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?
- การคงอยู่ของแกนทำให้เกิดการอิ่มตัวของ CT และการทำงานผิดพลาดของรีเลย์ได้อย่างไร?
- วิธีการวินิจฉัยการเกิดสัญญาณเตือนผิดพลาดจากการคงสภาพในระบบป้องกันโรงงานอุตสาหกรรม
- วิธีการแก้ไขการคงเหลือของแกน CT และการป้องกันการเกิดซ้ำในระบบป้องกันอาร์คแรงดันปานกลาง
- คำถามที่พบบ่อยเกี่ยวกับการคงสภาพแกน CT และการทำงานผิดพลาดของรีเลย์ในแอปพลิเคชันโรงงานอุตสาหกรรม
อะไรคือการคงสภาพแกน CT และมันพัฒนาขึ้นในระบบแรงดันไฟฟ้าปานกลางของโรงงานอุตสาหกรรมได้อย่างไร?
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:
ที่ไหน 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:
สำหรับมุมเริ่มต้นความผิดพลาดที่เลวร้ายที่สุด ( = 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:
| พารามิเตอร์ | คำนิยาม | ค่าทั่วไป | ผลกระทบต่อประสิทธิภาพ |
|---|---|---|---|
| ความหนาแน่นฟลักซ์คงเหลือ (Br) | ค่าคงเหลือ B เมื่อ H = 0 | 0.8–1.4 T (60–80% ของ Bsat) | การเปลี่ยนจุดปฏิบัติการให้เคลื่อนไปทางอิ่มตัว |
| ความหนาแน่นของฟลักซ์อิ่มตัว (Bsat) | ค่า B สูงสุดที่ H สูง | 1.8–2.0 T สำหรับเหล็กกล้าซิลิกอน | กำหนดค่าเกณฑ์เริ่มต้นของความอิ่มตัว |
| แรงบังคับ (Hc) | H ที่ต้องการเพื่อลด B ให้เหลือศูนย์ | 10–50 A/ม. สำหรับแกนเหล็ก CT | กำหนดกระแสการลดสนามแม่เหล็กที่จำเป็น |
| ค่าคงที่เวลาของกระแสตรง (τ) | ด้านซ้าย/ขวาของวงจรกระแสลัดวงจร | 20–100 มิลลิวินาที สำหรับระบบ MV | กำหนดระยะเวลาคงอยู่ของการเลื่อน DC |
| ค่าคงเหลือ (Kr) | Br/Bsat | 0.6–0.8 สำหรับแกน CT มาตรฐาน | iec 61869-23 กำหนดให้ Kr ≤ 0.1 สำหรับแกนประเภท PR |
| มาตรฐานที่ใช้บังคับ | IEC 61869-2 Class PR | ข้อกำหนดแกนป้องกันความคงเหลือ | ค่า Kr ≤ 0.1 ได้จากการเว้นช่องว่างในแกน |
การคงอยู่ของแกนทำให้เกิดการอิ่มตัวของ CT และการทำงานผิดพลาดของรีเลย์ได้อย่างไร?
เส้นทางจากค่าแม่เหล็กคงเหลือในแกนสู่การทริปปิ้งปลอมของรีเลย์เกี่ยวข้องกับลำดับเหตุการณ์แม่เหล็กไฟฟ้าเฉพาะที่เกิดขึ้นในช่วงไม่กี่รอบแรกของกระแสหลักหลังจากสถานะแม่เหล็กคงเหลือได้ถูกสร้างขึ้นแล้ว — โดยทั่วไปเกิดขึ้นระหว่างการจ่ายไฟให้หม้อแปลง การสตาร์ทมอเตอร์ หรือการปิดวงจรใหม่หลังจากเคลียร์ความผิดปกติ.
ลำดับการคงเหลือจนถึงความอิ่มตัว
ขั้นตอนที่ 1: ฟลักซ์คงที่สร้างจุดปฏิบัติการที่เปลี่ยนไป
หลังจากเกิดเหตุการณ์ความผิดพลาด แกน CT จะยังคงมีฟลักซ์คงเหลือ Br อยู่ บนกราฟ B-H จุดการทำงานของแกนจะอยู่ที่ (H=0, B=Br) — ซึ่งถูกเลื่อนออกจากจุดกำเนิดโดยฟลักซ์คงเหลือ การแกว่งของฟลักซ์ที่สามารถใช้ได้ก่อนถึงจุดอิ่มตัวจะเป็นดังนี้:
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:
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:
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
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:
- ปลดพลังงานและแยก CT: การทดสอบเส้นโค้งการกระตุ้นต้องการให้ CT ปลดพลังงานและวงจรปฐมภูมิเปิดวงจร
- จ่ายแรงดันไฟฟ้ากระแสสลับให้กับขดลวดทุติยภูมิ: เพิ่มแรงดันไฟฟ้ากระแสสลับจากศูนย์ถึง แรงดันไฟฟ้าที่จุดเข่า4 ขณะที่วัดกระแสแม่เหล็ก; วาดกราฟ B (สัดส่วนกับแรงดันไฟฟ้าที่ใช้) เทียบกับ H (สัดส่วนกับกระแสแม่เหล็ก)
- เปรียบเทียบกับใบรับรองการทดสอบจากโรงงาน: CT ที่ได้รับผลกระทบจากความคงเหลือของสนามแม่เหล็กแสดงเส้นโค้งการกระตุ้นที่เลื่อนไป — จุดหัวเข่าเกิดขึ้นที่แรงดันไฟฟ้าต่ำกว่าค่าในใบรับรองจากโรงงาน และกระแสแม่เหล็กที่จุดหัวเข่าสูงกว่าค่าจากโรงงาน
- คำนวณระดับการคงเหลือ: การเปลี่ยนแปลงของแรงดันไฟฟ้าที่จุดหัวเข่าของเส้นโค้งการกระตุ้นจากค่าโรงงานให้ค่าประมาณของระดับฟลักซ์คงเหลือ:
ขั้นตอนที่ 3: ยืนยันด้วยการวัดฟลักซ์กระแสตรง
สำหรับการวัดค่าคงเหลือที่แน่นอน วิธีการวัดฟลักซ์กระแสตรง (DC flux method) ให้การวัดค่าความหนาแน่นของฟลักซ์คงเหลือโดยตรง:
- ให้กระแสไฟฟ้ากระแสตรงที่ทราบค่าเป็นพัลส์ไปยังขดลวดทุติยภูมิในทิศทางที่จะขับแกนให้เข้าสู่ภาวะอิ่มตัวเชิงบวก
- วัดการเปลี่ยนแปลงของฟลักซ์จากสถานะคงเหลือไปยังสถานะอิ่มตัวโดยใช้เครื่องรวมฟลักซ์ (การวัดโวลต์-วินาที)
- ทำซ้ำในทิศทางตรงข้ามเพื่อวัดการเปลี่ยนแปลงฟลักซ์จากสถานะรีแมนต์ไปยังสถานะอิ่มตัวเชิงลบ
- คำนวณค่าคงเหลือ: ความไม่สมมาตรระหว่างการเปลี่ยนฟลักซ์บวกและฟลักซ์ลบสามารถวัดค่าฟลักซ์คงเหลือได้โดยตรง:
ที่ไหน คือพื้นที่หน้าตัดของแกน CT จากใบรับรองการทดสอบจากโรงงาน.
เมทริกซ์การตัดสินใจเพื่อการวินิจฉัย
| การสังเกต | ระบุการคงเหลือ | สาเหตุทางเลือก |
|---|---|---|
| การตรวจจับการเดินเครื่องผิดพลาดภายใน 3 รอบแรกของการจ่ายไฟ | ตัวชี้วัดที่แข็งแกร่ง | — |
| รูปคลื่นทุติยภูมิแบบไม่สมมาตรที่มีองค์ประกอบกระแสตรง | ตัวชี้วัดที่แข็งแกร่ง | ค่าความอิ่มตัวของ CT จากกระแสเกิน |
| การตรวจจับการสะดุดเท็จหลังจากเหตุการณ์ความผิดพลาดก่อนหน้านี้ | ตัวชี้วัดที่แข็งแกร่ง | — |
| จุดหัวเข่าของเส้นโค้งการกระตุ้นที่เปลี่ยนไป | ยืนยันแล้ว | ความเสียหายแกนกลาง (หากการเลื่อน >20%) |
| การกระตุ้นผิดพลาดได้ทุกเวลา, รูปแบบคลื่นสมมาตร | ตัวบ่งชี้อ่อนแอ | การตั้งค่ารีเลย์, ความผิดพลาดของวงจรทุติยภูมิ |
| การแจ้งเตือนผิดพลาดโดยไม่มีประวัติความผิดปกติก่อนหน้านี้ | ตัวบ่งชี้อ่อนแอ | ฮาร์ดแวร์รีเลย์, ข้อผิดพลาดในการตั้งค่า |
| รีเลย์ทำงานด้วยการตรวจจับแสงเท่านั้น (รีเลย์อาร์ก) | ไม่ใช่การคงเหลือ | โคโรนาภายนอก, แฟลชอาร์ก |
วิธีการแก้ไขการคงเหลือของแกน CT และการป้องกันการเกิดซ้ำในระบบป้องกันอาร์คแรงดันปานกลาง
ขั้นตอนการลดสนามแม่เหล็กแกน CT
การลดสนามแม่เหล็กคงเหลือของแกน CT — การกำจัดฟลักซ์คงเหลือที่ควบคุมได้โดยการวนรอบแกนผ่านลูปฮิสเทรีซิสที่เล็กลงเรื่อยๆ จนกระทั่งจุดการทำงานกลับคืนสู่จุดกำเนิดของกราฟ B-H — เป็นการแก้ไขที่แน่นอนสำหรับปัญหาการตัดวงจรผิดพลาดที่เกิดจากฟลักซ์คงเหลือ ขั้นตอนการดำเนินการต้องปิดระบบไฟฟ้าและแยก CT ออก แต่ไม่จำเป็นต้องถอดออกจากระบบติดตั้ง.
วิธีการลดแรงดันไฟฟ้า AC (แนะนำ):
- เชื่อมต่อตัวแปลงแรงดันไฟฟ้าอัตโนมัติแบบปรับค่าได้เข้ากับขดลวดทุติยภูมิของ CT โดยให้วงจรปฐมภูมิเปิดอยู่; เชื่อมต่อตัวต้านทานจำกัดกระแสในอนุกรมเพื่อป้องกันกระแสแม่เหล็กเกิน
- เพิ่มแรงดันไฟฟ้า AC เป็น 120% ของแรงดันไฟฟ้าจุดเข่า CT — สิ่งนี้จะขับแกนให้อิ่มตัวในทั้งสองทิศทางในแต่ละรอบ สร้างลูปฮิสเทอรีซิสแบบสมมาตรขนาดใหญ่ที่เขียนทับฟลักซ์คงเหลือ
- ค่อยๆ ลดแรงดันไฟฟ้า AC ลงเป็นศูนย์ในอัตราประมาณ 5% ต่อวินาที — การทำเช่นนี้จะค่อยๆ ลดขนาดของลูปฮีสเตอร์รีซิสในขณะที่ยังคงความสมมาตรไว้ โดยเดินจุดการทำงานกลับไปยังจุดกำเนิดของเส้นโค้ง B-H
- ตรวจสอบการลบสนามแม่เหล็ก: ทำซ้ำการทดสอบกราฟการกระตุ้น — แรงดันไฟฟ้าที่จุดหัวเข่าควรตรงกับค่าในใบรับรองการทดสอบจากโรงงานภายใน ±5%; กระแสแม่เหล็กที่จุดหัวเข่าควรตรงกับค่าจากโรงงานภายใน ±10%
- 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.
-
ให้หลักการพื้นฐานทางฟิสิกส์ที่อธิบายว่าวัสดุแม่เหล็กเฟอร์โรแมกเนติกตอบสนองต่อสนามแม่เหล็กที่นำมาใช้และเก็บรักษาฟลักซ์ที่เหลืออยู่ได้อย่างไร. ↩
-
อธิบายความสัมพันธ์ระหว่างความต้านทานแบบรีแอกแตนซ์ของระบบกับความต้านทานในการกำหนดขนาดและระยะเวลาของออฟเซ็ตกระแสตรงที่เกิดขึ้นระหว่างความผิดปกติทางไฟฟ้า. ↩
-
ชี้นำผู้อ่านไปยังมาตรฐานสากลที่ระบุข้อกำหนดด้านประสิทธิภาพและวิธีการทดสอบสำหรับหม้อแปลงกระแสไฟฟ้าประเภทป้องกัน. ↩
-
นำเสนอคำจำกัดความทางเทคนิคและวิธีการคำนวณสำหรับค่าเกณฑ์แรงดันไฟฟ้าวิกฤตที่จุดเริ่มต้นของการอิ่มตัวของแกนทรานส์ฟอร์มเมอร์กระแส. ↩
-
รายละเอียดเทคโนโลยีและประโยชน์ในการดำเนินงานของการประสานการทำงานของเบรกเกอร์วงจรให้ตรงกับจุดที่แรงดันไฟฟ้าเป็นศูนย์ เพื่อลดกระแสไฟฟ้าไหลเข้าชั่วคราว. ↩