การป้องกันเครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสสลับ
(Generator Protaction)
เครื่องกำเนิดไฟฟ้าโดยทั่วไป ประกอบด้วย 2 ชนิด
Synchroneus
Generator
-
วิ่งตาม Sychroneus speed
-
มีชุด Exiter สร้างขั้วแม่เหล็ก
Induction
Generator
- วิ่งด้วยความเร็วที่มากหรือต่ำกว่า
- เกิดจากการเหนี่ยวนำโดยตรง
การทำงานผิดปกติของเครื่องกำเนิดไฟฟ้า
1.ความผิดปกติที่ฉนวนของขดลวดตัวนำ Stator
2.เครื่องรับสภาวะเกินขนาด Overload
3.เครื่องมีแรงดันมากเกินไป Over voltage
4.Unbalance loading
5.การลัดวงจรที่ขดลวด rotor
6.Loss of excitation
7.Loss of Sychroneus
8.Over heating
9.Failure of prime mover
10.Overspeed
การลัดวงจรในขดลวด
Stator
เป็นผลมาจาก
#
แรงดันเกิน
#
ฉนวนขาดไปเองตามเวลา
สาเหตุหลักของการลัดวงจร
1.การลัดวงจรระหว่างเฟสกับดิน
======> เกิดมากที่สุด
# ทำให้เกิดการไหม้ที่แกน rotor ทั้งหมด===> รีเลย์ควรตัดให้เร็วที่สุด และรีเลย์นิยมใช้มากที่สุด
Differential relay
2.การลัดวงจรระหว่างเฟสกับเฟส
2.การลัดวงจรระหว่างวงรอบ (Turn to turn )
การป้องกันขดลวด
Stator
โดยการใช้
Dfferential relay แบบกระแสต่างตามยาว
เมื่อ
CT เปิดวงจรป้องกันขดลวด
เมื่อ CB ทำงานจะต้องมีรีเลย์ช่วยทำหน้าที่ตัดสายเหล่านี้พร้มกันทันที
1. ไกตัดวงจรใหญ่
2.ตัดไฟออกจากวงจรสนามแม่เหล็กของเครื่องกำเกิดไฟฟ้า
3.ตัดสายด้านที่ลงจุดนิวตรอน ของ Generator ออก(ถ้ามี)
4.ดับเครื่องต้นกำลัง
5.เตรียมเครื่องดับเพลิง
6.สั่งสัญญาณเตือนภัย
จุดที่
3 เป็นจุดที่เกิดการลัดวงจรมากที่สุดเพราะมีความต้านทานต่ำที่สุด
เลือกค่า
Pick up = 1 จะตั้งค่า ไว้ต่ำมากไม่ได้เพราะทำให้เกิด Overreach ทำให้ รีเลย์ตัดเร็ว
การคำนวณจุดลัดวงจร
ที่จุด
15% ===> (5x15)/100=0.75A รีลย์ไม่ทำงาน
เนื่องจากค่า Pick up สูงกว่า
ที่จุด
25% ===> (5x25)/100=1.25A รีลย์ทำงาน
เนื่องจากค่า Pick up ต่ำกว่า
ที่จุด
50% ===> (5x50)/100=2.5A รีลย์ทำงาน
เนื่องจากค่า Pick up ต่ำกว่า
ที่จุด
100% ===> (5x100)/100=100A รีลย์ทำงาน
เนื่องจากค่า Pick up ต่ำกว่า
บริเวณปลายของ
Coil รีเลย์จะป้องกันไม่ได้เลย
เพราะฉะนั้นรีเลย์ ป้องกัน Generator ไม่ได้ในส่วนปลาย แต่ส่วนอื่นป้องกันได้เพียง
70% , 65%
#ที่หัวของ Coil มีโอกาศลัดวงจรได้มากกว่าปลาย Coil แต่ความเสียหายที่ปลาย
Coil จะเกิดความ เสียหายได้ต่ำกว่าหัว Coil #
ตัวอย่างโจทย์การคำนวณ
Ex...A
star connected 3 phase 10 Mva 6.6 KV alternator is protacted by defferen
relay , the star point being eathed vai aresistor R plot a curve to base
of current up to 200% of full load current throuth R sharing the percentage
of winding protacted for and earth fault setting of 20% estimate, as the
data allow , the value of eacthing resistor if 85% of the winding is protacted
Solution
A...Plot
กราฟความสัมพันธ์ระหว่างกระแสลัดวงจรที่ใหลผ่าน R เป็น % จนถึง 200% ของกระแส
Full load เทียบกับค่า % ของค่าขดลวดที่ถูกป้องกันเทื่อเรา Set ค่าการทำงานของ
Differential relay เมื่อเดการลัดวงจรลงดินที่ 20 %
B...หาค่า
R ถ้าต้องการป้องกันขดลวดได้ 85%
20
% Setting หมายถึงว่าเมื่เกิดการลัดวงจรระหว่างเฟสวงดินและค่ากระแสลัดวงจรที่
Terminal ของขดลวดเท่ากระแส fault load current ขดลวดป้องกันไม่ได้จะเป็น 20%
การคำนวณที่
%ต่างๆ
ที่จุด 20%
เมื่อกระแสลัดวงจร 20 % ของ Fault load ขดลวดป้องกันไม่ได้ 100%
เมื่อกระแสลัดวงจร 20 % ของ Fault load ขดลวดป้องกันไม่ได้
(20x100)/20=100%
ที่จุด 40%
เมื่อกระแสลัดวงจร 20 % ของ Fault load ขดลวดป้องกันไม่ได้ 100%
เมื่อกระแสลัดวงจร 40 % ของ Fault load ขดลวดป้องกันไม่ได้
(20x100)/40=50%
ที่จุด 60%
เมื่อกระแสลัดวงจร 20 % ของ Fault load ขดลวดป้องกันไม่ได้ 100%
เมื่อกระแสลัดวงจร 60 % ของ Fault load ขดลวดป้องกันไม่ได้ (20x100)/60=33.33%
ที่จุด 80%
เมื่อกระแสลัดวงจร 20 % ของ Fault load ขดลวดป้องกันไม่ได้ 100%
เมื่อกระแสลัดวงจร 80 % ของ Fault load ขดลวดป้องกันไม่ได้
(20x100)/80=25%
ที่จุด 150%
เมื่อกระแสลัดวงจร 20 % ของ Fault load ขดลวดป้องกันไม่ได้ 100%
เมื่อกระแสลัดวงจร 150 % ของ Fault load ขดลวดป้องกันไม่ได้ (20x100)/150=13.33%
ที่จุด 200%
เมื่อกระแสลัดวงจร 20 % ของ Fault load ขดลวดป้องกันไม่ได้ 100%
เมื่อกระแสลัดวงจร 200 % ของ Fault load ขดลวดป้องกันไม่ได้
(20x100)/200=10%
| กระลัดวงจรที่ Terminal คิดเป็น % ของกระแส fault load | %ของขดลวดที่ไม่ถูกป้องกัน | %ขดลวดที่ป้องกันได้ |
|---|---|---|
ถ้าต้องป้องกัน
85% ใช้ R เท่าไร
ที่จุด ป้องกันได้ 85% แสดงว่า ป้องกันไม่ได้ 100 - 85 = 15 %
เมื่อกระแสลัดวงจร 20 % ของ Fault load ขดลวดป้องกันไม่ได้ 100%
เมื่อกระแสลัดวงจร 15% ของ Fault load ขดลวดป้องกันไม่ได้
(20x100)/15=133.33%
ตัวอย่างการคำนวณ
Ex..A
10kV , 10mVA ,three phase , star connected alternator is earthed through a
non inductive resistor of 10 ohm .The alternator is protected by differential
relay system in which the relay operates when the out of balanced current
in the pilot wires reaches 1 A . These pilot are in the secondary circuit
of 1000/5 A ratio current transformers
Calculate
(a)The
percentage of alternator winding protect against zero impedance earth faults
(b)The
value of earthing resister required to protect 90% of the alternator winding
Solution
(ก).หาค่า
% ของขดลวดที่สามารถปรับการป้องกันได้เป็นเท่าไร
การคำนวณ
(ข).ถ้าต้องการป้องกันได้
90 % ต้องใช้ R เท่าไร
การทำงานที่ผิดปกติของเครื่องกำเนิดไฟฟ้า
การทำงานที่ผิดปกติของระบบหลักๆแยกเป็นชนิดดังนี้
1.ความผิดปกติที่ฉนวนขดลวดของตัวนำ stator
2.การับภาระเกินขนาดของเครื่องกำเนิดไฟฟ้า(Over load)
3.การรับภาระไม่สมดุล (Unbalance loading)
4.ความผิดปกติที่ Rotor (Rotor Faults)
5.การสูญเสียสนามแม่เหล็ก (Loss of excitation)
6.การสูญเสียการเข้าจังหวะ หรือ ซิงโครนิสซึม (loss of synchronism)
7.ความร้อนในเครื่องสูงเกินไป (Overheating)
การลักวงจรในขดลวดตัวนำของ stator มี 3 แบบ
(1.)การลัดวงจรลงดิน(earth
faults) ซึ่งมีโอกาสเกิดได้ง่ายกว่าอีก 2 แบบ ที่จะกล่าวถึง เพื่อให้การป้องกันขดวลวดตัวนำสเตเตอร์ทำได้ง่ายขึ้น
มักจะต่อจุดกลาง (neutral) ของขดลวดตัวนำของสเตเตอร์อขงเครื่องกำเนิดไฟฟ้าลงดินและโดยมักจะต่ออิมพิแดนซ์ค่าสูงพอสมควร
รหว่างจุดกลางนี้กับดิน เพื่อจำกัดค่ากระแสไฟฟ้าลัดวงจรลงดินให้มีค่าตำประมาณ
5 ถึง 20 แอมแปร์ เพื่อป้องกันมิหใกนเหล็กไหม้ ถ้าเป็นชุดเครื่องกำเนิดไฟฟ้า-หม้อแปลง
การต่อลงดินมักใช้หม้อแปลงต่อลงดิน (earthing transformer หรือ distribution
rtansformer)
(2.)การลัดวงจรระหว่างเฟส(phase
faults) มีโอกาสเกิดขึ้นได้ยากกว่าการลัดวงจรลงดิน การลัดวงจรแบบนี้เกิดขึ้นระหว่างเฟส
กับ เฟส และไม่เกี่ยวกับดินเลย แต่ถ้าเกิดขึ้นแล้ว มักจะกลายเป็นการลัดวงจรลงดินไปในที่สุด
(3) การลัดวงจรระหว่างวงขดลวด(interturn faults) มีโอกาสเกิดขึ้นยาก และมักจะไมีการป้องกันโดยเฉพาะต้องรอให้กลายเป็นการลัดวงจรลงดินเสียก่อน ระบบป้องกันจึงจะสั่งตัดวงจร
การป้องกันการลัดวงจรลงดิน (Retricted Earth Fault Protection)
ในกรณีที่ไม่มีขั้วสายแต่ละเฟสทางด้านจุดกลางโผล่ออกมา
ให้ต่อหม้อแปลงกระแสได้ หรือป้องกันเฉพาะการลัดวงจรลงดินเพียงอย่างเดียวเท่านั้น
อาจใช้การป้องกันเฉาะการลัดวงจรลงดิน ดังรูป การป้องกันแบบนี้มักใช้รีเลย์ที่มี
Impedance สูง และจะต้องป้องกันการลัดวงจรที่ลงดินเท่านั้น ส่วนการลัดวงจรระหว่างเฟส
หรือ ระหว่างรอบของขดลวดนั้นป้องกันไม่ได้ ดังรูปข้างบน
การป้องกันแบบกระแสผลต่างตามขวาง
หลักการใช้กับโรงงานพลังน้ำ ทำงานโดยการ
เปรียบเทียบค่ากระแสระหว่าง turn ด้านบนกับด้านล่าง ว่าค่าเท่ากันหรือไม่ ถ้าเท่ากันจะไม่ทำงาน แต่ถ้าต่างกัน จะทำงานตัดวงจรทันที