Post on 11-May-2020
transcript
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 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
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
EEG456 การปองกนระบบไฟฟากาลงและรเลย
สปดาหท 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
ภาควชาวศวกรรมไฟฟาและอเลกทรอนกสประยกต คณะวศวกรรมศาสตร มหาวทยาลยศรปทม
1
EEG456 การปองกนระบบไฟฟากาลงและรเลย
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
ภาควชาวศวกรรมไฟฟาและอเลกทรอนกสประยกต คณะวศวกรรมศาสตร มหาวทยาลยศรปทม
2
EEG456 การปองกนระบบไฟฟากาลงและรเลย
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
~
~~
ภาควชาวศวกรรมไฟฟาและอเลกทรอนกสประยกต คณะวศวกรรมศาสตร มหาวทยาลยศรปทม
3
EEG456 การปองกนระบบไฟฟากาลงและรเลย
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
ภาควชาวศวกรรมไฟฟาและอเลกทรอนกสประยกต คณะวศวกรรมศาสตร มหาวทยาลยศรปทม
4
EEG456 การปองกนระบบไฟฟากาลงและรเลย
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
ภาควชาวศวกรรมไฟฟาและอเลกทรอนกสประยกต คณะวศวกรรมศาสตร มหาวทยาลยศรปทม
5
EEG456 การปองกนระบบไฟฟากาลงและรเลย
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
ภาควชาวศวกรรมไฟฟาและอเลกทรอนกสประยกต คณะวศวกรรมศาสตร มหาวทยาลยศรปทม
6
EEG456 การปองกนระบบไฟฟากาลงและรเลย
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
ภาควชาวศวกรรมไฟฟาและอเลกทรอนกสประยกต คณะวศวกรรมศาสตร มหาวทยาลยศรปทม
7
EEG456 การปองกนระบบไฟฟากาลงและรเลย
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
ภาควชาวศวกรรมไฟฟาและอเลกทรอนกสประยกต คณะวศวกรรมศาสตร มหาวทยาลยศรปทม
8
EEG456 การปองกนระบบไฟฟากาลงและรเลย
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
ภาควชาวศวกรรมไฟฟาและอเลกทรอนกสประยกต คณะวศวกรรมศาสตร มหาวทยาลยศรปทม
9
EEG456 การปองกนระบบไฟฟากาลงและรเลย
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
ภาควชาวศวกรรมไฟฟาและอเลกทรอนกสประยกต คณะวศวกรรมศาสตร มหาวทยาลยศรปทม
10
EEG456 การปองกนระบบไฟฟากาลงและรเลย
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)
ภาควชาวศวกรรมไฟฟาและอเลกทรอนกสประยกต คณะวศวกรรมศาสตร มหาวทยาลยศรปทม
11
EEG456 การปองกนระบบไฟฟากาลงและรเลย
รปท 1.13 ลกคลนกระแสลดวงจรในระบบไฟฟากาลง
ภาควชาวศวกรรมไฟฟาและอเลกทรอนกสประยกต คณะวศวกรรมศาสตร มหาวทยาลยศรปทม
12
EEG456 การปองกนระบบไฟฟากาลงและรเลย
แบบฝกหด
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
ภาควชาวศวกรรมไฟฟาและอเลกทรอนกสประยกต คณะวศวกรรมศาสตร มหาวทยาลยศรปทม
13
EEG456 การปองกนระบบไฟฟากาลงและรเลย
แผนการสอน
สปดาหท 2
เรอง หลกการทางานของรเลยและอปกรณเสรม
วตถประสงคเชงพฤตกรรม
1. เพอใหนกศกษาไดเขาใจถงองคประกอบและคณสมบตของระบบปองกนไฟฟากาลง การแบง
ขอบเขตการปองกนในระบบไฟฟากาลง
2. เพอใหนกศกษาไดเขาใจถงประเภทและหลกการทางานรเลย รเลยแบบเหนยวนา รเลยแบบ
อเลกทรอนกส รเลยแบบไมโครโปรเซสเซอร
3. เพอใหนกศกษาไดเขาใจถงประเภทและหลกการทางานของอปกรณควบคมเสรมการทางานของ
รเลยปองกน
4. เพอใหนกศกษาไดเขาใจถงวธการปองกนระดบปฐมภมและการปองกนสารอง
5. เพอใหนกศกษาไดเขาใจถงการใชงานแบตเตอรสาหรบระบบปองกนไฟฟากาลง
6. เพอใหนกศกษาไดเขาใจถงประเภทและหลกการทางานของเซอรกตเบรกเกอรแตละประเภทใน
ระบบไฟฟากาลง
เนอหา
องคประกอบและคณสมบตของระบบปองกนไฟฟากาลง การแบงขอบเขตการปองกนในระบบ
ไฟฟากาลง ประเภทและหลกการทางานรเลย รเลยแบบเหนยวนา รเลยแบบอเลกทรอนกส รเลยแบบ
ไมโครโปรเซสเซอร อปกรณควบคมเสรมการทางานของรเลยปองกน การปองกนระดบปฐมภมและการ
ปองกนสารอง แบตเตอรสาหรบระบบปองกนไฟฟากาลง เซอรกตเบรกเกอร
กจกรรมการสอน/การดาเนนงานและกจกรรม
อธบายเนอหาวชา พรอมยกตวอยางประกอบ และใหนกศกษาไดสอบถามในสวนทยงไมเขาใจ
สอการสอน
เอกสารคาสอน สอการสอน Power Point ระบบ E-Learning บนทกการสอน
การประเมนผล
สอบถามความเขาใจ แบบทดสอบ
งานทมอบหมาย
แบบฝกหด
ภาควชาวศวกรรมไฟฟาและอเลกทรอนกสประยกต คณะวศวกรรมศาสตร มหาวทยาลยศรปทม
14
EEG456 การปองกนระบบไฟฟากาลงและรเลย
สปดาหท 2
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
ภาควชาวศวกรรมไฟฟาและอเลกทรอนกสประยกต คณะวศวกรรมศาสตร มหาวทยาลยศรปทม
15
EEG456 การปองกนระบบไฟฟากาลงและรเลย
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
ภาควชาวศวกรรมไฟฟาและอเลกทรอนกสประยกต คณะวศวกรรมศาสตร มหาวทยาลยศรปทม
16
EEG456 การปองกนระบบไฟฟากาลงและรเลย
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
ภาควชาวศวกรรมไฟฟาและอเลกทรอนกสประยกต คณะวศวกรรมศาสตร มหาวทยาลยศรปทม
17
EEG456 การปองกนระบบไฟฟากาลงและรเลย
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 2 Zone 3 Zone 4
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 2 Zone 3 Zone 4
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
ภาควชาวศวกรรมไฟฟาและอเลกทรอนกสประยกต คณะวศวกรรมศาสตร มหาวทยาลยศรปทม
18
EEG456 การปองกนระบบไฟฟากาลงและรเลย
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
ภาควชาวศวกรรมไฟฟาและอเลกทรอนกสประยกต คณะวศวกรรมศาสตร มหาวทยาลยศรปทม
19
EEG456 การปองกนระบบไฟฟากาลงและรเลย
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
รปท 2.4 ระบบไฟฟากาลงในตวอยางท 2.2
Zone 1
Zone 2 Zone 3 Zone 4
Zone 5
~
X Y
B1B12
B3B32
B4
B42
B21 B23
B24
1 2 3
4
Zone 6
Zone 7
Zone 8
Zone 1
Zone 2 Zone 3 Zone 4
Zone 5
~
X Y
B1B12
B3B32
B4
B42
B21 B23
B24
1 2 3
4
Zone 6
Zone 7
Zone 8
ภาควชาวศวกรรมไฟฟาและอเลกทรอนกสประยกต คณะวศวกรรมศาสตร มหาวทยาลยศรปทม
20
EEG456 การปองกนระบบไฟฟากาลงและรเลย
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
หนาสมผส
สงตดวงจร
ขดลวด
เหนยวนา
ภาควชาวศวกรรมไฟฟาและอเลกทรอนกสประยกต คณะวศวกรรมศาสตร มหาวทยาลยศรปทม
21
EEG456 การปองกนระบบไฟฟากาลงและรเลย
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
เหนยวนา
หนาสมผส
สงตดวงจร
สปรง
หนาปด
ปรบคาการ
หนวงเวลา
จานหมน
ขดลวด
เหนยวนา
หนาสมผส
สงตดวงจร
สปรง
หนาปด
ปรบคาการ
หนวงเวลา
จานหมน
ภาควชาวศวกรรมไฟฟาและอเลกทรอนกสประยกต คณะวศวกรรมศาสตร มหาวทยาลยศรปทม
22
EEG456 การปองกนระบบไฟฟากาลงและรเลย
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
ภาควชาวศวกรรมไฟฟาและอเลกทรอนกสประยกต คณะวศวกรรมศาสตร มหาวทยาลยศรปทม
23
EEG456 การปองกนระบบไฟฟากาลงและรเลย
รปท 2.9 รปสญญาณไฟฟาทผานรเลยปองกนกระแสเกนแบบอเลกทรอนกส
ภาควชาวศวกรรมไฟฟาและอเลกทรอนกสประยกต คณะวศวกรรมศาสตร มหาวทยาลยศรปทม
24
EEG456 การปองกนระบบไฟฟากาลงและรเลย
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
ภาควชาวศวกรรมไฟฟาและอเลกทรอนกสประยกต คณะวศวกรรมศาสตร มหาวทยาลยศรปทม
25
EEG456 การปองกนระบบไฟฟากาลงและรเลย
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
ภาควชาวศวกรรมไฟฟาและอเลกทรอนกสประยกต คณะวศวกรรมศาสตร มหาวทยาลยศรปทม
26
EEG456 การปองกนระบบไฟฟากาลงและรเลย
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
ภาควชาวศวกรรมไฟฟาและอเลกทรอนกสประยกต คณะวศวกรรมศาสตร มหาวทยาลยศรปทม
27
EEG456 การปองกนระบบไฟฟากาลงและรเลย
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
+
-
ภาควชาวศวกรรมไฟฟาและอเลกทรอนกสประยกต คณะวศวกรรมศาสตร มหาวทยาลยศรปทม
28
EEG456 การปองกนระบบไฟฟากาลงและรเลย
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
ภาควชาวศวกรรมไฟฟาและอเลกทรอนกสประยกต คณะวศวกรรมศาสตร มหาวทยาลยศรปทม
29
EEG456 การปองกนระบบไฟฟากาลงและรเลย
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
ภาควชาวศวกรรมไฟฟาและอเลกทรอนกสประยกต คณะวศวกรรมศาสตร มหาวทยาลยศรปทม
30
EEG456 การปองกนระบบไฟฟากาลงและรเลย
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
ภาควชาวศวกรรมไฟฟาและอเลกทรอนกสประยกต คณะวศวกรรมศาสตร มหาวทยาลยศรปทม
31
EEG456 การปองกนระบบไฟฟากาลงและรเลย
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.
ภาควชาวศวกรรมไฟฟาและอเลกทรอนกสประยกต คณะวศวกรรมศาสตร มหาวทยาลยศรปทม
32
EEG456 การปองกนระบบไฟฟากาลงและรเลย
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.
ภาควชาวศวกรรมไฟฟาและอเลกทรอนกสประยกต คณะวศวกรรมศาสตร มหาวทยาลยศรปทม
33
EEG456 การปองกนระบบไฟฟากาลงและรเลย
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
ภาควชาวศวกรรมไฟฟาและอเลกทรอนกสประยกต คณะวศวกรรมศาสตร มหาวทยาลยศรปทม
34
EEG456 การปองกนระบบไฟฟากาลงและรเลย
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
ภาควชาวศวกรรมไฟฟาและอเลกทรอนกสประยกต คณะวศวกรรมศาสตร มหาวทยาลยศรปทม
35
EEG456 การปองกนระบบไฟฟากาลงและรเลย
แบบฝกหด
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 2 Zone 3 Zone 4
Zone 5
~
P1
P2
B1B12
B3B32
B4
B42
B21 B23
B24
1 2 3
4
Zone 6
Zone 7
Zone 8
Zone 1
Zone 2 Zone 3 Zone 4
Zone 5
~
P1
P2
B1B12
B3B32
B4
B42
B21 B23
B24
1 2 3
4
Zone 6
Zone 7
Zone 8
ภาควชาวศวกรรมไฟฟาและอเลกทรอนกสประยกต คณะวศวกรรมศาสตร มหาวทยาลยศรปทม
36
EEG456 การปองกนระบบไฟฟากาลงและรเลย
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
ภาควชาวศวกรรมไฟฟาและอเลกทรอนกสประยกต คณะวศวกรรมศาสตร มหาวทยาลยศรปทม
37
EEG456 การปองกนระบบไฟฟากาลงและรเลย
แผนการสอน
สปดาหท 3
เรอง หมอแปลงกระแสและหมอแปลงแรงดน
ประสงคเชงพฤตกรรม
1. เพอใหนกศกษาไดเขาใจหลกการของหมอแปลงกระแส
2. เพอใหนกศกษาไดทราบและเขาใจมาตรฐานความคลาดเคลอนของหมอแปลงกระแส
3. เพอใหนกศกษาสามารถคานวณคาความคลาดเคลอนของหมอแปลงกระแส
4. เพอใหนกศกษาสามารถเลอกใชหมอแปลงกระแสไดอยางถกตองและเหมาะสม
5. เพอใหนกศกษาไดเขาใจหลกการของหมอแปลงแรงดน และหมอแปลงแรงดนแบบตอกบตวเกบ
ประจ
เนอหา
หมอแปลงกระแส คณลกษณะของหมอแปลงกระแส มาตรฐานความคลาดเคลอนของหมอแปลง
กระแส หมอแปลงกระแสแบบเหนยวนาแสง หมอแปลงแรงดน หมอแปลงแรงดนแบบตอกบตวเกบประจ
กจกรรมการสอน/การดาเนนงานและกจกรรม
อธบายเนอหาวชา พรอมยกตวอยางประกอบ และใหนกศกษาไดสอบถามในสวนทยงไมเขาใจ
สอการสอน
เอกสารคาสอน สอการสอน Power Point ระบบ E-Learning บนทกการสอน
การประเมนผล
สอบถามความเขาใจ แบบทดสอบ
งานทมอบหมาย
แบบฝกหด
ภาควชาวศวกรรมไฟฟาและอเลกทรอนกสประยกต คณะวศวกรรมศาสตร มหาวทยาลยศรปทม
38
EEG456 การปองกนระบบไฟฟากาลงและรเลย
สปดาหท 3
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
ภาควชาวศวกรรมไฟฟาและอเลกทรอนกสประยกต คณะวศวกรรมศาสตร มหาวทยาลยศรปทม
39
EEG456 การปองกนระบบไฟฟากาลงและรเลย
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
ภาควชาวศวกรรมไฟฟาและอเลกทรอนกสประยกต คณะวศวกรรมศาสตร มหาวทยาลยศรปทม
40
EEG456 การปองกนระบบไฟฟากาลงและรเลย
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
ภาควชาวศวกรรมไฟฟาและอเลกทรอนกสประยกต คณะวศวกรรมศาสตร มหาวทยาลยศรปทม
41
EEG456 การปองกนระบบไฟฟากาลงและรเลย
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
ภาควชาวศวกรรมไฟฟาและอเลกทรอนกสประยกต คณะวศวกรรมศาสตร มหาวทยาลยศรปทม
42
EEG456 การปองกนระบบไฟฟากาลงและรเลย
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
ภาควชาวศวกรรมไฟฟาและอเลกทรอนกสประยกต คณะวศวกรรมศาสตร มหาวทยาลยศรปทม
43
EEG456 การปองกนระบบไฟฟากาลงและรเลย
[ ]
)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
ภาควชาวศวกรรมไฟฟาและอเลกทรอนกสประยกต คณะวศวกรรมศาสตร มหาวทยาลยศรปทม
44
EEG456 การปองกนระบบไฟฟากาลงและรเลย
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
ภาควชาวศวกรรมไฟฟาและอเลกทรอนกสประยกต คณะวศวกรรมศาสตร มหาวทยาลยศรปทม
45
EEG456 การปองกนระบบไฟฟากาลงและรเลย
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
ภาควชาวศวกรรมไฟฟาและอเลกทรอนกสประยกต คณะวศวกรรมศาสตร มหาวทยาลยศรปทม
46
EEG456 การปองกนระบบไฟฟากาลงและรเลย
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
ภาควชาวศวกรรมไฟฟาและอเลกทรอนกสประยกต คณะวศวกรรมศาสตร มหาวทยาลยศรปทม
47
EEG456 การปองกนระบบไฟฟากาลงและรเลย
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
ภาควชาวศวกรรมไฟฟาและอเลกทรอนกสประยกต คณะวศวกรรมศาสตร มหาวทยาลยศรปทม
48
EEG456 การปองกนระบบไฟฟากาลงและรเลย
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
ภาควชาวศวกรรมไฟฟาและอเลกทรอนกสประยกต คณะวศวกรรมศาสตร มหาวทยาลยศรปทม
49
EEG456 การปองกนระบบไฟฟากาลงและรเลย
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
ภาควชาวศวกรรมไฟฟาและอเลกทรอนกสประยกต คณะวศวกรรมศาสตร มหาวทยาลยศรปทม
50
EEG456 การปองกนระบบไฟฟากาลงและรเลย
แบบฝกหด
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)
ภาควชาวศวกรรมไฟฟาและอเลกทรอนกสประยกต คณะวศวกรรมศาสตร มหาวทยาลยศรปทม
51
EEG456 การปองกนระบบไฟฟากาลงและรเลย
แผนการสอน
สปดาหท 4
เรอง การปองกนกระแสเกน
วตถประสงคเชงพฤตกรรม
1. เพอใหนกศกษาไดเขาใจหลกการปองกนกระแสเกนและการลดวงจรในระบบไฟฟากาลง
2. เพอใหนกศกษาไดเขาใจการทางานของรเลยปองกนกระแสเกนแบบหนวงเวลา
3. เพอใหนกศกษาไดทราบและเขาใจมาตรฐานของรเลยปองกนกระแสเกนแบบหนวงเวลาตาม
มาตรฐาน IEC และมาตรฐาน IEEE/ANSI
4. เพอใหนกศกษาเขาใจวธการใชรเลยปองกนกระแสเกนแบบหนวงเวลาและสามารถประยกตใชได
เนอหา
ปจจยทตองพจารณาในการปองกนกระแสเกนในระบบไฟฟากาลง หลกการทางานของรเลย
ปองกนกระแสเกนแบบหนวงเวลา ประเภทของรเลยปองกนกระแสเกนแบบหนวงเวลาตามมาตรฐาน IEC
และมาตรฐาน IEEE/ANSI การประยกตใชรเลยปองกนกระแสเกนแบบหนวงเวลา
สอการสอน
เอกสารคาสอน สอการสอน Power Point ระบบ E-Learning บนทกการสอน
การประเมนผล
สอบถามความเขาใจ แบบทดสอบ กจกรรมงานมอบหมาย
งานทมอบหมาย
แบบฝกหด กจกรรมมอบหมาย
ภาควชาวศวกรรมไฟฟาและอเลกทรอนกสประยกต คณะวศวกรรมศาสตร มหาวทยาลยศรปทม
52
EEG456 การปองกนระบบไฟฟากาลงและรเลย
สปดาหท 4
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
ภาควชาวศวกรรมไฟฟาและอเลกทรอนกสประยกต คณะวศวกรรมศาสตร มหาวทยาลยศรปทม
53
EEG456 การปองกนระบบไฟฟากาลงและรเลย
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
ภาควชาวศวกรรมไฟฟาและอเลกทรอนกสประยกต คณะวศวกรรมศาสตร มหาวทยาลยศรปทม
54
EEG456 การปองกนระบบไฟฟากาลงและรเลย
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)
ภาควชาวศวกรรมไฟฟาและอเลกทรอนกสประยกต คณะวศวกรรมศาสตร มหาวทยาลยศรปทม
55
EEG456 การปองกนระบบไฟฟากาลงและรเลย
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
ภาควชาวศวกรรมไฟฟาและอเลกทรอนกสประยกต คณะวศวกรรมศาสตร มหาวทยาลยศรปทม
56
EEG456 การปองกนระบบไฟฟากาลงและรเลย
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
ภาควชาวศวกรรมไฟฟาและอเลกทรอนกสประยกต คณะวศวกรรมศาสตร มหาวทยาลยศรปทม
57
EEG456 การปองกนระบบไฟฟากาลงและรเลย
โดยการตอวงจรในลกษณะดงกลาวจะสามารถปองกนการลดวงจรระหวางเฟสใด ๆ และการลดวงจรลง
ดนไดครอบคลมทกกรณโดยใชรเลยปองกนกระแสเกนทสองเฟสใด ๆ และรเลยตรวจจบการลดวงจรลง
ดนอกหนงตวโดยตรวจจบผลรวมของกระแสทงสามรวมกน การเพมรเลยจนครบทงสามเฟสจะทาใหม
การปองกนทรดกมยงขน และเมอตองมการถอดรเลยตวใดตวหนงออกเพอซอมบารงหรอปรบตงคา กยง
ทาใหระบบมการปองกนทครอบคลมอย
ภาควชาวศวกรรมไฟฟาและอเลกทรอนกสประยกต คณะวศวกรรมศาสตร มหาวทยาลยศรปทม
58
EEG456 การปองกนระบบไฟฟากาลงและรเลย
แบบฝกหด
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
ภาควชาวศวกรรมไฟฟาและอเลกทรอนกสประยกต คณะวศวกรรมศาสตร มหาวทยาลยศรปทม
59
EEG456 การปองกนระบบไฟฟากาลงและรเลย
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)
ภาควชาวศวกรรมไฟฟาและอเลกทรอนกสประยกต คณะวศวกรรมศาสตร มหาวทยาลยศรปทม
60
EEG456 การปองกนระบบไฟฟากาลงและรเลย
แผนการสอน
สปดาหท 5
เรอง คณสมบตของรเลยปองกนกระแสเกนแบบหนวงเวลา
วตถประสงคเชงพฤตกรรม
1. เพอใหนกศกษาไดเขาใจหลกการปรบตงรเลยปองกนกระแสเกนแบบหนวงเวลา
2. เพอใหนกศกษาเขาใจวธการอานคาคณสมบตของรเลยปองกนกระแสเกนแบบหนวงเวลา
3. เพอใหนกศกษาสามารถคานวณคากระแสและเวลาในการทางานของรเลยปองกนได
เนอหา
หลกการปรบต งรเลยปองกนกระแสเกนแบบหนวงเวลา การแสดงคณสมบตของรเลยตาม
มาตรฐาน IEC การแสดงคณสมบตของรเลยตามมาตรฐาน IEEE/ANSI
สอการสอน
เอกสารคาสอน สอการสอน Power Point ระบบ E-Learning บนทกการสอน
การประเมนผล
สอบถามความเขาใจ แบบทดสอบ กจกรรมมอบหมาย
งานทมอบหมาย
แบบฝกหด กจกรรมมอบหมาย
ภาควชาวศวกรรมไฟฟาและอเลกทรอนกสประยกต คณะวศวกรรมศาสตร มหาวทยาลยศรปทม
61
EEG456 การปองกนระบบไฟฟากาลงและรเลย
สปดาหท 5
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)
ภาควชาวศวกรรมไฟฟาและอเลกทรอนกสประยกต คณะวศวกรรมศาสตร มหาวทยาลยศรปทม
62
EEG456 การปองกนระบบไฟฟากาลงและรเลย
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
ภาควชาวศวกรรมไฟฟาและอเลกทรอนกสประยกต คณะวศวกรรมศาสตร มหาวทยาลยศรปทม
63
EEG456 การปองกนระบบไฟฟากาลงและรเลย
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
Multiple of Relay Tap Setting
Tim
e i
n S
eco
nd
3
2.43
4.86
ภาควชาวศวกรรมไฟฟาและอเลกทรอนกสประยกต คณะวศวกรรมศาสตร มหาวทยาลยศรปทม
64
EEG456 การปองกนระบบไฟฟากาลงและรเลย
ตวอยางท 5.2 จากคณสมบตของรเลยในรปท 5.2 ถาปรบตงใหคากระแสเรมตนทางานเปน 5 A และปรบ
การหนวงเวลาเปนกราฟ TDS = 2 ถากระแสทตรวจจบไดมคาเปน 15 A รเลยจะหนวงเวลาไวเทาใด
วธทา จากกระแสทรเลยตรวจจบไดมคาเปน 15 A จะมคาเปน 15/5 = 3 p.u.
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
วธทา จากกระแสทรเลยตรวจจบไดมคาเปน 50 A จะมคาเปน 50/10 = 5 p.u.
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
Multiple of Relay Tap Setting
Tim
e i
n S
eco
nd
5
5
ภาควชาวศวกรรมไฟฟาและอเลกทรอนกสประยกต คณะวศวกรรมศาสตร มหาวทยาลยศรปทม
65
EEG456 การปองกนระบบไฟฟากาลงและรเลย
ตวอยางท 5.4 จากรเลยทมคณสมบตในรปท 5.1 (IEEE/ANSI)ถาตองการปรบใหรเลยเรมตนทางานท 5 A
และสงสญญาณเมอมกระแสตรวจจบได 35 A ในเวลา 2 วนาท จะตองทาการปรบคาการหนวงเวลาไปท
กราฟเสนใด
วธทา จากกระแสทรเลยตรวจจบไดมคาเปน 35 A จะมคาเปน 35/5 = 7 p.u.
เมอลากเสนจาก 7 p.u. ไปพบกบคาการหนวงเวลา 2 วนาท
จะไปพบกนทจดระหวางกราฟ TDS = 1 และ TDS = 2 ดงรปท 5.4
ดงนนตองปรบตงการหนวงเวลาไปทระหวางกราฟ TDS = 1 และ TDS = 2
รปท 5.4 การหนวงเวลาของรเลยจากคาในตวอยางท 5.4
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
2
7
ภาควชาวศวกรรมไฟฟาและอเลกทรอนกสประยกต คณะวศวกรรมศาสตร มหาวทยาลยศรปทม
66
EEG456 การปองกนระบบไฟฟากาลงและรเลย
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
ภาควชาวศวกรรมไฟฟาและอเลกทรอนกสประยกต คณะวศวกรรมศาสตร มหาวทยาลยศรปทม
67
EEG456 การปองกนระบบไฟฟากาลงและรเลย
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
ภาควชาวศวกรรมไฟฟาและอเลกทรอนกสประยกต คณะวศวกรรมศาสตร มหาวทยาลยศรปทม
68
EEG456 การปองกนระบบไฟฟากาลงและรเลย
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
ภาควชาวศวกรรมไฟฟาและอเลกทรอนกสประยกต คณะวศวกรรมศาสตร มหาวทยาลยศรปทม
69
EEG456 การปองกนระบบไฟฟากาลงและรเลย
แบบฝกหด
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
Multiple of Relay Tap Setting
Tim
e i
n S
eco
nd
s
ภาควชาวศวกรรมไฟฟาและอเลกทรอนกสประยกต คณะวศวกรรมศาสตร มหาวทยาลยศรปทม
70
EEG456 การปองกนระบบไฟฟากาลงและรเลย
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
กจกรรมมอบหมาย
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
ภาควชาวศวกรรมไฟฟาและอเลกทรอนกสประยกต คณะวศวกรรมศาสตร มหาวทยาลยศรปทม
71
EEG456 การปองกนระบบไฟฟากาลงและรเลย
แผนการสอน
สปดาหท 6
เรอง การปรบตงรเลยปองกนกระแสเกน
วตถประสงคเชงพฤตกรรม
1. เพอใหนกศกษาไดเขาใจวธการปรบตงรเลยปองกนกระแสเกนแบบหนวงเวลา
2. เพอใหนกศกษาสามารถปรบตงรเลยปองกนกระแสเกนได
3. เพอใหนกศกษาไดเขาใจหลกการปรบตงรเลยปองกนกระแสเกนแบบทนท
4. เพอใหนกศกษาไดเขาใจวธการปองกนกระแสเกนแบบทศทาง
เนอหา
หลกการปรบตงรเลยปองกนกระแสเกนแบบหนวงเวลา การใชรเลยปองกนกระแสเกนแบบทนท
การปองกนการลดวงจรดวยรเลยปองกนระแสเกนแบบทนท หลกการปรบตงรเลยปองกนกระแสเกนแบบ
ทนท การปองกนกระแสเกนแบบทศทาง
สอการสอน
เอกสารคาสอน สอการสอน Power Point ระบบ E-Learning บนทกการสอน
การประเมนผล
สอบถามความเขาใจ แบบทดสอบ กจกรรมมอบหมาย
งานทมอบหมาย
แบบฝกหด กจกรรมมอบหมาย
ภาควชาวศวกรรมไฟฟาและอเลกทรอนกสประยกต คณะวศวกรรมศาสตร มหาวทยาลยศรปทม
72
EEG456 การปองกนระบบไฟฟากาลงและรเลย
สปดาหท 6
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
ภาควชาวศวกรรมไฟฟาและอเลกทรอนกสประยกต คณะวศวกรรมศาสตร มหาวทยาลยศรปทม
73
EEG456 การปองกนระบบไฟฟากาลงและรเลย
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
รปท 6.2 ระบบไฟฟากาลงในตวอยางท 6.1
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
~
ภาควชาวศวกรรมไฟฟาและอเลกทรอนกสประยกต คณะวศวกรรมศาสตร มหาวทยาลยศรปทม
74
EEG456 การปองกนระบบไฟฟากาลงและรเลย
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)
ภาควชาวศวกรรมไฟฟาและอเลกทรอนกสประยกต คณะวศวกรรมศาสตร มหาวทยาลยศรปทม
75
EEG456 การปองกนระบบไฟฟากาลงและรเลย
- 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
คากระแสลดวงจรเพมขน
ชวงเวลาในการทางานสมพนธกน (Coordinating Time)
กราฟการทางานของรเลย
R12R23
R34
R45
R R R
ภาควชาวศวกรรมไฟฟาและอเลกทรอนกสประยกต คณะวศวกรรมศาสตร มหาวทยาลยศรปทม
76
EEG456 การปองกนระบบไฟฟากาลงและรเลย
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
รปท 6.4 ระบบไฟฟากาลงในตวอยางท 6.2
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
Minimum Fault Current = 850 AMaximum Fault Current = 1500 A
Minimum Fault Current = 700 AMaximum Fault Current = 1000 A
Setting atI pickup = 10 ATime dial = 1/2
time delay from R23 0.3 sec.
R
1 2
R12
~
R
3
R23 Maximum Load = 90 A
Minimum Fault Current = 1000 AMaximum Fault Current = 3000 A
Minimum Fault Current = 850 AMaximum Fault Current = 1500 A
Minimum Fault Current = 700 AMaximum Fault Current = 1000 A
Setting atI pickup = 10 ATime dial = 1/2
time delay from R23 0.3 sec.
R
1 2
R12
~
R
3
R23 Maximum Load = 90 A
Minimum Fault Current = 1000 AMaximum Fault Current = 3000 A
Minimum Fault Current = 850 AMaximum Fault Current = 1500 A
Minimum Fault Current = 700 AMaximum Fault Current = 1000 A
Setting atI pickup = 10 ATime dial = 1/2
time delay from R23 0.3 sec.
R
1 2
R12
~
R
3
R23 Maximum Load = 90 A
Minimum Fault Current = 1000 AMaximum Fault Current = 3000 A
Minimum Fault Current = 850 AMaximum Fault Current = 1500 A
Minimum Fault Current = 700 AMaximum Fault Current = 1000 A
Setting atI pickup = 10 ATime dial = 1/2
time delay from R23 0.3 sec.
ภาควชาวศวกรรมไฟฟาและอเลกทรอนกสประยกต คณะวศวกรรมศาสตร มหาวทยาลยศรปทม
77
EEG456 การปองกนระบบไฟฟากาลงและรเลย
6. รเลยไมตองทางานสมพนธกบรเลยอน ดงนนปรบคาการหนวงเวลา (Time dial setting) ไปทการ
ตดวงจรเรวทสดคอกราฟ ½
รปท 6.5 การหนวงเวลาของรเลยจากคาในตวอยางท 6.2
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
Multiple of Relay Tap Setting
Tim
e i
n S
eco
nd
0.68
7.5
0.98
ภาควชาวศวกรรมไฟฟาและอเลกทรอนกสประยกต คณะวศวกรรมศาสตร มหาวทยาลยศรปทม
78
EEG456 การปองกนระบบไฟฟากาลงและรเลย
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
ภาควชาวศวกรรมไฟฟาและอเลกทรอนกสประยกต คณะวศวกรรมศาสตร มหาวทยาลยศรปทม
79
EEG456 การปองกนระบบไฟฟากาลงและรเลย
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
ภาควชาวศวกรรมไฟฟาและอเลกทรอนกสประยกต คณะวศวกรรมศาสตร มหาวทยาลยศรปทม
80
EEG456 การปองกนระบบไฟฟากาลงและรเลย
Line 0-1 1-2 2-3 3-4
L-L Voltage (kV) = 22 22 22 22Line Impedance (j ohm) = 4 6 4 4
Bus 1 2 3 4
Total Impedance (j ohm) = 4 10 14 18
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
ภาควชาวศวกรรมไฟฟาและอเลกทรอนกสประยกต คณะวศวกรรมศาสตร มหาวทยาลยศรปทม
81
EEG456 การปองกนระบบไฟฟากาลงและรเลย
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
2. ปรบตง R23
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
ภาควชาวศวกรรมไฟฟาและอเลกทรอนกสประยกต คณะวศวกรรมศาสตร มหาวทยาลยศรปทม
82
EEG456 การปองกนระบบไฟฟากาลงและรเลย
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
3. ปรบตง R12
a. R12 จะตองทาหนาทปองกนสารอง R23 ดวยดงนน R12 จะตองเรมตนทางานทคากระแส
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
จะตองไมสงตดวงจรกอน R23 ในกรณน R23 จะมกระแสไหลผานเทากบ
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
ภาควชาวศวกรรมไฟฟาและอเลกทรอนกสประยกต คณะวศวกรรมศาสตร มหาวทยาลยศรปทม
83
EEG456 การปองกนระบบไฟฟากาลงและรเลย
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
Multiple of Realy Tep Setting
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
Multiple of Realy Tep Setting
Tim
e i
n S
eco
nd
TDS = 0.5 (R34)
5.293
0.583
0.883
TDS = 0.757 (R23)
ภาควชาวศวกรรมไฟฟาและอเลกทรอนกสประยกต คณะวศวกรรมศาสตร มหาวทยาลยศรปทม
84
EEG456 การปองกนระบบไฟฟากาลงและรเลย
โดยจาก TDS
It ⋅
+
−= 1217.0
12.28
2
ตองการหนวงเวลา 0.809 วนาท ทคากระแส 6.615 p.u. จะไดวา
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
ภาควชาวศวกรรมไฟฟาและอเลกทรอนกสประยกต คณะวศวกรรมศาสตร มหาวทยาลยศรปทม
85
EEG456 การปองกนระบบไฟฟากาลงและรเลย
รปท 6.10 แสดงการทางานสมพนธกนของรเลย R12 และ R23 ในการปองกนสายสง 2-3
ในตวอยางท 6.4
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
Multiple of Realy Tep Setting
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
Multiple of Realy Tep Setting
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)
ภาควชาวศวกรรมไฟฟาและอเลกทรอนกสประยกต คณะวศวกรรมศาสตร มหาวทยาลยศรปทม
86
EEG456 การปองกนระบบไฟฟากาลงและรเลย
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
ภาควชาวศวกรรมไฟฟาและอเลกทรอนกสประยกต คณะวศวกรรมศาสตร มหาวทยาลยศรปทม
87
EEG456 การปองกนระบบไฟฟากาลงและรเลย
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
ภาควชาวศวกรรมไฟฟาและอเลกทรอนกสประยกต คณะวศวกรรมศาสตร มหาวทยาลยศรปทม
88
EEG456 การปองกนระบบไฟฟากาลงและรเลย
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
L-L Voltage (kV) = 22 22 22 22Line Impedance (j ohm) = 4 5 5 5
Bus 1 2 3 4
Total Impedance (j ohm) = 4 9 14 19
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
ภาควชาวศวกรรมไฟฟาและอเลกทรอนกสประยกต คณะวศวกรรมศาสตร มหาวทยาลยศรปทม
89
EEG456 การปองกนระบบไฟฟากาลงและรเลย
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
a. R23 จะตองทาหนาทปองกนสารอง R34 ดวยดงนน R23 จะตองเรมตนทางานทคากระแส
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
Current Plug Setting Multiplier
Opera
ting T
ime in S
econd
Time Multiplier Setting
ภาควชาวศวกรรมไฟฟาและอเลกทรอนกสประยกต คณะวศวกรรมศาสตร มหาวทยาลยศรปทม
90
EEG456 การปองกนระบบไฟฟากาลงและรเลย
d. จากคากระแสลดวงจรสงสดทบส 3 มคาเปน 907.265 A ซงเมอเกดขนแลวรเลย R23
จะตองไมสงตดวงจรกอน R34 ในกรณน R34 จะมกระแสไหลผานเทากบ
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
รปท 6.14 แสดงการทางานสมพนธกนของรเลย R23 และ R34 ในการปองกนสายสง 3-4
ในตวอยางท 6.5
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
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
Current Plug Setting Multiplier
Opera
ting T
ime in S
econd
Time Multiplier Setting
TMS = 0.1 (R34)
4.775
0.441
0.741TMS = 0.168 (R23)
ภาควชาวศวกรรมไฟฟาและอเลกทรอนกสประยกต คณะวศวกรรมศาสตร มหาวทยาลยศรปทม
91
EEG456 การปองกนระบบไฟฟากาลงและรเลย
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
ตองการหนวงเวลา 0.883 วนาท ทคากระแส 5.292 p.u. จะไดวา
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
a. R12 จะตองทาหนาทปองกนสารอง R23 ดวยดงนน R12 จะตองเรมตนทางานทคากระแส
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
จะตองไมสงตดวงจรกอน R23 ในกรณน R23 จะมกระแสไหลผานเทากบ
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.
ภาควชาวศวกรรมไฟฟาและอเลกทรอนกสประยกต คณะวศวกรรมศาสตร มหาวทยาลยศรปทม
92
EEG456 การปองกนระบบไฟฟากาลงและรเลย
โดยจาก TMSI
t ⋅
−=
114.0
02.0
ตองการหนวงเวลา 0.875 วนาท ทคากระแส 5.535 p.u. จะไดวา
TMS⋅
−=
1535.514.0875.0 02.0
( ) TMS⋅= 021.4875.0
218.0=TMS
j. ดงนนตองปรบคาการหนวงเวลาไปท TMS = 0.218 ดงแสดงในรปท 6.15
รปท 6.15 แสดงการทางานสมพนธกนของรเลย R12 และ R23 ในการปองกนสายสง 2-3
ในตวอยางท 6.5
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
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
Current Plug Setting Multiplier
Opera
ting T
ime in S
econd
Time Multiplier Setting
TMS = 0.1 (R34)
5.535
0.575
0.875TMS = 0.168 (R23)
TMS = 0.218 (R12)
7.428
ภาควชาวศวกรรมไฟฟาและอเลกทรอนกสประยกต คณะวศวกรรมศาสตร มหาวทยาลยศรปทม
93
EEG456 การปองกนระบบไฟฟากาลงและรเลย
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
ภาควชาวศวกรรมไฟฟาและอเลกทรอนกสประยกต คณะวศวกรรมศาสตร มหาวทยาลยศรปทม
94
EEG456 การปองกนระบบไฟฟากาลงและรเลย
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
คากระแสลดวงจรเพมขน
กราฟการทางานของรเลย
ปองกนกระแสเกนแบบหนวงเวลา
กราฟการทางานของรเลย
ปองกนกระแสเกนแบบทนท
เวลาทตด
วงจรไดเรวขน
RT
1 2
R12 R23R
T
~3
R34R
T
4
R45R
T
เวลา
คากระแสลดวงจรเพมขน
กราฟการทางานของรเลย
ปองกนกระแสเกนแบบหนวงเวลา
กราฟการทางานของรเลย
ปองกนกระแสเกนแบบทนท
เวลาทตด
วงจรไดเรวขน
ภาควชาวศวกรรมไฟฟาและอเลกทรอนกสประยกต คณะวศวกรรมศาสตร มหาวทยาลยศรปทม
95
EEG456 การปองกนระบบไฟฟากาลงและรเลย
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
ภาควชาวศวกรรมไฟฟาและอเลกทรอนกสประยกต คณะวศวกรรมศาสตร มหาวทยาลยศรปทม
96
EEG456 การปองกนระบบไฟฟากาลงและรเลย
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
ภาควชาวศวกรรมไฟฟาและอเลกทรอนกสประยกต คณะวศวกรรมศาสตร มหาวทยาลยศรปทม
97
EEG456 การปองกนระบบไฟฟากาลงและรเลย
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
Circuit breakertrip coil
Directional contact
Over currentcontact
Over currentcoil
Circuit breakertrip coil
Directional contact
Over currentcontact
a b
Circuit breakertrip coil
ภาควชาวศวกรรมไฟฟาและอเลกทรอนกสประยกต คณะวศวกรรมศาสตร มหาวทยาลยศรปทม
98
EEG456 การปองกนระบบไฟฟากาลงและรเลย
แบบฝกหด
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
ภาควชาวศวกรรมไฟฟาและอเลกทรอนกสประยกต คณะวศวกรรมศาสตร มหาวทยาลยศรปทม
99
EEG456 การปองกนระบบไฟฟากาลงและรเลย
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
ภาควชาวศวกรรมไฟฟาและอเลกทรอนกสประยกต คณะวศวกรรมศาสตร มหาวทยาลยศรปทม
100
EEG456 การปองกนระบบไฟฟากาลงและรเลย
6. จากขอ 7. ถาทาการเพมรเลยปองกนกระแสเกนแบบทนททบส 1 และ 2 จงแสดงวธการปรบตง
คารเลยปองกนกระแสเกนแบบทนทดงกลาว
7. จงอธบายความจาเปนทตองใชรเลยปองกนกระแสเกนแบบทศทาง และอธบายหลกการทางาน
ของรเลยปองกนกระแสเกนแบบทศทาง
กจกรรมมอบหมาย
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)
ภาควชาวศวกรรมไฟฟาและอเลกทรอนกสประยกต คณะวศวกรรมศาสตร มหาวทยาลยศรปทม
101
EEG456 การปองกนระบบไฟฟากาลงและรเลย
แผนการสอน
สปดาหท 7
เรอง การปองกนแบบระยะทางและองคประกอบสมมาตรในระบบไฟฟากาลง
วตถประสงคเชงพฤตกรรม
1. เพอใหนกศกษาไดเขาใจถงความจาเปนในการใชรเลยปองกนแบบระยะทาง
2. เพอใหนกศกษาไดเขาใจหลกการปองกนแบบระยะทาง
3. เพอใหนกศกษาสามารถคานวณคาอมพแดนซทางดานทตยภมของสายสงเพอใชในการปองกน
แบบระยะทางได
4. เพอใหนกศกษาเขาใจหลกการแบงขอบเขตในการปองกนแบบระยะทาง
5. เพอใหนกศกษาเขาใจในเรององคประกอบสมมาตรในระบบไฟฟากาลง
เนอหา
ความจาเปนของรเลยปองกนแบบระยะทาง หลกการปองกนแบบระยะทาง การคานวณวาอมพ
แดนซทางดานทตยภม การแบงขอบเขตในการปองกนแบบระยะทาง หลกการปรบตงรเลยแบบระยะทาง
องคประกอบสมมาตรในระบบไฟฟากาลง
สอการสอน
เอกสารคาสอน สอการสอน Power Point ระบบ E-Learning บนทกการสอน
การประเมนผล
สอบถามความเขาใจ แบบทดสอบ
ภาควชาวศวกรรมไฟฟาและอเลกทรอนกสประยกต คณะวศวกรรมศาสตร มหาวทยาลยศรปทม
102
EEG456 การปองกนระบบไฟฟากาลงและรเลย
สปดาหท 7
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
ภาควชาวศวกรรมไฟฟาและอเลกทรอนกสประยกต คณะวศวกรรมศาสตร มหาวทยาลยศรปทม
103
EEG456 การปองกนระบบไฟฟากาลงและรเลย
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
ภาควชาวศวกรรมไฟฟาและอเลกทรอนกสประยกต คณะวศวกรรมศาสตร มหาวทยาลยศรปทม
104
EEG456 การปองกนระบบไฟฟากาลงและรเลย
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
ภาควชาวศวกรรมไฟฟาและอเลกทรอนกสประยกต คณะวศวกรรมศาสตร มหาวทยาลยศรปทม
105
EEG456 การปองกนระบบไฟฟากาลงและรเลย
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
ภาควชาวศวกรรมไฟฟาและอเลกทรอนกสประยกต คณะวศวกรรมศาสตร มหาวทยาลยศรปทม
106
EEG456 การปองกนระบบไฟฟากาลงและรเลย
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
คาอมพแอนซ (ระยะทาง)
(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
ภาควชาวศวกรรมไฟฟาและอเลกทรอนกสประยกต คณะวศวกรรมศาสตร มหาวทยาลยศรปทม
107
EEG456 การปองกนระบบไฟฟากาลงและรเลย
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
หนวงเวลา
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
ภาควชาวศวกรรมไฟฟาและอเลกทรอนกสประยกต คณะวศวกรรมศาสตร มหาวทยาลยศรปทม
108
EEG456 การปองกนระบบไฟฟากาลงและรเลย
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
-
Circuit BreakerTrip coil
SSeal-in
Target
S
t
+
t
Timer 2 Timer 3
Target tTarget
Z1
Timer 2 Timer 3
Z2 Z3
ภาควชาวศวกรรมไฟฟาและอเลกทรอนกสประยกต คณะวศวกรรมศาสตร มหาวทยาลยศรปทม
109
EEG456 การปองกนระบบไฟฟากาลงและรเลย
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
ภาควชาวศวกรรมไฟฟาและอเลกทรอนกสประยกต คณะวศวกรรมศาสตร มหาวทยาลยศรปทม
110
EEG456 การปองกนระบบไฟฟากาลงและรเลย
รปท 7.9 องคประกอบสมมาตรของระบบไฟฟาทไมสมดล
รปท 7.10 คาตวดาเนนการ a บนระนาบเชงซอน
Real
Imaginary
Real
Imaginary
ภาควชาวศวกรรมไฟฟาและอเลกทรอนกสประยกต คณะวศวกรรมศาสตร มหาวทยาลยศรปทม
111
EEG456 การปองกนระบบไฟฟากาลงและรเลย
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’
ภาควชาวศวกรรมไฟฟาและอเลกทรอนกสประยกต คณะวศวกรรมศาสตร มหาวทยาลยศรปทม
112
EEG456 การปองกนระบบไฟฟากาลงและรเลย
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
ภาควชาวศวกรรมไฟฟาและอเลกทรอนกสประยกต คณะวศวกรรมศาสตร มหาวทยาลยศรปทม
113
EEG456 การปองกนระบบไฟฟากาลงและรเลย
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
~~
Reference Bus (Neutral)1aI
aE
bEcE
2Z
Reference Bus (Neutral)2aI
2Z
Reference Bus (Neutral)2aI
ภาควชาวศวกรรมไฟฟาและอเลกทรอนกสประยกต คณะวศวกรรมศาสตร มหาวทยาลยศรปทม
114
EEG456 การปองกนระบบไฟฟากาลงและรเลย
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
Reference Bus (Neutral)0aI
0cI
nZ
0bI
0aI0gZ
Reference Bus (Neutral)0aI
0cI
nZ
0bI
0aI
ภาควชาวศวกรรมไฟฟาและอเลกทรอนกสประยกต คณะวศวกรรมศาสตร มหาวทยาลยศรปทม
115
EEG456 การปองกนระบบไฟฟากาลงและรเลย
การตอขดลวด อมพแดนซลาดบศนย การไหลของกระแสลาดบศนย
กระแสลาดบศนยไหลผานได
กระแสลาดบศนยไหลผานไมได
กระแสลาดบศนยไหลลงดนในดาน Y
และไหลวนในดาน ∆
กระแสลาดบศนยไหลผานไมได
กระแสลาดบศนยไหววนใน ∆
รปท 7.16 อมพแดนซลาดบศนยของหมอแปลงไฟฟา
ภาควชาวศวกรรมไฟฟาและอเลกทรอนกสประยกต คณะวศวกรรมศาสตร มหาวทยาลยศรปทม
116
EEG456 การปองกนระบบไฟฟากาลงและรเลย
แบบฝกหด
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
คาอมพแอนซ (ระยะทาง)
1 2~
3
Zone 3Zone 2
Zone 1
R12 R23
เวลา
คาอมพแอนซ (ระยะทาง)
ภาควชาวศวกรรมไฟฟาและอเลกทรอนกสประยกต คณะวศวกรรมศาสตร มหาวทยาลยศรปทม
117
EEG456 การปองกนระบบไฟฟากาลงและรเลย
5. จงแสดงใหเหนวาการปรบตงรเลยแบบระยะทางจะไมขนอยกบชนดของการลดวงจร เนองจากจะ
ใชการวดคาแรงดนและกระแสในสวนขององคประกอบสมมาตรลาดบบวก (Positive sequence)
โดยใหแสดงการพจารณากรณลดวงจรหนงเฟสลงดน (Single Line to Ground Fault) และกรณ
ลดวงจรสามเฟส (Three Phases Faults) พรอมทงเขยนวงจรในการตอวงจรปองกน
ภาควชาวศวกรรมไฟฟาและอเลกทรอนกสประยกต คณะวศวกรรมศาสตร มหาวทยาลยศรปทม
118
EEG456 การปองกนระบบไฟฟากาลงและรเลย
สปดาหท 8
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
ภาควชาวศวกรรมไฟฟาและอเลกทรอนกสประยกต คณะวศวกรรมศาสตร มหาวทยาลยศรปทม
119
EEG456 การปองกนระบบไฟฟากาลงและรเลย
การปองกนกระแสเกน
• สามารถอธบายหลกการปองกนกระแสเกนและการลดวงจรในระบบไฟฟากาลงได
• สามารถอธบายการทางานของรเลยปองกนกระแสเกนแบบหนวงเวลาได
• สามารถอธบายมาตรฐานของรเลยปองกนกระแสเกนแบบหนวงเวลาตามมาตรฐาน IEC และ
มาตรฐาน IEEE/ANSI ได
• สามารถอธบายวธการใชรเลยปองกนกระแสเกนแบบหนวงเวลาและสามารถประยกตใชได
เรอง คณสมบตของรเลยปองกนกระแสเกนแบบหนวงเวลา
• สามารอธบายหลกการปรบตงรเลยปองกนกระแสเกนแบบหนวงเวลาได
• สามารถอานคาคณสมบตของรเลยปองกนกระแสเกนแบบหนวงเวลาได
• สามารถคานวณคากระแสและเวลาในการทางานของรเลยปองกนได
ภาควชาวศวกรรมไฟฟาและอเลกทรอนกสประยกต คณะวศวกรรมศาสตร มหาวทยาลยศรปทม
120
EEG456 การปองกนระบบไฟฟากาลงและรเลย
แผนการสอน
สปดาหท 9
เรอง การใชโครงขายลาดบบวกในการปองกนแบบระยะทางและ
ประเภทของรเลยปองกนแบบระยะทาง
วตถประสงคเชงพฤตกรรม
1. เพอใหนกศกษาเขาใจถงการใชโครงขายลาดบบวกในการปองกนแบบระยะทาง
2. เพอใหนกศกษาไดทราบและเขาใจวธการทางานรเลยแบบระยะทางแตละประเภท
3. เพอใหนกศกษาไดทราบถงหลกการทางานของรเลยระยะทางแบบคานกระดก แบบถวยเหนยวนา
และแบบไมโครโปรเซสเซอร
4. เพอใหนกศกษาไดทราบถงปญหาและขอควรระวงในการใชงานรเลยระยะทาง
เนอหา
หลกการคานวณคากระแสลดวงจร การทางานรเลยแบบระยะทางแตละประเภท หลกการทางาน
ของรเลยระยะทางแบบคานกระดก แบบถวยเหนยวนา และแบบไมโครโปรเซสเซอร ปญหาและขอควร
ระวงในการใชงานรเลยระยะทางประเภทของรเลยปองกนแบบระยะทาง
สอการสอน
เอกสารคาสอน สอการสอน Power Point ระบบ E-Learning บนทกการสอน
การประเมนผล
สอบถามความเขาใจ แบบทดสอบ
ภาควชาวศวกรรมไฟฟาและอเลกทรอนกสประยกต คณะวศวกรรมศาสตร มหาวทยาลยศรปทม
121
EEG456 การปองกนระบบไฟฟากาลงและรเลย
สปดาหท 9
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
ภาควชาวศวกรรมไฟฟาและอเลกทรอนกสประยกต คณะวศวกรรมศาสตร มหาวทยาลยศรปทม
122
EEG456 การปองกนระบบไฟฟากาลงและรเลย
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
ภาควชาวศวกรรมไฟฟาและอเลกทรอนกสประยกต คณะวศวกรรมศาสตร มหาวทยาลยศรปทม
123
EEG456 การปองกนระบบไฟฟากาลงและรเลย
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
ภาควชาวศวกรรมไฟฟาและอเลกทรอนกสประยกต คณะวศวกรรมศาสตร มหาวทยาลยศรปทม
124
EEG456 การปองกนระบบไฟฟากาลงและรเลย
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
ภาควชาวศวกรรมไฟฟาและอเลกทรอนกสประยกต คณะวศวกรรมศาสตร มหาวทยาลยศรปทม
125
EEG456 การปองกนระบบไฟฟากาลงและรเลย
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)
ดงนนจะไดวา
−+= 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
ภาควชาวศวกรรมไฟฟาและอเลกทรอนกสประยกต คณะวศวกรรมศาสตร มหาวทยาลยศรปทม
126
EEG456 การปองกนระบบไฟฟากาลงและรเลย
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
รปท 9.7 ระบบไฟฟากาลงในตวอยางท 9.1
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
ภาควชาวศวกรรมไฟฟาและอเลกทรอนกสประยกต คณะวศวกรรมศาสตร มหาวทยาลยศรปทม
127
EEG456 การปองกนระบบไฟฟากาลงและรเลย
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
ภาควชาวศวกรรมไฟฟาและอเลกทรอนกสประยกต คณะวศวกรรมศาสตร มหาวทยาลยศรปทม
128
EEG456 การปองกนระบบไฟฟากาลงและรเลย
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
ภาควชาวศวกรรมไฟฟาและอเลกทรอนกสประยกต คณะวศวกรรมศาสตร มหาวทยาลยศรปทม
129
EEG456 การปองกนระบบไฟฟากาลงและรเลย
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
ภาควชาวศวกรรมไฟฟาและอเลกทรอนกสประยกต คณะวศวกรรมศาสตร มหาวทยาลยศรปทม
130
EEG456 การปองกนระบบไฟฟากาลงและรเลย
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
หนาสมผส
ขดลวดสรางแรงบด ขดลวดหนวง
I V
หนาสมผส
ขดลวดสรางแรงบด ขดลวดหนวง
ภาควชาวศวกรรมไฟฟาและอเลกทรอนกสประยกต คณะวศวกรรมศาสตร มหาวทยาลยศรปทม
131
EEG456 การปองกนระบบไฟฟากาลงและรเลย
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
เหลกอางอง
ฟลกซแม
เหลกหนวง
ฟลกซแมเหลกสรางแรงบด
ฟลกซแม
เหลกอางอง
ภาควชาวศวกรรมไฟฟาและอเลกทรอนกสประยกต คณะวศวกรรมศาสตร มหาวทยาลยศรปทม
132
EEG456 การปองกนระบบไฟฟากาลงและรเลย
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
ภาควชาวศวกรรมไฟฟาและอเลกทรอนกสประยกต คณะวศวกรรมศาสตร มหาวทยาลยศรปทม
133
EEG456 การปองกนระบบไฟฟากาลงและรเลย
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
ภาควชาวศวกรรมไฟฟาและอเลกทรอนกสประยกต คณะวศวกรรมศาสตร มหาวทยาลยศรปทม
134
EEG456 การปองกนระบบไฟฟากาลงและรเลย
แบบฝกหด
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
ภาควชาวศวกรรมไฟฟาและอเลกทรอนกสประยกต คณะวศวกรรมศาสตร มหาวทยาลยศรปทม
135
EEG456 การปองกนระบบไฟฟากาลงและรเลย
แผนการสอน
สปดาหท 10
เรอง การปองกนแบบนารอง
วตถประสงคเชงพฤตกรรม
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
สอการสอน
เอกสารคาสอน สอการสอน Power Point ระบบ E-Learning บนทกการสอน
การประเมนผล
สอบถามความเขาใจ แบบทดสอบ
136
EEG456 การปองกนระบบไฟฟากาลงและรเลย
สปดาหท 10
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
คาอมพแอนซ (ระยะทาง)
F1 F21 2~
3
Zone 3Zone 2
Zone 1
R12 R23
เวลา
คาอมพแอนซ (ระยะทาง)
1 2~
3
Zone 3Zone 2
Zone 1
R12 R23
เวลา
คาอมพแอนซ (ระยะทาง)
F1 F2
137
EEG456 การปองกนระบบไฟฟากาลงและรเลย
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
ตวสงสญญาณ
Transmitter
ตวรบสญญาณ
Receiver
Wave Trap
Coupling
Capacitor
RF Choke
Coupling
Capacitor
RF Choke
D
T
1 2
FD
Wave Trap
ตวสงสญญาณ
Transmitter
ตวรบสญญาณ
Receiver
D
T
FD
ตวสงสญญาณ
Transmitter
ตวรบสญญาณ
Receiver
D
T
FD
ตวสงสญญาณ
Transmitter
ตวรบสญญาณ
Receiver
Wave Trap
Coupling
Capacitor
RF Choke
Coupling
Capacitor
RF Choke
138
EEG456 การปองกนระบบไฟฟากาลงและรเลย
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
EEG456 การปองกนระบบไฟฟากาลงและรเลย
รปท 10.4 การตดตงสายเคเบลใยแกวนาแสงแบบตาง ๆ
Fiber Optic Cable
Overhead Ground Wire
Phase Conductor
b. การตดตงสายเคเบลใยแกวนาแสงแบบปกเสาพาดสาย
Fiber Optic Cable
Overhead Ground Wire
Phase Conductor
a. การตดตงสายเคเบลใยแกวนาแสงแบบฝงใตดน
Fiber Optic Cable
Overhead Ground Wire
Phase Conductor
b. การตดตงสายเคเบลใยแกวนาแสงแบบปกเสาพาดสาย
Fiber Optic Cable
Overhead Ground Wire
Phase Conductor
a. การตดตงสายเคเบลใยแกวนาแสงแบบฝงใตดน
Fiber Optic Cable
Overhead Ground Wire
Phase Conductor
c. การตดตงสายเคเบลใยแกวนาแสงแบบใชเสาของสายสงไฟฟา (Self-support)
Embedded Fiber Optic CableOverhead Ground Wire
Phase Conductor
d. การตดตงสายเคเบลใยแกวนาแสงโดยใชสายตวนาลงดนทมสายใยแกวนาแสง
Fiber Optic Cable
Overhead Ground Wire
Phase Conductor
c. การตดตงสายเคเบลใยแกวนาแสงแบบใชเสาของสายสงไฟฟา (Self-support)
Embedded Fiber Optic CableOverhead Ground Wire
Phase Conductor
d. การตดตงสายเคเบลใยแกวนาแสงโดยใชสายตวนาลงดนทมสายใยแกวนาแสง
Fiber Optic Cable twisted around Phase Conductor
Overhead Ground Wire
e. การตดตงสายเคเบลใยแกวนาแสงโดยใชสายตวนาเฟสทมสายใยแกวนาแสง
Fiber Optic Cable twisted around Phase Conductor
Overhead Ground Wire
e. การตดตงสายเคเบลใยแกวนาแสงโดยใชสายตวนาเฟสทมสายใยแกวนาแสง
140
EEG456 การปองกนระบบไฟฟากาลงและรเลย
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
EEG456 การปองกนระบบไฟฟากาลงและรเลย
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
หยดการสง
Blocking signal
b
+
-
DirectionalRelay (R)
142
EEG456 การปองกนระบบไฟฟากาลงและรเลย
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
EEG456 การปองกนระบบไฟฟากาลงและรเลย
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
Circuit BreakerTrip coil
Receiver relay
หยดการสง
Blocking signal
+
-
Not
AND1AND2
OR1 OR2Timers
สญญาณสงไมใหตดวงจร
Blocking Signal
สญญาณหยดการสงไมใหตดวงจร
Unblocking Signal
Lockout and Alarm(a)
สญญาณไปยง
รเลยรบสญญาณ
Receiver Relay
Directional relay
Receiver relay
Circuit BreakerTrip coil
Receiver relay
หยดการสง
Blocking signal
+
-
Not
OR1OR2
AND1 AND2Timers
สญญาณสงไมใหตดวงจร
Blocking Signal
สญญาณหยดการสงไมใหตดวงจร
Unblocking Signal
Lockout and Alarm(a)
สญญาณไปยง
รเลยรบสญญาณ
Receiver Relay
Directional relay
Receiver relay
Circuit BreakerTrip coil
Receiver relay
หยดการสง
Blocking signal
+
-
Not
AND1AND2
OR1 OR2Timers
สญญาณสงไมใหตดวงจร
Blocking Signal
สญญาณหยดการสงไมใหตดวงจร
Unblocking Signal
Lockout and Alarm(a)
สญญาณไปยง
รเลยรบสญญาณ
Receiver Relay
Directional relay
Receiver relay
Circuit BreakerTrip coil
Receiver relay
หยดการสง
Blocking signal
+
-
Not
OR1OR2
AND1 AND2
144
EEG456 การปองกนระบบไฟฟากาลงและรเลย
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
ตวสงสญญาณ
Transmitter 12
ตวรบสญญาณ
Receiver 12
T
ตวสงสญญาณ
Transmitter 21
ตวรบสญญาณ
Receiver 21
UR12G12
Circuit BreakerTrip coil
Receiver
relay 12
เปลยนสญญาณจาก
Guard (G12) เปน
Trip signal (T12)
+
-
T12
UR21
UR21G21
Circuit BreakerTrip coil
Receiver
relay 21
เปลยนสญญาณจาก
Guard (G21) เปน
Trip signal (T21)
+
-
T21
ขอบเขตปองกนของ UR12
ขอบเขตปองกนของ UR21
T
1 2
UR12
ตวสงสญญาณ
Transmitter 12
ตวรบสญญาณ
Receiver 12
T
ตวสงสญญาณ
Transmitter 21
ตวรบสญญาณ
Receiver 21
UR12G12
Circuit BreakerTrip coil
Receiver
relay 12
เปลยนสญญาณจาก
Guard (G12) เปน
Trip signal (T12)
+
-
T12
UR21
UR21G21
Circuit BreakerTrip coil
Receiver
relay 21
เปลยนสญญาณจาก
Guard (G21) เปน
Trip signal (T21)
+
-
T21
ขอบเขตปองกนของ UR12
ขอบเขตปองกนของ UR21
UR12
G12T12
Trip Signal to Circuit Breaker 12
เปลยนสญญาณจาก
Guard (G12) เปน
Trip signal (T12) ไปบส 2UR21
G21T21
Trip Signal to Circuit Breaker 21
เปลยนสญญาณจาก
Guard (G21) เปน
Trip signal (T21) ไปบส 1UR12
G12T12
Trip Signal to Circuit Breaker 12
เปลยนสญญาณจาก
Guard (G12) เปน
Trip signal (T12) ไปบส 2UR21
G21T21
Trip Signal to Circuit Breaker 21
เปลยนสญญาณจาก
Guard (G21) เปน
Trip signal (T21) ไปบส 1UR12
G12T12
Trip Signal to Circuit Breaker 12
เปลยนสญญาณจาก
Guard (G12) เปน
Trip signal (T12) ไปบส 2UR21
G21T21
Trip Signal to Circuit Breaker 21
เปลยนสญญาณจาก
Guard (G21) เปน
Trip signal (T21) ไปบส 1UR12
G12T12
Trip Signal to Circuit Breaker 12
เปลยนสญญาณจาก
Guard (G12) เปน
Trip signal (T12) ไปบส 2UR21
G21T21
Trip Signal to Circuit Breaker 21
เปลยนสญญาณจาก
Guard (G21) เปน
Trip signal (T21) ไปบส 1
145
EEG456 การปองกนระบบไฟฟากาลงและรเลย
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
ตวสงสญญาณ
Transmitter 12-a
ตวรบสญญาณ
Receiver 12-a
T
ตวสงสญญาณ
Transmitter 21-a
ตวรบสญญาณ
Receiver 21-a
UR21
-
ขอบเขตปองกนของ UR12
ขอบเขตปองกนของ UR21
ตวสงสญญาณ
Transmitter 12-b
ตวรบสญญาณ
Receiver 12-b
ตวสงสญญาณ
Transmitter 21-b
ตวรบสญญาณ
Receiver 21-b
UR21
G21-a
Circuit BreakerTrip coil
เปลยนสญญาณจาก
Guard (G21) เปน
Trip signal (T21)
+T21-a
Receiver
relay 21-a
G21-b
T21-b
Receiver
relay 21-b
UR12
G12-a
Circuit BreakerTrip coil
เปลยนสญญาณจาก
Guard (G12) เปน
Trip signal (T12)
+T12-a
Receiver
relay 12-a
G12-b
T12-b
Receiver
relay 12-b
-
T
1 2
UR12
ตวสงสญญาณ
Transmitter 12-a
ตวรบสญญาณ
Receiver 12-a
T
ตวสงสญญาณ
Transmitter 21-a
ตวรบสญญาณ
Receiver 21-a
UR21
-
ขอบเขตปองกนของ UR12
ขอบเขตปองกนของ UR21
ตวสงสญญาณ
Transmitter 12-b
ตวรบสญญาณ
Receiver 12-b
ตวสงสญญาณ
Transmitter 21-b
ตวรบสญญาณ
Receiver 21-b
UR21
G21-a
Circuit BreakerTrip coil
เปลยนสญญาณจาก
Guard (G21) เปน
Trip signal (T21)
+T21-a
Receiver
relay 21-a
G21-b
T21-b
Receiver
relay 21-b
UR12
G12-a
Circuit BreakerTrip coil
เปลยนสญญาณจาก
Guard (G12) เปน
Trip signal (T12)
+T12-a
Receiver
relay 12-a
G12-b
T12-b
Receiver
relay 12-b
-
UR12
G12-aT12-a
Trip Signal to Circuit Breaker 12
เปลยนสญญาณจาก
Guard (G12) เปน
Trip signal (T12)ไปบส 2
G12-bT12-b
UR21
G21-aT21-a
Trip Signal to Circuit Breaker 21
เปลยนสญญาณจาก
Guard (G21) เปน
Trip signal (T21)ไปบส 1
G21-bT21-b
UR12
G12-aT12-a
Trip Signal to Circuit Breaker 12
เปลยนสญญาณจาก
Guard (G12) เปน
Trip signal (T12)ไปบส 2
G12-bT12-b
UR21
G21-aT21-a
Trip Signal to Circuit Breaker 21
เปลยนสญญาณจาก
Guard (G21) เปน
Trip signal (T21)ไปบส 1
G21-bT21-b
UR12
G12-aT12-a
Trip Signal to Circuit Breaker 12
เปลยนสญญาณจาก
Guard (G12) เปน
Trip signal (T12)ไปบส 2
G12-bT12-b
UR21
G21-aT21-a
Trip Signal to Circuit Breaker 21
เปลยนสญญาณจาก
Guard (G21) เปน
Trip signal (T21)ไปบส 1
G21-bT21-b
UR12
G12-aT12-a
Trip Signal to Circuit Breaker 12
เปลยนสญญาณจาก
Guard (G12) เปน
Trip signal (T12)ไปบส 2
G12-bT12-b
UR21
G21-aT21-a
Trip Signal to Circuit Breaker 21
เปลยนสญญาณจาก
Guard (G21) เปน
Trip signal (T21)ไปบส 1
G21-bT21-b
146
EEG456 การปองกนระบบไฟฟากาลงและรเลย
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
EEG456 การปองกนระบบไฟฟากาลงและรเลย
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
ตวสงสญญาณ
Transmitter 12
ตวรบสญญาณ
Receiver 12
T
ตวสงสญญาณ
Transmitter 21
ตวรบสญญาณ
Receiver 21
OR21
ขอบเขตปองกนของ OR12
ขอบเขตปองกนของ OR21
เปลยนสญญาณจาก
Guard (G12) เปน
Trip signal (T12)
OR12
Circuit BreakerTrip coil
+
G12
T12
Receiver
relay 12
-
OR21
Circuit BreakerTrip coil
+
G21
T21
Receiver
relay 21
-
เปลยนสญญาณจาก
Guard (G21) เปน
Trip signal (T21)
T
1 2
OR12
ตวสงสญญาณ
Transmitter 12
ตวรบสญญาณ
Receiver 12
T
ตวสงสญญาณ
Transmitter 21
ตวรบสญญาณ
Receiver 21
OR21
ขอบเขตปองกนของ OR12
ขอบเขตปองกนของ OR21
เปลยนสญญาณจาก
Guard (G12) เปน
Trip signal (T12)
OR12
Circuit BreakerTrip coil
+
G12
T12
Receiver
relay 12
-
OR21
Circuit BreakerTrip coil
+
G21
T21
Receiver
relay 21
-
เปลยนสญญาณจาก
Guard (G21) เปน
Trip signal (T21)
OR12
Trip Signal to Circuit Breaker 12
เปลยนสญญาณจาก
Guard (G12) เปน
Trip signal (T12)ไปบส 2
G12
T12
OR21
Trip Signal to Circuit Breaker 21
เปลยนสญญาณจาก
Guard (G21) เปน
Trip signal (T21)ไปบส
G21T21
OR12
Trip Signal to Circuit Breaker 12
เปลยนสญญาณจาก
Guard (G12) เปน
Trip signal (T12)ไปบส 2
G12
T12
OR21
Trip Signal to Circuit Breaker 21
เปลยนสญญาณจาก
Guard (G21) เปน
Trip signal (T21)ไปบส
G21T21
11OR12
Trip Signal to Circuit Breaker 12
เปลยนสญญาณจาก
Guard (G12) เปน
Trip signal (T12)ไปบส 2
G12
T12
OR21
Trip Signal to Circuit Breaker 21
เปลยนสญญาณจาก
Guard (G21) เปน
Trip signal (T21)ไปบส
G21T21
OR12
Trip Signal to Circuit Breaker 12
เปลยนสญญาณจาก
Guard (G12) เปน
Trip signal (T12)ไปบส 2
G12
T12
OR21
Trip Signal to Circuit Breaker 21
เปลยนสญญาณจาก
Guard (G21) เปน
Trip signal (T21)ไปบส
G21T21
1111
148
EEG456 การปองกนระบบไฟฟากาลงและรเลย
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
ตวสงสญญาณ
Transmitter 12
ตวรบสญญาณ
Receiver 12
T
ตวสงสญญาณ
Transmitter 21
ตวรบสญญาณ
Receiver 21
OR21
ขอบเขตปองกนของ UR12ขอบเขตปองกนของ UR21
UR12 UR21
ขอบเขตปองกนของ OR21
ขอบเขตปองกนของ OR12
เปลยนสญญาณจาก
Guard (G12) เปน
Trip signal (T12)
OR12
Circuit BreakerTrip coil
+
G12
T12
Receiver
relay 12
-
UR12
เปลยนสญญาณจาก
Guard (G21) เปน
Trip signal (T21)
OR21
Circuit BreakerTrip coil
+
G21
T21
Receiver
relay 21
-
UR21
T
1 2
OR12
ตวสงสญญาณ
Transmitter 12
ตวรบสญญาณ
Receiver 12
T
ตวสงสญญาณ
Transmitter 21
ตวรบสญญาณ
Receiver 21
OR21
ขอบเขตปองกนของ UR12ขอบเขตปองกนของ UR21
UR12 UR21
ขอบเขตปองกนของ OR21
ขอบเขตปองกนของ OR12
เปลยนสญญาณจาก
Guard (G12) เปน
Trip signal (T12)
OR12
Circuit BreakerTrip coil
+
G12
T12
Receiver
relay 12
-
UR12
เปลยนสญญาณจาก
Guard (G21) เปน
Trip signal (T21)
OR21
Circuit BreakerTrip coil
+
G21
T21
Receiver
relay 21
-
UR21
เปลยนสญญาณจากเปลยนสญญาณจาก
OR12
Trip Signal to Circuit Breaker 12
Guard (G12) เปน
Trip signal (T12)ไปบส 2
G12T12
UR12
OR21
Trip Signal to Circuit Breaker 21
เปลยนสญญาณจาก
Guard (G21) เปน
Trip signal (T21)ไปบส 1
G21T21
UR21
OR12
Trip Signal to Circuit Breaker 12
Guard (G12) เปน
Trip signal (T12)ไปบส 2
G12T12
UR12
OR21
Trip Signal to Circuit Breaker 21
เปลยนสญญาณจาก
Guard (G21) เปน
Trip signal (T21)ไปบส 1
G21T21
UR21
เปลยนสญญาณจากเปลยนสญญาณจาก
OR12
Trip Signal to Circuit Breaker 12
Guard (G12) เปน
Trip signal (T12)ไปบส 2
G12T12
UR12
OR21
Trip Signal to Circuit Breaker 21
เปลยนสญญาณจาก
Guard (G21) เปน
Trip signal (T21)ไปบส 1
G21T21
UR21
OR12
Trip Signal to Circuit Breaker 12
Guard (G12) เปน
Trip signal (T12)ไปบส 2
G12T12
UR12
OR21
Trip Signal to Circuit Breaker 21
เปลยนสญญาณจาก
Guard (G21) เปน
Trip signal (T21)ไปบส 1
G21T21
UR21
149
EEG456 การปองกนระบบไฟฟากาลงและรเลย
แบบฝกหด
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
EEG456 การปองกนระบบไฟฟากาลงและรเลย
แผนการสอน
สปดาหท 11
เรอง การปองกนเครองกาเนดไฟฟา
วตถประสงคเชงพฤตกรรม
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
สอการสอน
เอกสารคาสอน สอการสอน Power Point ระบบ E-Learning บนทกการสอน
การประเมนผล
สอบถามความเขาใจ แบบทดสอบ
151
EEG456 การปองกนระบบไฟฟากาลงและรเลย
สปดาหท 11
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
EEG456 การปองกนระบบไฟฟากาลงและรเลย
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
EEG456 การปองกนระบบไฟฟากาลงและรเลย
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)
สเตเตอร (Stator)
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)
สเตเตอร (Stator)
+
-
154
EEG456 การปองกนระบบไฟฟากาลงและรเลย
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
EEG456 การปองกนระบบไฟฟากาลงและรเลย
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
EEG456 การปองกนระบบไฟฟากาลงและรเลย
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
EEG456 การปองกนระบบไฟฟากาลงและรเลย
• 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
ขดลวดสเตเตอร
'1I '2I
R
158
EEG456 การปองกนระบบไฟฟากาลงและรเลย
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
ขดลวดสเตเตอร
'1I
1I
F
R
ขดลวดสเตเตอร
'1I
1I
R
ขดลวดสเตเตอร
'1I
1I
F
R
ขดลวดสเตเตอร
'1I
F
R
ขดลวดสเตเตอร
'1I
F
159
EEG456 การปองกนระบบไฟฟากาลงและรเลย
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
เครองจกรกล
ไฟฟา
Neutral Impedance
หมอแปลงไฟฟา
เครองจกรกล
ไฟฟา
Solid Ground
เครองจกรกล
ไฟฟา
Neutral Impedance
หมอแปลงไฟฟา
160
EEG456 การปองกนระบบไฟฟากาลงและรเลย
• 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
EEG456 การปองกนระบบไฟฟากาลงและรเลย
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
เครองจกรกล
ไฟฟา
Solid Ground
เครองจกรกล
ไฟฟา
Neutral Impedance
หมอแปลงไฟฟา
R R
เครองจกรกล
ไฟฟา
Solid Ground
เครองจกรกล
ไฟฟา
Neutral Impedance
หมอแปลงไฟฟา
R R
เครองจกรกล
ไฟฟา
Solid Ground
เครองจกรกล
ไฟฟา
Neutral Impedance
หมอแปลงไฟฟา
R R
เครองจกรกล
ไฟฟา
Solid Ground
เครองจกรกล
ไฟฟา
Neutral Impedance
หมอแปลงไฟฟา
R R
162
EEG456 การปองกนระบบไฟฟากาลงและรเลย
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)
เครองจกรกล
ไฟฟา
มการตอนวทรอลลงดน
แตไมสามารถตดตง CT ได
RbRc
Ra
Rg
เครองจกรกล
ไฟฟา
มการตอนวทรอลลงดน
แตไมสามารถตดตง CT ได
RbRc
Ra
Rg
163
EEG456 การปองกนระบบไฟฟากาลงและรเลย
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
เครองจกรกล
ไฟฟา
EarthingTransformer
เครองจกรกล
ไฟฟา
RR
Loading Resistor
Over Current Relay
เครองจกรกล
ไฟฟา
EarthingTransformer
เครองจกรกล
ไฟฟา
Loading Resistor
Over Voltage Relay
R
เครองจกรกล
ไฟฟา
EarthingTransformer
เครองจกรกล
ไฟฟา
RR
Loading Resistor
Over Current Relay
เครองจกรกล
ไฟฟา
EarthingTransformer
เครองจกรกล
ไฟฟา
Loading Resistor
Over Voltage Relay
R
164
EEG456 การปองกนระบบไฟฟากาลงและรเลย
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
ขดลวดสเตเตอร
1i 2i
Operating Coil
Restraint CoilRestraint Coil
ขดลวดสเตเตอร
1i 2i
Operating Coil
Restraint CoilRestraint Coil
Positive torque region
Negative torque region
21 ii −
Positive torque region
Negative torque region
21 ii −
165
EEG456 การปองกนระบบไฟฟากาลงและรเลย
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
ขดลวดสเตเตอร
F
R
F
หมอแปลงกระแสอมตว
มการตอบสนองเหมอนลดวงจรR
ขดลวดสเตเตอร
F
R
F
หมอแปลงกระแสอมตว
มการตอบสนองเหมอนลดวงจร
166
EEG456 การปองกนระบบไฟฟากาลงและรเลย
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
EEG456 การปองกนระบบไฟฟากาลงและรเลย
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
EEG456 การปองกนระบบไฟฟากาลงและรเลย
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
EEG456 การปองกนระบบไฟฟากาลงและรเลย
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
EEG456 การปองกนระบบไฟฟากาลงและรเลย
แบบฝกหด
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
EEG456 การปองกนระบบไฟฟากาลงและรเลย
แผนการสอน
สปดาหท 12
เรอง การปองกนมอเตอร
วตถประสงคเชงพฤตกรรม
1. เพอใหนกศกษาไดทราบถงสงทพจารณาในการปองกนมอเตอร
2. เพอใหนกศกษาไดเขาใจวธการปองกนขดลวดสเตเตอรของมอเตอร
3. เพอใหนกศกษาไดเขาใจวธการปองกนกระแสเกนในเฟสของมอเตอร
4. เพอใหนกศกษาไดเขาใจวธการปองกนการลดวงจรลงดนในมอเตอร
5. เพอใหนกศกษาไดเขาใจวธการปองกนมอเตอรดวยรเลยผลตาง
6. เพอใหนกศกษาไดเขาใจวธการปองกนการลดวงจรในโรเตอร
7. พอใหนกศกษาไดเขาใจวธการปองกนมอเตอรจากสภาวะผดปกตของแหลงจายไฟฟา
เนอหา
สงทพจารณาในการปองกนมอเตอร การปองกนขดลวดสเตเตอรของมอเตอร การปองกนกระแส
เกนในเฟสของมอเตอร การปองกนการลดวงจรลงดนในมอเตอร การปองกนมอเตอรดวยรเลยผลตาง การ
ปองกนการลดวงจรในโรเตอร การปองกนมอเตอรจากสภาวะผดปกตของแหลงจายไฟฟา
สอการสอน
เอกสารคาสอน สอการสอน Power Point ระบบ E-Learning บนทกการสอน
การประเมนผล
สอบถามความเขาใจ แบบทดสอบ
172
EEG456 การปองกนระบบไฟฟากาลงและรเลย
สปดาหท 12
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
EEG456 การปองกนระบบไฟฟากาลงและรเลย
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
EEG456 การปองกนระบบไฟฟากาลงและรเลย
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
EEG456 การปองกนระบบไฟฟากาลงและรเลย
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
EEG456 การปองกนระบบไฟฟากาลงและรเลย
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
EEG456 การปองกนระบบไฟฟากาลงและรเลย
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
EEG456 การปองกนระบบไฟฟากาลงและรเลย
ประมาณ 50% ของพกด ทาให Reset กอนทรเลยกระแสเกนจะสงทางานในกรณทมอเตอรเรมเดนเครอง
ไปปกต
รปท 12.4 การใชรเลยกระแสเกนรวมกบสวตชความเรวศนยหรอรเลยระยะทางในการปองกนมอเตอร
รปท 12.5 การทางานของรเลยระยะทางในการปองกนมอเตอรไมหมน
179
EEG456 การปองกนระบบไฟฟากาลงและรเลย
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
EEG456 การปองกนระบบไฟฟากาลงและรเลย
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
EEG456 การปองกนระบบไฟฟากาลงและรเลย
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
EEG456 การปองกนระบบไฟฟากาลงและรเลย
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
EEG456 การปองกนระบบไฟฟากาลงและรเลย
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
EEG456 การปองกนระบบไฟฟากาลงและรเลย
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
EEG456 การปองกนระบบไฟฟากาลงและรเลย
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
EEG456 การปองกนระบบไฟฟากาลงและรเลย
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
EEG456 การปองกนระบบไฟฟากาลงและรเลย
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
EEG456 การปองกนระบบไฟฟากาลงและรเลย
แบบฝกหด
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
EEG456 การปองกนระบบไฟฟากาลงและรเลย
แผนการสอน
สปดาหท 13
เรอง การปองกนหมอแปลงกาลง
วตถประสงคเชงพฤตกรรม
1. เพอใหนกศกษาไดทราบถงการเกดความผดพรองในหมอแปลงกาลง
2. เพอใหนกศกษาเขาใจวธการปองกนกระแสเกนในหมอแปลงกาลง
3. เพอใหนกศกษาไดทราบผลของกระแสเหนยวนาพงเขาและวธการแกปญหาในการปองกนหมอ
แปลงกาลง
4. เพอใหนกศกษาไดเขาใจวธการปองกนการลดวงจรลงดนแบบจากด
เนอหา
ปจจยทมผลตอการปองกนหมอแปลงกาลง การปองกนกระแสเกนในหมอแปลงกาลง ผลของการ
ตอขดลวดทมตอกระแสลดวงจร การลดวงจรในหมอแปลงกาลง การเกดกระแสเหนยวนาพงเขาและการ
แกปญหาในการปองกน การปองกนการลดวงจรลงดนแบบจากด
สอการสอน
เอกสารคาสอน สอการสอน Power Point ระบบ E-Learning บนทกการสอน
การประเมนผล
สอบถามความเขาใจ แบบทดสอบ
190
EEG456 การปองกนระบบไฟฟากาลงและรเลย
สปดาหท 13
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
ระบบไฟฟากาลง
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
EEG456 การปองกนระบบไฟฟากาลงและรเลย
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
EEG456 การปองกนระบบไฟฟากาลงและรเลย
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
EEG456 การปองกนระบบไฟฟากาลงและรเลย
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
EEG456 การปองกนระบบไฟฟากาลงและรเลย
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
EEG456 การปองกนระบบไฟฟากาลงและรเลย
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
คากระแส
เวลา
คากระแส
เวลา
คากระแส
เวลา
196
EEG456 การปองกนระบบไฟฟากาลงและรเลย
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
EEG456 การปองกนระบบไฟฟากาลงและรเลย
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
EEG456 การปองกนระบบไฟฟากาลงและรเลย
แบบฝกหด
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
3.2 รเลย RT2 มคาการปรบตงทเหมาะสมหรอไม เพราะเหตใด
3.3 รเลย RT3 มคาการปรบตงทเหมาะสมหรอไม เพราะเหตใด
1 2
3R
1 2
3R
199
EEG456 การปองกนระบบไฟฟากาลงและรเลย
รปท P13.2
200
EEG456 การปองกนระบบไฟฟากาลงและรเลย
กจกรรมมอบหมาย
1. ใหใชโปรแกรมสาเรจรปประเภท Demo หรอ Freeware ทาการทดลองออกแบบการปรบตงรเลย
R1 และ R2 จากระบบทมขอมลตอไปน (สามารถดวดทศนสาธตวธการทาไดทาง E-Learning)
R1
R2
201
EEG456 การปองกนระบบไฟฟากาลงและรเลย
แผนการสอน
สปดาหท 14
เรอง การปองกนแบบผลตางและการปองกนเฉพาะในหมอแปลงกาลง
วตถประสงคเชงพฤตกรรม
1. เพอใหนกศกษาไดทราบถงวธการปองกนแบบผลตางในหมอแปลงกาลง
2. เพอใหนกศกษาสามารถคานวณการปองกนแบบผลตางในหมอแปลงกาลงได
3. เพอใหนกศกษาไดเขาใจวธการปองกนหมอแปลงกาลงดวยรเลยตรวจจบกาซ
4. เพอใหนกศกษาไดเขาใจวธการปองกนอณหภมสงในหมอแปลงกาลง
5. เพอใหนกศกษาไดเขาใจการปองกนการผดพรองในแกนเหลกของหมอแปลงกาลง
เนอหา
การปองกนแบบผลตางในหมอแปลงกาลง การปองกนหมอแปลงกาลงดวยรเลยตรวจจบกาซ การ
ปองกนฟลกซแมเหลกเกนในหมอแปลงกาลง การปองกนอณหภมสงในหมอแปลงกาลง การผดพรองใน
แกนเหลกของหมอแปลงกาลง
สอการสอน
เอกสารคาสอน สอการสอน Power Point ระบบ E-Learning บนทกการสอน
การประเมนผล
สอบถามความเขาใจ แบบทดสอบ
202
EEG456 การปองกนระบบไฟฟากาลงและรเลย
สปดาหท 14
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)
ดงนนจะไดวา
ss inNinN 222111 = (14.4)
R
1:1 n1N
pi1si1
pi2
R
1:1 n1N
pi1si1
pi2
203
EEG456 การปองกนระบบไฟฟากาลงและรเลย
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
EEG456 การปองกนระบบไฟฟากาลงและรเลย
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
EEG456 การปองกนระบบไฟฟากาลงและรเลย
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
EEG456 การปองกนระบบไฟฟากาลงและรเลย
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
EEG456 การปองกนระบบไฟฟากาลงและรเลย
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
EEG456 การปองกนระบบไฟฟากาลงและรเลย
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
EEG456 การปองกนระบบไฟฟากาลงและรเลย
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
EEG456 การปองกนระบบไฟฟากาลงและรเลย
แบบฝกหด
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
EEG456 การปองกนระบบไฟฟากาลงและรเลย
แผนการสอน
สปดาหท 15
เรอง การปองกนบส
วตถประสงคเชงพฤตกรรม
1. เพอใหนกศกษาไดเขาใจหลกการปองกนการลดวงจรในบสของสถานไฟฟา
2. เพอใหนกศกษาเขาใจวธการปองกนแบบเปอรเซนตผลตางในบส
3. เพอใหนกศกษาเขาใจวธการปองกนดวยรเลยแรงดนแบบอมพแดนซสง
4. เพอใหนกศกษาเขาใจวธการปองกนดวยตวเชอมตอแบบเชงเสน
5. เพอใหนกศกษาไดเขาใจวธการปองกนลดวงจรบสดวยการเปรยบเทยบทศทาง
เนอหา
หลกการปองกนบส การปองกนการลดวงจรในบส การแบงขอบเขตการปองกนบส การปองกน
บสดวยรเลยแรงดนแบบอมพแดนซสง การปองกนดวยตวเชอมตอแบบเชงเสน การปองกนดวยวธ
เปรยบเทยบทศทาง
สอการสอน
เอกสารคาสอน สอการสอน Power Point ระบบ E-Learning บนทกการสอน
การประเมนผล
สอบถามความเขาใจ แบบทดสอบ
212
EEG456 การปองกนระบบไฟฟากาลงและรเลย
สปดาหท 15
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
EEG456 การปองกนระบบไฟฟากาลงและรเลย
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
EEG456 การปองกนระบบไฟฟากาลงและรเลย
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
EEG456 การปองกนระบบไฟฟากาลงและรเลย
รปท 15.6 การแบงสวนบสของการจดบสแบบบสคเบรกเกอรเดยว
รปท 15.7 ขอบเขตการปองกนของการจดบสแบบบสคเบรกเกอรเดยวทมการแบงสวนบส
ในกรณการจดบสแบบหนงเบรกเกอรครง (Breaker and a half) ซงเปนวธการจดบสทนยมใชใน
ระบบ EHV มากทสดจะสามารถแสดงขอบเขตการปองกนและตาแหนงทตดตงหมอแปลกระแสดงรปท
15.8
216
EEG456 การปองกนระบบไฟฟากาลงและรเลย
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
EEG456 การปองกนระบบไฟฟากาลงและรเลย
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
EEG456 การปองกนระบบไฟฟากาลงและรเลย
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
EEG456 การปองกนระบบไฟฟากาลงและรเลย
แบบฝกหด
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
สปดาหท 16
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