หากคุณเคยเข้าร่วมการประชุมการออกแบบสถานีจ่ายไฟฟ้าย่อย คุณจะรู้ว่าการวิเคราะห์การลัดวงจรไม่ได้เป็นเพียงกล่องกาเครื่องหมายทางวิศวกรรมที่หรูหราเท่านั้น แต่ยังเป็นหัวใจสำคัญของการรักษาสถานีไฟฟ้าย่อยให้ปลอดภัย เชื่อถือได้ และสอดคล้องกับรหัสกริดระดับภูมิภาคทุกแห่ง เรามาแจกแจงวิธีการที่พบบ่อยที่สุด วิธีการนำไปใช้กับสถานีย่อยของเรา และเหตุใดจึงมีความสำคัญสำหรับทุกคนที่ทำงานร่วมกับสถานีจ่ายไฟฟ้าย่อยการตั้งค่า
ขั้นแรก เรามาอธิบายคำจำกัดความสั้นๆ กันก่อน: การวิเคราะห์การลัดวงจรจะคำนวณขนาดของกระแสไฟฟ้าผิดปกติที่ไหลเมื่อตัวนำไฟฟ้าตั้งแต่สองตัวขึ้นไปสัมผัสกันโดยไม่ได้ตั้งใจ (เช่น ข้อผิดพลาดระหว่างเฟสถึงกราวด์ ความผิดปกติระหว่างเฟสต่อเฟส หรือทั้งสามเฟสลัดวงจร) กระแสไฟฟ้านี้สูงกว่ากระแสไฟฟ้าในการทำงานปกติมาก ดังนั้นจึงส่งผลกระทบโดยตรงต่อวิธีที่เราระบุอุปกรณ์ ตั้งแต่เซอร์กิตเบรกเกอร์และหม้อแปลงไฟฟ้าไปจนถึงโครงสร้างที่รองรับทุกอย่าง เมื่อพูดถึงโครงสร้างของเราโครงสร้างเหล็กสถานีย่อยและโครงสร้างไฟฟ้าเส้นถูกสร้างขึ้นเพื่อรองรับแรงทางกลจากกระแสไฟฟ้าลัด และทั้งหมดนี้มีรากฐานมาจากตัวเลขการลัดวงจรที่เราดึงมาจากการวิเคราะห์
ทีนี้วิธีการต่างๆ เอง มันไม่ได้มีขนาดเดียวเหมาะกับทุกคน แต่ละกรณีมีกรณีการใช้งาน ขึ้นอยู่กับระดับแรงดันไฟฟ้า ขนาด และปริมาณข้อมูลที่เราต้องใช้งานของสถานีย่อย เริ่มจากสิ่งพื้นฐานที่สุดที่ฉันเห็นว่าใช้สำหรับสถานีย่อยจำหน่ายแรงดันต่ำขนาดเล็ก: วิธีต่อหน่วย (PU) นี่คือแนวทางหลักสำหรับการคำนวณที่รวดเร็วและง่ายดาย โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อคุณไม่มีข้อมูลอิมพีแดนซ์ที่ละเอียดมากสำหรับทุกๆ ส่วนประกอบ วิธีการทำงานมีดังต่อไปนี้ แทนที่จะใช้โอห์มหรือแอมป์จริง คุณจะแปลงอิมพีแดนซ์ทั้งหมดเป็นฐานต่อหน่วยร่วม (ปกติคือ 100 MVA หรือ MVA ที่พิกัดของสถานีย่อย) และแก้ไขกระแสฟอลต์โดยใช้แผนภาพอิมพีแดนซ์แบบง่าย รวดเร็ว ง่ายต่อการส่งต่อให้วิศวกรรุ่นน้อง และเหมาะอย่างยิ่งสำหรับขั้นตอนการออกแบบเบื้องต้น เช่น เมื่อลูกค้าติดต่อมาเป็นครั้งแรกและเพียงต้องการแนวคิดคร่าวๆ ว่าพวกเขาต้องการเบรกเกอร์ประเภทใด แต่ประเด็นสำคัญคือ ความแม่นยำของวิธีต่อหน่วยจะลดลงสำหรับสถานีย่อยไฟฟ้าแรงสูงขนาดใหญ่ที่มีกิ่งขนานหลายกิ่งหรือสายส่งยาว หากคุณกำลังทำงานในสถานีย่อยการกระจาย 138 kV คุณจะไม่สามารถพึ่งพาวิธีการนี้เพียงอย่างเดียว คุณจะต้องมีบางอย่างที่แม่นยำกว่านี้
ถัดไปคือวิธีส่วนประกอบแบบสมมาตร ซึ่งเป็นแนวทางสำหรับสถานีย่อยไฟฟ้าแรงปานกลางถึงสูงส่วนใหญ่ (คิดว่า 34.5 kV ถึง 230 kV) สิ่งนี้ยอดเยี่ยมเพราะสามารถจัดการกับข้อผิดพลาดที่ไม่สมดุลได้ ซึ่งไม่เกิดข้อผิดพลาดทั้งสามขั้นตอนในคราวเดียว ซึ่งเป็นเรื่องปกติธรรมดาในการปฏิบัติงานในโลกแห่งความเป็นจริง วิธีนี้จะแยกกระแสที่ไม่สมดุลออกเป็น "ส่วนประกอบแบบสมมาตร" สามชุด ได้แก่ ค่าบวก ค่าลบ และลำดับศูนย์ แต่ละตัวมีเส้นทางอิมพีแดนซ์ของตัวเอง ดังนั้นคุณจึงสามารถจำลองว่ากระแสไหลอย่างไรภายใต้ฟอลต์แบบเฟสต่อกราวด์ ฟอลต์แบบไลน์ต่อไลน์ หรือฟอลต์แบบสองไลน์ต่อกราวด์ ซึ่งทั้งหมดนี้วิธีต่อหน่วยแบบง่ายไม่สามารถทำได้แม่นยำ ที่บริษัทของเรา เราใช้วิธีส่วนประกอบสมมาตรกับงานสั่งทำของเราเกือบทั้งหมดโครงสร้างโครงสำหรับตั้งสิ่งของสำหรับสถานีไฟฟ้าย่อยและโครงสร้างโครงสำหรับตั้งสิ่งของของสถานีย่อยการออกแบบ เนื่องจากโครงสำหรับตั้งสิ่งของมีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการเชื่อมต่อบัสบาร์ และความสมบูรณ์ของโครงสร้างจะขึ้นอยู่กับการคำนวณกระแสไฟฟ้าขัดข้องที่แม่นยำ หากเราคำนวณอิมพีแดนซ์ลำดับเป็นศูนย์ผิด โครงสำหรับตั้งสิ่งของอาจมีขนาดต่ำกว่าปกติสำหรับแรงแม่เหล็กในระหว่างที่เกิดข้อผิดพลาด ซึ่งเป็นความเสี่ยงด้านความปลอดภัยอย่างมาก
จากนั้นมีวิธีการวิเคราะห์โดยใช้คอมพิวเตอร์ช่วย ซึ่งไม่สามารถต่อรองได้สำหรับสถานีย่อยขนาดใหญ่และซับซ้อนซึ่งมีเครื่องป้อน หม้อแปลง และแหล่งพลังงานแบบกระจาย (DER) เช่น ที่เก็บพลังงานแสงอาทิตย์หรือแบตเตอรี่ ย้อนกลับไปในสมัยก่อน วิศวกรทำการคำนวณการลัดวงจรด้วยมือโดยใช้กฎสไลด์และไดอะแกรมกระดาษขนาดใหญ่ แต่ตอนนี้เราใช้ซอฟต์แวร์ เช่น ETAP, PSCAD หรือ MATLAB เพื่อสร้างแบบจำลองทุกส่วนประกอบในสถานีย่อยและการเชื่อมต่อกับโครงข่ายที่กว้างขึ้น วิธีนี้สามารถจัดการข้อมูลแบบเรียลไทม์ การเปลี่ยนแปลงโหลดแบบไดนามิก และแม้กระทั่งวิธีที่ DER มีส่วนทำให้เกิดกระแสไฟฟ้าขัดข้อง (ซึ่งตอนนี้เป็นเรื่องใหญ่ เนื่องจากกริดจำนวนมากขึ้นกำลังเพิ่มพลังงานหมุนเวียน) ตัวอย่างเช่น หากสถานีย่อยมีแผงโซลาร์เซลล์ขนาด 5 MVA เชื่อมต่อกับบัสบาร์ โมเดลคอมพิวเตอร์สามารถแสดงให้เห็นว่าพลังงานแสงอาทิตย์เพิ่มกระแสไฟฟ้าพิเศษได้อย่างไรในระหว่างที่เกิดข้อผิดพลาด เพื่อให้เราสามารถปรับพิกัดของเบรกเกอร์และการออกแบบโครงสร้างให้เหมาะสมได้ นี่เป็นวิธีที่เราใช้เมื่อลูกค้าต้องการรายงานการปฏิบัติตามข้อกำหนดฉบับสมบูรณ์สำหรับผู้ควบคุมยูทิลิตี้ซึ่งมักจะต้องการการวิเคราะห์การลัดวงจรที่สร้างโดยคอมพิวเตอร์สำหรับสถานีย่อยใด ๆ ที่จะเป็นส่วนหนึ่งของโครงข่ายการส่งสัญญาณระดับภูมิภาค
เดี๋ยวก่อน ยังมีวิธีการวิเคราะห์แบบทันที ซึ่งส่วนใหญ่จะใช้สำหรับสถานีย่อยการกระจายแรงดันต่ำ (เช่น สถานีย่อยเชิงพาณิชย์หรือที่อยู่อาศัย 120/240V) สิ่งนี้มุ่งเน้นไปที่มิลลิวินาทีแรกของการลัดวงจร เมื่อกระแสพุ่งสูงถึงค่าสูงสุดทันที ใช้เพื่อตั้งค่ารีเลย์ป้องกันที่จะทริปเร็วพอที่จะป้องกันความเสียหายของอุปกรณ์ ตัวอย่างเช่น เซอร์กิตเบรกเกอร์ในสถานีย่อยการจ่ายไฟของร้านขายของชำจะต้องทริปใน 0.01 วินาทีหากมีไฟฟ้าลัดวงจร ดังนั้นการวิเคราะห์ทันทีจะบอกเราอย่างชัดเจนว่าจะปรับเทียบรีเลย์นั้นอย่างไร วิธีนี้ง่ายกว่าวิธีส่วนประกอบแบบสมมาตร แต่จะใช้ได้กับสถานการณ์ข้อผิดพลาดที่สมดุลและแรงดันไฟฟ้าต่ำเท่านั้น
ตอนนี้เรามาพูดถึงจุดที่วิธีการเหล่านี้ตัดกับงานของเราในฐานะซัพพลายเออร์สถานีย่อย ฉันไม่สามารถบอกคุณได้ว่าลูกค้าจะมาหาเรากี่ครั้งด้วยการออกแบบที่คลุมเครือ พูดว่า "เราต้องการสถานีย่อยแบบกระจาย" และไม่ทราบว่าการวิเคราะห์การลัดวงจรจะกำหนดเกือบทุกส่วนของคำสั่งซื้อของพวกเขา โครงสำหรับตั้งสิ่งของที่เราสร้างขึ้น? ช่วง ความหนาของเหล็ก ขนาดฐานราก? ทั้งหมดนี้ขึ้นอยู่กับค่ากระแสฟอลต์ที่เราได้รับจากการวิเคราะห์ โครงสร้างเหล็ก บัสบาร์ แม้แต่ประเภทของฉนวน ทุกอย่างล้วนเชื่อมโยงกับการคำนวณเหล่านั้น ตัวอย่างเช่น ปีที่แล้วเราทำงานในโครงการสำหรับสถานีย่อยการจ่ายไฟฟ้าในเมืองที่มีกระแสไฟฟ้าลัด 25 kA ดังนั้นเราจึงต้องกำหนดมาตรฐานเหล็กที่หนากว่าสำหรับโครงสำหรับตั้งสิ่งของมากกว่าโครงการที่มีกระแสไฟฟ้าลัด 15 kA หากเราใช้วิธีการลัดวงจรที่ไม่ถูกต้อง (เช่น วิธีต่อหน่วยพื้นฐาน) สำหรับไซต์ไฟฟ้าแรงสูงนั้น เราคงเดาได้ว่ากระแสไฟลัดต่ำกว่า สั่งโครงสร้างที่มีขนาดต่ำกว่าปกติ และทั้งโครงการจะล้มเหลวในการตรวจสอบ
สิ่งที่ควรทราบอีกประการหนึ่ง: ทุกวิธีมีข้อดีและข้อเสีย และไม่มีใคร "ดีกว่า" มากกว่าวิธีอื่น ทั้งหมดอยู่ที่การใช้งาน วิธีต่อหน่วยเหมาะสำหรับการประเมินอย่างรวดเร็ว แต่ไม่ใช่สำหรับการออกแบบขั้นสุดท้าย วิธีส่วนประกอบแบบสมมาตรเหมาะสำหรับข้อผิดพลาดที่ไม่สมดุล แต่ต้องมีการคำนวณด้วยตนเองหากคุณไม่มีซอฟต์แวร์ การวิเคราะห์โดยใช้คอมพิวเตอร์ช่วยมีความแม่นยำสูงมาก แต่อาจเกินความจำเป็นสำหรับสถานีย่อยขนาดเล็กในชนบทที่มีหม้อแปลงเพียงตัวเดียว ในฐานะซัพพลายเออร์ เราช่วยให้ลูกค้าของเราเลือกวิธีการที่เหมาะสมตามข้อกำหนดของสถานีย่อย เพื่อให้พวกเขาไม่ต้องเสียเวลาหรือเงินไปกับแนวทางที่ผิด
เดี๋ยว เรามาดูข้อผิดพลาดทั่วไปที่ฉันเห็นวิศวกรหน้าใหม่ทำกัน นั่นก็คือ การข้ามการคำนวณอิมพีแดนซ์แบบลำดับศูนย์ นั่นเป็นส่วนหนึ่งของวิธีองค์ประกอบสมมาตรที่เกี่ยวข้องกับกระแสที่ไหลลงสู่พื้น และเป็นสิ่งสำคัญอย่างยิ่งสำหรับโครงสร้างโครงสำหรับตั้งสิ่งของ เนื่องจากข้อผิดพลาดของพื้นดินต้องใช้แรงเชิงกลอย่างมากกับงานเหล็กของสถานีย่อย เมื่อไม่กี่ปีก่อน เรามีลูกค้ารายหนึ่งที่ใช้การวิเคราะห์แบบง่าย ๆ และลืมคำนึงถึงอิมพีแดนซ์ลำดับเป็นศูนย์ และหลังจากข้อผิดพลาดในการทดสอบ คานโครงสำหรับตั้งสิ่งของตัวหนึ่งมีรอยแตกร้าว เราต้องปรับปรุงโครงสร้างใหม่ ซึ่งมีค่าใช้จ่ายหลายพันดอลลาร์และทำให้การเปิดตัวล่าช้า นั่นเป็นเหตุผลที่เราเน้นเสมอโดยใช้วิธีส่วนประกอบสมมาตรแบบสมบูรณ์ (ไม่ใช่แค่ลำดับเชิงบวก) เมื่อออกแบบโครงสร้างที่จัดการกับบัสบาร์หรือการเชื่อมต่อภาคพื้นดิน
ตอนนี้ หากคุณกำลังทำงานในโครงการสถานีไฟฟ้าย่อย ไม่ว่าคุณจะเป็นผู้ควบคุมโครงข่าย วิศวกร หรือผู้จัดการสิ่งอำนวยความสะดวก คุณจะต้องวิเคราะห์การวิเคราะห์การลัดวงจรก่อน ในฐานะซัพพลายเออร์ที่เชี่ยวชาญด้านสถานีจ่ายไฟฟ้าย่อยอุปกรณ์ โครงยึด และโครงสร้างเหล็ก เรามีความเชี่ยวชาญในการแนะนำวิธีการที่เหมาะกับความต้องการของคุณ และสร้างฮาร์ดแวร์ที่สามารถจัดการกับข้อผิดพลาดใดๆ ก็ตามที่การวิเคราะห์ของคุณส่งผลกระทบถึงคุณ หากคุณพร้อมที่จะเริ่มวางแผนสถานีย่อยถัดไปของคุณ หรือเพียงต้องการเรียกใช้หมายเลขการลัดวงจรโดยผู้ที่อยู่ในเกม โปรดติดต่อทีมงานของเราเพื่อพูดคุยเกี่ยวกับโปรเจ็กต์ของคุณ เราจะช่วยคุณหลีกเลี่ยงข้อผิดพลาดที่มีค่าใช้จ่ายสูงซึ่งมาพร้อมกับการเลือกวิธีการวิเคราะห์ที่ไม่ถูกต้อง และตรวจสอบให้แน่ใจว่าสถานีย่อยของคุณปลอดภัย เชื่อถือได้ และสร้างมาเพื่อความทนทาน
