Directional Earth Fault Protection

Directional Earth Fault Relay มักจะถูกนำมาใช้ในงานที่มีลักษณะดังนี้

1. ใช้งานร่วมกับ Directional Over Current Relay
2. ใช้ในระบบ Ungrounded
3. ใช้ในระบบที่มีการต่อ Reactor Grounding
4. ใช้ในงานที่ Earth Fault Relay มีความไวไม่เพียงพอ โดยที่ Directional Earth Fault Relay อาจจะสามารถทำงานได้รวดเร็วกว่า

Relay Connections.

โดยทั่วไปแล้ว Directional Earth Fault Relay จะใช้สัญญาณ input เพียง 2 สัญญาณในการตรวจจับ earth fault สัญญาณเหล่านั้นคือ residual voltage และ residual current

รูปที่ 1 Relay Connections

Residual Voltage และ Residual Current Residual voltage

เป็นสัญญาณตัวหนึ่งที่ Directional Earth Fault Relay นำมาใช้ตรวจจับ earth fault ซึ่งเราสามารถวัดได้จากการต่อ voltage transformer ดังรูปที่ 1 ด้าน primary ของ voltage transformer ต่อแบบ Y ลง ground ส่วนด้าน secondary จะต่อแบบ broken delta โดยแรงดันที่วัดตกคร่อมที่ terminal จะมีค่าเท่ากับผลรวมทางเวคเตอร์ของแรงดันเฟสทั้ง 3 เฟส ซึ่งเราเรียกว่า residual voltage

ขณะที่แรงดันทั้ง 3 เฟส สมดุล residual voltage จะมีค่าเท่ากับศูนย์ แต่ในขณะที่ระบบเกิด earth fault, residual voltage จะมีค่าเท่ากับแรงดันเฟสที่ลดลงของเฟสที่เกิด earth fault โดยสามารถอธิบายได้ตาม phasor diagram ในรูปที่ 2

รูปที่ 2 residual voltage phasor diagram

สัญญาณอีกสัญญาณหนึ่งที่ใช้ในการตรวจจับ earth fault คือ residual current โดยที่ residual current คือผลรวมทางเวคเตอร์ของกระแสในแต่ละเฟส สามารถวัดได้จากการต่อ current transformer ทั้ง 3 เฟส แล้วนำมาขนานกันดังรูปที่ 1

เราสามารถเขียนวงจรสมมูลในระบบ sequence network ขณะเกิด single line to ground fault ได้ดังรูปที่ 3

รูปที่ 3 วงจรสมมูลในระบบ sequence network ขณะเกิด single line to ground fault

จากระบบ sequence network เรารู้ว่า

โดยที่ α=1 120° เรารู้ว่า residual voltage คือผลรวมของแรงดันทั้ง 3 เฟส ดังนั้นเราจะได้ว่า

ในทำนองเดียวกัน เราจะได้ว่า

จากรูปที่ 3 เราสามารถเขียนความสัมพันธ์ของ zero sequence voltage และ zero sequence current ได้ดังนี้

หากเรานำสมการที่ 6 มาคูณด้วย 3 ทั้ง 2 ข้างของสมการเพื่อแสดงความสัมพันธ์ของ Residual Voltage และ Residual Current ได้ดังนี้

จากสมการที่ 7 ทำให้เราทราบว่า Residual Voltage และ Residual Current จะมีมุมเฟส shift กันอยู่ โดยจะขึ้นอยู่กับ zero sequence impedance ซึ่งโดยทั่วไป residual current จะล้าหลัง residual voltage ด้วยเหตุนี้เองจึงต้องมีการตั้งค่า Relay Characteristic Angle (RCA) ดังนี้

1. Resistive earthed system : 00 RCA
2. Distribution System , solidly earthed : -450 RCA
3. Transmission System , solidly earthed : -600 RCA

เหตุผลที่มีการตั้งค่า RCA ต่างกันในแต่ละระบบจะขึ้นอยู่กับความแตกต่างของอัตราส่วน resistive impedance และ inductive impedance (R / X) ที่พบในแต่ละระบบ

จัดทำโดย
ชาญวิทย์ ครูแก้ว
มนตรี ศรีสุภา