หน่วยการเรียนรู้ที่ 6 การป้องกันระบบไฟฟ้า

การป้องกันระบบไฟฟ้า

การป้องกันระบบไฟฟ้าที่เกี่ยวข้องกับการป้องกันของระบบพลังงานไฟฟ้าจากความผิดพลาดที่ผ่านการเชื่อมต่อของชิ้นส่วนโทษฐานจากส่วนที่เหลือของวงจรไฟฟ้าวัตถุประสงค์ของรูปแบบการป้องกันคือเพื่อให้ระบบไฟฟ้ามีเสถียรภาพโดยแยกเฉพาะส่วนประกอบที่มีข้อผิดพลาดในขณะที่ปล่อยให้เครือข่ายยังคงทำงานอยู่ให้มากที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ ดังนั้นรูปแบบการป้องกันจึงต้องใช้แนวทางในทางปฏิบัติและในแง่ร้ายในการล้างความผิดพลาดของระบบ อุปกรณ์ที่ใช้ในการป้องกันระบบไฟฟ้าจากความผิดพลาดจะถูกเรียกว่าอุปกรณ์ป้องกัน

​

​

ส่วนประกอบ

ระบบป้องกันมักมีส่วนประกอบ 5 ส่วน

1.หม้อแปลงกระแสและแรงดันเพื่อลดแรงดันไฟฟ้าและกระแสสูงของระบบไฟฟ้าให้อยู่ในระดับที่สะดวกสำหรับรีเลย์ในการจัดการ

2.รีเลย์ป้องกันเพื่อตรวจจับความผิดปกติและเริ่มการเดินทางหรือตัดการเชื่อมต่อออกคำสั่ง

3.เบรกเกอร์เพื่อเปิด / ปิดระบบตามคำสั่งรีเลย์และตัวปิดอัตโนมัติ

4.แบตเตอรี่เพื่อจ่ายไฟในกรณีที่ไฟฟ้าขาดการเชื่อมต่อในระบบ

5.ช่องทางการสื่อสารเพื่อให้สามารถวิเคราะห์กระแสและแรงดันไฟฟ้าที่ขั้วระยะไกลของสายและเพื่อให้อุปกรณ์สะดุดจากระยะไกล

สำหรับส่วนต่างๆของระบบจำหน่ายฟิวส์สามารถตรวจจับและตัดการเชื่อมต่อข้อบกพร่องได้

ความล้มเหลวอาจเกิดขึ้นในแต่ละส่วนเช่นความล้มเหลวของฉนวนสายส่งขาดหรือขาดการทำงานที่ไม่ถูกต้องของเบรกเกอร์วงจรไฟฟ้าลัดวงจรและวงจรเปิด อุปกรณ์ป้องกันได้รับการติดตั้งโดยมีวัตถุประสงค์เพื่อป้องกันทรัพย์สินและมั่นใจได้ว่าจะมีการจัดหาพลังงานอย่างต่อเนื่อง สวิตช์คือการรวมกันของสวิตช์ตัดการเชื่อมต่อไฟฟ้าฟิวส์หรือเบรกเกอร์วงจรที่ใช้ในการควบคุมป้องกันและแยกอุปกรณ์ไฟฟ้า สวิตช์เปิดได้อย่างปลอดภัยภายใต้กระแสโหลดปกติ (สวิตช์บางตัวไม่ปลอดภัยที่จะทำงานภายใต้สภาวะปกติหรือผิดปกติ) ในขณะที่อุปกรณ์ป้องกันจะเปิดได้อย่างปลอดภัยภายใต้กระแสไฟฟ้าลัด อุปกรณ์ที่สำคัญมากอาจมีระบบป้องกันที่ซ้ำซ้อนและเป็นอิสระอย่างสมบูรณ์ในขณะที่สายการกระจายสาขาย่อยอาจมีการป้องกันต้นทุนต่ำที่ง่ายมาก 

​

​

ประเภทของการป้องกัน

เครือข่ายการส่งไฟฟ้าแรงสูง

การป้องกันระบบส่งและจำหน่ายทำหน้าที่สองอย่างคือการปกป้องโรงงานและการปกป้องสาธารณะ (รวมถึงพนักงาน) ในระดับพื้นฐานการป้องกันจะตัดการเชื่อมต่ออุปกรณ์ที่ประสบปัญหาโอเวอร์โหลดหรือสั้นลงสู่พื้นดิน บางรายการในสถานีย่อยเช่นหม้อแปลงอาจต้องการการป้องกันเพิ่มเติมตามอุณหภูมิหรือความดันก๊าซเป็นต้น

​

​

ชุดเครื่องกำเนิดไฟฟ้า

ในโรงไฟฟ้า, รีเลย์ป้องกันมีวัตถุประสงค์เพื่อป้องกันความเสียหายที่จะชาร์จหรือไปยังหม้อแปลงในกรณีของสภาพผิดปกติของการดำเนินงานเนื่องจากความล้มเหลวภายในเช่นเดียวกับความล้มเหลวของฉนวนหรือระเบียบทำงานผิดปกติ ความล้มเหลวดังกล่าวถือเป็นเรื่องผิดปกติดังนั้นรีเลย์ป้องกันจึงต้องทำงานน้อยครั้งมาก หากรีเลย์ป้องกันไม่สามารถตรวจจับความผิดปกติความเสียหายที่เกิดขึ้นกับเครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสสลับหรือหม้อแปลงอาจต้องซ่อมแซมหรือเปลี่ยนอุปกรณ์ที่มีราคาแพงรวมถึงการสูญเสียรายได้จากการไม่สามารถผลิตและจำหน่ายพลังงานได้

​

​

เกินและสำรองสำหรับระยะทาง (กระแสเกิน)

การป้องกันการโอเวอร์โหลดต้องใช้หม้อแปลงกระแสซึ่งเพียงแค่วัดกระแสในวงจรและเปรียบเทียบกับค่าที่กำหนดไว้ล่วงหน้า การป้องกันกระแสเกินมีสองประเภท: กระแสเกินทันที (IOC) และกระแสเกินเวลา (TOC) กระแสเกินทันทีต้องการให้กระแสเกินระดับที่กำหนดไว้ล่วงหน้าเพื่อให้เบรกเกอร์ทำงานได้ การป้องกันกระแสเกินเวลาทำงานตามเส้นโค้งปัจจุบันเทียบกับเวลา ตามเส้นโค้งนี้หากกระแสไฟฟ้าที่วัดได้สูงกว่าระดับที่กำหนดสำหรับระยะเวลาที่กำหนดไว้ล่วงหน้าเบรกเกอร์หรือฟิวส์จะทำงาน การทำงานของทั้งสองประเภทจะมีการอธิบายในบนYouTube

​

​

ความผิดพลาดของโลก / ความผิดพลาดของพื้นดิน

การป้องกันความผิดพลาดของโลกยังต้องใช้หม้อแปลงกระแสและตรวจจับความไม่สมดุลในวงจรสามเฟส โดยปกติกระแสสามเฟสจะอยู่ในสมดุลกล่าวคือมีขนาดเท่ากันโดยประมาณ หากเฟสหนึ่งหรือสองเฟสเชื่อมต่อกับโลกผ่านทางอิมพีแดนซ์ต่ำขนาดของมันจะเพิ่มขึ้นอย่างมากเช่นเดียวกับความไม่สมดุลในปัจจุบัน หากความไม่สมดุลนี้เกินค่าที่กำหนดไว้ล่วงหน้าเบรกเกอร์ควรทำงาน การป้องกันความผิดพลาดของดินแบบ จำกัด คือการป้องกันความผิดพลาดของโลกซึ่งมองหาความผิดพลาดของโลกระหว่างหม้อแปลงกระแสไฟฟ้าสองชุด (ดังนั้นจึง จำกัด เฉพาะโซนนั้น)

​

​

ระยะทาง (รีเลย์อิมพีแดนซ์)

การป้องกันระยะตรวจจับทั้งแรงดันและกระแส โดยทั่วไปความผิดปกติของวงจรจะทำให้ระดับแรงดันไฟฟ้าลดลง หากอัตราส่วนของแรงดันไฟฟ้าต่อกระแสไฟฟ้าที่วัดได้ที่ขั้วรีเลย์ซึ่งเท่ากับอิมพีแดนซ์จะลงจอดภายในระดับที่กำหนดไว้ล่วงหน้าเบรกเกอร์จะทำงาน สิ่งนี้มีประโยชน์สำหรับสายที่ยาวพอสมควรเส้นที่ยาวกว่า 10 ไมล์เนื่องจากลักษณะการทำงานเป็นไปตามลักษณะของเส้น ซึ่งหมายความว่าเมื่อความผิดปกติปรากฏขึ้นบนสายการตั้งค่าอิมพีแดนซ์ในรีเลย์จะถูกเปรียบเทียบกับความต้านทานที่ปรากฏของสายจากขั้วรีเลย์ไปยังความผิดปกติ หากการตั้งค่ารีเลย์ถูกกำหนดให้ต่ำกว่าค่าอิมพีแดนซ์ที่ปรากฏจะพิจารณาว่าความผิดปกตินั้นอยู่ในเขตของการป้องกัน เมื่อความยาวสายส่งสั้นเกินไปน้อยกว่า 10 ไมล์การป้องกันระยะทางจะประสานกันได้ยากขึ้น ในกรณีเหล่านี้ตัวเลือกการป้องกันที่ดีที่สุดคือการป้องกันส่วนต่างในปัจจุบัน

​

​

สำรองข้อมูล

วัตถุประสงค์ของการป้องกันคือการกำจัดเฉพาะส่วนที่ได้รับผลกระทบของพืชและไม่มีสิ่งอื่นใด เบรกเกอร์หรือรีเลย์ป้องกันอาจล้มเหลวในการทำงาน ในระบบที่สำคัญความล้มเหลวของการป้องกันหลักมักจะส่งผลให้การดำเนินการป้องกันสำรอง โดยทั่วไปการป้องกันการสำรองข้อมูลจากระยะไกลจะลบทั้งสิ่งที่ได้รับผลกระทบและไม่ได้รับผลกระทบจากพืชเพื่อล้างข้อผิดพลาด การป้องกันการสำรองข้อมูลในพื้นที่จะลบรายการที่ได้รับผลกระทบของโรงงานเพื่อล้างข้อผิดพลาด

เครือข่ายแรงดันต่ำ

เครือข่ายแรงดันต่ำโดยทั่วไปอาศัยฟิวส์หรือเบรกเกอร์วงจรไฟฟ้าแรงดันต่ำที่จะเอาทั้งสองเกินและแผ่นดินผิดพลาด

ความปลอดภัยทางไซเบอร์

ระบบจำนวนมากซึ่งเป็นระบบไฟฟ้าขนาดใหญ่ที่เชื่อมต่อกันรวมถึงระบบส่งกำลังและระบบควบคุมกำลังประสบกับภัยคุกคามด้านความปลอดภัยทางไซเบอร์ใหม่ ๆ ทุกวัน (“ Electric Grid Cybersecurity,” 2019) การโจมตีเหล่านี้ส่วนใหญ่มุ่งเป้าไปที่ระบบควบคุมในกริด ระบบควบคุมเหล่านี้เชื่อมต่อกับอินเทอร์เน็ตและทำให้แฮกเกอร์โจมตีได้ง่ายขึ้น การโจมตีเหล่านี้สามารถสร้างความเสียหายให้กับอุปกรณ์และจำกัดความสามารถของผู้เชี่ยวชาญด้านสาธารณูปโภคในการควบคุมระบบ

​

​

อุปกรณ์ตรวจสอบการรบกวน

รบกวนการตรวจสอบอุปกรณ์ (DME) ตรวจสอบและบันทึกข้อมูลระบบที่เกี่ยวข้องกับความผิด DME บรรลุวัตถุประสงค์หลักสามประการ:

• การตรวจสอบโมเดล

• การสอบสวนความไม่สงบและ

• การประเมินประสิทธิภาพการป้องกันระบบ 

อุปกรณ์ DME ได้แก่ : 

• ลำดับของเครื่องบันทึกเหตุการณ์ซึ่งบันทึกการตอบสนองของอุปกรณ์ต่อเหตุการณ์

• เครื่องบันทึกข้อบกพร่องซึ่งบันทึกข้อมูลรูปคลื่นจริงของแรงดันไฟฟ้าและกระแสหลักของระบบ

• เครื่องบันทึกการรบกวนแบบไดนามิก (DDR) ซึ่งบันทึกเหตุการณ์ที่แสดงให้เห็นถึงพฤติกรรมของระบบไฟฟ้าในช่วงเหตุการณ์แบบไดนามิกเช่นการสั่นของความถี่ต่ำ (0.1 Hz - 3 Hz) และความถี่ที่ผิดปกติหรือการเคลื่อนย้ายแรงดันไฟฟ้า

​

​

มาตรการด้านประสิทธิภาพ

การป้องกันกำหนดความน่าเชื่อถือว่าเป็นแนวโน้มของระบบป้องกันที่จะทำงานได้อย่างถูกต้องสำหรับความผิดพลาดในโซน พวกเขากำหนดความปลอดภัยเป็นแนวโน้มที่จะไม่ดำเนินการสำหรับความผิดพลาดนอกเขต ทั้งความน่าเชื่อถือและความปลอดภัยเป็นปัญหาด้านความน่าเชื่อถือ การวิเคราะห์ต้นไม้ข้อบกพร่องเป็นเครื่องมือหนึ่งที่วิศวกรการป้องกันสามารถเปรียบเทียบความน่าเชื่อถือสัมพัทธ์ของแผนการป้องกันที่เสนอได้ ความน่าเชื่อถือในการป้องกันเชิงปริมาณเป็นสิ่งสำคัญสำหรับการตัดสินใจที่ดีที่สุดในการปรับปรุงระบบการป้องกันการจัดการความน่าเชื่อถือเทียบกับการแลกเปลี่ยนความปลอดภัยและการได้รับผลลัพธ์ที่ดีที่สุดโดยใช้เงินน้อยที่สุด ความเข้าใจเชิงปริมาณเป็นสิ่งสำคัญในอุตสาหกรรมสาธารณูปโภคที่มีการแข่งขันสูง 

เกณฑ์ประสิทธิภาพและการออกแบบสำหรับอุปกรณ์ป้องกันระบบ ได้แก่ ความน่าเชื่อถือการเลือกใช้ความเร็วความประหยัดและความเรียบง่าย

• ความน่าเชื่อถือ: อุปกรณ์จะต้องทำงานอย่างสม่ำเสมอเมื่อเกิดความผิดปกติขึ้นโดยไม่คำนึงว่าอาจไม่มีการใช้งานเป็นเวลาหลายเดือนหรือหลายปี หากไม่มีความน่าเชื่อถือนี้ระบบอาจก่อให้เกิดความเสียหายอย่างมาก

• การเลือกใช้: อุปกรณ์ต้องหลีกเลี่ยงการเดินทางที่ผิดพลาดโดยไม่ได้รับการรับรอง

• ความเร็ว: อุปกรณ์ต้องทำงานอย่างรวดเร็วเพื่อลดความเสียหายของอุปกรณ์และระยะเวลาความผิดพลาดโดยมีเพียงการหน่วงเวลาโดยเจตนาที่แม่นยำมากเท่านั้น

• เศรษฐกิจ: อุปกรณ์จะต้องให้การปกป้องสูงสุดในราคาขั้นต่ำ

• ความเรียบง่าย: อุปกรณ์ต้องลดวงจรป้องกันและอุปกรณ์ให้เหลือน้อยที่สุด

​