บทท 3

การด าเนนการวจย

3.1 การใชโปรแกรม ATP-EMTP[2][5]

ในชวงตน ค.ศ. 1960 ไดมการน าคอมพวเตอรมาใชงานอยางกวางขวางทวโลก การวเคราะหระบบไฟฟาจงเรมมการเปลยนแปลงจากระบบอะนาลอกมาใชคอมพวเตอรในการค านวณ Dr.Dommel แหงมหาวทยาลย Munich ประเทศเยอรมนไดเรมพฒนาโปรแกรมส าหรบการค านวณ ทรานเซยนตในระบบไฟฟาแบบดจตลขน โดยอาศยการของ Schnyder - Bergeron เปนวทยานพนธระดบปรญญาเอกทาง Benneville Power Administration (BPA) ซงจดตงโดยกระทรวงพลงงานของสหรฐมความสนใจวทยานพนธนจงเชญ Dr.Dommel มาเปนนกวจย เพอท าการพฒนาโปรแกรมดงกลาว จนในป ค.ศ. 1968 Transient Program Mode1 ซงมประมาณ 4,000 บรรทด กเสรจสมบรณออกน ามาเผยแพร

ในป ค.ศ. Dr.Dommel ลาออกจาก BPA โดยม Dr.W.Scott-Meyer เปนผรบผดชอบชวงตอในการพฒนาโปรแกรม จนในป ค.ศ. 1976 กมนกวจยอกหลายคนเขามารวมในการพฒนาโปรแกรม เชน Dr.Tse-Huei Liu และDr.Akihiro Ametani นอกจากน Mr.L.Dube ผพฒนา TACS/MODEL Dr.V.Brandwain ผพฒนาโครงสรางเครองจกกลไฟฟฟา Prof.A.Semlyen ผพฒนาโมเดลของสายสงเขารวมท าใหโปรแกรม EMTP ใหมความสามารถมากยงขน จนในชวงตนทศวรรษ 1980 โปรแกรม EMTP กเสรจสมบรณ และมการน าไปใชงานในการวเคราะหวงจรไฟฟาและอเลกทรอนกสทวโลก การพฒนาโปรแกรมด าเนนเรอยมา จนปจจบนโปรแกรม EMTP แยกออกเปน 3 กลมดวยกน คอ EMTP ของ BPA DCG/EPRI และ ATP-EMTP ของ Dr.Scott-Meyer

การใชโปรแกรม EMTP วเคราะหสภาวะทรานเซยนตในระบบไฟฟาใหมความถกตองและเชอถอไดนนจ าเปนตองอาศยการสรางแบบจ าลองคณสมบตของอปกรณ และปรากฏการณตางๆ ในระบบใหใกลเคยงกบความเปนจรงมากทสด ในบางครงจงมความยงยากและซบซอนท งนขนอยกบจดประสงคของการวเคราะหดวย

20

ATPDraw รองรบการจ าลองวงจรในระบบไฟฟาไดหลายวงจร และสามารถ copy วงจรหรอขอมลระหวางวงจรอนๆ ได โดยมฟงกชนการท างาน edit function เหมอนโปรแกรมทวไป เชน (copy/paste, grouping, rotate, export/import, undo/redo) นอกจากน ATPDraw ยงรองรบการ Export file เปน Clipboard และ Metafile อกดวย

3.2 รปแบบการวจย

แรงดนเกนจากฟาผาสามารถเกดขนไดหลายรปแบบ คอ การเกดฟาผาลงสายสงโดยตรงซงเปน

กรณทมแรงดนเกนสงทสดและแรงดนเกนดงกลาวฉนวนในระบบไฟฟาก าลงไมสามารถทนได การเกดฟาผาลงลกถวยฉนวนไฟฟา ท าใหเกดแรงดนเหนยวน าในสายสง รปท 3.31 และ รปท 3.32 แสดงแรงดนเกนทเกดในสายสงเนองจากรปแบบการเกดตางๆ กน

ภาพท 3.1 แรงดนเกนจากฟาผาลงสายสง

21

ภาพท 3.2 แรงดนเกนจากฟาผาลงลกถวยฉนวน

ส าหรบฟาผาทลงสายตวน าโดยตรงจะท าใหเกดแรงดนเกนสงทสด พจารณารปท 3.33 เมอมกระแสฟาผาลงสายสงท าใหเกดกระแสไหลไปสองทางดงในรป เมอมกระแสฟาผา (I) ลงสายตวน าทมคาเสรจอมพแดนซ (Z0) จะเกดกระแสไหลไปสองทาง และเกดแรงดนมคา

0

1

2V IZ (3.1)

ภาพท 3.3 กระแสฟาผา I ลงสายท าใหเกดกระแสไหลไปสองทางและเกดแรงดนสงในสาย

22

ในระบบสายสงทส าคญและมจ านวนฟาผาสง ในทางปฏบตทพยายามจะปองกนการเกดฟาผาโดยตรงทสายเฟสตวน า อาจตองตดตงสายดนปองกน (Overhead Ground Wires) 1 หรอ 2 เสน เหนอสายเฟสตวน าเพอลดวงจรกระแสฟาผาลงดน แรงดนเหนยวน าในสายเฟสทเกดขนเมอมกระแสไหลผานสายดนจะต ากวาแรงดนในสายเฟสทเกดจากฟาผาโดยตรงมาก อยางไรกตาม แรงดนในสายเฟสเมอมฟาผาลงสายดนยงมคามากพอทจะท าใหเกดวาบไฟตามผวยอนกลบ (Back flashovers) พจารณาจากรปท 3.34 คา Z คอ เสรจอมพแดนซสายดนขนานกน แรงดน ณ จดทฟาผา หาไดจาก

0

(1 )s

ZV IZ I

Z

Z

ภาพท 3.4 วงจรสมมลเทวนนส าหรบฟาผา

(3.2)

23

I0 = กระแสฟาผาเรมตน (แหลงก าเนดกระแสคงท) I = กระแสฟาผาทจดทางเขา Zs = เสรจอมพแดนซของชองทางฟาผา V = แรงดนของวตถทถกฟาผา

ส าหรบการค านวณหาโอกาสทจะเกดวาบไฟตามผว จะตองเรมจากการหาวาจะมฟาผาจ านวนกครงทผาลงสายสง ความรเกยวกบความหนาแนนฟาผา (Ground Flash Density: Ng flashes/km2-year) และพนททมกถกฟาผาควรท าการศกษาและรวบรวมขอมลเหลานในแตละพนท พนททมกถกฟาผาขนกบความสงของสายตวน าเปด

1.250.04g dN T ครง/100 กม.-ป (3.3)

Ng = โอกาสทจะเกดวาบไฟตามผว Td = จ านวนวนทมฟาคะนองใน 1 ป หากพจารณาในกรณทฟาผาลงบนสายดน (Ground wire) จะสามารถค านวณหาจ านวนทฟาผาลงบนสายดน N(G) จากสมการ

0.628( )

10

g T gN h SN G

ครง/100 กม.-ป (3.4)

hT = ความสงของเสา (Tower) Sg คอระยะหางระหวางสายดน การค านวณหาการเกดวาบไฟตามผวยอนกลบ (Back flashovers, BFR) ในกรณทเกดฟาผาทสายดนสามารถค านวนไดโดยสมการ

24

C

0.6 ( ) CBFR N G P I

(3.5)

P(IC) = โอกาสทกระแสฟาผาจะมากกวาคอเทากบคากระแสวกฤต (IC) ทจะเกดการวาบไฟตามผวยอนกลบ การค านวณหา P(IC) สามารถค านวนไดจาก

2.6

1

131

P II

การค านวณหาคาแรงดนครอมฉนวน และคากระแสวกฤต (IC) ขอมลทมความจ าเปนในการประเมนสมรรถนะการปองกนฟาผาไดแก ขนาดและลกษณะลกคลนแรงดนทตกครอมจดวกฤตบนฉนวน แรงดนเหลานตองหาจากหลายๆสวนประกอบกนดงน 1. ลกษณะของฟาผา ไดแก รปคลน ขนาดกระแส จดทฟาผา (เสา ระยะสาย สายดนปองกน หรอสายตวน า) 2. ขอมลสาย ไดแก ระยะหางระหวางเสา ความสงเสา เสรจอมพแดนซ ความตานทานดนทเสา เสรจอมพแดนซตวเองและแบบเหนยวน ารวม (Self and Mutual Surge Impedance) ของตวน า ในทนจะกลาวถงวธการค านวณหาคาแรงดนครอมฉนวน และคากระแสวกฤต (IC) ดวยวธการใชโปรแกรม Electromagnetic Transient Program (ATP-EMTP)

(3.6)

25

3.3 การโมเดลอปกรณตางๆ ในระบบ 1. โมเดลสายสง (Transmission Line Model) ส าหรบการค านวณทความถสงการโมเดลสายสงใช frequency-dependent model โดยใช JMarti model โดยใช Span เทากบ 40 เมตร ภาพท 3.5 การโมเดลสายสง สายสงระบบ 22 kV ทใชเปนสายขนาด 185 SQ.MM SAC และมสายดน (overhead ground wire) โดยมรายละเอยดของโครงสรางเสา (tower configuration)

26

2. โมเดลสายสงรปแบบการตดตงแบบเดม จากระบบมาตรฐานของการไฟฟาสวนภมภาค โดยการตดตงอปกรณการขยายเขตของระบบจ าหนาย เปนการประกอบไมคอนกบเสาคอนกรต ระบบ 11-22 kV ส าหรบทางตรง 0-5 องศา - รปแบบการตดตงไมคอน เปนการตดตงในแนวระนาบ - ลกถวยทใชเปนลกถวยกานตรง (หรอลกถวย Fox )

ก.การตดตงแบเดม

ข.ระยะการตดตง

ภาพท 3.6 รปแบบการตดตงสายจ าหนาย 22 kV (เดม)

A B C

27

โมเดลการทดลอง (การตดตงแบบเดม) ภาพท 3.7 โมเดลการทดลอง (การตดตงแบบเดม)

ภาพท 3.8 รายละเอยดโครงสรางเสาของสายสง

28

ตารางท 3.1 คาพารามเตอรของสายสง(แบบเดม)

Phase no. Rout(cm) Resis.(Ohm./m.) Horiz(m) Vtower(m) Vmid(m) Separ(cm) 1 1.85 0.1563 1.5 10 9 0 2 1.85 0.1563 0.4 10 9 0 3 1.85 0.1563 -1.5 10 9 0 4 0.025 9.55 1.5 12 11 0

การโมเดลของ Impulse current หรอ lightning current ใชโมเดลของ HEIDLER

ภาพท 3.9 โมเดลการทดลองฟาผาท Slow-Front

29

ภาพท 3.10 โมเดลการทดลองฟาผาท Fast-Front

ภาพท 3.11 โมเดลการทดลองฟาผาท Very-fast-Front

30

การสรางแบบจ าลองการวาบไฟตามผวของลกถวย (Flash model of insulator) ตาม CIGRE volt-time characteristics ซงในโปรแกรม ATP-EMTP จะแทนดวย TACS model ภาพท 3.12 โมเดลของการวาบไฟตามผวของลกถวย

31

รปแบบการตดตงแบบใหม จากรปแบบการทดลองตดตงระบบไฟฟาแบบใหมมการดดแปลงไปจากเดมดงน

- รปแบบการตดตงไมคอน - การเลอกใชลกถวย - การจดวางต าแหนงของสายสงของระบบ

ภาพท 3.13 รปแบบการตดตงสายจ าหนาย 22 kV (ใหม)

32

ภาพท 3.14 รปแบบการตดตงสายจ าหนาย 22 kV (ใหม) แบบจ าลองการทดลอง (การตดตงแบบใหม)

ภาพท 3.15 โมเดลการทดลอง (การตดตงแบบใหม)

33

ภาพท 3.16 รายละเอยดโครงสรางเสาของสายสง (การตดตงแบบใหม)

ตารางท 3.2 คาพารามเตอรของสายสง(แบบใหม)

Phase no. Rout(cm) Resis.(Ohm./m.) Horiz(m) Vtower(m) Vmid(m) Separ(cm)

1 0.185 0.1563 1.5 10 9 0 2 0.185 0.1563 1.2 10 8.5 0 3 0.185 0.1563 -1.5 10 9 0 4 0.025 9.55 1.5 10 11 0

34

การสรางแบบจ าลองของ Impulse current หรอ lightning current ใชสรางแบบจ าลองของ HEIDLER

ภาพท 3.17 แบบจ าลองการทดลองฟาผาท Slow-Front

ภาพท 3.18 แบบจ าลองการทดลองฟาผาท Fast-Front

35

ภาพท 3.19 แบบจ าลองการทดลองฟาผาท Very-fast-Fron

3.4 พารามเตอรทจะท าการศกษา 1. หาวธการ การจดวางสายจ าหนายไฟฟาระบบ 22 kV 2. หาอตราการเกดวาบไฟตามผวของฉนวนลกถวยเนองจากฟาผาและสภาพแวดลอม 3. ท าการเปรยบเทยบอตราการเกดวาบไฟตามผวของฉนวนลกถวยเนองจากฟาผาและ สภาพแวดลอม

36

3.5 พนทวจย

ภาพท 3.20 พนทท าการทดลองชายทะเลบานบอทองหลาง

ภาพท 3.21 พนทท าการทดลองชายทะเลบานบอทองหลาง

37

ภาพท 3.22 พนทท าการทดลองชายทะเลบานบอทองหลาง