บททีี่4 - · pdf file– เช น overcurrent relay...

ภาควิชาวิศวกรรมไฟฟากําลัง คณะวิศวกรรมศาสตร มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีมหานครหนาที่ 1 ของจํานวนทั้งหมด 51 หนา

เอกสารประกอบการสอน วิชา “EEPW 0424 Electrical Power System Protection”บทท่ี 4 “หลักการของรีเลยปองกัน”ประจําภาคเรียนท่ี 2 ปการศึกษา 2547 สงวนสิทธ์ิตามกฎหมายหามลอกเลียน

ฉบับปรับปรุงใหมโดย : อาจารยไชยพร หลอทองคํา

1

บทท่ี 4บทท่ี 4

หลักการของรีเลยปองกัน( Protective Relay Principles )

2

4.1 บทนํา4.1 บทนํา

• Protective Relays มีหนาท่ีตรวจสอบสภาวะของระบบไฟฟา โดยรับสัญญาณจาก VT และ CT

• เม่ือคาสัญญาณท่ีตรวจสอบเกินกวา “ คาท่ีปรับต้ัง” รีเลยจะทําใหหนาสัมผัส ( Contact ) ปด มีกระแสไหลผาน Trip Coil ของ CB

• CB จะเปดวงจรเพ่ือแยกสวนท่ีเกิดความผิดพรองออกจากระบบ




3รูปที่ 4.1 สวนประกอบของระบบปองกัน

68

1 3

a

5

2

4

7

Bus

4

4.2 หลักการตรวจจับการเกิดผิดพรอง ( Detection of Fault ) ของรีเลย

4.2 หลักการตรวจจับการเกิดผิดพรอง ( Detection of Fault ) ของรีเลย

• การตรวจวัดระดับ ( Level Detection )– วัดระดับปริมาณตางๆ ของระบบไฟฟา เชน กระแส หรือ แรงดัน

– คาท่ีเร่ิมใหรีเลยทํางานเรียกวา “Pick up Value”– เชน Overcurrent Relay เม่ือกระแสที่ไหลผานมากกวาคา Pick Up รีเลยจะทํางาน




5รูปที่ 4.2 รีเลยเปรียบเทียบกระแสในวงจรขนาน

R

IA

IB

• เปรียบเทียบปริมาณตาง ๆตัวอยางเชน – เปรียบเทียบกระแสในวงจรขนาน IA และ IB

• ถากระแสมีคาตางกันเกินคาที่ตั้งไวรีเลยจะทํางาน

การเปรียบเทียบขนาด ( Magnitude Comparison )

6

การเปรียบเทียบความแตกตางของกระแส ( Differential Current Comparison )

– การทํางานแบบน้ีจะมีความไวมาก

– โดยใชคากระแสผลตาง ( I1 - I2 ) ผานเขารีเลย – เมื่อกระแสผลตางมากกวา คา Pick Up รีเลยจะทํางาน– ใชปองกัน

• เครื่องกําเนิดไฟฟา ( 87 G )• มอเตอร ( 87 M )• บัส ( 87 B )• หมอแปลงไฟฟา ( 87 T )




7

รูปที ่4.3 การเปรียบเทียบกระแสผลตาง

R

I'1 I'2

I1 I2

(I1 - I2)

I1 I2

8รูปที่ 4.4 การเปรียบเทียบมุมเฟส

การเปรียบเทียบมุมเฟส ( Phase Angle Comparison )

• เปรียบเทียบมุมเฟสของปริมาณ 2 ปริมาณ • โดยทั่วไปปริมาณหน่ึงจะเปนกระแส (I)• และมีปริมาณอางอิงอ่ืน เชน แรงดัน (V)

R

IF

ILOAD

IF

ILOAD

R

V

∅

IF

ILOAD

∅

IF

ILOAD

V




9

• อาศัยสัญญาณจากรีเลยที่อยูสถานีไฟฟายอยอ่ืน

• สัญญาณจะถูกสงผาน “Pilot Channels”

• Pilot Channels อาจใชเปน

1) Power Line Carrier ( PLC )

2) คลื่นไมโครเวฟ ( Microwave )

3) เสนใยแกวนําแสง ( Fiber Optic )

4) สายโทรศัพท ( Telephone Wire )

ไพลอทรีเลย ( Pilot Relaying )

10

• รีเลยบางชนิดจะม ีFilter เพื่อใชตรวจวัดฮารมอนิคส

• เมื่อพบวามฮีารมอนิคสบาง Order จะสงสัญญาณปองกัน

(Block)

• เพื่อยับยั้งไมใหรีเลยทํางาน ( Harmonics Restraint ) เน่ืองจากผลของสัญญาณฮารมอนิคสที่เกิดข้ึน

การตรวจจับฮารมอนิคส ( Harmonics Content )




11

• ระบบไฟฟากําลัง ปกติจะมีความถี ่50 หรือ 60 Hz • เมื่อเกิดเหตุการณผิดปกติข้ึนในระบบ อาจทําใหความถ่ีของระบบสูงข้ึนหรือลดต่ําลงได

• สามารถประยุกตใชคาความถ่ีที่เปลี่ยนไปน้ี เปนสัญญาณกระตุนใหรีเลยทํางานได

การตรวจจับความถี ่ ( Frequency Sensing )

12

แบงตามหลักการทํางานไดเปน 3 ชนิด คือElectromechanical Relay

Solid State Relay

Digital Relay

4.3 ชนิดของรีเลยปองกัน




13

4.4 Electromechanical Relay

• อาศัยกระแสไฟฟา เพื่อสราง “แรงดึงดูด” หรือ “แรงบิด” ใหเกิดข้ึน เปนกลไกใหรีเลยทํางาน

• อาจแบงไดเปน 2 กลุม ดังน้ี

1) รีเลยแบบอาศัยแรงดูดแมเหล็กไฟฟา

( Electromagnetic Attraction )

2) รีเลยแบบอาศัยการเหน่ียวนําแมเหล็กไฟฟา

( Electromagnetic Induction )

14

สมการ

F = K1I2 - K2

โดยท่ีF คือ แรงสุทธิI คือ กระแสK1 คือ คาคงท่ีK2 คือ แรงเหนี่ยวร้ังของสปริง

• รีเลยแบบอาศัยแรงดูดแมเหล็กไฟฟา




15

รีเลยแบบอาศัยแรงดูดแมเหล็กไฟฟา แบงไดเปน 2 กลุม คือ

1. Plunger Relay2. Hinged Armature ( Clapper ) Relay

Current upPick 1K2K I ==∴

⎥⎥⎥

⎦

⎤

⎢⎢⎢

⎣

⎡

0 2K2I1K =−

16

รูปที่ 4.5 Plunger Relay

Coil

Fixed Iron Core

Moving Iron Core

Contact

Gravity

I




17

Contact

Fixed Iron Core

Moving Iron Core

Fulcrum

Contact

Coil

SpringI

รูปที่ 4.6 Hinged Armature Relay

18

• รีเลยแบบอาศัยการเหน่ียวนําแมเหล็กไฟฟา

อาศัยหลักการทํางานแบบเดียวกันกับ Induction Motor

ตัวหมุน ( Rotor ) อาจเปน Disc หรือ Cup ทําดวยสารท่ีไมใชแมเหล็ก ( Non-magnetic Material ) เชน อะลูมิเนียมหรือทองแดง




19

ตัวอยาง Induction Disk Directional Element

20

รูปที่ 4.7 แรงบิดที่เกิดจากปฏิกิริยาระหวางสนามแมเหล็กไฟฟาและ Eddy Current




21

สมมุติวา Flux φ1 และ φ2 มีมุมตางกัน θ

t)( sin 11 ωφφ =∴

)t( sin 22 θωφφ +=

t)( cos 1dt

d1i ωφ

φ 1 ∝∝∴

)t( cos 2dt

d2i θωφ

φ+∝∝ 2

22

แรงท้ัง 2 ท่ีเกิดขึ้นจะมีทิศตรงขามกัน ซึ่งไดแรงลัพธเปน

⎟⎟⎟

⎠

⎞

⎜⎜⎜

⎝

⎛

⎟⎟

⎠

⎞

⎜⎜

⎝

⎛ −∝−=∴ 2I 11I 1 1F2FF φφ

แทนคาจะได

)]t( cos t)( sin - t)( cos)t( [sin 2 1 F θωωωθωφφ ++∝

)( sin 2 1 θφφ∝∴ F




23

ถาคิดเปนแรงบิดจะได

)sin(21 T θφφ ∝⇒

)sin(21K θφφ =∴ T

และถา Flux φ1 และ φ2 เกิดจากกระแส I1 และ I2อาจเขียนสมการใหมไดเปน

2K )sin( 2I 1IK T −=∴ θ

24

โดยท่ีT คือ แรงบิดK คือ คาคงท่ีK2 คือ แรงบิดเหนี่ยวรั้งI1 , I2 คือ กระแสท่ีไหลผานขดลวด

2K )sin( 2I 1IK T −=∴ θ




25

ตัวอยางรีเลย แบบ Electromechanical Relay

Induction Disk Inverse Time Overcurrent Unit. Induction Cylinder Mho Unit.

26

ตัวอยางรีเลย แบบ Electromechanical Relay




27

- มีการพัฒนาสารกึ่งตัวนําและอุปกรณที่เกี่ยวของอ่ืนๆมาใชทําเปนรีเลยปองกัน

- เรียกวา “Solid State Relays” หรือ “Static Relays”- มีการทํางานและลักษณะสมบัติทุกอยางเหมือนรีเลยไฟฟากล- ใช Discrete Components หรือ Integrated Circuits ( IC )- รีเลยรุนแรกๆ ยังมีปญหาเกี่ยวกับ สภาพแวดลอมใชงาน เชน

• อุณหภูมิ• ความชื้น• แรงดันเกิน• กระแสเกินมากๆ

4.5 Solid State Relay ( Static Relay )4.4.55 Solid State Relay ( Static Relay )Solid State Relay ( Static Relay )

28

- จากการพัฒนาอยางตอเน่ือง ทําใหปจจุบันสามารถแกปญหา

ดังกลาวได

- รีเลยแบบ Static Relays ตองการ Independent Power Supplies

- ลักษณะสมบัติ Adjustable Logic Elements ผิดกับลักษณะ Fixed

ของรีเลยไฟฟากล

4.5 Solid State Relay (ตอ...)




29

ตัวอยางวงจรอิเล็คทรอนิคสของรีเลยกระแสเกิน แบบ Staticตัวอยางวงจรอิเล็คทรอนิคสของรีเลยกระแสเกิน แบบ Static

TimeDelayτ

I

Be2e1

R - C

er

A e0+-

รูปที่ 4.12 วงจรอิเล็คทรอนิคสในรีเลยกระแสเกินแบบ Static

30

รูปที่ 4.13 รูปคลื่นสัญญาณในรีเลยกระแสเกินแบบ Static




31

จากรูป 4.12• เมื่อมีกระแส I ไหลผานความตานทาน (R) เปนสัญญาณขา

เขาวงจร Full Wave Rectified

• สัญญาณถูกสงเขาสูวงจรกรองคลื่นแบบ R-C

• จากน้ันสัญญาณถูกสงผาน เขาสูวงจรขยายผลรวม

(Summing Amplifier : A)

• โดยมีสัญญาณเปรียบเทียบเปนคาอางอิงที่ A ซ่ึงสามารถ

ปรับตั้งคาได ( er )

• เมื่อสัญญาณเขาเกินคาอางอิง จะเขาสูโหมด Time Delay และ

ใหสัญญาณขาออกตอไป

32ตัวอยาง Static Relay




33

ตัวอยางรีเลย แบบ Static Relay

34

• เทคโนโลยี Microprocessor มีการพัฒนากาวหนามากขึ้น

ซึ่งสวนใหญใชกันในดาน Digital Computer

• สามารถนํามาประยุกตใชงานเปนรีเลยปองกันได

เรียกวา “Computer Relays” หรือ “Digital Relay”• ปจจุบันนิยมใชงานกันมาก เนื่องจากมีความหลากหลายของฟงกชันการใชงาน (Multi-Functional)

4.6 Digital Relay4.6 Digital Relay




35รูปที่ 4.14 Digital Relay Diagram

S/H

S/H

S/H

S/H

S/H

S/H

Multi-Plexer ADC Micro

Processor

RAMROM EEPROM

DigitalI/O

Ke yb or d&

Display

SerialComms

ToModem

Timer

Opto-Iso latorCB Open

CB Trip

Reed Relay

GalvanicIsola tio n

Transformer

Anti-AliasFilters

36Example of a Digital Transmission Relay




37

Isolation Transformer , ใชแยกวงจรและแปลงสัญญาณ

Anti - Alias Filter , ใชกรองสัญญาณรบกวนออกจากระบบSample and Hold , ใชสุมสัญญาณ (Switch & Hold Mode)

Multiplexer ( MUX ) , ใชเลือกและเรียงลําดับของสัญญาณ

Analog to Digital Converter ( ADC ) , แปลง A – to - D

Microprocessor , ใชวิเคราะหและประมวลผลสัญญาณ

Memory Unit , ใชเก็บขอมูล (หนวยความจํา)

Keyboard and Display , ใชในการปอนสําสั่งและแสดงผลData Communication Hardware , ใชสงสัญญาณขอมูลในระบบ

สวนประกอบที่สําคัญของ Digital Relay

38

• รีเลยไดรับสัญญาณบอกเหตุมาจาก Instrument Transformers คือ

– รับคาแรงดันจาก VT ในชวง 100-120 V หรือ

– รับคากระแสจาก CT ที่คาประมาณ 1 หรือ 5 A

• จึงจําเปนตองแปลงคาสัญญาณแรงดันหรือกระแส ใหมีคาเล็กลง

เพื่อใหสามารถใชงานกับวงจร Electronics ได โดยไมเสียหาย

• ใชแยกวงจรไฟฟาของ VT หรือ CT ออกจากระบบไฟฟาของรีเลย

โดยเด็ดขาด

Digital Relay ตอ…Digital Relay ตอ…

1. Isolation Transformer




39

• เน่ืองจากคาที่ไดรับจาก Isolation Transformer อาจมีสัญญาณ

รบกวน ( Noise ) ปนอยู

• จึงตองกรองสัญญาณรบกวนออกจากสัญญาณที่ตองการ

• Filter มีทั้งเปนแบบ Analog และแบบ Digital

• อัตราการสุมสัญญาณ ( Sampling Rate ) จะตองไมนอยกวา 2

เทา ของความถ่ีสัญญาณที่ถูกสุม


2. Anti-Alias Filter

40

แบงออกเปน 2 Mode โดยการสวิตชจะถูกควบคุมดวยMicroprocessor ซ่ึงแตละ Mode มีหนาที่ดังน้ี

• Switch Mode สวิตชจะปดวงจร สัญญาณ Input ที่เขามาจะถูกขยายโดย Amplifier เปนสัญญาณแรงดันครอมตัวเก็บประจุ

• Hold Mode ใน Mode น้ี สวิตชจะเปดวงจร แตยังมีแรงดันตกครอมที่ตัวเก็บประจุ ซ่ึงคอนขางคงที่ เพ่ือใหเวลาแก ADC ในการทํางาน ใชเวลาประมาณ 25 µs


3. Sample and Hold




41

รูปที่ 4.15 วงจรอยางงายของ Sample and Hold

To ADCInput

AnalogueSignal

Controlled byMicroprocessor

42

• เน่ืองจากตัวแปลงสัญญาณจาก Analog เปน Digital ( ADC ) มี

ราคาแพงมาก

• ดังน้ันผูออกแบบจึงมักออกแบบใหใช ADC เพียงตัวเดียว เพ่ือ

ลดตนทุน

• แตเน่ืองจากมีสัญญาณเขาหลายสัญญาณ จึงตองใช

Multiplex (MUX) เปนตัวเลือกและเรียงลําดับสัญญาณขาเขา

กอนเขาสูวงจรแปลง ADC


4. Multiplexer ( MUX )




43

5. Analog to Digital Converter ( ADC )• ทําหนาที่แปลงสัญญาณ Analog ที่ไดจาก Multiplexer (MUX) เปนสัญญาณ Digital แลวสงเขาสู Microprocessor


6. Microprocessor• เปนศูนยกลางในการทํางาน

• ทําหนาที่ คํานวณ วิเคราะห เปรียบเทียบ และ สงขอมูลเขาสูระบบแสดงผล หรือ หนวยความจํา หรือ สั่ง Trip CB

• ขึ้นอยูกับคําสั่งจาก Software ( Algorithm ) ที่ใช

44

ดังน้ัน จึงตองพิจารณาที่ Software ดังน้ี

– Programming Language

– Computation Algorithm

– Data Communication Algorithm

– Unauthorized Access Prevention and Security Operation


6. Microprocessor (ตอ)




45

• RAM ( Ramdom Access Memory )

จํา Input Sample Data กอนและหลังการเกิด Faults เพ่ือ

การวิเคราะหภายหลัง แต Data จะถูกลบไปเมื่อไฟดับ

• ROM ( Read Only Memory )

• PROM ( Programmable Read Only Memory )

• EPROM ( Erasable Programmable Read Only Memory )


7. หนวยความจํา ( Memory Unit )

46

• ในกลุมหนวยความจําแบบที่ใชเก็บขอมูลอยางถาวร (ROM) นิยมใชงาน EPROM กันมากที่สุด เพราะเปนแบบ User Programmable

• EEPROM ( Electrical Erasable Programmable Read OnlyMemory ) หรือ Flash Memory สามารถเปลี่ยนแปลงขอมูลไดโดยผูใช เมื่อ Set แลวขอมูลจะยังคงอยูแมไฟดับ


7. หนวยความจํา ( Memory Unit )




47

• ใชรับขอมูลหรือคําสั่งทางแปนพิมพ และ

• แสดงผลออกทางหนาจอ


8. สวนปอนขอมูลและแสดงผล ( Keyboard and Display )

48

• สายสงระบบสื่อสารที่ใชมากที่สุด คือ RS 232 และ RS 485

• RS 232 ใชกับ Series Port

– ความเร็วนอยกวา 10 kbits/sec

– ระยะทางการใชงานคอนขางสั้น

• RS 485 ใชกับ Parallel Port

– ความเร็วในการสงมีสูงถึง 10 Mbits/sec

– ระยะทางไปไดไกล สามารถตอกันไดถึง 32 Devices


9. Data Communication Hardware




49

ตัวอยางรีเลย แบบ Digital Relay

50

1. Series Sealing

ก) แบบ Series Sealing

4.7 วงจรทริพของรีเลย ( Relay Tripping Circuit )4.7 วงจรทริพของรีเลย ( Relay Tripping Circuit )

TCPR 52a

Auxiliary Contactor ท่ีตออนุกรมกับ Contact ของรีเลย จะรับกระแส เม่ือ Contact ของรีเลยปองกันปด Auxi. Contact จะปด Contact ตัวเองขนานกับ Contact ของรีเลย ชวยลดภาระของรีเลย Contact ไมใหตองรับกระแสสูง และชวยทําใหวงจร Trip อยางม่ันคง แมวา Contact ของรีเลยจะไมคอยแนนก็ตาม เวลาในการ Trip จะไมเพิ่มข้ึน




51

1. Series Sealing (ตอ)4.7 วงจรทริพของรีเลย ( ตอ... )4.7 วงจรทริพของรีเลย ( ตอ... )

ขอเสีย :• สวนท่ีตออนุกรมจะตองมีขดลวดท่ีพอเหมาะ (Matched) กับวงจร Trip ท่ีตออยู• ขดลวดของ Contactor จะตองมี Impedance ตํ่า แรงดันตกครอมประมาณไม

เกิน 5% ของแรงดันท้ังหมดในวงจร• เม่ือใชรวมกับรีเลยความเร็วสูง ปกติถาปด Contact คูหนึ่งแลวจะตัดกระแสผาน

ตัวเองออก Contactor จะตองเร็วพอท่ีจะทํางานในกรณีเชนนี้ และตองบังคับตัวช้ีบอกใหทํางานกอนท่ีกระแสในขดลวดของตัวเองจะถูกตัดออก ซ่ึงอาจทําใหเกิดปญหาในการออกแบบ ในกรณีท่ีมี Contactor หลายๆ ตัวตองทํางานขนานกัน เพื่อบังคับใหรีเลยทํางาน

52

2. Shunt Reinforcing4.7 วงจรทริพของรีเลย ( ตอ... )4.7 วงจรทริพของรีเลย ( ตอ... )

Contact ของรีเลยจะจัดไวให Trip Circuit Breaker และในขณะเดียวกันก็จะไปหลอเล้ียง Auxiliary Contactor ซ่ึงจะไปชวยเสริม (Reinforce) Contact ไปหลอเล้ียงขดลวด Trip

ข) แบบ Shunt Reinforcing

TCPR 52a




53

2. Shunt Reinforcing (ตอ..)

4.7 วงจรทริพของรีเลย ( ตอ... )4.7 วงจรทริพของรีเลย ( ตอ... )

• ในกรณีนี้รีเลยจะตองมี Contact 2 ชุด เพราะการจะหลอเล้ียงขดลวด Trip และขดลวดของ Contactor ขนานพรอมๆ กันนั้นทําไมได

• เนื่องจากวาถารีเลยหลายตัวไปส่ัง Trip Circuit Breaker ตัวเดียวกัน แลว

• เม่ือรีเลยตัวใดตัวหนึ่งทํางาน รีเลยชวยท้ังหมดก็จะถูกหลอเล้ียงขนานกัน

• ซ่ึงจะเปนผลทําใหตัวช้ีบอกสับสนมาก

54

3. Shunt Reinforcement with Sealing4.7 วงจรทริพของรีเลย ( ตอ... )4.7 วงจรทริพของรีเลย ( ตอ... )

• เปนการนําวงจรแบบ Shunt Reinforcing มาใชกับรีเลยท่ีมีแรงฉุดตํ่า (Low Torque) ทําใหมีโอกาสท่ี Contact ของรีเลยจะปดไมแนนหรือเกิดการส่ัน

ค) แบบ Shunt Reinforcement with Sealing

TCPR 52a




55

3. Shunt Reinforcement with Sealing

4.7 วงจรทริพของรีเลย ( ตอ... )4.7 วงจรทริพของรีเลย ( ตอ... )

• ถาใชวิธีแบบ Shunt Reinforcing อยางเดียว อาจทําใหเกิดการส่ันท่ี Contact ของรีเลย

• อาจทําใหท้ัง Contact ของรีเลย และ ตัว Contactor ไหมเสียหายได

• การส่ันของ Contact จะหมดไป เม่ือ Circuit Breaker ปดวงจรแลว

56

4.8 การควบคุมดูแลวงจรทริพ ( Supervision of Trip Circuit )4.8 การควบคุมดูแลวงจรทริพ ( Supervision of Trip Circuit )

• วงจรทริพ เปนสวนท่ีสําคัญ โดยท่ัวไปจะตอผานอุปกรณหลายชิ้น นอกจากตัวรีเลยเองแลวยังอาจจะตอผาน ฟวส , สาย , Contact, Switch หรืออุปกรณอ่ืนๆ

• ในบางกรณีวงจรทริพอาจจะใชสายยาวมาก หรือ มีจุดเชื่อมตอหลายแหง • ดวยเหตุนี้จึงตองมีการควบคุมดูแลวงจรทริพใหทํางานเปนปกติ • ตัวอยางการควบคุมดูแลวงจรทริพ แสดงดังรูปท่ี 4.17




57รูปท่ี 4.17 การควบคุมดูแลวงจรทริพ


TCPR 52a

Lamp

จุดเช่ือม

R

ก) การควบคุมดูแลวงจรทริพ ขณะท่ี Circuit Breaker ปดอยู

TCPR 52a

Lamp

52b

จุดเช่ือม

R

ข) การควบคุมดูแลวงจรทริพ ขณะท่ี Circuit Breaker ปด หรือ เปด อยู

58


• ทั้งสองกรณีปกติจะเพิ่มสวิตชแบบปุมกด (Push Button) โดยตออนุกรมกับหลอดไฟ เพื่อใชกดดูเฉพาะเมื่อตองการเทานั้น

• ทั้งสองวิธีนี้ใชไดในกรณีที่อยูในสถานีจายไฟยอยหรือจุดที่มีการควบคุมดูแลโดยตรง

• ในกรณีที่ตองใชวิธีส่ังการมาจากสถานีอื่น (Pilot Protection) ตองมีสัญญาณสงไปโดยใชรีเลย ดังรูปที่ 4.17 ค)




59รูปท่ี 4.17 (ตอ) การควบคุมดูแลวงจรทริพ


ค) การควบคุมดูแลขณะที ่Circuit Breaker ปด หรือ เปด อยู โดยมีสัญญาณเตือนภัยระยะไกล

A

TCPR 52a

C

Alarm

BRR

60


• เมื่อวงจรยังอยูในสภาพปกต ิรีเลย A และ B หรือทั้งสองจะมี

สัญญาณไปหลอเลี้ยงรีเลย C และสัญญาณเตือนภัยจะไมมี

• สัญญาณเตือนภัยจะมีไดตอเมื่อรีเลย A และ B ไมทํางาน

• ปกติรีเลย A และ C จะถวงเวลาไวตางกัน เพื่อปองกันไมใหเกิดมีสัญญาณเตือนภัยผิดปกต ิในระหวางการเปดหรือปด

วงจร




61

• เนื่องจากรีเลยท่ีใชอยูมีหลายชนิด

• มาตรฐาน ANSI C37-2 ของสหรัฐอเมริกา จึงไดใหชื่อ

ตามหนาท่ีของรีเลยเปนระบบตัวเลข

• เรียกวา “DEVICE NUMBER” ดังนี้

4.9 สัญลักษณของรีเลย4.9 สัญลักษณของรีเลย

62

DeviceNumber Definition and function


1. Master Element 13. Synchronous-Speed Device2. Time-Delay Starting or Closing Relay 14. Under-Speed Device3. Checking or Interlocking Relay 15. Speed or Frequency Matching Device4. Master Contactor 16. Reserved For Future Application5. Stopping Device 17. Shunting or Discharge Switch6. Starting Circuit Breaker 18. Accelerating or Decelerating Device7. Anode Circuit Breaker 19. Starting-to-Running Transition8. Control Power Disconnecting Device 20. Electrically Operated Valve9. Reversing Device 21. Distance Relay10. Unit Sequence Switch 22. Equalizer Circuit Breaker11. Reserved For Future Application 23. Temperature Control Device12. Over-Speed Device 24. Reserved For Future Application

ตัวอยาง Device Number




63

ตัวอยาง Device Number (ตอ..)DeviceNumber Definition and function


25. Synchronizing or Synchronism-Check 36. Polarity or Polarizing Voltage Device Device 37. Undercurrent or Underpower Relay

26. Apparatus Thermal Device 38. Bearing Protective Device27. Undervoltage Relay 39. Mechanical Condition Monitor28. Flame Detector 40. Field Relay29. Isolating Contactor 41. Field Circuit Breaker30. Annunciator Relay 42. Running Circuit Breaker31. Separate Excitation Device 43. Manual Transfer or Selector Device32. Directional Power Relay 44. Unit Sequence Starting Relay33. Position Switch 45. Atmospheric Condition Monitor34. Master Sequence Device 46. Reverse-Phase or Phase-Balance35. Brush-Operating or Slip-Ring Short- Current Relay

Circuiting Device 47. Phase-Sequence Voltage Relay

64



48. Incomplete Sequence Relay 59. Overvoltage Relay49. Machine or Transformer Thermal 60. Voltage or Current Balance Relay

Relay 61. Reserved For Future Application50. Instantaneous Overcurrent or Rate- 62. Time-Delay Stopping or Opening

of-Rise Relay Relay51. AC Time Overcurrent Relay 63. Pressure Switch52. AC Circuit Breaker 64. Ground Protective Relay53. Exciter or DC Generator Relay 65. Governor54. Reserved For Future Application 66. Notching or Jogging Device55. Power Factor Relay 67. AC Directional Overcurrent Relay56. Field Application Relay 68. Blocking Relay57. Short-Circuiting or Grounding Device 69. Permissive Control Device58. Rectification Failure Relay 70. Rheostat




65



71. Level Switch 83. Automatic Selective Control or72. DC Circuit Breaker Transfer Relay73. Load-Resistor Contactor 84. Operating Mechanism74. Alarm Relay 85. Carrier or Pilot-Wire Receiver Relay75. Position Changing Mechanism 86. Lockout-out Relay76. DC Overcurrent Relay 87. Differential Protective Relay77. Pulse Transmitter 88. Auxiliary Motor or Motor Generator78. Phase-Angle Measuring or Out-of- 89. Line Switch

Step Protective Relay 90. Regulating Delay79. AC Reclosing Relay 91. Voltage Directional Relay80. Flow Switch 92. Voltage and Power Directional Relay81. Frequency Relay 93. Field-Changing Contactor82. DC Reclosing Relay 94. Tripping or Trip-Free Relay

66

มาตรฐาน IEC 60617 ไดใหช่ือรีเลยตามสัญลักษณ ดังน้ี

ω

Overtemperature relay

Distance relay

Unders peed relay

Underpower relay

Directional overpower relay

Undervoltage relay

Overspeed relay

ω

Ζ

θ

U

P

P

I

I2U2

I

DescriptionSymbols

I

Thermal relay

Negative sequence voltage Relay

Negative sequence relay

Inverse time earth faultovercurrent relay

Inverse time overcurrentrelay

Instantaneous overcurrent relay

Undercurrent relay

Symbols Description

I




67

มาตรฐาน IEC 60617 (ตอ...)

Overvoltage relay

Power factor relay

Voltage restrained / controlled overcurrentrelay

Earth-fault relay

Neutral point dis placement relay

Definite time earth fault overcurrent relay

DescriptionSymbols

Autoreclose relay

Phase angle relay

Directional earth fault relay

Differential relay

Overfrequency relay

Underfrequency relay

Directional overcurrentrelay

Symbols Description

I

IU

cosϕ

UUrsdI

I

Iϕ

O IffId

68

4.10 รีเลยท่ีนิยมใช4.10 รีเลยท่ีนิยมใช1. รีเลยกระแสเกิน ( Overcurrent Relay )

[ 50 , 51 , 50/51 , 51V ]เปนรีเลยท่ีใชแพรหลายมากที่สุดใชปองกันกระแสเกินท่ีเกิดจากการลัดวงจรมี 2 แบบ คือ

1) Instantaneous Overcurrent Relay ( 50 )- ทํางานทันที

2) Time Delay Overcurrent Relay ( 51 )- ทํางานโดยมีการหนวงเวลา




69

รีเลยแบบ Time Delay – กระแสมาก ทํางานเร็ว

– กระแสนอย ทํางานชา

– เรียกวา “Inverse Time”ระดับความโคงของกราฟ ( T-I curve ) มีหลายแบบ– Standard Inverse

– Very Inverse

– Extremely Inverse

นอกจากนี้ยังมีแบบ Definite Time

รีเลยกระแสเกิน (ตอ..)รีเลยกระแสเกิน (ตอ..)

70

ตัวอยาง ลักษณะสมบัติเวลา-กระแสของ Overcurrent Relay




71

คา Setting• Plug Setting Multiplier ( PSM )

คากระแสปรับตั้งใหรีเลยทํางาน ในทางปฏิบัติจะคิดเปนจํานวนเทาของพิกัดกระแสของ CT ที่ใชงาน

• Time Multiplier Setting ( TMS )ตัวคูณคาเวลาปรับตั้งใหรีเลยทํางาน ชา หรือ เร็ว

การปรับเวลาการทํางานของรีเลยมีประโยชนอยางมากตอการทํางานประสานกัน (Coordination) ทําใหรีเลยมีความสามารถในการแยกแยะ (Selectivity) เพ่ือสั่งให Breaker ตัวใด ทํางานกอน-หลัง

72รูปที่ 4.18 ลักษณะสมบัติเวลา-กระแสของ Overcurrent Relay




73รูปตัวอยาง ลักษณะสมบัติเวลา-กระแสของ Overcurrent Relay แบบ IDMT

IEC 60255 characteristics ; TMS=1.0

74รูปตัวอยาง ลักษณะสมบัติเวลา-กระแสของ Overcurrent Relay แบบ Curve ตางๆ




75

• เมื่อเกิดลัดวงจร ( Short Circuit ) ในระบบไฟฟา แรงดันจะตกอยางรวดเร็ว เรียกวา “Voltage Dip”

• แตในขณะเกิดภาวะโหลดเกิน ( Overload ) แรงดันจะตกลงอยางชาๆ

• ดังน้ัน รีเลย 51 V จึงสามารถแยกแยะสภาวะ Overcurrent ไดวาเปนการ Short Circuit หรือวา เกิด Overload

• ใชปองกันเครื่องกําเนิดไฟฟา จัดเปน “Back up Protection”

รีเลยกระแสเกินท่ีใชแรงดันเปนตัวควบคุมหรือตัวหนวง ( 51V, Voltage-Controlled and Voltage-Restrained Overcurrent Relay )

76

มี 3 แบบ คือ1. Residually Connected Ground Relay

[ 50N , 51N , 50/51N ]

2. รีเลยปองกันกระแสผิดพรองลงดิน (Ground Fault Relay)




77

รูปที่ 4.19 การปองกนักระแสลงดนิ

รูปที่ 4.20 การปองกนักระแสลงดนิในวงจร 3 เฟส 4 สาย

O /C O /C O /CE /F

A

C

B

O/ C O /CE /F

B

N

C

A

O/ C

IA

I B

IC

IN

78

2. Zero Sequence Ground Relay [ 50 GS , 51 GS ]- ใช CT แบบ Window ลอมรอบสายเฟสทั้งสาม

50 G

รูปที่ 4.21 Zero Sequence Ground Relay




79

3. Neutral Ground Relay [ 51G ]- ขณะเกิดกระแสผิดพรองลงดิน กระแสผิดพรองจะไหล

กลับไปที่จุด Neutral ของหมอแปลง หรือ เครื่องกําเนิดไฟฟา

5 0 G

รูปที่ 4.22 Neutral Ground Relay

80

ใชกับระบบไฟฟากําลังที่มีแหลงจายไฟมากกวาหน่ึงแหลง

(Multiple Sources) หรือที่มีวงจรเปน Loop หรือ Network

เมื่อเกิดผิดพรองขึ้น กระแสผิดพรองจึงไหลได 2 ทาง

จึงจําเปนตองมีปริมาณอางอิง (Reference or Polarized Source)

เพ่ือใชกําหนดทิศทางของกระแส Fault

รีเลยจะทํางานในบริเวณ Positive Torque เสนไวสุด Maximum

Torque Line หรือ Maximum Torque Angle (MTA)

3. รีเลยกระแสเกินแบบมีทิศทาง ( Directional Overcurrent Relay ) [ 67 ]




81

Positive Torque

Negative Torque

Minimum Pickup Current

Position Of Operating CurrentMaximum Torque

Operating Current

Angle Of Maximun Torque

Polarizing Voltage or Current

รูปที่ 4.23 ลักษณะสมบัติรีเลยกระแสเกินแบบมีทิศทาง

82รูปที่ 4.24 รีเลยปองกันกระแสผิดพรองลงดินแบบมีทิศทาง

87 G

PolarizingInput

OperatingCurrent

AUX CT

87 G

PolarizingInput

OperatingCurrent

AUX CT

AUX CT

รีเลยปองกันกระแสผิดพรองลงดินแบบมีทิศทาง(Directional Ground Relay ) [ 67N ]




83

• ใชตรวจจับทิศทางการไหลของกําลังไฟฟา

• นิยมใชกับระบบไฟฟาของสถานประกอบการที่มีเคร่ือง

กําเนิดไฟฟาตอขนานเขากับระบบของการไฟฟาฯ

รีเลยกําลังแบบมีทิศทาง ( Directional Power Relay ) [ 32 ]

84

รูปที่ 4.25 รีเลยกําลังแบบมีทิศทาง

32

GENTrip Direction

Line to Ground Fault

Utility System Industrial System

Trip




85

• รีเลยสําหรับใชปองกันสายสง ( Transmission Line )

• คา Impedance ของสายสง จะเปนสัดสวนกับระยะทาง

• รีเลยแบบน้ีจึง เรียกวา “Distance Relay”• รีเลยจะวัดคา Impedance ของของระบบ ณ จุดที่ติดตั้งรีเลย

• บางครั้งอาจวัดเปนคา Reactance หรือ Admittance ก็ได

• ลักษณะสมบัติการทํางานของรีเลย แสดงดวย R-X Diagram

4. รีเลยระยะทาง ( Distance Relay ) [ 21 ]

86

X

R

Reacta nce Rela y

X

R

Mho Relay

X

R

Impedance Rela y

รูปที่ 4.26 รีเลยระยะทาง

X

R

Quadri lateral Relay

X

R

Lenticular Relay




87

เปน Relay ที่มีความไว (Sensitivity) มากที่สุด

ใชปองกันความผิดพรองภายใน ( Internal Fault ) อุปกรณ

เชน มอเตอร , เครื่องกําเนิดไฟฟา , หมอแปลงไฟฟา

อาศัยการเปรียบเทียบกระแสจาก CT 2 ตัวของเฟส

เดียวกัน

ถากระแสผลตาง มากกวาคา Pick Up รีเลยจะทํางาน

5. รีเลยผลตาง ( Differential Relay ) [ 87 ]

88รูปที่ 4.28 Overcurrent Differential Relay

To Trip Circuit

Overcurrent Relay

Operating winding

Three Phase A C Machine

Current Transformer

Overcurrent Differential Relay– เปนรีเลยชนิดที่งาย




89

มีขดลวด 2 ชุด คือ

• Operating Coil

• Restraining Coil

กระแสที่ผาน Operating Coil คือ

I0 = I2 - I1กระแสที่ผาน Restraining Coil คือ

22I

1I

คาเฉล่ีย+

=

• Percentage Differential Relay

90

O peratin g Z on eO pe rat eCurrent

I0 = I 2 - I 1

Re st ra int Current I2 + I12

• Percentage Diff. Relays ใชเพื่อแกปญหา– CT คุณสมบัติไมเหมือนกัน

– CT Saturation

รูปที่ 4.30 ลักษณะสมบัต ิFixed Percentage Relay




91

รูปที่ 4.31 ลักษณะสมบัต ิVariable Percentage Relay

Operating ZoneOperateCurrent

I0 = I2 - I 1

Restraint CurrentI2 + I1

2

Non-o perating Zone

92

• เปนรีเลยใชตรวจจับกระแสไมสมดุล

• กระแสไมสมดุลทําใหเกิดมีองคประกอบ Negative Sequence

Current ข้ึนในระบบ

• บางครั้ง เรียกวา “Negative Sequence Relay”

6. รีเลยกระแสสมดุล ( Phase Balance Current Relay ) [ 46 ]




93

• การนําระบบไฟฟา 2 ระบบ มาตอขนานกัน จําเปนตอง

ตรวจสอบ – ความถ่ี

– แรงดัน

– มุมเฟสของแรงดัน

• ใชในระบบท่ีตองการขนานกันอยางอัตโนมัติ

7. รีเลยซิงโครไนซ ( Synchronism Check and Synchronizing Relay ) [ 25 ]

94

รูปที่ 4.32 รีเลยซิงโครไนซ

G

25

VT

VT

To Load

Diatribution Bus

Synchronizing RelayGenerator

Breaker to beClosed




95

• รีเลยแรงดันเกิน

– Overvoltage Relay [ 59 ]

• รีเลยแรงดันต่ํา

– Undervoltage Relay [ 27 ]

• Voltage Balance Relay [ 60 ]

• Negative Sequence Voltage Relay

8. รีเลยแรงดัน ( Voltage Relay )

96

• ใชปองกัน การกลับ Phase ของระบบไฟฟา ซ่ึงทําใหมอเตอรหมุนกลับทางทําความเสียหายตอเครื่องจักร

9. Phase Sequence Voltage orReverse Phase Voltage Relay [ 47 ]




97

• ตรวจจับความถ่ี หรือ อัตราการเปลี่ยนแปลงความถ่ี ของระบบ

ไฟฟา

• ถาพบวาความถ่ีต่ํากวาคาที่ตั้งไว จะสั่งใหระบบควบคุมทํางาน

• นิยมใชในการทํา Load Shedding ของระบบไฟฟา

10. รีเลยความถี่ ( Frequency Relay ) [ 81 ]

98

• ใชในการปองกันอุปกรณไฟฟาหลักๆ เชน– Motor

– Generator

– Transformer

• มี 2 ชนิด คือ– Replica Type Temperature Relay

– Temperature Relay

11. รีเลยความรอน ( Thermal Relay ) [ 49 ]




99

1. Replica Type Temperature Relay • ทํางานดวยความรอนที่เกิดจากกระแสเกิน• แบบ Bimetal • ใชกับ Motor ขนาดเล็ก

2. Temperature Relay• ทํางานรวมกับ Temperature Instrument

- Thermal Detector- Thermal Couple

• ใชปองกันขดลวดของ- เคร่ืองกําเนิดไฟฟา- มอเตอร- หมอแปลง

100

• ตรวจจับอัตราการเพ่ิมขึ้นของกาซ หรือ ปริมาณการสะสม

ของกาซ ภายในอุปกรณไฟฟา เชน หมอแปลงไฟฟา

• ใชงานในการปองกันหมอแปลงไฟฟา เปนหลัก

12. รีเลยความดัน ( Pressure Relay )




101

สรุปรีเลยที่นิยมใชงานกันมาก

102



บททีี่4 - · pdf file– เช น overcurrent relay...

Documents