ในระบบสถานีย่อยอัตโนมัติ (SAS: Substation Automation System) ฟังก์ชันป้องกันและฟังก์ชันเกี่ยวกับความปลอดภัยเป็นฟังก์ชันที่สำคัญมาก
ฟังก์ชันป้องกันในระบบสถานีย่อยอัตโนมัติ
(Protection Function in Substation Automation System)
พิชิต จินตโกศลวิทย์
pichitor@yahoo.com
ในระบบสถานีย่อยอัตโนมัติ (SAS: Substation Automation System) ฟังก์ชันป้องกันและฟังก์ชันเกี่ยวกับความปลอดภัยเป็นฟังก์ชันที่สำคัญมาก ซึ่งการทำงานของมันต้องทำงานด้วยความเร็วสูงและทำงานแบบอัตโนมัติบนพื้นฐานความปลอดภัยอีกต่างหาก ฟังก์ชันป้องกันจะทำงานโดยตรงกับระดับโปรเซส ส่งคำสั่งควบคุมไปยังตัวอุปกรณ์ตัดตอนไฟฟ้า
โดยส่วนใหญ่ก็คือเซอร์กิตเบรกเกอร์ (CB: Circuit Breaker) ตัวใหญ่แรงดันไฟฟ้าสูง ในระบบไฟฟ้าระดับการไฟฟ้าหรือระบบจ่ายไฟฟ้า CB จะหมายถึงเซอร์กิตเบรกเกอร์ที่สามารถตัดกระแสลัดวงจรหรือฟอลต์ในระดับหลายร้อยแอมแปร์ สำหรับ CB ตัวเล็กตัดไม่กี่สิบแอมแปร์เราเรียกว่ามินิเอเจอร์เซอร์กิตเบรกเกอร์ (MCB: Miniature Circuit Breaker) การทำงานของฟังก์ชันป้องกันนั้น ต้องทำงานโดยปราศจากผู้ปฏิบัติงานเข้ามาสอดแทรกและขัดขวางในระหว่างที่มันต้องการจะจัดการกับฟอลต์ นั้นหมายความว่า การทำงานจะปลอดภัยและน่าเชื่อถือเพิ่มขึ้น เนื่องจากปราศจากความผิดพลาดของมนุษย์ (Human Error)
การทำงานของระบบป้องกันหรือระบบที่เกี่ยวกับความปลอดภัย ส่วนใหญ่จะเป็นการทำงานที่เฉพาะเจาะจงไปยังตัวอุปกรณ์จ่ายไฟฟ้าหรือเบย์ใดเบย์หนึ่ง ข้อมูลที่ถูกประมวลผลจะถูกประมวลผลในตัวอุปกรณ์ไฟฟ้าหรือในกลุ่มอุปกรณ์ไฟฟ้านั้น ๆ ระบบ HMI (Human Machine Interface) ไม่ว่าจะอยู่ระดับใดทำได้เพียงเปลี่ยนพารามิเตอร์เริ่มต้นเท่านั้น หรือ ก็ปิด/เปิดฟังก์ชันเท่านั้น หลังจากนั้นก็จะไม่มีส่วนเกี่ยวข้องกับการทำงานของฟังก์ชันป้องกันนั้นเลย ตามหลักการทั่วไปเราสามารถแยกแยะฟังก์ชันเกี่ยวกับการป้องกันและความปลอดภัยได้ 3 กลุ่มดังนี้
• การป้องกัน (Protection) ซึ่งจะทำงานตลอดเวลา (Active Safety Level) เพื่อตรวจสอบการทำงานที่เป็นอันตราย เช่น ความร้อนสูง หรือกระแสไฟฟ้าไหลสูง โดยทั่วไปจะจัดการปลดเซอร์กิตเบรกเกอร์ที่มีส่วนกับสาเหตุหรือฟอลต์นั้น ๆ
• การอินเตอร์ล็อกกิ้ง (Interlocking) จะไม่ทำงานตลอดเวลา (Passive Safety Level) โดยปกติการทำงาน เมื่อมีคำสั่งในการปลดหรือสับอุปกรณ์จ่ายไฟฟ้า โดยอินเตอร์ล็อกกิ้งจะทำการแยกแยะว่าคำสั่งนั้นจะก่ออันตรายหรือความเสียหายหรือไม่ และจะทำการหยุดการทำงานของคำสั่งนั้นไม่ให้ทำงานทันทีถ้าคำสั่งอาจจะก่ออันตรายได้ ไม่ว่าจะเป็นอันตรายต่อมนุษย์หรืออุปกรณ์ไฟฟ้าใด ๆ
• การทำงานแบบอัตโนมัติ (Automatic) มีลำดับขั้นตอนการทำงานที่สามารถทำโดยอัตโนมัติหลังจากมีสัญญาณกระตุ้นหรือทริกเกอร์ (Trigger) ทริกเกอร์อาจจะมาจากช่างไฟฟ้าหรือมาจากระบบอัตโนมัติอื่นรวมทั้งระบบป้องกัน หรือมาจากฟังก์ชันการตรวจสอบระบบ (Process Supervision) แต่ละฟังก์ชันอัตโนมัติควรมีสามารถตรวจสอบตัวเอง เพื่อความปลอดภัยฟังก์ชันอัตโนมัติจะทำงานระดับบนของฟังก์ชันป้องกันอีกทีหนึ่ง นั้นหมายความว่ามีระดับความสำคัญต่ำกว่านั้นเอง
ฟังก์ชันการป้องกันหลัก
โดยทั่วไปในสถานีย่อย การป้องกันอุปกรณ์จ่ายไฟเป็นสิ่งสำคัญ เช่น การป้องกันสายส่ง, บัสบาร์, เครื่องกำเนิดไฟฟ้า หรือ หม้อแปลงกำลัง ดังนั้นจึงมีฟังก์ชันในการป้องกันที่ถูกออกแบบมาเฉพาะในแต่ละอุปกรณ์จ่ายไฟฟ้า แต่อย่างไรก็ตามมีฟังก์ชันป้องกันที่ใช้หลักการพื้นฐานเหมือนกันในแต่ละประเภทอุปกรณ์จ่ายไฟ เช่น การป้องกันกระแสเกิน ในบทความนี้จะกล่าวเกี่ยวกับรายละเอียดเบื้องต้นเท่านั้น ส่วนรายละเอียดในเชิงลึกผู้เขียนจะกล่าวในบทความถัดถัดไป
หลักการป้องกันสำหรับสถานีย่อย (Protection Concept for Substation)
สถานีย่อยทั่วไปจะประกอบด้วยสายส่ง, บัส, บัสคัปเปลอร์, หม้อแปลงกำลัง, สายป้อน ดังรูปที่ 1
หลักการป้องกันทั่วไปจะประกอบด้วยอุปกรณ์ป้องกันดังนี้
1. การป้องกันกระแสเกิน (Overcurrent Protection)
2. การป้องกันระยะทาง (Distance Protection)
3. รีเลย์สับกลับอัตโนมัติ (Autoreclosure Protection)
4. การป้องกันผลต่าง (Differential Protection)
5. การป้องกันการรั่วลงดินแบบมีทิศทาง (Directional Earth Fault Protection)
6. การป้องกันโหลดเกิน (Overload Protection)
7. รีเลย์ความถี่ (Frequency Relay)
8. รีเลย์แรงดันไฟฟ้า (Voltage Relay)
9. รีเลย์เตือนฟอลต์ลงดิน (Earth Fault Indication Relay)
10. ระบบป้องกันบัสบาร์ (Busbar Protection System)
11. การป้องกันบุชโฮลซ์ หรือ การตรวจสอบความร้อนภายใน (Buchholz Protection, Thermal Monitoring)
รูปที่ 1 การป้องกันในสถานีย่อย
การป้องกันสายไฟฟ้า (Line Protection)
สายไฟฟ้าที่ใช้ในการจ่ายไฟฟ้ากระแสสลับ โดยทั่วไปจะถูกแบ่งหน้าที่ตามระดับแรงดันไฟฟ้า แต่โดยทั่วไปแล้วไม่มีมาตรฐานสากลในการระบุหรือจำแนก แต่สามารถจำแนกได้คร่าว ๆ ใกล้เคียงกับมาตรฐานของหลาย ๆ ประเทศดังนี้คือ
• ระดับจำหน่าย (3.6-36kV)
เป็นวงจรที่จ่ายไฟฟ้าไปให้ผู้ใช้ ซึ่งอาจจะเป็นโรงงานที่มีหม้อแปลงจำหน่ายเป็นของตนเอง หรือโหลดที่อยู่อาศัยโดยผ่านหม้อแปลงจำหน่ายที่การไฟฟ้าติดตั้งบนเสาไฟฟ้า
• ระดับส่งย่อย (17.5-145 kV)
เป็นวงจรที่ส่งไฟฟ้าไปยังสถานีย่อยไฟฟ้าในระบบจำหน่าย โดยจะมีหม้อแปลงกำลังไฟฟ้าเป็นตัวรับและส่งพลังงานไฟฟ้า
• ระดับส่ง (72.5-765 kV)
เป็นวงจรที่ส่งไฟฟ้าระหว่างสถานีไฟฟ้าแรงสูง และสถานีต้นทางในระบบจำหน่ายเพื่อเชื่อมโยงโรงไฟฟ้าหลาย ๆ ระบบเข้าด้วยกัน อีกประการหนึ่งสายส่งไฟฟ้ายังสามารถถูกจำแนกได้ดังนี้
- สายส่งแรงดันไฟฟ้าแรงสูง (HV: High Voltage): 115-245 kV
- สายส่งแรงดันไฟฟ้าแรงสูงพิเศษ (EHV: Extra High Voltage): 300-765kV
- สายส่งแรงดันไฟฟ้าแรงสูงมาก (UHV: Ultra High Voltage): >765kV
สำหรับระบบไฟฟ้าที่ส่งโดยกระแสตรงสามารถถูกแบ่งได้ดังนี้
• แรงดันต่ำ (4-250V)
เป็นระดับแรงดันไฟฟ้าที่ใช้ในการวงจรควบคุมโรงไฟฟ้าและสถานีย่อยไฟฟ้า รวมแม้กระทั้งในโรงงานอุตสาหกรรม
• แรงดันปานกลาง (300-600V)
สำหรับอุตสาหกรรมการขนส่งที่ใช้ไฟฟ้า เช่น รถไฟฟ้า ไม่ว่าจะเป็นรถไฟฟ้าลอยฟ้า หรือรถไฟฟ้าใต้ดิน
• แรงดันสูง (>600V)
ใช้ในการส่งพลังงานไฟฟ้าในระยะไกลมาก เช่น ข้ามทวีป หรือข้ามประเทศที่มีอาณาเขตกว้าง, ใช้ในเรือดำน้ำ, หรือในการเชื่อมต่อระบบไฟฟ้าที่ความถี่ไฟฟ้าต่างกัน
จากสถิติความผิดพลาดทางระบบไฟฟ้ามักจะเป็นฟอลต์แบบลัดวงจร (Fault) ส่วนใหญ่ในระบบไฟฟ้าฟอลต์จะเกิดขึ้นบนสายไฟฟ้าที่ลากผ่านอากาศหรือเรียกสั้น ๆ ว่าสายอากาศไม่ว่าจะเป็นสายส่งหรือสายป้อน รีเลย์ป้องกันสายไฟฟ้าจะป้องกันสายไฟฟ้าจากเหตุพื้นฐานคือการมีโหลดเกินทุกชนิด โดยเฉพาะโหลดเกินจากสาเหตุการลัดวงจร ซึ่งมีวิธีการทางเทคนิคทั่วไป 7 ประเภทที่มักถูกใช้ในการป้องกันหรือการขจัดฟอลต์บนสายไฟฟ้าดังนี้
• กระแสเกินทันทีทันใด (Instantaneous Overcurrent)
• กระแสเกินแบบหน่วงเวลา (Time Overcurrent)
• กระแสเกินแบบมีทิศทาง (Directional Overcurrent)
• ป้องกันระยะทางแบบผกผันกับเวลา (Inverse Time Distance)
• ป้องกันระยะทางแบบมีเขตป้องกัน (Zone Distance)
• ไพลอตรีเลย์ และแบบผลต่าง (Pilot Relay/Line Differential)
หลักการที่ถูกนำมาใช้มากที่สุดคือการป้องกันกระแสเกิน สำหรับการป้องกันที่ซับซ้อนที่สุดคือการวัดค่าความต้านทานหรืออิมพีแดนซ์ (Impedance) เพื่อหาระยะทางของสายไฟฟ้าซึ่งมีตัวแปรหลายปัจจัยในการพิจารณาเช่น ความต้านทานของอาร์ค อีกประการหนึ่งฟังก์ชันที่มีความสามารถแยกแยะฟอลต์ได้แม่นยำที่สุดคือการป้องกันแบบผลต่างของกระแสไฟฟ้า
ตัวแปรพื้นฐานที่มีผลต่อการเลือกประเภทการป้องกันบนสายไฟฟ้าคือ
1. ชนิดวงจรไฟฟ้า ประเภทสายไฟฟ้า สายอากาศ สายใต้ดิน วงจรเดี่ยว หรือวงจรคู่ขนาน เป็นต้น
2. หน้าที่ของสายส่งไฟฟ้าและความสำคัญของโหลด มีผลต่อความต้องการความต่อเนื่องของการจ่ายพลังงานไฟฟ้าหรือระยะเวลาในการขจัดฟอลต์ออกจากระบบที่เหลือ
3. ความต้องการทำงานที่สอดคล้องร่วมกัน (Coordination) คือสามารถทำงานร่วมกับอุปกรณ์ตัวอื่นที่เกี่ยวกับสายส่งไฟฟ้านั้น และระบบข้างเคียงอย่างถูกลำดับและมีประโยชน์ที่สุด เช่น เซอร์กิตเบรกเกอร์ที่ใกล้ฟอลต์ควรถูกปลดก่อนเซอร์กิตเบรกเกอร์ที่อยู่ห่างจากฟอลต์อย่างเป็นลำดับ
อย่างไรก็ตามยังมีปัจจัยอื่น ๆ ที่ขึ้นอยู่กับประสบการณ์ของวิศวกรไฟฟ้าที่ดูแลระบบนั้น ๆ รวมทั้งความต้องการแบบพิเศษของระบบไฟฟ้านั้น ๆ ดังนั้นต้องพิจารณาเงื่อนไขหลาย ๆ ด้านซึ่งแต่ละที่แต่ละระบบอาจจะไม่เหมือนกัน จึงไม่สามารถกำหนดกฎตายตัวแน่นอนสำหรับการป้องกันระบบไฟฟ้าได้
การป้องกันหม้อแปลงไฟฟ้ากำลังและรีแอกเตอร์
การป้องกันหม้อแปลงไฟฟ้ากำลังและรีแอกแตอร์ ต้องสามารถจัดการกับฟอลต์ทั้งภายในและภายนอกได้ (Internal/External Fault) รีเลย์ผลต่างมักเป็นการป้องกันหลักในการป้องกันฟอลต์สำหรับหม้อแปลงกำลังขนาดตั้งแต่ 10MVA ขึ้นไป ในหลักการแล้วมันเหมือนกับการป้องกันแบบผลต่างสำหรับสายไฟฟ้า โดยใช้วิธีการเปรียบเทียบกระแสไฟฟ้าไหลเข้าและไหลออกทั้งหมดในหม้อแปลง แต่รีเลย์ผลต่างของหม้อแปลงกำลังจะพิจารณาตัวแปรหลายปัจจัยมากกว่า เพื่อป้องกันการทำงานที่ผิดพลาดจากคุณสมบัติของหม้อแปลงกำลังดังนี้
• ความแตกต่างของระดับแรงดันไฟฟ้า รวมทั้งตำแหน่งแท็ปที่มีผลต่อความแตกต่างของกระแสไฟฟ้าในด้านปฐมภูมิและทุติยภูมิ
• ความเป็นไปได้ของการผิดพลาดในเรื่องของอัตราส่วนของกระแสไฟฟ้า
• มุมเฟสที่เลื่อน 30องศา เนื่องจากการต่อขดลวดหม้อแปลงแบบเดลต้า
• กระแสอินรัชที่อาจจะทำให้รีเลย์ผลต่างมองเป็นฟอลต์ภายในได้
อีกประการหนึ่ง จริง ๆ แล้ว รีเลย์ผลต่างสามารถมีฟังก์ชันป้องกันกระแสเกิน , การป้องกันฟอลต์ลงดิน และการป้องกันระยะทางเป็นฟังก์ชันสำรองได้ ขนาดของหม้อแปลงและจำนวนขดลวดหม้อแปลง (Winding) รวมทั้งรูปแบบต่อการขดลวดหม้อแปลง มีผลต่อการการเลือกประเภทป้องกันให้เหมาะสม ดังนั้นดังที่กล่าวมาแล้วว่าไม่สามารถระบุวิธีป้องกันได้อย่างแน่นอนได้ แต่อย่างไรก็ตามบทความได้ยกตัวอย่าง 2 ตัวอย่างดังนี้
• หม้อแปลงขนาดเล็ก 2 ขดลวดหม้อแปลง (<10MVA) รีเลย์ผลต่าง (I) ใช้เป็นการป้องกันหลักสำหรับการป้องกันการลัดวงจรภายใน (Internal Short Circuit) และทำงานพร้อมด้วยการป้องกันแบบบุชโฮลซ์ เพื่อป้องกันแรงดันก๊าซเกินในตัวหม้อแปลง รวมทั้งมีการป้องกันกระแสเกินเป็นการป้องกันสำรอง โดยมี 2 ฟังก์ชันย่อยคือ การป้องกันการลัดวงจร และการป้องกันโหลดเกิน รวมทั้งมีการตรวจสอบความร้อนในฉนวนน้ำมัน
• หม้อแปลงขนาดใหญ่ 3 ขดลวดหม้อแปลง (>100MVA) รีเลย์ผลต่าง (I) จะถูกจัดไว้สำหรับเป็นการป้องกันหลักต่อกระแสการลัดวงจรภายใน และการป้องกันฟอลต์ลงดินที่จุดต่อแบบสตาร์ และมี 2 บุชโฮลซ์ป้องกันการเกิดก๊าซในหม้อแปลง และมีรีเลย์ระยะทางและกระแสเกินเป็นการป้องกันสำรอง และยังมีการป้องกระแสเกินในการป้องกันกรณีโหลดเกิน รวมทั้งมีเซนเซอร์ตรวจจับความร้อนในฉนวนน้ำมัน
การป้องกันเครื่องกำเนิดไฟฟ้า (Generator Protection)
การออกแบบด้วยเทคโนโลยีสมัยใหม่และการปรับปรุงชนิดวัสดุในการผลิตเครื่องกำเนิดไฟฟ้า ทำให้จำนวนครั้งในการผิดพลาดหรือล้มเหลวในการทำงานของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าต่ำมาก อย่างไรก็ตามความเหตุขัดข้องในเครื่องกำเนิดไฟฟ้าก็ยังคงมีโอกาสเกิดขึ้นได้และอาจจะทำให้เกิดความเสียหายอย่างรุนแรงและส่งผลให้ไฟฟ้าดับเป็นเวลานาน ด้วยเหตุผลนี้สภาพผิดปกติในเครื่องกำเนิดไฟฟ้าต้องถูกตรวจสอบตลอดเวลา และส่วนที่มีฟอลต์หรือสภาพผิดปกติต้องถูกตัดออกจากระบบไฟฟ้าทันที
สภาพผิดปกติที่อาจเกิดขึ้นในเครื่องกำเนิดไฟฟ้ามีดังนี้
• ฟอลต์ในขดลวด
• โหลดเกิน
• ความร้อนเกินในขดลวดและลูกปืน
• ความเร็วเกิน
• การสูญเสียสนามแม่เหล็กกระตุ้น
• การเคลื่อนที่ของเครื่องกำเนิดไฟฟ้า
• การทำงานไม่สมดุลในแต่ละเฟส
• การหลุดจังหวะการทำงาน
สภาพผิดปกติเหล่านี้ไม่ได้ต้องการปลดหรือทริปเครื่องกำเนิดกระแสไฟฟ้าทันทีโดยอัตโนมัติเสมอไป เพราะบางสภาพผิดปกติสามารถแก้ไขในระหว่างที่เครื่องกำเนิดไฟฟ้ายังทำงานอยู่ได้ เมื่อมีการเกิดสภาพผิดปกติระบบ SAS ต้องส่งสัญญาณเตือนไปยังผู้ปฏิบัติงานหรือช่างไฟฟ้าทันที อย่างไรก็ตามบางเหตุการณ์ เช่น มีฟอลต์หรือการลัดวงจรระบบ SAS ต้องตัดเครื่องกำเนิดไฟฟ้าออกจากระบบทันที สำหรับกรณีอื่น ๆ
ต้องพิจารณาชั่งน้ำหนักโดยพิจารณาจากค่าใช้จ่ายในการดำเนินการ, ในการบำรุงรักษา และ ระดับดีกรีของการป้องกัน (Degree of Protection) ต่อระดับความเสียหายที่จะเกิดขึ้น จำนวนของฟังก์ชันป้องกันควรถูกประยุกต์ใช้แตกต่างกันไปตามขนาดและความสำคัญของเครื่องกำเนิดไฟฟ้า ฟอลต์ภายในเครื่องกำเนิดไฟฟ้าโดยทั่วไปพัฒนามาจากฟอลต์ลงดินของขดลวดเฟสใดเฟสหนึ่ง และอาจจะส่งผลทำให้มีโอกาสเกิดฟอลต์หลายเฟส ในการป้องกันผลต่าง กระแสไฟฟ้าในแต่ละเฟสในแต่ละด้านของขดลวดจะถูกเปรียบเทียบในวงจรผลต่าง ผลต่างที่เกิดขึ้นจะถูกใช้เพื่อปลดเครื่องกำเนิดไฟฟ้าจากเครือข่ายไฟฟ้า
เป็นไปไม่ได้เช่นเดียวกันที่จะมีรูปแบบการป้องกันแน่นอนสำหรับเครื่องกำเนิดไฟฟ้า แต่บทความนี้จะยก 2 ตัวอย่างไว้ให้พิจารณาดังนี้
รูปแบบการป้องกันเครื่องกำเนิดไฟฟ้าขนาดเล็ก (35 MVA)
รูปแบบการป้องกันเครื่องกำเนิดไฟฟ้าขนาดใหญ่
สำหรับเครื่องกำเนิดไฟฟ้าขนาดใหญ่ รูปแบบการป้องกันมักจะใช้วิธีใส่ฟังก์ชันป้องกันชนิดเดียวกันเพิ่มเข้าไป ณ จุดป้องกันจุดเดียวกัน และการทำงานแยกออกจากกันอย่างอิสระ สำหรับเหตุผลในความปลอดภัย แนะนำไม่ให้ปล่อยเครื่องกำเนิดไฟฟ้าทำงานขณะที่ชุดระบบป้องกันชุดใดชุดหนึ่งไม่ทำงานหรือมีปัญหา และควรจะจำไว้ว่าระบบป้องกันแบบผลต่างไม่มีเฉพาะป้องกันเครื่องกำเนิดไฟฟ้า แต่ควรรวมป้องกันหม้อแปลงเพิ่มระดับแรงดัน (Step-up Transformer) ด้วย เช่น ชุดป้องกันผลต่างชุดเครื่องกำเนิดไฟฟ้าและหม้อแปลง
การป้องกันบัสบาร์และเบรกเกอร์ทำงานล่มเหลว
บัสบาร์ในสถานีย่อยคือโหนดหรือตำแหน่งที่มีความเสี่ยงสูงต่อการมีกระแสฟอลต์ไหลผ่านมาจากระบบเครือข่ายไฟฟ้า เนื่องจากมีต่อกับแหล่งจ่ายไฟฟ้าหลายแหล่ง กระแสไฟฟ้าค่าสูงมากยังมีโอกาสไหลผ่านบัสบาร์ ความเสียหายของบัสบาร์ยังมีโอกาสจากฟ้าผ่าเช่นกัน แต่เนื่องจากสาเหตุที่เกิดจากฟ้าผ่าเป็นเรื่องที่มีโอกาสค่อนข้างยาก จึงเน้นหนักไปทางการป้องกันกระแสลัดวงจร
การเกิดจากฟอลต์ความเสียหายอาจจะกระจายวงกว้าง เนื่องจากอาจจะมีการปลดเซอร์กิตเบรกเกอร์อย่างต่อเนื่องของเครื่องกำเนิดไฟฟ้า และสายส่งสายป้อนไฟฟ้า ในที่สุดก็ทำให้ระบบไฟฟ้าทั้งหมดหรือบางส่วนขัดข้องหรือล้มเหลว
คำว่าการป้องกันบัสบาร์จะเกี่ยวข้องกับรูปแบบการป้องกันแบบพิเศษที่ป้องกันกระแสลัดวงจรและกระแสลัดวงจรลงดินภายในบริเวณบัสบาร์ในระดับแรงดันสูง หน้าที่การป้องกันอีกอย่างคือการป้องกันในกรณีเซอร์กิตเบรกเกอร์ทำงานล้มเหลว (CBF: Circuit Breaker Fail) คือการตรวจจับว่าเซอร์กิตเบรกเกอร์ตัวนั้นสามารถกำจัดฟอลต์บนบัสบาร์ได้หรือไม่
ถ้าไม่ได้จะทำการปลดเซอร์กิตเบรกเกอร์ทั้งหมดที่กำลังจ่ายไฟฟ้าเข้าสู่บัสบาร์ การป้องกันบัสบาร์และป้องกัน CBFมักจะตอบสนองต่อฟอลต์บนบัสบาร์ในรูปแบบเดียวกัน ดังนั้นการป้องกันทั้ง 2 ประเภทมักจะถูกจัดให้อยู่ในชุดป้องกันเดียวกัน
การป้องกันผลต่างคือการป้องกันที่สามารถตอบสนองที่มีความไวต่อฟอลต์และมีความเชื่อถือได้สูงที่สุดในการป้องกันบัสบาร์ของสถานีย่อย อย่างไรก็ตามปัญหานี้สามารถเกิดขึ้นได้จากจำนวนเซอร์กิตเบรกเกอร์ที่มีจำนวนมากที่ทำงานเกี่ยวข้องกับการป้องกัน และความแตกต่างของระดับการจ่ายกระแสไฟฟ้าเลี้ยงฟอลต์ภายนอก ดังตัวอย่างคือถ้ามี วงจรหนึ่งจากทั้งหมด 6 วงจรของบัสบาร์ เกิดมีฟอลต์ภายนอก 5 วงจรที่ไม่มีฟอลต์ภายนอกจะจ่ายกระแสไฟฟ้าเลี้ยงจุดที่เกิดฟอลต์ในระดับที่แตกต่างกันขึ้นอยู่กับค่าความต้านทานอิมพีแดนซ์ของแต่ละวงจร แต่วงจรที่ 6 เป็นวงจรที่มีฟอลต์ภายนอกจะรับกระแสไฟฟ้าจากวงจรข้างเคียงทั้งหมด
จากหลักการของเคอร์ชอฟผลรวมของกระแสไฟฟ้าเข้าและออกจุดเดียวกันต้องมีค่าเท่ากับศูนย์ แต่เนื่องจากเกิดสภาพการอิ่มตัวของหม้อแปลงวัดกระแส (CT: Current Transformer) ที่วงจรที่มีฟอลต์ภายนอกอาจจะทำให้ผลรวมของกระแสไฟฟ้าที่เอาต์พุตของทุก CT รวมกันแล้วไม่เท่ากับศูนย์ และทำให้การป้องบัสบาร์ทำงานผิดพลาด ด้วยเหตุผลเดียวกันนี้ในระบบไฟฟ้ากระแสตรง (DC: Direct Current) สภาวะของการอิ่มตัวของกระแสตรงจะมีผลต่อความผิดพลาดมากกว่าของกระแสสลับ เพราะว่ากระแสจำนวนไม่มากของฟอลต์ของกระแสตรงเมื่อเทียบกับกระแสสลับจะทำให้ CT อิ่มตัวจะทำให้กระแสที่ทางด้านทุติยภูมิผิดไปมาก
รูปแบบการป้องกันบัสบาร์ต้องมีความเชื่อถือได้สูงเพื่อป้องกันการทริปที่ไม่มีผลต่อฟอลต์ คือสามารถเลือกทริปเซอร์กิตเบรกเกอร์ที่สามารถกำจัดฟอลต์นั้น ๆ เท่านั้น ระยะเวลาในการกำจัดฟอลต์มีความสำคัญเพื่อจำกัดความเสียหายที่เกิดจากกระแสไฟฟ้าที่มีค่าสูง และการทำให้ระบบคืนสภาพปกติเป็นเรื่องสำคัญมากในการรักษาความมั่นคงของระบบไฟฟ้า
การป้องกันบัสบาร์สมัยใหม่จะเป็นแบบกระจายกันทำงาน (Decentralized) และมีหน่วยประมวลผล (CPU: Central Processing Unit) ซึ่งจะสามารถหลีกเลี่ยงจากผลกระทบจากการอิ่มตัวของ CT เนื่องจากใช้อัลกอลิทึมในการจัดการปัญหาดังกล่าว รวมทั้งสามารถตรวจสอบประเภทฟอลต์ได้อย่างแม่นยำ อีกประการหนึ่งการเพิ่มความไวของการป้องกันต้องมีความสามารถในการตรวจรู้ทิศทางการไหลของฟอลต์บนแต่ละวงจรเพื่อจำแนกการทริปว่าเป็นฟอลต์ภายในหรือภายนอก การคำนวณด้วยหน่วยประมวลผลที่มีประสิทธิภาพสูงสามารถรองรับความต้องการเหล่านี้ได้
ความสามารถในการเลือกทริปของการป้องกันบัสบาร์มีความต้องการการตรวจรู้ลักษณะการจ่ายไฟของบัสบาร์หรือบัสบาร์อิมเมจ (Busbar Image) แบบไดนามิค คือสามารถตรวจรู้การเปลี่ยนแปลงรูปแบบจ่ายไฟ เช่น สามารถรู้ว่าตอนนี้มีเซอร์กิตเบรกเกอร์ตัวใดปลดหรือสับ หรือรูปแบบการจ่ายไฟฟ้าแบบวงแหวน (Ring) หรือ เรเดียล (Radial) ซึ่งมีผลในการคำนวณของระบบป้องกันถ้ามีการตรวจเจอฟอลต์ ระบบจะคำนวณตามรูปแบบการใช้งานของบัสบาร์และจะปลดเซอร์กิตเบรกเกอร์ให้น้อยที่สุดเท่าที่ทำได้เพื่อให้ระบบสามารถจ่ายไฟฟ้าให้ได้มากที่สุด รูปแบบการป้องกันบัสบาร์ต้องสามารถสนับสนุนความต้องการของผู้ใช้เพื่อความปลอดภัยและความเชื่อถือได้ของระบบดังนี้
• ตรวจสอบฟอลต์ได้อย่างรวดเร็ว
• สามารถที่จะเลือกปลดฟอลต์ได้อย่างรวดเร็วโดยไม่ขึ้นอยู่กับขนาดของสถานีย่อยและรูปแบบการจ่ายไฟ
• มีความสามารถถูกพึ่งพาได้สูงหรือไว้วางใจได้คือระบบมีการตรวจสอบเงื่อนไขสภาพรอบข้างอื่น ๆ ด้วยว่าถ้าทริปหรือปลดเซอร์กิตเบรกเกอร์แล้วจะไม่มีอันตรายหรือปัญหาอื่น ๆ เกิดขึ้น
• ไม่ต้องการ CT ที่มีประสิทธิภาพสูงมากในการทำงานช่วยให้ประหยัดงบประมาณในการติดตั้ง
• ความสามารถในการกำจัดฟอลต์ได้ถูกต้องถึงแม้จะเกิดสภาพ CT อิ่มตัว
• สามารถขจัดฟอลต์ได้ถึงแม้จะมีฟอลต์ภายนอกบัสที่อยู่ใกล้กับบัสบาร์
ฟังก์ชันอื่น ๆ ที่เกี่ยวข้องกับการป้องกัน
• Autoreclosure, Synchrocheck
ความสำเร็จของระบบป้องกันคือการปลดเซอร์กิตเบรกเกอร์ ที่ทำให้มีพื้นที่ไฟฟ้าดับน้อยที่สุด ในกรณีเกิดฟ้าผ่า ต้นเหตุที่ทำให้ระบบป้องกันสั่งปลดเบรกเกอร์จะสิ้นสุดทันทีเพราะโอกาสน้อยมากที่ฟ้าจะผ่าซ้ำที่เดิม และอาร์ค (Arc) ของฟอลต์ฟ้าผ่าจะหายไปภายใน 100 ms ดังนั้นจากเชิงปฏิบัติสามารถปล่อยให้ออโตรีโคลสเซอร์ สั่งสับกลับได้ทันทีหลังจากหน่วงเวลา 100 ms (ถือว่าเร็วมาก)
แต่อย่างไรก็ตามความเร็วที่จะสับกลับขึ้นอยู่กับเวลาเดดไทม์ (Dead Time) ของเซอร์กิตเบรกเกอร์ และถ้าฟอลต์ยังไม่ถูกกำจัดหรือเป็นฟอลต์แบบถาวร เช่น การพังเสียหายของฉนวนไฟฟ้า ระบบป้องกันจะปลดเซอร์กิตเบรกเกอร์อีกครั้งทันที ความพยายามสับกลับอาจจะทำหลายครั้งไม่ว่าระยะเวลาหน่วงที่ตั้งไว้จะเป็นหน่วยวินาที หรือนาที เศษไม้ที่ไม่ใหญ่มากที่ร่วงลงมาพาดสายไฟฟ้าจะถูกเผาไหม้จนหมด แต่อย่างไรก็ตาม เวลาหน่วงก่อนสับที่นานอาจจะทำให้ระดับแรงดันทั้ง 2 ข้างของเซอร์กิตเบรกเกอร์ต่างมุมกันได้ ดังนั้นซิงโครเช็คควรถูกใช้เพื่อทำให้แน่ใจได้ว่าเวลาสับกลับระดับแรงดันไฟฟ้าทั้งข้างของเซอรกิตเบรกเกอร์ด้านอินเฟสหรือมุมเดียวกัน
การสับกลับของรีโคลสเซอร์ต้องตรวจสอบสภาพการทำงานของระบบอื่นด้วย เช่น ใบมีดคอนเน็กติ้งกำลังเคลื่อนที่อยู่หรือไม่ หรือเรียกอีกอย่างว่าอินเตอร์ล็อกกิ้งนั้นเอง ดังนั้นฟังก์ชันออโตรีโคลสเซอร์ และซิงโครเช็ค จะมักถูกใช้งานร่วมกับการทริปของระบบป้องกันจึงสามารถเรียกว่าเป็นฟังก์ชันเกี่ยวข้องกับการป้องกัน ฟังก์ชันซิงโครเช็คยังถูกใช้ในระหว่างการทำงานปกติ เช่นการสับเซอร์กิตเบรกเกอร์ในการทำงานปกติ ซิงโครเช็คจะทำการบล็อกคำสั่งสับไม่ให้สับถ้าตรวจสอบแล้วว่าแรงดันทั้งสองด้านไม่เท่ากัน
• อินเตอร์ล็อกกิ้ง (Interlocking)
จุดประสงค์ของอินเตอร์ล็อกกิ้งคือการป้องกันความเสียหายของอุปกรณ์จ่ายไฟฟ้าหรือป้องกันอันตรายต่อมนุษย์โดยการหยุดหรือบล็อกไม่ให้มีการทำงานต่อที่อาจจะก่ออันตรายหรือความเสียหาย การอินเตอร์ล็อกกิ้งในระดับเบย์จะพิจารณาตำแหน่งของสวิตช์ใบมีดภายในเบย์เพื่อตัดสินใจว่าไม่มีสวิตช์ใดกำลังถูกสับหรือปลดอยู่ ถ้ามีสวิตช์ใดกำลังเคลื่อนที่ ตำแหน่งของมันจะอยู่ในตำแหน่งอินเตอร์มิเดียต (Intermediate) ซึ่งจะเป็นสาเหตุในการบล็อกซึ่งจะเป็นเงื่อนไขการทำงานของฟังก์ชันการควบคุม ความแตกต่างระหว่างอินเตอร์ล็อกกิ้งระดับเบย์และระดับสถานีคือขอบเขตของอินพุต แต่หลักการพื้นฐานนั้นคล้ายคลึงกัน
สรุป
การเข้าใจในฟังก์ชันป้องกันในระบบ SAS สามารถทำช่างไฟฟ้า วิศวกรไฟฟ้าสามารถเลือกใช้ประเภทการป้องกันของระบบไฟฟ้าอย่างเหมาะสม ส่งผลให้ความเชื่อถือได้ของระบบสูงและป้องกันความเสียหายร้ายแรงต่อระบบไฟฟ้าในบทความฉบับหน้าจะกล่าวเกี่ยวกับฟังก์ชันควบคุมสนับสนุนระบบจำหน่ายอัตโนมัติ
สงวนลิขสิทธิ์ ตามพระราชบัญญัติลิขสิทธิ์ พ.ศ. 2539 www.thailandindustry.com
Copyright (C) 2009 www.thailandindustry.com All rights reserved.
ขอสงวนสิทธิ์ ข้อมูล เนื้อหา บทความ และรูปภาพ (ในส่วนที่ทำขึ้นเอง) ทั้งหมดที่ปรากฎอยู่ในเว็บไซต์ www.thailandindustry.com ห้ามมิให้บุคคลใด คัดลอก หรือ ทำสำเนา หรือ ดัดแปลง ข้อความหรือบทความใดๆ ของเว็บไซต์ หากผู้ใดละเมิด ไม่ว่าการลอกเลียน หรือนำส่วนหนึ่งส่วนใดของบทความนี้ไปใช้ ดัดแปลง โดยไม่ได้รับอนุญาตเป็นลายลักษณ์อักษร จะถูกดำเนินคดี ตามที่กฏหมายบัญญัติไว้สูงสุด
Thailandindustrycom_official
