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