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
หลักการของ Pilot Protection ก็คือการนา Differential Relay มาดัดแปลงโดยหลีกเลี่ยงการใช้สายสัญญาณระหว่างปลายแต่ละด้านของสายส่ง คาว่า “PILOT” ในที่นี้หมายถึง การสื่อสารระหว่าง Terminal ของสายส่งตั้งแต่ 2 Terminal ขึ้นไปเพื่อที่สามารถป้องกันสายส่งได้อย่างสมบูรณ์ (กาจัด Fault ได้ 100% ของสายส่งโดยไม่ต้องมีการหน่วงเวลา) การป้องกันแบบนี้เรียกว่า การป้องกันระยะไกล (Teleportation)
2. ช่องทางการสื่อสาร (Communication Channels)
ช่องทางการสื่อสารที่นิยมใช้ในการป้องกันโดยทั่วไปมี 4 วิธี คือ
- การสื่อสารโดยใช้สายส่งกาลัง (Power Line Carrier)
- การสื่อสารโดยใช้ไมโครเวฟ (Microwave)
- การสื่อสารโดยใช้ใยแก้วนาแสง (Fiber Optics)
- การสื่อสารโดยใช้สายโทรศัพท์ (Communication Cable)
2.1 การสื่อสารโดยใช้สายส่งกาลัง (Power Line Carrier)
การสื่อสารแบบ Power Line Carrier (PLC) PLC ทางานด้วยระบบเปิด-ปิด โดยการส่งสัญญาณวิทยุความถี่ระหว่าง 10-490 kHz ไปบนสายส่งโดยมีวงจรดักสัญญาณความถี่สูง (Wave Trap) ต่ออนุกรมอยู่ทั้งสองข้างของสายส่ง เพื่อกันไม่ให้สัญญาณความถี่สูงผ่านออกไปนอก Zone ป้องกันได้ เนื่องจากสายส่งแรงสูงมีความสูญเสียต่า ดังนั้นจึงสามารถส่งสัญญาณ PLC ไปได้ไกลถึง 160 km สาหรับ Power Output 10 W และมากกว่า 240 km สาหรับ Power Output 100 W โดยไม่ต้องใช้ Repeater ส่วน Coupling Capacitor จะใช้ในการรับ-ส่งสัญญาณจากสายส่งแรงสูง และใช้กันกระแสความถี่ปกติ (50 Hz) ไม่ให้ผ่านเข้าไปได้ นอกจากนี้ Line Tuner, Wave Trap และ Coupling Capacitor ยังใช้ในการทาให้ Impedance ของสายส่งความถี่กาลังงานไฟฟ้า (Power Frequency) มีค่าต่า และทาให้ Impedance ของสายส่งความถี่วิทยุ (Radio Frequency) มีค่าสูง โดยปกติความกว้างของช่วงสัญญาณที่ใช้คือ 4 kHz และเวลาที่ใช้ในการส่งประมาณ 5 ms
ระบบ PLC มีข้อเสีย คือ เรื่องความไวต่อสัญญาณรบกวน เช่น High Impulse Noise ที่เกิดจากฟ้าผ่า, Fault หรือจากการเกิดอาร์ก แต่ระบบ PLC ก็มีความคล่องตัวในการนาไปประยุกต์ใช้กับระบบการป้องกันแบบต่าง ๆ เช่น Directional หรือ Phase Comparison Fault Detection Schemes เพื่อที่จะ Block หรือ Trip Circuit Breaker PLC เป็นระบบที่ใช้กันมาก ถึงแม้ว่าระบบ Microwave หรือ Fiber Optic กาลังได้รับความนิยมมากขึ้นก็ตาม
2.2 การสื่อสารโดยใช้ไมโครเวฟ (Microwave)
การสื่อสารด้วย Microwave เป็นระบบที่มีช่องสัญญาณความถี่กว้างระหว่าง 150 MHz-20 GHz ในช่วงความถี่นั้นสามารถแบ่งเป็นช่องสัญญาณที่ใช้ในระบบป้องกันได้มากมาย การสื่อสารด้วยวิธีนี้ เหมาะกับพื้นที่ที่ไม่ถูกจากัดความถี่ Microwave และเส้นทางที่ไม่มีสิ่งกีดขวาง (Line of Sight) สาหรับสายส่งที่ยาวมาก จะติดตั้ง Repeater เพื่อเป็นตัวส่งสัญญาณต่อไปอีกทีหนึ่ง ข้อดีของระบบ Microwave คือ จะไม่มีผลกระทบจาก Fault และสัญญาณรบกวนที่เกิดขึ้นในสายส่ง นอกจากนี้ยังสามารถส่งสัญญาณเสียง, ข้อมูล, สัญญาณควบคุม, Fax ได้ด้วย สาหรับในเมืองที่มีความแน่นมากซึ่งจะมีผลกระทบต่อเส้นทางและความถี่ของ Microwave เราจะใช้สาย Coaxial แทน
2.3 การสื่อสารโดยใช้ใยแก้วนำแสง (Fiber Optic Links)
การใช้ใยแก้วนำแสงมาใช้ในเรื่องของการป้องกันเป็นวิธีใหม่ที่สุด ซึ่งเป็นการเปลี่ยนรูปของพลังงานไฟฟ้าไปเป็นพลังงานแสง แล้วส่งไปตามสายในแก้วนำแสง สายใยแก้วนำแสง 1 เส้น จะมีช่องสัญญาณถึง 8000 ช่อง และยังสามารถเพิ่มขึ้นได้อีกโดยใช้สายหลายเส้นมารวมกัน สายใยแก้วนำแสงแต่ละเส้นจะถูกป้องกันด้วยท่อพลาสติก จากนั้นสายใยแก้วที่รวมกันจะถูกป้องกันด้วยอลูมิเนียมอีกชั้นหนึ่งเพื่อความแข็งแรง และถูกห่อหุ้มอยู่ในท่อโลหะ (Galvanized Steel Rods) ดังแสดงในรูปที่ 16
รูปที่ 16 แสดงภาพตัดสายใยแก้วนำแสง
ปกติระบบใยแก้วนำแสงจะมีราคาแพง ดังนั้นถ้าจะใช้ให้เหมาะสม ควรจะต้องใช้กับ ระบบที่มีการใช้งานหลายอย่าง และมีปริมาณมาก ระบบที่ใช้เพียงไม่กี่ช่องสัญญาณ จึงไม่เหมาะสมที่จะ
ใช้ใยแก้วนำแสง เนื่องจากไม่คุ้มค่า นอกจากนี้สายใยแก้วนำแสงยังไม่เกิดผลกระทบจากไฟฟ้า,
สนามแม่เหล็ก, สัญญาณรบกวน, ฟ้าผ่า ด้วยวิธีการติดตั้งสายใยแก้วนำแสงสามารถติดตั้งได้บนเสา
ไฟฟ้ า หรือนำไปพันรอบสายส่งในแต่ละเฟสหรือสายกราวด์
2.4 การสื่อสารโดยใช้สายโทรศัพท์ (Pilot Wire)
ระบบนี้เป็นระบบที่ใช้ตัวกลางแยกการรับส่งข้อมูลจะถูกกระทา โดยผ่านสายโทรศัพท์ ระบบ
นี้เหมาะที่จะใช้กับสายส่งที่มีความยาวไม่ถึง 16 km การลดทอนของสัญญาณขึ้นกับชนิดเคเบิล, ความ
ยาว และความถี่ ปกติระบบนี้จะหมายถึง “AC Pilot Wire Relaying” ซึ่งเหมาะที่จะใช้กับระยะทางสั้น ๆ