การป้องกันสายส่งโดยวิธีการนำร่อง (Pilot Protection of Transmission Lines) ตอนที่ 3

3.4 Direct Underreaching Transferred Trip (DUTT) Scheme 
          ตรรกะอย่างง่ายสาหรับ Directional Underreaching Transferred Trip สามารถแสดงได้ดังรูปที่ 20

รูปที่ 20 Direct Uderreaching Trianfer Trip (DUTT) Scheme

- รูปแบบนี้จา เป็นต้องใช้ Tripping Function เป็นแบบ Underreach (RU) ซึ่งการปรับตั้งค่า การมองเห็นจะไม่เกินปลายอีกข้างหนึ่งขอสาย (Remote Terminal) แต่ต้องซ้อนทับ (Overlap) กับ RU ของอีกฝั่งหนึ่ง เพื่อไม่ให้เกิดจุดบอด (Blind Spot) ขึ้น

- การสื่อสารจะใช้แบ Frequency Shift Keying (FSK) โดยสถานะปกติจะส่งสัญญาณ GUARD ตลอดเวลาจนกระทั่งเมื่อ RU ทา งานจะมีการเปลี่ยนความถี่ของสัญญาณที่ออกมาจากตัวส่ง (XMTR) เป็นสัญญาณ Trip จากรูปที่ 20 เมื่อเกิด Fault ภายในบริเวณช่วงที่เหลื่อมกัน (Overlap) RU ของแต่ละฝั่งจะสั่ง Trip Circuit Breaker โดยตรงและส่งสัญญาณไปยังตัวรับที่อยู่อีกข้างด้วย สา หรับ Fault ที่อยู่ใกล้ปลายข้างใดข้างหนึ่ง RU ที่อยู่ฝั่งใกล้ Fault จะสั่ง Trip Circuit ของตัวมันเอง และส่งสัญญาณไปให้ตัวรับที่อยู่ อีกฝั่งเพื่อให้ Circuit Breaker ฝั่งไกล Fault Trip

ข้อดี และข้อเสีย
     1. ระบบจะ Trip ด้วยความเร็วสูงถ้าเกิด Fault ที่อยู่ใกล้บริเวณป้องกัน
     2. ถ้าระบบสื่อสารไม่ทา งานและเกิด Fault อยู่เฉพาะใน Zone ของ Underreaching ตัวใดตัวหนึ่ง ระบบจะไม่สามารถส่งสัญญาณไป Trip Circuit Breaker ตัวที่อยู่ที่ปลายอีกข้างหนึ่งได้
     3. ถ้าการสื่อสารในแต่ละข้างใช้ช่องสัญญาณเพียงช่องสัญญาณเดียว และเกิดมีสัญญาณ Output
ออกมามากระบบอาจเข้าใจผิดว่าเป็นสัญญาณ Trip วิธีแก้ไขคือให้แต่ละข้างใช้ช่องสัญญาณ 2 ช่อง และ นา มาผ่าน AND เพื่อให้เกิดความปลอดภัย และอาจปรับปรุงขึ้นไปอีกโดยเมื่อเวลาสั่ง Trip ให้
ช่องสัญญาณหนึ่งเปลี่ยนความถี่เพิ่มขึ้นส่วนอีกช่องลดความถี่ลง

4. เนื่องจากไม่มี Overreaching Function จึงไม่สามารถมี Time-Delay Backup ได้
5. เนื่องจากมีการส่งสัญญาณ GUARD ตลอดเวลาฉะนั้นจึงสามารถตรวจสอบการทา งานของ
ระบบได้ตลอดเวลาได้โดยไม่ต้องมีอุปกรณ์เพิ่มเติม

การป้องกันสายส่งโดยวิธีการนำร่อง (Pilot Protection of Transmission Lines) ตอนที่ 2

3. รูปแบบของระบบ Pilot Relay (Pilot Relaying Schemes)
          รูปแบบของระบบ Pilot Relaying ในปัจจุบันมีอยู่มากมาย ในแต่ละแบบมีข้อดีข้อเสียในแง่ของความรวดเร็ว (Speed) ความปลอดภัย (Security) และความน่าเชื่อถือ (Dependability) ต่างกันไปขึ้นอยู่กับการนำไปประยุกต์ใช้ ในที่นี้จะกล่าวถึงรูปแบบ 7 รูปแบบ คือ

1. Zone 1 Extension Scheme
2. Zone Acceleration Scheme
3. Directional Comparison Blocking Scheme
4. Direct Under reaching Transferred Trip (DUTT) Scheme
5. Permissive Overreaching Transferred Trip (POTT) Scheme
6. Permissive Under reaching Transferred Trip (PUTT) Scheme
7. Current Differential Scheme

3.1 Zone 1 Extension Scheme
          ตรรกะอย่างง่ายสาหรับ Zone 1 Extension Scheme สามารถแสดงได้ดังรูปที่ 17

รูปที่ 17  Zone 1 Extension Scheme

การป้องกันสายส่งโดยวิธีการนำร่อง (Pilot Protection of Transmission Lines) ตอนที่ 1

8.5 การป้องกันสายส่งโดยวิธีการนาร่อง (Pilot Protection of Transmission Lines)

1. บทนำ
          หลักการป้องกันสายส่งแบบ Non-Pilot โดยใช้ Overcurrent Relay และ Distance Relay ไม่สามารถกำจัด Fault ที่เกิดขึ้นที่ปลายทั้ง 2 ข้างของสายส่งได้ทันที่เนื่องจาก Relay จะตรวจจัด Fault โดย ข้อมูลที่ได้รับจาก Relay เพียงข้างเดียวทา ให้การกา จัด Fault ที่ปลายอีกข้างหนึ่งของสายส่ง (Remote End) จะต้องมีการหน่วงเวลาเกิดขึ้น การป้ องกันจึงยังไม่สมบูรณ์ ดังนั้นจึงต้องใช้การป้ องกันแบบ Pilot ซึ่งจะได้อธิบายต่อไปนี้

รูปที่ 15 การจัดความสัมพันธ์ (Coordination) ระหว่าง Zone 1 และ Zone 2 ของรีเลย์ที่ Terminal A

          จากการแบ่ง Zone พิจารณารูปที่ 15 เมื่อเกิด Fault ที่ F2 รีเลย์ที่ Terminal B จะ Trip ทันที
เนื่องจาก Fault อยู่ใน Zone 1 ของมันเอง ในขณะที่รีเลย์ที่ Terminal A จะมีการหน่วงเวลาไว้เพราะว่า
F2 อยู่ใน Zone 2 ของรีเลย์ Terminal A ซึ่งจะทาหน้าที่เป็น Backup หากรีเลย์ที่ Terminal B ไม่ทางาน ดังนั้นถ้าเกิด Fault ที่ F1 รีเลย์ที่ Terminal A ก็จะหน่วงเวลาด้วย ทาให้การกาจัด Fault ที่ F1 ช้าลง ในทางทฤษฎี เราสามารถแก้ปัญหาได้โดยใช้หลักการ Differential โดยการเปรียบเทียบกระแสทั้งสองด้านแต่ไม่เหมาะในทางปฏิบัติ เนื่องจากในระบบไฟ 3 เฟส จะต้องใช้ตัวนาร่องสัญญาณ (Pilot Conductor) ถึง 6 ตัว ประกอบด้วย

•  3 ตัวสาหรับแต่ละเฟส
• 2 ตัวสาหรับสายไฟกระแสตรงที่จะไป Trip Circuit Breaker
• 1 ตัวสาหรับสาย Neutral 

          ในกรณีที่สายส่งมีความยาวมาก ค่าสายนาสัญญาณก็จะมีราคาสูงตาม และยังอาจจะเกิดค่าผิดพลาดของกระแส อันเนื่องมาจากการอิ่มตัวของหม้อแปลงขณะมีโหลดจานวนมาก, กระแสอัดประจุ หรือแรงดันตกในสาย จากเหตุผลดังกล่าวจึงทาให้วิธีนี้ไม่เป็นที่นิยมใช้ เว้นแต่ในกรณีที่สายส่งมีขนาดสั้น (ประมาณ 1-3 km)

          หลักการของ Pilot Protection ก็คือการนา Differential Relay มาดัดแปลงโดยหลีกเลี่ยงการใช้สายสัญญาณระหว่างปลายแต่ละด้านของสายส่ง คาว่า “PILOT” ในที่นี้หมายถึง การสื่อสารระหว่าง Terminal ของสายส่งตั้งแต่ 2 Terminal ขึ้นไปเพื่อที่สามารถป้องกันสายส่งได้อย่างสมบูรณ์ (กาจัด Fault ได้ 100% ของสายส่งโดยไม่ต้องมีการหน่วงเวลา) การป้องกันแบบนี้เรียกว่า การป้องกันระยะไกล (Teleportation)

การป้องกันสายส่ง (Transmission Line Protection)

8.3 การป้องกันสายส่ง (Transmission Line Protection)
               ในการป้องกันสายส่งที่มีค่า Impedance แปรตามขนาดของความยาวของสายส่งนั้น เราจะใช้ Distance Relay (21) เป็นตัวป้องกัน โดยต้องมี Input มาให้ Relay 2 ตัว คือ Voltage จาก PT และ Current จาก CT ในอดีตการป้องกันสายส่งมักจะใช้ O/C Relay แต่เมื่อระบบขยายตัวขึ้นก็พบว่า O/C ไม่สามารถป้องกันได้อีกต่อไป จึงเปลี่ยนมาใช้ Distance Relay แทนเนื่องจากง่ายในการทา Co-ordination ในระบบที่เป็น Loop Line และ มีหลาย Source ขณะเดียวกันก็ไม่ต้องคานวณค่า Setting และ Co-ordinationใหม่เมื่อ Fault Current เปลี่ยนไปด้วย โดยมีการแบ่ง Zone การป้องกันดังนี้ 

• Zone 1 จะ Set ไม่เกิน 80-90% สายส่ง เนื่องจากไม่ต้องการให้เกิด Overreach Trip เมื่อเกิด Fault ในสายส่ง Section ถัดไป 
• Zone 2 จะ Set ประมาณ 120-150% ของความยาวสายส่งที่ป้องกัน เพื่อเป็น Back Up ให้ Zone 1 และ ป้องกันส่วนที่ Zone 1 มองไม่เห็น แต่ต้องตรวจสอบว่าค่าที่ Set ต้องไม่ครอบคลุมหม้อแปลงที่ฝั่งตรงข้าม 
• Zone 3 ควร Set ให้มากกว่า Zone 2 เพื่อเป็น Backup ให้ Zone 1 และ 2 อีกที

รูปที่ 9 การป้องกันสายส่ง 

รูปที่ 10 การป้องกันสายส่งด้วยรีเลย์ระยะทาง

ระบบป้องกันหลักในสถานีไฟฟ้า (Substation Protection)

8. ระบบป้องกันหลักในสถานีไฟฟ้า

        8.1 การป้องกันหม้อแปลงและฟีดเดอร์

                  การป้องกันหม้อแปลงและฟีดเดอร์ การป้องกันหม้อแปลงโดยทั่วไปจะมีสิ่งที่เรียกว่า Self Protection อยู่คือ 

1. Buchholz Relay
2. Pressure Relay
3. On load tap changer O/C Relay
4. Winding Temperature/Oil Temperature 

ระบบป้องกันเหล่านี้มีไว้ตรวจจับความผิดปกติใน Tank ของหม้อแปลงโดยเฉพาะ เช่น 

• การตรวจจับ Gas ที่เกิดจาก Arc ในขดลวด, 
• แรงดันที่เปลี่ยนแปลงไปใน Tank, 
• การเกิด Overcurrent ขณะเปลี่ยน Tap 
• อุณหภูมิของขดลวดและน้ามันที่เพิ่มขึ้นจากการใช้งาน Overload 

นอกจากนี้ยังใช้ Protective Relay เข้ามาช่วยป้องกันหม้อแปลงด้วย คือ 
          1. Overcurrent Relay : O/C (50/51, 50/51G) การทางานของ O/C คือ Relay จะให้ Output เมื่อมีกระแสเข้าตัว Relay เกินค่า Setting แบ่งเป็น 2 ชนิด คือ 
                  1.1 Instantaneous O/C Relay (50) เป็น Relay ที่ทางานเมื่อกระแสเกินค่า Setting และให้ Output โดยไม่มีการหน่วงเวลา โดยทั่วไป Operating Time ประมาณ 50-100 ms ใช้ป้องกันอุปกรณ์ทั่วไป เช่น Motor, Transformer ที่อยู่ปลายทางไม่จาเป็นต้องรอเวลาเพื่อ Co-ordinate กับ Relay ตัวอื่น                     1.2 Time Delay O/C Relay (51) เมื่อกระแสเกินค่า Setting จะมีการหน่วงเวลาตามที่ตั้งไว้ก่อนจะให้ Output ออกมาสามารถแบ่งได้เป็น
                               1. Definite or Fix Time Delay (เวลาไม่ขึ้นกับกระแส) 
                               2. Inverse Time Delay (เวลาแปรผกผันกับกระแส)

           2. Differential Relay (87) หลักการทางานของ Diff. Relay คือ ตรวจสอบความแตกต่าง (Different) ของกระแสที่ไหลเข้าและออกจากอุปกรณ์ที่ Relay ป้องกันอยู่ ถ้าแตกต่างกันน้อยไม่เกินค่า Setting ก็จะถือว่าไม่มี Fault ในอุปกรณ์นั้น เมื่อนามาใช้กับหม้อแปลง ก็คือการ Detect กระแส High Side และ Low Side ของหม้อแปลงนั่นเอง

รูปที่ 6 ระบบป้องกันหม้อแปลง

คุณสมบัติของระบบป้องกัน (Property Protection)

4. คุณสมบัติของระบบป้องกัน

          ระบบป้องกันที่ดีควรมีลักษณะที่ดีดังนี้

            4.1  Reliability หมายถึง ความเชื่อถือได้ในความแน่นอนของ Relay ในขณะทำงานว่าจะสามารถทำงานได้จริง ซึ่งเมื่อกล่าวถึง Reliability จะสามารถแบ่งเป็นข้อย่อยได้คือ

                     1.  Dependability หมายถึง การที่ระบบป้องกันต้องทำงานถูกต้องทุกครั้งที่เกิด Fault และต้องทำงานถูกต้องสำหรับ Fault ทุกแบบด้วย และต้องทำงานได้ในขณะที่ต้องการให้ทำงาน เช่น อาจต้องทำงานซ้ำๆ กัน หลายๆ ครั้ง ในช่วงเวลาสั้นๆ หรืออาจจะต้องทำงานแม้จะไม่ได้ทำงานมาเป็นระยะเวลานานก็ตาม

                     2.  Security หมายถึง ระบบป้องกันต้องไม่ทำงานเมื่อไม่ต้องการให้ทำงาน เช่น จะต้องไม่ทำงานในภาวะโหลดปกติ หรือเกิดภาวะ Transients ชั่วขณะ หรือเมื่อเกิด Fault นอกเขตการป้องกัน การตัดวงจรโดยไม่จำเป็นจะส่งผลให้เกิดความเสียหายทางเศรษฐกิจ


              4.2 Selectivity หมายถึง Security ที่จำกัดพื้นที่ให้อยู่ในขอบเขตจำกัด หรือไม่จำกัดในระบบไฟฟ้า ซึ่งเขตนี้เรียกว่า Zone of Protection ซึ่งจะเป็นแบบจำกัด หรือไม่จำกัดก็ได้ หรืออาจกล่าวอีกแบบได้ว่า Selectivity คือ การที่ใช้ Relay ทำงานภายใน Zone ที่ออกแบบให้ทำงานนั่นเอง ซึ่งโดยมากขอบเขตของ Zone นี้ จะมีแบ่งเป็น 2 ส่วนอุปกรณ์ คือ อุปกรณ์ตัดตอนคือ Circuit Breaker และอุปกรณ์ตรวจจับ คือ CT, PT และ Relay และขอบเขตของ Zone นี้จะถูกจำกัดโดยบริเวณที่ติดตั้ง CT นั่นเอง โดยการทำงานภายใน Zone คือ CT เป็นตัวรับสัญญาณ Faults มาแล้วมี Circuit Breaker เป็นตัวตัดตอนแยก Faults ออกจากระบบ

               4.3 Speed ระบบป้องกันจะต้องสามารถตัดวงจรได้รวดเร็วพอที่จะทำให้อุปกรณ์ต่างๆ ในระบบยังไม่เกิดความเสียหาย ซึ่งโดยทั่วไปแล้วยิ่งทำงานเร็วเท่าไหร่อุปกรณ์ก็จะได้รับความปลอดภัย แต่ในบางครั้งเพื่อให้มีการทำงานประสานกันอาจจะต้องมีการหน่วงเวลาบ้างพอสมควร แต่ทั้งนี้ทั้งนั้นก็ไม่ควรช้าจนทำให้อุปกรณ์เสียหาย ดังนั้นสรุปได้ว่า Relay จะต้องมีการหน่วงเวลาให้ Trip ตามลักษณะความรุนแรงของ Faults และหากพิจารณาแบ่งตามประเภทของ Relay ตามความเร็วในการทำงานสามารถแบ่งได้ดังนี้คือ

1. Instantaneous Relay จะทำงานทันทีเมื่อมีสัญญาณ Trip เข้ามา โดยไม่มีการหน่วงเวลาอันเนื่องมาจาก Function การทำงานของตัวเอง
2. Time Delay Relay จะทำงานโดยมีการหน่วงเวลาเอาไว้ ตั้งแต่ที่รับสัญญาณเข้ามาและก่อนที่จะส่งสัญญาณ Trip ออกไป

5. การทำงานของ Relay อย่างง่าย

รูปที่ 4 การทำงานของรีเลย์

หลักการของระบบป้องกัน (Protection System)

1. สภาพการจ่ายไฟทั่วไปของสถานีไฟฟ้า        
              สภาพการจ่ายไฟทั่วไปของสถานีไฟฟ้านั้น จะประกอบด้วยการรับไฟระบบ 115 เควี. มาจากสถานีไฟฟ้าต้นทาง Incoming No.1 เข้าเบย์ที่ 1 ผ่านสวิตช์ใบมีดและเบรคเกอร์ไปยังเมนบัส (Main Bus) และจ่ายไฟสู่เบย์ที่ 2, 4 ซึ่งเป็นเบย์ที่จ่ายไฟให้กับหม้อแปลง TP2, TP1 ตามลำดับ ส่วนเบย์ที่ 5 จะจ่ายไฟระบบ 115 เควี. ให้กับสถานีไฟฟ้าปลายทางต่อไป Outgoing No.1

รูปที่ 1 ระบบไฟฟ้ากำลัง