เนื้อหาวันที่ : 2010-03-24 11:37:30 จำนวนผู้เข้าชมแล้ว : 8075 views

การออกแบบ Selective Coordination ของระบบไฟฟ้ากำลัง

Selective Coordination เป็นการออกแบบระบบไฟฟ้ากำลังโดยเซอร์กิตเบรกเกอร์ที่อยู่ก่อนตำแหน่งที่เกิดความผิดพร่อง (Fault) ที่ใกล้ที่สุดทำงานเปิดวงจรเพื่อเคลียร์ความผิดพร่องนี้ โดยไม่ส่งผลใด ๆ ต่อเซอร์กิตเบรกเกอร์ที่อยู่ถัดขึ้นไป

ขวัญชัย กุลสันติธำรงค์
kwanchai2002@hotmail.com
.

.

Selective Coordination เป็นการออกแบบระบบไฟฟ้ากำลังโดยเซอร์กิตเบรกเกอร์ที่อยู่ก่อนตำแหน่งที่เกิดความผิดพร่อง (Fault) ที่ใกล้ที่สุดทำงานเปิดวงจรเพื่อเคลียร์ความผิดพร่องนี้ โดยไม่ส่งผลใด ๆ ต่อเซอร์กิตเบรกเกอร์ที่อยู่ถัดขึ้นไป จากไดอะแกรมในรูปที่ 1 แสดงแนวความคิดของ Selective Coordination

.

เมื่อเกิดความผิดพร่องที่สายป้อน L ที่จ่ายพลังงานไฟฟ้าให้กับแผงไฟฟ้า M เมื่อได้ออกแบบ Selective Coordination ที่เหมาะสม เซอร์กิตเบรกเกอร์ L จะเคลียร์ความผิดพร่องที่เกิดขึ้นนี้ ขณะที่เซอร์กิตเบรกเกอร์ G, E และ A จะไม่เปิดวงจร และบัส H และ B จะไม่ได้รับความเสียหายใด ๆ จากความผิดพร่องที่เกิดขึ้นก่อนที่เซอร์กิตเบรกเกอร์ L จะทำงาน

.

รูปที่ 1 รูปแบบของการออกแบบระบบไฟฟ้ากำลังที่ต้องคำนึงถึง Selective Coordination

.
การทำงานของเซอร์กิตเบรกเกอร์

เมื่อตรวจสอบรูปกราฟการเปิดวงจรของเซอร์กิตเบรกเกอร์ในรูปที่ 2 จะพบว่าสามารถแบ่งการทำงานของเซอร์กิตเบรกเกอร์เป็น 3 โซน ได้แก่

.

โซน 1 คือ โซนปลดวงจรทันที (Instantaneous Region) คือโซนที่เซอร์กิตเบรกเกอร์ทำงานปลดวงจรทันที โดยไม่มีการหน่วงเวลา โดยเซอร์กิตเบรกเกอร์จะเคลียร์ความผิดพร่องที่มีค่าสูงมาก (High Level Fault) 

.

โซน 2 คือ โซนเวลาผกผัน (Inverse Time Region) เซอร์กิตเบรกเกอร์มีการหน่วงเวลาในการปลดวงจร โดยที่การหน่วงเวลานั้นจะลดลงเมื่อกระแสเพิ่มขึ้น กระแสที่ทำให้เซอร์กิตเบรกเกอร์เปิดวงจรในโซนนี้จะต่ำกว่ากระแสในโซนปลดวงจรทันที ปกติเซอร์กิตเบรกเกอร์จะทำงานตั้งแต่ 3 รูปคลื่น จนถึง 30 รูปคลื่นในโซนนี้ 

.

โซน 3 คือโซน Long–Time Region เซอร์กิตเบรกเกอร์จะทำงานอยู่ระหว่าง 30 รูปคลื่น จนถึงประมาณ 8 นาที เซอร์กิตเบรกเกอร์จะทำงานเปิดวงจรเมื่อมีกระแสไหลผ่านเกินกว่าค่ากระแสที่ถูกตั้งไว้เพื่อปลดวงจร

.

รูปที่ 2 Trip Curve ทั่วไปของเซอร์กิตเบรกเกอร์

.
เซอร์กิตเบรกเกอร์ชนิด Thermal–magnetic Molded–case 

การใช้งานเซอร์กิตเบรกเกอร์ ชนิด Thermal–magnetic Molded–case เพื่อทำ Selective Coordination มีความยุ่งยากมากกว่าฟิวส์ เนื่องจากกราฟกระแสกับเวลา (Time Current Curve) ของเซอร์กิตเบรกเกอร์มักจะไม่ราบเรียบและช่วง Tolerance ของเซอร์กิตเบรกเกอร์ชนิด Molded–case จะไม่แคบเหมือนฟิวส์ รวมถึงไม่สามารถปรับตั้งกราฟกระแส–เวลาของเซอร์กิตเบรกเกอร์ได้

.

จากตัวอย่างในไดอะแกรมในรูปที่ 1 หม้อแปลงไฟฟ้าลดแรงดัน “F” มีขนาด 75 kVA ที่พิกัดแรงดัน 380/220 VAC จ่ายพลังงานไฟฟ้าให้กับแผงไฟฟ้า H ถ้าหม้อแปลงไฟฟ้านี้มีค่าอิมพีแดนซ์เท่ากับ 2.5% ทำให้เกิดกระแสลัดวงจรด้านทุติยภูมิของหม้อแปลงไฟฟ้า 7,800 แอมแปร์ เซอร์กิตเบรกเกอร์ G ที่กระแสพิกัด 250 แอมแปร์จะมีค่าปลดวงจรทันทีอยู่ระหว่าง 5 ถึง 10 เท่าของกระแสพิกัด หรือ 1,250–2,500 แอมแปร์ ช่วงกว้างนี้ทำให้การทำ Selective Coordination ของเซอร์กิตเบรกเกอร์ชนิด Thermal–magnetic Molded–case มีความยุ่งยาก

.

อย่างไรก็ตาม ในทางปฏิบัติการทำ Selective Coordination จะใช้วิธีการจับคู่ (Paring) ของเซอร์กิตเบรกเกอร์ โดยใช้ตารางโคออดิเนชั่น (Coordination Table) ซึ่งผู้ผลิตเซอร์กิตเบรกเกอร์จัดทำขึ้นตามตารางที่ 1

.

ตารางที่ 1 ตารางโคออร์ดิเนชั่น (Coordination Table) ของเซอร์กิตเบรกเกอร์ยี่ห้อหนึ่ง

.
เซอร์กิตเบรกเกอร์ชนิด Electronic–trip 

การใช้เซอร์กิตเบรกเกอร์ชนิด Electronic–trip ก็เป็นอีกทางเลือกหนึ่งในการทำ Selective Coordination เนื่องจากสามารถปรับแต่งกราฟกระแสกับเวลาของเซอร์กิตเบรกเกอร์ชนิดนี้ได้อย่างละเอียด การทำ Selective Coordination จึงทำได้โดยง่าย อย่างไรก็ตามเซอร์กิตเบรกเกอร์ชนิด Electronic–trip จะมีต้นทุนที่แพงกว่าเซอร์กิตเบรกเกอร์ชนิด Thermal–magnetic Molded–case

.

รวมถึงต้อง “ตั้งค่า” และตรวจสอบค่าที่ตั้งไว้ว่ามีความถูกต้องตามที่ได้ออกแบบไว้โดยช่างผู้ชำนาญเพื่อให้มั่นใจว่าเซอร์กิตเบรกเกอร์ชนิด Electronic–trip ทำงานได้อย่างถูกต้อง

.
การทำ Selective Coordination ของระบบไฟฟ้ากำลัง

จากวิธีการทำ Selective Coordination ด้วยเซอร์กิตเบรกเกอร์ตามวิธีข้างต้นแล้ว จุดสำคัญที่ต้องพิจารณาก็คือ ต้องทำให้จำนวนลำดับชั้น (Level) ของเส้นทาง (Path) ที่จะทำให้ Selective Coordination เหลือน้อยที่สุด ซึ่งปกติอย่าให้เกิน 3 ลำดับชั้นคือมีเซอร์กิตเบรกเกอร์ที่จะทำ Selective Coordination ไม่เกิน 3 ตัวจะดีที่สุด

.

วิธีปฏิบัติก็คือ เราสามารถยกเลิก Main Circuit Breaker ที่ติดตั้งอยู่ในแผงไฟฟ้า และใช้ Main Isolator หรือ Non-automatic Breaker ทำหน้าที่เป็นเมนสวิตซ์แทน ในการออกแบบทั่วไปมักจะพบว่าวิศวกรไฟฟ้าออกแบบจะกำหนดให้มี Main Circuit Breaker ในแผง Sub-main Distribution Board และแผง Distribution Board/Load Center ทำให้ต้องมีการทำ Selective Coordination ของเซอร์กิตเบรกเกอร์จำนวน 4–5 ชุด

.

ในทางปฏิบัติสายป้อนที่จ่ายไฟฟ้ากำลังให้กับแผง Sub-main Distribution Boards จะได้รับการป้องกันจากเซอร์กิตเบรกเกอร์ของสายป้อน (Feeder Circuit Breaker) ที่ติดตั้งอยู่ใน Main Distribution Board (MDB) อยู่แล้ว และเช่นเดียวกัน สายป้อนที่จ่ายไฟฟ้ากำลังให้กับแผง Distribution Board/Load Center จะได้รับการป้องกันจากเซอร์กิตเบรกเกอร์ของสายป้อนที่ติดตั้งอยู่ในแผง Sub–main Distribution Board

.

การลดจำนวนของเซอร์กิตเบรกเกอร์ลงจะทำให้การทำ Selective Coordination สามารถทำได้โดยง่ายและมีประสิทธิภาพ การเลือกใช้ Main Isolator หรือ Non-Automatic Breaker ต้องคำนึงถึงค่า Icw ของอุปกรณ์ที่เพียงพอด้วย

.

รูปที่ 3 กราฟกระแส-เวลาของเซอร์กิตเบรกเกอร์ในระบบไฟฟ้ากำลังที่มี Selective Coordination

.
สรุป

การออกแบบระบบไฟฟ้ากำลังให้มี Selective Coordination ที่เหมาะสมเป็นสิ่งจำเป็นเพราะมีความเกี่ยวข้องกับความปลอดภัย (Life Safety) ความมั่นคงของระบบ (Reliability) มาตรฐาน NEC ได้กำหนดความต้องการของ Selective Coordination ไว้ในมาตรฐาน ควรตรวจสอบตารางโคออร์ดิเนชั่นของผู้ผลิตเซอร์กิตเบรกเกอร์และปรึกษาผู้ผลิตก่อนการออกแบบเพื่อทำ Selective Coordination ทุกครั้ง

.

เอกสารอ้างอิง

1. Selective Coordination Using Circuit Breakers, EC&M October 2009
2.
www.ecmweb.com
3. มาตรฐานการติดตั้งทางไฟฟ้าสำหรับประเทศไทย พ.ศ. 2545 (ฉบับปรับปรุงครั้งที่ 1 พ.ศ. 2551)
4. Totally Integrated Power by Siemens

สงวนลิขสิทธิ์ ตามพระราชบัญญัติลิขสิทธิ์ พ.ศ. 2539 www.thailandindustry.com
Copyright (C) 2009 www.thailandindustry.com All rights reserved.

ขอสงวนสิทธิ์ ข้อมูล เนื้อหา บทความ และรูปภาพ (ในส่วนที่ทำขึ้นเอง) ทั้งหมดที่ปรากฎอยู่ในเว็บไซต์ www.thailandindustry.com ห้ามมิให้บุคคลใด คัดลอก หรือ ทำสำเนา หรือ ดัดแปลง ข้อความหรือบทความใดๆ ของเว็บไซต์ หากผู้ใดละเมิด ไม่ว่าการลอกเลียน หรือนำส่วนหนึ่งส่วนใดของบทความนี้ไปใช้ ดัดแปลง โดยไม่ได้รับอนุญาตเป็นลายลักษณ์อักษร จะถูกดำเนินคดี ตามที่กฏหมายบัญญัติไว้สูงสุด