บทที่ 8 การป้องกันมอเตอร์ (Motor Protection)eestaff.kku.ac.th/~sa-nguan/192424/08-Motor protection.pdfของการลด วงจรแบบไม

1

บทท่ี 8 การป้องกนัมอเตอร ์

(Motor Protection)

2

3

3

Three-Phase AC Motor

มอเตอร์ไฟฟ้ากระแสสลับ 3 เฟส 1. Asynchronous Motor or Induction Motor ใช้หลกัการเหน่ียวน าแมเ่หลก็ไฟฟ้าระหวา่งสเตเตอร์และโรเตอร์ 2. Synchronous Motor มอเตอร์ท่ีหมนุด้วยความเร็วซงิโครนสั สนามแมเ่หลก็หมนุท่ีเกิดในสเตเตอร์จะเหน่ียวน าให้สนามแมเ่หลก็ท่ีโรเตอร์หมนุด้วยความเร็วซงิโครนสั

4

4

Induction Motor (Asynchronous Motor)

คุณลักษณะของ Induction Motor

ความเร็วรอบขึน้อยูก่บัความถ่ีของแหลง่ก าเนิดไฟฟ้ากระแสสลบั จงึมีความเร็วคงท่ี แตจ่ะเปลี่ยนตามโหลด แรงบดิเร่ิมหมนุต ่า

โครงสร้างไมซ่บัซ้อน สะดวกในการบ ารุงรักษาเพราะไมมี่คอมมิวเตเตอร์ ราคาถกู

ใช้กบังานโรงงานอตุสาหกรรม ขบัเคลื่อนลิฟท์ สายพานล าเลียง เคร่ืองไส เคร่ืองกลงึ

5

5

ส่วนประกอบของ Induction Motor Stator จะมีขดลวดอาร์เมเจอร์พนัท่ีขัว้แมเ่หลก็ 3 ชดุ อาจตอ่เดลต้า

หรือแบบวายก็ได้ มีหน้าท่ีสร้างสนามแมเ่หลก็หมนุ ไปเหน่ียวน าให้กระแสไหลและเกิดสนามแมเ่หลก็ท่ีโรเตอร์

Rotor ลกัษณะของโรเตอรม์ ี2 แบบคอื - แบบกรงกระรอก (Squirrel Cage Induction Motor) จะมแีทง่

เหน่ียวน ำฝงัอยูใ่นชอ่งทีข่นำนกนั ลดัวงจรทีป่ลำยทัง้สองดำ้น - แบบขดลวด (Wound Rotor Induction Motors) จะพนัขดลวด

เทำ่กบัขดลวดทีส่เตเตอร ์ปลำยขดลวดทัง้ 3 เฟสจะเชื่อมต่อผำ่นวงแหวนลื่น (slip ring) ผำ่นแปรงถ่ำนไปยงัอุปกรณ์ควบคุมภำยนอก

6

6

หลกัการท างานของ Induction Motor

- จำ่ยไฟฟ้ำกระแสสลบัใหข้ดลวดอำรเ์มเจอรท์ีส่เตเตอร ์จะเกดิสนำม แมเ่หลก็หมุนดว้ยควำมเรว็ซงิโครนสั - สนำมแมเ่หลก็หมนุเคลื่อนตวัตดัตวัน ำในโรเตอร ์จะเกดิแรงดนัไฟฟ้ำเหน่ียวน ำและแรงบดิ เป็นผลใหโ้รเตอรห์มุนไปในทศิทำงเดยีวกบัสนำมแมเ่หลก็หมุน - โรเตอรห์มนุไปไดด้ว้ยควำมเรว็ต ่ำกว่ำควำมเรว็ซงิโครนสั - กำรกลบัทศิทำงกำรหมุนของมอเตอร ์ท ำไดโ้ดยสลบัสำยไฟคูใ่ดคู่หน่ึงทีจ่่ำยใหข้ดลวดทีส่เตเตอร ์

7

7

Synchronous Motor

คุณลักษณะของ Synchronous motor ความเร็วคงท่ีไม่วา่มีโหลดหรือไม่มีโหลด แรงบดิเร่ิมต้น มอเตอร์ซงิโครนสัมี 2 ประเภทหลกั ๆ คือ - Permanent-Magnet Synchronous Motor - Electronically Commutated Motor / Wound rotor field มอเตอร์ท่ีใช้ไฟฟ้ากระแสตรงมากระตุ้น จะมีขนาดใหญ่กวา่ 1 HP

และต้องมีไฟฟ้ากระแสตรงจ่ายผา่น Slip Rings ใช้กบังานท่ีต้องการความเร็วคงท่ี, การควบคมุต าแหน่งท่ีแม่นย า,

การปรับคา่ power factor, อตุสาหกรรมเก่ียวกบัด้านปฏิกิริยาเคมี, pump-storage hydro power plant

8

8

ส่วนประกอบของ Synchronous motor

Stator มขีดลวด 3 ชุดพนัรอบในรอ่ง และต่อเขำ้กบัแหล่งจ่ำยไฟฟ้ำกระแสสลบั 3 เฟส เพีอ่สรำ้งสนำมแมเ่หลก็หมุน ซึง่จะแปรผนัตรงกบัควำมถีข่องแหล่งจ่ำย

Rotor จ่ำยไฟกระแสตรงเขำ้ไปเพือ่ท ำใหเ้กดิขัว้แมเ่หลก็คงทีท่ีโ่รเตอร ์ท ำใหม้อเตอรห์มนุไปดว้ยควำมเรว็เทำ่กบัควำมเรว็ของสนำมแมเ่หลก็ทีส่เตเตอร ์ทีค่วำมเรว็ซงิโครนสั

9

หลกัการท างานของ Synchronous Motor

- จำ่ยไฟฟ้ำกระแสสลบัใหข้ดลวดสเตเตอร ์จะเกดิสนำมแมเ่หลก็หมนุดว้ยควำมเรว็ซงิโครนสั - จำ่ยไฟฟ้ำกระแสตรงใหข้ดลวดโรเตอร ์จะเกดิสนำมแมเ่หลก็คงที ่ - ใหแ้รงบดิเริม่ตน้แก่โรเตอรเ์พือ่ใหโ้รเตอรห์มุนมคีวำมเรว็ใกลเ้คยีงควำมเรว็ซงิโครนสั (variable-frequency drives , amortisseur winding, separate motor) - สนำมแมเ่หลก็ทีโ่รเตอรจ์ะถูกลอ็คควำมเรว็เทำ่กบัสนำมแมเ่หลก็หมนุของสเตเตอร ์ท ำใหโ้รเตอรห์มนุไปไดด้ว้ยควำมเรว็ซงิโครนสั

10

8.1 บทน า

- มอเตอร์ใช้กันอย่างกว้างขวางและมีความส าคัญในงาน

อตุสาหกรรมเป็นอย่างมาก

- ความเสียหายของมอเตอร ์ ท าให้เสียเวลา ในการซ่อมบ ารงุ

แล้ว ยงัท าให้เกิดความสญูเสียในขบวนการผลิต

- ต้องมีการติดตัง้อุปกรณ์ป้องกนัมอเตอรจ์ากความผิดปกติท่ี

เกิดขึน้

11

มอเตอรข์นาดใหญ่ท่ีใช้ในงานอตุสาหกรรมแบง่ออกได้เป็น 3 ประเภท คือ

1. มอเตอรเ์หน่ียวน าชนิดกรงกระรอก

( Squirrel Cage Induction Motor )

2. มอเตอรเ์หน่ียวน าแบบ Slip Ring

( Slip Ring Induction Motor )

3. มอเตอรแ์บบ Synchronous

( Synchronous Motor )

8.2 ชนิดของมอเตอร ์

12

1. มอเตอรเ์หน่ียวน าชนิดกรงกระรอก ( Squirrel Cage Induction Motor )

- ขนาดระหว่าง 0.20 - 10 MW

- ใช้กบัแรงดนัระหว่างสาย ( Line Voltage ) ในช่วง

3 - 10 kV

- การเร่ิมเดินเครือ่งจะเป็นแบบ Direct On Line

หรือ Reduce Voltage Starting

13

2. มอเตอรเ์หน่ียวน าแบบ Slip Ring ( Slip Ring Induction Motor )

- ขนาดระหว่าง 0.20 - 10 MW

- ใช้กบัแรงดนัระหว่างสาย ( Line Voltage ) ในช่วง

3 - 10 kV

- การเร่ิมเดินเครือ่งจะเป็นแบบ Rotor Start

14

3. มอเตอรแ์บบ Synchronous ( Synchronous Motor )

- ขนาดระหว่าง 1 - 20 MW

- การเดินเครือ่งจะเป็นแบบ

• Direct On Line Start ,

• Induction Start

• หรือ Transformer Start

15

Motor 1000 kW, 6.6 kV

Motor 1200 kW, 6.6 kV

16

Motor 1000 kW, 6.6 kV

High-Voltage AC Motor With Slipring Rotor

17

แบง่ออกได้ 3 ชนิด คือ

1. ความผิดพรอ่งท่ีเก่ียวกบัโหลด

( Faults Related to Driven Load )

2. ความผิดพรอ่งของระบบไฟฟ้า

( Power Supply Faults )

3. ความผิดพรอ่งภายในตวัมอเตอร ์

( Internal Motor Faults )

8.3 ความเสียหายท่ีเกิดขึน้กบัมอเตอร ์

18

ความผิดพร่องท่ีเก่ียวกบัโหลด

ความผิดพรอ่งท่ีเก่ียวกบัโหลด มีดงัต่อไปน้ี

1) การท างานเกินพิกดั ( Overload )

2) การเร่ิมเดินเครือ่งยาวนานเกินไปหรอืการ Start บอ่ยครัง้เกินไป ( Too Long Too Frequent Start-Up )

3) โรเตอรถ์กูตรึงไว้ ( Jamming )

4) การใช้งานปัม๊ขณะไม่มีโหลด ( Pump De-energizing )

5) การจ่ายก าลงัย้อนกลบั ( Reverse Power )

19

ความผิดพร่องของระบบไฟฟ้า

ความผิดพรอ่งของระบบไฟฟ้า มีดงัต่อไปน้ี

1) การเกิดแรงดนัไฟฟ้าตก ( Drop In Voltage )

2) การเกิดแรงดนัไม่สมดลุ ( Unbalance )

ถ้าแรงดนัของแหล่งจ่ายไฟไม่สมดลุจะท าให้มี Negative Sequence Current ไหลได้ เป็นสาเหตุให้

มีก าลงัสญูเสียเพ่ิมขึน้อย่างมากท าให้โรเตอร ์

มีอณุหภมิูเพ่ิมสงูขึน้

20

ความผิดพร่องภายในตวัมอเตอร ์ ความผิดพรอ่งท่ีเกิดขึน้ภายในตวัมอเตอร ์ได้แก่

1) การลดัวงจรระหว่างเฟส

( Phase-to-Phase Short Circuit )

2) การลดัวงจรลงโครงโลหะ

( Frame Faults )

3) การสญูเสียซิงโครนัส

( Loss of Synchronism )

21

8.4 ข้อท่ีต้องพิจารณาในการป้องกนัมอเตอร ์

ต้องท าการพิจารณาคณุสมบติัดงัต่อไปน้ี

1) Motor Characteristics

2) Motor Starting Condition

3) Ambient Conditions

4) Driven Equipment

5) Power System

6) Motor Importance

7) Load Side Faults For Motor Controllers

22

8.5 ชนิดของการป้องกนัมอเตอร ์

ชนิดของการป้องกนัท่ีส าคญัมีดงัต่อไปน้ี - การป้องกนัแรงดนัต า่ ( Undervoltage Protection )

- การป้องกนัเฟสไม่สมดลุ ( Phase Unbalance Protection )

- การป้องกนักระแสเกินเฟสแบบทนัทีทนัใด

( Instantaneous Phase Overcurrent Protection )

- การป้องกนักระแสเกินเฟสแบบหน่วงเวลา

( Time-Delay Phase Overcurrent Protection )

- การป้องกนักระแสเกินโหลดเฟส

( Overload Phase Overcurrent Protection )

23

ชนิดของการป้องกนัท่ีส าคญัมีดงัต่อไปน้ี (ต่อ)

- การป้องกนัลดัวงจรลงดินแบบทนัทีทนัใด

( Instantaneous Ground Overcurrent Protection )

- การป้องกนัลดัวงจรลงดินแบบหน่วงเวลา

( Time-Delay Ground Overcurrent Protection )

- การป้องกนัผลต่างกระแสเฟส

( Phase Current Differential Protection )

24

ชนิดของการป้องกนัท่ีส าคญัมีดงัต่อไปน้ี (ต่อ) - การป้องกนัเฟสไม่สมดลุแบบแยกขดลวด

( Split Winding Current Unbalance Protection )

- การป้องกนัอณุหภมิูสงูของขดลวดสเตเตอร ์

( Stator Winding Overtemperature Protection )

- การป้องกนัอณุหภมิูสงูของขดลวดโรเตอร ์ ( Rotor Overtemperature Protection )

- การป้องกนัมอเตอรซิ์งโครนัส

( Synchronous Motor Protection )

25

ชนิดของการป้องกนัท่ีส าคญัมีดงัต่อไปน้ี (ต่อ)

- การป้องกนัการเร่ิมเดินเคร่ืองไม่สมบรูณ์

ของมอเตอรเ์หน่ียวน า

( Induction Motor Incomplete Starting

Sequence Protection )

- การป้องกนัการเร่ิมเดินเคร่ืองบอ่ยเกินไป

( Protection Against Too Frequent Starting )

26

ชนิดของการป้องกนัท่ีส าคญัมีดงัต่อไปน้ี (ต่อ)

- การป้องกนัลดัวงจรลงดินของขดลวดโรเตอร ์ (Rotor Winding Ground Fault Protection)

- การป้องกนัฟ้าผา่และเสิรจ์ (Lightning and Surge Protection) - การป้องกนัการไม่หมนุหรือหมุนกลบัทิศทาง (Protection Against Failure to Rotate or Reverse

Rotation Protection) - การป้องกนัทางกล (Mechanical and Other Protections)

27

8.6 การป้องกนัแรงดนัต า่

มีจดุประสงคด์งัน้ี 1. เพ่ือป้องกนัความเสียหายท่ีอาจเกิดขึน้กบัมอเตอรท่ี์เร่ิม

เดินเครื่องใหม่อีกครัง้เมื่อแรงดนัหายไปแล้วกลบัมาอีก

(Undervoltage Protection)

2. เพ่ือหลีกเล่ียงกระแสเข้ามอเตอร์ท่ีพุ่งสูงขึ้นของโหลดมอเตอร์ในระบบไฟฟ้า, ป้องกนัการเกิดแรงดนัตก (Voltage Drop), แรงดนัตกชัว่ขณะ ( Voltage Dip ) เมื่อแรงดนัหายไปแล้วกลบัมาอีก

28

8.6 การป้องกนัแรงดนัต า่

Undervoltage Protection

- Instantaneous

- Time-Delay ใช้กบัมอเตอรท่ี์ส าคญัมาก ป้องกนัการ Trip ท่ีไม่จ าเป็นเน่ืองจาก Voltage Drop จากการลดัวงจรภายนอก

( Undervoltage Protection )

29

8.7 การป้องกนัเฟสไม่สมดลุ

เพื่อป้องกนัมอเตอรเ์กิดความร้อนสงูเกิน (Overheating) ซ่ึงจะเกิดขึน้เมื่อแรงดนัเฟสไม่สมดลุ โดยอาจเกิดจากสาเหต ุ2 ประการ คือ

1. การเพ่ิมกระแสเฟสท่ีไหลในมอเตอรเ์พ่ือให้สามารถจ่ายก าลงัอย่างต่อเน่ืองให้ได้เท่ากบัเม่ือแรงดนัยงั สมดลุอยู่

( Phase Unbalance Protection )

30

2. แรงดนั Negative-Sequence ท่ีปรากฏขึ้นจะท าให้เกิดกระแสท่ีผิดปกติไหลในโรเตอร ์ เน่ืองจากค่า Negative – Sequence Impedance ของมอเตอรมี์ค่าประมาณ Locked Rotor Impedance

ดงันัน้เพียงเกิดแรงดนั Negative-Sequence ท่ีค่าต า่ๆ กส็ามารถสรา้ง กระแส Negative-Sequence ขนาดสงูได้

31

การเกิดแรงดนัเฟสไม่สมดลุ ( Phase Unbalance )

1) แรงดนัท่ีขัว้มอเตอรไ์ม่เท่ากนั เน่ืองจากแรงดนัตกของแต่ละเฟสก่อนเข้ามอเตอร์ไม่เท่ากนัหรือเกิดจากผลของการลดัวงจรแบบไม่สมดลุท่ีระบบไฟฟ้า

2) สายไฟฟ้าเส้นหน่ึงท่ีจ่ายให้มอเตอรไ์ม่มีไฟเล้ียงท าให้มีไฟเพียง 2 เส้นท่ีจ่ายไฟให้มอเตอร ์สภาพเช่นน้ีเรียกว่าการเกิด Single Phasing

32

รีเลยท่ี์ใช้ในการป้องกนัเฟสไม่สมดลุ

รวมทัง้ Single-Phasing มีดงัน้ี

- Phase Current Balance Relay

- Negative-Sequence Voltage Relay

- Negative-Sequence Current Relay

33

( Instantaneous Phase Overcurrent Protection )

8.8 การป้องกนักระแสเกินเฟสแบบทนัทีทนัใด

การตรวจจบัการลดัวงจรระหว่างเฟส

( Phase Short Circuits )

โดยไม่มีการหน่วงเวลามีผลดี ดงัน้ี

1. ลดความเสียหายท่ีจะเกิดขึน้จากความผิดพร่อง

2. ลดช่วงเวลาของการเกิดแรงดนัตกชัว่ขณะ

( Voltage Dip )

34

( Instantaneous Phase Overcurrent Protection ) 8.8 การป้องกนักระแสเกินเฟสแบบทนัทีทนัใด

3. ลดโอกาสท่ีความผิดพร่องจะแพร่ขยายไป

ท าให้เกิด ไฟไหม้ หรือความ เสียหายจากการระเบิด

มอเตอรข์นาดใหญ่โดยทัว่ไปจะตัง้

Instantaneous Pick up ประมาณ 175%

ของ Maximum Symmetrical Starting Current

35

( Time Phase Overcurrent Protection )

8.9 การป้องกนักระแสเกินเฟสแบบหน่วงเวลา

การตรวจจบัเหตกุารณ์ผิดปกติ ดงัน้ี คือ

1. การท่ีมอเตอรไ์ม่สามารถเร่งไปถึงความเรว็พิกดัได้ ในขณะท่ีเร่ิมเดินเคร่ือง 2. มอเตอรใ์นสภาพท่ีท าให้ไม่หมุน (Stalled Condition ) 3. การเกิดความผิดพร่องระหว่างเฟสท่ีมีค่าต า่

36

การป้องกนัแบบ Time-delay Overcurrent

ส่วนมากจะใช้ Thermal Overcurrent Relays

การปรบัตัง้ Thermal Overcurrent Relays 1. ถ้าต้องการป้องกนัโหลดเกิน ควรตัง้ค่า Pickup

ให้สงูกว่าค่ากระแสพิกดัของมอเตอรป์ระมาณ 5-25%

2. เม่ือไม่มุ่งเน้นป้องกนัการเกิดโหลดเกิน ควรตัง้ค่า Pickup

ท่ี 200-350 % ของพิกดัมอเตอร ์

เพื่อหลีกเล่ียงการ Trip เม่ือเกิด Overload

37

การปรบัตัง้ Thermal Overcurrent Relays ( ต่อ )

3. ในบางกรณีอาจจะตัง้ค่า Pick up

ให้สงูกว่าค่า Symmetrical Starting Current

ขณะเร่ิมเดินเคร่ืองเพียงเลก็น้อยได้

ซ่ึงต้องการให้รีเลยท์ าหน้าท่ีป้องกนั

ความผิดพร่องเท่านัน้ ค่า Time Delay

ในท่ีน้ีจะต้องมีช่วงเวลาท่ีสัน้มาก

38

• ตรวจจบักระแสเกินพิกดัเลก็น้อยเป็นเวลานานๆ

• ให้รีเลยท์ าการ Trip ก่อนท่ีตวัมอเตอรจ์ะได้รบัความเสียหาย

อาจมี Overload Protection 2 ชดุ คือ 1) ชดุท่ีหน่ึง เพื่อให้ Alarm โดยปรบัตัง้ค่าท่ีต า่ๆ และเวลาสัน้ๆ

2) ชดุท่ีสอง ปรบัตัง้ไว้ท่ีค่า Higher Pickup และเวลาช้ากว่า

• 8.10 การป้องกนักระแสเกินโหลดเฟส ( Overload Protection )

39

8.11 การป้องกนัลดัวงจรลงดินแบบทนัทีทนัใด

การตรวจจบัและการป้องกนัการเกิดความผิดพร่องลงดิน

( Ground-Fault ) แบบทนัทีท าได้โดยใช้

1) Zero-Sequence Current Transformer or Sensor and Ground Relay-Device (50G)

การปรบัตัง้ค่าการ Trip ท่ีกระแส Primary Ground Fault 5 – 20 A

( Instantaneous Ground Overcurrent Relay Protection )

40

8.11 การป้องกนัลดัวงจรลงดินแบบทนัทีทนัใด ( Instantaneous Ground Overcurrent Relay Protection )

2) Residually Connected Current Transformers

and Ground Relay

- Residual Connection จาก CT 3 ตวั

เพ่ือจ่ายให้ Ground Relay

- อาจมีปัญหา Unequal Saturation ของ CT

ท าให้เกิด Fault Trip ได้

41

รปูท่ี 8.1 Ground Overcurrent Protection Using Windows-type Current Transformer

42

การตรวจจบัการเกิดความผิดพร่องลงดิน ( Ground-Fault ) แบบหน่วงเวลาโดยท่ีรีเลยร์บัค่ากระแสผา่นหม้อแปลงกระแส

มีการท างานทัง้แบบ Instantaneous และ Time-delay ดงัน้ี

1) Zero-Sequence Current Transformers

and Time-delay Ground Relay

2) Residually Connected Current Transformers

and Ground Relay

8.12 การป้องกนัลดัวงจรลงดินแบบหน่วงเวลา ( Time-delay Ground Overcurrent Protection )

43

8.13 การป้องกนัผลต่างกระแสเฟส

จดุประสงคข์องการป้องกนัแบบน้ีคือ

การตรวจวดั Fault Condition อย่างรวดเรว็

การป้องกนัแบบน้ีสามารถท าได้ 2 วิธี คือ

1) Conventional Phase Differential

2) Self-Balancing Differential Using Zero Sequence Current Transformer

( Phase Current Differential Protection )

44

รปูท่ี 8.2 Conventional Phase Differential Protection Using Three Percentage Differential Relays ( One Shown )

87

x

45

รปูท่ี 8.3 Conventional Phase Differential Protection

46

8.14 การป้องกนัเฟสไม่สมดลุแบบแยกขดลวด

จดุประสงคข์องการป้องกนั

เพ่ือตรวจวดักระแสลดัวงจรท่ีมีค่าต า่ได้อย่างรวดเรว็

เป็น Back up Protection ส าหรบั

Instantaneous Phase Overcurrent

และ Ground Overcurrent Protection

( Split Winding Current Unbalance Protection )

47

รปูท่ี 8.4 Split-phase Motor Overcurrent Protection Can Be Used with Two Paths Per Phase ( One Relay Shown )

48

8.15 การป้องกนัอณุหภมิูสงูของขดลวดสเตเตอร ์

- การป้องกนัแบบน้ีจะตรวจวดัอณุหภมิูท่ีสงูเกินของ ขดลวด Stator ก่อนท่ีจะท าขดลวดเสียหาย

- การป้องกนัโดยทัว่ไปจะให้ Alarm เพื่อให้ ผูป้ฏิบติังานทราบและท าการแก้ไข

- บางครัง้อาจมี 2 Temperature Setting

ค่าอณุหภมิูต า่ส าหรบั Alarm

และอณุหภมิูสงูส าหรบั Trip

( Stator Winding Overtemperature Protection )

49

การตรวจวดัอณุหภมิูท าได้หลายวิธี คือ

1) Resistance Temperature Detectors

2) Thermocouples

3) Thermistors

50

การตรวจวดัอณุหภมิูท าได้หลายวิธี คือ

1) Resistance Temperature Detectors

- ใช้กบัมอเตอรข์นาดใหญ่

- มี Detector 6 ตวั 2 ตวัต่อเฟส ฝังใน Slots

- ค่าท่ีใช้ 10 หรือ 120 - ค่าความต้านทานจะแปรตาม อณุหภมิู

- เมื่อ อณุหภมูเกิน หน้าสมัผสัท างาน

ท าให้ เกิดการ Trip

51

การตรวจวดัอณุหภมิูท าได้หลายวิธี (ต่อ) 2) Thermocouples - แสดงอณุหภมิู - ส าหรบัให้ Alarm หรือ Trip - ถ้าสายขาดหรือเปิดวงจร จะไม่ให้ Trip เหมือนอณุหภมิูต า่

52

การตรวจวดัอณุหภมิูท าได้หลายวิธี (ต่อ)

3) Thermistors

มี 2 แบบ

- Positive Temperature Coefficient ( PTC )

คตท มีค่าเพ่ิมตามอณุหภมิู

- NegativeTemperature Coefficient ( NTC )

คตท มีค่าลดลงตามอณุหภมิู

53

8.16 การป้องกนัอณุหภมิูสงูของขดลวดโรเตอร ์

การป้องกนั Rotor Overtemperature

ใช้กบั Motor 2 ชนิด คือ

1) Synchronous Motors

- ใช้ Kelvin Bridge แบบบนัทึกรว่มกบัตวัปรบั

อณุหภมิูท่ีตัง้ไว้ โดยท่ี Kelvin Bridge

จะท าการวดั Field Resistance

( Rotor Overtemperature Protection )

54

8.16 การป้องกนัอณุหภมิูสงูของขดลวดโรเตอร ์ ( Rotor Overtemperature Protection )

2 ) Wound Rotor Induction-Motor Starting Resistors

- ใช้ Resistance Temperature Detectors ( RTDs )

หรอื Temperature Sensors

แบบอ่ืนๆ ติดตัง้ใกล้ Starting Resistors

55

8.17 การป้องกนัมอเตอรซิ์งโครนัส

การป้องกนั Synchronous Motor

- ต้องท าตามข้อต่างๆ ท่ีกล่าวมาแล้ว

ยงัต้องท าการป้องกนัตามข้อดงัต่อไปน้ี

( Synchronous Motor Protection )

56

8.17 การป้องกนัมอเตอรซิ์งโครนัส

1) Damper Winding Protection - เมื่อท าการสตารท์ Synchronous Motor

จะมีกระแสเหน่ียวน าสงูเกิดขึน้

ท่ีขดลวด Rotor Damper Winding

ถ้ามอเตอรใ์ช้เวลายาวนานเกินไปท าให้

เกิดความเกิดความร้อนสงูและเสียหายได้

- รีเลยว์ดัค่า Damper Winding Temperature Trip

57

2 ) Field Current Failure Protection กระแส Field-Current อาจมีค่าลดลงสาเหตหุลายประการคือ

- การ Trip ของ Remote Exciter

- การไหม้ของขดลวด Field Contactor Coil - เกิดจากอบุติัเหตทุ าให้เกิดการ Trip ของ ขดลวด Field Winding - เม่ือความต้านทานของหน้าสมัผสัมีค่าสงูหรือ มีการเปิดวงจรระหว่าง Slip Ring และ Brushes

58

ส่วนเหตผุลท่ีต้องท าการตรวจวดัการลดของ

กระแสสนาม เน่ืองจาก

- มอเตอรท่ี์มีโหลดมากอาจจะท าให้เกิด

Pull Out of Step หรือ Stall ได้

- มอเตอรท่ี์มีโหลดน้อย กจ็ะไม่สามารถ

รบัโหลดท่ีเพ่ิมขึน้ได้

59

ส่วนเหตผุลท่ีต้องท าการตรวจวดัการลดของ

กระแสสนาม เน่ืองจาก

- มอเตอรท่ี์มีโหลดปานกลางอาจจะ Pull out of Step

เม่ือเกิด Voltage Dip

- การลดลงของการกระตุ้น ( Excitation ) จากระบบไฟฟ้า

โดยมอเตอรข์นาดใหญ่ อาจเป็นสาเหตทุ าให้

เกิด Voltage Drop ท่ีรนุแรง ซ่ึงจะมีผลต่อมอเตอรต์วัอ่ืน

60

3 ) Pullout Protection การ Pull out of Step ตรวจวดัโดยรีเลยแ์ต่ละแบบ ดงัน้ี

- โดย Instantaneous Relay จะต่อขดลวดทาง ด้าน Secondary ของหม้อแปลง และทางด้าน Primary จะมี Direct Field Current เมื่อมอเตอร เกิด Pull out of Step ขึน้ กระแสสลบั จะเกิดการเหน่ียวน าในวงจรสนามและหม้อแปลง ท าให้ Pullout Relay ท างาน ซ่ึงรีเลยช์นิดน้ีราคาจะไม่แพง แต่จะเกิด Fault Trip ขึน้ได้ เมื่อมี Transient ภายนอกระบบเกิดขึน้

61

3 ) Pullout Protection

Relay ท่ีใช้มี

- Power-Factor Relay

- Loss of Excitation Relay

62

4 ) Incomplete Starting Sequence

- การป้องกนัแบบน้ีปกติแล้วจะ

มีตวั Timer ท าการ Block การ Tripping

ของ Field Current Failure Protection

63

4 ) Incomplete Starting Sequence - ป้องกนัการเกิด Pull out ในระหว่างการสตารท์ ตามปกติ ตวั Timer จะเร่ิมท างาน โดย Auxiliary Contact ใน Motor Startor โดยช่วงเวลาท่ีตัง้ไว้น้ีจะหาได้ในระหว่าง การทดสอบการสตารท์ ซ่ึงจะมากกว่าช่วงเวลาปกติ ของมอเตอรจ์ากการเร่ิมเดินเคร่ืองจนถึง Full Field Current เพียงเลก็น้อย

64

8.18 การป้องกนัการเร่ิมเดินเครือ่งไม่สมบรูณ์ของมอเตอร์เหน่ียวน า

Wound-Rotor Induction Motor ท่ีใช้การ

Start แบบ Reduced Voltage ควรมีตวั Timer คอยป้องกนั

ในกรณีท่ีการ Start ไม่สมบรูณ์

ถ้าเวลาท่ีใช้ในการ Start มากกว่า

ค่าท่ีตัง้ไว้ ( Preset Time )

Timer จะท าให้ Trip Contact ปิด ส่งผล

ให้ Contactor หรือ Circuit Breaker เปิดวงจรมอเตอร ์

65

8.19 การป้องกนัการเร่ิมเดินเคร่ืองบอ่ยเกินไป

การป้องกนัการ Start บอ่ยครัง้เกินไป

สามารถท าได้ ดงัต่อไปน้ี

1) ใช้ตวั Timer ในการหยดุการ Start ครัง้ท่ีสอง

ถ้ายงัไม่ถึงเวลา Preset Timing Interval ของมอเตอร ์

2) ใช้ Stator Thermal Overcurrent Relays

ในการป้องกนัโดยจะขึน้อยู่กบั

( Protection Against Too Frequency Starting )

66

8.20 การป้องกนัลดัวงจรลงดินของขดลวดโรเตอร ์

1) Synchronous Motors - ปกติขดลวดสนามจะไม่ได้ต่อถึงดิน

การต่อท าให้เกิด Fault

- การป้องกนั Rotor Earth Protection

ของ Synchronous Motor จะเหมือนกบั

ของ Synchronous Generator เคร่ืองก าเนิดไฟฟ้า

( Rotor Winding Ground Fault Protection )

67

8.20 การป้องกนัลดัวงจรลงดินของขดลวดโรเตอร ์ ( Rotor Winding Ground Fault Protection )

2) Wound Rotor Induction Motors มอเตอรแ์บบ Wound-Rotor อาจเสียหายเน่ืองจาก

Resonant Torques ท่ีมีค่าสงู

สาเหตจุากการท างานท่ีมี Impedance

ท่ีไม่สมดลุในวงจรโรเตอร ์

68

8.21 การป้องกนัฟ้าผา่และเสิรจ์

1) Types of Protection

- โดยทัว่ไปจะใช้ Surge Arresters 1 ตวัต่อเฟส

โดยต่อระหว่างเฟสและ Ground เพื่อจ ากดัแรงดนั

ท่ีขดลวดมอเตอรใ์ห้มีค่าต า่ เมื่อมี Lightning Surge

และ Switching Surge

- ใช้ Surge Capacitors เพ่ือลดความชนัของ

ลกูคล่ืน Lightning Surge and Switching Surge

( Lightning and Surge Protection )

69

2 ) Locations of Surge Protection

- Surge Arrester และ Surge Capacitor

ต้องต่อใกล้ขัว้มอรตอร ์

จะต่อห่างไม่เกิน 1 m จากขัว้มอเตอร ์

- วงจร Supply Circuit

จะต้องเข้ากบั Surge Equipment ก่อน

แล้วต่อไปยงัขัว้มอเตอร ์

70

3 ) When to Apply Surge Protection - ใช้กบัมอเตอรแ์รงดนัปานกลาง

ขนาดมากกว่า 400 kW ขึน้ไป

- ใช้กบัมอเตอรข์นาด 150 kW ซ่ึงต่อกบั

สาย Overhead Line ท่ีแรงดนัเดียวกบัมอเตอร ์

- เม่ือน าหม้อแปลงท่ีต่อกบัมอเตอร ์

ต่อเข้ากบัสาย Overhead Line

ในบางครัง้ยงัคงต้องการ Surge Protection

ในการป้องกนั Lightning Surge ด้วย

71

8.22 การป้องกนัการไม่หมนุหรือหมนุกลบัทิศทาง

1) Protection Against Failure to Rotate

- สภาพเช่นน้ีเกิดขึน้ถ้า Supply 3 เฟส ขาดหายไป

ทัง้ 3 เฟส หรือ ขาดหายไป 1 เฟส ( Single Phasing )

แล้ว จะ Start Motor ไม่ได้

- ถ้า Motor หรือ Driven Load ถกูตรงึอยู่กบัท่ี

ท าให้มอเตอรห์มนุไม่ได้ ( Jammed )

72

การปัองกนัท าได้ดงัน้ี

1. ใช้รีเลยต์รวจจบัการเกิด Single Phasing

2. ใช้วิธีวดัความเรว็ด้วย Shaft Speed Sensor

และ Timer เพ่ือตรวจสอบว่า Motor

ได้ว่ิงถึงความเรว็แล้วหรือยงั

ตามเวลาท่ีตัง้ไว้ ( Preset Time )

73

การปัองกนัท าได้ดงัน้ี 3. ส าหรบั Induction Motor และ Brushless Synchronous Motor

ท่ียอมให้เวลา Locked Rotor นานกว่าเวลา

Normal Acceleration Time การป้องกนั จะใช้

Time-delay Phase Overcurrent Relay ธรรมดา

4. ส าหรบั Brush-type Synchronous Motor

จะมีเวลา Locked Rotor น้อยกว่าเวลา Normal Acceleration

วิธีป้องกนัใช้ Frequency-Sensitive Relay

ต่อกบั Field Discharge Resistor และ Timer

74

การปัองกนัท าได้ดงัน้ี (ต่อ)

5. ส าหรบั Brush-type Synchronous Motor

จะมีเวลา Locked Rotor มากกว่า

เวลา Normal Acceleration Time

การป้องกนัใช้ Damper Winding Protection

และ Incomplete Starting Sequence

ตามท่ีได้กล่าวมาแล้ว

75

2 ) Protection Against Reverse Rotation

- การท่ี Motor หมุนกลบัทางนัน้ เกิดจากการสลบัเฟส ของไฟฟ้า 3 Phase

- การหมนุกลบัทางอาจท าให้เกิด

ความเสียหายทางกลอย่างมาก

76

8.23 การป้องกนัทางกล

1) Bearing and Lubricating Systems - มี Temperature Sensor หลายแบบท่ีใช้ตรวจวดั

อณุหภมิูบน Sleeve Bearing เช่น

Resistance Temperature Detectors ( RTDs )

Thermocouples

Thermostats

Temperature Bulbs

( Mechanical and Other Protection )

77

มี Alarm & Trip ท่ีใช้กบั

Bearing Lubricating System เพื่อ Monitor

1) Lubricating Oil Temperature

2) Cooling Water Temperature

3) Lubricating Oil Flow

4) จาก 3 อาจใช้ Pressure Switches ท่ีเหมาะสม

78

2 ) Ventilation and Cooling Systems - มี Alarm และ Trip - การตรวจวดัมีดงัน้ี

1) ตรวจวดั High-presser Drop ท่ี Filter ของระบบระบายความร้อนของมอเตอร ์ 2) ตรวจวดัการ Air Flow จาก Blower ภายนอก 3) ส าหรบั Motor แบบ Water-cooled Motor วดัความดนัน ้า , Flow 4) ส าหรบั Inert Gas-cooled Motors ต้องมีการ ตรวจวดัของ Pressure และ Temperature Sensors

79

3 ) Vibration Detectors

- ท่ี High Speed Driver ควรมี

Vibration Detectors ส าหรบัป้องกนั

โดยให้มี Alarm หรือ Trip

80

8.24 ตวัอย่างวิธีการและอปุกรณ์ท่ีใช้ในการป้องกนั

มอเตอรเ์หนี่ยวน ำ การป้องกนัมอเตอรเ์หน่ียวน านัน้

จะขึน้อยู่กบัขนาดของมอเตอร ์

สามารถแบง่ได้ดงัน้ี

- มอเตอรข์นาดปานกลาง 500 kW

- มอเตอรข์นาดใหญ่ 500 kW

81

รปูท่ี 8.5 วงจรป้องกนัมอเตอรเ์หน่ียวน าท่ีมีขนาดปานกลาง ( ต า่กว่า 500 kW )

MOTOR

50 GS

27

47

48

4950

Control Package

Bus

5150

มอเตอรเ์หน่ียวน าท่ีมีขนาดปานกลาง ( ต า่กว่า 500 kW )

82

Protective Relays 1 . Undervoltage Relay ( 27 )

2 . Thermal overload Relay ( 49 / 50 )

3 . Instantaneous Overcurrent Relay ( 50GS )

4 . Incomplete Sequence Timer ( 48 )

83

มอเตอรเ์หน่ียวน าท่ีมีขนาดใหญ่ ( สงูกว่า 500 kW )

รปูท่ี 8.6 วงจรป้องกนัมอเตอรเ์หน่ียวน าท่ีมีขนาดใหญ่ ( สงูกว่า 500 kW )

MOTOR

50 GS

27

47

48

4950

Control Package

Bus

50 46

49

RTD

87

84

Protective Relays 1 . Undervoltage Relay ( 27 )

2 . Current Balance Relay ( 46 )

3 . Temperature Relay ( 49 )

4 . Time Overcurrent Stalled Rotor Relay ( 49 / 50 )

5 . Instantaneous Overcurrent Relay ( 50 )

6 . Instantaneos Overcurrent Ground Relay ( 50GS )

7 . Differential Relay ( 87 )

8 . Incomplete Sequence Timer ( 48 )

85

Motor Multifunction Relay

บริษทัผลิต Relay ป้องกนัมอเตอรปั์จจบุนันิยม ท า Relay ตวัเดียว แต่มี Functions หลายแบบ เรียกว่า Motor Multifunction Relay Relay แบบใหม่น้ีมี Functions มากมาย เช่น - Protection - Measurement and Monitoring - Control - Communication - etc

86

Motor Multifunction Relay

87

88

Device Functions 49 Thermal Overload 50 / 51 Short-Circuit 48 / 51 Excessive Start Time 50S / 51LR Locked-Rotor While Running or at Start-Up 46 Unbalance,Loss of Phase and Single Phasing 50N / 51N Earth Fault

89

Device Functions 37 Loss of Load 66 Limitation of the Number of Start, Time Between Start 86 Latching of Trip Output relay 30 Annunciator Relay 14 Under-Speed Device 38 Bearing Protective Device 74 Alarm Relay 52 AC Circuit Breaker

90