การปรับปรุงความเชื่อถือได้ของระบบไฟฟ้าโดยวิธีการทำงานที่ใช้ผังงานแบบวงรอบเปิดที่ก้าวหน้า
(Advanced Loop Scheme Operational Method)
จตุภูมิ เจนวัฒนาเวช

        ความสำคัญของพลังงานไฟฟ้าที่ยังคงเพิ่มมากขึ้นอย่างต่อเนื่อง การมีระบบไฟฟ้าที่มีความเชื่อถือได้อย่างดีเลิศไม่ใช่เป็นเพียงความหรูหราแต่กลายเป็นความคาดหวังที่จำเป็นจะต้องมี เพื่อที่จะตอบสนองความคาดหวังดังกล่าว บริษัทที่ให้บริการสาธารณะทางไฟฟ้าและแก๊สของประเทศสหรัฐอเมริกา ได้ทำการลงทุนอย่างมหาศาลในการพัฒนาเทคโนโลยีแบบใหม่ที่ช่วยปรับปรุงความเชื่อถือได้ของระบบไฟฟ้า เทคโนโลยีชนิดนี้ใช้ผังงานแบบที่สามารถเปลี่ยนแปลงการตั้งค่าของสายป้อนไฟฟ้าได้โดยอัตโนมัติ

ซึ่งเทคโนโลยีนี้ไม่เพียงช่วยลดช่วงเวลาของความขัดข้องทางไฟฟ้า (Outage) เนื่องจากความผิดพร่องทางไฟฟ้า (Fault) และลดจำนวนของประชากรที่ประสบปัญหาจากความผิดพร่องทางไฟฟ้า แต่ยังจะช่วยลดจำนวนของประชากรที่ประสบปัญหาไฟตกอีกด้วย เทคโนโลยีแบบใหม่ดังกล่าวคือการใช้ ผังงานแบบวงรอบเปิดที่ก้าวหน้า (Advanced Loop Scheme) ซึ่งถูกสร้างขึ้นจากผังงานการจำหน่ายไฟฟ้าตามมาตรฐานที่มีการใช้ตัวต่อเชื่อมสายป้อนไฟฟ้าที่โดยปกติจะอยู่ในสภาวะเปิดวงจร (Normally Open Tie) ในการแยกสายป้อนไฟฟ้าสองสายออกจากกัน

 บทความนี้จะบรรยายถึงการออกแบบและการดำเนินการของผังงานแบบวงรอบเปิดที่ก้าวหน้าโดยเฉพาะการตั้งค่าที่เฉพาะเจาะจงและรายละเอียดการทำงานของผังงานดังกล่าว โดยที่บทความนี้จะเริ่มต้นด้วยการทบทวนการดำเนินการของผังงานแบบดั้งเดิมซึ่งจะช่วยให้เห็นถึงผลกระทบที่ผังงานแบบวงรอบเปิดที่ก้าวหน้ามีต่อการพัฒนาความเชื่อถือได้ของเครือข่ายการจำหน่ายไฟฟ้าได้อย่างชัดเจน

หลักการทำงานของผังงานแบบวงรอบเปิดที่ก้าวหน้า

     ระบบการจำหน่ายไฟฟ้าโดยทั่วไปจะเป็นระบบที่ใช้สายป้อนไฟฟ้าแบบรัศมี (Radial Feeder) ซึ่งปัญหาหลักของระบบการจำหน่ายไฟฟ้าแบบนี้คือการที่มีผู้ใช้ไฟฟ้าที่ประสบปัญหาจากความผิดพร่องทางไฟฟ้าเป็นจำนวนมาก ถ้าความผิดพร่องทางไฟฟ้าเกิดขื้นที่บริเวณต้นทางของสายป้อนไฟฟ้า เนื่องจากบริเวณดังกล่าวอยู่ใกล้กับแหล่งกำเนิดไฟฟ้าและเมื่อมีการตัดไฟโดยการเปิดวงจรไฟฟ้าเกิดขึ้นที่บริเวณดังกล่าว ผู้ใช้ไฟฟ้าทั้งหมดที่อยู่ที่ส่วนของวงจรหลังจากตำแหน่งที่เกิดความผิดพร่องทางไฟฟ้าก็จะไม่มีไฟฟ้าใช้ทันทีจนกระทั่งการแก้ปัญหาความผิดพร่องทางไฟฟ้าถูกทำให้เสร็จสิ้น
   

     เทคโนโลยีใหม่สำหรับระบบการจำหน่ายไฟฟ้าที่กล่าวถึงข้างต้นจะใช้ระบบการใช้สายป้อนไฟฟ้าแบบผสม กล่าวคือมีทั้งการทำงานของสายป้อนไฟฟ้าแบบรัศมี และการทำงานของสายป้อนไฟฟ้าแบบเครือข่ายวงรอบ ระบบผสมนี้ถูกสร้างขึ้นโดยการใช้ตัวต่อเชื่อมสายป้อนไฟฟ้าในการต่อสายป้อนไฟฟ้าสองสายเข้าด้วยกันซึ่งตัวต่อเชื่อมสายป้อนไฟฟ้านี้จะถูกควบคุมโดยผังงานที่สามารถเปลี่ยนแปลงการตั้งค่าของเครือข่ายสายป้อนไฟฟ้า

และตัวต่อเชื่อมสายป้อนไฟฟ้านี้ปกติจะอยู่ในสภาวะเปิดวงจร ดังนั้นการทำงานโดยทั่วไปจะเป็นการทำงานของสายป้อนไฟฟ้าแบบรัศมีเท่านั้นจนกระทั่งมีความผิดพร่องทางไฟฟ้าเกิดขึ้นที่สายป้อนไฟฟ้าสายใดสายหนึ่ง ตัวต่อเชื่อมสายป้อนไฟฟ้าก็จะถูกทำให้อยู่ในสภาวะปิดวงจรเพื่อเป็นการเริ่มต้นการทำงานของสายป้อนไฟฟ้าแบบเครือข่ายวงรอบ

     ผังงานที่สามารถเปลี่ยนแปลงการตั้งค่าของสายป้อนไฟฟ้าได้โดยอัตโนมัติแบบดั้งเดิมมีปัญหาที่ความล่าช้าของระบบและการที่ทำให้ผู้ใช้ไฟฟ้าประสบกับปัญหาไฟตกโดยไม่จำเป็นในช่วงระหว่างการเปลี่ยนแปลงการตั้งค่าของสายป้อนไฟฟ้า ผังงานแบบใหม่นี้จะใช้หลักการปิดก่อนเปิด โดยที่จะควบคุมให้ตัวต่อเชื่อมสายป้อนไฟฟ้าที่โดยปกติจะอยู่ในสภาวะเปิดวงจรทำการปิดวงจรก่อนที่การแยกส่วนของสายป้อนไฟฟ้าที่ประสบปัญหาความผิดพร่องทางไฟฟ้าจะถูกทำให้เสร็จสิ้น

 ดังนั้นผู้ใช้ไฟฟ้าที่อยู่ในส่วนของสายไฟฟ้าที่ไม่มีความผิดพร่องทางไฟฟ้าก็จะไม่ประสบปัญหาความขัดข้องทางไฟฟ้าหรือแม้กระทั่งปัญหาไฟตกซึ่งมักจะเกิดขึ้นในที่ที่มีการสวิตช์แยกส่วนของสายไฟฟ้าที่มีความผิดพร่องทางไฟฟ้า นอกจากนี้การสื่อสารที่ทันสมัยในระบบไฟฟ้ายังช่วยทำให้การประสานงานระหว่างอุปกรณ์ต่าง ๆ ในระบบไฟฟ้าตลอดจนการประยุกต์หลักการป้องกันระบบสายส่งมีความซับซ้อนน้อยลง

รูปที่ 1 วงรอบที่มีการใช้ Recloser จำนวนห้าตัว

      โดยทั่วไปแล้วโครงสร้างของระบบสายป้อนไฟฟ้าที่เป็นมาตรฐานของบริษัทที่ให้บริการสาธารณะทางไฟฟ้าและแก๊สของประเทศสหรัฐอเมริกา จะมีการใช้ระบบวงรอบที่มีการใช้ Recloser จำนวนสามตัวหรือห้าตัว ซึ่งขึ้นอยู่กับความยาวของสายป้อนไฟฟ้าและจำนวนประชากรผู้ใช้ไฟฟ้า รูปที่ 1 แสดงให้เห็นถึงผังงานวงรอบที่มีการใช้ Recloser จำนวนห้าตัว ในสภาวะปกติสายป้อนไฟฟ้าสองสายจะถูกแยกออกจากกันเนื่องจากตัวต่อเชื่อมสายป้อนไฟฟ้าอยู่ในสภาวะเปิดวงจร

โดยที่ตัวต่อเชื่อมสายป้อนไฟฟ้าจะถูกควบคุมการเปลื่ยนสภาวะเปิดวงจรหรือปิดวงจร โดย Recloser ที่อยู่ตรงกลางระหว่างสายป้อนไฟฟ้าทั้งสอง เมื่อความผิดพร่องทางไฟฟ้าเกิดขึ้นที่สายป้อนไฟฟ้าสายใดสายหนึ่ง การเปลี่ยนแปลงของการตั้งค่าโดยอัตโนมัติ จะเกิดขึ้นโดยการปิดวงจรของตัวต่อเชื่อมสายป้อนไฟฟ้าที่ถูกหน่วงเวลา

เนื่องจากการลดลงของแรงดันไฟฟ้าที่เกิดขึ้นจากความผิดพร่องทางไฟฟ้า ถึงแม้ว่าระบบที่ใช้การเปลี่ยนแปลงของการตั้งค่าโดยอัตโนมัติของวงรอบที่มีการใช้ Recloser จำนวนห้าตัวจะมีความรวดเร็วและความง่ายดายของระบบควบคุมที่มากกว่าระบบที่ใช้การควบคุมด้วยมือที่ใช้ภายในท้องถิ่นหรือแม้กระทั่งระบบที่ใช้การสวิตช์จากระยะไกลผ่านการใช้ SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition) แต่ถึงกระนั้นระบบที่ใช้การเปลี่ยนแปลงของการตั้งค่าโดยอัตโนมัติของวงรอบที่มีการใช้Recloserจำนวนห้าตัวก็ยังไม่สามารถป้องกันผู้ใช้ไฟฟ้าจากความขัดข้องทางไฟฟ้าในชั่วขณะได้ ยิ่งไปกว่านั้นระบบวงรอบที่มีการใช้ Recloser จำนวนห้าตัวยังมีอัตราส่วนระหว่างจำนวนผู้ใช้ไฟฟ้าต่อส่วนของสายป้อนไฟฟ้า ที่มีค่าสูงอีกด้วย

(หมายเหตุ: ส่วนของสายป้อนไฟฟ้าหมายถึงช่วงระหว่าง Recloser สองตัวที่อยู่ติดกัน หรือช่วงระหว่าง Recloser และสถานีกระจายไฟฟ้าที่อยู่ติดกัน ยกตัวอย่างเช่นระบบวงรอบที่มีการใช้ Recloser จำนวนห้าตัวที่แสดงในรูปที่ 1 จะมีทั้งหมดหกส่วน)
  

   ระบบสายป้อนไฟฟ้าวงรอบที่มีการใช้ Recloser จำนวนห้าตัวแบบดั้งเดิมของบริษัทที่ให้บริการสาธารณะทางไฟฟ้าและแก๊สของประเทศสหรัฐอเมริกาจะมีจำนวนผู้ใช้ไฟฟ้าต่อส่วนของสายป้อนไฟฟ้าอยู่ที่ประมาณ 1,500 คนซึ่งเป็นที่ชัดเจนแล้วว่าตัวเลขนี้บ่งบอกถึงความหนาแน่นของผู้ใช้ไฟฟ้าที่มีมาก ดังนั้นถ้าส่วนของสายป้อนไฟฟ้านี้เกิดความผิดพร่องทางไฟฟ้า จะส่งผลให้มีผู้ใช้ไฟฟ้าจำนวน 1,500 คนที่จะประสบปัญหาจากความผิดพร่องทางไฟฟ้า วิธีการปรับปรุงความเชื่อถือได้ของระบบไฟฟ้าเนื่องจากปัญหานี้คือการลดจำนวนผู้ใช้ไฟฟ้าต่อส่วนของสายป้อนไฟฟ้า โดยการติดตั้งอุปกรณ์ป้องกันที่เพิ่มเติมให้มากขึ้น ดังที่แสดงให้เห็นในรูปที่ 2 การเพิ่มเติม Recloser ดังกล่าวจะช่วยลดจำนวนผู้ใช้ไฟฟ้าต่อส่วนของสายป้อนไฟฟ้าเหลือเพียงประมาณ 500 คน

รูปที่ 2 วงรอบที่มีการใช้อุปกรณ์ป้องกัน (Recloser) ที่หนาแน่นขึ้น

       การติดตั้งอุปกรณ์ป้องกันที่เพิ่มเติมให้มากขึ้นจะช่วยเพิ่มความแม่นยำในการตัดกระแสไฟฟ้าจากความผิดพร่องทางไฟฟ้า และเพิ่มความแม่นยำในการแยกความผิดพร่องทางไฟฟ้าออกจากระบบ ดังนั้นจำนวนผู้ใช้ไฟฟ้าที่ได้รับผลกระทบจากความผิดพร่องทางไฟฟ้านี้จะลดลง อย่างไรก็ตามการรักษาการประสานงานที่เหมาะสมระหว่างอุปกรณ์ป้องกันในระบบเป็นสิ่งที่มีความสำคัญอย่างยิ่งเพื่อที่จะให้มีการเลือกการตัดวงจรที่ถูกต้องและปลอดภัย

 เพื่อความมั่นใจในการมีการประสานงานที่เหมาะสมระหว่างอุปกรณ์ป้องกันในระบบ บริษัทที่ให้บริการสาธารณะทางไฟฟ้าและแก๊สของประเทศสหรัฐอเมริกา ได้ใช้ระบบการสื่อสารใยแก้วนำแสงระหว่างอุปกรณ์ป้องกัน นั่นหมายถึงจะต้องมีการติดตั้งสายเคเบิลใยนำแสงไปตามแนวของสายป้อนไฟฟ้า และระบบควบคุมของ Recloser จะต้องมีโปรโตคอลการสื่อสารที่ยอมให้มีการส่งผ่านบิตข้อมูลในระบบการสื่อสารแบบดิจิตอลระหว่าง Recloser ที่อยู่ติดกัน ระบบควบคุมของ Recloser แต่ละตัวจะถูกจัดให้มีช่องทางสื่อสารสองช่องทาง เพื่อที่จะทำให้การสื่อสารที่ความเร็วสูงผ่านทางโปรโตคอลการสื่อสารสามารถเกิดขึ้นได้ระหว่าง Recloser ที่อยู่ติดกันโดยไม่จำกัดว่าพลังงานไฟฟ้าจะถูกส่งผ่านไปในทิศทางใดระหว่าง Recloser ที่อยู่ติดกันดังที่แสดงรายละเอียดในรูปที่ 3

 รูปที่ 3 โปรโตคอลการติดต่อสื่อสารระหว่างระบบควบคุมของอุปกรณ์ป้องกัน

      เนื่องจากระบบควบคุมของ Recloser แต่ละตัว จะติดต่อสื่อสารกับระบบควบคุมของ Recloser อีกสองตัวที่อยู่ติดกันเท่านั้น (หมายเหตุ: ที่เป็นสองตัวเพราะว่ามี Recloser ที่อยู่ติดกันทั้งทิศทางซ้ายและทิศทางขวา) ดังนั้นระบบการสื่อสารนี้จึงมีความต้องการสายใยแก้วนำแสงเพียงแค่คู่เดียวเท่านั้น แต่อย่างไรก็ตามระบบการสื่อสารนี้อาจจะมีสายใยแก้วนำแสงเพิ่มเติมอีกหนึ่งคู่สำหรับเครือข่ายการสื่อสารอีเทอร์เน็ตเพื่อใช้ในการส่งผ่านข้อมูลของ SCADA

และทำให้วิศวกรสามารถเข้าถึงข้อมูลของระบบควบคุมของอุปกรณ์ป้องกันแต่ละตัวได้ รูปที่ 4 แสดงให้เห็นถึงโครงสร้างพื้นฐานของระบบการติดต่อสื่อสารที่กล่าวถึง เส้นประขนาดใหญ่แสดงถึงสายใยแก้วนำแสงหนื่งคู่ที่ใช้สำหรับการส่งผ่านข้อมูลของ SCADA ในขณะที่เส้นจุดแสดงถึงสายใยแก้วนำแสงหนึ่งคู่ที่ใช้สำหรับโปรโตคอลการติดต่อสื่อสารระหว่าง Recloser

 รูปที่ 4 โครงสร้างพื้นฐานของระบบการสื่อสารระหว่างอุปกรณ์ป้องกัน

        ดังที่ได้อธิบายไว้ในเบื้องต้นแล้วว่าผังงานแบบวงรอบเปิดที่ก้าวหน้าถูกพัฒนาขึ้นจากการใช้การติดต่อสื่อสารด้วยความเร็วสูงระหว่างอุปกรณ์ป้องกัน และหลักการปิดวงจรของตัวต่อเชื่อมสายป้อนไฟฟ้าก่อนที่จะมีการเปิดวงจรเพื่อที่จะแยกวงจรออกจากจุดที่เกิดความผิดพร่องทางไฟฟ้า ซึ่งจะทำให้มีเฉพาะผู้ใช้ไฟฟ้าที่อยู่ที่บริเวณที่มีความผิดพร่องทางไฟฟ้าเท่านั้นที่ประสบปัญหาความขัดข้องทางไฟฟ้าที่อาจจะเกิดขึ้นเพียงชั่วครู่หรืออาจจะเกิดขึ้นและตั้งอยู่ในช่วงเวลานานจนกว่าจะมีการแก้ปัญหาความผิดพร่องทางไฟฟ้าให้เสร็จสิ้น รูปที่ 5 แสดงตัวอย่างของการทำงานของหลักการปิดก่อนเปิดเมื่อเกิดความผิดพร่องทางไฟฟ้าขึ้นที่ส่วนของสายป้อนไฟฟ้าระหว่าง Recloser ตัวที่ 1 (R1) และ Recloser ตัวที่ 2 (R2) ดังที่แสดงในคอลัมน์ทางซ้ายมือของรูปที่ 5 ซึ่งเป็นชั่วขณะแรกของการเกิดความผิดพร่องทางไฟฟ้า

 ดังนั้นตัวต่อเชี่อมสายป้อนไฟฟ้า (Tie) จึงยังอยู่ในสภาวะเปิดวงจร เมื่อระบบควบคุมของ Recloser สามารถตรวจจับความผิดพร่องทางไฟฟ้าได้แล้วก็จะทำให้ตัวต่อเชี่อมสายป้อนไฟฟ้าอยู่ในสภาวะปิดวงจรดังที่แสดงให้เห็นในคอลัมน์ตรงกลางของรูปที่ 5 และหลังจากการปิดวงจรของตัวต่อเชื่อมสายป้อนไฟฟ้าเสร็จสิ้นลง ระบบควบคุมก็จะทำการเปิดวงจรของส่วนของสายป้อนไฟฟ้าที่มีความผิดพร่องทางไฟฟ้าดังที่แสดงให้เห็นในคอลัมน์ทางขวามือของรูปที่ 5

รูปที่ 5 หลักการปิดก่อนเปิดที่ใช้ในผังงานแบบวงรอบเปิดที่ก้าวหน้า

         ก่อนที่ประเทศสหรัฐอเมริกาจะพัฒนาผังงานแบบวงรอบเปิดที่ก้าวหน้าขึ้นมานั้น ระบบการป้องกันสายป้อนไฟฟ้าแบบดั้งเดิมมีการใช้การป้องกันแบบกระแสเกิน-เวลา และการประสานงานระหว่างอุปกรณ์ป้องกันถูกทำให้เกิดโดยการจัดตั้งระดับการเริ่มตอบสนองและค่าของหน้าปัดตั้งเวลาที่แตกต่างกันที่ตำแหน่งต่าง ๆ ตามแนวสายป้อนไฟฟ้า

โดยที่ Recloser ตัวที่อยู่ไกลจากสถานีจ่ายไฟฟ้าที่สุดจะประสานงานกับ Recloser ตัวที่อยู่ตรงกลางของสายป้อนไฟฟ้าและรีเลย์ที่อยู่ที่สถานีจ่ายไฟฟ้าเท่านั้นและช่วงเวลาที่นานที่สุดในการตัดวงจรจะถูกจัดตั้งให้เหมาะสมกับความผิดพร่องทางไฟฟ้าที่เกิดขึ้นตามแนวของสายป้อนไฟฟ้า แต่อย่างไรก็ตามเมื่อระบบไฟฟ้ามีการติดตั้งอุปกรณ์ป้องกันที่เพิ่มเติมมากขึ้น วิธีการแบบดั้งเดิมดังกล่าวไม่สามารถถูกนำมาใช้ได้อีกต่อไปเนื่องจากช่วงเวลาในการตัดวงจรจะนานมากเกินไป
   

        ความสามารถของโปรโตคอลการติดต่อสื่อสารด้วยความเร็วสูงระหว่างระบบควบคุมของอุปกรณ์ป้องกันคือวิธีการแก้ไขปัญหาการประสานงานที่ได้กล่าวถึงข้างต้น ผังงานยับยั้ง (Blocking Scheme) สำหรับการป้องกันกระแสไฟฟ้าเกินจึงได้ถูกพัฒนาขึ้นให้เป็นส่วนหนึ่งของผังงานแบบวงรอบเปิดที่ก้าวหน้า เนื่องจากในสภาวะปกติตัวต่อเชื่อมสายป้อนไฟฟ้าจะอยู่ในสถานะเปิดวงจร

และสายป้อนไฟฟ้าทั้งสองสายของวงรอบก็จะทำงานในแบบรัศมีที่แยกจากกัน การที่สายป้อนไฟฟ้าเป็นแบบรัศมีทำให้ผังงานยับยั้งที่ใช้การควบคุมโดยอุปกรณ์กระแสเกินแบบธรรมดาสามารถถูกพัฒนาขึ้นมาใช้ได้โดยไม่มีความจำเป็นที่ต้องใช้อุปกรณ์ป้องกันแบบที่มีทิศทางที่จะทำให้ระบบเกิดความซับซ้อนมากยิ่งขึ้น ในระบบการทำงานแบบรัศมีนั้น เฉพาะ Recloser ตัวที่อยู่ระหว่างแหล่งจ่ายไฟฟ้าและตำแหน่งที่เกิดความผิดพร่องทางไฟฟ้าเท่านั้นที่จะสามารถตรวจจับเงื่อนไขกระแสไฟฟ้าเกินและ

สามารถยับยั้งการทำงานของวงจรทั้งหมดที่อยู่ถัดไปซึ่งอยู่ระหว่างแหล่งกำเนิดไฟฟ้าและความผิดพร่องทางไฟฟ้า Recloser ตัวอื่น ๆ ที่อยู่ถัดไปซึ่งอยู่ระหว่างแหล่งกำเนิดไฟฟ้าและความผิดพร่องทางไฟฟ้าจะไม่ได้รับการยับยั้งจาก Recloser ตัวที่อยู่ที่ส่วนของสายป้อนไฟฟ้าอีกสายหนึ่งที่อยู่อีกด้านหนึ่งของตัวต่อเชื่อมสายป้อนไฟฟ้าที่อยู่ในสภาวะเปิดวงจร ที่ไม่มีความผิดพร่องทางไฟฟ้า ตัวอย่างของการทำงานของผังงานยับยั้งแสดงอยู่ในรูปที่ 6 จะเห็นได้ว่า Recloser ตัวที่ 3 และ Recloser ตัวที่ 4 จะตรวจจับกระแสไฟฟ้าเกินที่เกิดขึ้นจากความผิดพร่องทางไฟฟ้า และจะส่งสัญญานยับยั้งการทำงานไปสู่ Recloser ตัวที่ 1 และ Recloser ตัวที่ 2 ให้เปิดวงจร ถึงแม้ว่าการทำงานของระบบยับยั้งจะมีประสิทธิภาพสูง ระบบก็ควรที่จะยังคงมีอุปกรณ์ป้องกันแบบกระแสเกิน-เวลา ไว้ใช้เป็นการป้องกันสำรองสำหรับกรณีที่การสื่อสารระหว่าง Recloser เกิดปัญหาขึ้น

รูปที่ 6 การทำงานของผังงานยับยั้ง

      เนื่องจากผังงานแบบวงรอบเปิดที่ก้าวหน้ามีความจำเป็นที่ต้องการให้ตัวต่อเชื่อมสายป้อนไฟฟ้าทำการปิดวงจรก่อนที่จะมีการตัดวงจรไฟฟ้าเกิดขึ้น จึงต้องมีการเพิ่มเติมขั้นตอนในตรรกะการป้องกันแบบดั้งเดิม นั่นหมายถึงว่าอุปกรณ์ป้องกันกระแสเกินจะถูกนำออกจากผังงานที่ใช้สำหรับตัดวงจรของ Recloser โดยตรงเมื่อเกิดความผิดพร่องทางไฟฟ้า แต่อุปกรณ์ป้องกันกระแสเกินนี้จะถูกนำเข้าไปใช้ในผังงานที่ใช้สำหรับการเริ่มต้นการปิดวงจรของตัวต่อเชื่อมสายป้อนไฟฟ้า รายละเอียดการทำงานของตรรกะของผังงานแบบวงรอบเปิดที่ก้าวหน้าได้ถูกแสดงไว้ในรูปที่ 7, รูปที่ 8 และ รูปที่ 9 เมื่อเกิดความผิดพร่องทางไฟฟ้าขึ้นที่ส่วนของสายป้อนไฟฟ้าที่อยู่ระหว่าง Recloser ตัวที่ 3 และ

Recloser ตัวที่ 4 ตรรกะการทำงานของผังงานแบบวงรอบเปิดที่ก้าวหน้าจะเป็นไปตามลำดับการทำงานที่จะอธิบายดังต่อไปนี้

1) รีเลย์กระแสเกิน (51T) จะยืนยันถึงความผิดพร่องทางไฟฟ้าที่เกิดขึ้นจากการตรวจจับกระแสไฟฟ้าที่เกินกว่าค่ากระแสไฟฟ้าพิกัดที่ถูกตั้งไว้ (ดังแสดงในรูปที่ 7)

2) สลักบิตข้างในอุปกรณ์ควบคุมตัวที่ 3 ก็จะถูกล็อคเพื่อที่จะจัดตั้งค่าให้มีการเริ่มต้นการทำงานของผังงานในการปิดวงจร (ดังแสดงในรูปที่ 7)

3) สลักบิตข้างในอุปกรณ์ควบคุมตัวที่ 3 จะกระตุ้นให้มีการส่งบิตข้อมูลคำสั่งการปิดวงจรออกจากอุปกรณ์ควบคุมตัวที่ 3 ไปสู่อุปกรณ์ควบคุมตัวที่4 ผ่านทางโปรโตคอลสื่อสาร (ดังแสดงในรูปที่ 7)

4) อุปกรณ์ควบคุมตัวที่ 4 รับบิตข้อมูลคำสั่งการปิดวงจรจากอุปกรณ์ควบคุมตัวที่ 3 (ดังแสดงในรูปที่ 7)

5) สลักบิตข้างในอุปกรณ์ควบคุมตัวที่ 4 ก็จะถูกล็อคเพื่อที่จะให้มีการจัดตั้งค่า (ดังแสดงในรูปที่ 7)

6) สลักบิตข้างในอุปกรณ์ควบคุมตัวที่ 4 จะกระตุ้นให้มีการส่งบิตข้อมูลคำสั่งการปิดวงจรออกจากอุปกรณ์ควบคุมตัวที่ 4 ไปสู่อุปกรณ์ควบคุมตัวที่ 5 (ดังแสดงในรูปที่ 7)

7) อุปกรณ์ควบคุมตัวที่ 5 รับบิตข้อมูลคำสั่งการปิดวงจรจากอุปกรณ์ควบคุมตัวที่ 4 (ดังแสดงในรูปที่ 7)

8) อุปกรณ์ควบคุมตัวที่ 5 ส่งบิตข้อมูลคำสั่งการปิดวงจรไปสู่อุปกรณ์ควบคุมตัวที 6 (ดังแสดงในรูปที่ 7)

9) อุปกรณ์ควบคุมตัวที่ 6 รับบิตข้อมูลคำสั่งการปิดวงจรจากอุปกรณ์ควบคุมตัวที่ 5 (ดังแสดงในรูปที่ 7)

10) อุปกรณ์ควบคุมตัวที่ 6 ทำการออกคำสั่งให้ตัวต่อเชื่อมสายป้อนไฟฟ้าปิดวงจร (ดังแสดงในรูปที่ 7)

รูปที่ 7 ตรรกะการทำงานของผังงานแบบวงรอบเปิดที่ก้าวหน้า–การเริ่มต้นของลำดับการทำงาน

 

11) ตัวต่อเชื่อมสายป้อนไฟฟ้าอยู่ในสภาวะปิดวงจร (ดังแสดงในรูปที่ 8)

12) อุปกรณ์ควบคุมตัวที่ 6 ส่งบิตข้อมูลคำสั่งการเปิดวงจรที่บริเวณที่มีความผิดพร่องทางไฟฟ้าไปสู่อุปกรณ์ควบคุมตัวที่ 5 (ดังแสดงในรูปที่ 8)

13) อุปกรณ์ควบคุมตัวที่ 5 รับบิตข้อมูลคำสั่งการเปิดวงจรที่บริเวณที่มีความผิดพร่องทางไฟฟ้าจากอุปกรณ์ควบคุมตัวที่ 6 (ดังแสดงในรูปที่ 8)

14) อุปกรณ์ควบคุมตัวที่ 5 ส่งบิตข้อมูลคำสั่งการเปิดวงจรที่บริเวณที่มีความผิดพร่องทางไฟฟ้าไปสู่อุปกรณ์ควบคุมตัวที่ 4 (ดังแสดงในรูปที่ 8)

15) อุปกรณ์ควบคุมตัวที่ 4 รับบิตข้อมูลคำสั่งการเปิดวงจรที่บริเวณที่มีความผิดพร่องทางไฟฟ้าจากอุปกรณ์ควบคุมตัวที่ 5 (ดังแสดงในรูปที่ 8)

16) อุปกรณ์ควบคุมตัวที่ 4 ทำการออกคำสั่งให้ Recloser ตัวที่ 4 เปิดวงจร (ดังแสดงในรูปที่ 8)

17) อุปกรณ์ควบคุมตัวที่ 4 ส่งบิตข้อมูลคำสั่งการเปิดวงจรที่บริเวณที่มีความผิดพร่องทางไฟฟ้าไปสู่อุปกรณ์ควบคุมตัวที่ 3 (ดังแสดงในรูปที่ 8)

18) อุปกรณ์ควบคุมตัวที่ 3 รับบิตข้อมูลคำสั่งการเปิดวงจรที่บริเวณที่มีความผิดพร่องทางไฟฟ้าจากอุปกรณ์ควบคุมตัวที่ 4 (ดังแสดงในรูปที่ 8)

19) อุปกรณ์ควบคุมตัวที่ 3 ทำการออกคำสั่งให้ Recloser ตัวที่ 3 เปิดวงจร (ดังแสดงในรูปที่ 8)

รูปที่ 8 ตรรกะการทำงานของผังงานแบบวงรอบเปิดที่ก้าวหน้า–การแยกส่วนสายป้อนของลำดับการทำงาน

20) ลำดับการทำงานเสร็จสิ้นลงโดยที่ Recloser ตัวที่ 3 และ Recloser ตัวที่ 4 อยู่ในสภาวะเปิดวงจร ในขณะที่ตัวต่อเชื่อมสายป้อนไฟฟ้าอยู่ในสภาวะปิดวงจร (ดังแสดงในรูปที่ 9)

รูปที่ 9 ตรรกะการทำงานของผังงานแบบวงรอบเปิดที่ก้าวหน้า–การเสร็จสิ้นของลำดับการทำงาน

        ดังนั้นตรรกะการทำงานของผังงานแบบวงรอบเปิดที่ก้าวหน้าดังกล่าวจะช่วยลดจำนวนผู้ใช้ไฟฟ้าที่ประสบปัญหาความขัดข้องทางไฟฟ้าให้น้อยลงได้เนื่องจากผู้ใช้ไฟฟ้าที่อยู่ที่ส่วนของสายป้อนไฟฟ้าที่อยู่ระหว่าง Recloser ตัวที่ 3 และ Recloser ตัวที่ 4 เท่านั้นที่จะต้องประสบปัญหาความขัดข้องทางไฟฟ้า

ถึงแม้ว่าอุปกรณ์ป้องกันกระแสเกินจะไม่ได้ทำการเปิดวงจรของส่วนของสายป้อนไฟฟ้าที่มีความผิดพร่องทางไฟฟ้าโดยตรงเนื่องจากจะต้องมีการติดต่อสื่อสารระหว่างอุปกรณ์ควบคุมต่าง ๆ ให้มีการปิดวงจรที่ตัวต่อเชื่อมสายป้อนไฟฟ้าก่อนแล้วจึงจะมีการเปิดวงจรของส่วนของสายป้อนไฟฟ้าที่มีความผิดพร่องทางไฟฟ้า แต่ช่วงเวลาในการติดต่อสื่อสารดังกล่าวนี้สั้นมากเนื่องจากความเร็วสูงของระบบการสื่อสารที่ใช้ในระบบควบคุม ดังนั้นจึงสามารถกล่าวได้ว่าผังงานแบบวงรอบเปิดที่ก้าวหน้ามีความปลอดภัยและมีประสิทธิภาพที่สูงมาก
 

      ผังงานแบบวงรอบเปิดที่ก้าวหน้ายังมีการยอมให้ Recloser ทำการปิดวงจรโดยอัตโนมัติได้หนึ่งครั้งหลังจากการเปิดวงจรเนื่องจากการเกิดความผิดพร่องทางไฟฟ้า เพื่อที่ว่าผู้ใช้ไฟฟ้าที่อยู่บริเวณส่วนของสายป้อนไฟฟ้าที่มีความผิดพร่องทางไฟฟ้าจะได้ประสบปัญหาความขัดข้องทางไฟฟ้าเพียงชั่วครู่สำหรับกรณีที่ความผิดพร่องทางไฟฟ้าที่เกิดขึ้นเป็นความผิดพร่องทางไฟฟ้าแบบชั่วคราวที่สามารถหายเองได้ แต่ผังงานแบบวงรอบเปิดที่ก้าวหน้านี้จะยอมให้ Recloser

ตัวที่อยู่ใกล้กับแหล่งกำเนิดไฟฟ้า (Initiating Recloser) เท่านั้นที่จะทำการปิดวงจรโดยอัตโนมัติได้ (ซึ่งในกรณีนี้คือ Recloser ตัวที่ 3) เพื่อที่จะทำให้ระบบการจำหน่ายไฟฟ้ายังคงเป็นแบบรัศมี และถ้าการปิดวงจรโดยอัตโนมัติไม่ประสบความสำเร็จเนื่องจากความผิดพร่องทางไฟฟ้ายังคงมีอยู่ Recloser ตัวที่ 3 ก็จะถูกทำให้เปิดค้างจนกว่าความผิดพร่องทางไฟฟ้าจะถูกทำให้หายไป

      การวิจัยและพัฒนาเพิ่มเติมของผังงานแบบวงรอบเปิดที่ก้าวหน้าแสดงให้เห็นว่า การใช้ Recloser และอุปกรณ์ควบคุมที่สามารถทำงานโดยที่เฟสทั้งสามมีความเป็นอิสระจากกันจะช่วยเพิ่มความเชื่อถือได้ของระบบไฟฟ้า เนื่องจากว่าความผิดพร่องทางไฟฟ้าส่วนใหญ่จะเกิดขึ้นที่เฟสเดียว การตัดวงจรไฟฟ้าออกทั้งสามเฟสจึงไม่มีความจำเป็น ถ้าระบบสามารถเลือกที่จะเปิดและปิดวงจรที่เฟสใดเฟสหนึ่งได้ดังแสดงในรูปที่ 10

 รูปที่ 10 ผังงานแบบวงรอบเปิดที่ก้าวหน้าที่สามารถใช้การตัดวงจรแบบเฟสเดี่ยวได้

 

การประเมินผลการทำงานของผังงานแบบวงรอบเปิดที่ก้าวหน้า

     บริษัทที่ให้บริการสาธารณะทางไฟฟ้าและแก๊สของประเทศสหรัฐอเมริกาได้ทำการทดสอบประเมินผลการทำงานของผังงานแบบวงรอบเปิดที่ก้าวหน้าโดยทำการดำเนินการติดตั้งและใช้งานผังงานแบบวงรอบเปิดที่ก้าวหน้า กับระบบจำหน่ายไฟฟ้าที่สถานีไฟฟ้าย่อย West Caldwell และสถานีไฟฟ้าย่อย Laurel Avenue จากนั้นได้ทำการทดสอบความเชื่อถือได้ของระบบไฟฟ้าของสถานีไฟฟ้าย่อยทั้งสองสถานีเมื่อมีการใช้ผังงานแบบวงรอบเปิดที่ก้าวหน้า

และเปรียบเทียบกับกรณีที่ใช้ผังงานแบบดั้งเดิม รูปที่ 11 แสดงแผนภาพของระบบจำหน่ายไฟฟ้าที่สถานีไฟฟ้าย่อย West Caldwell และสถานีไฟฟ้าย่อย Laurel Avenue ที่มีการใช้ผังงานแบบดั้งเดิม จากแผนภาพจะเห็นได้ว่าระบบจำหน่ายไฟฟ้าแบบรัศมีของทั้งสองสถานีไฟฟ้าย่อยต่างก็มีส่วนของสายป้อนไฟฟ้าจำนวนสองส่วน ในกรณีของสถานีไฟฟ้าย่อย West Caldwell ส่วนของสายป้อนไฟฟ้าส่วนที่หนึ่ง

 และส่วนของสายป้อนไฟฟ้าส่วนที่หนึ่ง ต่างก็มีผู้ใช้ไฟฟ้าจำนวนเท่า ๆ กันคือ 841 คน ในกรณีของสถานีไฟฟ้าย่อย Laurel Avenue ส่วนของสายป้อนไฟฟ้าส่วนที่หนึ่ง และส่วนของสายป้อนไฟฟ้าส่วนที่หนึ่ง ต่างก็มีผู้ใช้ไฟฟ้าจำนวนเท่า ๆ กันคือ 1,191 คน รูปที่12 แสดงแผนภาพของระบบจำหน่ายไฟฟ้าที่สถานีไฟฟ้าย่อย West Caldwell และสถานีไฟฟ้าย่อย Laurel Avenue ที่มีการใช้ผังงานแบบวงรอบเปิดที่ก้าวหน้า จากแผนภาพจะเห็นได้ว่าระบบจำหน่ายไฟฟ้าแบบรัศมีของทั้งสองสถานีไฟฟ้าย่อยมีจำนวนของส่วนของสายป้อนไฟฟ้าที่มากขึ้นเนื่องจากการติดตั้งอุปกรณ์ป้องกันเพิ่มเติม ดังนั้นจำนวนผู้ใช้ไฟฟ้าในแต่ละส่วนของสายป้อนไฟฟ้าจะลดลง

 การวัดค่าความเชื่อถือได้ของระบบจำหน่ายไฟฟ้าที่สถานีไฟฟ้าย่อย West Caldwell และสถานีไฟฟ้าย่อย Laurel Avenue ทำได้โดยการทดลองให้เกิดความผิดพร่องทางไฟฟ้าขึ้นที่บริเวณที่แตกต่างกันจำนวนสี่บริเวณซึ่งอยู่ระหว่างสถานีไฟฟ้าย่อย West Caldwell และสถานีไฟฟ้าย่อย Laurel Avenue ดังที่แสดงในรูปที่11 และค่าดัชนีความเชื่อถือได้ของระบบไฟฟ้าก็วัดได้จากจำนวนผู้ใช้ไฟฟ้าที่ประสบปัญหาความขัดข้องทางไฟฟ้าทั้งที่เป็นแบบชั่วคราวและแบบถาวรเมื่อเกิดความผิดพร่องทางไฟฟ้าขึ้น

รูปที่ 11 ผังงานแบบดั้งเดิมที่แสดงจำนวนผู้ใช้ไฟฟ้าที่แต่ละส่วนของสายป้อนไฟฟ้า

รูปที่ 12 ผังงานแบบวงรอบเปิดที่ก้าวหน้าที่แสดงจำนวนผู้ใช้ไฟฟ้าที่แต่ละส่วนของสายป้อนไฟฟ้า

     ตารางที่ 1 แสดงค่าดัชนีความเชื่อถือได้ของระบบจำหน่ายไฟฟ้าที่สถานีไฟฟ้าย่อยทั้งสองเมื่อมีการใช้ผังงานแบบดั้งเดิม โดยที่สถานีไฟฟ้าย่อย West Caldwell มีจำนวนผู้ใช้ไฟฟ้าทั้งหมด 1,682 คน และสถานีไฟฟ้าย่อย Laurel Avenue มีจำนวนผู้ใช้ไฟฟ้าทั้งหมด 2,382 คน จากตารางที่1 เมื่อเกิดความผิดพร่องทางไฟฟ้าขึ้นในผังงานแบบดั้งเดิม จำนวนผู้ใช้ไฟฟ้าทั้งหมดจะต้องประสบกับปัญหาความขัดข้องทางไฟฟ้าชั่วขณะ ช่วงเวลาชั่วขณะนี้มีค่าเท่ากับช่วงเวลาที่ Recloser เปิดวงจรเมื่อความผิดพร่องทางไฟฟ้าแบบชั่วคราวได้เกิดขึ้น โดยทั่วไปแล้วช่วงเวลานี้มีค่าประมาณสิบวินาที

ตารางที่ 1 ความเชื่อถือได้ของระบบไฟฟ้าที่ใช้ผังงานแบบดั้งเดิม

     ตารางที่ 2 แสดงค่าดัชนีความเชื่อถือได้ของระบบจำหน่ายไฟฟ้าที่สถานีไฟฟ้าย่อยทั้งสองเมื่อมีการใช้ผังงานแบบวงรอบเปิดที่ก้าวหน้าที่ใช้การตัดวงจรแบบสามเฟสพร้อมกัน จะเห็นได้อย่างชัดเจนว่าความขัดข้องทางไฟฟ้าชั่วขณะที่ไม่มีความจำเป็นที่จะต้องเกิดขึ้นได้กำจัดออกไป และทำให้มีการลดจำนวนผู้ใช้ไฟฟ้าที่ประสบปัญหาความขัดข้องทางไฟฟ้าทั้งแบบชั่วขณะและแบบถาวร

ตารางที่ 2 ความเชื่อถือได้ของระบบไฟฟ้าที่ใช้ผังงานแบบวงรอบเปิดที่ก้าวหน้าที่ใช้การตัดวงจรแบบสามเฟสพร้อมกัน

     
       ตารางที่ 3 และตารางที่ 4 แสดงการเปรียบเทียบความเชื่อถือได้ของระบบไฟฟ้าในบริเวณ Laurel Avenue และ West Caldwell ระหว่างผังงานแบบดั้งเดิมและผังงานแบบวงรอบเปิดที่ก้าวหน้าที่ใช้การตัดวงจรแบบสามเฟสพร้อมกัน ซึ่งจะเห็นได้ว่าการปรับปรุงความเชื่อถือได้ของระบบไฟฟ้ามีค่าสูงมาก ถึงแม้ว่าความเชื่อถือได้ของระบบไฟฟ้าจะถูกปรับปรุงให้ดีขึ้นเป็นไปตามที่คาดหวังแล้วก็ตาม

 การประเมินผลการทำงานของผังงานแบบวงรอบเปิดที่ก้าวหน้ายังคงได้ทำการทดสอบต่อไปถึงผลกระทบของการใช้ผังงานแบบวงรอบเปิดที่ก้าวหน้าที่สามารถใช้การตัดวงจรแบบเฟสเดี่ยวได้ และผลการทดสอบบ่งบอกอย่างชัดเจนว่าผังงานแบบวงรอบเปิดที่ก้าวหน้าที่สามารถใช้การตัดวงจรแบบเฟสเดี่ยวได้เป็นผังงานที่ปรับปรุงความเชื่อถือได้ของระบบไฟฟ้าได้มากที่สุดดังที่แสดงให้เห็นในตารางที่ 5 และ ตารางที่ 6

ตารางที่ 3 การเปรียบเทียบความเชื่อถือได้ของระบบไฟฟ้าในบริเวณ Laurel Avenue ระหว่างผังงานแบบดั้งเดิมและผังงานแบบวงรอบเปิดที่ก้าวหน้าที่ใช้การตัดวงจรแบบสามเฟสพร้อมกัน

ตารางที่ 4 การเปรียบเทียบความเชื่อถือได้ของระบบไฟฟ้าในบริเวณ West Caldwell ระหว่างผังงานแบบดั้งเดิมและผังงานแบบวงรอบเปิดที่ก้าวหน้าที่ใช้การตัดวงจรแบบสามเฟสพร้อมกัน

ตารางที่ 5 การเปรียบเทียบความเชื่อถือได้ของระบบไฟฟ้าในบริเวณ Laurel Avenue ระหว่างผังงานแบบดั้งเดิมและผังงานแบบวงรอบเปิดที่ก้าวหน้าที่สามารถใช้การตัดวงจรแบบเฟสเดี่ยวได้

ตารางที่ 6 การเปรียบเทียบความเชื่อถือได้ของระบบไฟฟ้าในบริเวณ West Caldwell ระหว่างผังงานแบบดั้งเดิมและผังงานแบบวงรอบเปิดที่ก้าวหน้าที่สามารถใช้การตัดวงจรแบบเฟสเดี่ยวได้

 บทสรุป

       บทความนี้ได้นำเสนอการปรับปรุงความเชื่อถือได้ของระบบไฟฟ้าโดยวิธีการทำงานที่ใช้ผังงานแบบวงรอบเปิดที่ก้าวหน้า และได้อธิบายถึงโครงสร้างของผังงานแบบวงรอบเปิดที่ก้าวหน้าซึ่งถูกสร้างขึ้นจากการใช้ตัวต่อเชื่อมสายป้อนไฟฟ้าที่โดยปกติจะอยู่ในสภาวะเปิดวงจร (Normally Open Tie) ในการต่อสายป้อนไฟฟ้าสองสายเข้าด้วยกัน และใช้หลักการปิดวงจรของตัวต่อเชื่อมสายป้อนไฟฟ้าก่อนที่จะมีการเปิดวงจรที่ส่วนของสายป้อนไฟฟ้าที่มีความผิดพร่องทางไฟฟ้าเกิดขึ้น โดยที่มีการใช้ระบบการติดต่อสื่อสารที่มีความเร็วสูงในการประสานงานระหว่างอุปกรณ์ป้องกันผ่านทางสายใยแก้วนำแสง ตลอดจนมีการติดตั้งอุปกรณ์ป้องกันเพิ่มเติมเพื่อเป็นการลดจำนวนผู้ใช้ไฟฟ้าต่อส่วนของสายป้อนไฟฟ้าและการใช้อุปกรณ์ป้องกันที่สามารถใช้การตัดวงจรแบบเฟสเดี่ยวได้ เพื่อที่จะทำให้ระบบไฟฟ้ามีความเชื่อถือได้สูงที่สุด