Post on 24-Sep-2020
1
บทท 7
การปองกนความผดพรองทเฟสและดน
โดยใชรเลยกระแสเกนแบบมทศทาง
(Phase and Earth Fault Protection Using Directional
Overcurrent Relays)
2
7.1 บทน า ระบบไฟฟาแบบ Radial - กระแสผดพรองไหลในทศทางจากแหลงก าเนดไฟฟา ไปยงจดผดพรองเสมอ
- ใช Overcurrent Relay แบบธรรมดา (50,51,50N,51N)
B A
F2 F1
3
ระบบไฟฟาแบบ Ring หรอ แบบ Network - กระแสผดพรองสามารถไหลได 2 ทศทาง - การปองกนจ าเปนตองใชรเลยกระแสเกนแบบมทศทาง ( Directional Overcurrent Relay ) ( 67 , 67N )
A
51 67 6767 67
51 67 67
67
67
B' B C' C
D'
D
E E'A'
D
4
พจารณาระบบแบบ Parallel Feeder
รปท 7.1 วงจรคขนาน ( Parallel Feeder )
51
Load
F1
CA51
B D 5151
เมอเกด Fault ท F1 รเลย C และ D จะท างาน
5
รปท 7.2 วงจรคขนาน ( Parallel Feeder ) เมอเกด Fault ท F2
Load51 A
B
C
D
F2
51
51
51
เมอเกด Fault ท F2 เพอใหสามารถจายไฟตอไปได Relay A ,C ตองท างาน Relay B ,D ตองไมท างาน แตกรณนรเลยทกตวท างาน ท าให Feeder ทงสองถก Trip
6
รปท 7.3 วงจรคขนาน ( Parallel Feeder ) เมอใช Directional O/C Relay
51 LoadA
F2 C
67
67D
51
51
E
B
ถาเปลยนรเลย C, D เปน Directional O/C Relay รเลย A, C จะ Trip ดวย เพราะทศทางถกตอง สวน รเลย B จะยงไม Trip เพราะตง Time Delay ไว รเลย D จะไม Trip เพราะทศทางไมถกตอง ระบบไฟฟายงสามารถท างานไดตามปกต
7
Directional Overcurrent Relay แบงออกเปน 2 ชนด คอ
1. Phase Directional Overcurrent Relay ( 67 )
ใชปองกนผดพรองแบบเฟส
- Phase to Phase Fault
- Three Phase Fault 2. Ground Directional Overcurrent Relay ( 67N ) ใชปองกนผดพรองลงดน
- Single Phase to Ground Fault
- Double Phase to Ground Fault
8
7.2 หลกการของ Directional Overcurrent Relay รเลยสามารถรทศทางของกระแสได ตองอาศยการ เปรยบเทยบเฟส ระหวางปรมาณ 2 ปรมาณ คอ
1. Reference or Polarizing Quantity คาแรงดน (Voltage Polarizing) หรอ กระแสของ ระบบ (Current Polarizing) ทใชเปนปรมาณอางอง
2. Operating Quantity คากระแส (Current Operating) ของระบบทน ามา เปรยบเทยบกบ Polarizing Quantity
9
1. Current Operating และ Current Polarizing สามารถอธบายจากสมการแรงบดของ
Electromechanical Relay ในบทท 4
S i n poKT โดยท
T = แรงบด = Operating Flux = Polarizing Flux = Angle Between Fluxes ( มมระหวาง Operating และ Polarizing Quantity )
o
p
10
รปท 7.4 การท างานของรเลยแบบ Current Polarizing
Sin 2I
1IK T
I2
CT ( 2 )
Polarizing
CT ( 1 )
I1
Operating
11
- คา Torque จะมคาสงสดเมอ = 90o
- แตในทางปฏบต เมอเกด Fault
คา Phase Angle จะไมเทากบ 90o
- สามารถแกปญหาโดย
การตอคาความตานทาน
ชดเชย Phase Angle ขนานกบ Polarizing Coil
12
รปท 7.5 วงจรแสดงการปรบมมของรเลย แบบ Current Polarizing
CT ( 1 )
I1
Operating
CT ( 2 )X
LR
I2
IR
I c
Polarizing
01 I pI 2
22 IKIjXR
RI
LC
13
α I K IT sin21
รปท 7.6 การวดมมเพอบอกการท างานของรเลย
I1
Operate/Trip
MTA
Restrain
/Block
I2
IC
22 IKIjXR
RI
LC
14
เมอก าหนดให I1 = Operating Quantity
I2 = Polarizing Quantity = คามมทออกแบบ คอ มมระหวาง Polarizing Current ( I2 )
กบกระแสใน Polarizing Coil ( IC ) = มมระหวาง Operating Quantity ( I1 ) กบ Polarizing Current ( I2 ) = มมระหวาง I1 กบ I2 ทท าใหเกด Torque คาสงสด = Angle Between Fluxes ( มมระหวาง Operating และ Polarizing Quantity ) MTA = มมของกระแส Operating และ Reference ทใหแรงบด สงสด ( Maximum Torque Angle )
15
0 ; จะได
0 ;o90 และ
)o90-(
I1
Operate/Trip
MTA
Restrain
/Block
I2
IC
16
90)]-(-[ Sin 2I
1I
1KT
)]-(o[90 Sin 2I
1I
1K
)-( Co s 2I
1I
1K
2K - )-( Cos
2I
1I
1K
net T
Constant Spring- gTorqueRestrainin2
K เมอ
17
2. Current Operating และ Voltage Polarizing
รปท 7.7 การท างานของรเลยแบบ Voltage Polarizing
S i n VI
1IK T
Polarizing
VT
IV
CT
Operating
I1
V
01 I pV
คาแรงบดจะขนกบขนาดและมมเฟสของกระแสและแรงดนตามสมการ
18
เพอใหรเลยเกดคา Torque สงสด ตองตอตวชดเชย Phase Angle ดวยการตอ Capacitor อนกรม
รปท 7.8 วงจรแสดงการปรบมมของรเลยแบบ Voltage Polarizing
R + jXL
Iv
VVT
Polarizing
XC
Operating
I1
CT
] )C
XL
(X jR [ VI V
VI K'
- V1
VI K
19
] )C
XL
( X jR [ VI V
VI K'
- V1
VI K
Sin VI
1I
1KT
ก าหนด I1 = Operating Quantity V = Polarizing Quantity
20
รปท 7.9 การวดมมเพอบอกการท างานของรเลย
ก าหนด I1 = Operating Quantity V = Polarizing Quantity
I1
Operate/Trip
MTA
Restrain
/Block
V
IV
21
= คาทออกแบบ = มมระหวาง Polarizing Voltage ( V ) กบ กระแสใน Polarizing Coil ( IV )
= มมระหวาง Operating Quantity ( I1 ) กบ Polarizing Quantity ( V ) = มมระหวาง V กบ I1 ทท าใหเกดคา Torque สงสด MTA = มมของกระแส Operating และ Reference ทใหแรงบดสงสด ( Maximum Torque Angle )
โดยท :
22
0 ; จะได
0 ;o90 และ
)o90-(
90)]-(-[ Sin V1I
1KT
)]-(o[90 Sin V1I
1K
)-( Cos V1I
1K
2K - )-( Cos V
1I
1K
net T
Constant Spring- gTorqueRestrainin2
K เมอ
23
7.3 Phase Directional Overcurrent Relay ( 67 )
รปท 7.10 Phase Directional Overcurrent Relay
24
ตองมปรมาณ 2 ปรมาณ เปรยบเทยบกน คอ
- Operating Quantity ซงเปนคากระแสของระบบ
- Polarizing Quantity ซงจะเปนคากระแส หรอ แรงดนใดๆ ทน ามาเปรยบเทยบได
Connection
30o , 60o , 90o
25
1. 30o Connection
รปท 7.11 Phasor Diagram ของ 30o Connection
Va
Vb
Vc
Vac
Ia 30o
26
ส าหรบรเลยปองกนเฟส B และ เฟส C สามารถแสดงดงตาราง
RELAY Operating Current Polarizing Voltage
Phase A
Phase B
Phase C
Ia
Ib
Ic
Vac
Vba
Vcb
27
2. 60o Connection
รปท 7.12 Phasor Diagram ของ 60o Connection
Va
Vb
Vc
Vac
Ia
Vac+V
bc
Vbc
30o
30o
28
3. 90o Connection ( Quadrature Connection )
รปท 7.13 Phasor Diagram ของ 90o Connection
Va
Vbc
Ia
30o
MTARestrain/Block
Operate/Trip
Flux
29
Restrain / Block คอ Relay ไมสงให CB Trip ( Relay ไมท ำงำน )
Operating / Trip คอ Relay สงให CB Trip ( Relay ท ำงำน )
ส ำหรบรเลยปองกนเฟส B และ เฟส C สำมำรถแสดงดงตำรำง
RELAY Operating Current Polarizing Voltage
Phase A
Phase B
Phase C
Ia
Ib
Ic
Vbc
Vca
Vab
30
7.4 Phase Directional Overcurrent Relay 90 o Connection - นยมใชมากทสด
- ม 2 แบบ คอ
แบบท 1 30o MTA
แบบท 2 45o MTA
31
90o Connection – 30o M.T.A.
รปท 7.14 Phasor Diagram ของ 90o Connection – 30o M.T.A.
Va
Vbc
Ia
30o
MTA
Operate/Trip
Restrain/Block
Flux
32
รปท 7.15 Phasor Diagram ท P.F. = 0.5 Lagging
Va
Vbc
Ia
30o
MTA
Restrain/Block
Operate/Trip
Flux
Cos = 0.5 = 60° , ทบเสน MTA Ia ท ามม 30° กบ Vbc
33
)o30 - o(30 Cos V1I
1K T
V1I
1K
MAX
T
ซงสามารถค านวณหา Torque ไดดงน :
T=K I V Cos ( - )1 1
I1
Operate/Trip
MTA
Restrain
/Block
V
IV
Va
Vbc
Ia
30o
MTA
Restrain/Block
Operate/Trip
Flux
34
รปท 7.16 Phasor Diagram ท P.F. = 1.0 Cos = 1.0 = 0 , Ia ท ามม 90° กบ Vbc
Va
Vbc
Ia
30o
MTA
Flux
Restrain/Block
Operate/Trip
35
o oT K I V Cos (90 - 30 )1 1
V1I
1K 0.5
MAX
T0.5
ซงสามารถค านวณหา Torque ไดดงน
T=K I V Cos ( - )1 1
I1
Operate/Trip
MTA
Restrain
/Block
V
IVV
a
Vbc
Ia
30o
MTA
Flux
Restrain/Block
Operate/Trip
36
รปท 7.17 Phasor Diagram ท P.F. = 0 Lagging Cos = 0 = 90° ,
Ia in phase กบ Vbc
Va
Vbc
Ia
MTA
Flux
Operate/Trip
Restrain/Block
30o
37
o oT K I V Cos (0 - 30 )1 1
V1I
1K 0.866
MAX
T0.866
ซงสามารถค านวณหา Torque ไดดงน
T=K I V Cos ( - )1 1
I1
Operate/Trip
MTA
Restrain
/Block
V
IV
Va
Vbc
Ia
MTA
Flux
Operate/Trip
Restrain/Block
30o
38
การตอรเลยแบบ 90o Connection – 30o M.T.A. เหมาะส าหรบปองกน Plain Feeder กบแหลงจายทม Zero Sequence อยกอนจดทท าการตอรเลย ดงรปท 7.18
รปท 7.18 แสดงต าแหนงของรเลยทตอแบบ 90o – 30o
RF
39
สรปการตอ Directional Overcurrent Relay
แบบ 90o Connection – 30o MTA.
Power Factor Torque
0 ( 0o ) 0.5 Tmax
0.5 ( 60o ) Tmax
1.0 ( 90o ) 0.866 Tmax
40
90o Connection – 45o MTA.
รปท 7.19 Phasor Diagram ของ 90o Connection – 45o MTA.
Va
Vbc
Ia
MTA
Operate/Trip
Restrain
/Block
Flux
45o
41
รปท 7.20 Phasor Diagram ท P.F. = 0.707 Lagging Cos = 0.707 = 45°
Ia ท ามม 45° กบ Vbc
Va
MTA
Flux
Operate/Trip
Restrain
/Block
Ia
Vbc
45o
42
)o45 - o(45 Cos V1I
1K T
V1I
1K
MAX
T
ซงสามารถค านวณหา Torque ไดดงน
T=K I V Cos ( - )1 1
I1
Operate/Trip
MTA
Restrain
/Block
V
IVV
aMTA
Flux
Operate/Trip
Restrain
/Block
Ia
Vbc
45o
43
รปท 7.21 Phasor Diagram ท P.F. = 1.0 Cos = 1.0 = 0°
Ia ท ามม 90° กบ Vbc
Va
MTA
Flux
Operate/Trip
Restrain
/Block
Ia
Vbc
45o
44
o oT K I V Cos (90 - 45 )1 1
V1I
1K 0.707
MAX
T0.707
ซงสามารถค านวณหา Torque ไดดงน
T=K I V Cos ( - )1 1
I1
Operate/Trip
MTA
Restrain
/Block
V
IV
Va
MTA
Flux
Operate/Trip
Restrain
/Block
Ia
Vbc
45o
45
รปท 7.22 Phasor Diagram ท P.F. = 0 Cos = 0 = 90° Ia In phase Vbc
Va
MTA
Flux
Operate/Trip
Restrain
/Block
Ia
Vbc
45o
46
o oT K I V Cos (0 - 45 )1 1
V1I
1K 0.707
MAX
T0.707
ซงสามารถค านวณหา Torque ไดดงน
T=K I V Cos ( - )1 1
I1
Operate/Trip
MTA
Restrain
/Block
V
IVV
aMTA
Flux
Operate/Trip
Restrain
/Block
Ia
Vbc
45o
47
การตอรเลยแบบ 90o Connection – 45o MTA. เหมาะทจะใชส าหรบปองกน Parallel Transformer หรอ Transformer Feeder ทม Zero Sequence Source
รปท 7.23 แสดงต าแหนงของรเลยทตอแบบ 90o – 45o
RF
48
7.5 Ground Directional Overcurrent Relay ( 67N )
Operating Signal
จะไดจากกระแสทมาจากการตอขนาน CT กนทกๆ เฟส
Polarizing Signal - กระแสตกคาง ( Residual Current ) - แรงดนตกคาง ( Residual Voltage )
49
Polarizing Signal
1. กระแสตกคาง ( Residual Current )
- ไดจาก CT ทตออย ณ จด Neutral ของหมอแปลง
2. แรงดนตกคาง ( Residual Voltage )
- ไดมาจาก VT 3 เฟส ทมขดดาน
- Primary ตอแบบ Wye Grounded
- Secondary ตอแบบ Broken Delta ( V )
50
1. รเลยปองกนความผดพรองลงดน แบบ Voltage Polarization
รปท 7.24 การใชรเลยกระแสเกนแบบรทศทางปองกนการเกด ผดพรองลงดนโดยวธ Voltage Polarization
67N
I
Vo
VT
CTa
b
c
51
รปท 7.25 Phasor Diagram ระบบปกตและเมอเกดความผดพรอง
Van
Vcn V
bn
Van
Vcn V
bn
Va2
3I0
3V0
(a) Balance System ( Zero Residual Voltage )
(b) Unbalance System Phase a to Ground Fault ( 3V0 Residual Voltage )
52
2. รเลยปองกนความผดพรองลงดน แบบ Current Polarization
รปท 7 . 2 6 กำรใชรเลยกระแสเกนแบบรทศทำงปองกนกำรเกด ผดพรองลงดนโดยวธ C u r r e n t P o l a r i z a t i o n
OP
POLCT
CT
DEF. Relay
67N
53
3. รเลยปองกนความผดพรองลงดน
แบบ Dual Polarized Earth Fault Relay
ในบางครงคา Residual Voltage อาจมคาต าเกนไป ในขณะทบางครง
คา Residual Current กมต าเกนกวาทจะน ามาใชเปน Polarization
ได
ดงนนจงมการแกปญหาน โดยใชทง Residual Voltage และ
Residual Current เปน Polarization
เพอทวาเมอปรมาณใดปรมาณหนงมคาต าเกนไปรเลยยง สามารถ
ใชปรมาณทเหลอเปน Polarization ได
54
7.6 ตวอยางการประยกตใชงาน
Directional Overcurrent Relay
รปท 7.27 กำรใช Directional Overcurrent กบ Parallel Feeder
51 67
51 67
Load
A B
CD
Parallel Feeder
55
รปท 7.28 การ Grading ในระบบ Parallel Feeder
Time (s)
Current (A)
A, D
B, C
56
Ring Main
รปท 7.29 การใช Directional Overcurrent Relay กบ Ring Main
A
51 67 6767 67
51 67 67
67
67
B' B C' C
D'
D
E E'A'
D
57
การท า Grading
1. เปด Ring ท A ท าการ Grading Relay โดยเวลาทเรยง
จากมากไปนอยเปนดงน
: A' - E' - D' - C' - B ( เชน 1.7 s , 1.3 s , 0.9 s ,
0.5 s , 0.1 s )
2. เปด Ring ท A' ท าการ Grading Relay โดยเวลาทเรยง จากมากไปนอยเปนดงน
: A - B - C - D - E ( เชน 1.7 s , 1.3 s , 0.9 s ,
0.5 s , 0.1 s )
58
รปท 7.30 การ Grading ในระบบ Ring Main
Time (s)
Current (A)B', E
C', D
D', C
E', B
A', A
59
Parallel Source without Transformer
รปท 7.31 กำรใช Directional Overcurrent
กบ Parallel Source without Transformer
Load Bus
50 51 51N
51 51N 67 67N
Infeed 1 Infeed 2
Same Protection Infeed 1 F
I L
oad
Lo
ad
Lo
ad
60
รปท 7.32 กำรใช Directional Overcurrent Relay
กบ Parallel Source with Transformer
Parallel Source with Transformer
Load Bus
51 51N 67 67N
H.V.
Infeed 1
Same Protection
Infeed 1
50 51 51N
51G 51G
50 51 51N
H.V.
Infeed 2
61
Feeder Multifunction Relay
- ส ำหรบกำรปองกนสำยปอบ Feeder
ปจจบนนยมใชแบบ Multifunction Relay
ซงม Overcurrent Protection แบบ Nondirectional
และ Directional
- นอกจำกนยงม Function อนๆอกมำกมำย
62
Feeder Multifunction Relay
63
64
Single Line Diagram
สวสด