1

บทท 6 การปองกนความผดพรองทเฟสและดน โดยใชรเลยกระแสเกนแบบไมมทศทาง

( Phase and Earth Fault Protection Using Non-Directional Overcurrent Relays )

2

6.1 บทน า รเลยกระแสเกนใชในการปองกนความผดพรอง

- กระแสโหลดเกน ( Overload )

- กระแสลดวงจร ( Short Circuit )

ใชในงานปองกน 2 แบบคอ

- ความผดพรองแบบเฟส ( Phase Fault )

- ความผดพรองลงดน ( Earth Fault )

3

• ใชปองกนสายปอนแบบ Radial เปน Primary Protection

- สถานไฟฟายอย

- โรงงานอตสาหกรรม

- ระบบสายสงยอย

• ใชเปน Back up Protection ของทกประเภทการปองกน

Overcurrent Relay จงมการใชกวางขวาง

มากทสดในระบบปองกน

4

สญลกษณทใชส ำหรบรเลยปองกนกระแสเกน - 50 Instantaneous Overcurrent Relay - 51 Time Delay Overcurrent Relay - 50N , 50G Ground Instantaneous Overcurrent Relay - 51N , 51G Ground Time Delay Overcurrent Relay

5

ปรมำณทใช ตรวจจบควำมผดพรอง

1 ) กระแส ( Current )

2 ) เวลำ ( Time )

3 ) กระแสและเวลำ ( Current and Time )

6.2 หลกกำรพนฐำนของกำรปองกนกระแสเกน

6

รปท 6.1 ลกษณะสมบตของ Definite Current Overcurrent Relay ( Independent Time )

Definite Current Overcurrent RelayTime (Independent Time)

T oper

I s(Relay Current Setting) Current

7

รปท 6.2 ลกษณะสมบตของ Definite Time Overcurrent Relay

Definite Time Overcurrent RelayTime T3 T2 T1

I s(Relay Current Setting) Current

8

รปท 6.3 ลกษณะสมบตของ Inverse Time Overcurrent Relay

Definite

Minimum

Time

Is Current

(log)

Time

(log)

Dependent

Time

9

รปท 6.4 ลกษณะสมบตของ Inverse Definite Minimum Time ( IDMT ) Overcurrent Relay

Definite

Minimum

Time

Is Current

(log)

Time

(log)

Definite

Time

Dependent

Time

Definite

Minimum

Time

Is Current

(log)

Time

(log)

Dependent

Time

IDMT

10

6.3 กำรท ำ Discrimination ( Co-ordination ) เปนกำรจดล ำดบกำรปองกนโดย…. - รเลยทอยใกลจดทเกดควำมผดพรองท ำงำนกอน - รเลยทอยหำงออกไปเปนตว Backup

กำรท ำ Discrimination แบงเปน 3 วธ 1 ) ใชกระแส ( Current ) 2 ) ใชเวลำ ( Time ) 3 ) ใชกระแสและเวลำ ( Current and Time )

11

1) กำรท ำ Discrimination ควำมผดพรองโดยใชกระแส

รปท 6.5 แสดงกำรตรวจจบของรเลย

รเลย B ปรบตงใหตรวจจบท F2 รเลย A ปรบตงใหตรวจจบท F1 ถำระดบกระแสผดพรองท F1 และ F2 ใกลเคยงกน รเลย B อำจท ำงำนกอน รเลย A กได

B A

F2 F1

12

A B

Current

Time

ISA ISB

B A

F2 F1

13

2) กำรท ำ Discrimination ควำมผดพรองโดยใชเวลำ รเลยแตละตว ตงคำหนวงเวลำคงท

รเลยทอยไกลจำกแหลงไฟ หนวงเวลำสนทสด รเลยทอยใกลแหลงจำยไฟ หนวงเวลำยำวทสด ขอเสย - กระแสผดพรองมำก ใชเวลำมำก - อำจเกดควำมเสยหำยตออปกรณมำก

14

A B C

TA

TB

TC

Current

Time

15

3) กำรท ำ Discrimination โดยใชทงคำเวลำและกระแส

- ลกษณะสมบตของกระแสเกนผกผนกบเวลำ ( Inverse Time Overcurrent Relay Characteristic ) - ตอมำพฒนำเปน Inverse Definite Minimum Time ( IDMT ) - กระแสลดวงจรนอย หนวงเวลำยำว กระแสลดวงจรมำก หนวงเวลำสน

16

A B C

TA

TB

TC

Current

Time

17

6.4 ชนดของรเลยกระแสเกน รเลยกระแสเกนม 3 แบบ (1) Electromechanical Overcurrent Relay (2) Static Overcurrent Relay (3) Digital Overcurrent Relay

คำปรบตงทส ำคญม 2 คำ คอ (1) Current Taps เปนกำรเลอก จ ำนวนเทำของกระแสเทยบกบกระแสปรบตง เรยกวำ PSM (Plug Setting Multiplier) (2) Time Setting เปนกำรปรบตงตวคณคำเวลำ เรยกวำ TMS (Time Multiplier Setting) ปรบไดในชวง 0.1-1.0

18

- เปนชนด Induction Disc - โดยทวไปม Current taps อย 7 Taps - แตละ Tap ม I-T Curves เหมอนกน - เชน Operating Coil 2.5-10 A , กระแสปรบตง 5 A

Tap 2.5 3.0 3.75 5.0 6.0 7.5 10.0 A ( 50% 60% 75% 100% 120% 150% 200% )

- ม Curve ใหเลอกหลำยแบบตำมวตถประสงคกำรใชงำน ดงน

(1) Electromechanical Overcurrent Relay

19

1. Standard Inverse Time

- ตำมมำตรฐำน IEC 60255 แบบ 3/10 Characteristic กระแสผดพรอง 10 เทำ รเลยจะท ำงำนทเวลำ 3 s ท TMS=1.0 - Standard Inverse Time Characteristic ใชเมอ…. 1) ไมท ำ Discrimination กบอปกรณอนเชน Fuse 2) ระดบควำมผดพรอง ณ ต ำแหนงทใกลและไกล

ไมเปลยนแปลงมำกนก 3) คำกระแสพงเขำ (Inrush) ท Cold Load Pick up ต ำสด

20

2. Long Time Inverse

- ใชในกำรปองกนควำมตำนทำนทตอลงดนของสำยนวทรล (Neutral Earthing Resistance) - มเวลำพกด 30 s ทกระแส 5 เทำของพกด @ TMS = 1.0 - ตงคำไดท 2 แบบคอ 15% และ 20% - Current Tap อยในชวง 80-200% ของกระแส 5 A - ใชปองกน Overload ของ Motor, Generator

21

3. Very Inverse Time - ใชเมอตองกำรเลอกใชคำเวลำกวำงๆ ในขณะทแฟกเตอรเวลำต ำมำกๆ - กระแสในระบบเปลยนแปลงไมมำก -Time Curve มควำมชนมำกจะใหชวงเวลำ Grading ยำวขน

4. Extremely Inverse Time - เวลำผกผนกบกระแสยกก ำลงสอง - เหมำะสมส ำหรบ Grading กบ Fuse - ใชปองกน สำยปอนส ำหรบ ตเยน ปม เครองท ำน ำรอน

22

(2) Static Overcurrent Relays

- ม Time Inverse Curve หลำยแบบในตวเดยว - Inverse Curve เหมอนแบบ Electromachanical Relayแตแทนดวยสมกำร สะดวกในกำรท ำ Discrimination - TMS ปรบไดในชวง 0.05-1.0

23

Static Overcurrent Relays Curves (IEC 60255)

Standard Inverse 0.14

t TMS0.02I 1

Very Inverse 13.5

t TMS

I 1

Extremely Inve80

rse t TMS2I 1

Long Time120

t TMS

I 1

Inverse

24 รปท 6.6 Static Overcurrent Relay Characteristics

25

STANDARD INVERSE

LONG TIME INVERSE

VERY INVERSE

EXTREMELY INVERSE SHORT TIME INVERSE

Digital Overcurrent Relay

TMS = 0.025

26

TMS = 0.025

TMS = 0.02

TMS = 0.05

TMS = 1

TMS = 1.25

STANDARD INVERSE

27

(3) Digital Overcurrent Relay

- พฒนำขนมำท ำงำนแทน Electromechanical Relay และ Static Relay

มขอดตำงๆ - ใช Spare นอยลง - กำร Operate งำยขน - ลดพนทในกำรตดตง ( Space Requirement ) - ลดคำตดตง ( Installation Cost ) - คำซอมบ ำรง ( Maintenance Cost ) - Burden ต ำมำก (สำมำรถใช CT,VT burden ต ำได)

28

ม Integrated Functions หรอ Multifunction - Protection - Control - Records - Communication - Measurement - CB Operation Data - Self Checking

29

6.5 ตวอยำง Plug Setting Multiplier และ Time Multiplier Setting

Plug Setting Multiplier : PSM Time Multiplier Setting : TMS

Current SettingRelay

CurrentFault PSM

Operating Time RequiredTMS

Relay Operating Time @ TMS=1.0

30

ตวอยำงท 6.1 Overcurrent Relay แบบ Extremely Inverse มกำรปรบตงดงน TMS = 0.5 , CT Ratio = 1000/5 A ปรบตงกระแสท 100 % ถำกระแสผดพรองมคำ 5000 A รเลยจะท ำงำนทเวลำเทำใด วธท ำ แบบ Extremely Inverse

80t TMS

2I 1

80t 0.5 1.67 s

25000

1

1000

31

ตวอยำงท 6.2 ในสวนหนงของระบบไฟฟำมอปกรณดงน - CT 1000/5 A - Relay แบบ Standard Inverse, Pick up = 4 A หำกตองกำรให Relay ท ำงำนทเวลำ 0.54 s เมอเกด Fault โดยกระแส = 10,000 A จงค ำนวณหำคำ TMS ???

32

วธท ำ จำกกระแส Fault ขนำด 10,000 A จะได กระแสดำน Secondary ของ CT มคำเทำกบ 10000 x 5 / 1000 = 50 A

PSM = 50 / 4 = 12.5

0.14 t @ TMS 1.0

0.02I 1

แบบ Standard Inverse

0.14 t 2.7 s @ TMS 1.00.0212.5 1

0.54 TMS 0.22.7

ตองกำรให relay ท ำงำนท 0.54 s

33

6.6 Grading Margin กำรท ำ Discrimination รเลยทอยใกล Fault ทสดท ำงำนกอน รเลยตวถดไปเปน Back up Relay

Back up Relay จะถกหนวงเวลำ ไวกอน กำรหนวงเวลำนเรยกวำ Grading Margin

Grading Margin ขนอยกบ - เวลำในกำรตดวงจรของ Circuit Breaker - เวลำ Overshoot ของรเลย - คำควำมผดพลำด - Safety Margin

34

1. เวลำในกำรตดวงจรของ Circuit Breaker - นบตงแต Moving Contact เรมเคลอนท จน Arc ดบหมด - ขนอยกบชนดของ CB ประมำณ 5 Cycles หรอ 0.1 s

2. เวลำ Overshoot ของรเลย - มใน Induction Disc Element ประมำณ 0.05 s - รเลยสมยใหมมคำนอยมำก ไมตองคด 3. คำควำมผดพลำด - คด 0.1 s 4. Safety Margin - 0.1 s

35

คำ Grading Margin ทนยมใช - เวลำในกำรตดวงจรของ Circuit Breaker 0.10 s - เวลำ Overshoot ของรเลย 0.05 s - คำ Allowance ของควำมผดพลำด 0.10 s - Safety Margin 0.10 s ผลรวมทงหมด 0.35 s คำเหมำะสมส ำหรบรเลยสมยใหม 0.25 s – 0.40 s

36

ตวอยำงท 6.3 จำกระบบไฟฟำดงรป จงท ำ Discrimination ระหวำง Relay ทจด A และ B โดยรเลยทงคม Curve กำรท ำงำน เปนแบบ Standard Inverse ก ำหนดให Margin = 0.4 s

B AO/C

CT 100/5

TMS = ? TMS = 0.05 IF max

= 1400 A

load

Is = 5A I

s = 5AO/C

CT 200/5 CT 100/5

IF,max= 1400 A TMS=0.05 TMS=?

IS = 5 A IS = 5 A

37

B AO/C

CT 100/5

TMS = ? TMS = 0.05 IF max

= 1400 A

load

Is = 5A I

s = 5AO/C

CT 200/5 CT 100/5

TMS=0.05

IS = 5 A IS = 5 A

PRIMARY BACKUP

tRA = ?

IF,max= 1400 A

กำรปรบตงรเลย A

38

กำรปรบตงรเลย A กระแสปรบตงดำน Secondary ( Is ) = 5 A ดงนนกระแสปรบตงทำงดำน Primary = 100 A จะเหนวำ IF MAX = 1400 A

ดงนนคำ PSM = I = 1400/100 = 14

0.14t s @ TMS 1.0

0.02I 1

0.14t 2.58 s @ TMS 1.00.0214 1

แบบ Standard Inverse

TMS = 0.05 Operating Time = 2.58 x 0.05 = 0.13 s

39

B AO/C

CT 100/5

TMS = ? TMS = 0.05 IF max

= 1400 A

load

Is = 5A I

s = 5AO/C

CT 200/5 CT 100/5

TMS=0.05 TMS=?

IS = 5 A IS = 5 A

PRIMARY BACKUP

tRA = 0.13 tRB = tRA + 0.4

IF,max= 1400 A

กำรปรบตงรเลย B

Curve : SI

40

กำรปรบตงรเลย B กระแสปรบตงทำงดำน Secondary (Is) = 5 A กระแสปรบตงทำงดำน Primary = 200 A จำกคำ IF MAX = 1400 A

ดงนนคำ PSM = I = 1400/200 = 7

แบบ Standard Inverse

0.14t 3.60 s @TMS 1.00.027 1

เวลำท ำงำนของรเลย B ตองเผอ Margin 0.4 s ดงนนเวลำกำรท ำงำน = 0.13 + 0.4 = 0.53 s TMS = 0.53/3.6 = 0.147 0.15

41

B AO/C

CT 100/5

TMS = ? TMS = 0.05 IF max

= 1400 A

load

Is = 5A I

s = 5AO/C

CT 200/5 CT 100/5

TMS=0.05 TMS=0.15

IS = 5 A IS = 5 A

PRIMARY BACKUP

tRA = 0.13 tRB = 0.53

IF,max= 1400 A

ผลกำรปรบตงรเลย A และ B

ANS. Curve : SI Curve : SI

42

ตวอยำงท 6.4 จำกระบบไฟฟำดงรป จงท ำ Discrimination ของระบบ 22 kV Radial Distribution โดยรเลยทงหมดม Curve กำรท ำงำนแบบ Standard Inverse และคำ Setting เปน 100 % ก ำหนดให Margin = 0.4 s

ระบบไฟฟำ 22 kV Radial Distribution

2.20 Ohm

100/5

L

50 A

G

Source 300MVA1.62 Ohms at 22kV

1.20 Ohm

500/5

H

120 Asystem loads

1.90 Ohm

400/5

J

170 A

4.40 Ohm

200/5

K

80 A

43

ขนตอนท 1 ค ำนวณกระแสลดวงจรในแตละบส

1.62 Ω 1.20 Ω 1.90 Ω 4.40 Ω 2.20 Ω

G H J K L

22 kV

3

Fault ทบส L EI Z

2.204.401.901.201.623

22

MAX ,LF

I

kA 1.122

44

Fault ทบส K 4.401.901.201.62

322

MAX ,KF

I

kA 1.393

Fault ทบส J 1.901.201.62

322

MAX ,JF

I

kA 2.691

Fault ทบส H 1.201.623

22

MAX ,HF

I

kA 4.504

Fault ทบส G 1.62

322

MAX ,GF

I

kA 7.84

45

ตำรำงท 1 แสดงคำ ณ ต ำแหนงตำงๆ ในระบบ 22 kV

Location IF MAX

( kA )

IL MAX

( A ) CT Ratio Relay Current Setting

% IS,primary ( A )

G 7.840 420 500/5 100 500

H 4.504 300 400/5 100 400

J 2.691 130 200/5 100 200

K 1.393 50 100/5 100 100

46

0.14 t s

0.02I 1

ท ำกำรปรบตง Relay โดยใชคำ IF,max

ถำเกด Fault หลงบส K รเลยทบส K จะตองท ำงำนเปนตวแรกสด รเลยทบส J, H และ G เปน Backup ใหกบรเลยทบส K

รเลยแบบ Standard Inverse :

2.20 Ohm

100/5

L

50 A

G

Source 300MVA1.62 Ohms at 22kV

1.20 Ohm

500/5

H

120 Asystem loads

1.90 Ohm

400/5

J

170 A

4.40 Ohm

200/5

K

80 A

47

B AO/C

CT 100/5

TMS = ? TMS = 0.05 IF max

= 1400 A

load

Is = 5A I

s = 5AO/C

CT 200/5 CT 100/5

TMS= ?

IS = 100% IS = 100%

PRIMARY BACKUP

tRK = ?

IF,max= 1.393 kA

K J

L K J

ขนตอนท 2 ปรบตงรเลย RK

48

ขนตอนท 2 ปรบตงรเลย RK

IKF max = 1.393 kA คำกระแสปรบตง 100 % ของ CT 100/5 IS = 100 A

13.93 1001393 PSM

10.02I0.14 t

0.14 2.588 s @ TMS 1.00.02

13.93 1

รเลยทบส K ตองท ำงำนเรวทสด TMS = 0.05 Operating Time = 0.05 x 2.588 = 0.13 s

49

B AO/C

CT 100/5

TMS = ? TMS = 0.05 IF max

= 1400 A

load

Is = 5A I

s = 5AO/C

CT 200/5 CT 100/5

TMS= 0.05 TMS=?

IS = 100% IS = 100%

PRIMARY BACKUP

tRK = 0.13 tRJ = tRK + 0.4

IF,max= 1.393 kA

K J

L K J

ขนตอนท 3 ปรบตงรเลย RJ

50

ขนตอนท 3 ปรบตงรเลย RJ

รเลยทบส J เปน Back up ใหกบรเลยทบส K เนองจำก Margin = 0.4 s Operating Time RJ = 0.13 + 0.4 = 0.53 s IKF max = 1.393 kA , IS = 200 A PSM = 6.965

t

0.14 3.537 s @ TMS 10.02

6.965 1

0.15 3.537

0.5294 TMS

51

B AO/C

CT 100/5

TMS = ? TMS = 0.05 IF max

= 1400 A

load

Is = 5A I

s = 5AO/C

CT 200/5 CT 100/5

TMS= 0.05 TMS=0.15

IS = 100% IS = 100%

PRIMARY BACKUP

tRK = 0.13 tRJ = 0.53

IF,max= 1.393 kA

K J

L K J

ผลกำรปรบตงรเลย RJ

52

B AO/C

CT 100/5

TMS = ? TMS = 0.05 IF max

= 1400 A

load

Is = 5A I

s = 5AO/C

CT 400/5 CT 200/5

TMS= 0.15

IS = 100% IS = 100%

PRIMARY BACKUP

tRJ = ?

IF,max= 2.691 kA

J H

K J H

กรณเกด Fault หลง CT ทบส J

53

ในกรณเกด Fault หลง CT ทบส J RJ ตองท ำงำน IJF max = 2.691 kA , IS = 200 A

13. 455 2002691 P S M

0.14t 0.02I 1

0.14 0.02

13.455 1

2.624 s @ TMS 1

แต Relay J ท ำงำนท TMS = 0.15 Operating Time RJ = 2.624 x 0.15 = 0.393 s

54

B AO/C

CT 100/5

TMS = ? TMS = 0.05 IF max

= 1400 A

load

Is = 5A I

s = 5AO/C

CT 400/5 CT 200/5

TMS= 0.15

IS = 100% IS = 100%

PRIMARY BACKUP

tRJ = 0.393

IF,max= 2.691 kA

J H

K J H

ขนตอนท 4 ปรบตงรเลย RH

TMS=?

tRH = tRJ + 0.4

55

ขนตอนท 4 ปรบตงรเลย RH

รเลยทบส H เปน Backup ใหกบรเลยทบส J เนองจำก Margin = 0.4 s Operating Time RH = 0.393 + 0.4 = 0.793 s IJF max = 2.691 kA , IS = 400 A PSM = 6.728

0.14t 0.02I 1

0.14 0.02

6.728 1

3.603 s @ TMS 1

0.22 3.6030.793 TMS

56

B AO/C

CT 100/5

TMS = ? TMS = 0.05 IF max

= 1400 A

load

Is = 5A I

s = 5AO/C

CT 400/5 CT 200/5

TMS= 0.15

IS = 100% IS = 100%

PRIMARY BACKUP

tRJ = 0.393

IF,max= 2.691 kA

J H

K J H

ผลกำรปรบตงรเลย RH

TMS=0.22

tRH = 0.793

57

B AO/C

CT 100/5

TMS = ? TMS = 0.05 IF max

= 1400 A

load

Is = 5A I

s = 5AO/C

CT 500/5 CT 400/5

TMS= 0.22

IS = 100% IS = 100%

PRIMARY BACKUP

tRH = ?

IF,max= 4.504 kA

H G

J H G

กรณเกด Fault หลง CT ทบส H

58

ในกรณเกด Fault หลง CT ทบส H, RH ตองท ำงำน IHF max = 4.504 kA , IS = 400 A

11. 26 400

4504 P S M

0.14t 0.02I 1

0.14 0.02

11.26 1

2.82 s @ TMS 1)

แต Relay H ท ำงำนท TMS = 0.22 Operating Time RH = 2.82 x 0.22 = 0.62 s

59

B AO/C

CT 100/5

TMS = ? TMS = 0.05 IF max

= 1400 A

load

Is = 5A I

s = 5AO/C

CT 500/5 CT 400/5

TMS= 0.22

IS = 100% IS = 100%

PRIMARY BACKUP

tRH = 0.62

IF,max= 4.504 kA

H G

J H G

TMS= ?

tRG = tRH + 0.4

ขนตอนท 5 ปรบตงรเลย RG

60

ขนตอนท 5 ปรบตงรเลย RG

รเลยทบส G เปน Backup ใหกบรเลยทบส H เนองจำก Margin = 0.4 s Operating Time RG = 0.62 + 0.4 = 1.02 s IHF max = 4.504 kA , IS = 500 A PSM = 9.01

0.14t 0.02I 1

0.14 0.02

9.01 1

3.115 s @ TMS 1)

0.33 3.1151.02 TMS

61

B AO/C

CT 100/5

TMS = ? TMS = 0.05 IF max

= 1400 A

load

Is = 5A I

s = 5AO/C

CT 500/5 CT 400/5

TMS= 0.22

IS = 100% IS = 100%

PRIMARY BACKUP

tRH = 0.62

IF,max= 4.504 kA

H G

J H G

TMS= 0.33

tRG = 1.02

ผลกำรปรบตงรเลย RG

62

B AO/C

CT 100/5

TMS = ? TMS = 0.05 IF max

= 1400 A

load

Is = 5A I

s = 5AO/C

CT 500/5

TMS= 0.33

IS = 100%

PRIMARY

tRG = ?

IF,max= 7.84 kA

G

H G

กรณเกด Fault หลง CT ทบส G

63

ในกรณเกด Fault หลง CT ทบส G, RG ตองท ำงำน IGF max = 7.84 kA , IS = 500 A

15. 68 5007840 P S M

0.14t 0.02I 1

0.14 0.02

15.68 1

2.474 s @ TMS 1)

แต Relay G ท ำงำนท TMS = 0.33 Operating Time RG = 2.474 x 0.33 = 0.816 s

64

ตำรำงท 2 กำรประสำนกำรท ำงำนของรเลย Relay RK RJ RH RG

TMS 0.05 0.15 0.22 0.33

Operating time ( s ) 0.129 0.393 0.620 0.816

2.20 Ohm

100/5

L

50 A

G

Source 300MVA1.62 Ohms at 22kV

1.20 Ohm

500/5

H

120 Asystem loads

1.90 Ohm

400/5

J

170 A

4.40 Ohm

200/5

K

80 A

Curve : SI

65

Characteristics Curve รเลยทบส K , J , H , G

66

กำรตรวจวดควำมผดพรองลงดน 3 วธ 1. Residual Connected 2. Ground Return 3. Zero Sequence

6.7 กำรปองกนควำมผดพรองลงดน ( Earth Fault Protection )

67

1. Residual Connected

รปท 6.8 กำรปองกนควำมผดพรองลงดน โดยวธ Residual Connected

E/F

CT

CT

CT

O/C O/C O/C

Ground Fault

68

2. Ground Return

รปท 6.9 กำรปองกนควำมผดพรองลงดน โดยวธ Ground Return

E/F

IF

IF

CT

IF

69

3. Zero Sequence

รปท 6.10 กำรปองกนควำมผดพรองลงดน โดยวธ Zero Sequence

E/F

WINDOW CT

IF

IF

70

6.8 กำรท ำ Coordination ของ Relays ทำงดำน Secondary และ Primary ของหมอแปลงทตอแบบ Delta - Star

Overc

urr

ent

Rela

y

1.0 pu

1.0 pu

e 3

3

e 3

3

e 3

3= 0.58

Overc

urre

nt R

ela

y

1.0 pu

1.0 pu

1.0 pu

3 FaultL-L-L

( a )

หมอแปลงแบบ -Y เมอเกดลดวงจรทำง Secondary กระแสทำง Primary ตำมรป

3

3

3

3

30.58

3

71

รปท 6.11 กำรเกด Fault ลกษณะตำงๆ ของหมอแปลง ทตอแบบ Delta - Star

Overc

urr

ent

Rela

y

e 3

3

e 3

3

e 3

3= 0.58

0

Overc

urre

nt R

ela

y

1.0 pu

1.0 pu

1.0 pu

L-N orL-G Fault

( b ) O

verc

urre

nt R

ela

y

0.87 pu

0

L-L Fault

0.87 pu

Overc

urr

ent

Rela

y

e 3

3= 0.5

0.5 pu

0.5 pu

1.0 pu

0.87( c )

3

3

3

3

30.58

3

30.87 0.5

3

72

รปท 6.12 กำรท ำ Discrimination ของรเลยดำน Primary กบดำน Secondary ของหมอแปลง ( -Y )

Current

Time

IF 3F

0.866IF 3F

t1

t2 Primary Setting

Secondary Setting

t2-t

1 =Margin

73

ตวอยำงท 6.5 พจำรณำระบบไฟฟำ ดงรป จงท ำกำร Coordination Relay A , B , C

A

B

SCC = 5000 MVA X/R = 10

115 kV/ 22 kV

30 MVA %U = 12 X/R = 6

CTc = 250/5 C

CT ของ Relay C : 250/5 TMS = 0.1, Margin = 0.3 s Base MVA = 100 Pick up Setting : - Relay C =100% - Relay A, B = 145%

X F1

Y

74

A502 3101153

610100 kV) (115 BaseI

A2624 310223

610100 kV) (22 BaseI

1) System

S 100bZ 0.02 pu.S SCC 5000

Z 0.02sR 0.00199 pu.S 2 1 100X1

R

X 0.0199 pu.S

75

2) หมอแปลง pu. 0.4030

1000.12T

Z

pu. 0.06576 361

0.4 2

RX1

TZ

T

R

pu. 0.39456T

R 6 T

X

0.394560.0199 j0.065760.001991.0

ZE

F1I

pu. 2.3810.41446 j0.06775

1.0

A6248 26242.381 F1I kA 6.25

76

A

B

SCC = 5000 MVA X/R = 10

115 kV/ 22 kV

30 MVA %U = 12 X/R = 6

CTc = 250/5 C

X F1

IF1 = 6.248 kA

TMS = 0.1 ISet =100%

TMS = ?

PRIMARY

BACKUP

พจำรณำกำรท ำงำนของ Relay C และ B

tC = ?

tB = tC + 0.3 ISet = 145%

77

Relay C CT Ratio ขนำด 250/5 A

- Pick up Setting 100% = 250 A ( ทำงดำน Primary ) - TMS ก ำหนดใหเทำกบ 0.1

24.99 2506248 I

TMS12I

80 t: EI Curve เลอก

0.11

224.99

80 t

s 0.012

78

A

B

SCC = 5000 MVA X/R = 10

115 kV/ 22 kV

30 MVA %U = 12 X/R = 6

CTc = 250/5 C

X F1

IF1 = 6.25 kA

TMS = 0.1 ISet =100%

TMS = ?

PRIMARY

BACKUP

พจำรณำกำรท ำงำนของ Relay C

tC = 0.012

tB = tC + 0.3 ISet = 145% CT = ?

79

Relay B กระแสพกดของหมอแปลงทำง 22 kV

A787 310223

61030

เลอก CT Ratio = 1,000/5 A Pick up Setting = 145% ( เนองจำกตองกำรใหสำมำรถท ำงำน Overload ไดเมอใชแบบ Fan Cooled) In = 787 x 1.45 = 1,140 A ( ทำงดำน Primary ของ CT )

6248PSM = I 5.481140

80

-หำคำ TMS เมอเกด Fault F1 : RB เปน Back up ของ RC Operating Time RB = 0.3 + 0.012 = 0.312 s

TMS12I

80 t: EI Curve เลอก

TMS1

25.48

80 0.312

จะได TMS = 0.11 เลอก TMS = 0.12

0.121

25.48

80 t

s 0.33

81

A

B

SCC = 5000 MVA X/R = 10

115 kV/ 22 kV

30 MVA %U = 12 X/R = 6

CTc = 250/5 C

X F1

IF1 = 6.25 kA

TMS = 0.1 ISet =100%

TMS = 0.12

PRIMARY

BACKUP

ผลลพธกำรปรบตงคำของ Relay B

tC = 0.012

tB = 0.312 ISet = 145% CT = 1000/5 (tB=0.33)

Curve : EI

82

A

B

SCC = 5000 MVA X/R = 10

115 kV/ 22 kV

30 MVA %U = 12 X/R = 6

CTc = 250/5 C

X F1 IF1 = 6.248 kA

TMS = 0.12 ISet =145%

TMS = ?

PRIMARY

BACKUP

พจำรณำกำรท ำงำนของ Relay B และ A

tB = ?

tA = tB + 0.3 ISet = 145%

Y

1000/5

CT = ?

83

Relay A กระแสพกดของหมอแปลงทำง 115 kV

A151 3101153

61030

เลอก CT Ratio = 200/5 A

Pick up Setting = 145% IRated = 1.45 x 151 = 219 A ( ทำงดำน Primary ของ CT )

84

Current

Time

IF 3F

0.866IF 3F

t1

t2 Primary Setting

Secondary Setting

t2-t

1 =Margin

A

B

A

B

SCC = 5000 MVA X/R = 10

115 kV/ 22 kV

30 MVA %U = 12 X/R = 6

CTc = 250/5 C

Primary Side

Secondary Side

X F1

Y

Relay A และ B พจำรณำ หมอแปลง Delta-Y

85

คำกระแสปรบตง ดำน Primary (Delta)

3Phase to Phase Fault 6.252

5.41 kA @ 22 kV

3 Phase Fault at F1 6.25 kA @ 22 kV

Relay A และ B พจำรณำ หมอแปลง Delta-Y

คำกระแสปรบตง ดำน Secondary (Y)

3 Phase Fault at F1 ??? kA @ 115 kV

86

Current

Time

IF 3F

0.866IF 3F

t1

t2 Primary Setting

Secondary Setting

t2-t

1 =Margin

A

B

A

B

SCC = 5000 MVA X/R = 10

115 kV/ 22 kV

30 MVA %U = 12 X/R = 6

CTc = 250/5 C

Primary Side

Secondary Side

X IF1 = 6.25 kA

Y

6.25 kA @22kV 5.41 kA @22kV

87

A

B

SCC = 5000 MVA X/R = 10

115 kV/ 22 kV

30 MVA %U = 12 X/R = 6

CTc = 250/5 C

X IF = 5.41 kA

TMS = 0.12 ISet =145%

PRIMARY

BACKUP

พจำรณำกำรท ำงำนของ Relay B

tB = ?

ISet = 145%

Y

1000/5

200/5 tA = tB + 0.3

88

Relay B พจำรณำท Phase to Phase Fault

4.75 1140

3105.41 I

s 0.45 0.121

24.75

80 t

Operating Time RA = 0.3 + 0.45 = 0.75 s

89

A

B

SCC = 5000 MVA X/R = 10

115 kV/ 22 kV

30 MVA %U = 12 X/R = 6

CTc = 250/5 C

X IF = 5.41 kA

TMS = 0.12 ISet =145%

PRIMARY

BACKUP

พจำรณำกำรท ำงำนของ Relay B และ A

tB = 0.45

ISet = 145%

Y

1000/5

200/5

tA = tB + 0.3 (tA = 0.75)

90

A

B

SCC = 5000 MVA X/R = 10

115 kV/ 22 kV

30 MVA %U = 12 X/R = 6

CTc = 250/5 C

X

BACKUP

พจำรณำกำรปรบตงคำของ Relay A

tB = 0.45

ISet = 145%

Y

200/5 tA = 0.75

IF = 6.25 kA @22kV

IF = ??? kA @115kV

TMS = ?

91

เมอเกด Phase to Phase Fault ทำง Secondary 22I 6.25 kA 1.20 kA

Line, primary 115

1200I 5.48219

TMS12I

80 t: EI Curve เลอก

TMS1

25.48

80 0.75

0.27 TMS

80t 0.30 0.83 s2

5.48 1

TMS = 0.27 เลอก TMS = 0.3

92

A

B

SCC = 5000 MVA X/R = 10

115 kV/ 22 kV

30 MVA %U = 12 X/R = 6

CTc = 250/5 C

X

BACKUP

พจำรณำกำรปรบตงคำของ Relay A

tB = 0.45

ISet = 145%

Y

200/5 tA = 0.75

IF = 6.25 kA @22kV

IF = 1.2 kA @115kV

TMS = 0.3

93

A

B

SCC = 5000 MVA X/R = 10

115 kV/ 22 kV

30 MVA %U = 12 X/R = 6

CTc = 250/5 C

X IF = 5.41 kA

TMS = 0.12 ISet =145%

ผลกำรปรบตง Relay B และ A

tB = 0.45

Y

1000/5

200/5 tA = 0.83

IF = 1.2 kA@115 kV

TMS = 0.3 ISet =145%

BACKUP

PRIMARY

Curve : EI

Curve : EI

94

สรป กำรประสำนกำรท ำงำนของรเลย

Relay RC RB RA

TMS 0.1 0.12 0.3

Operating time ( s ) 0.012 0.33 0.83

95

High Setting Instantaneous Overcurrent Unit มวตถประสงค - เพอใหรเลยท ำงำนทนท - ไมเกด Overreach

High Set Unit - ปรบตง 1.2-1.3 เทำของกระแสผดพรองสงสด - ปองกน Transient Overreach

6.9 High Setting Instantaneous Overcurrent

96

รปท 6.13 Transient Overreach

97

รปท 6.14 กำรปรบ Instantaneous ของ Overcurrent Relay ส ำหรบ Transformer

51 HV2 51 HV1 Y 51 LV HV2 Time LV HV1 IF LV 1.2IF LV IF HV Current

98

ตวอยำงท 6.6 จงท ำ Discrimination และ High Set ระบบ 500 MVA 22 kV ตำมรปทก ำหนดให โดย Grading Margin ของรเลยทกตวเปน 0.3 s

500 MVA

22 kV

1

CT 400/1

Setting 125%

2

CT 100/1

Setting 125%

3

CT 50/1

Setting 125%

IF = 2300 A IF = 1100 A

IL = 50 A

I1F = 13000A I2F = 2300A I3F = 1100A

99

วธท ำ ท ำกำรปรบตง Relay แบบ Instantaneous โดยใชคำ ILoad 1. Setting Relay ท Bus 3 (R3) แบบ Instantaneous : IL = 50 A คำกระแสปรบตง 125 % ของ CT 50/1 ดงนน IS = 50 x 1.25 = 62.5 A

พจำรณำ คำกระแสสตำรทมอเตอร 6-8 เทำของโหลดปกต ดงนนเพอกำรเผอจงปรบตง Instantaneous ไวทคำ 8 เทำของพกดโหลด

I = 8 x 62.5 = 500 A

100

B AO/C

CT 100/5

TMS = ? TMS = 0.05 IF max

= 1400 A

load

Is = 5A I

s = 5AO/C

CT 100/1 CT 50/1

IS = 125%

BACKUP

tR3 = Instantaneous

Iload= 50 A

3 2

Motor Load 3 2

ผลกำรปรบตงรเลย R3 แบบ HI-SET (Instantaneous)

HI-SET = 500 A

IS = 125%

101

B AO/C

CT 100/5

TMS = ? TMS = 0.05 IF max

= 1400 A

load

Is = 5A I

s = 5AO/C

CT 100/1 CT 50/1

TMS= ?

IS = 125% IS = 125%

PRIMARY BACKUP

tR3 = ?

IF,max= 1100 A

3 2

Load

3 2

พจำรณำปรบตงรเลย R3 แบบ Time Delay

102

แบบ Time Delay I3F max = 1100 A

0.14 t 0.02I 1 10.0217.6

0.14

2.37 s @ TMS 1.0

17.662.51100 PSM

เลอก TMS = 0.10 Operating Time of R3 t = 0.10 x 2.37 = 0.237 s

เลอก แบบ Standard Inverse :

103

B AO/C

CT 100/5

TMS = ? TMS = 0.05 IF max

= 1400 A

load

Is = 5A I

s = 5AO/C

CT 100/1 CT 50/1

TMS= 0.1

IS = 125% IS = 125%

PRIMARY BACKUP

tR3 = 0.237

IF,max= 1100 A

3 2

Load

3 2

ผลกำรปรบตงรเลย R3 แบบ Time Delay

104

B AO/C

CT 100/5

TMS = ? TMS = 0.05 IF max

= 1400 A

load

Is = 5A I

s = 5AO/C

CT 100/1 CT 50/1

IS = 125% IS = 125%

BACKUP

IF,max= 1100 A

3 2

Load

3 2

2. Setting Relay ท Bus 2 (R2) แบบ Instantaneous

TMS= 0.1

tR2 = Instantaneous

HI-SET = ??? A

( x 1.2-1.3)

PRIMARY

105

2. Setting Relay ท Bus 2 (R2)

แบบ Instantaneous : I3F = 1100 A คำกระแสปรบตง 125 % ของ CT 100/1 IS = 125 A

กำรปรบตง R2 น จะปรบตง Instantaneous ไวท คำ 1.2-1.3 เทำของกระแสผดพรองทบส (IF) I = (1.21.3) x 1100 = 1320 1430 A เลอกปรบตง Instantaneous ไวท I = 1400 A

106

B AO/C

CT 100/5

TMS = ? TMS = 0.05 IF max

= 1400 A

load

Is = 5A I

s = 5AO/C

CT 100/1 CT 50/1

TMS= 0.1

IS = 125% IS = 125%

PRIMARY BACKUP

tR3 = 0.237

IF,max= 1100 A

3 2

Load

3 2

TMS= ?

tR2 = tR3 +0.3

พจำรณำปรบตงรเลย R3 แบบ Time Delay

Curve : SI

107

ปรบตง R2 แบบ Time Delay

8. 8125

1100 P S M

0.14 t 0.02I 1 10.028.8

0.14

3.15 s @ TMS 1.0

TMS = 0.537/ 3.15 = 0.17 เลอก TMS = 0.17 ส ำหรบ R2

R2 เปน Back up ของ R3 Margin = 0.3 s Operating Time R2 = 0.237 + 0.3 = 0.537 s

I3F max = 1100 A , IS = 125 A

108

B AO/C

CT 100/5

TMS = ? TMS = 0.05 IF max

= 1400 A

load

Is = 5A I

s = 5AO/C

CT 100/1 CT 50/1

TMS= 0.1

IS = 125% IS = 125%

PRIMARY BACKUP

tR3 = 0.237

IF,max= 1100 A

3 2

Load

3 2

TMS= 0.17

tR2 = 0.537

ผลกำรปรบตงรเลย R2 แบบ Time Delay

Curve : SI Curve : SI

109

ในกรณ R2 ท ำงำนปองกน Fault ทบส 2 I2F max = 2300 A , IS = 125 A PSM = 2300 / 125 = 18.4

0.14t 0.02I 1 10.0218.4

0.14

2.33 s @ TMS 1.0

Operating Time R2 = 2.33 x 0.17 = 0.396 s

110

B AO/C

CT 100/5

TMS = ? TMS = 0.05 IF max

= 1400 A

load

Is = 5A I

s = 5AO/C

CT 400/1 CT 100/1

IS = 125% IS = 125%

BACKUP

IF,max= 2300 A

2 1

3 2 1

3. Setting Relay ท Bus 1 (R1) แบบ Instantaneous

TMS= 0.1

tR2 = Instantaneous

HI-SET = ??? A

( x 1.2-1.3)

PRIMARY

111

3. Setting Relay ท Bus 1 (R1) แบบ Instantaneous : I2F = 2300 A คำกระแสปรบตง 125 % ของ CT 400/1 IS = 500 A

ในกำรปรบตง R1 จะปรบตง Instantaneous ไวท คำ 1.2-1.3 เทำของกระแสผดพรองทบส I = ( 1.2-1.3 ) x 2300 = 2760 - 2990 A เลอกปรบตง Instantaneous ไวท I = 3000 A

112

B AO/C

CT 100/5

TMS = ? TMS = 0.05 IF max

= 1400 A

load

Is = 5A I

s = 5AO/C

CT 400/1 CT 100/1

TMS= 0.17

IS = 125% IS = 125%

PRIMARY BACKUP

tR2 = 0.396

IF,max= 2300 A

2 1

3 2

TMS= ?

tR1 = tR2 +0.3

พจำรณำปรบตงรเลย R1 แบบ Time Delay

1

Curve : SI

113

แบบ Time Delay

2300PSM 4.6500

0.14t 0.02I 1

0.14 0.024.6 1

4.52 s @ TMS 1.0

TMS = 0.696/4.52 = 0.15 เลอก TMS = 0.15 ส ำหรบ R1

R1 เปน Back up ให R2 Margin = 0.3 s Operating Time R1 = 0.396 + 0.3 = 0.696 s I2F max = 2300 A , IS = 500 A

114

B AO/C

CT 100/5

TMS = ? TMS = 0.05 IF max

= 1400 A

load

Is = 5A I

s = 5AO/C

CT 400/1 CT 100/1

TMS= 0.17

IS = 125% IS = 125%

PRIMARY BACKUP

tR2 = 0.396

IF,max= 2300 A

2 1

3 2

TMS= 0.15

tR1 = 0.696

ผลกำรปรบตงรเลย R1

1

Curve : SI Curve : SI

115

ในกรณ R1 ท ำงำนปองกน Fault ทบส 1 I1F max = 13000 A , IS = 500 A

26500

13000 P S M

0.14t 0.02I 1 10.0226

0.14

2.07 s @ TMS 1.0

Operating Time R1 = 2.07 x 0.15 = 0.31 s

116 Combined IDMT and High Set Instantaneous Overcurrent Relays

R1 R2

R3

500 1400

3000

117

ตำรำงท 3 คาปรบตงรเลย

IDMT RELAY SETTINGS HIGH SET INST. RELAY SETTING

R1 SET AT 500 A, 0.15 TMS R1 SET AT 3000 A

R2 SET AT 125 A, 0.17 TMS R2 SET AT 1400 A

R3 SET AT 62.5 A, 0.10 TMS R3 SET AT 500 A

Curve : SI

118

กำรท ำ Discrimination ระหวำง Relay และ Fuse ท ำได 2 แบบ คอ 1 ) Fuse Behind Relay 2 ) Relay Behind Fuse

6.10 กำรท ำ Discrimination ระหวำง Relay และ Fuse

119

1) Fuse Behind Relay

รปท 6.15 ลกษณะสมบต กระแส-เวลำ ของ Fuse & Relay

Fuse O/C IF max Time Relay Fuse tF tR Current

120

Fuse Operating Time tF = 2 tR + 0.33 ( s ) โดยท tR = Nominal Relay Operating Time tF = Nominal Fuse Operating Time

121

2 ) Relay Behind Fuse

รปท 6.16 ลกษณะสมบต กระแส-เวลำของ Relay & Fuse

Fuse O/C IF max or IF(tF=10 ms) Time Fuse Relay tR min= 0.15 sec Current

Extremely Inverse Curve or Very Inverse Curve

122

คำ Margin ของ Relay Margin = 0.4 tF + 0.15 ( s ) โดยมำกใช รเลยแบบ Extremely Inverse ท ำ Discrimination กบ Fuse

123

ตวอยำงท 6.7 สำยจ ำหนำยสวนหนงของระบบไฟฟำ แสดงดงรป

R

A

500/5

B

C

2 km.

load

fuse

load

Irated

= 480 A

124

ท ำกำร Discrimination ระหวำง Relay B กบ Fuse โดยมรำยละเอยดดงน - CT มขนำด 500/5 A, Relay หนวงเวลำแบบ EI

- Fuse ตดตงไวปองกนสำยแยกหำงจำก Bus B ไป 2 km IF = 6 kA - Fuse 100 M , 100 K ม Clearing Time ท 6 kA เทำกบ 0.02 s

TMS12I

80 t

125

Margin ของ Relay tr = 0.4 tf + 0.15 s

โดย tr = Relay Operating Time tf = Total Clearing Time of Fuse

126

วธท ำ - CT Ratio = 500/5

- Pick Up Setting จำก Rated Current 480 A เลอก Current Setting 500 A (Primary CT)

5I 500 5 A (Secondary CT)s 500

127

ค ำนวณ TMS Discrimination ระหวำง Fuse กบ Relay

tr = 0.4 tf + 0.15 s

Fault ทจด C = 6 kA Fuse 100 M ,100 K ม Total Clearing Time = 0.02 s

ดงนน Relay B จะท ำงำนดวยเวลำ tr = 0.4 ( 0.02 ) + 0.15 = 0.158 s เมอ Fault ท C

128

Fault 6 kA ท C : 12 5

50056000

sI

actualI

I

80t 0.559 s @ TMS 12

12 1

TMS1

212

80 0.158

TMS14380

TMS = 0.282 เลอก TMS = 0.29

Operating Time RB ทตองกำร = 0.158 s

Operating Time RB @ TMS = 0.29 s 0.162 0.29

12

12

80

สวสด