การเกิดสนามแม่เหล็กแกนกลางที่ทำให้เกิดการตัดวงจรรีเลย์ผิดพลาด

การเกิดสนามแม่เหล็กแกนกลางที่ทำให้เกิดการตัดวงจรรีเลย์ผิดพลาด
ภาพประกอบเชิงเทคนิคที่ซับซ้อนและแผนผังที่แม่นยำซึ่งแสดงอย่างถูกต้องว่า การคงสภาพแกนแม่เหล็กของ CT (CT core remanence) กระตุ้นให้เกิดการตัดวงจรป้องกันผิดพลาดได้อย่างไรในระบบโรงงานอุตสาหกรรมที่ใช้แรงดันไฟฟ้าปานกลางประกอบด้วยแผนภาพแนวคิดของหน้าตัดแกน CT (ระบุว่าเป็นหน้าตัดแกน CT, ขดลวดปฐมภูมิ, ขดลวดทุติยภูมิ) ทางด้านซ้าย แสดงฟลักซ์คงเหลือในเชิงแนวคิด ตรงกลางเป็นเส้นโค้งการเหนี่ยวนำแม่เหล็ก B-H ที่ชัดเจน (ระบุว่าเป็นเส้นโค้งการเหนี่ยวนำแม่เหล็ก B-H, บริเวณอิ่มตัว, จุดปฏิบัติการคงเหลือ, จุดปฏิบัติการที่เหมาะสม, ช่วงเปลี่ยนผ่านเมื่อมีพลังงาน, เส้นโค้ง B-H ที่เลื่อน) พร้อมลูกศรขนาดใหญ่ที่แสดงจุดอิ่มตัวทางด้านขวา คลื่นเปรียบเทียบแสดงให้เห็นการบิดเบือนกระแสทุติยภูมิที่แตกต่างกัน คลื่นด้านบนแสดง 'กระแสทุติยภูมิปกติ' เป็นคลื่นไซน์ที่สะอาดภายใต้สภาวะที่เหมาะสม เปรียบเทียบกับคลื่นด้านล่าง (ระบุไว้ว่า: กระแสทุติยภูมิที่บิดเบือนและอิ่มตัว (พร้อม DC Offset และฮาร์มอนิกส์), พื้นที่ DC Offset, ระดับการตัดวงจรรีเลย์) ในระหว่างการเปลี่ยนผ่านพลังงานพร้อมกับการคงเหลือของแกนแม่เหล็กรูปคลื่นที่บิดเบือนถูกตีความว่าเป็นลายเซ็นของข้อบกพร่องโดยรีเลย์ป้องกันอาร์คและรีเลย์เกินกระแส (ซึ่งระบุว่าเป็นรีเลย์เชิงแนวคิดทางด้านขวา) ซึ่งทำให้เกิดการตัดสินใจหยุดทำงานโดยผิดพลาดจุดข้อมูลเช่น 'High DC Component' และ 'Harmonics' ถูกผสานเข้ากับส่วนของคลื่นได้อย่างแม่นยำ ฉากหลังที่เบลอแสดงการแก้ไขปัญหาในเวิร์กช็อปเทคนิคอุตสาหกรรม ไม่มีผู้คนปรากฏอยู่ สไตล์การถ่ายภาพเชิงอธิบายอย่างมืออาชีพมีความแม่นยำ สะอาด และถูกต้อง พร้อมการสะกดคำทางเทคนิคที่ถูกต้องตลอดทั้งภาพ.
CT Core Remanence- กลไกการทริปปนเทียม

บทนำ

ในบรรดาโหมดความล้มเหลวที่ทำให้รีเลย์ป้องกันทำงานผิดพลาดในระบบแรงดันปานกลางของโรงงานอุตสาหกรรม การคงเหลือของแกนเหล็ก — ฟลักซ์แม่เหล็กที่เหลืออยู่ภายในแกนเหล็กของหม้อแปลงกระแสหลังจากกระแสหลักหยุดไหล — เป็นสิ่งที่เข้าใจผิดอย่างเป็นระบบมากที่สุดและถูกวินิจฉัยผิดบ่อยที่สุด เมื่อโรงงานอุตสาหกรรมประสบกับการทำงานผิดพลาดของระบบป้องกันที่ไม่สามารถเชื่อมโยงกับเหตุการณ์ความผิดพลาดที่เกิดขึ้นจริง การตรวจสอบมักจะมุ่งเน้นไปที่การตั้งค่ารีเลย์ ฮาร์ดแวร์ของรีเลย์ และการเดินสายวงจรทุติยภูมิแกนทรานส์ฟอร์มเมอร์ (CT core) มักไม่ได้รับการตรวจสอบบ่อยนัก อย่างไรก็ตาม ในสัดส่วนที่สำคัญของกรณีการทำงานผิดพลาดโดยไม่ทราบสาเหตุ — โดยเฉพาะอย่างยิ่งที่เกิดขึ้นระหว่างการจ่ายไฟให้กับหม้อแปลง การสตาร์ทมอเตอร์ หรือการปิดวงจรใหม่หลังจากเกิดข้อผิดพลาด — ฟลักซ์คงเหลือของแกนทรานส์ฟอร์มเมอร์เป็นสาเหตุหลัก และไม่ว่าจะปรับตั้งค่ารีเลย์มากเพียงใดก็จะไม่สามารถป้องกันการเกิดซ้ำได้จนกว่าจะระบุและแก้ไขสภาพฟลักซ์คงเหลือได้.

คำตอบโดยตรงคือ: การคงสภาพของแกน CT ทำให้เกิดการทริปปิ้งของรีเลย์ผิดพลาด เนื่องจากฟลักซ์แม่เหล็กที่เหลืออยู่ในแกน CT หลังจากเกิดเหตุการณ์ขัดข้องหรือการสัมผัสกับกระแสตรง ทำให้จุดการทำงานของแกนบนกราฟการเหนี่ยวนำแม่เหล็ก B-H เปลี่ยนไป ส่งผลให้ CT เข้าสู่ภาวะอิ่มตัวเร็วขึ้นและรุนแรงขึ้นในระหว่างการเปลี่ยนสถานะพลังงานครั้งถัดไป— สร้างรูปคลื่นกระแสทุติยภูมิที่บิดเบี้ยวซึ่งมีค่าออฟเซ็ตกระแสตรงและองค์ประกอบฮาร์มอนิกขนาดใหญ่ ซึ่งอุปกรณ์ป้องกันอาร์คและรีเลย์กระแสเกินจะตีความว่าเป็นลักษณะของกระแสลัดวงจร ส่งผลให้เกิดการตัดสินใจตัดวงจรในวงจรที่กำลังทำงานปกติ.

สำหรับวิศวกรป้องกันโรงงานอุตสาหกรรม ทีมบำรุงรักษาแรงดันไฟฟ้าปานกลาง และผู้เชี่ยวชาญระบบป้องกันอาร์คที่แก้ไขปัญหาการทำงานของรีเลย์ที่ไม่สามารถอธิบายได้ คู่มือนี้ให้คำอธิบายทางเทคนิคอย่างครบถ้วนเกี่ยวกับวิธีการเกิดการคงเหลือของแกนแม่เหล็ก วิธีการที่มันทำให้เกิดการตัดวงจรผิดพลาด และวิธีการวินิจฉัย แก้ไข และป้องกันความล้มเหลวของการป้องกันที่เกิดจากการคงเหลือของแกนแม่เหล็ก.

สารบัญ

อะไรคือการคงสภาพแกน CT และมันพัฒนาขึ้นในระบบแรงดันไฟฟ้าปานกลางของโรงงานอุตสาหกรรมได้อย่างไร?

ภาพประกอบอินโฟกราฟิกอุตสาหกรรมแบบละเอียดและแผนผังทางเทคนิคที่แม่นยำ ซึ่งตั้งอยู่ในระบบแรงดันไฟฟ้าปานกลาง (MV) ของโรงงานอุตสาหกรรม แสดงให้เห็นการคงเหลือของแกนทรานส์กระแส (CT) เส้นโค้งฮิสเทรีซิสหลักเปรียบเทียบแกนเหล็กซิลิคอนมาตรฐาน (ค่า Br สูง) กับเส้นโค้งของ 'แกน IEC 61869-2 Class PR (Air Gapped)' ซึ่งแสดงให้เห็นค่า Kr ที่ต่ำกว่ามาก (Kr ≤ 0.1)ด้านล่างและรอบๆ ส่วนโค้ง มีสี่จุดที่ระบุไว้เพื่ออธิบายกลไกการพัฒนาการคงเหลือ: 1.'กระแสไฟฟ้ารั่วไหลไม่สมมาตรในกระแสตรง': แผนผังสายเคเบิล MV ที่เกิดข้อผิดพลาดและรูปคลื่นกระแสตรงที่ลดลงพร้อมสมการ $i_{fault}(t) = I_{peak} \times [\sin(\omega t + \phi) - \sin(\phi) \times e^{-t/\tau}]$. 2.'รีเลย์ป้องกันกระแสไฟฟ้ากระแสตรง': รีเลย์ป้องกันอาร์คที่ส่งออกสัญญาณทริปกระแสตรงซึ่งไหลผ่านขดลวดทุติยภูมิของหม้อแปลงกระแส (CT) โดยจ่ายกระแสตรง H_DC โดยตรง 3. 'กระแสไฟฟ้ารั่วไหลของหม้อแปลง': หม้อแปลงแรงดันสูง (6/10 kV) ที่จ่ายไฟ กระแสไฟฟ้ารั่วไหลเป็นรูปคลื่นไม่สมมาตรเป็นเวลานาน (0.5-2 วินาที) โดยมีผลสะสม 4.'การทดสอบวงจรทุติยภูมิด้วยไฟฟ้ากระแสตรง': การทดสอบ CT ทุติยภูมิด้วยมิเตอร์โอห์มสูง (500 V/1000 V DC) โดยไม่ต่อสายดิน (เครื่องหมาย X สีแดง) ทิ้งไว้ซึ่งค่า Br สูงเทียม องค์ประกอบมีความชัดเจน น่าเชื่อถือ และสะกดภาษาอังกฤษได้อย่างถูกต้อง.
การพัฒนาการคงสภาพแกน CT ในระบบแรงดันสูงอุตสาหกรรม

แกนเหล็กของหม้อแปลงกระแสไฟฟ้าเป็นวัสดุแม่เหล็กเฟอร์โรแมกเนติกซึ่งพฤติกรรมทางแม่เหล็กของมันถูกอธิบายโดย เส้นโค้งการเหนี่ยวนำแม่เหล็กแบบบี-เอช1 — ความสัมพันธ์ระหว่างความหนาแน่นของฟลักซ์แม่เหล็ก B ในแกนกับแรงแม่เหล็ก H ที่ใช้กับมัน เส้นโค้ง B-H ของวัสดุแม่เหล็กเฟอร์โรแมกเนติกไม่ใช่ความสัมพันธ์เชิงเส้นอย่างง่าย — แต่เป็นลูปฮิสเทรีซิส ซึ่งหมายความว่าความหนาแน่นของฟลักซ์ในแกนไม่เพียงแต่ขึ้นอยู่กับแรงแม่เหล็กที่ใช้ในปัจจุบันเท่านั้น แต่ยังขึ้นอยู่กับประวัติของการแม่เหล็กในอดีตด้วย.

เมื่อแรงแม่เหล็ก H ลดลงเหลือศูนย์ — เมื่อกระแสไฟฟ้าในขดลวดปฐมภูมิหยุดไหล — ความหนาแน่นของฟลักซ์ B จะไม่กลับคืนสู่ศูนย์ แต่จะคงอยู่ที่ค่าคงเหลือซึ่งเรียกว่าความหนาแน่นของฟลักซ์คงเหลือ Br ซึ่งอาจสูงถึง 70–80% ของความหนาแน่นของฟลักซ์อิ่มตัว Bsat สำหรับเหล็กกล้าซิลิคอนชนิดเรียงเม็ดที่ใช้ในแกน CTฟลักซ์ที่เหลืออยู่ — หรือที่เรียกว่า "รีแมนเนส" — จะถูกกักเก็บไว้ในโครงสร้างโดเมนแม่เหล็กของแกนกลาง และคงอยู่ต่อไปอย่างไม่มีกำหนดจนกว่าจะถูกกำจัดออกโดยเจตนาผ่านการลดสนามแม่เหล็ก หรือถูกแทนที่ด้วยแรงแม่เหล็กที่ตรงข้ามและมีขนาดเพียงพอ.

กลไกการพัฒนาการคงเหลือในระบบแรงดันไฟฟ้าปานกลางของโรงงานอุตสาหกรรม

ระบบแรงดันไฟฟ้าปานกลางของโรงงานอุตสาหกรรมทำให้แกน CT เผชิญกับสภาวะที่ก่อให้เกิดการคงเหลือของสนามแม่เหล็กบ่อยกว่าในระบบจ่ายไฟทั่วไปอย่างมาก — เนื่องจากปัจจัยร่วมของโหลดมอเตอร์ขนาดใหญ่, เหตุการณ์ขัดข้องที่เกิดขึ้นบ่อย, และการทำงานของระบบป้องกันอาร์ก ทำให้เกิดลำดับของสภาวะกระแสไฟฟ้าที่ผลักดันแกน CT ให้เข้าสู่สภาวะการคงเหลือของสนามแม่เหล็กสูงอย่างเป็นระบบ.

กลไกที่ 1: การชดเชยกระแสไฟฟ้ากระแสตรงของกระแสลัดวงจรแบบไม่สมมาตร

แหล่งกำเนิดรีแมนเนสที่สำคัญที่สุดในระบบการติดตั้ง CT ในโรงงานอุตสาหกรรม เมื่อเกิดข้อผิดพลาดในระบบแรงดันไฟฟ้าปานกลาง กระแสข้อผิดพลาดจะมีองค์ประกอบออฟเซ็ต DC ซึ่งขนาดของมันขึ้นอยู่กับจุดบนคลื่นที่ข้อผิดพลาดเริ่มต้นและระบบ อัตราส่วน x/r2:

ifault(t)=Ipeak×[ไซน์(ωt+ϕ)ไซน์(ϕ)×et/τ]i_{fault}(t) = I_{peak} \times \left[\sin(\omega t + \phi) – \sin(\phi) \times e^{-t/\tau}\right]

ที่ไหน ϕ\phi คือ มุมเริ่มต้นของความผิดพลาด และ $$\tau = L/R$$ คือ ค่าคงที่เวลา DC สำหรับระบบแรงดันปานกลางของโรงงานอุตสาหกรรมที่มีอัตราส่วน X/R อยู่ที่ 15–30 ค่าคงที่เวลา DC คือ 48–95 มิลลิวินาที — ซึ่งหมายความว่า ส่วนประกอบออฟเซ็ต DC จะคงอยู่เป็นเวลา 5–10 รอบความถี่ไฟฟ้า ก่อนที่จะลดลงถึงระดับที่สามารถละเลยได้.

ส่วนประกอบกระแสตรง (DC) ของกระแสลัดวงจรจะขับเคลื่อนจุดปฏิบัติการของแกนหม้อแปลงกระแส (CT) ค่อย ๆ ไปสู่ภาวะอิ่มตัวในทิศทางเดียวบนกราฟ B-H เมื่อการลัดวงจรถูกตัดออกโดยรีเลย์ป้องกัน — โดยทั่วไปภายใน 60–200 มิลลิวินาที — ฟลักซ์ที่ขับเคลื่อนด้วยกระแสตรงจะยังคงอยู่ในแกนหม้อแปลงในรูปแบบของฟลักซ์คงเหลือ ขนาดของฟลักซ์คงเหลือขึ้นอยู่กับขนาดของกระแสตรงคงเหลือและระยะเวลาในการตัดการลัดวงจร:

BremanentBsat×(1etclearing/τcore)×ไซน์(ϕ)B_{คงเหลือ} \approx B_{อิ่มตัว} \times \left(1 – e^{-t_{เคลียร์ริ่ง}/\tau_{คอร์}}\right) \times \sin(\phi)

สำหรับมุมเริ่มต้นความผิดพลาดที่เลวร้ายที่สุด (ϕ\phi = 90°) โดยมีเวลาเคลียร์ 100 มิลลิวินาที ฟลักซ์คงเหลือสามารถสูงถึง 60–75% ของ Bsat.

กลไกที่ 2: การตัดกระแสไฟฟ้าด้วยรีเลย์ป้องกันกระแสตรง

รีเลย์ป้องกันอาร์คและรีเลย์กระแสเกินบางชนิดใช้กระแสขดลวดทริป DC เพื่อควบคุมกลไกทริปของเซอร์กิตเบรกเกอร์ เมื่อกระแสขดลวดทริปไหลผ่านวงจรทุติยภูมิของหม้อแปลงกระแส (CT) — ซึ่งอาจเกิดขึ้นได้ผ่านการเหนี่ยวนำหรือผ่านการเชื่อมต่อสายดินร่วมในบางรูปแบบของระบบสายไฟโรงงานอุตสาหกรรม — จะเกิดแรงแม่เหล็กกระแสตรงที่แกนของหม้อแปลงกระแส ทำให้แกนอยู่ในสภาวะแม่เหล็กตกค้าง (remanent state) โดยไม่ขึ้นกับสภาพกระแสหลักในขณะนั้น.

กลไกที่ 3: กระแสไฟฟ้าไหลเข้าของหม้อแปลง

เมื่อหม้อแปลงแรงดันปานกลางถูกจ่ายไฟ กระแสไฟฟ้ารั่วไหลจะมีองค์ประกอบ DC ออฟเซ็ตขนาดใหญ่ที่สามารถคงอยู่ได้นานถึง 0.5–2 วินาที ซึ่งนานกว่ากระแสไฟฟ้ารั่วไหล DC ออฟเซ็ตของกระแสไฟฟ้ารั่วไหลมากสำหรับ CT ที่ติดตั้งบนสายป้อนหลักของหม้อแปลง การสัมผัสกับกระแสตรงที่เพิ่มขึ้นนี้จะทำให้แกนแม่เหล็กถึงระดับรีแมนเนสใกล้จุดอิ่มตัว หากหม้อแปลงถูกตัดกระแสและจ่ายกระแสใหม่ในภายหลัง — ซึ่งเป็นเหตุการณ์ที่พบบ่อยในระหว่างการทดสอบระบบและบำรุงรักษาโรงงานอุตสาหกรรม — แกนของ CT จะสะสมรีแมนเนสจากแต่ละเหตุการณ์ที่มีการจ่ายกระแส.

กลไกที่ 4: การทดสอบวงจรรองด้วยแหล่งจ่ายไฟกระแสตรง

การทดสอบความต้านทานฉนวนของวงจรทุติยภูมิของ CT โดยใช้เมกะโอห์มมิเตอร์ DC 500 V หรือ 1,000 V จะใช้แรงดันไฟฟ้ากระแสตรงผ่านขดลวดทุติยภูมิของ CT หากขดลวดทุติยภูมิไม่ถูกชอร์ตในระหว่างการทดสอบ IR — ซึ่งเป็นข้อผิดพลาดในการทดสอบที่พบบ่อย — แรงดันทดสอบ DC จะขับกระแสแม่เหล็กผ่านแกนของ CT ทำให้เกิดสถานะฟลักซ์คงเหลือที่อาจไม่ถูกรับรู้ว่าเป็นผลจากการทดสอบ.

พารามิเตอร์ทางเทคนิคหลักที่กำหนดค่าคงเหลือของแกน CT:

พารามิเตอร์คำนิยามค่าทั่วไปผลกระทบต่อประสิทธิภาพ
ความหนาแน่นฟลักซ์คงเหลือ (Br)ค่าคงเหลือ B เมื่อ H = 00.8–1.4 T (60–80% ของ Bsat)การเปลี่ยนจุดปฏิบัติการให้เคลื่อนไปทางอิ่มตัว
ความหนาแน่นของฟลักซ์อิ่มตัว (Bsat)ค่า B สูงสุดที่ H สูง1.8–2.0 T สำหรับเหล็กกล้าซิลิกอนกำหนดค่าเกณฑ์เริ่มต้นของความอิ่มตัว
แรงบังคับ (Hc)H ที่ต้องการเพื่อลด B ให้เหลือศูนย์10–50 A/ม. สำหรับแกนเหล็ก CTกำหนดกระแสการลดสนามแม่เหล็กที่จำเป็น
ค่าคงที่เวลาของกระแสตรง (τ)ด้านซ้าย/ขวาของวงจรกระแสลัดวงจร20–100 มิลลิวินาที สำหรับระบบ MVกำหนดระยะเวลาคงอยู่ของการเลื่อน DC
ค่าคงเหลือ (Kr)Br/Bsat0.6–0.8 สำหรับแกน CT มาตรฐานiec 61869-23 กำหนดให้ Kr ≤ 0.1 สำหรับแกนประเภท PR
มาตรฐานที่ใช้บังคับIEC 61869-2 Class PRข้อกำหนดแกนป้องกันความคงเหลือค่า Kr ≤ 0.1 ได้จากการเว้นช่องว่างในแกน

การคงอยู่ของแกนทำให้เกิดการอิ่มตัวของ CT และการทำงานผิดพลาดของรีเลย์ได้อย่างไร?

การนำเสนอภาพข้อมูลเชิงโครงสร้างที่ซับซ้อนและภาพประกอบทางเทคนิคซึ่งแสดงรายละเอียดกลไกทั้งสี่ขั้นตอนของการเกิดการทริปปิ้งผิดพลาดจากการคงสภาพแกนแม่เหล็กของแกนแม่เหล็กเอกซเรย์คอมพิวเตอร์ (CT core remanence) ในสภาพแวดล้อมอุตสาหกรรม โดยเรียงลำดับตามบริบท พร้อมแสดงด้วยแกนแม่เหล็กเอกซเรย์คอมพิวเตอร์เชิงแนวคิด กราฟ รูปแบบคลื่นกระแสไฟฟ้า และแผนผังลอจิกของรีเลย์.
การคงสภาพ CT ต่อการทริปลวง- ลำดับการกระตุ้นเทียม

เส้นทางจากค่าแม่เหล็กคงเหลือในแกนสู่การทริปปิ้งปลอมของรีเลย์เกี่ยวข้องกับลำดับเหตุการณ์แม่เหล็กไฟฟ้าเฉพาะที่เกิดขึ้นในช่วงไม่กี่รอบแรกของกระแสหลักหลังจากสถานะแม่เหล็กคงเหลือได้ถูกสร้างขึ้นแล้ว — โดยทั่วไปเกิดขึ้นระหว่างการจ่ายไฟให้หม้อแปลง การสตาร์ทมอเตอร์ หรือการปิดวงจรใหม่หลังจากเคลียร์ความผิดปกติ.

ลำดับการคงเหลือจนถึงความอิ่มตัว

ขั้นตอนที่ 1: ฟลักซ์คงที่สร้างจุดปฏิบัติการที่เปลี่ยนไป

หลังจากเกิดเหตุการณ์ความผิดพลาด แกน CT จะยังคงมีฟลักซ์คงเหลือ Br อยู่ บนกราฟ B-H จุดการทำงานของแกนจะอยู่ที่ (H=0, B=Br) — ซึ่งถูกเลื่อนออกจากจุดกำเนิดโดยฟลักซ์คงเหลือ การแกว่งของฟลักซ์ที่สามารถใช้ได้ก่อนถึงจุดอิ่มตัวจะเป็นดังนี้:

ΔBavailable=BsatBremanent\Delta B_{available} = B_{sat} – B_{remanent}

สำหรับแกนที่มี Bsat = 1.9 T และ Bremanent = 1.3 T (68% ของ Bsat) การเปลี่ยนแปลงฟลักซ์ที่มีอยู่คือเพียง 0.6 T — เมื่อเทียบกับ 1.9 T สำหรับแกนที่ถูกลดสนามแม่เหล็กจนหมดความสามารถของ CT ในการสร้างกระแสไฟฟ้าหลักอย่างแม่นยำนั้นแปรผันตามการแกว่งของฟลักซ์ที่มีอยู่ — แกนที่มีค่าการคงเหลือ 68% จะมีฟลักซ์ปกติเพียง 32% ที่สามารถใช้ในการสร้างกระแสไฟฟ้าอย่างแม่นยำ.

ขั้นตอนที่ 2: การกระตุ้นชั่วคราวเพื่อขับเคลื่อนแกนสู่ความอิ่มตัว

เมื่อวงจรถูกจ่ายไฟใหม่ — การจ่ายไฟให้กับหม้อแปลง การสตาร์ทมอเตอร์ หรือการปิดวงจรใหม่หลังจากการกำจัดข้อผิดพลาด — กระแสหลักจะมีองค์ประกอบที่ไม่สมมาตรพร้อมออฟเซ็ตกระแสตรง กระแสออฟเซ็ตกระแสตรงจะขับฟลักซ์แกนไปในทิศทางเดียวกับรีแมนเนส (ในกรณีที่แย่ที่สุด เมื่อขั้วของรีแมนเนสตรงกับทิศทางของกระแสออฟเซ็ตกระแสตรง) แกนจะถึงจุดอิ่มตัวหลังจากผ่านเพียงเศษส่วนของครึ่งรอบแรกเท่านั้น:

tsaturation=BsatBremanentdB/dtnormalt_{อิ่มตัว} = \frac{B_{อิ่มตัว} – B_{คงเหลือ}}{dB/dt_{ปกติ}}

สำหรับแกนที่มีค่าคงเหลือ 68% การอิ่มตัวจะเกิดขึ้นประมาณ 3 เท่าเร็วกว่าแกนที่ถูกทำให้ปลอดสนามแม่เหล็กอย่างสมบูรณ์ — อาจเกิดขึ้นภายในหนึ่งในสี่ของรอบแรกของการกระตุ้นพลังงาน.

ขั้นตอนที่ 3: CT ที่อิ่มตัวสร้างรูปคลื่นทุติยภูมิที่บิดเบือน

เมื่อแกน CT ใกล้ถึงจุดอิ่มตัว ความเหนี่ยวนำแม่เหล็กจะลดลงอย่างรวดเร็ว — แกนไม่สามารถรองรับฟลักซ์ที่เพิ่มขึ้นได้อีกต่อไป และกระแสไฟฟ้าในขดลวดปฐมภูมิจะไม่ถูกสร้างขึ้นในขดลวดทุติยภูมิอีกต่อไป กระแสไฟฟ้าในขดลวดทุติยภูมิจะลดลงอย่างรวดเร็วจนเกือบเป็นศูนย์ ในขณะที่กระแสไฟฟ้าในขดลวดปฐมภูมิยังคงไหลต่อไป รูปแบบคลื่นของกระแสไฟฟ้าในขดลวดทุติยภูมิจะบิดเบี้ยวอย่างรุนแรง — มีค่าสูงสุดสูงในช่วงที่ไม่ถึงจุดอิ่มตัวของแต่ละรอบ และกระแสไฟฟ้าเกือบเป็นศูนย์ในช่วงที่อิ่มตัว.

รูปคลื่นทุติยภูมิที่บิดเบือนประกอบด้วย:

  • องค์ประกอบ DC ขนาดใหญ่: จากรูปแบบการอิ่มตัวที่ไม่สมมาตร — CT จะอิ่มตัวรุนแรงกว่าในครึ่งรอบหนึ่งเมื่อเทียบกับอีกครึ่งรอบ
  • เนื้อหาฮาร์มอนิกคี่ขนาดใหญ่: ฮาร์มอนิกที่ 3, 5, 7 จากรูปคลื่นที่ถูกตัด
  • การเปลี่ยนผ่านอย่างรวดเร็วของ di/dt: การเปลี่ยนแปลงกระแสอย่างรวดเร็วที่ขอบเขตระหว่างบริเวณอิ่มตัวและบริเวณไม่อิ่มตัว

ขั้นตอนที่ 4: กระแสรองที่บิดเบือนกระตุ้นการตัดวงจรรีเลย์ผิดพลาด

รูปคลื่นกระแสทุติยภูมิที่บิดเบี้ยวถูกนำเสนอไปยังรีเลย์ป้องกันในฐานะกระแสปฐมภูมิที่วัดได้ การตอบสนองของรีเลย์ขึ้นอยู่กับอัลกอริทึมการวัดของมัน:

  • รีเลย์ป้องกันอาร์ก (ตรวจจับแสง + กระแส): รีเลย์ป้องกันอาร์กใช้การวัดกระแสแบบทันที — ตอบสนองต่อจุดสูงสุดของรูปคลื่นกระแสทุติยภูมิ รูปคลื่นกระแสทุติยภูมิของ CT ที่มีความถี่สูงในช่วงที่ไม่อิ่มตัวของแต่ละรอบสามารถเกินเกณฑ์กระแสของรีเลย์ป้องกันอาร์ก ทำให้เกิดการตัดสินใจตัดวงจรแม้ว่าจะไม่มีข้อผิดพลาดอาร์กก็ตาม
  • รีเลย์กระแสเกินชั่วขณะ (50 องค์ประกอบ): ตอบสนองต่อกระแสทุติยภูมิสูงสุด — รูปคลื่นที่บิดเบี้ยวสามารถเกินเกณฑ์การรับกระแสชั่วขณะ ทำให้เกิดการตัดวงจรชั่วขณะผิดพลาด
  • รีเลย์กระแสเกินเวลา (51 องค์ประกอบ): ตอบสนองต่อกระแส RMS — รูปแบบคลื่นที่บิดเบือนมีค่า RMS สูงขึ้นซึ่งอาจเกินเกณฑ์การรับสัญญาณและเริ่มกระบวนการจับเวลาเพื่อตัดการทำงานแบบหน่วงเวลา
  • รีเลย์ความแตกต่าง (87 องค์ประกอบ): รีเลย์ความแตกต่างเปรียบเทียบกระแสไฟฟ้าทุติยภูมิจาก CT ทั้งสองด้านของอุปกรณ์ที่ได้รับการป้องกัน; หากมีเพียง CT หนึ่งตัวที่ได้รับผลกระทบจากรีแมนเนส กระแสความแตกต่างในระหว่างการจ่ายไฟจะมีองค์ประกอบขนาดใหญ่จากความไม่สมมาตรของการอิ่มตัวที่เกิดจากรีแมนเนส ซึ่งอาจเกินเกณฑ์การทำงานของรีเลย์ความแตกต่าง

ความสัมพันธ์ทางคณิตศาสตร์ระหว่างฟลักซ์คงเหลือและความน่าจะเป็นของการทำงานผิดพลาด:

Pfalse,tripBremanentBsatBremanent×IDC,offsetIrated×1trelay,pickup×fP_{false,trip} \propto \frac{B_{remanent}}{B_{sat} – B_{remanent}} \times \frac{I_{DC,offset}}{I_{rated}} \times \frac{1}{t_{relay,pickup} \times f}

ความสัมพันธ์นี้แสดงให้เห็นว่าความน่าจะเป็นของการทำงานผิดพลาดเพิ่มขึ้นตามระดับการคงเหลือ, ขนาดของออฟเซ็ต DC, และความเร็วของรีเลย์ — อธิบายว่าทำไมรีเลย์ป้องกันอาร์ค (เวลาทำงานเร็วที่สุด: 5–10 มิลลิวินาที) จึงมีความเสี่ยงต่อการทำงานผิดพลาดที่เกิดจากการคงเหลือมากที่สุด.

กรณีศึกษาลูกค้า — สถานีไฟฟ้าย่อยโรงงานอุตสาหกรรม 11 kV, การผลิตยานยนต์, ยุโรปกลาง:
วิศวกรด้านการป้องกันที่โรงงานผลิตรถยนต์แห่งหนึ่งได้ติดต่อ Bepto Electric หลังจากประสบปัญหาการทำงานของรีเลย์ป้องกันอาร์คโดยไม่ทราบสาเหตุถึงเจ็ดครั้งในช่วงเวลา 14 เดือน — ทั้งหมดเกิดขึ้นภายใน 100 มิลลิวินาทีแรกของการจ่ายไฟให้กับหม้อแปลงไฟฟ้าขนาด 2 MVA ที่จ่ายไฟให้กับระบบระบายอากาศของโรงงานพ่นสี การทำงานผิดพลาดแต่ละครั้งทำให้สายการผลิตต้องหยุดชะงัก ส่งผลให้เกิดความสูญเสียประมาณ 45,000 ยูโรต่อเหตุการณ์การวิเคราะห์ออสซิลโลกราฟหลังเหตุการณ์จากรีเลย์ป้องกันอาร์คแสดงให้เห็นว่า รีเลย์ได้ตรวจพบทั้งกระแสไฟอ่อน (จากการคายประจุโคโรนาบนบูชชิ่งหม้อแปลงขณะจ่ายไฟ) และกระแสเกิน — องค์ประกอบกระแสเกินได้ทำงานบนรูปคลื่นกระแสทุติยภูมิที่บิดเบือน โดยมีค่าสูงสุด 3.2 เท่าของเกณฑ์กระแสของรีเลย์การทดสอบเส้นโค้งการกระตุ้น CT พบว่า CT ทั้งสามตัวบนสายป้อนหลักของหม้อแปลงมีระดับฟลักซ์คงเหลืออยู่ที่ 71%, 68% และ 74% ของ Bsat ตามลำดับ — ซึ่งสะสมมาจากเหตุการณ์ความผิดพลาดหกครั้งก่อนหน้านี้บนสายป้อนในช่วงสามปีที่ผ่านมาการลดสนามแม่เหล็กของ CT ทั้งสามตัวทำให้ค่าคงเหลือลดลงต่ำกว่า 5% ของ Bsat ในระยะเวลา 18 เดือนหลังจากการลดสนามแม่เหล็ก ไม่มีการทำงานผิดพลาดจากการป้องกันอาร์คเกิดขึ้นบนตัวป้อนหม้อแปลงไฟฟ้า วิศวกรด้านการป้องกันกล่าวว่า: “เจ็ดครั้งของการทำงานผิดพลาด, เจ็ดครั้งของการหยุดการผลิต, และการสูญเสียทั้งหมดเกินกว่า 300,000 ยูโร — ทั้งหมดเกิดจากแม่เหล็กตกค้างในแกน CT สามตัวที่ต้องใช้เวลาถึงสี่ชั่วโมงในการทำให้ไม่มีสนามแม่เหล็ก. รีเลย์ป้องกันอาร์คทำงานตามแบบที่ออกแบบไว้ทุกประการ. CT ให้ข้อมูลผิดพลาดแก่รีเลย์.”

วิธีการวินิจฉัยการเกิดสัญญาณเตือนผิดพลาดจากการคงสภาพในระบบป้องกันโรงงานอุตสาหกรรม

ภาพประกอบอินโฟกราฟิกที่ซับซ้อนและมีโครงสร้าง นำเสนอในรูปแบบแผนผังที่สะอาดตาพร้อมฉลากภาษาอังกฤษที่แม่นยำ แสดงให้เห็นวิธีการวินิจฉัยสามขั้นตอนสำหรับการตรวจจับการป้องกันผิดพลาดที่เกิดจาก CT core remanence ในระบบแรงดันไฟฟ้าปานกลาง (MV) ของโรงงานอุตสาหกรรม ขั้นตอนที่ 1: การวิเคราะห์เหตุการณ์แสดงภาพหน้าจอของรีเลย์ป้องกันในรูปแบบที่ออกแบบอย่างมีสไตล์ โดยแสดงข้อความ "REMANT-INDUCED ASYMMETRIC SECONDARY CURRENT" ระหว่างการจ่ายพลังงาน พร้อมเครื่องหมาย "ยอดสูง (1-5 รอบแรก)" และ "องค์ประกอบ DC ที่สำคัญ (ไม่สมมาตรกับศูนย์)"หน้าจอประวัติเหตุการณ์แสดงแผนภูมิความถี่สำหรับ "ประวัติเหตุการณ์ความผิดปกติ (6-12 เดือน)" ขั้นตอนที่ 2: การทดสอบการกระตุ้น CT แผนภาพวิธีการแสดงขั้นตอนการทดสอบ มีหม้อแปลงกระแส MV ที่ติดป้ายว่า "หม้อแปลงกระแส MV (ปลดพลังงานและแยกแล้ว)""ชุดทดสอบการกระตุ้นแบบเฉพาะ" ถูกเชื่อมต่อกับขดลวดทุติยภูมิเพื่อจ่ายแรงดันไฟฟ้ากระแสสลับกราฟขนาดใหญ่ "เส้นโค้งการกระตุ้น" แสดงความแตกต่างระหว่าง "ใบรับรองการทดสอบจากโรงงาน (ไม่มีการตกค้าง)" กับ "เส้นโค้งการกระตุ้นที่เลื่อนแล้ว (ได้รับผลกระทบจากการตกค้าง)" โดยมีจุดหัวเข่าที่ระบุ Vknee,factory และ Vknee,measured พร้อมสมการประกอบเพื่อความเข้าใจกล่องผลลัพธ์ยืนยันว่า "การเลื่อนจุดหัวเข่า >20% บ่งชี้ถึงการคงอยู่"ป้ายข้อความ B ( ~V_applied) และ H ( ~I_mag) ถูกต้อง ขั้นตอนที่ 3: การวัดฟลักซ์กระแสตรงโดยตรง แสดงวิธีการรวมฟลักซ์โดยตรง เครื่องมือเฉพาะทางใช้กระแสไฟฟ้ากระแสตรงเป็นจังหวะสำหรับความอิ่มตัวในทิศทางบวกและลบ และแสดงการเปลี่ยนแปลงฟลักซ์ที่รวมไว้ โดยมีสูตร: B_remanent = (ΔΦ_บวก - ΔΦ_ลบ) / (2 x A_core)ผลลัพธ์: "การยืนยันที่ชัดเจน" ข้อความและป้ายกำกับทั้งหมดเป็นภาษาอังกฤษที่สะกดถูกต้องและแม่นยำ พื้นหลังเป็นสถานีไฟฟ้าย่อยอุตสาหกรรมที่เบลอเล็กน้อยพร้อมอุปกรณ์ไฟฟ้า การตั้งค่าเป็นระเบียบและทันสมัย ภาพใช้โทนสีฟ้าของเทคโนโลยีที่สอดคล้องกัน สีเทา และองค์ประกอบเตือนภัยสีส้ม.
การวินิจฉัยการคงสภาพแกน CT - วิธีการจากเหตุการณ์สู่การยืนยัน

การเกิดการกระตุกผิดที่เกิดจากการคงเหลือของสนามแม่เหล็ก (Remanence-induced false tripping) สร้างลักษณะเฉพาะที่สามารถวินิจฉัยได้ซึ่งแยกแยะมันออกจากสาเหตุของการกระตุกผิดอื่น ๆ — ข้อผิดพลาดในการตั้งค่ารีเลย์, ข้อผิดพลาดในวงจรรอง, และเหตุการณ์ความผิดพลาดที่แท้จริง วิธีการวินิจฉัยเป็นไปตามลำดับที่มีโครงสร้างซึ่งเริ่มจากการวิเคราะห์เหตุการณ์ไปสู่การทดสอบ CT และการยืนยัน.

ขั้นตอนที่ 1: วิเคราะห์บันทึกเหตุการณ์การตรวจจับเท็จ

บันทึกเหตุการณ์ของรีเลย์ป้องกันและการจับภาพออสซิลโลสโคปให้หลักฐานการวินิจฉัยครั้งแรก:

  • ความสัมพันธ์เชิงเวลา: การทำงานผิดพลาดที่เกิดจากการคงเหลือจะเกิดขึ้นภายใน 1–5 รอบแรกของการไหลของกระแสหลัก — ระหว่างการจ่ายไฟให้กับหม้อแปลง การเริ่มต้นของมอเตอร์ หรือการปิดวงจรใหม่ การทำงานผิดพลาดที่เกิดขึ้นหลังจากวงจรจ่ายไฟมากกว่า 200 มิลลิวินาทีไม่น่าจะเกิดจากการคงเหลือ
  • รูปคลื่นกระแสทุติยภูมิ: การอิ่มตัวที่เกิดจากการคงเหลือทำให้เกิดรูปคลื่นที่ไม่สมมาตร — ยอดสูงในครึ่งรอบหนึ่ง และรูปคลื่นที่ถูกกดหรือตัดในอีกครึ่งรอบหนึ่ง รูปคลื่นที่บิดเบี้ยวแต่สมมาตรบ่งบอกถึงสาเหตุที่แตกต่างออกไป
  • องค์ประกอบกระแสตรงในกระแสทุติยภูมิ: การอิ่มตัวที่เกิดจากการคงเหลือทำให้เกิดองค์ประกอบกระแสตรงอย่างมีนัยสำคัญในรูปคลื่นกระแสทุติยภูมิ — สามารถสังเกตได้จากการบันทึกด้วยออสซิลโลสโคปเป็นรูปคลื่นที่ไม่ตัดผ่านศูนย์อย่างสมมาตร
  • ความสัมพันธ์กับเหตุการณ์ความผิดพลาดก่อนหน้านี้: ตรวจสอบประวัติเหตุการณ์ของรีเลย์ป้องกันสำหรับช่วง 6–12 เดือนก่อนการทริปล้มเหลว — การคงเหลือสะสมจากเหตุการณ์ความผิดพลาด; การทริปล้มเหลวหลังจากช่วงเวลาที่มีความถี่ของความผิดพลาดสูงสอดคล้องกับการคงเหลือเป็นสาเหตุ

ขั้นตอนที่ 2: ทำการทดสอบเส้นโค้งการกระตุ้น CT

การทดสอบเส้นโค้งการกระตุ้นเป็นการวินิจฉัยที่แน่นอนสำหรับการคงสภาพของแกน CT:

  1. ปลดพลังงานและแยก CT: การทดสอบเส้นโค้งการกระตุ้นต้องการให้ CT ปลดพลังงานและวงจรปฐมภูมิเปิดวงจร
  2. จ่ายแรงดันไฟฟ้ากระแสสลับให้กับขดลวดทุติยภูมิ: เพิ่มแรงดันไฟฟ้ากระแสสลับจากศูนย์ถึง แรงดันไฟฟ้าที่จุดเข่า4 ขณะที่วัดกระแสแม่เหล็ก; วาดกราฟ B (สัดส่วนกับแรงดันไฟฟ้าที่ใช้) เทียบกับ H (สัดส่วนกับกระแสแม่เหล็ก)
  3. เปรียบเทียบกับใบรับรองการทดสอบจากโรงงาน: CT ที่ได้รับผลกระทบจากความคงเหลือของสนามแม่เหล็กแสดงเส้นโค้งการกระตุ้นที่เลื่อนไป — จุดหัวเข่าเกิดขึ้นที่แรงดันไฟฟ้าต่ำกว่าค่าในใบรับรองจากโรงงาน และกระแสแม่เหล็กที่จุดหัวเข่าสูงกว่าค่าจากโรงงาน
  4. คำนวณระดับการคงเหลือ: การเปลี่ยนแปลงของแรงดันไฟฟ้าที่จุดหัวเข่าของเส้นโค้งการกระตุ้นจากค่าโรงงานให้ค่าประมาณของระดับฟลักซ์คงเหลือ:

BremanentBsat×(1Vknee,measuredVknee,factory)B_{คงเหลือ} \approx B_{อิ่มตัว} \times \left(1 – \frac{V_{ขาขึ้น,วัดได้}}{V_{ขาขึ้น,โรงงาน}}\right)

ขั้นตอนที่ 3: ยืนยันด้วยการวัดฟลักซ์กระแสตรง

สำหรับการวัดค่าคงเหลือที่แน่นอน วิธีการวัดฟลักซ์กระแสตรง (DC flux method) ให้การวัดค่าความหนาแน่นของฟลักซ์คงเหลือโดยตรง:

  1. ให้กระแสไฟฟ้ากระแสตรงที่ทราบค่าเป็นพัลส์ไปยังขดลวดทุติยภูมิในทิศทางที่จะขับแกนให้เข้าสู่ภาวะอิ่มตัวเชิงบวก
  2. วัดการเปลี่ยนแปลงของฟลักซ์จากสถานะคงเหลือไปยังสถานะอิ่มตัวโดยใช้เครื่องรวมฟลักซ์ (การวัดโวลต์-วินาที)
  3. ทำซ้ำในทิศทางตรงข้ามเพื่อวัดการเปลี่ยนแปลงฟลักซ์จากสถานะรีแมนต์ไปยังสถานะอิ่มตัวเชิงลบ
  4. คำนวณค่าคงเหลือ: ความไม่สมมาตรระหว่างการเปลี่ยนฟลักซ์บวกและฟลักซ์ลบสามารถวัดค่าฟลักซ์คงเหลือได้โดยตรง:

Bremanent=(ΔΦpositiveΔΦnegative)2×AcoreB_{คงเหลือ} = \frac{(\Delta\Phi_{บวก} – \Delta\Phi_{ลบ})}{2 \times A_{แกน}}

ที่ไหน AcoreA_{core} คือพื้นที่หน้าตัดของแกน CT จากใบรับรองการทดสอบจากโรงงาน.

เมทริกซ์การตัดสินใจเพื่อการวินิจฉัย

การสังเกตระบุการคงเหลือสาเหตุทางเลือก
การตรวจจับการเดินเครื่องผิดพลาดภายใน 3 รอบแรกของการจ่ายไฟตัวชี้วัดที่แข็งแกร่ง
รูปคลื่นทุติยภูมิแบบไม่สมมาตรที่มีองค์ประกอบกระแสตรงตัวชี้วัดที่แข็งแกร่งค่าความอิ่มตัวของ CT จากกระแสเกิน
การตรวจจับการสะดุดเท็จหลังจากเหตุการณ์ความผิดพลาดก่อนหน้านี้ตัวชี้วัดที่แข็งแกร่ง
จุดหัวเข่าของเส้นโค้งการกระตุ้นที่เปลี่ยนไปยืนยันแล้วความเสียหายแกนกลาง (หากการเลื่อน >20%)
การกระตุ้นผิดพลาดได้ทุกเวลา, รูปแบบคลื่นสมมาตรตัวบ่งชี้อ่อนแอการตั้งค่ารีเลย์, ความผิดพลาดของวงจรทุติยภูมิ
การแจ้งเตือนผิดพลาดโดยไม่มีประวัติความผิดปกติก่อนหน้านี้ตัวบ่งชี้อ่อนแอฮาร์ดแวร์รีเลย์, ข้อผิดพลาดในการตั้งค่า
รีเลย์ทำงานด้วยการตรวจจับแสงเท่านั้น (รีเลย์อาร์ก)ไม่ใช่การคงเหลือโคโรนาภายนอก, แฟลชอาร์ก

วิธีการแก้ไขการคงเหลือของแกน CT และการป้องกันการเกิดซ้ำในระบบป้องกันอาร์คแรงดันปานกลาง

ผู้เชี่ยวชาญด้านเทคนิคชาวเอเชียตะวันออก (ลักษณะทั่วไปเป็นชาวจีน อายุประมาณ 40 ปี เพศชาย) สวมเสื้อแจ็คเก็ตทำงานอุตสาหกรรม มีตราสัญลักษณ์ 'Bepto Electric' กำลังใช้งานตัวแปลงแรงดันไฟฟ้าแบบปรับค่าได้ (Variac) และอธิบายขั้นตอนการลดสนามแม่เหล็กของแกน CT ให้กับลูกค้าชาวต่างชาติเชื้อสายคอเคเชียน (อายุประมาณ 60 ปี เพศชาย สวมแว่นตานิรภัยและเสื้อแจ็คเก็ตทำงานที่มีตราสัญลักษณ์ 'MV PLANT OPERATIONS')ลูกค้าสังเกตอย่างตั้งใจ พร้อมถือคู่มือชื่อ 'การจัดการการคงเหลือของ CT' และเปิดแล็ปท็อปที่แสดงกราฟเส้นโค้งการกระตุ้นที่มีป้ายชื่อ 'กราฟเส้นโค้งการกระตุ้นหลังการลดสนามแม่เหล็ก' พวกเขาอยู่ในห้องสวิตช์เกียร์แรงดันปานกลางที่มีแสงสว่างเพียงพอ มี CT ติดตั้งบนแผง, รีเลย์ป้องกันอาร์กที่มีจอแสดงสถานะการทำงาน (ระบบป้องกันอาร์กแรงดันสูง), และอุปกรณ์ไฟฟ้าอื่นๆตัวต้านทานจำกัดกระแสถูกเชื่อมต่ออยู่ แสงสว่างระดับมืออาชีพและมุมมองตามธรรมชาติจับภาพปฏิสัมพันธ์และเน้นไปที่อุปกรณ์การลดสนามแม่เหล็กทางเทคนิคป้ายข้อความประกอบด้วย 'หม้อแปลงไฟฟ้าแบบแปรผันอัตโนมัติ', 'ตัวต้านทานจำกัดกระแส', 'การลดสนามแม่เหล็กแกน CT', 'IEC 61869-2 Class PR', 'Bepto Electric', 'การจัดการรีแมนเนสซ์ CT', 'กราฟการกระตุ้นหลังลดสนามแม่เหล็ก', 'ระบบป้องกันอาร์คแรงดันสูง'ข้อความทั้งหมดสะกดถูกต้องในภาษาอังกฤษ.
การจัดการการคงสภาพแกน CT และข้อกำหนดเฉพาะของคลาส PR

ขั้นตอนการลดสนามแม่เหล็กแกน CT

การลดสนามแม่เหล็กคงเหลือของแกน CT — การกำจัดฟลักซ์คงเหลือที่ควบคุมได้โดยการวนรอบแกนผ่านลูปฮิสเทรีซิสที่เล็กลงเรื่อยๆ จนกระทั่งจุดการทำงานกลับคืนสู่จุดกำเนิดของกราฟ B-H — เป็นการแก้ไขที่แน่นอนสำหรับปัญหาการตัดวงจรผิดพลาดที่เกิดจากฟลักซ์คงเหลือ ขั้นตอนการดำเนินการต้องปิดระบบไฟฟ้าและแยก CT ออก แต่ไม่จำเป็นต้องถอดออกจากระบบติดตั้ง.

วิธีการลดแรงดันไฟฟ้า AC (แนะนำ):

  1. เชื่อมต่อตัวแปลงแรงดันไฟฟ้าอัตโนมัติแบบปรับค่าได้เข้ากับขดลวดทุติยภูมิของ CT โดยให้วงจรปฐมภูมิเปิดอยู่; เชื่อมต่อตัวต้านทานจำกัดกระแสในอนุกรมเพื่อป้องกันกระแสแม่เหล็กเกิน
  2. เพิ่มแรงดันไฟฟ้า AC เป็น 120% ของแรงดันไฟฟ้าจุดเข่า CT — สิ่งนี้จะขับแกนให้อิ่มตัวในทั้งสองทิศทางในแต่ละรอบ สร้างลูปฮิสเทอรีซิสแบบสมมาตรขนาดใหญ่ที่เขียนทับฟลักซ์คงเหลือ
  3. ค่อยๆ ลดแรงดันไฟฟ้า AC ลงเป็นศูนย์ในอัตราประมาณ 5% ต่อวินาที — การทำเช่นนี้จะค่อยๆ ลดขนาดของลูปฮีสเตอร์รีซิสในขณะที่ยังคงความสมมาตรไว้ โดยเดินจุดการทำงานกลับไปยังจุดกำเนิดของเส้นโค้ง B-H
  4. ตรวจสอบการลบสนามแม่เหล็ก: ทำซ้ำการทดสอบกราฟการกระตุ้น — แรงดันไฟฟ้าที่จุดหัวเข่าควรตรงกับค่าในใบรับรองการทดสอบจากโรงงานภายใน ±5%; กระแสแม่เหล็กที่จุดหัวเข่าควรตรงกับค่าจากโรงงานภายใน ±10%
  5. บันทึกการลดสนามแม่เหล็ก: บันทึกเส้นโค้งการกระตุ้นก่อนการลดสนามแม่เหล็ก, พารามิเตอร์ของขั้นตอนการลดสนามแม่เหล็ก, และเส้นโค้งการกระตุ้นหลังการลดสนามแม่เหล็กไว้ในบันทึกการบำรุงรักษา CT

วิธีกลับกระแสไฟฟ้าตรง (ทางเลือก):

สำหรับ CT ที่การเข้าถึงแรงดันไฟฟ้ากระแสสลับไปยังขดลวดทุติยภูมิทำได้ยาก วิธีการกลับกระแสไฟฟ้ากระแสตรงจะใช้การส่งกระแสไฟฟ้ากระแสตรงเป็นชุดๆ โดยมีขั้วสลับกันและขนาดกระแสลดลงอย่างต่อเนื่อง ซึ่งจะทำให้เกิดการลดลูปฮิสเทรีซิสแบบค่อยเป็นค่อยไปเช่นเดียวกับวิธีการใช้แรงดันไฟฟ้ากระแสสลับ.

การป้องกัน: การระบุแกน CT ที่มีการป้องกันการคงสภาพ

สำหรับการติดตั้ง CT ใหม่ในแอปพลิเคชันป้องกันอาร์คในโรงงานอุตสาหกรรมที่มีความเสี่ยงจากการทำงานผิดพลาดเนื่องจากความคงเหลือของสนามแม่เหล็ก (remanence) กำหนดให้ใช้แกน IEC 61869-2 Class PR (Remanence Protected):

  • คำจำกัดความของคลาส PR: ค่าคงเหลือ Kr = Br/Bsat ≤ 0.10 — ฟลักซ์คงเหลือสูงสุด 10% หลังประวัติการเหนี่ยวนำใดๆ
  • วิธีการบรรลุผล: มีการสร้างช่องว่างอากาศขนาดเล็กในวงจรแม่เหล็กของแกน CT ช่องว่างอากาศนี้จะเก็บพลังงานไว้ซึ่งจะบังคับให้ฟลักซ์กลับคืนสู่ศูนย์เมื่อแรงแม่เหล็กถูกนำออกไป ทำให้การคงเหลืออยู่จำกัดไม่เกิน 10% ของ Bsat
  • การแลกเปลี่ยน: ช่องว่างทางอากาศช่วยลดค่าความเหนี่ยวนำแม่เหล็กของตัวแปลงกระแส (CT) ซึ่งทำให้กระแสแม่เหล็กเพิ่มขึ้น และทำให้ค่าความแม่นยำลดลงเล็กน้อยเมื่อกระแสปฐมภูมิต่ำ; แกนประเภท Class PR มักถูกกำหนดให้ใช้สำหรับการป้องกันเท่านั้น ไม่เหมาะสำหรับการวัดค่าพลังงานไฟฟ้า
  • การใช้งาน: ข้อกำหนดบังคับสำหรับแกน CT ทั้งหมดที่เชื่อมต่อกับรีเลย์ป้องกันอาร์คในระบบแรงดันปานกลางของโรงงานอุตสาหกรรมที่มีอัตราส่วน X/R สูงกว่า 10

มาตรการป้องกันในระดับระบบ

นอกเหนือจากข้อกำหนดหลักของ CT แล้ว การวัดในระดับระบบช่วยลดอัตราการสะสมของรีแมนเนสในระบบป้องกันอาร์กแรงดันปานกลางของโรงงานอุตสาหกรรม:

  • ลดเวลาการกำจัดข้อผิดพลาด: การทำงานของการป้องกันที่รวดเร็วขึ้นช่วยลดระยะเวลาการสัมผัสกับ DC offset ต่อเหตุการณ์ข้อผิดพลาด ลดการสะสมของคราบตกค้างต่อเหตุการณ์; ตั้งเป้าหมายเวลาการกำจัดข้อผิดพลาดให้ต่ำกว่า 80 มิลลิวินาทีสำหรับการใช้งานการป้องกันอาร์ก
  • ดำเนินการ การสลับจุดบนคลื่น5 สำหรับการจ่ายไฟให้กับหม้อแปลง: การสลับที่ควบคุมซึ่งจ่ายไฟให้กับหม้อแปลงที่จุดที่แรงดันเป็นศูนย์ จะช่วยลดค่า DC offset ในกระแสไฟกระชาก ซึ่งช่วยลดการสะสมของสนามแม่เหล็กคงเหลือจากการจ่ายไฟแต่ละครั้ง
  • กำหนดตารางการลดสนามแม่เหล็กของหม้อแปลงกระแสไฟฟ้า (CT) เป็นระยะ: สำหรับการติดตั้งที่มีอยู่ซึ่งใช้แกนหม้อแปลงกระแสไฟฟ้าแบบมาตรฐาน (Kr = 0.6–0.8) ให้กำหนดตารางการลดสนามแม่เหล็กทุก 3 ปี หรือหลังจากเกิดเหตุการณ์ผิดปกติใด ๆ ที่กระแสไฟฟ้าหลักเกิน 50% ของกระแสไฟฟ้าสั้น ๆ ที่กำหนดไว้ — แล้วแต่กรณีใดจะเกิดขึ้นก่อน
  • แยกแกน CT สำหรับการป้องกันอาร์คออกจากแกน CT สำหรับการวัด: ใช้แกน CT ที่ออกแบบมาเฉพาะสำหรับการวัดกระแสของรีเลย์ป้องกันอาร์ค — แกนที่สามารถลดสนามแม่เหล็กได้โดยไม่กระทบต่อความแม่นยำของการวัดมิเตอร์รายได้

ข้อผิดพลาดทั่วไปในการจัดการการคงเหลือ

  • การลดสนามแม่เหล็กเฉพาะ CT ที่ถูกระบุว่ามีผลจากรีแมนเนส: ในการติดตั้งแบบสามเฟส CT ทั้งสามเฟสจะถูกสัมผัสกับประวัติกระแสไฟฟ้าขัดข้องเดียวกัน หาก CT ตัวหนึ่งมีรีแมนเนสอย่างมีนัยสำคัญ ควรประเมินและลดสนามแม่เหล็กของ CT ทั้งสามตัวเป็นชุดเดียวกัน
  • การทดสอบความแม่นยำของอัตราส่วนก่อนการล้างสนามแม่เหล็ก: ผลการทดสอบความแม่นยำของอัตราส่วนบน CT ที่ได้รับผลกระทบจากรีแมนเนสซ์ไม่เป็นตัวแทนของประสิทธิภาพของคลาสความแม่นยำที่แท้จริงของ CT; ควรล้างสนามแม่เหล็กก่อนการทดสอบอัตราส่วนเสมอ
  • การระบุขดลวดแกน Class PR สำหรับการใช้งานการวัดรายได้: ช่องว่างอากาศที่จำกัดการคงสภาพแม่เหล็กในขดลวดแกน Class PR เพิ่มกระแสแม่เหล็กและลดความแม่นยำเมื่อกระแสปฐมภูมิต่ำ; Class PR เป็นข้อกำหนดของขดลวดแกนสำหรับการป้องกัน — การวัดรายได้ต้องใช้ขดลวดแกนมาตรฐาน Class 0.2S หรือ 0.5 ที่ไม่มีช่องว่างอากาศ
  • การปรับตั้งค่ารีเลย์ป้องกันอาร์กเพื่อหลีกเลี่ยงการตัดวงจรผิดพลาดโดยไม่แก้ไขปัญหาค่าคงเหลือของหม้อแปลง: การเพิ่มค่ากระแสเกณฑ์ของรีเลย์ป้องกันอาร์กเพื่อหลีกเลี่ยงการตัดวงจรผิดพลาดที่เกิดจากค่าคงเหลือ จะลดความไวของรีเลย์ต่ออาร์กฟอลต์ที่มีกระแสต่ำจริง — เป็นการแลกเปลี่ยนการป้องกันการตัดวงจรผิดพลาดกับการสูญเสียความสามารถในการตรวจจับอาร์กฟอลต์ที่เกิดขึ้นจริง

สรุป

การคงสภาพของแกน CT เป็นตัวแปรที่ซ่อนอยู่ในความน่าเชื่อถือของระบบป้องกันแรงดันปานกลางในโรงงานอุตสาหกรรม — ไม่สามารถตรวจพบได้จากการตรวจสอบป้ายชื่อ ไม่สามารถตรวจพบได้จากการทดสอบการเดินระบบมาตรฐาน และไม่สามารถตรวจพบได้จากการคำนวณการตั้งค่ารีเลย์ แต่สามารถทำให้รีเลย์ป้องกันอาร์กและรีเลย์กระแสเกินทำงานบนรูปคลื่นกระแสทุติยภูมิที่บิดเบี้ยวซึ่งไม่มีความสัมพันธ์กับกระแสปฐมภูมิจริงในช่วงวงจรแรกที่สำคัญของการจ่ายไฟกลไกนี้เป็นที่เข้าใจกันดี วิธีการวินิจฉัยนั้นตรงไปตรงมา และการแก้ไข — การลดสนามแม่เหล็กของแกน CT — เป็นกิจกรรมบำรุงรักษาที่ใช้เวลาสี่ชั่วโมงซึ่งสามารถกำจัดสภาพแม่เหล็กตกค้างได้อย่างสมบูรณ์ในระบบป้องกันอาร์คแรงดันปานกลางของโรงงานอุตสาหกรรม ซึ่งการตัดการทำงานผิดพลาดเพียงครั้งเดียวอาจทำให้สูญเสียการผลิตเป็นมูลค่าหลายหมื่นยูโร และการพลาดตรวจจับอาร์คจริงอาจถึงขั้นสูญเสียชีวิต การประเมินค่าความหลงเหลือของแกนทรานส์และกระบวนการลดสนามแม่เหล็กจึงไม่ใช่กิจกรรมบำรุงรักษาที่เลือกทำหรือไม่ก็ได้ แต่ถือเป็นรากฐานทางวิศวกรรมของระบบป้องกันที่ไว้วางใจได้ว่าจะทำงานอย่างถูกต้องและแม่นยำเฉพาะในเวลาที่วิกฤติที่สุดเท่านั้น.

คำถามที่พบบ่อยเกี่ยวกับความคงเหลือของแกน CT และการทำงานผิดพลาดของรีเลย์ปลอม

ถาม: ทำไมรีเลย์ป้องกันอาร์คจึงมีความเสี่ยงต่อการทำงานผิดพลาดจากการคงเหลือของสนามแม่เหล็กมากกว่ารีเลย์กระแสเกินมาตรฐานในระบบแรงดันปานกลางของโรงงานอุตสาหกรรม?

รีเลย์ป้องกันอาร์กทำงานภายใน 5–10 มิลลิวินาที — ภายในครึ่งรอบแรกของกระแสหลัก การอิ่มตัวของ CT ที่เกิดจากการคงเหลือและการบิดเบือนรูปคลื่นทุติยภูมิเกิดขึ้นในช่วง 1–3 รอบแรกของการจ่ายพลังงาน การวัดกระแสทันทีของรีเลย์ป้องกันอาร์กตอบสนองต่อยอดของรูปคลื่นที่บิดเบือนก่อนที่การทรานเซียนต์ของการอิ่มตัวจะลดลง ในขณะที่รีเลย์กระแสเกินที่ช้ากว่าอาจไม่ทำงานก่อนที่ทรานเซียนต์จะลดลง.

ถาม: ระดับของฟลักซ์คงเหลือในแกน CT ที่เพียงพอที่จะทำให้เกิดการทริปปิ้งของรีเลย์ป้องกันอาร์คปลอมระหว่างการจ่ายไฟให้กับหม้อแปลงในระบบแรงดันไฟฟ้าปานกลางของโรงงานอุตสาหกรรมคือเท่าใด?

ฟลักซ์คงเหลือที่สูงกว่า 50% ของ Bsat ร่วมกับส่วนประกอบ DC ออฟเซ็ตจากการกระชากกระแสของหม้อแปลงไฟฟ้า จะสร้างความเสี่ยงสูงต่อการทำงานผิดพลาดแบบปลอม เมื่อฟลักซ์คงเหลืออยู่ที่ 70% การแกว่งของฟลักซ์ที่สามารถเกิดขึ้นก่อนถึงจุดอิ่มตัวจะมีเพียง 30% ของค่าปกติ — ตัวแปลงกระแส (CT) จะอิ่มตัวภายในไตรมาสแรกของกระแสกระชากที่ไม่สมมาตร ส่งผลให้เกิดยอดคลื่นทุติยภูมิที่สูงเกินเกณฑ์กระแสของรีเลย์ป้องกันอาร์คเป็นประจำ.

ถาม: ข้อกำหนดของแกนทรานส์ฟอร์เมอร์ (CT) ที่ได้รับการป้องกันความคงเหลือของสนามแม่เหล็ก (IEC 61869-2 Class PR) จำกัดฟลักซ์คงเหลืออย่างไร และมีการแลกเปลี่ยนทางวิศวกรรมอย่างไรเมื่อเทียบกับแกนทรานส์ฟอร์เมอร์มาตรฐานสำหรับการป้องกันอาร์ค?

A: แกน PR ของคลาสมีช่องว่างอากาศขนาดเล็กในวงจรแม่เหล็กซึ่งจำกัดปัจจัยคงเหลือ Kr ให้ ≤0.10 (สูงสุด 10% Bsat remanence) โดยการเก็บพลังงานที่บังคับให้ฟลักซ์กลับสู่ศูนย์เมื่อแรงแม่เหล็กถูกนำออกไป ข้อแลกเปลี่ยนคือกระแสแม่เหล็กที่เพิ่มขึ้นจากความต้านทานของช่องว่างอากาศ — ซึ่งลดความแม่นยำเล็กน้อยเมื่อกระแสปฐมภูมิต่ำClass PR ถูกต้องสำหรับแกนป้องกัน; แกนมาตรฐานที่ไม่มีช่องว่างอากาศยังคงถูกต้องสำหรับการวัดค่าพลังงานไฟฟ้า.

ถาม: ลำดับขั้นตอนที่ถูกต้องสำหรับการลดสนามแม่เหล็กของแกน CT โดยใช้วิธีลดแรงดันไฟฟ้า AC คืออะไร และจะตรวจสอบความสำเร็จของการลดสนามแม่เหล็กในระบบการติดตั้งแรงดันไฟฟ้าปานกลางในโรงงานอุตสาหกรรมได้อย่างไร?

A: ให้แรงดันไฟฟ้ากระแสสลับกับขดลวดทุติยภูมิที่จุด 120% ของแรงดันไฟฟ้าที่จุดเข่า โดยให้ขดลวดปฐมภูมิเปิดวงจร จากนั้นค่อยๆ ลดแรงดันลงเป็นศูนย์ที่จุด 5% ต่อวินาทีตรวจสอบโดยการทดสอบเส้นโค้งการกระตุ้นซ้ำ — แรงดันไฟฟ้าที่จุดหัวเข่าต้องตรงกับใบรับรองจากโรงงานภายใน ±5% และกระแสแม่เหล็กที่จุดหัวเข่าต้องอยู่ภายใน ±10% บันทึกเส้นโค้งก่อนและหลังการลบแม่เหล็กในบันทึกการบำรุงรักษา CT.

ถาม: ควรกำหนดเวลาการลดสนามแม่เหล็กของแกน CT สำหรับระบบป้องกันอาร์กแรงดันปานกลางในโรงงานอุตสาหกรรมบ่อยเพียงใด และเหตุการณ์ใดบ้างที่ควรกระตุ้นให้ต้องลดสนามแม่เหล็กโดยไม่ตามกำหนดเวลา?

A: การลดสนามแม่เหล็กตามกำหนดทุก 3 ปี สำหรับแกน CT มาตรฐาน (Kr = 0.6–0.8) ในการใช้งานที่มีการป้องกันอาร์ก การลดสนามแม่เหล็กที่ไม่ตามกำหนดจำเป็นต้องทำหลังจาก: เหตุการณ์ความผิดพลาดใดๆ ที่กระแสหลักเกิน 50% ของกระแสไฟฟ้าระยะสั้นที่กำหนด; การทำงานของรีเลย์ป้องกันที่ไม่สามารถอธิบายได้และไม่สามารถระบุได้ว่าเป็นความผิดพลาดที่แน่นอน; การทดสอบความต้านทานฉนวน DC ที่ทำกับวงจรทุติยภูมิของ CT โดยไม่มีลิงก์ลัดวงจรของขดลวดทุติยภูมิอยู่ในตำแหน่ง.

  1. ให้หลักการพื้นฐานทางฟิสิกส์ที่อธิบายว่าวัสดุแม่เหล็กเฟอร์โรแมกเนติกตอบสนองต่อสนามแม่เหล็กที่นำมาใช้และเก็บรักษาฟลักซ์ที่เหลืออยู่ได้อย่างไร.

  2. อธิบายความสัมพันธ์ระหว่างความต้านทานแบบรีแอกแตนซ์ของระบบกับความต้านทานในการกำหนดขนาดและระยะเวลาของออฟเซ็ตกระแสตรงที่เกิดขึ้นระหว่างความผิดปกติทางไฟฟ้า.

  3. ชี้นำผู้อ่านไปยังมาตรฐานสากลที่ระบุข้อกำหนดด้านประสิทธิภาพและวิธีการทดสอบสำหรับหม้อแปลงกระแสไฟฟ้าประเภทป้องกัน.

  4. นำเสนอคำจำกัดความทางเทคนิคและวิธีการคำนวณสำหรับค่าเกณฑ์แรงดันไฟฟ้าวิกฤตที่จุดเริ่มต้นของการอิ่มตัวของแกนทรานส์ฟอร์มเมอร์กระแส.

  5. รายละเอียดเทคโนโลยีและประโยชน์ในการดำเนินงานของการประสานการทำงานของเบรกเกอร์วงจรให้ตรงกับจุดที่แรงดันไฟฟ้าเป็นศูนย์ เพื่อลดกระแสไฟฟ้าไหลเข้าชั่วคราว.

เกี่ยวข้อง

แจ็ค เบปโต

สวัสดีครับ ผมชื่อแจ็ค เป็นผู้เชี่ยวชาญด้านอุปกรณ์ไฟฟ้าที่มีประสบการณ์มากกว่า 12 ปีในระบบจ่ายไฟฟ้าและระบบแรงดันไฟฟ้าปานกลาง ผ่านทาง Bepto electric ผมแบ่งปันข้อมูลเชิงปฏิบัติและความรู้ทางเทคนิคเกี่ยวกับส่วนประกอบสำคัญของระบบโครงข่ายไฟฟ้า รวมถึงสวิตช์เกียร์ สวิตช์ตัดโหลด สวิตช์เซอร์กิตเบรกเกอร์แบบสุญญากาศ ตัวตัดการเชื่อมต่อ และหม้อแปลงเครื่องมือ แพลตฟอร์มนี้จัดระเบียบผลิตภัณฑ์เหล่านี้เป็นหมวดหมู่ที่มีโครงสร้างพร้อมภาพและคำอธิบายทางเทคนิค เพื่อช่วยให้วิศวกรและผู้เชี่ยวชาญในอุตสาหกรรมเข้าใจอุปกรณ์ไฟฟ้าและโครงสร้างพื้นฐานของระบบไฟฟ้าได้ดียิ่งขึ้น.

คุณสามารถติดต่อฉันได้ที่ [email protected] สำหรับคำถามเกี่ยวกับอุปกรณ์ไฟฟ้าหรือการใช้งานระบบไฟฟ้า.

สารบัญ
แบบฟอร์มติดต่อ
🔒 ข้อมูลของคุณปลอดภัยและได้รับการเข้ารหัสแล้ว.