตดวงจรจากกาลงงานแกวงในระบบซงจะใช

วธการตอวงจรกลบอตโนมต (Autoreclosing) ในการตรวจสอบสภาวะกาลงงานแกวง


134



1. พจารณาระบบในรปท P9.1 โดยสายสงมคาอมพแดนซดงแสดงในรป ถาตองการปรบตงรเลย

แบบระยะทางทบส 1 (R12) ใหปองกนสายสง 1-2 และทาหนาทปองกนสารองสาหรบสายสง 2-3

และสายสง 2-4

รปท P9.1

2. จงแสดงใหเหนวาการปรบตงรเลยแบบระยะทางสามารถทาไดโดยการใชโครงขายลาดบบวกใน

การปรบตงในกรณของ

2.1 การลดวงจร 3 เฟส

2.2 การลดวงจรระหวางเฟส

2.3 การลดวงจรสองเฟสลงดน

2.4 การลดวงจรลงดน

3. จงบอกประเภทของรเลยปองกนแบบระยะทางทสาคญพรอมทงอธบายหลกการทางาน

1 2

R12

~R23

R244

35+j 10 7+j 50

3+j 30

1 2

R12

~R23

R244

35+j 10 7+j 50

3+j 30


135




เรอง การปองกนแบบนารอง


1. เพอใหนกศกษาไดเขาใจหลกการปองกนแบบนารอง

2. เพอใหนกศกษาไดทราบถงวธการสอสารสญญาณในการปองกนแบบนารอง

3. เพอใหนกศกษาเขาใจหลกการในการทางานของรเลยปองกนแบบนารอง

4. เพอใหนกศกษาเพอใหนกศกษาไดเขาใจกระบวนการปองกนแบบนารอง

5. เพอใหนกศกษาไดเขาใจวธการปองกนแบบนารองโดยการสงสญญาณสงตดวงจรโดยการตรวจจบ

ทไมเตมระยะสายสง

6. เพอใหนกศกษาไดเขาใจวธการปองกนแบบนารองโดยการสงสญญาณใหตดวงจรโดยการตรวจจบ

ทเกนระยะสายสง

7. เพอใหนกศกษาไดเขาใจวธการปองกนแบบนารองโดยการสงสญญาณใหตดวงจรโดยการตรวจจบ

ทไมเตมและเกนระยะสายสง

เนอหา

หลกการปองกนแบบนารอง ชองทางในการสอสารของการปองกนแบบนารอง การสงสญญาน

ไปกบสายตวนากาลง การสงสญญาณไมโครเวฟ การสงสญญาณดวยใยแกวนาแสง การสงสญญาณดวย

สายเคเบล แบบแผนการทางานของรเลยปองกนแบบนารอง กระบวนการปองกนแบบนารอง วธการ

ปองกนแบบนารอง โดยการเปรยบเทยบทศทางเพอสงใหไมตดวงจร การเปรยบเทยบทศทางเพอหยดการ

สงไมใหตดวงจร การสงสญญาณสงตดวงจรโดยการตรวจจบทไมเตมระยะสายสง การสงสญญาณใหตด

วงจรโดยการตรวจจบทเกนระยะสายสง การสงสญญาณใหตดวงจรโดยการตรวจจบทไมเตมและเกนระยะ

สายสง





136



เรอง การปองกนแบบนารอง

จากทไดกลาวไปแลวถงการปองกนกระแสเกนและการปองกนแบบระยะทาง จะเหนวาในกรณ

ของการปองกนกระแสเกนดวยรเลยปองกนกระแสเกนแบบหนวงเวลา จะไมสามารถตดวงจรไดทนททม

การลดวงจรขน เนองจากตองทาหนาทปองกนสารอง (Backup) รเลยของสายสงทอยถดไป และในกรณท

ใชรเลยปองกนกระแสเกนแบบทนท (Instantaneous overcurrent relay) และรเลยแบบระยะทาง จะไม

สามารถตดวงจรไดรวดเรวเชนกนถาเกดการลดวงจรขนทสวนปลายของสายสง หรอปลายขอบเขต

ปองกน ดงแสดงดงรปท 10.1

รปท 10.1 ตวอยางขอบเขตการปองกนททาใหไมสามารถตดวงจรไดทนทเมอเกดลดวงจร

จากรปท 10.1 ในกรณทเกดลดวงจรทจด F2 และรเลย R23 ไมทางาน รเลย R12 จะตองทาหนาท

สงเบรกเกอร B12 ตดวงจรแทนเปนการปองกนในขอบเขตท 2 ซงจะปองกนสารองรเลย R23 ทงนคาท

ปรบตงไวในการปองกนขอบเขตท 2 จะตองมการหนวงเวลาไว และในการปรบตงรเลยจะตองมการเผอ

ระยะจากความคลาดเคลอนดวย (ดงทไดกลาวไปแลวในบทท 5) โดยการปรบตงขอบเขตท 1 ของ R12 จะ

ไมปรบตงท 100% ของความยาวสายสงเพอไมใหเกดการตดวงจรกอน R23 ในกรณทเกดการลดวงจรท F2

และทาใหเกดปญหาขนเมอเกดการลดวงจรทจด F1 กจะตองถกหนวงเวลาไปดวย

1 2~

3

Zone 3Zone 2

Zone 1

R12 R23

เวลา


F1 F21 2~

3

Zone 3Zone 2

Zone 1

R12 R23

เวลา


1 2~

3

Zone 3Zone 2

Zone 1

R12 R23

เวลา


F1 F2

137


ดงนนในสายสงทสาคญและตองการความรวดเรวในการตดวงจรเมอเกดลดวงจรจะตองใชรเลยท

เรยกวารเลยแบบนารอง (Pilot relay) ซงจะมการตรวจวดสญญาณไฟฟาทปลายดานหนงของสายสงแลว

สงสญญานตดตอกนกบรเลยทปลายอกดานหนง

การปองกนแบบนารองเปนการปองกนดวยหลกการเดยวกนกนการปองกนแบบผลตาง ซงจะ

กลาวถงภายหลง คาวา “นารอง” หรอ “Pilot” หมายถงการตดตอสอสารกนระหวางสองดานของสายสง

เพอใหเกดการปองกนตลอดความยาวของสายสง การปองกนแบบนบางครงเรยกวา Teleprotection

โดยปกตการสอสารในการปองกนแบบนารองมหลายวธ เชน

1. การสงสญญาณรวมไปกบสายตวนากาลง (Power Line Carrier, PLC)

2. การสงสญญาณไมโครเวฟ (Microwave)

3. การสงสญญาณดวยใยแกวนาแสง (Fiber Optic)

4. การสงสญญาณดวยสายเคเบล (Communication Cable)

10.1 การสอสารในการปองกนแบบนารอง

10.1.1 การสงสญญาณรวมไปกบสายตวนากาลง (Power Line Carrier, PLC)

รปท 10.2 แสดงแผนผงการสงสญญาณรวมไปกบสายตวนากาลง โดยจะเปนการสงสญญาณท

ความถ 10-490 kHz ไปตามสายสงไฟฟากาลง กาลงทใชสงสญญาณจะขนอยกบระยะทางเชน กาลงสง 10

W จะใชในการสงระยะทางประมาณ 150 กโลเมตร และกาลงสง 100 W จะใชในกรณทสายสงมระยะทาง

มากกวา 250 กโลเมตร

รปท 10.2 แผนผงการทางานของการสงสญญาณรวมไปกบตวนากาลง

การสงสญญาณผานสายสงไฟฟาจะสงผานตวเกบประจ (Coupling capacitor) ซงจะมคาอมพ

แดนซตาสาหรบสญญาณความถสง แตจะมคาอมพแดนซสงสาหรบความถไฟฟา (50 Hz) และทหลงจด

ตอของตวเกบประจจะมอปกรณดกคลน (Wave trap) ทจะมคาอมพแดนซสงสาหรบสญญาณความถสงแต

D

T

1 2

FD

Wave Trap

ตวสงสญญาณ

Transmitter

ตวรบสญญาณ

Receiver

D

T

FD


Transmitter


Receiver

Wave Trap

Coupling

Capacitor

RF Choke

Coupling

Capacitor

RF Choke

D

T

1 2

FD

Wave Trap


Transmitter


Receiver

D

T

FD


Transmitter


Receiver

D

T

FD


Transmitter


Receiver

Wave Trap

Coupling

Capacitor

RF Choke

Coupling

Capacitor

RF Choke

138


จะมคาอมพแดนซตาสาหรบความถไฟฟากาลง (50 Hz) ทาใหสญญาณถกดกใหอยเฉพาะระหวางสายสง

ไฟฟา ขอเสยของการสงสญญาณวธนคอจะมผลกระทบจากการเกดฟาผาหรอการสบสวตชทมการอารค

ตาง ๆ ทาใหการทางานผดพลาดได

10.1.2 การสงสญญาณไมโครเวฟ (Microwave)

การสงสญญาณไมโครเวฟจะอยในชวงความถ 150 MHz – 20 GHz ในชวงความถนสามารถ

แบงเปนชองสญญาณ 4 kHz ขนานกนไดหลายชอง โดยการใชชวงสญญาณขนาดใหญจะชวยใหสง

สญญาณไดมากขน เชน สญญาณเตอน หรอเสยงพดได สญญาณไมโครเวฟจะไมมผลกระทบจากการ

ทางานของสายสง แตจะมผลกระทบจากสภาพอากาศ และในกรณทสายสงมระยะทางไกลจะตองมตวสง

ตอสญญาณเปนชวง ๆ ซงจะทาใหมคาใชจายมากขน และความนาเชอถอไดลดลง

10.1.3 การสงสญญาณดวยใยแกวนาแสง (Fiber Optic)

การสงสญญาณผานสายเคเบลใยแกวนาแสงไดรบความนยมมากขน เนองจากสามารถสงขอมลได

หลายชองสญญาณ โดยสายใยแกวนาแสงหนงเสนสามารถสงไดถง 8,000 ชองสญญาณ และยงสามารถ

ขยายไดโดยใชสายใยแกวนาแสงหลายเสนขนานกน รปท 10.3 แสดงภาคตดขวางของสายเคเบลใยแกวนา

แสง ทงนจานวนของสายใยแกวนาแสงในเคเบลจะขนอยกบการออกแบบใชงาน

รปท 10.3 โครงสรางของสายเคเบลใยแกวนาแสง

การสงสญญาณดวยใยแกวนาแสงจะไมมผลกระทบจากสนามไฟฟาหรอสนามแมเหลก และ

สามารถสงในระยะทางหลายรอยกโลเมตรดวยการใชตวทาซ าสญญาณ รปท 9.4 แสดงวธการตดตงสาย

เคเบลใยแกวนาแสง โดยวธทนยมคอการฝงสายใยแกวนาแสงไปในสายตวนาดนเหนอศรษะ (Overhead

ground wire) ดงรปท 9.4d และการตเกลยวไปกบสายตวนา ดงรปท 9.4c

ใยแกวนาแสง

ทออลมเนยมผสม

แทงโลหะชบกนสนม

พลาสตกหม

ทอพลาสตก

ใยแกวนาแสง

ทออลมเนยมผสม

แทงโลหะชบกนสนม

พลาสตกหม

ทอพลาสตก

139


รปท 10.4 การตดตงสายเคเบลใยแกวนาแสงแบบตาง ๆ

Fiber Optic Cable

Overhead Ground Wire

Phase Conductor

b. การตดตงสายเคเบลใยแกวนาแสงแบบปกเสาพาดสาย

Fiber Optic Cable


Phase Conductor

a. การตดตงสายเคเบลใยแกวนาแสงแบบฝงใตดน

Fiber Optic Cable


Phase Conductor

b. การตดตงสายเคเบลใยแกวนาแสงแบบปกเสาพาดสาย

Fiber Optic Cable


Phase Conductor

a. การตดตงสายเคเบลใยแกวนาแสงแบบฝงใตดน

Fiber Optic Cable


Phase Conductor

c. การตดตงสายเคเบลใยแกวนาแสงแบบใชเสาของสายสงไฟฟา (Self-support)

Embedded Fiber Optic CableOverhead Ground Wire

Phase Conductor

d. การตดตงสายเคเบลใยแกวนาแสงโดยใชสายตวนาลงดนทมสายใยแกวนาแสง

Fiber Optic Cable


Phase Conductor

c. การตดตงสายเคเบลใยแกวนาแสงแบบใชเสาของสายสงไฟฟา (Self-support)

Embedded Fiber Optic CableOverhead Ground Wire

Phase Conductor

d. การตดตงสายเคเบลใยแกวนาแสงโดยใชสายตวนาลงดนทมสายใยแกวนาแสง

Fiber Optic Cable twisted around Phase Conductor


e. การตดตงสายเคเบลใยแกวนาแสงโดยใชสายตวนาเฟสทมสายใยแกวนาแสง

Fiber Optic Cable twisted around Phase Conductor


e. การตดตงสายเคเบลใยแกวนาแสงโดยใชสายตวนาเฟสทมสายใยแกวนาแสง

140


10.1.4 การสงสญญาณดวยสายเคเบล (Communication Cable)

สายเคเบลทใชในระบบปองกนแบบนารองจะเปนสายโทรศพททมการปองกนสญญาณรบกวน

(Shield) ไว โดยจะใชฉนวนทมความคงทนตอแรงดนไดถง 15 kV ดงแสดงในรปท 10.5 การใชสายเคเบล

ในการนารองจะนยมใชเฉพาะในกรณทเปนระบบปองกนสายสงระยะใกลเนองจากการตดตงระยะไกลจะ

มคาใชจายสงมาก นอกจากนการตดต งในลกษณะเหนอศรษะจะมผลกระทบจากการเหนยวนาของ

สนามแมเหลกไฟฟาเมอเกดความผดพรองหรอการสบสวตช ในขณะทตดตงแบบฝงดนกอาจเกดความ

เสยหายจากการขดเจาะของมนษยหรอสตวตาง ๆ ได

รปท 10.5 โครงสรางของสายเคเบลนารอง

10.2 แบบแผนการทางานของรเลยปองกนกระแสเกนแบบนารอง

การเลอกวธการตดตอสอสารในการปองกนแบบนารองจะขนอยกบหลายปจจยเปนตนวา

คาใชจาย ความนาเชอถอได จานวนและระยะทางของสายสง จานวนชองสญญาณ และคลนความถทจะขอ

อนญาตใชได นอกจากนสงทจะตองพจารณาอกอยางหนงกคอแบบแผนการทางานวาจะเปน “แบบสงให

ไมตดวงจร (Blocking)” หรอวาเปน “แบบสงใหตดวงจร (Triping)” การสงสญญาณสงใหไมตดวงจรจะ

เปนการสงสญญาณไมใหเกดการตดวงจรในอกดานหนงของสายสงเมอตรวจจบไดวาการเกดลดวงจรอย

ภายนอกขอบเขตการปองกน สวนการสงใหตดวงจรจะเปนการสงใหเบรกเกอรทอยอกดานหนงของสาย

สงตดวงจรเมอตรวจจบไดวาการลดวงจรเกดขนในขอบเขตการปองกน โดยรายละเอยดของแบบแผนการ

ปองกนนารองทงสองแบบจะกลาวถงภายหลง

แบบแผนการปองกนแบบสงใหไมตดวงจรจะนยมใชกบการสอสารทใชการสงสญญาณรวมไป

กบสายตวนากาลง (PLC) เนองจากการใชวธสงใหตดวงจรอาจสงสญญาณไปไมถงอกดานหนงเมอเกด

การลดวงจรขนในสายสง สวนในกรณทใชการสงสญญาณทางไมโครเวฟ สายใยแกวนาแสง หรอสาย

เคเบล จะสามารถใชแบบแผนการปองกนแบบสงใหตดวงจรได

สายตวนา

ฉนวนโพลเอทลน

พวซหม

โพลเอทลนหม

อลมเนยมหรอทองแดงปองกนสญญาณรบกวน (Shield)

เทปไมลาร

สายตวนา

ฉนวนโพลเอทลน

พวซหม

โพลเอทลนหม

อลมเนยมหรอทองแดงปองกนสญญาณรบกวน (Shield)

เทปไมลาร

141


10.3 การเปรยบเทยบทศทางเพอสงใหไมตดวงจร (Directional Comparison -

Blocking)

การเ ปรยบเทยบทศทางเพอสงใหไมตดวงจรจะเปนการสงสญญาณจากอกดานหนงของสายสง

เมอตรวจจบไดวาการเกดลดวงจรนนอยภายนอกขอบเขตการปองกนหรอภายนอกสายสงโดยจะเปน

สญญาณสงใหไมตดวงจร (Blocking signal) วธนจะนยมใชในกรณทเลอกระบบตดตอสอสารเปนแบบสง

สญญาณรวมไปกบตวนากาลง (Power line carrier) หลกการของวธนจะใชวธตรวจจบทศทางของกระแส

ลดวงจรจากทงสองดานของสายสงนามาเปรยบเทยบกนทาใหสามารถระบไดวาการเกดลดวงจรอยในสาย

สงทปองกนหรอไม โดยมวงจรตรรกทออกแบบไวใหไมตดวงจรเมอไดรบสญญาณจากอกดานหนงของ

สายสง (Blocking signal)

การตดวงจร (Triping) ของแตละดานของสายสงจะเกดขนกตอเมอไมไดรบสญญาณสงใหไมตด

วงจร (Blocking signal) และตรวจจบไดวาเกดการลดวงจรในทศทางทจะสงตดวงจร อปกรณทใชในการ

ตรวจจบทศทางสามารถใชรเลยแบบทศทางหรอรเลยแบบระยะทางทเปนรเลยแอดมแตนซ (Admittance

relay หรอ mho relay) หรอรเลยสเหลยมดานไมเทา (Qruadrilateral relay)

รปท 10.6 วธการเปรยบเทยบทศทางเพอสงใหไมตดวงจรแบบทใชตวตรวจจบการลดวงจรทไมมทศทาง

หลกการทางานของวธการเปรยบเทยบทศทางเพอสงใหไมตดวงจรสามารถสามารถแบงออกได

เปนสองแบบคอ

1. แบบทใชตวตรวจจบการลดวงจรทไมมทศทางซงอาจเปนรเลยปองกนกระแสเกน

เมอเกดการลดวงจรทสายสงทปองกน ตวตรวจจบการลดวงจรจะทาการสงสญญาณสงใหไม

ตดวงจร (Blocking signal) ไปยงอกดานหนงของสายสง แตถาการไหลของกระแสมทศทาง

ทสอดคลองกบรเลยปองกนแบบทศทางกจะถกยบย งการสงสญญาณสงใหไมตดวงจรนดวย

รเลยปองกนแบบทศทาง

D

T

1 2

BlockTrip

a

F1

Block Trip

R

F2

D

T

R

DirectionalRelay (D)

Directional relay

Receiver relay

C.B.Trip coil

Receiver relay

หยดการสง

Blocking signal

b

+

-

DirectionalRelay (R)

D

T

1 2

BlockTrip

a

F1

Block Trip

R

F2

D

T

R

DirectionalRelay (D)

Directional relay

Receiver relay

C.B.Trip coil

Receiver relay


Blocking signal

b

+

-

DirectionalRelay (R)

142


เมอเกดการลดวงนอกขอบเขตสายสงทปองกน ตวตรวจจบการลดวงจรจะทาการสงสญญาณ

สงใหไมตดวงจรไปยงอปกรณรบสญญาณทอยปลายอกดานหนงของสายสงผานทางรเลยรบ

สญญาณ (Receiver relay, R) โดยไมถกยบย งโดยรเลยปองกนแบบทศทางเพราะทศทางไม

สอดคลองกบทกาหนดไว ทาใหไมเกดการตดวงจรทปลายสายสงทงสอง

2. แบบทใชตวตรวจจบการลดวงจร (FD) ทมทศทาง ซงอาจเปนรเลยปองกนกระแสเกนแบบทศทาง

แทนทจะเปนรเลยปองกนกระแสเกนแบบไมมทศทาง ดงแสดงในรปท 10.6

เมอเกดการลดวงจรทจด F1 สญญาณสงใหไมตดวงจรจะไมถกสงระหวางปลายทงสองดาน

ของสายสง และรเลยแบบทศทางของทงสอง (D12, D21) กจะสงใหตดวงจร

เมอเกดการลดวงจรท F2 รเลยแบบทศทางทบส 2 (D21) จะไมตดวงจรเพราะทศทางกระแส

ไมตรงกบทกาหนดไว นอกจากนรเลย FD21 กจะสงสญญานสงใหไมตดวงจรไปยงรเลยรบ

สญญาณทบส 1 ทาใหไมมการตดวงจรทบส 1 เชนกน

ขอดของการใชรเลยแบบทศทางในการสงไมใหตดวงจรของระบบปองกนแบบนารองกคอไมม

ความจะเปนตองใชสญญาณหยดการสงสญญาณไมใหตดวงจร เนองจากสญญาณดงกลาวจะไม

ถกสงอยแลวหากทศทางของกระแสสอดคลองกบการเกดการลดวงจรในสายสงทปองกน

10.4 การเปรยบเทยบทศทางเพอหยดการสงไมใหตดวงจร (Directional

Comparison - Unblocking)

เนองจากการเปรยบเทยบทศทางเพอสงไมใหตดวงจร จะเปนการสงสญญาณเฉพาะในกรณทเกด

ลดวงจรเทานน ดงนนหากเกดความผดพลาดในการสงสญญาณดงกลาวกจะทาใหเกดการตดวงจรโดยไม

จาเปนได การปองกนขอผดพลาดดงกลาวทาไดโดยการสงสญญาณตอเนองไวตลอดเวลาเพอตรวจสอบ

การทางานของระบบสอสาร สญญาณตอเนองนจะหยดสงเมอเกดการลดวงจรขน การทางานของ

กระบวนการนแสดงไดดงรปท 10.7

จากรปท 10.7 สญญาณสงไมใหตดวงจรจะถกสงอยางตอเนอง ทาใหไมมสญญาณความถสง

ไมใหตดวงจร (Blocking Frequency) ออกจากเกต OR1 ดงนน เกต AND1 และ AND2 จะไมมสญญาณเขา

เมอเกดการลดวงจรภายในสายสงทปองกน (Internal Fault) รเลยตดวงจร (D) จะสงสญญาณไปยบย ง

สญญาณสงไมใหตดวงจร (ทาการ Unblocking) ทาใหเกดสญญาณเขาทเกต OR2 ไปสงการทรเลยรบ

สญญาณ (Receiver Relay, R) และทาใหมการสงใหเบรกเกอรตดวงจร นอกจากนจะมสวนของการเฝา

ระวงคอเสนทาง a ในรปท 6.7 ซงจะเปนการปองกนในกรณทสญญาณสงไมใหตดวงจร (Blocking)

หายไปแตมสญญาณยบย งการสงไมใหตดวงจร (Unblocking) เกดขน โดยถาสญญาณสงไมใหตดวงจร

หายไปกจะมสญญาณสงไปท OR2 ผาน AND1 และตวจดเวลา (Timer) หลงจากทเวลาผานไปตามทตงไว

(โดยปกตจะตงเวลาประมาณ 150 ms) และจะยอมใหตดวงจรได

143


รปท 10.7 การเปรยบเทยบทศทางเพอหยดการสงไมใหตดวงจร (Directional Comparison - Unblocking)

10.5 การสงสญญาณสงตดวงจรโดยการตรวจจบทไมเตมระยะสายสง

(Underreaching Transfer Trip)

ในกรณทมชองทางการสอสารทไมขนกบสายสงกาลงการใชวธการสงตดวงจร (Tripping

Scheme) จากอกดานหนงของสายสงจะสามารถทาได ซงจะมขอดกวาการใชวธการในหวขอ 10.1 และ

10.2 คอสามารถตดวงจรไดเรวขนเนองจากในลกษณะของการสงไมใหตดวงจรเมอเกดการลดวงจรนอก

ขอบเขตนน การทางานของรเลยตดวงจร (D) จะตองมการหนวงเวลาใหทางานชากวาการทางานของรเลย

รบสญญาณ (R) เพอปองกนการตดวงจรทผดพลาดนอกขอบเขตการปองกน การใชวธสงสญญาณเพอให

ตดวงจรจะมการสงสญญาณ 2 สวนคอสญญาณเฝาระวง(Guard signal) ซงจะสงไวตลอดเวลาและจะ

เปลยนเปนสญญาณสงตดวงจร (Trip Signal) เมอเกดการลดวงจรขน

เพอปองกนการตดวงจรผดพลาดจากการลดวงจรนอกขอบเขตปองกน เมอเกดการลดวงจรขน

สญญาณเฝาระวงจะหยดกอนเพอใหหนาสมผสของรเลยตอวงจร (85G1) และสญญาณตดวงจรจงจะไดรบ

เพอตดวงจรได นอกจากนสญญาณเฝาระวงยงทาหนาทในการตรวจสอบการทางานของระบบสอสารดวย

Timers

สญญาณสงไมใหตดวงจร

Blocking Signal

สญญาณหยดการสงไมใหตดวงจร

Unblocking Signal

Lockout and Alarm(a)

สญญาณไปยง

รเลยรบสญญาณ

Receiver Relay

Directional relay

Receiver relay


Receiver relay


Blocking signal

+

-

Not

AND1AND2

OR1 OR2Timers


Blocking Signal


Unblocking Signal




Receiver Relay

Directional relay

Receiver relay


Receiver relay


Blocking signal

+

-

Not

OR1OR2

AND1 AND2Timers


Blocking Signal


Unblocking Signal




Receiver Relay

Directional relay

Receiver relay


Receiver relay


Blocking signal

+

-

Not

AND1AND2

OR1 OR2Timers


Blocking Signal


Unblocking Signal




Receiver Relay

Directional relay

Receiver relay


Receiver relay


Blocking signal

+

-

Not

OR1OR2

AND1 AND2

144


รปท 10.8 การปองกนแบบสงตดวงจรโดยการตรวจจบทไมเตมระยะสายสง

รปท 10.8 แสดงหลกการปองกนแบบสงตดวงจรโดยการตรวจจบทไมเตมระยะสายสงทเปนการ

สงการโดยตรง (Direct Underreaching Transfer Trip, DUTT) ซงเปนวธการสงตดวงจรแบบนารอง

พนฐานทใชรเลยทปรบตงใหทางานไมเตมระยะของสายสง (Underreaching Relay) ทปลายทงสองดาน

ของสายสง สญญาณเฝาระวงจะสงจากปลายสายสงแตละดานไปทอกรเลยรบสญญาณ (Receiving Relay)

อกดานหนง เพอใหหนาสมผสเปดไวตลอดเวลา เมอเกดการลดวงจรในขอบเขตการปองกนของรเลยท

ทางานไมเตมระยะสายสง (Underreaching Relay, UR12 หรอ UR21) รเลยจะทาการสงตดวงจรและทาการ

สงสญญาณสงตดวงจรแทนสญญาณเฝาระวงไปยงอกดานหนงทาใหมการตดวงจรทงสองดานของสายสง

รเลยททาหนาทสงตดวงจรจะใชรเลยแบบทศทางความเรวสงในการตรวจจบทงการลดวงจร

ระหวางเฟส และการลดวงจรลงดน ปรบตงใหมขอบเขตการปองกนทเหลอมกนแตจะไมเตมระยะของ

สายสง และสามารถปรบตงใหทาหนาทปองกนสารอง (Backup) สายสงทอยถดไปไดดวย เชน กรณทใช

T

1 2

UR12


Transmitter 12


Receiver 12

T


Transmitter 21


Receiver 21

UR12G12


Receiver

relay 12

เปลยนสญญาณจาก

Guard (G12) เปน

Trip signal (T12)

+

-

T12

UR21

UR21G21


Receiver

relay 21



Trip signal (T21)

+

-

T21

ขอบเขตปองกนของ UR12


T

1 2

UR12


Transmitter 12


Receiver 12

T


Transmitter 21


Receiver 21

UR12G12


Receiver

relay 12



Trip signal (T12)

+

-

T12

UR21

UR21G21


Receiver

relay 21



Trip signal (T21)

+

-

T21



UR12

G12T12

Trip Signal to Circuit Breaker 12



Trip signal (T12) ไปบส 2UR21

G21T21





G12T12





G21T21





G12T12





G21T21





G12T12





G21T21




Trip signal (T21) ไปบส 1

145


รเลยแบบทศทางทเปนรเลยระยะทาง จะใชขอบเขตการปองกนท 1 ทาหนาทเปนรเลยททางานไมเตมระยะ

สายสง (Underreaching Relay) และใชขอบเขตการปองกนท 2 และ 3 ทาหนาทปองกนสารองรเลยของ

สายสงทอยถดไป หรอกรณทใชรเลยปองกนแบบทศทางทมฟงกชนทางานทนท (Instantaneous Relay)

และหนวงเวลา (Time Delay Relay) รวมกนกสามารถปรบตงใหสวนของการทางานทนทเปนรเลยท

ทางานไมเตมระยะสายสง (Underreaching Relay) และสวนของการตดวงจรหนวงเวลาเปนการปองกน

สารองสายสงทอยถดไปได

รปท 10.9 การปองกนแบบสงตดวงจรโดยการตรวจจบทไมเตมระยะสายสงทใชชดรบสง 2 ชด

T

1 2

UR12


Transmitter 12-a


Receiver 12-a

T


Transmitter 21-a


Receiver 21-a

UR21

-




Transmitter 12-b


Receiver 12-b


Transmitter 21-b


Receiver 21-b

UR21

G21-a




Trip signal (T21)

+T21-a

Receiver

relay 21-a

G21-b

T21-b

Receiver

relay 21-b

UR12

G12-a




Trip signal (T12)

+T12-a

Receiver

relay 12-a

G12-b

T12-b

Receiver

relay 12-b

-

T

1 2

UR12


Transmitter 12-a


Receiver 12-a

T


Transmitter 21-a


Receiver 21-a

UR21

-




Transmitter 12-b


Receiver 12-b


Transmitter 21-b


Receiver 21-b

UR21

G21-a




Trip signal (T21)

+T21-a

Receiver

relay 21-a

G21-b

T21-b

Receiver

relay 21-b

UR12

G12-a




Trip signal (T12)

+T12-a

Receiver

relay 12-a

G12-b

T12-b

Receiver

relay 12-b

-

UR12

G12-aT12-a




Trip signal (T12)ไปบส 2

G12-bT12-b

UR21

G21-aT21-a





G21-bT21-b

UR12

G12-aT12-a





G12-bT12-b

UR21

G21-aT21-a





G21-bT21-b

UR12

G12-aT12-a





G12-bT12-b

UR21

G21-aT21-a





G21-bT21-b

UR12

G12-aT12-a





G12-bT12-b

UR21

G21-aT21-a





G21-bT21-b

146


ในกรณทไมสามารถปรบตงรเลยใหมขอบเขตเหลอมกนได เชนสายสงมระยะสนมากเกนไปทา

ใหรเลยไมสามารถแยกแยะวาการลดวงจรเกดขนภายในหรอภายนอกสายสงได กจะไมสามารถใชวธการ

นได

ความแตกตางระหวางสญญาณเฝาระวงกบสญญาณสงตดวงจรคอจะสงดวยความถทตางกน และ

อยคนละชองสญญาณ อยางไรกตามวธการนอาจเกดการทางานสงตดวงจรทเกดจากสญญาณรบกวน เชน

การสบสวตชหรอสภาวะทรานเซยนในระบบได บางครงจงมการใชชดรบสงสญญาณ 2 ชดแยกจากกนดง

แสดงในรปท 10.9 ซงชดรบสงทงสองจะทางานทความถแตกตางกนและการสงตดวงจรจะเกดขนกตอเมอ

ตวรบสญญาณทง 2 ชดไดรบสญญาณสงตดวงจร

การสงตดวงจรผดพลาดจากการลดวงจรนอกขอบเขตกจะมโอกาสเกดขนนอยลง ในทางกลบกน

หากอปกรณตวใดตวหนงไมทางานกจะไมเกดการตดวงจรเมอเกดการลดวงจรในสายสงทปองกนไดทาให

มความปลอดภยนอยลงในการตดวงจร ดงนนจะเหนวาระบบนมความนาเชอถอ (Reliability) ไดมากขน

(โอกาสสงตดวงจรผดพลาดจากการผดพรองนอกขอบเขตปองกนนอยลง) แตมความวางใจได

(Dependability) นอยลง (มโอกาสไมตดวงจรจากความผดพรองในขอบเขตปองกนมากขน)

10.6 การสงสญญาณใหตดวงจรไดโดยการตรวจจบทเกนระยะสายสง (Permissive

Overreachign Transfer Trip)

วธการนจะใชหลกการทคลายกบการเปรยบเทยบทศทางเพอสงใหไมตดวงจร (Directional

Comparison Blocking Scheme) การสงสญญาณในการปองกนวธนจะเปนสญญาณทยอมใหตดวงจรได

โดยจะใชรเลยปองกนแบบทศทางทปรบตงในมขอบเขตปองกนเกนระยะสายสงทปลายทงสองดานของ

สายสง (Overreaching Relay) ดงแสดงในรปท 10.5 และสญญาณจะเปลยนเปนคาสงใหตดวงจรไดเมอ

ตรวจจบไดวาเกดการลดวงจรขน การปรบตงรเลยดวยวธนไมจาเปนตองใหทางานสมพนธ (Coordinate)

กบรเลยในสายสงทอยถดไป

จากรปท 10.10 เมอเกดการลดวงจรระหวางสายสง รเลย OR12 และ OR21 จะเปลยนการสง

สญญาณจากสญญาณเฝาระวง (Guard Signal) เปนสญญาณตดวงจร (Trip Signal) ไปยงรเลยรบสญญาณ

ทอยอกดานหนงของสายสง และการตดวงจรจะเกดขนไดกตอเมอรเลย OR12 และ OR21 ทางานทงค

เทานน นนคอเฉพาะในกรณทเกดลดวงจรระหวางสายสงทปองกน

147


รปท 10.10 การปองกนแบบนารองดวยวธสงสญญาณใหตดวงจรไดโดยการตรวจจบทเกนระยะสายสง

10.7 การสงสญญาณใหตดวงจรไดโดยการตรวจจบทไมเตมและเกนระยะสายสง

(Permissive Underreachign Transfer Trip)

การสงสญญาณใหตดวงจรไดโดยการตรวจจบทไมเตมและเกนระยะสายสง (Permissive

Underreachign Transfer Trip) เปนวธทเพมความเชอถอไดใหแกระบบปองกนดงแสดงดงรปท 10.6 โดย

รเลย UR12 และ UR21 (Underreaching Relay) จะสงตดสญญาณโดยเปลยนจากสญญาณเฝาระวงเปน

สญญาณตดวงจรไปยงอกดานหนงของสายสง ในขณะทรเลย OR12 และ OR21 (Overreaching Relay) ท

แตละดานของสายสงจะทาหนาทสงตดวงจรอกครง ทาใหเปนการตรวจสอบเพอยนยนอกครงวาเกดการ

ลดวงจรในสายสงทปองกนหรอไม

T

1 2

OR12


Transmitter 12


Receiver 12

T


Transmitter 21


Receiver 21

OR21

ขอบเขตปองกนของ OR12




Trip signal (T12)

OR12


+

G12

T12

Receiver

relay 12

-

OR21


+

G21

T21

Receiver

relay 21

-



Trip signal (T21)

T

1 2

OR12


Transmitter 12


Receiver 12

T


Transmitter 21


Receiver 21

OR21





Trip signal (T12)

OR12


+

G12

T12

Receiver

relay 12

-

OR21


+

G21

T21

Receiver

relay 21

-



Trip signal (T21)

OR12





G12

T12

OR21




Trip signal (T21)ไปบส

G21T21

OR12





G12

T12

OR21





G21T21

11OR12





G12

T12

OR21





G21T21

OR12





G12

T12

OR21





G21T21

1111

148


นอกจากนรเลย UR12 และ UR21 (Underreaching Relay) ยงสามารถสงตดวงจรทเบรกเกอรใน

ดานเดยวกนของสายสงไดทนทดวยสวนรเลย OR12 และ OR21 (Overreaching Relay) ทเพมการหนวง

เวลาในการทางานกจะสามารถทาหนาทปองกนสารอง (Backup) สายสงทอยถดไปดวย

รปท 10.11 การสงสญญาณใหตดวงจรไดโดยการตรวจจบทไมเตมและเกนระยะสายสง

T

1 2

OR12


Transmitter 12


Receiver 12

T


Transmitter 21


Receiver 21

OR21

ขอบเขตปองกนของ UR12ขอบเขตปองกนของ UR21

UR12 UR21





Trip signal (T12)

OR12


+

G12

T12

Receiver

relay 12

-

UR12



Trip signal (T21)

OR21


+

G21

T21

Receiver

relay 21

-

UR21

T

1 2

OR12


Transmitter 12


Receiver 12

T


Transmitter 21


Receiver 21

OR21

ขอบเขตปองกนของ UR12ขอบเขตปองกนของ UR21

UR12 UR21





Trip signal (T12)

OR12


+

G12

T12

Receiver

relay 12

-

UR12



Trip signal (T21)

OR21


+

G21

T21

Receiver

relay 21

-

UR21

เปลยนสญญาณจากเปลยนสญญาณจาก

OR12




G12T12

UR12

OR21





G21T21

UR21

OR12




G12T12

UR12

OR21





G21T21

UR21

เปลยนสญญาณจากเปลยนสญญาณจาก

OR12




G12T12

UR12

OR21





G21T21

UR21

OR12




G12T12

UR12

OR21





G21T21

UR21

149



1. จงอธบายถงความจาเปนในการใชการปองกนแบบนารอง (Pilot Relay) ในสายสงไฟฟากาลง

2. วธการสอสารในการปองกนแบบนารองมอะไรบาง จงอธบายพรอมยกตวอยาง ขอดและขอเสย

3. จงอธบายหลกการปองกนแบบ การเปรยบเทยบทศทางเพอสงใหไมตดวงจร (Directional

Comparison - Blocking) พรอมเขยนแผนผงวงจรประกอบ

4. จงอธบายหลกการปองกนแบบ การเปรยบเทยบทศทางเพอหยดการสงไมใหตดวงจร (Directional

Comparison - Unblocking) พรอมเขยนแผนผงวงจรประกอบ

5. จงอธบายหลกการปองกนแบบ การสงสญญาณสงตดวงจรโดยการตรวจจบทไมเตมระยะสายสง

(Underreaching Transfer Trip) พรอมเขยนแผนผงวงจรประกอบ

6. จงอธบายหลกการปองกนแบบ การสงสญญาณใหตดวงจรไดโดยการตรวจจบทเกนระยะสายสง

(Permissive Overreachnign Transfer Trip) พรอมเขยนแผนผงวงจรประกอบ

7. จงอธบายหลกการปองกนแบบ การสงสญญาณใหตดวงจรไดโดยการตรวจจบทไมเตมและเกน

ระยะสายสง (Permissive Underreachnign Transfer Trip) พรอมเขยนแผนผงวงจรประกอบ

150




เรอง การปองกนเครองกาเนดไฟฟา


1. เพอใหนกศกษาไดทราบและเขาใจวธการปองกนการลดวงจรในเครองจกรกลไฟฟา

2. เพอใหนกศกษาไดทราบและเขาใจวธการปองกนแบบเปอรเซนตผลตางในเครองจกรกลไฟฟา

3. เพอใหนกศกษาไดทราบและเขาใจวธการปองกนการลดวงจรในโรเตอร

4. เพอใหนกศกษาไดทราบและเขาใจวธการปองกนการทางานในสภาวะไมสมดล การทางานเกน

พกดกาลง และการทางานเกนพกดความเรวรอบในเครองจกรกลไฟฟา

5. เพอใหนกศกษาไดทราบและเขาใจวธการปองกนสภาวะแรงดนและความถผดปกตใน

เครองจกรกลไฟฟา

6. เพอใหนกศกษาไดทราบและเขาใจวธการปองกนสภาวะสญเสยกระแสกระตนในเครองจกรกล

ไฟฟา

เนอหา

ปองกนการลดวงจรในเครองจกรกลไฟฟา การปองกนแบบเปอรเซนตผลตางในเครองจกรกล

ไฟฟา การปองกนการลดวงจรในโรเตอรการปองกนการทางานในสภาวะไมสมดล การทางานเกนพกด

กาลง และการทางานเกนพกดความเรวรอบในเครองจกรกลไฟฟา การปองกนสภาวะแรงดนและความถ

ผดปกตในเครองจกรกลไฟฟา การปองกนสภาวะสญเสยกระแสกระตนในเครองจกรกลไฟฟา





151



เรอง การปองกนเครองกาเนดไฟฟา

การปองกนเครองกาเนดไฟฟาและมอเตอรไฟฟากระแสสลบทมขนาดใหญจะตองมการพจารณา

ความผดพรองหรอความผดปกตทอาจเกดขนไดหลายอยางนอกเหนอจากการผดปกตในอปกรณไฟฟา

ทวไป และถงแมวาโอกาสในการเกดการผดพรองในเครองกาเนดไฟฟาและมอเตอรขนาดใหญจะมนอย

มากแตถาหากเกดขนแลวจะสามารถสรางความเสยหายทงในดานคาใชจายและการทางานของระบบ

โดยรวมเปนอยางมาก ตวอยางความผดปกตทสามารถเกดขนไดในเครองกาเนดไฟฟาและมอเตอรสามารถ

แสดงไดดงน

เครองกาเนดไฟฟา มอเตอร

การลดวงจรในขดลวดสเตเตอรระหวางเฟส และลดวงจรลงดน

การลดวงจรในโรเตอร

การทางานเกนพกดกาลง (Overload)

การทางานเกนพกดความเรวรอบ (Overspeed)

ฯลฯ

การกระตนตากวาทควรจะเปน (Underexcitation)

การทางานในสภาวะมอเตอร (Motoring)

ฯลฯ

โรเตอรไมหมน (Stalling or Lock rotor)

แรงดนไมครบเฟส

ขาดกระแสกระตน (กรณซงโครนสมอเตอร)

ฯลฯ

การผดพรองดงกลาวอาจสงผลทมลกษณะคลายกน เชน การทางานเกนพกดกาลงกบการลดวงจร,

แรงดนไมครบเฟสกบสภาวะไมสมดล (Unbalance) เปนตน ดงนนรเลยทออกแบบสาหรบทาหนาท

ปองกนการผดพรองอยางหนงอาจทางานเมอเกดความผดพรองอกอยางหนง

ในบางครงการสงตดวงจรเมอเกดความผดพรองขนอาจสรางความเสยหายโดยรวมมากกวาการ

ปลอยใหเครองจกกรกลไฟฟาเดนเครองแบบฉกเฉนไปกอน แตบางครงหาไมสงตดวงจรใหทนทวงทก

อาจทาใหเครองจกรกลไฟฟาเสยหายและมคาใชจายสงมาก จงตองมการพจารณาในการออกแบบในเรอง

ดงกลาวดวย ดงนนอปกรณปองกนบางอยางจงทาหนาทสงสญญาณเตอน (Alarm) แทนการสงตดวงจร

เพอใหทาการปองกนดวยวธอนเชน ลดภาระลง หรอ หยดการทางานของอปกรณบางอยาง เปนตน การ

152


ออกแบบใหอปกรณปองกนตดวงจรหรอเพยงสงสญญาณเตอนจะขนอยกบเงอนไขของระบบและลกษณะ

ของการผดพรอง

11.1 การทางานและสวนประกอบของเครองกาเนดไฟฟา

เครองกาเนดไฟฟาทนยมใชงานเปนเครองจกรกลไฟฟาทเรยกวา เครองจกรกลไฟฟาซงโครนส

ซงเปนเครองจกรกลไฟฟาทมความเรวรอบของแกนหมน เทากบความเรว ซงโครนสของสนามแมเหลก

หมนทเกดขนภายในเครองจกร การใชงานเครองจกรกลไฟฟาซงโครนสเปนเครองกาเนดไฟฟานนจะตอง

จายไฟฟากระแสตรงเขาทขดลวดของแกนหมนเรยกวาขดลวดกระตนสนาม (Field winding or Excitation

winding) และขบเคลอนเครองจกรดวยความเรวทสอดคลองกบความถของระบบไฟฟาทตองการ ดงแสดง

ในรปท 11.1

รปท 11.1 หลกการทางานของเครองกาเนดไฟฟาซงโครนส

สาหรบเครองจกรกลไฟฟาขนาดใหญจะออกแบบใชงานกบระบบไฟฟากระแสสลบ 3 เฟส โดย

แรงดนในแตละเฟสจะหางกนอย 120 องศา(ทางไฟฟา) ซงกสามารถทาไดโดยการออกแบบขดลวดใหเปน

3 เฟส คอ ในกรณทเปนเครองจกรกลไฟฟา ชนด 2 ขวแมเหลกดงแสดงในรปท 11.2 จะออกแบบให

ขดลวดอารเมเจอรม 3 ขดลวด พนอยหางกน 120 องศา คอ a, b, c และตอปลายของขดลวดเปนวายหรอ

เดลตา ถาเปนชนด 4 ขวแมเหลกกจะออกแบบใหขดลวดอารเมเจอรม 6 ขด โดยจะมขดลวดทมมมเฟส

เดยวกนเปนค จากนนจบคตออนกรมขดลวดแตละคแลวตอปลายขดเขาดวยกนเปนวายหรอเดลตา ดง

แสดงในรปท 11.3

a’ a

+

-

X

N

S

แรงดนเหนยวนำไฟฟากระแสสลบ

เปนรปลกคลนซายน

สเตเตอร (Stator)

จายไฟฟากระแสตรงขดลวดกระตนสนาม

(Field Winding)

จายกำลงงานกล

หมนแกนหมน

ฟลกซแมเหลกคลอง

มรปเปนลกคลนซายน

(Sine Wave)

153


รปท 11.2 เครองกาเนดไฟฟาซงโครนสแบบขวแมเหลก 2 ขว

รปท 11.3เครองกาเนดไฟฟาซงโครนสแบบขวแมเหลก 4 ขว

aa'

c'

b

b'

c

+

-

ocncn VV 240−∠=

obnbn VV 120−∠=

a

c

b

n

ขดลวดกระตน

สนามแมเหลก

(Field Winding)


X

X

X

0∠= anan VV

N

S

aa'c'

b

b'

c

a1

a1'

c1'

b1

b1'

c1

ocncn VV 240−∠=

obnbn VV 120−∠=

a

c

b

n

XX

X

0∠= anan VV

X

X X

N

S

N

S

a2

a2'

b2'

c2b2

c2'a1

a1'

c1'

b1

b1'

c1

a2a2'

b2'

c2

b2

c2'

ขดลวดกระตน

สนามแมเหลก

(Field Winding)


+

-

154


11.2 ประเภทของการใชงานเครองกาเนดไฟฟา

การใชงานเครองกาเนดไฟฟามหลายรปแบบ ดงตอไปน

11.2.1 เครองกาเนดไฟฟาแบบแยกอสระ (Single-isolated generators)

• ใชในการจายไฟฟาสารองในกรณฉกเฉน หรอ ซอมบารงระบบไฟฟากาลง

• ตอเขาระบบไฟฟาโดยใช automatic transfer switch หรอ interlocked circuit breakers

• ไมทางานในลกษณะทขนานเขากบระบบไฟฟาทมแหลงจายอน

• ขบเคลอนดวย diesel engines หรอ gas turbines

• พกดไมสง )100 kW and up to a few megawatts)

• ระดบแรงดนทผลตเปนระดบแรงดนใชงาน

• หยดเดนเครองเมอระบบไฟฟาหลกกลบสสภาพปกต

11.2.2 เครองกาเนดไฟฟาแบบแยกอสระหลายเครอง (Multiple-isolated generators)

• ระบบทมเครองกาเนดไฟฟาหลายตวตอขนานกน

• ใชในระบบไฟฟากาลงของอาคาร /โรงงานขนาดใหญ การทางานหรอการกอสรางในสถานท

ไฟฟาไมสามารถเขาไปถง

• ขบเคลอนดวย diesel engines หรอ gas turbines

• อาจทางานโดยวธ manual หรอ load-sensing controls โดยใช automatic synchronizing relays

11.2.3 เครองกาเนดไฟฟาระดบอตสาหกรรม (Large industrial generators)

• เปนระบบเครองกาเนดไฟฟาขนาดใหญตอขนานกบระบบไฟฟาของการไฟฟา

• ใชในอตสาหกรรมขนาดใหญหรอในกรณทมไอนาในกระบวนการผลต เชน ปโตเคม

อตสาหกรรมกระดาษ เปนตน

• ขนาดของเครองกาเนดไฟฟามขนาดประมาณ 10 MVA - 50 MVA

• อาจมการทางานโดยเดนเครองตลอดเวลาทพกดกาลงหรออาจทางานตามกาหนดเวลา

• ขบเคลอนดวย steam turbines หรอ gas turbines หรอตามความเหมาะสมทางเศรษฐศาสตร

11.2.4 เครองกาเนดไฟฟาตอกบหมอแปลงกาลง (Unit Generator-Transformer Configuration)

• การตอใชงานเครองกาเนดไฟฟาผานหมอแปลง )unit transformer) เขากบระบบไฟฟา

• ในกรณนเครองกาเนดไฟฟามกตอแบบวาย โดยมการตอนวทรลลงดนดวยคาความตานทานสง

ผานหมอแปลงจาหนาย distribution transformer

• หมอแปลงทใชจะนยมแบบวาย )ลงดน (- เดลตา

155


รปท 11.4 เครองกาเนดไฟฟาซงโครนสทตอกบหมอแปลงกาลงและเชอมตอกบระบบไฟฟากาลง

นอกจากนยงมเครองกาเนดไฟฟาในลกษณะเฉพาะอน ๆ เชน Cogeneration Generators ซงเปน

ระบบการผลตพลงงานในหลายรปแบบพรอมกน เชน ไฟฟาและไอน า โดยปกตพลงงานไฟฟาจะถกใช

งานภายในโรงงาน และในกรณทมการผลตไฟฟามากกวาการใชงาน กจะไหลเขาสระบบจาหนาย และ

Induction Generators ซงเปนเครองกาเนดไฟฟาเหนยวนาทมโครงสรางแบบเดยวกบมอเตอรเหนยวนา ซง

การทางานตองหมนดวยความเรวสงกวาความเรวซงโครนส เปนตน

11.3 วธการปองกนเครองกาเนดไฟฟา

การปองกนเครองกาเนดไฟฟาจะมการพจารณาถงความผดปกตในหลายรปแบบ ประกอบดวย

— Overheating — Stator (due to overload or loss of cooling)

— Rotor (due to overexcitation, loss of cooling) — Winding faults

— Stator (phase and ground faults) — Rotor (ground faults and shorted turns)

— Overspeed and underspeed — Overvoltage

— Loss of excitation — Motoring

— Unbalanced current operation — Out of step

— Subsynchronous oscillations — Inadvertent energization

— Nonsynchronized connection

156


11.3.1 การปองกนความรอนเกดพกด (Overheating or Thermal Protection)

การเกดความรอนขนในเครองกาเนดไฟฟาอาจเกดจากสาเหตตอไปน

• การทางานเกนพกด >> กระแสไหลผานขดลวดสเตเตอรและโรเตอรมาก

• ระบบระบายความรอนผดปกต

• ความรอนสงเฉพาะจด )Hot Spot) >> เกดจากสารเคลอบแผนแกนเหลกหรอฉนวนเสอมสภาพ

การปองกนสามารถทาไดโดย

o วดอณหภมดวย Thermocouple หรอ Resistance Temperature Detectors ( RTDs ) ซงเมอ

อณหภมสงจะสงใหแจงเตอนหรอตดวงจร Alarm / Trip

o ใชรเลยกระแสเกน ในกรณขดลวดสเตเตอร

o การปองกนระบบระบายความรอนเสยหาย

o การปองกนอณหภมสงในขดลวดกระตนสนาม

ท งนโดยทวไปเครองกาเนดไฟฟาสามารถรบภาวะโหลดเกนในชวงเวลาหนงได โดยตาม

ขอกาหนดตาม ANSI C50.13-1989 ขดลวดสเตเตอรของเครองกาเนดไฟฟาจะสามารถทนคากระแสเกน

ได ดงน

เวลา (วนาท) 10 30 60 120

% กระแสเกนในขอสเตเตอร 226 154 130 116

การปองกนสภาวะโหลดเกนสามารถใชรเลยใหทางานตดวงจรกอนทจะจดทเครองกาเนดไฟฟา

จะเสยหาย (Capability curve) โดยรเลยจะประกอบดวย

• รเลยแบบทนท )Instantaneous Unit, 50 ( ทปรบคากระแสทางาน )Pick Up) ไวทคา 115 % ของ

กระแสพกดของเครองกาเนดไฟฟา และคากระแสคนสภาพ )Drop out) ทคา 95 % ของคากระแส

ทางาน

• รเลยแบบประวงเวลา )Time Overcurrent Unit, 51 ( ทปรบคากระแสทางานไวทคา 75-100 % ของ

กระแสพกด และปรบการประวงเวลาใหสอดคลองกบความสามารถในการทนกระแสของเครอง

กาเนดไฟฟา เชน ท 226 % ของกระแสพกดใหประวงเวลา 7 วนาท ถาเกดสภาวะโหลดเกนใหสง

สญญาณเตอนผปฏบตงานทราบกอนเพอลดการทางานของเครองกาเนดไฟฟาลง

11.3.2 การปองกนอณหภมเกนในโรเตอรหรอในขดลวดกระตนสนาม (Field Excitation Winding)

ตามมาตรฐาน ANCI C50.13-1989 ขดลวดกระตนสนามจะสามารถทนคากระแสเกนได ดงน

เวลา (วนาท) 10 30 60 120

% กระแสเกนในขดลวดโรเตอร 208 146 125 112

157


• การวดอณหภมในขดลวดกระตนสนามโดยตรงทาไดยาก โดยทวไปจะใชวธการประเมนจากคา

แรงดนและกระแสของขดลวด แตถาเปน Brushless Excitation System จะไมสามารถตรวจวดได

• การปองกน Field Overexcitation โดยใชรเลยหรอชดควบคมของระบบ Excitation ใหทางานตาม

ความสามารถในการทนกระแสของขดลวดโดยมชวงเผอประมาณ 5-10%

• การประมาณคาอณภมของโรเตอรจากสภาวะทอาจกอใหเกดความรอนสง เชน Negative

sequence current, Loss of Excitation, Loss of Synchronization

11.4 การปองกนการลดวงจรในขดลวดสเตเตอร

การลดวงจรในขดลวดสเตเตอรของเครองจกรกลไฟฟาหมนสามารถแบงไดเปน การลดวงจร

ระหวางเฟส และการลดวงจรลงดน

11.4.1 การปองกนการลดวงจรระหวางเฟสในขดลวดสเตเตอร

โดยทวไปในเครองจกรกลไฟฟาทมขนาด 1000 kVA ขนไปหรอมอเตอรทมขนาด 1500 hp ขน

ไป หรอใชแรงดน 5 kV ขนไปจะมการใชรเลยแบบผลตาง (Different relay) ซงจะมการตดตงหมอแปลง

กระแสทปลายทงสองดานของขดลวดสเตเตอรกอนทจะทาการตอรวมนวทรอล โดยขอบเขตการปองกน

จะอยระหวางหมอแปลงกระแสทงสองดาน ดงแสดงในรปท 11.5

รปท 11.5 การปองกนแบบผลตางในเครองจกรกลไฟฟา (แสดงเพยงหนงเฟส)

จากรปท 11.5 ในสภาวะปกตหรอเมอเกดการลดวงจรนอกขอบเขตปองกนคอไมอยระหวางหมอ

แปลงกระแสทงสองดาน ดงแสดงในรปท 11.6 จะมกระแสไหลผานหมอแปลงกระแสในทศทางเดยวกน

และมปรมาณเทากน เมอคานงถงคาความคลาดเคลอนของหมอแปลงกระแสจะไดวา

R

ขดลวดสเตเตอร

'1I '2I

RR


'1I '2I

R

158


21 II ≅ (11.1)

ดงนนกระแสทไหลผานรเลย (R) จะมคาเทากบผลตางของกระแส I1 และ I2 ซงจะมคาเกอบเทากบศนย

021 ≅− II (11.2)

รปท 11.6 ทศทางของกระแสเมอเกดการลดวงจรนอกขอบเขตการปองกนในการปองกนแบบผลตาง

เมอเกดการลดวงจรภายในขอบเขตปองกนคออยระหวางหมอแปลงกระแสทงสองดาน ดงแสดง

ในรปท 11.7 กระแสทไหลผานรเลยจะมคาสงมากเนองจาก I1 และ I2 จะมทศทางทเสรมกนเมอไหลผาน

ไปยงรเลย ทาใหรเลยสงตดวงจร นนคอ 021 >>+ II

รปท 11.7 ทศทางของกระแสเมอเกดการลดวงจรในขอบเขตการปองกนในการปองกนแบบผลตาง

11.4.2 การปองกนการลดวงจรลงดนในขดลวดสเตเตอร

จดนวทรลของเครองกาเนดไฟฟามกจะถกตอลงดนเพอเปนการปองกนขดลวดสเตเตอรของ

เครองกาเนดไฟฟา การตอลงดนจะชวยปองกนความเสยหายจากแรงดนเกนชวขณะในกรณทเกดลดวงจร

และความผดพรองอน ๆ

ในเครองกาเนดไฟฟาแรงดนสง โดยมากจะตออมพแดนซระหวางจดนวทรลกบจดตอลงดนเพอ

จากดคากระแสลดวงจรลงดน การทาใหกระแสลดวงจรลงดนตาลงเปนการปองกนความเสยหายในขณะ

เกดลดวงจร แตกเปนการทาใหตรวจจบการลดวงจรทาไดยากขน

R


'1I

1I

F

R


'1I

1I

R


'1I

1I

F

R


'1I

F

R


'1I

F

159


การใชอมพแดนซทตอผานหมอแปลงเรยกวา หมอแปลงตอลงดน (Earthing Transformer) กเปน

อกวธหนง โดยจะมขนาดในชวง 5-250 kVA ขดลวดทางดานทตยภมจะตอกบตวตานทานทมขนาด

สอดคลองกบอตราสวนของหมอแปลง ซงโดยทวไปจะทาใหมคากระแสประมาณ 5-20 A

การปองกนการลดวงจรลงดนในขดลวดสเตเตอรเครองกาเนดไฟฟาและมอเตอรจะขนอยกบ

วธการตอลงดน (Grounding) ของตวเครองจกรกลไฟฟาดวย

ถาเครองกาเนดไฟฟามการตอลงดนโดยตรง (Solid Ground) กจะมกระแสลดวงจรทสงแตถาเปน

การตอลงดนโดยผานอมพแดนซเพอจากดกระแสไหลผานลงดนกจะทามกระแสลดวงจรลงดนทตาและทา

ใหการออกแบบปรบตงรเลยทาไดยากขนในกรณทใชรเลยแบบผลตาง รปท 11.8 แสดงการตอลงดนแบบ

โดยตรงและแบบมอมพแดนซ

รปท 11.8 การตอลงดนแบบโดยตรงและแบบมอมพแดนซ

การตอลงดนผานคาความตานทางสง (High Resistance Ground)

• เหมาะสาหรบเครองกาเนดไฟฟาทตอกบระบบแบบ Unit Generator Transformer Configuration

คอเครองกาเนดไฟฟาหนงตวตอโดยตรงกบดานเดลตาของหมอแปลงไฟฟาทเปนแบบเดลตา -วาย

• ไมเหมาะกบเครองกาเนดไฟฟาหลายตวตอลงดนแบบ Common Bus ซงจะทาใหตรวจสอบ

กระแสลดวงจรลงดนไดยาก หากใชในกรณเครองกาเนดไฟฟา 2 ตวตอกบหมอแปลตวเดยวจะ

เปนการตดวงจรเครองกาเนดไฟฟาทง 2 ตวเมอเกดการลดวงจรลงดน

เครองจกรกล

ไฟฟา

Solid Ground


ไฟฟา

Neutral Impedance

หมอแปลงไฟฟา


ไฟฟา

Solid Ground


ไฟฟา

Neutral Impedance


160


• การใชตวตานทานตอทจดนวทรลของเครองกาเนดไฟฟาลงดน )RN) เพอจากดกระแสลดวงจรลง

ดนใหมคาประมาณ 5-10 A วธนใชความตานทานทม kVA สงและทนแรงดนไดสง ทาใหม

คาใชจายทสง

• การใชหมอแปลงจาหนวย )Distribution Transformer) หรอเรยกวา Neutral Grounding

Transformer โดยมพกดแรงดนดานปฐมภมมากกวาหรอเทากบคาแรงดนเฟสของเครองกาเนด

ไฟฟาและพกดแรงดนดานทตยภม 120 V หรอ 240 V ในดานทตยภมจะตองไมมระบบปองกน

)ฟวสหรอเบรกเกอร (เพอปองกนไมใหเกดการเปดวงจรของหมอแปลง

การตอลงดนผานความตานทานตา (Low Resistance Ground)

• จะเปนการตอจดนวทรลลงดนผานคาความตานทานทยอมใหกระแสลดวงจรลงดนมคามาก

พอทจะทาใหระบบปองกนสามารตรวจจบกระแสลดวงจรลงดนได

• โดยปกตจะจากดกระแสลดวงจรลงดนทขวของเครองกาเนดไฟฟาใหมคาประมาณ 200 A จนถง

คา 150 % ของกระแสพกด

• การตอลงดนลกษณะนจะใชกบเครองกาเนดไฟฟาตอขนานกนโดยใชหมอแปลงรวมกน หรอใช

กบเครองกาเนดไฟฟาทตอโดยตรงกบระบบจาหนายทมการตอลงดนผานคาอมพแดนซตา

เมอเกดการลดวงจรลงดน (Phase to Ground) กจะทาใหเกดกระแสไหลในสายนวทรอลเนองจาก

การลดวงจรดงกลาวจะทาใหกระแสไหลในแตละเฟสไมสมดล (Unbalance) ดงนนถาตดตงหมอแปลง

กระแสไวทสายนวทรอลกอนทจะตอลงดนกจะสามารถตรวจจบไดวามกระแสไหลผานสายนวทรอ

ลเกนกวาทควรจะเปนหรอไม ดงแสดงในรปท 11.9 รเลยทตออยทนวทรอลจะทาการสงตดวงจรในกรณ

ทเกดกระแสไหลผานสายนวทรอลเกนกวาทตงไว โดยคาทปรบตงไวนจะตองไมทาใหรเลยทางานจากผล

ของสภาวะไมสมดลของการทางานของเครองจกรตามปกต เชน กระแสไมสมดลจากผลของฮารโมนก ซง

จะมคาประมาณ 10-15 % ของกระแสพกด หรอ ผลจากความไมสมดลของระบบทเชอมตออย และในกรณ

ทใชคาอมพแดนซในการตอลงดนทมคาสงกจะทาใหกระแสลดวงจรมคาตาทาใหการปรบตงรเลยให

แยกแยะระหวางกระแสไหลผานนวทรอลปกตกบกระแสลดวงจรลงดนทาไดคอนขางยาก อยางไรกตาม

กระแสทไหลผานนวทรอลในสภาวะปกตจะมคาไมสงนกจงไมมผลตอความคลาดเคลอนของหมอแปลง

กระแสดวย (แกนเหลกไมอมตว)

161


รปท 11.9 การปองกนกระแสลดวงจรลงดนในเครองจกรกลไฟฟา

ในกรณทเครองจกรกลไฟฟามการตอลงดนโดยตรง หรอใชอมพแดนซตอลงดนทมคาตา การ

ปองกนการลดวงจรลงดนโดยการตรวจจบทนวทรอลจะสามารถใชรเลยปองกนแบบทนท (Instantaneous

Relay) ในกรณทใชอมพแดนซตอลงดนทมคาสง กระแสลดวงจรลงดนจะมคาตาและทาใหเกดความ

เสยหายทนอยกวา จะใชรเลยปองกนกระแสเกนแบบหนวงเวลา เนองจากจะสามารถปรบตงใหมคากระแส

ทางานเรมตนทตากวารเลยปองกนกระแสเกนแบบทนท โดยจะปรบตงใหมการหนวงเวลาประมาณ 5-10

ลกคลน เพอปองกนการตดวงจรจากผลของการสบสวตชในระบบไฟฟาหรอสภาวะทรานเซยนอน ๆ

ในกรณทไมสามารถตดตงหมอแปลงกระแสทนวทรอลไดกสามารถใชวธการตอเพอหาคากระแส

ทไหลในนวทรอลจากรวมกระแสทไหลในเฟสทงสามไดดงรปท 11.10 วธการนมกใชในกรณของการ

ปองกนมอเตอร ขอควรระวงในการใชวธการนกคอกระแสขณะเรมตนหมน (Starting Current) ของ

มอเตอรทมคาสงอาจทาใหหมอแปลงกระแสเกดการอมตวเกดความคลาดเคลอนและมความผดพลาดใน

การทางานได ดงนนจงไมควรใชรเลยปองกนกระแสเกนแบบทนท และมกจะใหรเลยปองกนกระแสเกน

แบบหนวงเวลาโดยปรบตงคาเรมตนทางานทประมาณ 1/5 - 1/3 ของกระแสลดวงจรตาสดทเปนไปไดโดย

มการหนวงเวลาไวดวย


ไฟฟา

Solid Ground


ไฟฟา

Neutral Impedance


R R


ไฟฟา

Solid Ground


ไฟฟา

Neutral Impedance


R R


ไฟฟา

Solid Ground


ไฟฟา

Neutral Impedance


R R


ไฟฟา

Solid Ground


ไฟฟา

Neutral Impedance


R R

162


รปท 11.10 การปองกนการลดวงจรลงดนในกรณทไมสามารถตดตงหมอแปลงกระแสทนวทรอลได

ในเครองกาเนดไฟฟาขนาดใหญทตอเขาระบบโดยผานหมอแปลงเพมแรงดน (Step-up

Transformer) ทตอแบบเดลตา-สตาร จะนยมใชวธการตอลงดนโดยผานหมอแปลง (Transformer Ground)

และใชสญญาณทางดานทตยภมของหมอแปลงในการตรวจจบกระแสไหลลงดน

ในกรณทมการตอลงดนผานหมอแปลงตอลงดน (Earthing Transformer) กจะตรวจจบการ

ลดวงจรลงดนทางดานทตยภมของหมอแปลงตอลงดนดงแสดงในรปท 11.11

ในกรณทเครองจกรกลไฟฟาไมมการตอลงดนทนวทรอล (มกจะเปนมอเตอร) จะทาใหไมม

กระแสไหลในนวทรอลและการลดวงจรในตอนแรกจะไมสามารถตรวจจบไดดวยการใชรเลยปองกน

กระแสเกน แตถาเกดการลดวงจรเกดขนอกจดกจะมผลใหเกดการลดวงจรระหวางเฟสหรอระหวาง

ขดลวดเดยวกนขน ซงจะสรางความเสยหายตอเครองจกรกลไฟฟาทรนแรงได จงมความจาเปนทจะตอง

ตรวจจบสภาวะการลดวงจรลงดนทเกดขนตงแตการเกดในจดแรก การตรวจจบการลดวงจรลงดนในกรณ

นจะสามารถใช PT ทตอดานปฐมภมแบบสตารและดานทตยภมแบบเปดเดลตา (Broken delta)


ไฟฟา

มการตอนวทรอลลงดน

แตไมสามารถตดตง CT ได

RbRc

Ra

Rg


ไฟฟา

มการตอนวทรอลลงดน

แตไมสามารถตดตง CT ได

RbRc

Ra

Rg

163


รปท 11.11 การปองกนลดวงจรลงดนในเครองกาเนดไฟฟาทตอลงดนผานหมอแปลง

11.5 การปองกนแบบเปอรเซนตผลตาง

การปองกนแบบผลตางในหวขอท 11.4 คอนขางจะเปนในทางอดมคตมากกวาในทางปฏบต

เนองจากในทางปฏบตจรงหมอแปลงกระแสแตละตวจะมความคลาดเคลอน (error) ทไมเทากน

นอกจากนจงมผลของสายตวนาดานทตยภมทอาจยาวไมเทากนหรออาจมอปกรณอนตออยทางดานทตยภ

มทาใหมคาเบอรเดนทไมเทากน ทาใหมกระทางดานทตยภมไมเทากนถงแมวากระแสทางดานปฐมภมจะ

เทากนกตาม

การปรบตงรเลยจงตองใหมคากระแสเรมตนทางานทสงกวากระแสทเกดเจากความคลาดเคลอนน

แตใหนอยกวาคากระแสลดวงจรตาสดทอาจเกดขนได ซงจะทาไดคอนขางยาก เนองจากคากระแสท

คลาดเคลอนนยงเกดขนในขณะทเกดลดวงจรดวย

การแกปญหาดงกลาวขางตนสามารถทาไดโดยการใชรเลยแบบเปอรเซนตผลตาง (Percentage

Differential Relay or Bias Differential Relay) โดยรเลยแบบเปอรเซนตผลตางจะมการออกแบบใหม

ขดลวดหนวง (Restraint coil) ดงแสดงในรปท 11.12


ไฟฟา

EarthingTransformer


ไฟฟา

RR

Loading Resistor

Over Current Relay


ไฟฟา

EarthingTransformer


ไฟฟา

Loading Resistor

Over Voltage Relay

R


ไฟฟา

EarthingTransformer


ไฟฟา

RR

Loading Resistor

Over Current Relay


ไฟฟา

EarthingTransformer


ไฟฟา

Loading Resistor

Over Voltage Relay

R

164


รปท 11.12 รเลยปองกนแบบเปอรเซนตผลตาง

โดยรเลยจะทางานกตอเมอคาผลตางของกระแสมคามากกวาสดสวนทตงไวเมอเทยบกบกระแสท

ไหลทงหมด หรอสามารถแสดงดวยสมการไดวา

รเลยจะทางานกตอเมอ rd iki ⋅≥

เมอ 21 iiid −= เปนคากระแสผลตาง

221 iiir

+= เปนคากระแสหนวง

ตวอยางเชน รเลยแบบเปอรเซนตผลตางตงการทางานไวท 10% จะตองมกระแสผลตางอยางนอย

2 A จงจะทางาน เมอมกระแสไหลผานขดลวดหนวงเฉลยทงสองขดเทากบ 20 A ดงแสดงในรปท 11.13

คาสดสวนนอาจคงทหรอไมกได

รปท 11.13 ตวอยางคณลกษณะของรเลยปองกนแบบเปอรเซนตผลตาง


1i 2i

Operating Coil

Restraint CoilRestraint Coil


1i 2i

Operating Coil

Restraint CoilRestraint Coil

Positive torque region

Negative torque region

21 ii −

Positive torque region

Negative torque region

21 ii −

165


11.6 รเลยแบบอมพแดนซสง

การใชรเลยแบบอมพแดนซสงเปนการปองกนแบบผลตางทมการแกปญหาการทางานผดพลาด

ของรเลยจากความคลาดเคลอนทเกดจากการอมตวของหมอแปลงกระแสในขณะทเกดการลดวงจรอกวธ

หนง โดยเปนการใชหลกการทหมอแปลงกระแสทอมตวจะมคาอมพแดนซทตามากและถาตออมพแดนซ

ทมคาสงอนกรมกบรเลยกจะทาใหกระแสไหลผานไปยงหมอแปลงกระแสทเกดอมตวแทนทจะไหลไป

รเลย ทาใหไมเกดการตดวงจรผดพลาดนอกขอบเขตปองกน ดงรปท 11.14

รปท 11.14 การปองกนดวยรเลยแบบอมพแดนซสง

11.7 การปองกนการลดวงจรในโรเตอร

โดยทวไปการจายกระแสกระตนสนาม (Exiting current) ในเครองจกรกลไฟฟาซงโครนสจะไมม

การตอลงดนของระบบ ทาใหการลดวงจรลงดนเพยงหนงจดจะไมทาใหเกดความเสยหายในทนท แตอาจ

เกดความเครยดทางไฟฟาตอฉนวนในสวนอนและทาใหลดวงจรลงดนในจดอนเพมขน ซงจะเกดผลจาก

สภาวะไมสมดลของแรงแมเหลกทาใหโรเตอรเสยสมดลเกดความรอนและการสนสะเทอน ผลทตามมาคอ

จะทาใหโรเตอรบดเบยวได

การปองกนโดยมากจะออกแบบใหมการสงสญญาณเตอน (Alarm) เมอเกดการลดวงจรลงดนทจด

แรกขนเพอใหผปฏบตงานไดเตรยมหยดการเดนเครองใหทนทวงท รปท 11.15 แสดงการตรวจสอบการ

ลดวงจรลงดนโดยใชไฟฟากระแสสลบ (AC Detector) และใชไฟฟากระแสตรง (DC Detector) โดยวงจร

ตรวจจบการลดวงจรลงดนจะตอผานคาอมพแดนซทมคาสงมากของรเลย เมอเกดการลดวงจรในขดลวด

กระตนสนาม (Field winding) จะมกระแสไหลผานรเลยและจะทาใหมสญญาณเตอนขน

R


F

R

F

หมอแปลงกระแสอมตว

มการตอบสนองเหมอนลดวงจรR


F

R

F

หมอแปลงกระแสอมตว

มการตอบสนองเหมอนลดวงจร

166


a

b

รปท 11.15 a การตรวจสอบการลดวงจรลงดนโดยใชไฟฟากระแสตรง (DC Detector)

b การตรวจสอบการลดวงจรลงดนโดยใชไฟฟากระแสสลบ (AC Detector)

ในกรณทจายกระแสกระตนโดยไมใชแปรงถาน (Brushless Synchronous Machine) จะไม

สามารถตอวงจรเพอตรวจสอบการลดวงจรในโรเตอรไดตลอดเวลาแตจะสามารถใชแปรงถานวดสญญาณ

(Pilot Brush) เคลอนเขาไปแตะทจดวดตามระยะเวลาทกาหนด หรอใชการวดคาความตานทานของขดลวด

กระตนสนามในขณะทไมไดเดนเครอง

11.8 การปองกนการทางานในสภาวะกระแสไมสมดล (Unbalance Current)

การเกดกระแสไหลอยางไมสมดลในเครองกาเนดไฟฟา หรอการลดวงจรแบบไมสมมาตร จะทา

ใหเกดความเสยหายจากความรอน โดยกระแสลาดบลบ (Negative Sequence Impedance) ทเกดขน จะ

เหนยวนาใหเกดกระแสความถสงในโรเตอรซงจะทาใหเกดกระแสไหลในบรเวณผวของโรเตอรทาใหเกด

ความรอนสงขนอยางรวดเรว และหากไมไดรบการปองกนททนเวลากจะทาใหเกดความเสยหายตอ

โครงสรางของโรเตอร

หลกการปองกนโดยทวไปจะกาหนดใหคากระแสลาดบลบมคาเปนไปตามสมการ

KtI ≤22 )( (11.3)

โดย I2 เปนกระแสลาดบลบทเกดขน (p.u.)

t เปนระยะเวลาทเกดกระแสไหล

Non-linear Resistance

R

Field Winding

To Exciter

Sensitive Relay

Non-linear Resistance

R

Field Winding

To Exciter

Sensitive Relay

R

Field Winding

To Exciter

Sensitive Relay

ไฟฟา

กระแสสลบ

R

Field Winding

To Exciter

Sensitive Relay

ไฟฟา

กระแสสลบ

167


K เปนคาคงทขนอยกบชนดและวธระบายความรอนของเครองกาเนดไฟฟา ซงอาจพจารณาอยาง

งายวาในเครองกาเนดไฟฟาขนาดไมเกน 800 MVA จะใชคา K = 10 สวนในเครองกาเนดไฟฟาทมขนาด

ใหญกวา 800 MVA จะสามารถใชคา K ตามสมการ

)]800)(00625.0(10[ −−= MVAK (11.4)

เชน เครองกาเนดไฟฟา 1000 MVA จะมคา K = 8.75 และในกรณของมอเตอรโดยปกตจะใชคา K

เทากบ 40 อยางไรกตามคา K อาจสงถง 60 ไดในกรณของเครองกาเนดไฟฟาพลงงานน าทเปนแบบ

ขวแมเหลกยน (Saliant Pole) จงควรดขอมลจากผผลตเปนหลก

ในเครองกาเนดไฟฟาและมอเตอรขนาดใหญจะปองกนสภาวะไมสมดลโดยการใชรเลยตรวจจบ

กระแสลาดบลบ (Negative Sequence Relay) ทาหนาทสงสญญาณเตอนใหผปฏบตงานไดทราบถงสภาวะ

ทผดปกต และทาการเตรยมพรอมกอนทจะหยดเดนเครองกาเนดไฟฟา ในมอเตอรขนาดเลกมกจะใชรเลย

ตรวจจบความมสมดลของเฟส (Phase Balance Relay)

11.9 การปองกนการทางานเกนพกดกาลง (Overload)

การปองกนการทางานเกนพกดกาลงในเครองกาเนดไฟฟาถาหากมกจะเปนการปองกนสารอง

ระบบปองกนบสทตออย ทงนการปองกนการทางานเกนพกดกาลงในเครองกาเนดไฟฟาจะไมสามารถใช

รเลยปองกนกระแสเกนเพยงอยางเดยวไดเนองจากกระแสทไหลในเครองกาเนดไฟฟาจะถกจากดโดย

คาอมพแดนซของเครองกาเนดไฟฟา ถงแมวาจะเกดลดวงจรกยงมกระแสลดวงจรทใกลเคยงกบกระแส

พกดของเครองกาเนดไฟฟา การปองกนจงตองใชรเลยแบบอมพแดนซ (Impedance Relay) ซงจะสามารถ

ปรบตงคากระแสเรมตนทางานใหตากวากระแสพกดของเครองกาเนดไฟฟาไดโดยทยงไมทางานนอกจาก

วาแรงดนของเครองกาเนดไฟฟาจะลดลงจากผลของการผดพรอง

11.10 การปองกนการทางานเกนพกดความเรวรอบ (Overspeed)

การปองกนสภาวะทางานเกนพกดความเรวรอบในเครองกาเนดไฟฟาจะใชวธตดตงอปกรณทชด

ขบเคลอน (Prime Mover) ซงอาจเปนอปกรณททางานดวยแรงเหวยงหนศนย (Cebtrifugal) ของแกนหมน

หรอเปนอปกรณอเลกทรอนกสททางานในลกษณะเดยวกนคอจะทางานเมอความเรวรอบของเครองกาเนด

ไฟฟาเกนพกดความเรวรอบ การทางานในสภาวะความเรวรอบเกดพกดจะเกดขนกตอเมอเครองกาเนด

ไฟฟาไมไดตออยกบระบบไฟฟากาลง และจะเกดอนตรายตอกงหน (Turbine) มากกวาตอเครงอกาเนด

ไฟฟา

ในกรณของมอเตอรการทางานเกนพกดความเรวรอบจะไมมปญหามากนก เนองจากรเลยปองกน

กระแสเกนจะทาหนาทปองกนทางออมใหอยแลว

168


11.11 การปองกนจากแรงดนและความถไฟฟาทผดปกต

สภาวะผดปกตของแรงดนไฟฟาและความถทอาจเกดขนไดมดงตอไปน

- แรงดนเกน (Overvolatge)

- แรงดนตา (Undervoltage)

- ความถเกน (Overfrequency)

- ความถตา (Underfrequency)

11.11.1 สภาวะแรงดนเกนพกด (Overvoltage)

แรงดนทขวของเครองกาเนดไฟฟาจะขนอยกบความเรวรอบ และกระแสกระตน (Exitation) การ

เกดแรงดนเกนจะทาใหเกดฟลกซแมเหลกคลองผานแกนเหลกในปรมาณทสงและทาใหเกดความเสยหาย

จากความรอนทเกดขน นอกจากนฟลกซแมเหลกทมากเกนไปจะทาใหแกนเหลกอมตวและไหลผานสวน

อน ๆ ทเปนตวนาทาใหเกดกระแสไฟฟาไหลวนในแกนเหลกและสวนอน ๆ ทเปนตวนาทตออย การ

กระตนทมากเกนไปจะสามารถทาใหเกดความเสยหายไดในระยะเวลาอนสน

เนองจากฟลกซแมเหลกจะแปรผนโดยตรงกบแรงดนและแปรผกผนกบความถ ดงนการพจารณา

สภาวะแรงดนเกนจะใชคาสดสวนแรงดนเปน p.u. ตอความถเปน p.u. เรยกวา โวลตตอเฮรต (V/Hz) โดย

ถาหากมคา V/Hz สงกวาคาทออกแบบไวจะหมายถงเครองกาเนดไฟฟาอยในสภาวะแรงดนเกน ตวอยาง

เชน เครองกาเนดไฟฟาถกออกแบบใหสามารถทนสภาวะ V/Hz ได 105% ของคา V/Hz พกด หมายถง

สภาวะแรงดนเกนจะเกดขนเมอแรงดนมคาเปน 105% ทความถพกด หรอจะเกดเมอแรงดนมคาเทากบ

แรงดนพกดแตความถมคาเปน 95% ของความถพกด การปองกนลกษณะนบางครงเรยกวาการปองกนฟ

ลกซเกน (Overfluxing Protection)

11.11.2 สภาวะแรงดนตากวาพกด (Undervoltage)

การเกดสภาวะแรงดนตากวาพกดในเครองกาเนดไฟฟาจะไมกอใหเกดปญหากบตวเครองกาเนด

ไฟฟา (ยกเวนตออยกบระบบและมการจายกระแสกระตนนอยเกนไปซงจะกลาวถงในหวขอตอไป) แตจะ

ทาใหเกดปญหากบอปกรณทตออยมากกวา

สวนในกรณของมอเตอรจะทาใหมความเรวรอบตาลงและมกระแสไหลสงกวาพกดซงรเลย

ปองกนกระแสเกนจะทาหนาทปองกนในกรณนได อยางไรกตามยงมกจะมการตดตงรเลยปองกนแรงดน

ตกไวดวย เพอปองกนความเสยหายแกอปกรณอเลกทรอนกสและดจตอล

11.11.3 สภาวะความถเกนพกด (Overfrequency)

ความถของเครองจกรกลไฟฟาซงโครนสจะสมพนธกบความเรวรอบ ทงนจะมอปกรณปองกน

ความเรวรอบเกนพกดอยแลว แตกยงสามารถมรเลยปองกนความถเกนเปนการปองกนสารองอปกรณ

169


ปองกนความเรวรอบเกนพกดได โดยรเลยปองกนความถเกนอาจทาหนาทสงสญญาณเตอน (Alarm) เมอ

เกดสภาวะความถเกน

11.11.4 สภาวะความถตากวาพกด (Underfrequency)

การเกดสภาวะความถตาจะเปนการทความเรวรอบของเครองจกรกลไฟฟาลดลงซงจะมผลใหการ

ระบายความรอนจะลดลง ดงนนทสภาวะความถตากวาพกดเครองจกรกลไฟฟาจะตองทางานทกาลงงาน

ไฟฟาตากวาพกด การเกดสภาวะความถตา (หรอความเรวรอบตา) จะเปนอนตรายตอกงหน (Turbine) มกา

กวาตวเครองกาเนดไฟฟา เนองจากจะผลของแรงเครยดทางกลกระทาตอตวกงหนทาใหอายการใชงาน

กงหนลดลงเมอเกดขนบอย ๆ จงตองมการปองกนในลกษณะการเกบขอมลสถตยอนหลงเทยบกบขอมล

คณลกษณะของกงหนจากผผลตในการวางแผนการซอมบารงกงหน

11.12 การปองกนเมอสญเสยกระแสกระตน (Loss of Excitation)

เมอเครองกาเนดไฟฟาซงโครนสสญเสยกระแสกระตน (Loss of Excitation) หรอมกระแสกระตน

ตากวาทควรจะเปน (Under Excitation)กจะทางานเปนเครองกาเนดไฟฟาเหนยวนา (Induction Generator)

ทมความเรวรอบสงกวาความเรวซงโครนส ในกรณของเครองกาเนดไฟฟาทเปนแบบโรเตอรทรงกระบอก

(Round Rotor) หรอเรยนกวาแบบขวแมเหลกไมยน (Non-Saliant Pole) จะมขดลวดหนวง (Damping

Winding) ซงจะชวยทาหนาทในลกษณะเดยวกนกบขดลวดแบบกรงกระรอกของเครองจกรกลไฟฟา

เหนยวนา จงไมเกดปญหาความรอนในเหลกโรเตอร

อยางไรกตามเครองกาเนดไฟฟายงคงตองมกระแสกระตนในการทจะรกษาเสถยรภาพในการ

ทางาน การตรวจสอบสภาวะทเครองกาเนดไฟฟาไดรบกระแสกระตนตากวาทควรจะเปนทาไดหลายวธ

ในเครองกาเนดไฟฟาขนาดเลกจะสามารถใชรเลยตวประกอบกาลง (Power Factor Relay) หรอรเลยการ

ไหลยอนกลบของกาลงงานไฟฟา (Reverse Power Relay) วธทนยมทสดคอการใชรเลยอมพแดนซ

(Impedance Relay) ทปรบตงใหตรวจสอบสภาวะการกระตนตากวาทควรจะเปนทางออมจากคากาลงงาน

รแอคทฟทไหลโดยเทยบบน R-X Diagram เมอตรวจสอบพบความผดพลาดกจะสงสญญาณเตอน (Alarm)

ใหผปฏบตงานทาการแกไขปญหาทเกดขน หรอสงสญญาณหยดเดนเครองกาเนดไฟฟา

170



1. จงอธบายหลกการปองกนการลดวงจรระหวางเฟสในขดลวดสเตเตอรของเครองกาเนดไฟฟา

2. จงอธบายหลกการปองกนการลดวงจรลงดนในขดลวดสเตเตอรของเครองจกรกลไฟฟาในกรณท

สามารถตดตงหมอแปลงกระแสทสายนวทรอลและกรณทไมสามารถตดตงหมอแปลงกระแสท

สายนวทรอลได และในกรณทไมมการตอสายนวทรอล

3. จงบอกเหตผลถงความจาเปนในการใชรเลยปองกนแบบเปอรเซนตผลตาง (Percentage

Differential Relay) พรอมทงอธบายหลกการทางาน

4. จงอธบายหลกการปองกนการลดวงจรในโรเตอรของเครองจกรกลไฟฟา

5. จงอธบายหลกการปองกนการทางานในสภาวะกระแสไมสมดล (Unbalance Current) ของ

เครองจกรกลไฟฟา

6. จงอธบายหลกการปองกนการทางานเกนพกดกาลง (Overload) ของเครองจกรกลไฟฟา

7. จงอธบายหลกการปองกนการทางานเกนพกดความเรวรอบ (Overspeed)ของเครองจกรกลไฟฟา

8. จงอธบายหลกการปองกนแรงดนและความถไฟฟาทผดปกตของเครองจกรกลไฟฟา

9. จงอธบายหลกการปองกนเมอเครองจกรกลไฟฟาซงโครนสสญเสยกระแสกระตน (Loss of

Excitation)

171




เรอง การปองกนมอเตอร


1. เพอใหนกศกษาไดทราบถงสงทพจารณาในการปองกนมอเตอร

2. เพอใหนกศกษาไดเขาใจวธการปองกนขดลวดสเตเตอรของมอเตอร

3. เพอใหนกศกษาไดเขาใจวธการปองกนกระแสเกนในเฟสของมอเตอร

4. เพอใหนกศกษาไดเขาใจวธการปองกนการลดวงจรลงดนในมอเตอร

5. เพอใหนกศกษาไดเขาใจวธการปองกนมอเตอรดวยรเลยผลตาง

6. เพอใหนกศกษาไดเขาใจวธการปองกนการลดวงจรในโรเตอร

7. พอใหนกศกษาไดเขาใจวธการปองกนมอเตอรจากสภาวะผดปกตของแหลงจายไฟฟา

เนอหา

สงทพจารณาในการปองกนมอเตอร การปองกนขดลวดสเตเตอรของมอเตอร การปองกนกระแส

เกนในเฟสของมอเตอร การปองกนการลดวงจรลงดนในมอเตอร การปองกนมอเตอรดวยรเลยผลตาง การ

ปองกนการลดวงจรในโรเตอร การปองกนมอเตอรจากสภาวะผดปกตของแหลงจายไฟฟา





172



เรอง การปองกนมอเตอร

มอเตอรเปนอปกรณทสาคญในงานอตสากหรรมโดยมหลากหลายชนดและขนาดตามการใชงาน

ทแตกตางกน ดงนนการออกแบบและเลอกใชอปกรณสาหรบปองกนมอเตอรจงมหลายวธ โดยปกต

มอเตอรขนาดใหญหรอทมความสาคญตอกระบวนการผลตจะตองมอปกรณปองกนทรดกมมากกวา

มอเตอรทมความสาคญนอยกวา อยางไรกตามอปกรณปองกนความเสยหาสาหรบในมอเตอรจะตองมการ

ปองกนกระแสเกนซงเปนการปองกนการลดวงจรและทางานเกดพกดเปนอยางนอย

12.1 สงทพจารณาในการปองกนมอเตอร

สงทพจารณาในการปองกนมอเตอรคอคณสมบตของมอเตอรเหนยวนาในการทจะสามารถทนตอ

สภาวะการทางานในลกษณะใดได โดยมอตอรตามมาตรฐาน NEMA สามารถแสดงไดดงตารางท 12.1

โดยหลกการปองกนมอเตอรประกอบดวย

การปองกนขดลวดสเตเตอร (Stator Winding Protection)

• การปองกนการทางานเกนพกด )Overload Protection)

• การปองกนสภาวะมอเตอรไมหมน )Locked Rotor Protection)

• การปองกนอณหภมสง (Over Temperature Protection)

• การปองกนมอเตอรเรมเดนเครองซา (Frequent Start or Repetitive Start Protection)

การปองกนการลดวงจรในขดลวดสเตเตอร (Stator Fault Protection)

• การปองกนกระแสลดวงจรระหวางเฟส )Phase Over-Current Protection)

• การปองกนกระแสลดวงจรลงดน )Ground Fault Protection)

• การปองกนการลดวงจรดวยรเลยผลตาง ) Differential Protection)

การปองกนการลดวงจรในโรเตอร (Rotor Fault Protection)

การปองกนสภาวะทแหลงจายไฟฟาผดปกต

• การปองกนสภาวะแรงดนตา )Under-Voltage Protection)

• การปองกนสภาวะแรงดนเกน )Over-Voltage Protection)

• การปองกนสภาวะแรงดนไมสมดล )Unbalance Protection)

• การปองกนสภาวะความถผดปกต )Abnormal Frequency Protection)

173


ตารางท 12.1 คณสมบตของมอเตอรตามมาตรฐานสากล

12.2 การปองกนขดลวดสเตเตอร (Stator Winding Protection)

สาเหตททาใหมอเตอรเสยหายหรอมอายการใชงานลดลงโดยมากจะเกดจากฉนวนของขดลวดเต

เตอรถกทาลายหรอเสอมสภาพลง ปจจยททาใหอายของฉนวนสนลงมหลายอยาง เชน ใชงานในบรเวณทม

ความชนสง ใชงานเกนพกด ถกความรอนสง จากการทดลองพบวาอายฉนวนจะสนลงครงหนงถาอณหภม

ขดลวดเพมขน 10OC ดงนนในการใชงานมอเตอรจงตองระมดระวงในการจากดอณหภมไมใหสงเกนไป

ความเสยหายตอขดลวดยงมสาเหตอนได เชน การเสอมสภาพของฉนวนจากสภาวะแรงดนเกน หรอ จาก

แรงทางกล

174


การปองกนขดลวดสเตเตอร ประกอบดวย

• การปองกนการทางานเกนพกด )Overload Protection)

• การปองกนสภาวะมอเตอรไมหมน )Locked Rotor Protection)

• การปองกนอณหภมสง (Over Temperature Protection)

• การปองกนมอเตอรเรมเดนเครองซา (Frequent Start or Repetitive Start Protection)

12.2.1 การปองกนการทางานเกนพกด

การใชงานเกนพกดจะทาใหกระแสของมอเตอรสงกวาปกตและเกดความรอนทสเตเตอร ซงถาม

อณหภมสงเกนขดจากดทางความรอน (Thermal Limit) ทออกแบบไวกจะทาใหฉนวนของมอเตอร

เสยหายได ความสามารถในการทนความรอนของมอเตอรจะขนอยกบสภาวะและระยะเวลาทเกดขน โดย

รปท 12.1 แสดงตวอยางคณสมบตการทางานของมอเตอร

ตามมาตรฐาน ANSI/NFPA 70-7996 ใหขอแนะนาเกยวกบการปองกนการทางานเกนพกดของ

มอเตอรไว ในกรณมอเตอรทใชงานตอเนอง ยอมใหอณหภมเพมขนไมเกน 40OC มพกดเกน 1 Hp และม

อปกรณปองกนความรอนตดมากบมอเตอร การปองกนอณหภมสงเกนยอมใหมอเตอรทางานเกนพกดได

ดงน

เมอกระแสพกดมอเตอร (Full Load Current, Full Load Amp (FLA), IFL) ไมเกน 9 A กระแสตด

วงจร (Trip) จะตองไมเกน 170% ของ IFL ถากระแสมอเตอรมพกด 9.1 – 20 A กระแสตดวงจรจะตองไม

เกน 156% ของ IFL มอเตอรขนาด 20 A ขนไป กระแสตดวงจรจะตองไมเกน 140% ของ IFL

สาหรบมอเตอรทไมมอปกรณปองกนอณหภมเกนตดมาดวย จะตองตดต งรเลยกระแสเกน

(Overload Relay, 49) เพม โดยคาปรบตงจะตองไมเกน 125% ของ IFL (โดยทวไปปรบทคา 115%) และ

ตองพจารณาคาตวประกอบในการปรบคา (Correction Factor) ดวยเพอใหรเลยกระแสเกนทางาน

เหมาะสมกบมอเตอรตามคาตวประกอบการบารงรกษา (Service Factor, SF)

คาตวประกอบการบารงรกษา (Service Factor, SF) หมายถงความสามารถของมอเตอรในการทน

การใชงานเกนพกด เชน มอเตอร 1 Hp ม SF = 1.15 หมายถงมอเตอรสามารถทนการใชงานได 1.15 Hp ซง

จะปรบตงอปกรณใหปองกนไวไดไมเกน 115% ของ IFL

Time Rating Motor Correction Factor

Continuous 1.15 Service Factor 1.0

Continuous 1.00 Service Factor 0.9

175


IEEE Std 620-1996 IEEE Guide for the Presentation of Thermal Limit Curves for Squirrel Cage

Induction Machines

รปท 12.1 ตวอยางคณสมบตการทางานของมอเตอร

นอกจากนคาปรบตงของรเลยกระแสเกนสามารถปรบตงไดตามผผลตซงอาจแตกตางกนไป

สาหรบคาปรบตงอาจทาไดเปน

• ปรบตง Alarm ท 110 – 115% ของ IFL

• บางครงออกแบบใหมอเตอรทางานตากวาพกด )ปกตเลอกใชมอเตอรใหทางานทประมาณ 75-

80% ของพกด (อาจปรบ Alarm ไวท 100% ของ IFL

176


ในมอเตอรขนาดเลกสามารถใชรเลยปองกนโหลดเกน (Overload relay) ทาการปองกนมอเตอร

จากการเกดโอเวอรโหลด หรอความรอนเกนพกด โดยหลกการทางานจะประกอบดวยขดลวดความรอน

(Heater) พนอยบนแผนไบเมทล (Bimetal) เมอกระแสทไหลเขามอเตอรมคาสง ทาใหชดขดลวดความรอน

เกดความรอนสงขน เปนผลใหแผนไบเมทลรอนและโกงตวดนใหหนาสมผสปกตปดของโอเวอรโหลด

เปดวงจรตดกระแสออกจากคอลยแมเหลกของคอนแทกเตอร จงทาใหหนาสมผสหลก (Main Contact)

ของคอนแทกเตอรปลดมอเตอรออกจากแหลงจาย ซงการปรบตงกระแส Overload relay โดยปกตแลวการ

ปรบตงขนาดกระแสโอเวอรโหลด มคาเทากบ 115% ของกระแสโหลดเตมพกด (Full Load Current หรอ

FLA) ของมอเตอร

การปองกนการทางานเกนพกดกาลงในมอเตอรจะมความจาเปนมาก โดยในมอเตอรขนาดเลกจะ

ใชรเลยททางานดวยความรอน (Thermal Overload Relay) สวนมอเตอรทมขนาดใหญจะใชรเลยปองกน

กระแสเกนแบบหนวงเวลา (Time Delay Overcurrent Relay) ทางานรวมกบรเลยททางานดวยความรอน

(Thermal Overload Relay) ดงแสดงในรปท 12.2 โดยรเลยททางานดวยความรอน (Thermal Overload

Relay) จะทาหนาทปองกนในสภาวะกระแสเกนพกดทไมสง สวนรเลยปองกนกระแสเกนแบบหนวงเวลา

(Time Delay Overcurrent Relay) จะทาหนาทปองกนในสภาวะกระแสเกนพกดมาก

รปท 12.2 การปองกนการทางานเกนพกดกาลงในมอเตอร

12.2.2 การปองกนสภาวะมอเตอรไมหมน (Locked Rotor Protection)

ในกรณทมอเตอรไมหมนหรอหมนไมถงความเรวพกดอาจเกดจากระบบการจายไฟฟา เชน

แรงดนตา หรอ ไมครบเฟส หรอ อาจเกดจากขอขดของทางกล ซงจะทาใหเกดความรอนสงขนอยาง

รวดเรว จงตองมระบบปองกนในการปลดมอเตอรออกใหเรวทสด โดยทวไปกระแสขณะทโรเตอรไม

หมนจะมคาปราณ 3-7 เทาของกระแสพกด ซงเปนคาใกลเคยงกบกระแสขณะเรมเดนเครอง (Start) ทาให

Motor Heating Limit

Thermal Overload Relay

Time Delay Overcurrent Relay

Starting Current (Locked Rotor)

Starting Time

Time

Current

Motor Heating Limit

Thermal Overload Relay

Time Delay Overcurrent Relay

Starting Current (Locked Rotor)

Starting Time

Time

Current

177


ทาใหการวดกระแสเพยงอยางเดยวอาจแยกไมออกวาเปนสภาวะทเรมเดนเครองหรอเปนสภาวะผดปกต

การปองกนจงตองมการพจรณาเวลาทมอเตอรใชในการเรมเดนเครองดวย

ในมอเตอรขนาดใหญจะมการลดคากระแสขณะเรมเดนเครองมอเตอรลง ซงอาจเปนการลด

แรงดนลง การลดแรงดนลงจะทาใหกระแสเรมเดนเครองลดลงแตจะใชเวลาในการเรมเดนเครองนานขน

การเรมเดนเครองมอเตอรจะไมแนนอนขนอยกบการออกแบบ ซงอาจใชเวลา 2-3 วนาทหรอนานเปนนาท

โดยเฉพาะมอเตอรทมความเฉอยสง (High Inertia) ทาใหแยกสภาวะทเรมเดนเครองกบสภาวะมอเตอรไม

หมนไดยาก ดงแสดงในรปท 12.3

รปท 12.3 ลกษณะการเรมเดนเครองของมอเตอรทมความเฉอยสง

ในกรณทแยกสภาวะทเรมเดนเครองกบสภาวะมอเตอรไมหมนไดยาก อาจใชรเลยกระแสเกน

(51) ทางานรวมกบสวตชความเรวศนย (Zero-Speed Switch, 12) โดยรเลยกระแสเกนจะปรบตงใหทางาน

ทกระแสสงกวาการเรมเดนเครองแตตากวา Thermal Limit โดยทวไปจะปรบไวทคาประมาณ 175 – 250%

ของ IFL ถาเรมเดนเครองมอเตอรแลวความเรวไมเพมจนทาใหสวตชความเรวศนยทางานกจะมสญญาณ

สงตดวงจรไปปลดมอเตอร หรออาจใชรเลยกระแสเกน (51) ทางานรวมกบรเลยระยะทาง (Distance

Relay, 21) โดยรเลยระยะทางจะทางานเมอมอเตอรเรมเดนเครองและจะไมทางานเมอความเรวรอบถง

178


ประมาณ 50% ของพกด ทาให Reset กอนทรเลยกระแสเกนจะสงทางานในกรณทมอเตอรเรมเดนเครอง

ไปปกต

รปท 12.4 การใชรเลยกระแสเกนรวมกบสวตชความเรวศนยหรอรเลยระยะทางในการปองกนมอเตอร

รปท 12.5 การทางานของรเลยระยะทางในการปองกนมอเตอรไมหมน

179


ท งน มอเตอรทมโหลดความเฉอยสงอาจมระยะเวลาในการเรมเดนเครองถง 30-40 วนาท

(ในขณะทมอเตอรปกตจะใชเวลา 10-15 วนาท) วธปองกนมอเตอรไมหมนสาหรบมอเตอรทมโหลดความ

เฉอยสงวธหนงคอการใชรเลยกระแสเกนแบบประวงเวลา (51) รวมกบรเลยแบบ High Dropout (50 HDO)

ทจะ Reset ทคา 85-90% ของกระแสทางานโดยปรบตงการทางานไวทคา 115% ของกระแส Locked

Rotor รเลย 50 ทเสรมการทางานอกตวหนงจะปรบตงการทางานไวทประมาณ 200% ของกระแส Locked

Rotor ดงรปท 12.6

รปท 12.6 การใชรเลยกระแสเกนแบบประวงเวลา (51) รวมกบรเลยแบบ High Dropout (50 HDO)

ในการปองกนมอเตอรไมหมน

12.2.3 การปองกนอณหภมสง (Over Temperature Protection)

ตามทไดกลาวไปแลวถงสาเหตททาใหมอเตอรมอณหภมสงเกนวาอาจเกดจากการทางานเกนพกด

มอเตอรไมหมน การเรมเดนเครองขดของ ระบบระบายความรอนเสยหาย ระบบจายไฟฟาไมสมดล ไม

ครบเฟส หรอเกดจากการเรมเดนเครองใหมซาบอย ๆ และการปองกนความรอนสามารถทาไดโดยใชรเลย

กระแสเกนตรวจสอบวากระสเกนพกดทมอเตอรทนไดหรอไม นอกจากน ยงสามารถใชวธการปองกน

อณหภมสงอกวธหนงคอการวดอณหภมของมอเตอรโดยตรง

ในกรณมอเตอรขนาดเลกไมเกน 15 Hp จะสามารถใช Thermocouple ได ในมอเตอรขนาดใหญ

จะใชวธการฝงอปกรณตรวจวดอณหภม (Temperature Detector) ไวตามจดตาง ๆ และสงสญญาณใหรเลย

180


ทางาน ซงโดยมาจะเปน RTD (Resistive Temperature Detector)โดยตองมการชดเชยคาความตานทานของ

สายสญญาณทใชดวย

ตาม NEMA MG1 มอเตอรจะสามารถทนอณหภมสงไดตามตารางขางลาง และโดยปกตจะ

ปรบตงใหตดวงจรกอนประมาณ 5OC

Insulation Class Maximum Winding Temperature OC

A 140

B 165

F 190

H 215

12.2.4 การปองกนมอเตอรเรมเดนเครองซา (Frequent Start or Repetitive Start Protection)

การเรมเดนเครองมอเตอร (Start) ซ า ๆ หรอการทางานแบบเดน ๆ หยด ๆ จะมผลใหเกดความ

รอนสงขนได โดยปกตจะยอมใหเรมเดนเครองได 2 ครง โดยครงแรกเปนการเรมเดนเครองทอณหภม

แวดลอม และอกครงทอณหภมไมเกนจดทมอเตอรทางานทพกด สาหรบมอเตอรทออกแบบเปนพเศษ

ผผลตจะกาหนดจานวนทยอมใหมอเตอรเรมเดนเครองซ ามาดวย การปองกนโดยใชรเลยแบบดจตอลจะ

สามารถปรบตงจานวนครงทมอเตอรเรมเดนเครองไดตอชวโมง หรออาจปรบตงคาเวลาในการลดอณหภม

ของมอเตอร กรณทใชอปกรณตรวจจบอณหภมจะสามารถปรบตงใหรอเวลาจนอณหภมลดลงมากอนจง

จะเรมเดนเครองมอเตอรได

12.3 การปองกนกระแสเกนในเฟส (Phase Over-Current Protection)

ในการปองกนมอเตอร จะตองมการปองกนการลดวงจรเปนอปกรณมาตรฐานตดตงทกเฟส ซง

อาจใชรเลยหรอฟวสกได โดยกรณทใชฟวสจะตองคานงถงสภาวะไมสมดล (Unbalance) ทอาจเกดขนเมอ

ฟวสขาดบางเฟส และฟวสตองไมขาดในขณะทเรมเดนเครองมอเตอร โดยปกตจะปรบตงใหทางานท 250-

300% ของกระแสพกด (Full Load Amp, IFL or FLA) สาหรบฟวสขนาดไมเกน 600 A อาจปรบตงท

400% ของ IFL เพอใหสามารถเรมเดนเครองมอเตอรได

กรณทใชรเลย ถามอเตอรมขนาด kVA เลกกวา 50% ของหมอแปลงทจายไฟฟาใหมอเตอร จะ

สามารถใชรเลยกระแสเกนแบบทนท (Instantaneous Over Current Relay, IOC, 50) ปองกนการลดวงจร

ในเฟส โดยใหทางานสมพนธกบกระแสเรมเดนเครองมอเตอร สาหรบมอเตอรทขนาดใหญกวา 50% ของ

หมอแปลงไฟฟาจะตองใชรเลยผลตางชวยในการปองกนการลดวงจรในเฟส การใชรเลยกระแสเกนแบบ

ประวงเวลา (Time Over Current Relay, TOC, 51) จะสามารถปรบตงใหปองกนไดทงสเตเตอรและโร

181


เตอร บางครงใชรเลยกระแสเกนแบบประวงเวลาและแบบทนททางานรวมกนเพอใหสามารถปองกนไดด

ยงขน ดงรปท 12.7 การใชรเลยกระแสเกนแบบประวงเวลารวมกบรเลยกระแสเกนแบบทนท จะปรบตงให

รเลยกระแสเกนแบบทนททางานท 165 – 250 % ของกระแส Locked Rotor คอไมใหทางานในขณะท

มอเตอรเรมตนหมน โดยตองเผอคากระแสกระชาก (Inrush Current) ทมคาไมแนนอนซงจะมคาสงไดถง

110-125% ของกระแสเรมตนเดนเครองมอเตอร

บางครงจาเปนตองปรบตงคาทตาไวและทดสอบเดนเครองมอเตอรแลวคอยปรบคาใหสงขน

จนกระทงรเลยไมทางานขณะมอเตอรเรมเดนเครอง แลวทดสอบเดนเครองมอเตอรอก 3-5 ครงใหแนใจ

แลวปรบคาเผอไวอก 10% (ในการทดสอบตองระวงเรองความรอนสงในมอเตอรดวย)

การปรบตงคารเลยกระแสเกนแบบประวงเวลา (TOC) ถามชดปองกนการทางานเกนพกด

(Overload) ปองกนตางหาก จะปรบตงคา TOC ไวทคาประมาณ 150-175% ของ IFL แตในกรณมอเตอร

ใชงานฉกเฉน เชน Fire Pump หรอใชงานสารเคมสาคญจะปรบตงใหสงกวาปกตได ถาไมมชดปองกนการ

ทางานเกนพกด (Overload) ปองกนตางหาก จะปรบตงคา TOC ไวทคาประมาณ 115% ของ IFL และ

สามารถใชมรเลยกระแสเกนแบบทนท (IOC) ทเปนแบบ High Drop Off (HOD) ปรบตงใหทางานท 125-

200% ของ IFL

รปท 12.7 การปองกนกระแสเกนในมอเตอรดวยรเลยปองกนกระแสเกน

5150 (HDO)

Alarm Trip

50

+

-

Motor Thermal

Damage Curve

Safe Stall

Time

51 (TOC)

50 (HDO) 50 (IOC)

Starting Current

ILR (1.65-2.5) ILR1.5IFLIFL

Tim

e (S

econ

d)

Current

TLR

182


บางครงใชรเลย TOC (51) 2 ชดปรบการทางานใหสมพนธกน โดย TOC 51-1 ปรบคาไวท 115-

125% ของกระแส Service Factor เพอปองกนการทางานเกนพกด สวน TOC 51-2 ปรบคาไวท 200-300%

สาหรบปองกนกรณมอเตอรไมหมนดงรปท 12.8

รปท 12.8 การใชรเลยกระแสเกน 2 ชดในการปองกนมอเตอร

12.4 การปองกนกระแสลดวงจรลงดน (Ground Fault Protection)

การตรวจวดกระแสลดวงจรลงดนในมอเตอรสามารถทาไดหลายวธ ขนอยกบลกษณะการตอลง

ดนของระบบไฟฟากาลง โดยหลกการจะเปนการวดจากผลรวมของกระแสทง 3 เฟสทจะไมรวมกนเปน

ศนยในขณะทเกดลดวงจรลงดน โดยแบงออกเปน

• Residual Connected Ground Overcurrent

• Core Balance Current Transformer Scheme

Motor Thermal

Damage Curve

Safe Stall

Time

51-1

Starting

Current

Tim

e (S

econ

d)

Current

51-2

Accelerating Thermal

Limit Curve

183


12.4.1 Residual Connected Ground Overcurrent

กระแสลดวงจรลงดนสามารถวดไดจากผลรวมของกระแสในแตละเฟสจากหมอแปลงกระแส

(Current Transformer, CT) ซงการปองกนแบบนจะไมสามารถปรบตงคาการทางานของกระแสใหตาได

เนองจากจะทาใหรเลยทางานผดพลาดได ดงแสดงในรปท 12.9

รปท 12.9 การปองกนการลดวงจรลงดนของมอเตอรแบบ Residual Connected Ground Overcurrent

12.4.2 Core Balance Current Transformer Scheme

วธนจะใช Zero Sequence CT คลองทง 3 เฟส ซงโดยปกตการปองกนลกษณะนจะใชในระบบ

แรงดนตา การปองกนลกษณะนจะสามารถปรบตงใหรเลยมความไวไดมากขน ดงแสดงในรปท 12.10

รปท 12.9 การปองกนการลดวงจรลงดนของมอเตอรแบบ Core Balance Current Transformer Scheme

184


ในระบบทไมไดตอลงดนจะใชรเลยแรงดนเกน (Overvoltage Relay, 59G) ตอกบหมอแปลง

แรงดน (Voltage Transformer, VT) ทตอแบบ Open-Delta เมอเกดการลดวงจรลงดนจะมแรงดนตกครอม

รเลย 59G และสงตดวงจร ดงรปท 12.11

รปท 12.11 การปองกนการลดวงจรลงดนในระบบทไมไดตอลงดนดวยรเลยแรงดน

12.5 การปองกนการลดวงจรดวยรเลยผลตาง (Differential Protection)

รเลยทใชจะเปนรเลยเปอรเซนตผลตาง มคาปรบตงท 10-20% ของ IFL โดยทวไปมคาเปอรเซนต

หรอความชนท 10-25 % ดงรปท 12.12

รปท 12.12 การปองกนมอเตอรดวยรเลยผลตาง

185


การปองกนอกแบบหนงคอแบบ Self-Balancing Differential Protection โดยคลองหมอแปลง

กระแสผานทงขาเขาและออกของขดลวดแตละขด วธนจะสามารถปองกนการลดวงจรลงดนไดรดกมขน

รเลยจะปรบตงไวทประมาณ 0.25-1.0 A ดงรปท 12.13

รปท 12.12 การปองกนมอเตอรดวยรเลยผลตางแบบ Self-Balancing Differential Protection

12.6 การปองกนการลดวงจรในโรเตอร (Rotor Fault Protection)

การปองกนการลดวงจรลงดนในโรเตอรของมอเตอรแบบ Wound-Rotor สามารถใชรเลยแรงดน

เกน (59) โดยตอวงจรดงรปท 12.13 เมอเกดลดวงจรจะทาใหมแรงดนตกครอมรเลย ในมอเตอรเหนยวนา

แบบกรงกระรอกจะมไมการปองกนการลดวงจรในโรเตอร การปองกนการลดวงจรในโรเตอรของมอเตอร

ซงโครนสจะมวธเดยวกบในเครองกาเนดไฟฟาซงโครนส

รปท 12.13 การปองกนการลดวงจรในโรเตอรของมอเตอรแบบ Wound-Rotor

186


12.7 การปองกนสภาวะทแหลงจายไฟฟาผดปกต

การปองกนมอเตอรจากสภาวะทแหลงจายไฟฟาผดปกต ประกอบดวย

o การปองกนสภาวะแรงดนตา (Under-Voltage Protection)

o การปองกนสภาวะแรงดนเกน (Over-Voltage Protection)

o การปองกนสภาวะแรงดนไมสมดล (Unbalance Protection)

o การปองกนสภาวะความถผดปกต (Abnormal Frequency Protection)

12.7.1 การปองกนสภาวะแรงดนตา (Under-Voltage Protection)

ปกตมอเตอรจะถกออกแบบใหสามารถรบแรงดนทเปลยนแปลงได +10 % ของแรงดนพกด และ

ความถไมเกน +5% ของความถพกด มอเตอรขนาดใหญโดยทวไปหากเรมเดนเครองโดยไมทาใหมอเตอร

เสยหาย แรงดนทจายตองไมตากวา 70-85 % ของพกด การเรมเดนเครองมอเตอรทแรงดนตาเกนไปจะทา

ใหใชเวลาในการเรมเดนเครองนาน ทาใหเกดความรอนสงได การปองกนแรงดนตาในมอเตอรแรงดน

ปานกลาง (Medium Voltage) ทาไดโดยวดคาแรงดนผาน VT ใหรเลยแรงดนทางานเมอแรงดนลดลงเหลอ

ประมาณ 80% ของแรงดนปกต โดยมการประวงเวลา 2-3 วนาท สาหรบระบบแรงดนตาเซอรกตเบรก

เกอรอาจมชดปองกนแรงดนตาในตวอยแลวได

12.7.2 การปองกนสภาวะแรงดนเกน (Over-Voltage Protection)

ในกรณทแรงดนสงกวาพกด จะทาใหเกดกระแสเหนยวนาในแกนเหลกทสง และยงทาใหเกด

กระแสขณะเรมเดนเครองทสงดวย การปองกนแรงดนเกนในขณะเรมเดนเครองอาจจะมรเลยปองกน

กระแสเกนในกรณทโรเตอรไมหมนอยแลว แตถามโอกาสเกดสภาวะแรงดนเกนในลกษณะกระชากทสง

จะตองใชอปกรณปองกนแรงดนเสรจมาชวย

12.7.3 การปองกนสภาวะแรงดนไมสมดล (Unbalance Protection)

ในสภาวะทไมสมดลจะมกระแสองคประกอบลาดบลบ (Negative-Sequence Current) ไหลทาให

เกดความรอนสงขนในมอเตอรมาก การปองกนสามารถใช Phase-Balance Relay หรอ Negative-Sequence

Current Relay หรอ Phase-Balance Voltage Relay ได

Phase-Balance Relay จะเปนรเลยทเปรยบเทยบคากระแสในแตละเฟสหากแตกตางกนเกนคาท

ปรบตงไว (ปกตประมาณ 15% IFL) กจะทางาน โดยมการประวงเวลาไวเพอปองกนทางานขณะเรม

เดนเครองมอเตอร

187


Negative-Sequence Current Relay (46) จะเปนการปองกนโดยตรวจวดวากระแสลาดบลบ โดยจะ

พจาณาพกดทางความรอนในการทนกระแสลาดบลบตามสมการ KtI ≤22 )( โดยปกตคา K ใชคาเทากบ

40

Phase-Balance Voltage Relay (47) เปนการปองกนโดยวดคาแรงดน โดยเมอเกดแรงดนลาดบลบ

(Negative-Sequence Voltage) เกนกวาคาทกาหนด (ปกตปรบตงท 0.05 p.u.) รเลยจะทางาน

12.7.4 การปองกนสภาวะความถผดปกต (Abnormal Frequency Protection)

ในกรณทความถสงเกนไปจะทาใหมอเตอรหมนดวยความเรวสงกวาปกต สวนในกรณทความถตา

เกนไปจะทาใหเกดฟลกซแมเหลกสงกวาปกต และจะทาใหเกดความรอนในแกนเหลก ในมอเตอรขนาด

เลกอปกรณปองกนความรอนเกนจะทางานปองกน ในมอเตอรขนาดใหญอาจใช Frequency Relay (81)

ในการปองกนได

188



1. จงอธบายหลกการปองกนอณหภมสงในมอเตอร

2. จงอธบายวธการปรบตงรเลยการปองกนกระแสเกนในมอเตอร

3. จงอธบายหลกการปองกนการลดวงจรลงดนในมอเตอร

4. จงอธบายหลกการปองกนแบบผลตางในมอเตอร

5. จากกราฟการปรบตงรเลยปองกนกระแสเกนของมอเตอร ดงรปท P5.1

5.1 1 รเลย RM1 มคาการปรบตงทเหมาะสมหรอไม เพราะเหตใด

5. 2 รเลย RM2 มคาการปรบตงทเหมาะสมหรอไม เพราะเหตใด

5. 3 รเลย RM3 มคาการปรบตงทเหมาะสมหรอไม เพราะเหตใด

รปท P5.1

189




เรอง การปองกนหมอแปลงกาลง


1. เพอใหนกศกษาไดทราบถงการเกดความผดพรองในหมอแปลงกาลง

2. เพอใหนกศกษาเขาใจวธการปองกนกระแสเกนในหมอแปลงกาลง

3. เพอใหนกศกษาไดทราบผลของกระแสเหนยวนาพงเขาและวธการแกปญหาในการปองกนหมอ

แปลงกาลง

4. เพอใหนกศกษาไดเขาใจวธการปองกนการลดวงจรลงดนแบบจากด

เนอหา

ปจจยทมผลตอการปองกนหมอแปลงกาลง การปองกนกระแสเกนในหมอแปลงกาลง ผลของการ

ตอขดลวดทมตอกระแสลดวงจร การลดวงจรในหมอแปลงกาลง การเกดกระแสเหนยวนาพงเขาและการ

แกปญหาในการปองกน การปองกนการลดวงจรลงดนแบบจากด





190



เรอง การปองกนหมอแปลงกาลง

จากการพฒนาระบบไฟฟากาลงทาใหมการใชงานหมอแปลงกาลงทหลากหลายขน โดยมขนาด

แตกตางกนตงแตระดบไมก kVA ไปจนถงหลายรอย MVA ขนอยกบเงอนไขความตองการในการใชงาน

การพจารณาระบบปองกนของหมอแปลงกาลงจะขนอยกบความสาคญของหมอแปลงเปนหลก ซงการ

ปองกนหมอแปลงกาลงจะอยบนพนฐานของการตดวงจรใหกระแสลดวงจรหยดในเวลาทเรวทสด

เหมอนกบการปองกนอปกรณอน ๆ ในบทนจะกลาวถงวธการหลกในการปองกนหมอแปลงกาลงซงเปน

อปกรณไฟฟากาลงทสาคญอยางหนงในระบบไฟฟากาลง

การลดวงจรภายในหมอแปลงมกเปนการลดวงจรระหวางเฟสลงดน การปองกนทสาคญในหมอ

แปลงกาลงกคอการปองกนแบบผลตาง และการปองกนดวยรเลยปองกนกระแสเกน อยางไรกตามการเกด

การผดพรองในหมอแปลงเกดขนไดจากหลายสาเหต เชน การลดวงจรทขดลวดหรอทขว (Winding faults

or Terminal faults) การผดพรองทแกนเหลก (Core faults) การผดพรองของตวถงหรออปกรณเสรม (Tank

faults and auxiliary faults) การผดพรองของชดเปลยนแทป (On-load tap changer faults) นอกจากนยงอาจ

เกดจาก การใชงานในสภาวะผดปกต (Abnormal operating conditions) เชน สภาวะแรงดนเกน สภาวะ

ความถตก การลดวงจรของระบบภายนอกหมอแปลงทไมไดตดวงจรเรวพอ เปนตน ในการออกแบบจงยง

ตองมการปองกนอนอกเชน การปองกนแรงดนกาซ การปองกนอณหภมสงในหมอแปลง การปองกนฟ

ลกซแมเหลกเกน และมวธการปองกนทเปนคณลกษณะเฉพาะตวหลายอยางทแตกตางจากอปกรณอนใน


13.1 ปจจยทมผลตอการปองกนหมอแปลงกาลง

ปจจยทตองพจารณาในการออกแบบระบบปองกนหมอแปลงกาลงมหลายปจจยดวยกน ดงจะ

กลาวถงปจจยทสาคญตอไปน

13.1.1 ขนาด (Size)

โดยทวไปหมอแปลงขนาดตากวา 2500 kVA ซงสวนมากจะเปนหมอแปลในระบบจาหนาย

(Distribution Transformer) จะใชฟวสในการปองกน สวนในหมอแปลงขนาด 2500-5000 kVA จะใชรเลย

ปองกนกระแสเกนแบบทนทและแบบหนวงเวลาทางานรวมกน ทามคาใชจายทไมสงและสามารถ

จดลาดบความสมพนธในการทางานของระบบปองกนแบบแขนงในระบบจาหนายได

191


อยางไรกตาม การปองกนการลดวงจรในหมอแปลงขนาดใหญจะไมสามารถหนวงเว เนองจากจะ

ทาใหสงผลกระทบตอการทางานและเสถยรภาพของทงระบบ มคาใชจายในการซอมบารงสง รวมทงใช

เวลาในการซอมบารงทนาน ดงนนสาหรบหมอแปลงขนาด 5000-10000 kVA จะใชการปองกนแบบ

ผลตาง (Differential Protection) นอกจากนยงมการปองกนดวยรเลยตรวจจบความดน (Pressure Relay)

และรเลยตรวจจบอณหภม (Temperature Relay)

13.1.2 ตาแหนงทตงและหนาท (Location and Function)

นอกจากขนาดของหมอแปลงแลว การออกแบบอปกรณปองกนยงขนอยกบวาหมอแปลงดงกลาว

มความสาคญตอระบบไฟฟากาลงมากนอยเพยงใดดวย ถาหมอแปลงเปนสวนสาคญตอระบบไฟฟากาลง

กจะไดรบการออกแบบระบบปองกนทรดกมและมการลงทนมาก แตถาเปนหมอแปลงระบบจาหนายก

อาจใชเพยงรเลยผลตางและรเลยปองกนกระแสเกน ถาตาแหนงทตงถาหมอแปลงอยใกลแหลงกาเนด

ไฟฟาทมคา X/R ของระบบสงกจะตองใชรเลยแบบหนวงฮารโมนก (Harmonic Restraint Relay)

13.1.3 ระดบแรงดน

โดยทวไปหมอแปลงทใชงานในระดบแรงดนสงจะตองมการปองกนทรดกมมากกวาหมอแปลงท

ใชในระดบแรงดนตา ท งนเนองจากการปองกนทผดพลาดหรอไมทนเวลาจะทาเกดความเสยหายตอ

อปกรณไฟฟามากและมคาใชจายทสงในการซอมแซม

13.1.4 การตอขดลวด

การออกแบบระบบปองกนหมอแปลงจะขนอยกบการตอขดลวดของหมอแปลงดวย การเลอก

วธการปองกนจะแตกตางกนในหมอแปลงตอขดลวดแบบสตารและแบบเดลตา รวมถงชนดของการตอลง

ดนดวย

13.2 การปองกนการลดวงจรและกระแสเกน

การลดวงจรในขดลวดของหมอแปลงจะทาใหเกดกระแสลดวงจรขนอยกบปจจยหลายอยาง คอ

คาอมพแดนซของแหลงจาย คาอมพแดนซของการตอลงดนของจดนวทรล คารแอคแตนซรวไหลของ

หมอแปลง (Leakage Reactance) แรงดนทลดวงจร การตอขดลวด เปนตน

เชนเดยวกบการปองกนกระแสเกนในอปกรณอน ๆ รเลยปองกนกระแสเกนจะตองแยกแยะความ

แตกตางระหวางการเกดลดวงจรในขอบเขตปองกนกบการเกดลดวงจรภายนอกขอบเขตปองกนหรอการ

ใชงานจายภาระทสงตามปกต (heavy load) แตไมเกนพกดได การปองกนสามารถทาไดโดยการใชฟวส

และรเลยปองกนกระแสเกน

192


13.2.1 ผลของการตอขดลวดทมตอกระแสลดวงจรลงดน

13.2.1.1 การตอขดลวดแบบวายโดยตอจดนวทรลลงดนผานอมพแดนซ

ในกรณนคากระแสลดวงจร (IF)จะขนอยกบคาอมพแดนซทตอลงดนและแปรผนตามระยะ

ระหวางจดลดวงจรทขดลวดกบจดนวทรล เนองจากแรงดนจะสงขนทระยะหางจากจดนวทรลมากขน

ในกรณทเปนการลดวงจรดานทตยภมลงดน กระแสทางดานปฐมภม (IP) จะมคาตามอตราสวน

จานวนรอบของขดลวดดานปฐมภมกบจานวนรอบทางดานทตยภมทตาแหนงทลดวงจรลงดน โดยจะแปร

ผนตามคากาลงสองของสดสวนจานวนรอบทลดวงจรของขดลวดทางดานทตยภมดงรปท 13.1 ทงนการ

ลดวงจรในบรเวณใกลจดนวทรลจะมคากระแสทางดานปฐมภมทตา ทาใหการตรวจวดคากระแสลดวงจร

จากทางดานปฐมภมทาไดยาก

รปท 13.1 การลดวงจรในหมอแปลงทตอจดนวทรลลงดนผานอมพแดนซ

13.2.1.2 การตอขดลวดแบบวายโดยตอจดนวทรลลงดนโดยตรง

ในกรณนคากระแสลดวงจรจะขนอยกบคารแอคแตนซรวไหลของหมอแปลงซงสงผลให

ความสมพนธระหวางคากระแสลดวงจรกบตาแหนงทลดวงจรมความซบซอน โดยระยะหางจากจด

นวทรลบนขดลวดจะมแรงดนมากขนเชนเดยวกบในกรณทตอลงดนผานคาอมพแดนซ แตในกรณดงกลาว

จะมคากระแสลดวงจรทสงในตาแหนงทใกลจดนวทรลเนองจากจะมคารแอคแตนซทตาดงรปท 13.2

รปท 13.2 การลดวงจรในหมอแปลงทตอจดนวทรลลงดนโดยตรง

FI

PI

FI

PI คากร

ะแสล

ดวงจ

ร

ระยะหางระหวางจดลดวงจรในขดลวดกบจดนวทรล

FI

PIคากร

ะแสล

ดวงจ

ร

ระยะหางระหวางจดลดวงจรในขดลวดกบจดนวทรล

FI

PI

FI

PI

FI

PI

193


ในกรณนการลดวงจรทางดานทตยภมจะมคากระแสลดวงจใกลเคยงกนตลอดความยาวของ

ขดลวด และคากระแสทเกดขนทางดานปฐมภมจะมคาสงเกอบตลอดความยาวของขดลวด

13.2.1.3 การตอขดลวดแบบเดลตา

การตอหมอแปลงแบบเดลตาจะมผลใหเปรยบเสมอนกบมคาอมพแดนซระหวางขดลวดกบดนท

สงมาก สงผลใหเกดคากระแสลดวงจรลงดนของขดลวดตรวจจบไดยาก

13.2.2 การลดวงจรระหวางเฟสในขดลวดหมอแปลง

การลดวงจรระหวางเฟสของขดลวดในหมอแปลงเกดขนไมบอยนก ซงเมอเกดขนกจะสงผลให

เกดกระแสลดวงจรทสงมากเมอเทยบกบการลดวงจรลงดนของขดลวด

13.2.3 การลดวงจรระหวางรอบของขดลวด (Interturn Faults)

สาหรบหมอแปลงแรงดนตานนการลดวงจรระหวางรอบของขดลวดมกจะไมเกดขนเวนเสยแตวา

จะเกดแรงทางกลกระทาตอขดลวดในระหวางทเกดการลดวงจรภายนอกหมอแปลงทาใหเกดความเสยหาย

ตอฉนวน หรอเกดจากความชนในนามนฉนวนหมอแปลง

สงหมอแปลงแรงดนสงทตออยกบระบบสงจะมโอกาสไดรบผลกระทบจากแรงดนฟาผา การ

ลดวงจครในระบบสง และแรงดนกระชากจากการสบสวตช (Switching Suge Voltage)

แรงดนกระชากในสายสงอาจมระดบสงหลายเทาของแรงดนปกตและมความถทสง สงผลใหเกด

แรงดนตกครอมในสวนปลายขดลวดของหมอแปลงทสงและอาจทาใหเกดการวาบไฟผานฉนวนใน

บรเวณดงกลาว และเกดการลดวงจรตามมาไดหากไมมการตรวจพบปญหาในเบองตน

13.2.4 การปองกนดวยฟวส (Fuse)

การปองกนดวยฟวสโดยปกตจะใชกบหมอแปลงขนาดไมเกน 2.5 MVA หลกการออกแบบฟวส

สาหรบหมอแปลงจะมหลกการเชนเดยวกบการปองกนอปกรณไฟฟาอน ๆ ดวยฟวส นนคอคาพกด

กระแสของฟวสจะตองมคาเกนกวาคาพกดกระแสของหมอแปลง โดยทวไปคาพกดกระแสของฟวสจะม

คาประมาณ 150% ของกระแสภาระสงสดเพอใหมนใจวาฟวสจะไมตดวงจรทภาระสงสดของหมอแปลง

คากระแสเรมตนทางาน (Minimum melt) ของฟวสจะตองสมพนธกบอปกรณปองกนทางดานแรงตาของ

หมอแปลง

13.2.5 การปองกนดวยรเลยปองกนกระแสเกน (Overcurrent Relay)

ในหมอแปลงขนาดใหญ การปองกนกระแสเกนหรอการลดวงจรภายนอกหมอแปลงจะใชรเลย

ปองกนกระแสเกน การปรบตงโดยทวไปจะใหกระแสเรมตนทางาน (Pick up) อยทคา 115% ของกระแส

194


ภาระสงสด โดยจะตองใหทางานสมพนธกบอปกรณปองกนทางดานแรงตาดวย นอกจากนยงอาจมการ

ปองกนการลดวงจรดวยรเลยปองกนกระแสเกนทางดานแรงตาของหมอแปลงดวย

ตวอยางท 13.1 พจารณาหมอแปลงพกด 5 MVA 115/24 kV ตดตงเพอจายไฟฟาใหแกระบบแบบแขนง ดง

รปท 13.3

รปท 13.3 การปองกนหมอแปลงในตวอยางท 13.1

วธทา

1. จากพกดของหมอแปลงจะมคากระแสพกดเปน 25.1 A และ 120.28 A ทางดานแรงดนสงและ

ทางดานแรงดนตาตามลาดบ

2. พจารณาใหหมอแปลงรบภาระสงสดไดเกนพกด (Overload) เทากบ 120% (1.2 p.u.) หรอ 144.34

A ทางดานแรงดนตา

3. เลอกหมอแปลงกระแสอตราสวน 150/5 A ตดตงทางดานแรงดนตา

4. คากระแสเรมตนทางานของรเลยจะทาการปรบตงไปท 115% ของ 144.34 A นนคอ 165.98 A

หรอเทากบ 53.5150

598.165 =× A ทางดานทตยภมของ CT

5. ปรบ Tap setting ของรเลยไปท 6 A

6. ปรบคา Time dial setting ของรเลยใหมการทางานสมพนธกบ R12 และ R13

13.2.6 การเกดสภาวะกระแสเหนยวนาพงเขา (Inrush Mabnetizing Current)

ในสภาวะคงตว (Steady State) คากระแสเหนยวนาทเกดจากฟลกซแมเหลกจะมคาไมสง อยางไร

กตามในกรณทเรมจายไฟแกหมอแปลงโดยการสบสวตช คาฟลกซแมเหลกในชวงแรกจะมคาเพมขนใน

อตราทสงมากสงผลใหแกนเหลกเกดการอมตวและเหนยวนาใหเกดกระแสเหนยวนาทมรปสญญาณผดไป

จากสญญาณไซน (Sine Wave) อยางมาก คากระแสนเรยกวากระแสเหนยวนาพงเขา (Inrush Mabnetizing

Current) ซงอาจคงอยเปนระยะเวลานาน

1 2

3R

1 2

3R

195


การเกดสภาวะการเหนยวนาพงเขาหมอแปลงจะเกดขนเมอเรมจายไฟแกหมอแปลงทาใหเกด

กระแสไหลกระชากไหลเขาหมอแปลงในปรมาณสง ปรากฏการณดงกลาวไมใชสภาวะผดปกต ดงนน

ระบบปองกนหมอแปลงจะตองไมทางานในสภาวะดงกลาว

โดยปกตแลวหมอแปลงจะถกออกแบบใหทางานทจดใกลกบจดอมตวของสนามแมเหลก (Knee

point) เพอจะไดมขนาด น าหนกและราคาตา ผลทตามมาคอเมอเกดการฟลกซแมเหลกเหนยวนาสงขน

เพยงเลกนอยเหนอจดทางานปกตกจะสงผลใหเกดกระแสเหนยวนาสนามแมเหลก (Magnetizing Current)

ทสง

ขนาดและระยะเวลาของกระแสเหนยวนาพงเขาจะขนอยกบปจจยหลายประการ เชน ฟลกซ

แมเหลกตกคางในหมอแปลงกอนทาการสบสวตช ตาแหนงลกคลนในขณะทสบสวตช จานวนหมอแปลง

ทขนานกนอย ขนาดและการออกแบบหมอแปลง ระดบกระแสลดวงจรของระบบ เปนตน รปท 13.4

แสดงตวอยางรปสญญาณของกระแสพงเขาเมอเรมจายไฟแกหมอแปลง

รปท 13.4 ตวอยางรปสญญาณของกระแสพงเขาเมอเรมจายไฟแกหมอแปลง

รปคลนกระแสเหนยวนาพงเขามองคประกอบของฮารมอนกสในสดสวนทมากขนตามคาฟลกซ

แมเหลกทสงขนจากการอมตวทมากขนของหมอแปลง เมอแกนเหลกอมตวองคประกอบฮารมอนกสของ

กระแสจะมคาสงขน โดยในการเรมจายไฟแกหมอแปลงคากระแสเหนยวนาพงเขาจะมรปสญญาณไม

สมมาตรและมคาไมตอเนอง รปสญญาณของกระแสนจะมองคประกอบของฮารมอนกสทงอนดบคและ

อนดบค โดยจะมฮารมอนกสอนดบทสองและสามในปรมาณทสง และเมอเกดการอมตวมากขนสดสวน

ของฮารมอนกสอนดบสง ๆ จะมากขน

คากระแส

เวลา


เวลา


เวลา


เวลา

196


13.2.7 การแกปญหาผลของกระแสเหนยวนาสนามแมเหลกพงเขาในระบบปองกน

การปองกนไมใหระบบปองกนทางานเมอเกดระแสเหนยวนาพงเขาในขณะเรมจายไฟแกหมอ

แปลงทาไดหลายวธ เชน การหนวงเวลา (Time Delay) การใชรเลยแบบหนวงดวยฮารมอนกส (Harmonic

Restraint) การตรวจสอบความไมตอเนองของกระแสพงเขา (Gap Detection) หรออาจเปนการใชหลายวธ

รวมกน

13.2.7.1 การหนวงเวลา (Time Delay)

จากการทกระแสพงเขาเปนสภาวะทเกดขนชวคราว การปองกนไมใหรเลยทางานในสภาวะ

ดงกลาวจงสามารถใชการหนวงเวลาได อยางไรกตามวธการนจะทาใหตองหนวงเวลาในการตดวงจรไป

ดวยแมในขณะทเกดการผดพรองจรง จงไมไดรบความนยม

13.2.7.2 การใชรเลยแบบหนวงดวยฮารมอนกส (Harmonic Restraint)

ถงแมวากระแสพงเขาเมอเรมจายไฟของหมอแปลงอาจทาใหรเลยเขาใจวาเปนการลดวงจร แตรป

สญญาณของกระแสพงเขากบกระแสลดวงจรมความแตกตางกนอยางมาก ซงเราสามารถใชรปสญญาณท

แตกตางกนนในการแยกแยะระหวางกระแสพงเขากบกระแสลดวงจรได

กระแสพงเขาจะมองคประกอบฮารมอนกสในสดสวนทสง โดยมฮารมอนกสอนดบทสองดวย ซง

ในกระแสลดวงจรจะมฮารมอนกสแตจะไมมฮารมอนกสอนดบทสองอย ดงนนในทางปฏบตมกจะใช

องคประกอบฮารมอนกสลาดบทสองในการหนวงการตดวงจร การปองกนดวยวธนสามารถทาไดโดยใช

วงจรกรองกระแส (filter) แยกใหฮารมอนกสอนดบทสองไหลผานไปยงขดลวดหนวงของรเลยทาใหไม

จาเปนตองหนวงเวลาในการตดวงจรเมอเกดกระแสลดวงจรขน

13.2.7.3 การตรวจสอบความไมตอเนองของกระแสพงเขา (Gap Detection)

วธการนเปนการตรวจสอบสภาวะทกระแสมคาเปนศนยซงเปนลกษณะของกระแสพงเขา โดย

ระยะทกระแสมคาเปนศนยจะมคาประมาณ 1/4 ของลกคลน (1/4f) ซงสามารถตรวจจบไดโดยการใชตว

จบเวลา (Timer) และใชตวจบเวลาอกตวหนงหนวงเวลาไวอกหนงรอบลกคลน (1/f) เพอเปนการยนยนวา

มชวงรปสญญาณทกระแสมคาเปนศนยกลบมาอก

13.2.8 การปองกนการลดวงจรลงดนแบบจากด (Restriced Earth Fault Protection)

การปองกนการลดวงจรลงดนของหมอแปลงดวยวธการตรวจวดกระแสลดวงจรลงดนทาได

คอนขางยาก โดยเฉพาะในหมอแปลงทตอแบบวาย (Y) และตอจดนวทรลลงดนผานอมพแดนซ เพราะ

คากระแสลดวงจรทตาแหนงใกลจดนวทรลจะมคาตามากดงทไดกลาวไปแลว การปองกนการลดวงจรลง

ดนจะทาไดสมบรณขนไดโดยการใชการปองกนการลดวงจรลงดนแบบจากด (Restricted Earth Fault

197


Protection, REF) การปองกนนเปนการปองกนการลดวงจรลงดนในขดลวดแตละขดซงหลกการปองกน

จะคลายกบการปองกนแบบผลตาง โดยรเลยทใชอาจเปนรเลยแบบอมพแดนซสง (High Impedance

Relay) ซงผลรวมของกระแสในเฟสทงสามจะสมดลกบกระแสในสายนวทรลในสภาวะปกต หรอใชรเลย

เปอรเซนตผลตาง (Percentage or Bias Differential Relay) ซงใชกระแสทไหลในเฟสและนวทรลเปนคา

ในการหนวงการทางานและใชคาผลตางในการตดวงจร ดงแสดงในรปท 13.5

รปท 13.5 ตวอยางวงจรการปองกนหมอแปลงลดวงจรลงดนแบบจากด (Restriced Earth Fault Protection)

การปองกนแบบนจะชวยใหตดวงจรไดเรวขนและครอบคลมการเกดลดวงจรลงดนไดด ชวย

แกปญหาการลดวงจรในขดลวดทตาแหนงใกลจดนวทรลซงมคากระแสลดวงจรตาทาใหตรวจวดไดยาก

การปองกนแบบนใชในหมอแปลงทตอแบบลงดนโดยตรง (Solidly Earthed) ไดเชนกนซงจะทาใหการ

ปองกนการลดวงจรลงดนของขดลวดหมอแปลงทาไดดกวาการวดกระแสในนวทรลเพยงอยางเดยว

RR

198



1. จงอธบายถงปจจยทตองพจารณาในการออกแบบระบบปองกนหมอแปลงกาลง

2. พจารณาหมอแปลงพกด 6 MVA 115/24 kV ตดตงทบส 1 ดงรปท P13.2 เพอจายไฟฟาใหแก

ระบบแบบแขนง ดงรป จงเลอกขนาดของหมอแปลงกระแสโดยใชหมอแปลงกระแสทมคาตาม

มาตรฐาน ดงตอไปน 50/5, 100/5, 150/5, 200/5, 250/5, 300/5, 400/5, 450/5, 500/5, 600/5, 800/5,

900/5, 1000/5, 1200/5 และแสดงหลกการปรบตงคาของรเลยปองกนหมอแปลงทบส 1 โดยรเลย

สามารถปรบคากระแสเรมตนทางาน (Tap setting) ไดทคา 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 12 A

P13.2

3. จากกราฟการปรบตงรเลยปองกนกระแสเกนของหมอแปลงกาลงดงรปท P13.2 โดยรเลยไมม

ฟงกชนตรวจสอบ Inrush Current

3.1 รเลย RT1 มคาการปรบตงทเหมาะสมหรอไม เพราะเหตใด



1 2

3R

1 2

3R

199


รปท P13.2

200



1. ใหใชโปรแกรมสาเรจรปประเภท Demo หรอ Freeware ทาการทดลองออกแบบการปรบตงรเลย

R1 และ R2 จากระบบทมขอมลตอไปน (สามารถดวดทศนสาธตวธการทาไดทาง E-Learning)

R1

R2

201




เรอง การปองกนแบบผลตางและการปองกนเฉพาะในหมอแปลงกาลง


1. เพอใหนกศกษาไดทราบถงวธการปองกนแบบผลตางในหมอแปลงกาลง

2. เพอใหนกศกษาสามารถคานวณการปองกนแบบผลตางในหมอแปลงกาลงได

3. เพอใหนกศกษาไดเขาใจวธการปองกนหมอแปลงกาลงดวยรเลยตรวจจบกาซ

4. เพอใหนกศกษาไดเขาใจวธการปองกนอณหภมสงในหมอแปลงกาลง

5. เพอใหนกศกษาไดเขาใจการปองกนการผดพรองในแกนเหลกของหมอแปลงกาลง

เนอหา

การปองกนแบบผลตางในหมอแปลงกาลง การปองกนหมอแปลงกาลงดวยรเลยตรวจจบกาซ การ

ปองกนฟลกซแมเหลกเกนในหมอแปลงกาลง การปองกนอณหภมสงในหมอแปลงกาลง การผดพรองใน

แกนเหลกของหมอแปลงกาลง





202



เรอง การปองกนแบบผลตางและ

การปองกนเฉพาะในหมอแปลงกาลง

14.1 การปองกนแบบผลตางในหมอแปลง

พจารณาหมอแปลงแบบ 1 เฟสดงรปท 14.1 การปองกนแบบผลตางในหมอแปลงจะทาไดโดย

การใชหมอแปลงกระแสทมอตราสวนสอดคลองกบคาอตราสวนของหมอแปลงทปองกน

รปท 13.1 การตอวงจรปองกนแบบผลตางในหมอแปลง

จากความสมพนธของกระแสดานปฐมภมและทตยภมของหมอแปลงจะไดวา

pp iNiN 2211 = (14.1)

ถาเราใชหมอแปลงกระแสทมอตราสวน n1/1 และ n2/1 คากระแสทไหลทางดานทตยภมของหมอ

แปลงกระแสจะมคาเปน

1

11 n

ii p

s = sp ini 111 = (14.2)

2

22 n

ii p

s = sp ini 222 = (14.3)


ss inNinN 222111 = (14.4)

R

1:1 n1N

pi1si1

pi2

R

1:1 n1N

pi1si1

pi2

203


ถาเราเลอกอตราสวนหมอแปลงกระแสททาให

2211 nNnN = (14.5)

หรอ 1

2

2

1

nn

NN

= (14.6)

จะไดวา

ss ii 21 = (14.7)

ดงนน ในสภาวะปกต

021 =− ss ii (14.8)

และเมอเกดการลดวงจรขนในหมอแปลงจะทาให

ss ii 21 ≠ (14.9)

และจะเกดกระแสไหลผานรเลยเปน

ssd iii 21 −= (14.10)

ซงจะสามารถระบการเกดลดวงจรไดวาเกดขนในหมอแปลงและสงใหเซอรกตเบรกเกอรตดวงจร

ได

14.2 การปองกนแบบผลตางในหมอแปลงสามเฟส

ในการปองกนหมอแปลงไฟฟาสามเฟส จะตองคานงถงคาขนาดและมมเฟสของกระแสทแตกตาง

กนจากการตอแบบ Y และ ∆ของขดลวดดวย โดยหากการตอขดลวดของหมอแปลงกาลงดานใดตอแบบ

Y กจะตอหมอแปลงกระแสแบบ ∆ และหากการตอขดลวดของหมอแปลงดานใดตอแบบ ∆ กจะตอหมอ

แปลงกระแสแบบ Y เพอชดเชยขนาดและมมเฟสทแตกตางกน นอกจากนการเลอกขนาดของหมอแปลง

กระแสเพอใหชดเชยกระแสไดพอดในทางปฏบตจะทาไดยากมาก จงตองมการใชหมอแปลงกระแสเสรม

หรอ Auxiliary CT ชวยในการชดเชยกระแสหรอใชวธการปรบตงคาการทางานกระแสเรมตนในตวรเลย

ดงจะแสดงในตวอยางตอไป

ตวอยางท 14.1 หมอแปลงสามเฟส พกดแรงดน 115 kV/22 kV พกด 60 MVA และสามารถทางานได

สงสดท 65 MVA ในสภาวะฉกเฉน (Short-term emergency limit = 65 MVA) ทางดาน 115 kV ตอแบบ Y

สวนทางดน 22 kV ตอแบบ ∆ จงแสดงการตอวงจรปองกนแบบผลตาง พรอมทงระบอตราสวนของ CT

ทใชดวย โดยเลอกใช CT จากอตราสวนมาตรฐาน ดงตอไปน 50/5, 100/5, 150/5, 200/5, 250/5, 300/5,

400/5, 450/5, 500/5, 600/5, 800/5, 900/5, 1000/5, 1200/5, 1500/5

วธทา คากระแสทไหลดาน 115 kV และ 22 kV ทสภาวะทางานจายภาระสงสดจะหาไดเปน

ดาน 115 kV 33.326101153

10653

6

max,115 =××

×=kVI A

204


ดาน 22 kV 81.170510223

10653

6

max,22 =××

×=kVI A

ดงนน ทางดานแรงดนตา (22 kV) เลอกหมอแปลงกระแส 1500/5 A และทาการตอแบบ Y โดยจะ

มกระแสไหลทางดานทตยภมเปน

686.51500

581.170522, =×=kVCTI A

ซงจะเทากบกระแสทไหลผานรเลยทางดาน 22 kV ในสภาวะการทางานปกต ถากระแสไหลผานรเลยจาก

ทางดาน 22 kV เปน 5.686 A

686.522,22, == kVCTkVrelay II A

กระแสทไหลผานรเลยทางดาน 115 kV จะตองการมคาเปน 5.686 A ดวย

686.55.34,115, ≅= kVrelaydesired

kVrelay II A

แตหมอแปลงกระแสทางดานแรงสงจะตอแบบ ∆ (เนองจากขดลวดดาน 115 kV ตอแบบ Y) จงตอง

ออกแบบใหมกระแสไหลทางดานทตยภมของหมอแปลงกระแสเปน

283.33

686.53115,

115, ===desired

kVrelaydesiredkVCT

II A

ดงนนตองใชหมอแปลงกระแสอตราสวน 326.33/3.283 A หรอ 497/5 A เลอกใชหมอแปลง

กระแส 500/5 A ซงเปนอตราสวนทใกลเคยงทสด ดงนนจะมกระแสไหลทางดานทตยภมของรเลยเปน

2633.3500

533.326115, =×=kVCTI A

และจะมกระแสไหลผานรเลย

652.52633.33115,115, =×== kVCTkVrelay II A

คากระแสนไมสมดลกบกระแสทไหลผานรเลยจากทางดาน 115 kV (ซงเทากบ 5.686 A) ทงน

เนองจากเปนการเลอกหมอแปลงกระแสจากอตราสวนมาตรฐาน ซงมกจะทาใหเกดปญหาในการออกแบบ

การปองกนแบบผลตางในหมอแปลงทตอแบบ Y-∆

วธการแกปญหานทงายทสดคอการใชหมอแปลงกระแสเสรม (Auxiliary CT) ซงจะมอตราสวนท

สามารถปรบไดในชวงทกวาง โดยหมอแปลงกระแสเสรมจะเปนหมอแปลงทมขนาดเลกทางานท

คากระแสและแรงดนตา ทาใหมราคาถกกวาการใชหมอแปลงกระแสหลกทออกแบบใหมอตราสวนมา

เปนพเศษ

ในกรณทแกปญหาดวยหมอแปลงกระแสเสรม จะตองปรบคาอตราสวนของหมอแปลงกระแส

เสรมไปท

006.11

686.5652.5Ratio CT Aux. == A

ซงจะทาใหกระแสทผานรเลยจากทางดานแรงดนสงและแรงดนตาสมดลกนทสภาวะปกต ดง

แสดงในรปท 14.2

205


รปท 14.2 การตอวงจรปองกนแบบผลตางในตวอยางท 14.1

อยางไรกตามการใชหมอแปลงกระแสเสรมยงมขอเสยอยคอ เปนการเพมคาเบอรเดนใหกบหมอ

แปลงกระแสหลกและทาใหเกดความคลาดเคลอนทมากขน อกวธหนงทจะแกปญหาเหมาะสมกวาคอการ

ปรบคากระแสเรมตนทางาน (Tap setting) ของรเลยใหทางานทคากระแสแตกตางกนมากพอ หากไม

สามารถทาไดจงคอยใชหมอแปลงกระแสเสรมดงกลาว

บอยครงทการปองกนหมอแปลงจะใชวงจรรวมการปองกนแบบผลตางกบการปองกนการ

ลดวงจรลงดนแบบจากดเขาดวยกน การปองกนแบบรวมกนลกษณะนสามารถทาไดงายในรเลยแบบ

ดจตอล ซงสามารถบนทกคาอตราสวนและมมเฟสในการประมวลได โดยในกรณทไมสามารถชดเชย

อตราสวนและมมเฟสดวยตวรเลย กสามารถใชหมอแปลงกระแสเสรม (Auxiliary CT) ชวยได

อยางไรกตาม การใชวงจรปองกนรวมควรมการปรบตงทระวงไมใหรเลยปองกนการลดวงจรลง

ดนแบบจากดทางานในกรณทเกดลดวงจรระหวางขดลวดทไมไดลงดน เพราะจะทาใหการวเคราะหสาเหต

การลดวงจรทาไดยากขน

14.3 การปองกนฟลกซแมเหลกเกน

หมอแปลงกาลงกมการปองกนฟลกซแมเหลกเกนในลกษณะเดยวกนกบเครองกาเนดไฟฟาใน

หวขอ 7.6.1 ทงนแกนเหลกของหมอแปลงกาลงจะมขอจากดของปรมาณฟลกซแมเหลกทจะตองไมมาก

Power Transformer

Differential Relays

CT 500/5 CT 1500/5Power Transformer

Differential RelaysAuxiliary CT 1/1.006

Power Transformer

Differential Relays

CT 500/5 CT 1500/5Power Transformer

Differential RelaysAuxiliary CT 1/1.006

206


เกนกวาจะทาใหแกนเหลกอมตว และถาหากเกดฟลกซแมเหลกมากเกนไปกจะทาใหเกดฟลกซแมเหลก

ไหลไปในโครงสรางสวนอน ๆ ของหมอแปลง และทาใหเกดกระแสไหลวนในปรมาณมาก ทาใหเกด

ความเสยหายตอหมอแปลงได ดงนนจงตองมการปองกนสภาวะฟลกซแมเหลกเกนดงกลาว ทงนฟลกซ

แมเหลกจะแปรผนโดยตรงกบแรงดนตกครอมขดลวดและแปรผกผนกบความถ

สภาวะแรงดนเกนสามารถะเกดขนได 2 ลกษณะคอ

แรงดนกระชากเกดชวขณะ (Transient surge voltage)

แรงดนเกนความถกาลง (Power frequency overvoltagea)

แรงดนกระชากเกนชวขณะเกดจากการลดวงจร การสบสวตช และฟาผา ซงทาใหเกดการลดวงจร

ระหวางรอบของขดลวด (ดงทไดกลาวไปแลวในหวขอท 13.2.3) แรงดนเกนลกษณะนสามารถปองกนได

โดยการตอกบดกฟาผาระหวางขงของหมอแปลงลงดน

แรงดนเกนความถกาลงเปนแรงดนความถปกตทคงอยเปนเวลานากกวาแรงดนกระชากชวขณะ

แรงดนเกนลกษณะนจะสงผลใหเกดความเครยดตอฉนวนของหมอแปลงและทาใหเกดฟลกซแมเหลก

เหนยวนาเพมขนทสง ฟลกซแมเหลกทสงขนจะเหนยวนาไปยงโครงสรางเหลกอน ๆ เชน แปนเกลยว

สลกเกลยว ซงไมไดถกออกแบบไวใหรองรบฟลกซแมเหลกไวทาใหเกดความรอนตอฉนวนในบรเวณ

ใกลเคยงและเกดความเสยหายตามมาได

สวนความถทลดลงกจะสงผลใหเกดฟลกซแมเหลกเกนไดและสรางความเสยหายในลกษณะ

เดยวกน

ดงนนการปองกนจะใชคาอตราสวนของแรงดนกบความถในลกษณะตอหนวย (per unit) เรยกวา

คาโวลตตอเฮรท (Voltage per Herst, V/Hz) การปองกนลกษณะนเรยกวาการปองกนฟลกซแมเหลกเกน

(Overfluxing Protection) หรอการปองกนโวลทตอเฮรท (V/Hz Protection) ทงนในการออกแบบจะตองใช

คณสมบตการคงทนตอฟลกซแมเหลกของหมอแปลงซงมกแสดงเปนกราฟของคา V/Hz กบเวลาทหมอ

แปลงจะทนได

จากการทสภาวะฟลกซแมเหลกเกนในหมอแปลงอาจเกดจากการเปลยนแปลงของระบบภายนอก

หมอแปลงซงเปนสภาวะชวคราวจงไมจาเปนตองตดวงจรหมอแปลงทนททตรวจจบฟลกซแมเหลกเกนได

ดงนนการปองกนฟลกซแมเหลกเกนจงสามารถใชวธการหนวงเวลา ซงโดยปกตจะใชคณสมบตการหนวง

เวลาแบบแนนอน (Difinite Time) ในการแจงเตอน (Alarm) กอน และใชการหนวงเวลาแบบผกผนจากด

คาเวลาตาสด (Invers Difnite Minimum Time, IDMT) ในการสงตดวงจร โดยคาเวลาทหนวงจะแปรผกผน

กบคา V/Hz รปท 14.3 แสดงตวอยางคณสมบตการหนวงเวลาของรเลยปองกนฟลกซแมเหลกเกน

207


รปท 14.3 ตวอยางคณสมบตการหนวงเวลาของรเลยปองกนฟลกซแมเหลกเกน

โดยการหนวงเวลาเปนไปตามสมากร 2

1)(

)(

18.08.0

−

+=

settingf

Vf

VKt

14.4 การปองกนแรงดนกาซในถงนามนหมอแปลง

ในหมอแปลงแบบฉนวนดวยน ามน เมอเกดการลดวงจรภายในหมอแปลงจะทาใหเกดกาซในถง

นามนขน ทาใหแรงดนกาซถงนามนสงขน ดงนนการตรวจจบแรงดนกาซในถงน ามนจะชวยระบไดวาเกด

การลดวงจรขนภายในหมอแปลง ในกรณทเปนหมอแปลงแบบมถงรองรบนามน (Conservator) จะใชรเลย

ตรวจจบแรงดนกาซทเรยกตามชอของผคดคนวา Buchholz relay ดงแสดงดงรปท 14.4 ในกรณทไมมถง

รองรบน ามนซงกาซจะอยสวนบนของถงจะใชรเลยทเรยกวา Sudden Pressure Relay (SPR) ตดตงอย

ดานขางของถงน ามนหมอแปลง ดงแสดงในรปท 14.5 รเลยชนดนจะไมทางานถาหากแรงดนมการ

เปลยนแปลงอยางชา ๆ ซงอาจเกดจากการจายภาระทสงของหมอแปลงไมใชการลดวงจร

1 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 1.8 1.9 210

-1

100

101

102

103

Tim

e (s

)

V/f (p.u.)

K = 63 K = 40

K = 20

K = 5K = 1

208


รปท 14.4 Buchholz relay

รปท 14.5 Sudden pressure relay (SPR)

การทางานของรเลยตรวจจบแรงดนกาซจะเปนการทาใหมนใจไดวาการเกดลดวงจรเกดขนใน

ขดลวดของหมอแปลงจรง และทาใหการปรบตงรเลยปองกนแบบผลตางทาไดยดหยนขน นอกจากนยง

สามารถจดกระบวนการ reclosing ไดในกรณทรเลยปองกนแบบผลตางทางานแตรเลยตรวจจบแรงดนกาซ

ไมทางานได เนองจากกรณดงกลาวจะมแนวโนมวาการลดวงจรเกดขนภายนอกหมอแปลง เชนบรเวณ

ขวตอ (Bushing) ซงอาจเปนการลดวงจรแบบชวคราว

209


14.5 การปองกนอณหภมสงในหมอแปลง

โดยปกตพกดของหมอแปลงจะกาหนดโดยอณหภมทหมอแปลงสามารถทางานไดโดยไมเสยหาย

ภายใตอณหภมบรรยากาศ (Ambient temperature) ทสงทสด ซงในสภาวะนจะไมสามารถยอมใหหมอ

แปลงทางานเกนพกดได แตในสภาวะแวดลอมทอณหภมตากวานกอาจยอมใหหมอแปลงทางานเกนพกด

ไดบาง โดยทวไปอณหภมของหมอแปลงจะกาหนดไวไมเกนคาประมาณ 95oC การปองกนการทางาน

เกนพกดหมอแปลงจงเปนการปองกนไมใหหมอแปลงมอณหภมสงเกนไปนนเอง

การปองกนอณหภมสงในหมอแปลงมกจะสนใจทจดทมความรอนสงสดเรยกวา hot-spot การ

ตรวจวดอณหภมจะใชในการควบคมการทางานของพดลมระบายความรอนและปมหมนเวยนน ามน

นอกจากนยงใชในการสงสญญาณเตอนสภาวะอณหภมสงใหแกผปฏบตงานไดทราบและทาการแกไข

ปองกน บางครงซงไมบอยนกกใชการตรวจจบอณหภมในการสงตดหมอแปลงกาลงออกจากระบบใน

กรณทจาเปน

14.6 การผดพรองของแกนเหลก

การตดตงหมอแปลงจะตองมการฉนวนระหวางโครงสรางของแกนเหลกกบโครงสรางอนของ

หมอแปลง และหากฉนวนเสอมสภาพหรอเกดความเสยหายทาใหเกดการเชอมตอของแกนเหลกกบ

โครงสรางอนทเปนโลหะกจะทาใหเกด กระแสไหลวน (Eddy Current) ไหลในโครงสรางอนในปรมาณท

สงและทาใหเกดความรอนขน และอาจสรางความเสยหายตอขดลวดของหมอแปลงได

ในกรณนกระแสทสงขนในแกนเหลกจะไมสามารถตรวจสอบไดจากกระแสของหมอแปลงและ

ระบบปองกนจะไมทางานในสภาวะดงกลาว ซงความผดปกตนควรตรวจพบในเบอตนกอนทจะทาใหเกด

ความเสยหายทมากขน

ในกรณทหมอแปลงเปนแบบฉนวนดวยน ามน การเกดความรอนในแกนเหลกอาจทาใหฉนวน

ของขดลวดเสยหายได และทาใหเกดเบรกดาวนในฉนวนน ามน ซงจะทาใหเกดฟองกาซในน ามนหมอ

แปลง กาซดงกลาวจะไหลขนสถงพกนามน (Conservator) และสามารถตรวจพบไดดวยรเลยตรวจจบกาซ

210



1. จงอธบายหลกการปองกนแบบผลตางในหมอแปลงกาลง

2. หมอแปลงสามเฟส พกดแรงดน 115 kV/24 kV พกด 30 MVA และสามารถทางานไดสงสด

120% ของพกดในสภาวะฉกเฉนระยะเวลาสน ทางดาน 115 kV ตอแบบ Y สวนทางดน 24 kV

ตอแบบ จงแสดงการตอวงจรปองกนแบบผลตาง พรอมทงระบอตราสวนของหมอแปลง

กระแสทใชดวยโดยใชหมอแปลงกระแสทมคาตามมาตรฐาน ดงตอไปน 50/5, 100/5, 150/5,

200/5, 250/5, 300/5, 400/5, 450/5, 500/5, 600/5, 800/5, 900/5, 1000/5, 1200/5 และใหเลอก

อตราสวนของหมอแปลงกระแสเสรมทเหมาะสมในการแกไขคากระแสทไมสมดล พรอมทง

แสดงการตอวงจรปองกนทงหมดดวย

3. จงอธบายหลกการปองกนแรงดนกาซในถงนามนหมอแปลง

211




เรอง การปองกนบส


1. เพอใหนกศกษาไดเขาใจหลกการปองกนการลดวงจรในบสของสถานไฟฟา

2. เพอใหนกศกษาเขาใจวธการปองกนแบบเปอรเซนตผลตางในบส

3. เพอใหนกศกษาเขาใจวธการปองกนดวยรเลยแรงดนแบบอมพแดนซสง

4. เพอใหนกศกษาเขาใจวธการปองกนดวยตวเชอมตอแบบเชงเสน

5. เพอใหนกศกษาไดเขาใจวธการปองกนลดวงจรบสดวยการเปรยบเทยบทศทาง

เนอหา

หลกการปองกนบส การปองกนการลดวงจรในบส การแบงขอบเขตการปองกนบส การปองกน

บสดวยรเลยแรงดนแบบอมพแดนซสง การปองกนดวยตวเชอมตอแบบเชงเสน การปองกนดวยวธ

เปรยบเทยบทศทาง





212



เรอง การปองกนบส

การปองกนบสจะมความซบซอนนอยกวาหมอแปลงเนองจากมตวแปรทตองพจารณานอยกวาคอ

ไมตองคานงถงอตราสวนหรอมมเฟสทแตกตางกน อยางไรกตามการปองกนบสจะตองทาอยางระมดระวง

เนองจากบสเปนอปกรณทสาคญมากในระบบไฟฟากาลงทตออยกบหลายอปกรณ การผดพรองทบสจะทา

ใหเกดการปลดวงจรของอปกรณทตออยกบบสทงหมด วธการหลกในการปองกนบสเจะเปนการปองกน

แบบผลตางซงเปนหลกการทใชกฏกระแสของเคอรชอฟฟ (KCL) ตรวจสอบผลรวมกระแสทไหลเขาทบส

จะตองมคาเปนศนย

ปญหาสาคญในการปองกนบสคอการทหมอแปลงกระแสในแตละสายสงหรอแตละอปกรณทตอ

อยกบบสจะเกดการอมตวของแกนเหลกทไมเทากน เมอเกนการลดวงจรภายนอกบส เชน ในสายสงเสนใด

เสนหนงหมอแปลงกระแสของสายสงเสนนนจะมกระแสลดวงจรผานเทากบกระแสลดวงจรทงหมด

15.1 การปองกนการลดวงจรในบส

การปองกนบสแบบพนฐานเปนการใชรเลยปองกนกระแสเกนตอวงจรปองกนแบบผลตางดง

แสดงดงรปท 9.1

รปท 15.1 การปองกนการลดวงจรในบสดวยวงจรแบบผลตางโดยใชรเลยปองกนกระแสเกน

การตอวงจรปองกนแบบผลตางจะตอขนานไปกบรเลยปองกนกระแสเกนของแตละสายสงทง

สามเฟส โดยในสภาวะการทางานปกตผลรวมของกระแสทไหลเขาสบสจะมคาเปนศนย ในทางปฏบตอาจ

มกระแสไหลผานรเลยเลกนอยจากความผดพลาดของการวด การปรบตงจงตองใหรเลยทางานทคากระแส

สงกวาคากระแสผดพลาดดงกลาว

213


15.2 การปองกนแบบเปอรเซนตผลตาง

เชนเดยวกนกบการปองกนแบบผลตางในอปกรณอน ๆ ทไดกลาวไปแลว การปองกนแบบ

เปอรเซนตผลตางจะชวยลดความผดพลาดในการทางาน รปท 9.2 แสดงการใชรเลยแบบเปอรเซนตผลตาง

ในการปองกนการลดวงจรทบส รเลยแบบเปอรเซนตผลตางทใชในการปองกนบสจะมขดลวดตดวงจร

(Operating Coil) หนงขดและจะมขดลวดหนวง (Restraint Coil) ของแตละวงจรซงคากระแสทจะทาให

รเลยทางานจะแปรผนกบคากระแสทไหลผานขดลวดหนวง

รปท 15.2 วงจรการปองกนแบบเปอรเซนตผลตาง

15.3 การแบงขอบเขตการปองกนบส

การกาหนดขอบเขตการปองกนในการปองกนบสในกรณทมบสเดยวจะสามารถแสดงไดดงรปท

15.3 แตถงแมวาการเกดการผดพรองในบสจะเกดขนนอยมาก แตถาหากเกดขนแลวจะทาใหอปกรณทตอ

อยกบบสถกตดออกจากวงจรทงหมด ดงนนจงมการลดจานวนของอปกรณทจะถกตดวงจรเมอเกดการผด

พรองทบสโดยการแบงบสออกเปนสวน ๆ โดยมการเชอมตอดวยเซอรกตเบรกเกอร รปแบบการแบงสวน

ของบสทงายและประหยดทสดคอการแบงการจดบสแบบบสเดยวเบรกเกอรเดยว (Single bus, single

breaker) ใหเปนสองสวนดงแสดงดงรปท 15.4

รปท 15.3 ขอบเขตการปองกนบสโดยแสดงเปนสามเฟส

214


รปท 15.4 การแบงสวนบสของการจดบสแบบบสเดยวเบรกเกอรเดยว

รปท 15.5 การปองกนแบบผลตางในการจดบสแบบบสเดยวเบรกเกอรเดยวทมการแบงสวน

รปท 15.5 แสดงการปองกนแบบผลตางในการจดบสแบบบสเดยวเบรกเกอรเดยวทมการแบงสวน

ซงจะเหนวาการปองกนจะแบงออกเปนสองขอบเขตปองกน และจะชวยใหมการตดอปกรณออกจากวงจร

นอยลงเมอเกดการผดพรองขนในบส

ในการจดบสแบบอนกสามารถแบงสวนของบสไดเชนการ ตวอยางเชนการจดบสแบบบสคเบรก

เกอรเดยว (Two bus, Single breaker หรอ Main and trabsfer bus) ซงจะมบสทเปนบสใชงานหลกและบส

สารองทจะใชในกรณซอมบารงหรอเมอเกดการผดพรองขน จะสามารถแบงไดดงแสดงดงรปท 9.6 ใน

กรณนนอกจากจะตองมการลงทนเพมเบรกเกอรทแบงสวนบสแลวยงตองเพมเบรกเกอรทเชอมตอระหวาง

บสหลกกบบสสารอง (Tie breaker) อกหนงตว และจะเหนวาการแบงขอบเขตการปองกนจะถกแบง

ออกเปน 3 สวน ดงแสดงในรปท 15.7

215


รปท 15.6 การแบงสวนบสของการจดบสแบบบสคเบรกเกอรเดยว

รปท 15.7 ขอบเขตการปองกนของการจดบสแบบบสคเบรกเกอรเดยวทมการแบงสวนบส

ในกรณการจดบสแบบหนงเบรกเกอรครง (Breaker and a half) ซงเปนวธการจดบสทนยมใชใน

ระบบ EHV มากทสดจะสามารถแสดงขอบเขตการปองกนและตาแหนงทตดตงหมอแปลกระแสดงรปท

15.8

216


รปท 15.8 ขอบเขตการปองกนของการจดบสแบบหนงเบรกเกอรครง

15.4 การปองกนดวยรเลยแรงดนแบบอมพแดนซสง

ถงแมวาจะใชรเลยแบบเปอรเซนตผลตางกยงเกดปญหาจากการอมตวของหมอแปลงกระแสใน

ขณะทเกดการลดวงจรภายนอกในตาแหนงทใกลกบบสได ดงนนในระบบแรงดนสงพเศษ (EHV) จงมก

ใชรเลยแรงดนแบบคาอมพแดนซสง รเลยนจะออกแบบเพอปองกนผลจากการอมตวของหมอแปลง

กระแสเมอเกดการลดวงจรภายนอกบส

รปท 15.7 วงจรการปองกนดวยรเลยแรงดนแบบอมพแดนซสง

Bus 2

Bus 1

R

R

Bus 2

Bus 1

R

R

217


หลกการทางานของรเลยชนดนแสดงดงรปท 9.7 ซงจะใชวธเปรยบเทยบคาแรงดนตกครอมรเลย

ในกรณทเกดการลดวงจรภายในและภายนอบขอบเขตการปองกน การเชอมตอรเลยชนดนจะคลายกบการ

ปองกนแบบผลตางแตรเลยทใชจะเปนรเลยแบบอมพแดนซสง จากรปวงจร L-C จะตออนกรมกบรเลย

ปองกนแรงดนเกนเพอปองกนการทางานผดพลาดทเกดจากผลของสวนกระแสตรง (DC) เมอเกดการ

ลดวงจรขน และเนองจากวธการนจะทาใหการตดวงจรชาลงไปจงมสวนของรเลยปองกนกระแสเกนทตอ

อยกบตวตานทานทมคาเปลยนแปลงคอจะมความตานทานลดลงถาเกดแรงดนตกครอมมากขนการทจะ

ปองกนแรงดนตกครอมรเลยทสงเกนไปและชวยตดวงจรอยางรวดเรวเมอเกดกระแสลดวงจรทสง

15.5 การใชตวเชอมตอแบบเชงเสน (Linear Couplers)

การปองกนแบบนจะใชตวเชอมตอแบบเชงเสน (Linear Couplers) ซงเปนอปกรณทใชหลกการ

เหนยวนาสนามแมเหลกผานรแอคเตอรแกนอากาศแทนการใชหมอแปลงกระแสแบบธรรมดา โดยจะ

สรางแรงดนทางดานทตยภมของชดเชอมตอแบบเชงเสนใหเปนอตราสวนโดยตรงกบกระแสทางดานปฐม

ภม จะชวยลดปญหาเนองจากการอมตวของแกนเหลก ดงแสดงในรปท 15.8

รปท 15.8 การปองกนดวยชดเชอมตอเชงเสน

การทางานของรเลยจะสามารถพจารณาไดจาก

MIV pri=sec (15.1)

โดยท

secV คอ แรงดนทางดานทตยภมของตวเชอมตอแบบเชงเสน

priI คอ กระแสทางดานปฐมภมของตวเชอมตอแบบเชงเสน

M คอ อมพแดนซรวม (Mutual Impedance) ของตวเชอมตอแบบเชงเสน

218


ในกรณทเกดการลดวงจรภายนอกขอบเขตการปองกน กจะทาใหผลรวมของแรงดนทเกดจากจาก

กระแสทไหลเขาและออกหกลางกนหมดและจะไมมแรงดนตกครอมรเลยหรอมนอยกวาคาทปรบตงไว

แตในกรณทเกดการลดวงจรภายในขอบเขตการปองกน กระแสจะไหลเขาไปทบสจากทกทศทาง ทาให

แรงดนเหนยวนาทเกดขนมทศทางทเสรมกนและจะทาใหกระแสไหลผานรเลยเปน

couplerrelay

relay ZZV

I+

= sec (15.2)

โดยท

relayI คอ กระแสทไหลผานรเลย

relayZ คอ อมพแดนซของรเลย

couplerZ คอ อมพแดนซของตวเชอมตอแบบเชงเสน

15.6 การเปรยบเทยบทศทาง

ในกรณทตองมการเพมสวนของการปองกนบสเขาในในสถานไฟฟายอยเดมและการเปลยนหรอ

เพมหมอแปลงกระแสมคาใชจายทสงเกนไป จะสามารถใชหมอแปลงกระแสทมอยเดมทาหนาทในการ

ปองกนบสไดโดยการใชรเลยปองกนแบบทศทาง ถาเกดกระแสลดวงจรไหลออกจากบสอยางนอยในสาย

สงเสนใดเสนหนงจะแสดงวาการลดวงจรอยนอกขอบเขตปองกน แตถากระแสลดวงจรไหลเขาสบส

ทงหมดกแสดงวาเปนการลดวงจรทบส อยางไรกตามการปองกนลกษณะนจะมการออกแบบวงจรการ

ปองกนทคอนขางซบซอนและใชหนาสมผสของรเลยรวมทงตวหนวงเวลาหลายชด

219



1. ขอควรระวงพเศษในการปองกนบสมอะไรบาง จงอธบาย

2. จงอธบายวธการปองกนการลดวงจรในบส

3. จงอธบายวธการปองกนบสดวยรเลยแบบเปอรเซนตผลตาง

4. จากรปท P15.4 แสดงบสทมการแบงสวนจงเขยนแสดงวงจรปองกนแบบผลตางและแสดงขอบเขตการ

ปองกนบสดงกลาว

รปท P15.4 บสทมการแบงสวนสาหรบแบบฝกหดขอท 4

5. จงอธบายวธการปองกนบสดวยรเลยแรงดนแบบอมพแดนซสง

6. จงอธบายวธการปองกนบสดวยตวเชอมตอแบบเชงเสน (Linear Couplers)

BusBus

220


สอบปลายภาค

ขอบขายและประเดนหลกในการวดผล

การปองกนการลดวงจร

• สามารถอานกราฟคณลกษณะของรเลยปองกนกระแสเกนแบบหนวงเวลาตามมาตรฐาน IEC และ

IEEE/ANSI ได

• สามารถแสดงการคานวณปรบตงรเลยปองกนกระแสเกนในระบบไฟฟากาลงได

• สามารถแสดงการคานวณปรบตงรเลยปองกนกระแสเกนใหทางานสมพนธกนในระบบไฟฟา

แบบแขนงได

• สามารถแสดงการคานวณปรบตงรเลยปองกนกระแสเกนแบบทนทได

การปองกนแบบระยะทาง

• สามารถแสดงการคานวณคาอมพแดนซของระบบสงทางดานทตยภมสาหรบระบบปองกนได

• สามารถแสดงการคานวณปรบตงรเลยปองกนแบบระยะทางในแตละขอบเขตปองกน (Zone of

Protection) ได

• สามารถแสดงการพสจนวาการปรบตงรเลยปองกนแบบระยะทางจะใชเพยงอมพแดนซลาดบบวก

ของระบบสงได

การปองกนแบบนารอง

• สามารถอธบายวธการสอสารในการปองกนแบบนารองได

• สามารถอธบายหลกการในการปองกนแบบนารองในแบบแผนการทางานแบบตาง ๆ ได

• การสงสญญาณสงตดวงจรโดยการตรวจจบทไมเตมระยะสายสง (Underreaching

Transfer Trip)

• การสงสญญาณใหตดวงจรไดโดยการตรวจจบทเกนระยะสายสง (Permissive

Overreachnign Transfer Trip)

• การสงสญญาณใหตดวงจรไดโดยการตรวจจบทไมเตมและเกนระยะสายสง (Permissive

Underreachnign Transfer Trip)

การปองกนเครองกาเนดไฟฟา

• สามารถอธบายวธการปองกนแบบผลตางได

• สามารถอธบายวธการปองกนแบบเปอรเซนตผลตางได

• สามารถอธบายวธการปองกนเครองกาเนดไฟฟาแบบตาง ๆ ได

การปองกนมอเตอร

• สามารถอธบายวธการปองกนความรอนเกนในมอเตอรได

• สามารถอธบายวธการปองกนกระแสเกนในมอเตอรได

• สามารถอธบายวธการปองกนการลดวงจรลงดนในมอเตอรได

• สามารถอธบายวธการปองกนมอเตอรแบบตาง ๆ ได

การปองกนหมอแปลงกาลง

• สามารถแสดงวธการคานวณเพอเลอกขนาดของหมอแปลงกระแสและการปรบตงรเลยปองกน

กระแสเกนในหมอแปลงไฟฟากาลงได

• สามารถแสดงวธการปองกนแบบผลตางในหมอแปลงไฟฟากาลงได

• สามารถคานวณเพอเลอกขนาดของหมอแปลงกระแสและการปรบตงรเลยปองกนแบบผลตางใน

หมอแปลงไฟฟากาลงได

การปองกนบส

• สามารถอธบายวธการปองกนบสดวยวธการปองกนแบบผลตางได

• สามารถแสดงวธการแบงขอบเขตในการปองกนบสได

• สามารถอธบายวธการปองกนบสดวยรเลยแรงดนแบบอมพแดนซสงและการปองกนบสดวยตว

เชอมตอแบบเชงเสนได

รองศาสตราจารย์ ดร. กีรติ...

Documents