ภาวะอิ่มตัวของ CT และจุดเข่า (Knee Point): สิ่งที่วิศวกรด้านระบบป้องกันจำเป็นต้องรู้

ภาวะอิ่มตัวของ CT และจุดเข่า (Knee Point): สิ่งที่วิศวกรด้านระบบป้องกันจำเป็นต้องรู้

ในระบบป้องกัน หม้อแปลงกระแสไฟฟ้า (CT) ไม่ใช่เพียงอุปกรณ์สำหรับการวัดเท่านั้น แต่ประสิทธิภาพของ CT ระหว่างเกิดข้อบกพร่องอาจเป็นตัวกำหนดว่ารีเลย์จะทำงานตัดวงจรอย่างถูกต้องหรือไม่ ความเสี่ยงหลักคือ การอิ่มตัวของ CT ซึ่งหมายถึงแกนแม่เหล็กของ CT ไม่สามารถจำลองคลื่นกระแสไฟฟ้าที่ไหลผ่านขดลวดหลักได้อย่างแม่นยำในขดลวดรองอีกต่อไป

บทความนี้อธิบายปรากฏการณ์การอิ่มตัว แนวคิดของจุดเข่า (knee point) และขั้นตอนเชิงปฏิบัติเพื่อลดการดำเนินการผิดพลาด

การอิ่มตัวของ CT คืออะไร?

การอิ่มตัวของ CT เกิดขึ้นเมื่อแกนแม่เหล็กถึงจุดหนึ่งที่การเพิ่มกระแสไฟฟ้าที่ไหลผ่านขดลวดหลักไม่ส่งผลให้เกิดกระแสไฟฟ้าในขดลวดรองเพิ่มขึ้นตามสัดส่วนอีกต่อไป CT จึงต้องการกระแสแม่เหล็ก (magnetizing current) มากขึ้น ส่งผลให้คลื่นกระแสไฟฟ้าในขดลวดรองผิดรูปและลดขนาดลง

เมื่อกระแสไฟฟ้าในขดลวดรองผิดรูปหรือลดลง รีเลย์ป้องกันอาจตรวจจับกระแสข้อบกพร่องได้น้อยกว่าที่มีอยู่จริง

เหตุใดการอิ่มตัวของ CT จึงมีความสำคัญต่อรีเลย์ป้องกัน

ในช่วงที่เกิดลัดวงจร กระแสไฟฟ้าที่ไหลผ่านขดลวดหลักอาจเพิ่มขึ้นเป็นหลายเท่าของกระแสที่ระบุไว้ หาก CT เกิดการอิ่มตัวเร็วเกินไป:

• รีเลย์โอเวอร์เคอร์เรนท์ รีเลย์อาจทำงานช้าลง หรือไม่ตัดวงจรตามเกณฑ์ที่กำหนดไว้
• การป้องกันแบบเชิงอนุพันธ์ อาจทำงานผิดพลาดเนื่องจากความอิ่มตัวของหม้อแปลงกระแส (CT) ไม่เท่ากัน
• การป้องกันข้อบกพร่องการต่อพื้น อาจมีความน่าเชื่อถือลดลงหากกระแสที่เหลือมีรูปคลื่นผิดเพี้ยน

ผลที่ตามมาอาจทำให้อุปกรณ์เสียหายมากขึ้น ระยะเวลาหยุดให้บริการยาวนานขึ้น และการวิเคราะห์หลังเกิดข้อบกพร่องซับซ้อนยิ่งขึ้น

จุดเข่า: แนวคิดเชิงปฏิบัติ

สายพาน จุดเข่า มักใช้เพื่ออธิบายจุดบนกราฟแรงดันกระตุ้นของหม้อแปลงกระแส (CT) ซึ่งการเพิ่มแรงดันรองขึ้นเล็กน้อยจะต้องใช้กระแสแม่เหล็กไฟฟ้าเพิ่มขึ้นอย่างมาก ในทางปฏิบัติ จุดนี้บ่งชี้ว่าหม้อแปลงกระแสสามารถสร้างแรงดันรองได้สูงเพียงใดก่อนที่แกนเหล็กจะเริ่มอิ่มตัวอย่างรุนแรง

ความสามารถของจุดเข่าที่สูงขึ้นมักสนับสนุนประสิทธิภาพการป้องกันที่ดีขึ้นสำหรับระบบป้องกันที่มีความต้องการสูง โดยเฉพาะในกรณีที่ภาระวงจรรองมีค่าสูง

ปัจจัยที่ทำให้หม้อแปลงกระแส (CT) เข้าสู่ภาวะอิ่มตัว

• กระแสลัดวงจรสูง: ระดับความผิดพลาดของระบบสูงขึ้นต้องการประสิทธิภาพของ CT ที่ดีกว่า
• ภาระสูง: ระยะเดินสายยาวและการเชื่อมต่อเข้าสู่รีเลย์ต้องการแรงดันรองมากขึ้น
• ค่าเบี่ยงเบนกระแสตรง (DC offset): กระแสลัดวงจรแบบไม่สมมาตรเพิ่มความเสี่ยงต่อการเกิดภาวะอิ่มตัว
• การเลือกอัตราส่วนไม่ถูกต้อง: อัตราส่วนสูงมากเกินไปจะลดประสิทธิภาพการใช้งานที่เป็นประโยชน์ในบางสถานการณ์

วิธีลดความเสี่ยงต่อภาวะอิ่มตัว (ขั้นตอนปฏิบัติจริง)

• เลือก CT สำหรับการป้องกัน ที่สอดคล้องกับระดับกระแสลัดวงจรและระบบการป้องกันด้วยรีเลย์
• ภาระการควบคุม: ลดความยาวของสายไฟที่ใช้ ใช้ขนาดตัวนำที่เหมาะสม และพิจารณาอุปกรณ์ทั้งหมด
• พิจารณาใช้ CT แบบรอง (Secondary) ที่มีค่ากระแส 1 A เมื่อความยาวของสายไฟที่เดินไกล เพื่อลดภาระ
• ระบุสมรรถนะของ CT ให้เหมาะสม สำหรับระบบป้องกันแบบดิฟเฟอเรนเชียล (Differential schemes) และระบบป้องกันความเร็วสูง (High-speed protection)

แนวทางที่ดีที่สุดคือประสานงานการเลือก CT กับวิศวกรด้านระบบป้องกัน ซึ่งเป็นผู้กำหนดค่าตั้งรีเลย์ (relay settings) และตรวจสอบผลการศึกษาภาวะขัดข้อง (fault studies)

คำแนะนำในการตรวจรับมอบงานและการแก้ไขปัญหา

หากประสิทธิภาพของระบบป้องกันไม่สม่ำเสมอ ให้ตรวจสอบ:

• ภาระที่ไม่คาดคิด: อุปกรณ์ที่เพิ่มเข้ามาหรือสายไฟที่ยาวกว่าที่คาดการณ์ไว้
• การเชื่อมต่อรองที่หลวม: ทำให้ความต้านทานเพิ่มขึ้นและสัญญาณผิดปกติ
• ข้อผิดพลาดของขั้วขั้ว (Polarity) ของ CT: อาจก่อให้เกิดการทำงานผิดพลาดของระบบป้องกันแบบดิฟเฟอเรนเชียล
• คลาสหรืออัตราส่วนของ CT ไม่ถูกต้อง เมื่อเปรียบเทียบกับเอกสารการออกแบบ

ลิงก์ภายใน

หมวดหมู่ผลิตภัณฑ์ CT: หม้อแปลงกระแสไฟฟ้า .

สำหรับแผงแรงดันกลาง (MV) ที่รวม CT และระบบป้องกันไว้ด้วยกัน: สวิตช์เกียร์ .

สรุป

การอิ่มตัวของ CT เป็นหนึ่งในสาเหตุที่แฝงอยู่บ่อยครั้งที่สุดของปัญหาด้านระบบป้องกัน หากคุณเลือก CT ที่มีสมรรถนะสอดคล้องกับระดับกระแสลัดวงจรและภาระ (burden) พร้อมทั้งตรวจสอบคุณภาพของการติดตั้งอย่างรอบคอบ คุณจะสามารถลดความเสี่ยงของการที่รีเลย์อ่านค่ากระแสลัดวงจรต่ำกว่าความเป็นจริง หรือทำงานผิดพลาดระหว่างเหตุรบกวนได้อย่างมาก

ข้อเสนอแนะเกี่ยวกับภาพ

• Image: https://www.enweielectric.com/products/current-transformers
• ALT: "หม้อแปลงกระแสไฟฟ้าชนิดป้องกันที่ออกแบบมาเพื่อลดการอิ่มตัว"
• Image: https://www.enweielectric.com/products/switchgear
• ALT: "ตู้ควบคุมและป้องกันระบบสวิตช์เกียร์แรงดันกลางที่ใช้สัญญาณจากหม้อแปลงกระแสไฟฟ้าสำหรับรีเลย์"