อุปกรณ์ป้องกันกระแสไฟฟ้ารั่วในระบบไฟฟ้าแรงดันต่ํา - มหาวิทยาลัย

อปกรณปองกนกระแสไฟฟารวในระบบไฟฟาแรงดนตา Leakage Current Protection Device in LV

ณฐพล แซแต สทธพงษ วงษบญมเดช

ปรญญานพนธนเปนสวนหนงของการศกษาตามหลกสตรปรญญาวศวกรรมศาสตรบณฑต ภาควชาวศวกรรมไฟฟา คณะวศวกรรมศาสตร

มหาวทยาลยบรพา ปการศกษา 2558

Leakage Current Protection Device in Low Voltage

Natthaphon Seatea Sutthipong Wongboonmedej

A THESIS SUBMITTED IN PARTIAL FULFILLMENT OF REQUIREMENT

FOR THE DEGREE OF BACHELOR OF ENGINEERING DEPARTMENT OF ELECTRICAL ENGINEERING

BURAPHA UNIVERSITY 2015

ปรญญานพนธ อปกรณปองกนกระแสไฟฟารวในระบบไฟฟาแรงดนตา โดย นายณฐพล แซแต สทธพงษ วงษบญมเดช อาจารยทปรกษา อาจารย ดร.วศรดา ศภรงสรรค จานวนหนา 94 หนา ปการศกษา 2558

ภาควชาวศวกรรมไฟฟา คณะวศวกรรมศาสตร มหาวทยาลยบรพา อนมตปรญญานพนธนเปนสวนหนงของการศกษาตามหลกสตรปรญญาวศวกรรมศาสตรบณฑต สาขาวชาวศวกรรมไฟฟา ...................................................ประธานกรรมการสอบปรญญานพนธ (อาจารย ดร. โชคชย ชนวฒนาประณธ) ...................................................กรรมการสอบปรญญานพนธ (อาจารย ดร. เฉลมภณฑ ฟองสมทร) ...................................................กรรมการสอบปรญญานพนธ (อาจารย สรชาต เหลกงาม)

...................................................กรรมการสอบและอาจารยทปรกษาปรญญานพนธ (อาจารย ดร. วศรดา ศภรงสรรค) ...................................................หวหนาภาควชาวศวกรรมไฟฟา (อาจารย ดร. ภาณวฒน ดานกลาง)

i

บทคดยอ การใชงานอปกรณไฟฟาสงทควรคานงถงคอเรองความปลอดภย ซงปจจบนกระแสไฟฟารวเปนปจจยอนดบตนๆ ททาใหเกดความเสยหายใหกบชวตและตวอปกรณไฟฟา แตเบรคเกอรตดไฟรวทวไปนนยงมขอผดพลาดจากการทางานอนเนองมากจากกระแสฮารมอนกส ดงนนโครงงานนจงไดเสนอวธการแกไขขอผดพลาดจดน โดยการทาอปกรณปองกนกระแสไฟฟารวขน ดวยการเพมวงจรกรองความถตาผานทมความถตด 60 เฮรตซเขาไปดานเอาตพตของหมอแปลงกระแสสมดล เพอกนความถฮารมอนกสทมอยในระบบไฟฟาหรอทเกดจากเครองใชไฟฟา ซงไดใชโปรแกรม Pspice ในการจาลองการทางานของวงจรควบคม และสอบโดยการเปรยบเทยบระหวางอปกรณทไมมวงจรกรองความถกบอปกรณทมวงจรกรองความถพบวาวงจรกรองความถสามารถลดความผดพลาดอนเนองมาจากความถฮารมอนกสได แตมระยะเวลาในการตดเพมจากเดม 2.2 มลลวนาท อยางไรกตามโครงงานนไดศกษาและทดสอบสาหรบอปกรณปองกนกระแสไฟฟารวทมขนาดเลก ดงนนสามารถใชเปนแนวทางในการพฒนาอปกรณปองกนกระแสไฟฟารวสาหรบระบบไฟฟาขนาดใหญได คาสาคญ: อปกรณปองกนกระแสไฟฟารว, ความถฮารมอนกส, วงจรกรองความถ

ii

Abstract

Safety is an important factor of electrical equipment usage. Leakage current is one of major factors which can injure users and damage electrical equipment. Moreover, leakage current circuit breakers are still imperfect and could be error because of harmonic current. Therefore, this project has proposed a method to solve this problem by making the leakage current protection device which the low-pass filter added. It is attacked at the output terminals of core balance current transformer. The cutoff frequency of the low-pass filter is at 60 Hz for impeding the harmonic occurring in the electrical equipment. In this project, the leakage current protection is tested by computer simulations. Pspice program is used to simulate the control circuit. The experiment compares between two devices. One has a filter circuit and the other has no filter circuit. The results are shown that the low pass filter circuit can reduce error, but operating time is shifted 2.2 millisecond. This project can be used as a guideline to develop the practical earth leakage protection.

Keywords: Leakage current protection device, Harmonic frequency, filter circuit

iii

กตตกรรมประกาศ

โครงงานเลมนสาเรจลลวงไปไดดวยความชวยเหลออยางดยงจาก อาจารย ดร. วศรดา ศภรงสรรค อาจารยทปรกษาปรญญานพนธทไดใหคาแนะนาและขอคดเหนตางๆ ในการทาโครงงานมาโดยตลอด ขอขอบพระคณ อาจารย ดร. โชคชย ชนวฒนาประณธ อาจารย ดร. เฉลมภณฑ ฟองสมทรและอาจารยสรชาต เหลกงาม คณะกรรมการสอบปรญญานพนธทกทานทกรณาใหคาแนะนาทเปนประโยชนในการพฒนาโครงงานนใหสามารถใชประโยชนตอไปไดในอนาคต ตลอดจนคณาจารยประจาภาควชาวศวกรรมไฟฟาทกทานทใหคาปรกษาคาชแนะทเปนประโยชนเพอใหทาโครงงานจนเสรจสมบรณ

ผดาเนนโครงงานขอขอบคณทกคนทใหการสนบสนนและเปนกาลงใจใหจนงานสาเรจลลวงไปไดดวยด รวมถงภาควชาวศวกรรมไฟฟา ทไดเออเฟอสถานททาการทดลอง เครองมอและและอปกรณในการดาเนนโครงงาน

iv

สารบญ

หนา

บทคดยอ……………………………………………………………………………..………………………………………………….……………i Abstract…………………………………………………………...................... ………………………………………………………………ii กตตกรรมประกาศ………………………………………………………….......................………………………………………………..iii สารบญ…………………………………………………………......................………………………………………………………………..iv สารบญรป …………………………………………………………………………………………………………………………………………vii สารบญตาราง…………………………………………………………......................…………………………………..…………………..xii บทท 1 บทนา ……………………………………………………………………………………………………………………………………1

1.1 หลกการและเหตผล …………………………………………………………………………………………………………1 1.2 วตถประสงค…………………………………………………………...................... …………………………………….1 1.3 ขอบเขตแผนการดาเนนงาน……………………………………………………………………………………………..2 1.4 แผนการดาเนนงาน………………………………………………………….......................…………………………..2 1.5 ประโยชนทจะไดรบ…………………………………………………………...................... …………………………..4 บทท 2 ทฤษฎและงานวจยทเกยวของ…………………………………………………………..........................…………………5

2.1 บทนา…………………………………………………………..........................…………………………………………..5

2.2 การพจารณากระแสไฟฟาในระบบไฟฟา 1 เฟส………………………………………………………….......... 5

2.3 ทฤษฎฮารมอนกส………………………………………………………….......................……………………………..6

2.4 อปกรณปองกนกระแสไฟฟารว…………………………………………………………...................... …………..8

2.4.1 สวนประกอบภายในของอปกรณปองกนกระแสไฟฟารว…………………………… ……….10

2.4.2 ชนดของอปกรณปองกนกระแสไฟฟารว…………………………………………………………..10

2.4.3 การตดตงอปกรณปองกนกระแสไฟฟารว………………………………………………………….11 2.5 หมอแปลงเครองมอวด…………………………………………………………...................... …………………….13

2.5.1 หมอแปลงกระแส ………………………………………………………………………………………….13

2.5.2 หมอแปลงกระแสสมดล…………………………………………………………...................... …..15

2.6 สวตซอเลกทรอนกส…………………………………………………………...................... ………………………..20

2.7 แมกเนตกคอนแทคเตอร…………………………………………………………...................... ………………….22

2.8 วงจรเรยงกระแส…………………………………………………………...................... …………………………….24

2.9 ออปแอมป…………………………………………………………..........……………… ………………………………..25 2.9.1 วงจรเปรยบเทยบแรงดน…………………………………………………………………………………28

2.9.2 วงจรขยายแบบกลบเฟส…………………………………………………………………………………29

v

สารบญ (ตอ)

หนา 2.10 วงจรกรองความถแบบผานตา…………………………………………………………...................... ………….30

บทท 3 หลกการและการออกแบบโครงงาน……………………………………………………………… …………………………33

3.1 หลกการ……………………………………………………………………..………………………………………………..33

3.2 วงจรไฟเลยงแรงดนคงท………………………………….………………………………………………………………34

3.3 การออกแบบวงจรควบคม………………………………………………………………………………………. ……..35

3.3.1 การออกแบบวงจรกรองความถผานตา……………………………………….………………….…39

3.3.2 การออกแบบวงจรเรยงกระแสแบบเตมคลนรวมกบวงจรขยายแรงดน…………………42

3.3.3 วงจรเปรยบเทยบแรงดน………………………………………………………………………………..46

3.4 การแสดงสถานะและสวตซของอปกรณปองกนกบกระแสไฟฟารว………………………………………49

3.5 การจาลองเปรยบเทยบระหวางวงจรควบคมทไมมวงจรกรองความถกบวงจรควบคมท มวงจรกรองความถโดยโปรแกรม Pspice ………………………………………………………………………..49

บทท 4 ผลการทดสอบ ……………………………………………………………………………………………………………………54

4.1 การทดสอบวงจรควบคมของอปกรณปองกนกระแสไฟฟารว………………………………………………54

4.2 การทดสอบหาคากระแสไฟฟารวและระยะเวลาการตดของอปกรณปองกนกระแสไฟฟารว……56

4.3 ลกษณะรปคลนกระแสของโหลดชนดตางๆ ทวดโดยการใช current probe………………………58

4.4 การทดสอบอปกรณปองกนกระแสไฟฟารวทไมมวงจรกรองความถผานตา…………………………..60 4.4.1 อปกรณปองกนกระแสไฟฟารวทไมมวงจรกรองความถผานตา แบบไมจายโหลด……………………………………………………………………………………………60 4.4.2 อปกรณปองกนกระแสไฟฟารวทไมมวงจรกรองความถผานตา แบบโหลดหลอดไส………………………………………………………………………………………...62 4.4.3 อปกรณปองกนกระแสไฟฟารวทไมมวงจรกรองความถผานตา แบบโหลดเครองพมพ……………………………………………………………………………………..63 4.4.4 อปกรณปองกนกระแสไฟฟารวทไมมวงจรกรองความถผานตา แบบโหลดโนตบค……………………………………………………………………………………….….64 4.4.5 อปกรณปองกนกระแสไฟฟารวทไมมวงจรกรองความถผานตา แบบโหลดแหลงจายกาลงไฟฟากระแสตรง………………………………………………………..66

4.5 การทดสอบอปกรณปองกนกระแสไฟฟารวทมวงจรกรองความถผานตา………………………………67 4.5.1 อปกรณปองกนกระแสไฟฟารวทมวงจรกรองความถผานตา แบบไมจายโหลด……………………………………………………………………………………………67

vi

สารบญ (ตอ)

หนา 4.5.2 อปกรณปองกนกระแสไฟฟารวทมวงจรกรองความถผานตา แบบโหลดหลอดไส………………………………………………………………………………………...69 4.5.3 อปกรณปองกนกระแสไฟฟารวทมวงจรกรองความถผานตา แบบโหลดเครองพมพ…………………………………………………………………………………….70 4.5.4 อปกรณปองกนกระแสไฟฟารวทมวงจรกรองความถผานตา แบบโหลดโนตบค……………………………………………………………………………………...…..71 4.5.5 อปกรณปองกนกระแสไฟฟารวทมวงจรกรองความถผานตา แบบโหลดแหลงจายกาลงกระแสตรง…………………………………………………..……………73 4.6 สรปผลการทดสอบการทางานของอปกรณปองกนกระแสไฟฟารวโดยการจาลอง………………….74

4.7 การเปรยบเทยบระหวางอปกรณปองกนกระแสไฟฟารวทไมมวงจรกรองความถกบอปกรณ ปองกนกระแสไฟฟารวทมวงจรกรองความถ โดยใชกระแสไฟฟารวจรงจากเครองถายเอกสาร..75

4.7.1 การทดสอบอปกรณปองกนกระแสไฟฟารวทไมมวงจรกรองความถ โดยใชกระแสไฟฟารวจรงจากเครองถายเอกสาร.………………………………………………………78

4.7.2 การทดสอบอปกรณปองกนกระแสไฟฟารวทมวงจรกรองความถ โดยใชกระแสไฟฟารวจรงจากเครองถายเอกสาร..………………………………………………………………………..80

บทท 5 สรปผลโครงงาน………………………………………………………………….…………………………………………………84

5.1 สรปผลการทดสอบ..……………………………………………………………………………………………………….84

5.2 ปญหาและอปสรรค……………………………………………………………………………………………………….84

5.3 ขอเสนอแนะ………………………………………………………………………………………………………………...85

เอกสารอางอง…………………………………………………………………….……………………………………………………………..86

ภาคผนวก…………………………………………………………………….……………………………………………………………………87

ภาคผนวก ก อปกรณและวงจรทใชในโครงงาน……………………………………………………….……………….88

vii

สารบญรป

รปท หนา

2.1 หลกการตรวจจบกระแสไฟฟารว ……………………………………………………………………………………………………..5

2.2 การตอบสนองตอโหลดทเปนเชงเสน ………………………………………………………………………………………………..6

2.3 การตอบสนองของโหลดทไมเปนเชงสน ……………………………………………………………………………………………7

2.4 (ก) กระแสทมฮารมอนกส ………………………………………………………………………………………………………………7

2.4 (ข) กระแสแบบไซนซอยดลทมการรวมกนกบกระแสฮารมอนกสอนดบท 3, 5 ………………………………………7

2.5 โซนการปองกนกระแสไฟฟาทมผลตอรางกายมนษย ………………………………………………………………………….8

2.6 หลกการทางานของอปกรณปองกนกระแสไฟฟารว …………………………………………………………………………10

2.7 อปกรณปองกนกระแสไฟฟารวชนด AC …………………………………………………………………………………………10 2.8 อปกรณปองกนกระแสไฟฟารวชนด A ……………………………………………………………………………………………11

2.9 อปกรณปองกนกระแสไฟฟารวชนด B ……………………………………………………………………………………………11

2.10 การตดตงอปกรณปองกนกระแสไฟฟารวในตาแหนงทถกตอง …………………………………………………………12

2.11 การตดตงอปกรณปองกนกระแสไฟฟารวในตาแหนงทไมถกตอง ……………………………………………………..12

2.12 วงจรสมมลหมอแปลงกระแส ………………………………………………………………………………………………………13

2.13 กระแสอนพตและเอาตพตจากความสมพนธ …………………………………………………………………………………14

2.14 หมอแปลงกระแส ………………………………………………………………………………………………………………………14

2.15 วงจรสมมลหมอแปลงกระแสสมดล ……………………………………………………………………………………………..15

2.16 สวนประกอบหลกของหมอแปลงแกนสมดล ………………………………………………………………………………….17

2.17 กราฟความสมพนธของแกนเหลกและแกนแมเหลก ….……………………………………………………………………17 2.17 (ก) กราฟความสมพนธระหวาง H กบ B และ H กบ μ ของแกนเหลก (Iron) ……………………………………17

2.17 (ข) กราฟความสมพนธระหวาง H กบ B และ H กบ μ ของแกนแมเหลกผสม (Magnetic alloy) ………17

2.18 เฟสเซอรไดอะแกรมแสดงเวกเตอรกระแส ของ CBCT …………………………………………………………………..19

2.19 Solid State Relay …………………………………………………………………………………………………………….…….20

2.20 รปคลนแรงดนไฟฟาแสดงการทางานของรเลย แบบ Non Zero Crossing Type ……………………………21 2.21 รปคลนแรงดนไฟฟาแสดงการทางานของโซลดสเตตรเลย แบบ Zero Crossing Type ……………………21

2.22 แมกเนตกคอนแทคเตอร …………………………………………………………………………………………….……………..22

2.23 สวนประกอบของแมกเนตกคอนแทคเตอร …………………………………………………………………….…………….23

2.24 บลอกไดอะแกรมของวงจรเรยงกระแสแบบเตมคลน …………………………….………………………………………24 2.25 คาแรงดนไฟสงสด Vmax ของวงจรเรยงกระแสแบบเตมคลน ………………………………………………………….24 2.26 สญลกษณออปแอมป …………………………………………………………………………………………………………………26

viii

สารบญรป (ตอ)

รปท หนา

2.27 การตอไฟเลยงและทศทางการไหลของกระแสในออปแอมป …………………………………….……………………26

2.28 วงจรสมมลออปแอมปแบบไมอดมคต …………………………………………………………………………………………26

2.29 กราฟความสมพนธแรงดนแหลงจายและแรงดนเอาตพตของออปแอมป …………………………………………27

2.30 ลกษณะวงจรเปรยบเทยบแรงดน…………………………………………………………………………………………………28

2.31 ลกษณะแรงดนของวงจรเปรยบเทยบแรงดน ………………………..…………………….…………………………………29

2.32 วงจรขยายสญญาณแบบกลบเฟส ………………………………………………….……………………………………………29

2.33 วงจรกรองความถแบบผานตา ……………………………………………………….……………………………………………30

2.34 ผลการทดสอบการทางานของอปกรณปองกนกระแสไฟฟารว …………….…………………………………………..32

3.1 แนวคดการทางานของเครองตดไฟรวในโครงงาน …………………………………………………………………………..33

3.2 วงจรแหลงจายไฟเลยงแรงดนคงท ……………………………………………….………………………………………………..34 3.3 แผนภาพวงจรควบคมเครองตดไฟรว ……………………………………….…………………………………………………….35

3.3 (ก) วงจรควบคมแบบไมมวงจรกรองความถ …………………………………………………………………………………..35

3.3 (ข) วงจรควบคมแบบมวงจรกรองความถ………………………………………………………………………………………..35

3.4 การวดแรงดนเอาตพตของหมอแปลงกระแสสมดลทใช Burden 1 กโลโอหม ……………………………………..36

3.5 ความสมพนธระหวางกระแสไฟฟารวกบแรงดนเอาตพตของหมอแปลงกระแสสมดล …………………………..38

3.6 ความสมพนธระหวางกระแสไฟฟารวกบแรงดนเอาตของหมอแปลงกระแสสมดล ………………………………..38

3.7 วงจรกรองความถผานตาความถคตออฟ ท 60 เฮรตซ ……………………………………………………………………..39

3.8 วงจรกรองความถผานตารวมกบวงจรขยายแรงดน …………………………………………………………………………..41

3.9 วงจรกรองความถผานตารวมกบวงจรขยายแรงดนพรอมคาพารามเตอรของวงจร ……………………………….42

3.10 วงจรเรยงกระแสแบบเตมคลนรวมกบวงจรขยายแรงดน……………………………………………………….….…….43 3.11 วงจรเรยงกระแสแบบเตมคลนรวมขยายแรงดนพรอมคาพารามเตอรตางๆ ………………………………………45

3.12 แรงดนเอาตพตทไดจากวงจรเรยงกระแสรวมขยายแรงดน……………………………………………………..……….45

3.13 วงจรเปรยบเทยบสญญาณดวยจดสญญาณเขาทขวบวก …………………………………………………………………46

3.14 แรงดนเอาตพตของวงจรเปรยบเทยบ …………………………………………………………………………………………..47

3.15 วงจรเปรยบเทยบขนาดแรงดนพรอมคาพารามเตอร ……………………………………………………………………...47

3.16 การแสดงสถานะและสวตซของอปกรณปองกนกระแสไฟฟารว …………………………………………………….…48 3.16 (ก) วงจรไฟเลยงของอปกรณปองกนกระแสไฟฟรว ………………………………………………………………………..48

3.16 (ข) เมออปกรณเชอมตอโหลดเขากบระบบ …………………………………………………………………………………..48

3.16 (ค) เมอเกดกระแสไฟฟารวขน …………………………………………………………………………………………………….48

ix


รปท หนา

3.17 วงจรควบคมของอปกรณปองกนกระแสไฟฟารว ………………………………….………………………………………..50

3.17 (ก) วงจรควบคมทไมมวงจรกรองวามถ …………………………………………………………………………………………50

3.17 (ข) วงจรควบคมทมวงจรกรองวามถ …………………………………………………………………………………………….50

3.18 ผลการจาลองเปรยบเทยบระหวางแรงดนอนพตและแรงดนเอาตพต ของวงจรกรองความถรวมขยายแรงดน …………………………………………………..……………………………………51 3.19 ผลการจาลองการทางานวงจรควบคมแบบไมมวงจรกรองความถ…..…………………………………………………52 3.19 (ก) แรงดนวงจรเรยงกระแสแบบเตมคลนเทยบกบแรงดนอางอง ทาใหเกดแรงดนจดชนวน ……………….52 3.19 (ข) แรงดนจดชนวนของสวตช SCR และแรงดนทใชโซลดสเตตรเลย ……………………………………………….52

3.20 ผลการจาลองการทางานวงจรควบคมแบบไมมวงจรกรองความถ …………………………………………………….53 3.20 (ก) แรงดนวงจรเรยงกระแสแบบเตมคลนเทยบกบแรงดนอางอง ทาใหเกดแรงดนจดชนวน ……………….53 3.20 (ข) แรงดนจดชนวนของสวตช SCR และแรงดนทใชโซลดสเตตรเลย ………………………………………………..53

4.1 การทดสอบวงจรกรองความถผานตารวมกบวงจรขยายแรงดนท burden 1 กโลโอหม………………………..54

4.2 ลกคลนแรงดนเอาตพตของหมอแปลงกระแสสมดลเทยบกบแรงดนเอาตพต วงจรกรองความถผานตารวมกบ วงจรขยายแรงดน…………………………………………………………………………55

4.3 แรงดนเอาตพตของวงจรเรยงกระแสรวมกบวงจรขยายแรงดน ………………………………………………………….55

4.3 (ก) ไมผานวงจรกรองความถผานตา ……………………………………………………………………………………………….55

4.3 (ข) ผานวงจรกรองความถผานตา …………………………………………………………………………………………………..55

4.4 อปกรณปองกนกระแสไฟฟารวทประกอบลงในกลองอเนกประสงค …………………………………………………..55

4.5 ดานหนาอปกรณปองกนกระแสไฟฟารวและกลองจาลองกระแสไฟฟารว …………………………………………..56

4.6 การทดสอบหาคากระแสไฟฟารวและระยะเวลาการตดของอปกรณปองกนกระแสไฟฟารว ………………….57

4.7 โหลดหลอดไส และลกษณะรปคลนกระแสโหลดหลอดไส ………………………………………………………………..58 4.8 โหลดเครองพมพ และลกษณะรปคลนกระแสโหลดเครองพมพ …………………………………………………………59 4.9 โหลดโนตบก และลกษณะรปคลนกระแสโหลด ……………………………………………………………………………….59 4.10 โหลดแหลงจายกาลงไฟฟากระแสตรง และลกษณะรปคลนกระแสโหลด ………………………………………….60 4.11 ผลการทดสอบอปกรณปองกนกระแสไฟฟารวทไมมวงจรกรองความถผานตาแบบไมจายโหลด …………..60 4.11 (ก) คาแรงดนยอดถงยอดทตกครอม RLeak ……………………………………………………………………………………60

4.11 (ข) ระยะเวลาในการตดวงจรของอปกรณ ……………………………………………………………………………………..60 4.12 ผลการทดสอบอปกรณปองกนกระแสไฟฟารวทไมมวงจรกรองความถผานตา แบบโหลดหลอดไส …………………………………………………………………………………………………………………...62

x


รปท หนา

4.12 (ก) คาแรงดนยอดถงยอดทตกครอม RLeak ……………………………………….……………………………………………62

4.12 (ข) ระยะเวลาในการตดวงจรของอปกรณ……………………………………………………………………………….…….62 4.13 ผลการทดสอบอปกรณปองกนกระแสไฟฟารวทไมมวงจรกรองความถผานตา แบบโหลดเครองพมพ …………………………………………………………………………………………………….………….63 4.13 (ก) คาแรงดนยอดถงยอดทตกครอม RLeak…………………………………………………………………………………… 63

4.13 (ข) ระยะเวลาในการตดวงจรของอปกรณ ……………………………………………………………………………………..63 4.14 ผลการทดสอบอปกรณปองกนกระแสไฟฟารวทไมมวงจรกรองความถผานตา แบบโหลดโนตบค ……………………………………………………………………………………………………………………...64 4.14 (ก) คาแรงดนยอดถงยอดทตกครอม RLeak ……………………………………………………………………………………64

4.14 (ข) ระยะเวลาในการตดวงจรของอปกรณ ……………………………………………………………………………………..64 4.15 ผลการทดสอบอปกรณปองกนกระแสไฟฟารวทไมมวงจรกรองความถผานตา แบบโหลดแหลงจายกาลงไฟฟากระแสตรง …………………………………………………………………………………..66 4.15 (ก) คาแรงดนยอดถงยอดทตกครอม RLeak ……………………………………………………………………………………66

4.15 (ข) ระยะเวลาในการตดวงจรของอปกรณ ……………………………………………………………………………………..66 4.16 ผลการทดสอบอปกรณปองกนกระแสไฟฟารวทมวงจรกรองความถผานตา แบบไมจายโหลด ………………………………………………………………………………………………………………….……67 4.16 (ก) คาแรงดนยอดถงยอดทตกครอม RLeak ……………………………………………………………………………………67

4.16 (ข) ระยะเวลาในการตดวงจรของอปกรณ ……………………………………………………………………………………..67 4.17 ผลการทดสอบอปกรณปองกนกระแสไฟฟารวทมวงจรกรองความถผานตา แบบโหลดหลอดไส …………………………………………………………………………………………….………………………69 4.17 (ก) คาแรงดนยอดถงยอดทตกครอม RLeak ……………………………………………………………………………………69

4.17 (ข) ระยะเวลาในการตดวงจรของอปกรณ ……………………………………………………………………………………..69 4.18 ผลการทดสอบอปกรณปองกนกระแสไฟฟารวทมวงจรกรองความถผานตา แบบโหลดเครองพมพ …………………………………………………………………………………………………………………70 4.18 (ก) คาแรงดนยอดถงยอดทตกครอม RLeak ……………………………………………………………………………………70

4.18 (ข) ระยะเวลาในการตดวงจรของอปกรณ ……………………………………………………………………………………..70 4.19 ผลการทดสอบอปกรณปองกนกระแสไฟฟารวทมวงจรกรองความถผานตา แบบโหลดโนตบค ……………………………………………………………………………………………………………………...71 4.19 (ก) คาแรงดนยอดถงยอดทตกครอม RLeak ……………………………………………………………………………………71

4.19 (ข) ระยะเวลาในการตดวงจรของอปกรณ ……………………………………………………………………………………..71

xi


รปท หนา

4.20 ผลการทดสอบอปกรณปองกนกระแสไฟฟารวทมวงจรกรองความถผานตา แบบโหลดแหลงจายกาลงกระแสตรง …………………………………………………………………………………………..73 4.20 (ก) คาแรงดนยอดถงยอดทตกครอม RLeak ……………………………………………………………………………………73

4.20 (ข) ระยะเวลาในการตดวงจรของอปกรณ ……………………………………………………………………………………..73 4.21 เครองถายเอกสารทเกดกระแสไฟฟารว ………………………………………………………………………………………..75 4.22 เอาตพตแรงดนของหมอแปลงกระแสสมดลทใชวดกระแสไฟฟารวของเครองถายเอกสาร ………………….76 4.23 เอาตพตแรงดนของวงจรเรยงกระแสรวมขยายแรงดนเขาวงจรเปรยบเทยบแรงดน …………………………..77 4.24 วงจรควบคมของอปกรณปองกนกระแสไฟฟารวทใชทดสอบ …………………………………………………………..77 4.25 เอาตพตแรงดนระหวางหมอแปลงกระแสสมดลและวงจรเรยงกระแสรวมขยายแรงดน………………………78 4.26 วงจรเปรยบเทยบแรงดนของวงจรควบคมทไมมวงจรกรองความถ …………………………………………………..78 4.27 แรงดนอางองและแรงดนเอาตพตของวงจรเรยงกระแสรวมขยายแรงดน …………………………………………79 4.28 ระยะเวลาในการตดวงจรของอปกรณปองกนกระแสไฟฟารวทไมมวงจรกรองความถ .............................79 4.29 เอาตพตแรงดนระหวางหมอแปลงกระแสสมดลและวงจรเรยงกระแสรวมขยายแรงดน………………………81 4.30 วงจรเปรยบเทยบแรงดนของวงจรควบคมทมวงจรกรองความถ ………………………………………………………81 4.31 แรงดนอางองและแรงดนเอาตพตของวงจรเรยงกระแสรวมขยายแรงดน ………………………………………….82 4.32 ระยะเวลาในการตดวงจรของอปกรณปองกนกระแสไฟฟารวทมวงจรกรองความถ ……………………………82 ก.1 คณสมบตของหมอแปลงกระแสสมดลทใชในโครงงาน ……………………………………………………………………..88 ก.2 หมอแปลงกระแสสมดลทใชในโครงงาน ..…………………………………………..…………………………………………..89 ก.3 คณสมบตของแมกเนตกคอนแทคเตอรทใชในโครงงาน …………………………………………………………………….89 ก.4 แมกเนตกคอนแทคเตอรทใชในโครงงาน …………………………………………..……………………………………………90 ก.5 คณสมบตของโซลดสเตตรเลยทใชในโครงงาน …………………………………………..……………………………………90 ก.5 คณสมบตของโซลดสเตตรเลยทใชในโครงงาน (ตอ) …………………………………………..…………………………….91 ก.5 คณสมบตของโซลดสเตตรเลยทใชในโครงงาน (ตอ) …………………………………………………………………………92 ก.6 วงจรควบคมทใชในโครงงาน …………………………………………………………………………………………………………93 ก.7 วงจรแหลงจายไฟเลยงแรงดนคงททใชในโครงงาน …………………………………………………………………………..93 ก.8 อปกรณปองกนกระแสไฟฟารว ……………………………………………………………………………………………………..94 ก.9 กลองจาลองกระแสไฟฟารว …………………………………………………………………………………………………………94

xii

สารบญตาราง

ตารางท หนา

1.1 แผนดาเนนงานการโครงงาน ………………………………………………………………………………………………………….3

2.1 ผลโดยทวไปของไฟฟาดดตอรางกาย ………………………………………………………………………………………………9

3.1 ความสมพนธของระดบกระแสไฟฟารวกบแรงดนไฟฟาเอาตพตทระดบตางๆ ……………………………………37

4.1 คาพารามเตอรทวดสาหรบวงจรควบคมทไมมวงจรกรองความถผานตา แบบไมจายโหลด …………………..62

4.2 การทดสอบอปกรณปองกนกระแสไฟฟารวทไมมวงจรกรองความถผานตา แบบไมจายหลด ……………….62 4.3 คาพารามเตอรทวดสาหรบวงจรควบคมทไมมวงจรกรองความถผานตา แบบโหลดหลอดไส ………………..63

4.4 การทดสอบอปกรณปองกนกระแสไฟฟารวทไมมวงจรกรองความถผานตา แบบโหลดหลอดไส ……………64

4.5 คาพารามเตอรทวดสาหรบวงจรควบคมทไมมวงจรกรองความถผานตา แบบโหลดเครองพมพ ……………..65 4.6 การทดสอบอปกรณปองกนกระแสไฟฟารวทไมมวงจรกรองความถผานตา แบบโหลดเครองพมพ …………65 4.7 คาพารามเตอรทวดสาหรบวงจรควบคมทไมมวงจรกรองความถผานตา แบบโหลดโนตบค …………………...66 4.8 การทดสอบอปกรณปองกนกระแสไฟฟารวทไมมวงจรกรองความถผานตา แบบโหลดโนตบค ………………66 4.9 คาพารามเตอรทวดสาหรบวงจรควบคมทไมมวงจรกรองความถผานตา แบบโหลดแหลงจาย ……………….67 4.10 การทดสอบอปกรณปองกนกระแสไฟฟารวทไมมวงจรกรองความถผานตา แบบโหลดแหลงจายกาลงไฟฟากระแสตรง …………………………………………………………………………………..68 4.11 คาพารามเตอรทวดสาหรบวงจรควบคมทไมมวงจรกรองความถผานตา แบบไมจายโหลด ………………….69 4.12 การทดสอบอปกรณปองกนกระแสไฟฟารวทมวงจรกรองความถผานตา แบบไมจายโหลด …………………69 4.13 คาพารามเตอรทวดสาหรบวงจรควบคมทไมมวงจรกรองความถผานตา แบบโหลดหลอดไส ……………….70 4.14 การทดสอบอปกรณปองกนกระแสไฟฟารวทมวงจรกรองความถผานตา แบบโหลดหลอดไส ……………...71 4.15 คาพารามเตอรทวดสาหรบวงจรควบคมทไมมวงจรกรองความถผานตา แบบโหลดเครองพมพ …………...72 4.16 การทดสอบอปกรณปองกนกระแสไฟฟารวทมวงจรกรองความถผานตา แบบโหลดเครองพมพ …………..72 4.17 การทดสอบอปกรณปองกนกระแสไฟฟารวทมวงจรกรองความถผานตา แบบโหลดโนตบค ………………..73 4.18 การทดสอบอปกรณปองกนกระแสไฟฟารวทมวงจรกรองความถผานตา แบบโหลดโนตบค …………….….73 4.19 การทดสอบอปกรณปองกนกระแสไฟฟารวทมวงจรกรองความถผานตา แบบโหลดแหลงจายกาลงกระแสตรง ……………………………………………………………………………………….….74 4.20 การทดสอบอปกรณปองกนกระแสไฟฟารวทมวงจรกรองความถผานตา แบบโหลดแหลงจายกาลงกระแสตรง ………………………………………………………………………………….……….75 4.21 ผลการทดสอบอปกรณปองกนกระแสไฟฟารว ……………………………………………………………………………...75 4.22 คาพารามเตอรทวดและคานวณสาหรบวงจรควบคมทไมมวงจรกรองความถผาน ………………………………81 4.23 คาพารามเตอรทวดและคานวณสาหรบวงจรควบคมทมวงจรกรองความถผาน ………………………………….84

1

บทท 1

บทนา

1.1 หลกการและเหตผล

ปจจบนทรพยากรไฟฟาถอวามความสาคญมากในการดาเนนชวตประจาวน ถงอยางนนยงมอนตราย

และความเสยงตางๆทสงผลตอชวตและทรพยสน ซงเกดขนไดทงในทพกอาศย สถานททางาน ตลอดจนสถานทสาธารณะทมอปกรณไฟฟาจานวนมาก เมออปกรณเหลานนเกดกระแสไฟฟารวจากอปกรณไฟฟา เนองจากสาเหตหลายประการ เชน ฉนวนไฟฟาชารดหรอเสอมสภาพไปสมผสกบสวนทเปนโลหะทตออยกบสายกราวดนนคอโครงโลหะของอปกรณมกระแสไฟฟารว หากผใชอปกรณสมผสกบโครงโลหะของอปกรณไฟฟาดงกลาว จะทาใหมกระแสไฟฟาไหลผานรางกายผใชทสมผสลงสดน หรอหากมวตถทไวตอการตดไฟในสถานททเขาตรวจสอบดแลยากแลวเกดกระแสไฟฟารวใกลๆบรเวณนนจะทาใหเกดอคคภยได ดงนนจงควรมการตดตงอปกรณปองกนกระแสไฟฟารวเพอปองกนอนตรายทเกดขนจากกระแสไฟฟารว

ดงนนโครงงานนไดนาเสนอการปองกนและตรวจจบกระแสไฟฟารว จงจดทาอปกรณปองกน

กระแสไฟฟารวในระบบไฟฟาแรงดนตาเพอปองกนอนตราย โดยอาศยหลกการทางานของหมอแปลงกระแสสมดลรวมกบโซลดสเตตรเลยและแมกเนตกคอนแทคเตอร เปรยบเทยบผลตางของกระแสไฟฟาทไหลไปและกลบผานหมอแปลงกระแสสมดล ถาในสภาวะปกตกระแสไฟฟาจะเทากน แตในกรณไฟรวลงดนหรอตวบคคลกระแสไฟฟาสวนหนงจะไหลกลบแหลงจายโดยไมผานหมอแปลงกระแสสมดลเปนผลใหเกดผลตางของกระแสไฟฟาทาใหตรวจพบความผดปกต และสงใหตดระบบสวนทเกดกระแสไฟฟารวออกเพอความปลอดภย

1.2 วตถประสงค

1. ศกษาปญหาสภาวะการเกดกระแสไฟฟารวในระบบไฟฟาแรงดนตา 2. ศกษาปจจยทมผลกระทบตอการทางานของอปกรณตรวจจบกระแสไฟฟารว 3. ออกแบบวงจรตรวจจบกระแสไฟฟารวใหทางานไดอยางถกตอง โดยไมทางานผดพลาด 4. สรางอปกรณเชอมตอระหวางหมอแปลงกระแสสมดลกบโซลดสเตตรเลยและแมกเนตกคอนแทค

เตอร เพอตดระบบไฟฟาออกจากระบบไฟฟาเมอเกดกระแสไฟฟารว

2

1.3 ขอบเขตแผนการดาเนนงาน

1. ใชกบระบบไฟฟาแรงดนตา 1 เฟส 2 สาย 220 โวลต ความถ 50 เฮตรซ พกดกระแสท 15 A 2. ใชหมอแปลงกระแสสมดล 1 ตวในการตรวจจบความผดปกตเมอเกดกระแสไฟฟารว 3. สามารถตดวงจรออกได เมอตรวจจบความผดปกตเมอเกดกระแสไฟฟารวได โดยคากระแสรวท

กาหนดไมเกน 30 มลลแอมแปร ภายในเวลา 40 มลลวนาท 1.4 แผนการดาเนนงาน

1. ศกษาเอกสารและงานวจยทเกยวของ 2. ศกษาเรองหมอแปลงกระแสสมดลและหมอแปลงกระแสสมดลสมดล 3. ศกษาอปกรณปองกนเกยวกบความผดปกตเมอเกดกระแสไฟฟารว 4. ออกแบบและสรางอปกรณทจะนาไปใชในการทดลอง 5. ทดสอบอปกรณโดยการนาไปทดลองจรง 6. ปรบปรงและแกไขอปกรณ 7. ประมวลผลขอมล 8. วเคราะหและสรปผล

3

ตารางท 1.1 แผนดาเนนงานการทาโครงงาน

ป 2558 ขนตอน/เดอน

มกราคม กมภาพนธ มนาคม เมษายน สงหาคม กนยายน ตลาคม พฤศจกายน 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

3

4

1.5 ประโยชนทจะไดรบ

1. เขาใจถงปญหาและวธแกไขปญหาความผดปกตเมอเกดกระแสไฟฟารว 2. ไดอปกรณปองกนทสามารถสงใหโซลดสเตตรเลยและแมกเนตกคอนแทคเตอร ตดวงจรทเกด

กระแสไฟฟารวออกจากระบบไดตามวตถประสงค 3. ไดอปกรณปองกนกระแสไฟฟารวทไมทางานผดพลาดอนเนองมาจากกระแสฮารมอนกส 4. ไดแนวทางการพฒนาเครองปองกนความผดปกตเมอเกดกระแสไฟฟารว

5

บทท 2

ทฤษฏและงานวจยทเกยวของ

2.1 บทนา

เนอหาบทนเปนการศกษาและทาใหเขาใจถงทฤษฎตาง ๆ ทเกยวของกบอปกรณปองกนกระแสไฟฟารว (Leakage Current Protection Device) ซงนบวามความสาคญและเปนประโยชนอยางมากสาหรบการดาเนนงาน สาหรบโครงงานนจะใชระบบไฟฟาแรงดน 220 โวลต ความถ 50 เฮรตซ ซงจะใชหมอแปลงกระแสในการตรวจจบกระแสไฟฟารวขนาด 30 มลลแอมแปร ทงนเพอเปนพนฐานความรและความเขาใจสาหรบนาไปเปนแหลงอางองในการดาเนนโครงงาน และในการออกแบบและสรางอปกรณปองกนกระแสไฟฟารวจาเปนตองศกษาขอมลเนอหาและทฤษฎทเกยวของกบโครงงานดงน 2.2 การพจารณากระแสไฟฟาในระบบไฟฟา 1 เฟส

ระบบไฟฟา 1 เฟส ถาตอโหลดใหครบวงจรแลวกระแสจะไหลเขาสโหลดทางสายไลน (Line) และกลบสแหลงจายทางสายสายนวทรล (Neutral) ทาใหครบวงจรดงนนในสภาวะปกตกระแสทสโหลดและกระแสทออกจากโหลดกลบสแหลงจายจะมขนาดกระแสเทากน แตในสภาวะผดปกตคอเกดกระแสไฟฟารวขน กระแสทเขาสโหลดและกระแสทออกจากโหลดกลบสแหลงจายจะมขนาดกระแสทไมเทากน ดงนนอปกรณปองกนกระแสไฟฟารวจงใชหลกการดงกลาวในการตรวจจบผลตางของกระแสน ซงในสภาวะปกตกระแสทเขาสโหลดตามสายไลนและกระแสทออกจากโหลดตามสายนวทรลจะมขนาดทเทากนแตมทศทางตรงกนขาม แตในสภาวะเกดกระแสไฟฟารวจะมกระแสไฟฟาสวนหนงรวไหลออกจากอปกรณตรวจจบกระแสทเขาสโหลดทางสายไลน และกระแสทออกจากโหลดสายนวทรล จะมขนาดทไมเทากนจงเปนผลทาใหอปกรณสามารถตรวจจบกระแสไฟฟารวไดดงรปท 2.1

รปท 2.1 หลกการตรวจจบกระแสไฟฟารว

6

2.3 ทฤษฎฮารมอนกส (Harmonics)

ฮารมอนกสในระบบไฟฟา หมายถงรปคลนฮารมอนกสของกระแสไฟฟาทผดเพยนไปจากรปคลนไซนซอยดล เนองจากผลของความไมเปนเชงเสนของอปกรณไฟฟา ในยคแรกๆกระแสฮารมอนกสเกดจากการอารคของหลอดไอปรอทของอปกรณแปลงไฟฟากระแสสลบเปนกระแสตรง แตในปจจบนการใชงานอปกรณไฟฟาทมคณสมบตการตอบสนองตอแรงดนทไมเปนเชงเสนเชน แหลงจายไฟแบบสวตชงในเครองคอมพวเตอรหรออนเวอรเตอรเปนตน ทาใหเกดฮารมอนกสทเพมสงขนและมรปคลนทซบซอนมากกวาในอดต ซงผลของฮารมอนกสทเกดขนจงเปนปญหาทสงผลกระทบตอระบบไฟฟา, ตวอปกรณไฟฟาเกดความเสยหายรวมถงอปกรณปองกนอาจเกดการทางานทผดพลาดได

จากวารสาร (ประสทธ พทยพฒน, 2548) ในระบบไฟฟาทเปนอดมคตรปคลนไฟฟาจะมรปรางเปนรปคลนไซนซอยดล แตในความเปนจรงแลวจะมกระแสทไมเปนรปคลนไซนซอยดล ซงเกดจากการตอบสนองตอแรงดนทจายของโหลดทไมเปนเชงเสนในอปกรณไฟฟาพนฐานทมการตอบสนองตอแรงดนทจายทความถคาหนงๆแบบเชงเสนเชน ตวตานทาน, ตวเหนยวนา, ตวเกบประจ จะทาใหรปคลนของกระแสและแรงดนมรปรางเดยวกน กลาวคอหากจายแรงดนไฟฟาเปนรปคลนไซนซอยดลกจะเกดกระแสไหลเปนรปคลนไซนซอยดลเชนเดยวกน จากรปท 2.2 แสดงใหเหนถงความสมพนธของแรงดนและกระแสในกรณทการตอบสนองของโหลดเปนเชงเสนตอแรงดนทจาย ถงแมจะมการเลอนของมมเฟสออกไปแตกยงทาใหรปรางของกระแสเปนรปคลนไซนซอยดลอย

รปท 2.2 การตอบสนองตอโหลดทเปนเชงเสน

การตอบสนองตอแรงดนไฟฟาของอปกรณทมผลการตอบสนองตอแรงดนแบบไมเปนเชงเสน กระแสจะไหลกตอเมอคาแรงดนมคาสงเกนคาหนง ตวอยางของอปกรณประเภทนไดแกชดแปลงไฟฟากระแสสลบเปนแรงดนไฟฟากระแสตรง (Rectifier) ซงใชตวเกบประจเปนตวกรองใหเรยบทาใหกระแสทจะไหลกตอเมอแรงดนทจายมคาสงกวาแรงดนทตวเกบประจเกบไวดงรปท 2.3

7

รปท 2.3 การตอบสนองของโหลดทไมเปนเชงสน

จากรปท 2.3 จะเหนไดวากระแสไฟฟาจะไหลไดกตอเมอแรงดนมคาสงกวา 0.7 pu. ทาใหกระแสมลกษณะไมเปนคลนไซนซอยดล

รปท 2.4 (ก) กระแสทมฮารมอนกส (ข) กระแสแบบไซนซอยดลทมการรวมกนกบกระแสฮารมอนกสอนดบท 3, 5

จากรปท 2.4 แสดงรปคลนไฟฟาทมความถฮารมอนกสปะปนอยทาใหรปคลนไมไซนซอยดล ความถ

ฮารมอนกสคอความถทมคาเปนจานวนเทาของความถมลฐาน ทงนกรณทความถมลฐานเทากบ 50 เฮรตซ คาความถฮารมอนกสอนดบ 3 จะมคาเปน 150 เฮรตซ และคาความถฮารมอนกสอนดบ 5 จะมคาเปน 250 เฮรตซ ตามรปท 2.4 (ข) แสดงรปคลนไซนซอยดลและฮารมอนกสอนดบท 3 และ5 ทรวมกนเปนรปคลนทไมเปนไซนซอยดล รปท 2.4 (ก) โดยมฮารมอนกสอนดบท 3 และ 5 เปน 50% และ 25% ของความถมลฐานตามลาดบ ในทางปฏบตฮารมอนกสทเกดขนจะมหลายอนดบและยงมการเลอนเฟสจากความถมลฐานอกดวย

8

2.4 อปกรณปองกนกระแสไฟฟารว (Leakage Current Protection Device)

อปกรณปองกนกระแสไฟฟารวหรอทรจกกนวา “เครองปองกนไฟดด” คอเครองไฟฟาอตโนมตททาหนาทปองกนอนตราย โดยตดกระแสไฟฟาทไหลผานในกรณทตรวจพบวากระแสไฟฟาบางสวนรวหายไปจากระบบ คอไมไหลยอนกลบไปตามสายไฟของการไฟฟา แตกลบมไฟรวไหลไปทอน เชน รวไหลลงไปในดน โดยผานสายดน,ผานทางรางกายมนษยเมอมการสมผสกบอปกรณไฟฟา หรอรวผานฉนวนไฟฟาทชารดของอปกรณไฟฟา เปนตน โดยอปกรณปองกนกระแสไฟฟารวอาจมชอเรยกอยางอนเชน เครองตดกระแสไฟฟารวลงดน (Earth Leakage Circuit Breaker :ELCB, Ground Fault Circuit Interruter : GFCI) หรอเครองตดกระแสเหลอ (Residual Current Device :RCD) ซงในการออกแบบอปกรณจาเปนตองทราบผลโดยทวไปของไฟฟาดดตอรางกายมนษยดงรปท 2.5

รปท 2.5 โซนการปองกนกระแสไฟฟาทมผลตอรางกายมนษย

9

ตารางท 2.1 ผลโดยทวไปของไฟฟาดดตอรางกายมนษย

กระแสไหลผานรางกาย (เปนเวลา 1 วนาท)

ผลตอรางกาย

เกน 1 มลลแอมแปร ไดรบความรสกเหมอนถกสะกดดวยปลายเขม ประมาณ 10-30 มลลแอมแปร รสกกลามเนอเกรง และประสาทเรมไมทางานอาจไม

สามารถสะบดหลดจากจดทไฟฟาดดได ประมาณ 30-100 มลลแอมแปร การหายใจเรมไมทางานและหวใจเรมเตนผดปกต

หรอหยดเตน 100-300 มลลแอมแปร หวใจเตนผดปกตอาจทาใหหมดสต ถาไฟดดนานกวา

1 วนาท ประมาณ 5 แอมแปร เกดความรอนและรอยไหมเกรยม

จากตารางท 2.1 ตามมาตรฐาน IEC 60479-1 ไดใหระดบกระแสไฟฟารวทเปนอนตรายสงสดเทากบ

30 มลลแอมแปรและมาตรฐาน มอก.909-2548 จาก (มาตรฐานอตสาหกรรม, 2552) กากบวาอปกรณปองกนกระแสรวตองมพกดขนาดกระแสรวไมเกน 30 มลลแอมแปร ตองตดวงจรออกจากระบบไดภายในระยะเวลา 40 มลลวนาท เมอมกระแสไฟฟารวขนาด 5 เทาของพกดหรอเทากบ 150 มลลแอมแปร

กระแสเหลอ (Residual Current, I∆) ผลรวมทาง เวกเตอร ของ คากระแสไฟฟ าขณะใดๆ

(Instantaneous) ทเกดขนในขณะทไหลผานวงจรประทานของอปกรณปองกนกระแสไฟฟารว (แสดงเปนคารากกาลงสองเฉลย RMS)

กระแสเหลอททางาน (Residual Operating Current) หมายถง คาของกระแสไฟฟาเหลอททาใหอปกรณปองกนกระแสไฟฟารวทางานภายใตสภาวะทกาหนด (จากตารางท 2.1 ในทนจะกาหนดกระแสเหลอใชทางานท 30 มลลแอมแปรเพอปองกนกระแสไฟฟาดดสวนยอย)

กระแสเหลอทไมทางาน (Residual Non-operating Current) หมายถง คาของกระแสไฟฟาเหลอเทากบหรอตากวาทไมทาใหอปกรณปองกนกระแสไฟฟารวทางานภายใตสภาวะทกาหนด

10

2.4.1 สวนประกอบภายในของอปกรณปองกนกระแสไฟฟารว อปกรณปองกนกระแสไฟฟารวมสวนประกอบดงรปท 2.6

รปท 2.6 หลกการทางานของอปกรณปองกนกระแสไฟฟารว

1. วงจรควบคม (Control circuit)

2. ขดลวดทตยภมของหมอแปลงกระแส (Current transformer secondary winding) 3. แกนเหลกหมอแปลงกระแส (Transformer core) 4. ปมทดสอบอปกรณปองกนกระแสไฟฟารว (Test push-button) 2.4.2 ชนดของอปกรณปองกนกระแสไฟฟารว

อปกรณปองกนกระแสไฟฟารวแบงออกเปน 4 ชนด

1. Type AC : อปกรณปองกนกระแสไฟฟารวททางานกบกระแสเหลอทเปนลกษณะไฟฟากระแสสลบความถมลฐานของแหลงจายเทานน ดงรปท 2.7

รปท 2.7 สญลกษณของอปกรณปองกนกระแสไฟฟารวชนด AC

11

2. Type A : อปกรณปองกนกระแสไฟฟารวททางานกบกระแสเหลอทเปนลกษณะไฟฟากระแสสลบความถมลฐานของแหลงจายและพลสกระแสสลบเทานน ตวอยางโหลดเชนโทรทศน ดงรปท 2.8

รปท 2.8 สญลกษณของอปกรณปองกนกระแสไฟฟารวชนด A

3. Type B : อปกรณปองกนกระแสไฟฟารวททางานกบกระแสเหลอทเปนลกษณะไฟฟากระแสสลบ

ความถมลฐานของแหลงจาย,พลสกระแสสลบ,ไฟฟากระแสตรงและพลสกระแสตรงตวอยางโหลดเชน UPS ดงรปท 2.9

รปท 2.9 สญลกษณของอปกรณปองกนกระแสไฟฟารวชนด B

2.4.3 การตดตงอปกรณปองกนกระแสไฟฟารว

การตดต งอปกรณปองกนกระแสไฟฟารวในระบบตามวารสารของ (คณะกรรมการสาขาวศวกรรมไฟฟา, 2554) ขอควรระวงทสาคญในการตดตงอปกรณปองกนกระแสไฟฟารวคอ ตองตดตงในตาแหนงทถกตอง วงจรและขวตอสายถกตอง หากตดตงผดเมอเกดไฟรวหรอไฟดดเครองจะไมทางานปลดวงจร แตในการกดปมทดสอบเครองจะปลดวงจรออกทนทเปนการจาลองวาเกดกระแสไฟฟารวตามทกาหนด

12

รปท 2.10 การตดตงอปกรณปองกนกระแสไฟฟารวในตาแหนงทถกตอง

จากรปท 2.10 เปนการแสดงตาแหนงการตดตงทถกตองในวงจรไฟฟา เมอเกดไฟรวลงดนไฟจะไมดด กระแสสวนหนงจะไหลลงดนและไหลกลบโดยผานสายดนททแผงเมนสวตช ทาใหกระแสไหลไปและกลบผานอปกรณปองกนกระแสไฟฟารวไมเทากน เครองจะปลดวงจร

รปท 2.11 การตดตงอปกรณปองกนกระแสไฟฟารวในตาแหนงทไมถกตอง จากรปท 2.11 เปนการแสดงตาแหนงการตดตงทไมถกตองในวงจรไฟฟา เนองจากกระแสไฟทรวลง

ดนกลบมายงแผงเมนสวตช จะกลบมารวมกบกระแสสวนทไหลมาจากโหลดแลวไหลกลบยงแหลงกาเนดโดยผานอปกรณปองกนกระแสไฟฟารว จะทาใหกระแสทไหลไปและกลบผานอปกรณปองกนกระแสไฟฟารวมคาเทากนเปนผลทาใหเครองจะไมปลดวงจร

13

2.5 หมอแปลงเครองมอวด (Instrument Transformer) ในปจจบนหมอแปลงกระแสมอย 2 ชนด ไดแก

1. หมอแปลงกระแส (Current Transformer, CT) หมอแปลงกระแสนจะใชในระบบไฟฟาแรงดนสง ใชในการตรวจจบความผดพลาด (fault) ของระบบสายสง 2. หมอแปลงกระแสแกนสมดล (Core balance current transformer, CBCT) หมอแปลงกระแสสมดลจะใชการตรวจจบไฟรว (Leakage current) ทระบบไฟฟาแรงดนตา

2.5.1 หมอแปลงกระแส (Current Transformer)

หมอแปลงกระแส (Current Transformer) ใชหลกการเหนยวนาแมเหลกไฟฟา (Electromagnetic induction) เพอทาใหเกดกระแสไหลขนในหมอแปลงกระแสโดย มขดลวดทางดานปฐมภม (primary) หรอสายไลนคลองผานหมอแปลงกระแส เพอวดกระแสทไหลผาน โดยมความสมพนธกบดานทตยภม (Secondary) สามารถเขยนวงจรสมมลไดดงรปท 2.12

รปท 2.12 วงจรสมมลหมอแปลงกระแส

จากรปท 2.12 เปนวงจรสมมลในอดมคตอยางงายของหมอแปลงกระแส ซงองคประกอบของหมอแปลงกระแสทสาคญคอ อตราสวนรอบขดลวดทงสองดาน คอ

[Turn ratio] (2.1) เมอ NP คอ จานวนขดลวดทางดานปฐมภม NS คอ จานวนขดลวดดานทตยภม

p

s

Nn=

N

14

ในการออกแบบหมอแปลงกระแสจะตองพจารณาเลอกชนดของแกนเพราะกระแสกระตน (Excitation Current) Im ในรปท 2.12 จะกาหนดความถกตองในการวดของหมอแปลงกระแส ซงกระแสกระตน Im จะทาใหเกด hysteresis loss และการสญเสยกระแสไหลวนของแกน (eddy current losses) จากรปท 2.12 ถาคาการเหนยวนาแมเหลก (magnetization inductance, LC) และ คา Re คอ ความตานทานของหมอแปลงขณะไมมโหลดมคาตาเกนไป คาการซมผานแมเหลก (Permeability) ของแกนเหลกอยในระดบตาจะทาใหการสญเสยในแกนเหลก (Core loss) มคาสง แตเนองจากการสญเสยในแกนเหลกมคานอยมากจงไมนามาคด จากความสมพนธของกระแสกระตนไปยงฝงทตยภม Iin=Io/n แสดงไดตามรปท 2.13

รปท 2.13 ความสมพนธระหวางกระแสอนพตและกระแสเอาตพตของหมอแปลงกระแส

จากวงจรสมมลในรปท 2.13 จะเหนวาควรใช Ro คอคาความตานทานทตอกบขวดลวดดานทตยภม ทม

คานอยเพอทาให Io มคามากและทาใหอตราสวน Io/Im มคาสง ทาใหเทากบอตราสวนรอบของขดลวดทตยภมตอจานวนรอบขดลวดปฐมภม

รปท 2.14 หมอแปลงกระแส

15

Is

หนาทของหมอแปลงกระแส (Current Transformer)

จากรปท 2.14 หมอแปลงกระแสมหนาทแปลงกระแสสงคาหนง เปนกระแสอกคาหนงทตาลง ตามกาหนดของกระแสสงสด (Rated current) ของขดลวดทตยภมไวท 5 แอมแปร และ 1 แอมแปร เพอเปนมาตรฐานในการผลตอปกรณ หรอ เครองมอทนามาตอเขาดานทตยภม (Secondary terminal) กรณใชงานกบไฟแรงสง จาเปนตองมฉนวนทสามารถทนตอแรงดนใชงานและแรงดนผดปกตทอาจเกดขนในระบบ

2.5.2 หมอแปลงกระแสสมดล (Core Balance Current Transformer)

รปท 2.15 วงจรสมมลหมอแปลงกระแสสมดล จากรปท 2.15 เมอ Ip คอ กระแสไฟฟารว Is คอ กระแสเอาทพต Im คอ กระแสกระตนในการสรางสนามแมเหลก Ns คอ จานวนรอบของขดลวดดานทตยภม RCT คอ ความตานในขดลวดของ CBCT RB คอ ความตานทานของ Burden e คอ แรงเคลอนไฟฟาเหนยวนาในแกน Lm คอ คาการเหนยวนาเสนแรงแมเหลก

Φres คอ สนามแมเหลกคงคาง

1 : Ns

Lm Φres

16

หมอแปลงกระแสสมดล (Core Balance Current Transformer, CBCT) เปนหมอแปลงกระแสเหมาะสาหรบการตรวจวดผลรวมของกระแสในเฟส ภายใตเงอนไขในสภาวะปกตผลรวมของกระแสทางเวกเตอรจะเปนศนย แตเมอผดปกตผลรวมของกระแสทางเวกเตอรจะไมเปนศนย โดยการนาสายตวนาผานศนยกลางของหมอแปลงกระแส จงเรยกหมอแปลงชนดนวา หมอแปลงกระแสสมดลทสามารถใชทงสามเฟสหรอเฟสเดยวในระบบไฟฟานน ซงจะมผลรวมของเวกเตอรกระแสในสายไลนและสายนวทรลเปนศนยเสมอ (2.2)

เมอเกดการรวของกระแสขนในระบบเวกเตอรผลรวมจะไมเปนศนย เกดจากการทกระแสเขาและออกจากโหลดแตกตางกน คอกระแสทางดานปฐมภมหรอในทนคอกระแสไฟฟารว (Ip) ผลตสนามแมเหลกคงคาง

(Φres) ซงจะทาใหเกดแรงดนไฟฟาในดานทตยภมของหมอแปลงกระแสสมดล CBCT ดงน

resde=-N

dt

(2.3)

N คอ จานวนรอบขดลวด ในโครงงานนจะใชคากระแสไฟฟารวทจะทาการตรวจจบเทากบ 30 มลลแอมแปร ในดานปฐมภมถา

เปนในอดมคต พนจานวนรอบขดลวด 1 รอบในดานทตยภมจะไดคากระแสในดานทตยภมเทากบ 30 มลลแอมแปร จากสมการ

1 1 2

2 2 1

N V I= =

N V I (2.4)

แตในความเปนจรงแลวจะเกดการสญเสยในขดลวดโดยกระแสกระตนมคามากเมอเปรยบเทยบ

กระแสขาออกจากการวด แตทางตรงกนขามในการออกแบบสามารถใชคาแรงดนเอาตพตทางดานทตยภมมาใชไดโดยการนาคาความตานทานมาตอขนาน ซงเปนหลกการตรงกนขามกบหมอแปลงกระแสทใชกระแสเอาตพตดานทตยภมในการออกแบบ แตใน CBCT จะใชแรงดนเอาตพตเปนปจจยพจารณาทสาคญ

R Y B NI + I + I + I = 0

17

โครงสรางหมอแปลงกระแสสมดล

รปท 2.16 สวนประกอบหลกของหมอแปลงแกนสมดล

จากรปท 2.16 โครงสรางของหมอแปลงกระแสสมดลในวารสาร (Padmanabhan & Rajamani, 2014) ประกอบดวย

1. แกนแมเหลก (Magnetic core) ทาหนาทดดซบเสนแรงสนามแมเหลกและถายโอนพลงงาจากดานปฐมภมไปสดานทตยภมของหมอแปลงแกนสมดล ซงคาสภาพใหซมซาบแมเหลก (Permeability) ของแกนแมเหลกเปนสวนสาคญ ทแสดงใหเหนกราฟแสดงความสมพนธระหวางความหนาแนนของเสนแรงแมเหลก (flux density, B) และ Magnetic Field, H หรอ B-H curve และ กราฟแสดงความสมพนธระหวาง Magnetic Field และ คาความซบซาบแมเหลก โดยไดทาการเปรยบเทยบระหวางแกนเหลก (Iron) ซงใชในหมอแปลงกระแสและ แกนแมเหลกผสม (Magnetic alloy) ซงใชในหมอแปลงกระแส โดยรปท 2.17 (ก) คอกราฟความสมพนธระหวาง H กบ B และ H กบ μ ของแกนเหลก และ รปท 2.17 (ข) คอ กราฟความสมพนธระหวาง H กบ B และ H กบ μ ของแกนแมเหลกผสม

(ก) (ข)

รปท 2.17 กราฟความสมพนธของแกนเหลกและแกนแมเหลก

18

จากรปท 2.17 ในเอกสารของ (Clarke, 2008) เมอเปรยบเทยบกราฟ H กบ μ โดย H คอ ความเขมสนามแมเหลกกบ μ คอ คาการซมซาบแมเหลก ระหวางแกนเหลกและแกนแมเหลกผสม จะเหนไดวาคาซมซาบแมเหลกของแกนเหลกมคาตากวาคาซมซาบแมเหลกของแกนแมเหลกผสมมาก เมอความเขมสนามแมเหลกเพมขนจะเหนไดวาคาการซมซาบแมเหลกจะเพมขนโดยแกนแมหลกผสมจะใชคาความเขมสนามแมเหลกทนอยกวาแกนเหลก สงผลใหแกนแมเหลกผสมใชกระแสกระตนนอยกวาแกนเหลกในการสรางสนามแมเหลก จงทาใหแกนแมเหลกผสมสามารถวดกระแสทมคานอยๆได เนองจากจากรปท 2.17 (ข) คาการซมซาบแมเหลกของแกนแมเหลกผสมทมคาสงกวา จากกราฟ H กบ B แสดงใหเหนวาคาการเหนยวนาเสนแรงแมเหลกมคาสง (Lm) สงผลใชกระแสกระตน(Magnetizing Current, Im) ในการสรางสนามแมเหลกมคานอยเมอเทยบกบกระแสกระตนของหมอแปลงกระแส ทาใหสามารถวดอนพตทมคานอยๆได ซงในโครงงานนไดใชหมอแปลงกระแสสมดลทางานทระดบกระแสไฟฟาทางดานปฐมภมหรอกคอกระแสไฟฟารวเทากบ 30 มลลแอมแปร

2. การพนขดลวด (Winding) ขดลวดทพนรอบแกนจะมฉนวนหมทวตวนา ซงจานวนรอบทพน ดานทตยภมมผลตอคาแรงดนเอาตพตดวย

3. Burden คาความตานทานทเชอมตอทางดานทตยภมทงหมดคอ Burden ซงคา Burden สามารถปรบเปลยนไดเพอใหเหมาะสมกบการออกแบบได

หนาทของหมอแปลงกระแสสมดล

หมอแปลงกระแสสมดล คอ หมอแปลงกระแสชนดหนง ทใชคากระแสกระตนในการสรางอานาจ แมเหลก (Im) ไปยงแกนแมเหลกเพอทาใหเกดกระแสขนในวงจรทางดานทตยภม เมอพจารณาการสญเสยจากกระแสกระตน สามารถหาการสญเสยจากกระแสกระตนไดจากสมการ

(2.5)

โดย คอ กระแสดานทตยภมอางองไปยงดานปฐมภมของหมอแปลงกระแสสมดล คอ กระแสรว

จะไดตามเฟสเซอรไดอะแกรมความสมพนธเฟสเซอรไดอะแกรมเวกเตอรกระแส ของ CBCT จากวารสารของ(Padmanabhan & Rajamani, 2014) ตามรปท 2.18

mp s= I - II

sI pI

19

รปท 2.18 เฟสเซอรไดอะแกรมแสดงเวกเตอรกระแส ของ CBCT

และหาความสมพนธระหวาง Ip และ Im ไดดงน

m

p2m

S

B

II =

2 N fAR L

(2.6)

เมอ f คอ ความถใชงาน A คอ พนทตดขวางของแกนแมเหลก RB คอ คาความตานทานทตอกบขวดลวดทตยภมทงหมด เมอหา Im ไดสามารถหาคาของ H (magnetic field strength) และ B (magnetic field) จากความสมพนธ

P m

m

N ×IH=

L (2.7)

Np คอ จานวนขดลวดทางดานปฐมภม = 1 รอบ B = μH (2.8) B คอ ความหนาแนนของสนามแมเหลก ดงนนคาแรงดนเอาตพตดานทตยภม จะได

m s

2 fV= B AN

2

(2.9)

Bm คอ คาสงสดของความหนาแนนของสนามแมเหลก

จากสมการ (2.6) จะเหนไดวาคาของกระแสกระตน (Im) ขนอยกบคาการซบซาบแมเหลก (μ)

20

ตารางท 2.2 ตารางเปรยบเทยบระหวางหมอแปลงกระแสกบหมอแปลงกระแสแกนสมดล Current transformer Core Balance Current Transformer

อนพต กระแสรว (Ip) กระแสรว (Ip) เอาตพต กระแส (Is) แรงดน (Vs) ชนดแกน แกนเหลก แกนแมเหลก

ขดลวดพนแกน ตวนาทองแดงหมฉนวนททนความรอน เนองจากตองทนกระแสเอาตพตได 1หรอ 5 แอมปแปร

ตวนาทองแดงหมฉนวนมขนาดเลกกวาขดลวดพนแกนของหมอแปลงกระแส เนองจากกระแสเอาตพตมคานอยมาก

การวด ลดทอนกระแสอนพตปรมาณมากใหนอยลงตามจานวนรอบการพนขดลวดรอบแกนเหลกจะแปรผกผนกบกระแสเอาตพต

กระแสอนพตทวดมประมาณนอยและเกดการสญเสยจากกระแสกระตน จงทาใหกระแสเอาตพตออกมามคานอยมาก จงใชคาแรงดนเอาตพตในการออกแบบแทน เนองจากจานวนรอบการพนขดลวดรอบแกนแม เหลกจะแปรผนตรงกบแรงดนเอาตพต โดยการตอคาความตานทานเขาไป

2.6 สวตชอเลกทรอนกส (Solid State Relay)

เปนสวทซอเลกทรอนกสทใชเปนอปกรณเชอมตอ (Interface) ระหวางภาคควบคม (Control) กบวงจรภาคไฟฟากาลง (Power) ลกษณะการทางานเหมอนสวตชรเลยทวไป แตมความแตกตางกบรเลยทวไป คอ Solid State Relay มขนาดเลก ไมมสวนทเปนหนาสมผส ดงนนจะไมมเสยงขณะททางาน และไมเกดปญหาเรองฝนเกาะหนาสมผสสามารถตอบสนองไดอยางรวดเรวแสดงดงรปท 2.19

รปท 2.19 Solid State Relay

21

ปจจยทพจารณา Solid State Relay

1. แรงดนอนพต (Input Voltage)

2. แรงดนเอาตพต (Output Voltage)

3. กระแสไฟฟาพกดสงสด (Rated current)

4. ความกวางของรเลย (Dimension)

วงจรพนฐานของ Solid State Relay

1. แบบ Non Zero Crossing Type

รปท 2.20 รปคลนแรงดนไฟฟาแสดงการทางานรเลย แบบ Non Zero Crossing Type การทางานของวงจรสามารถอธบายไดจาก กราฟรปคลนและแรงดนไฟฟาทจดตาง ๆ ในวงจรตามรป

ท 2.20 ซงกระแสไฟฟาและแรงดนทตกครอมโหลดจะปรากฏทนท ทสญญาณควบคมทปอนเขาเปนบวก 2. แบบ Zero Crossing Type

รปท 2.21 รปคลนแรงดนไฟฟาแสดงการทางานของโซลดสเตตรเลย แบบ Zero Crossing Type

22

การทางานของวงจรสามารถอธบายไดจากกราฟรปคลนแรงดนไฟฟาทจดตาง ๆ ในวงจรตามรปท 2.21 ซงกระแสไฟฟาและแรงดนไฟฟาทตกครอมโหลดจะไมปรากฏทนท ทสญญาณควบคมทปอนเขาเปนบวกแตจะหนวงเวลาไปจนถงจดทแรงดน AC power เปนศนยจงจะใหกระแสไฟฟาไหลในวงจรโหลด เรยกวา Zero Crossing On และเมอสญญาณควบคมทปอนเขาเปนศนยกจะไมตดกระแสไฟฟาในวงจรโหลดทนทแตจะหนวงเวลาไปจนถงจดทแรงดน AC power เปนศนยจงจะตดกระแสไฟฟาไหลในวงจรโหลด เรยกวา Zero Crossing Off

ขอดของฟงกชน Zero Crossing คอ การเรมทางานทเฟส 0 องศา ซงเปนคาของกระแสเรมทางานทตาสดซงสงผลดกบโหลด หากไมมฟงกชน Zero Crossing ซงสามารถเรมทางานท มมตางๆได อาจเรมทมมทางาน 90 องศา ซงเปนกระแสไฟฟาสงสดสามารถทาใหโหลดเสยหายได

ขอเสยของฟงกชน Zero Crossing จะมการทางานทชากวาแบบฟงกชน Non Zero Crossing เชน การทางานของฟงกชน Zero-Crossing จะทางานชากวา SSR ทใชฟงกชน Non Zero-Crossing มากทสดครง คาบเวลา คอฟงกชน Non Zero-Crossing จะทางานทนท เมอมสญญาณควบคม (Control signal) ในขณะทฟงกชน Zero Crossing จะตองรอรปคลน AC power เปนศนยกอนจงจะทางาน ซงทาใหฟงกชน Zero Crossing ทางานชาทสดครงคาบเวลาหรอเทากบ 10 มลลวนาท

2.7 แมกเนตกคอนแทคเตอร (Magnetic Contactor)

รปท 2.22 แมกเนตกคอนแทคเตอร

จากรปท 2.22 แมกเนตกคอนแทคเตอรเปนอปกรณทอาศยหลกการทางานโดยอานาจแมเหลกในการเปดปดหนาสมผสในการควบคมวงจรหรอเรยกวา สวตชแมเหลก (Magnetic Switch) หรอคอนแทคเตอร (Contactor) มขอดเมอเทยบกบสวตชอน คอ ใหความปลอดภยสาหรบผควบคมสง ใหความสะดวกในการควบคม ประหยดเมอเทยบกบการควบคมดวยมอ

23

รปท 2.23 สวนประกอบของแมกเนตกคอนแทคเตอร

จากรปท 2.23 แมกเนตกคอนแทคเตอรมสวนประกอบดงน

1. แกนเหลกทอยกบท (Fixed Core) จะมลกษณะเปนขาสองขางของแกนเหลกมลวดทองแดงเสนใหญตออยเปนรปวงแหวนฝงอยทผวของหนาของแกน เพอลดการสนสะเทอนของแกนเหลก เรยกวงแหวนนวา เชดเดดรง (Shaded Ring) 2. แกนเหลกเคลอนท (Stationary Core) ทาดวยแผนเหลกบางๆซอนกนมชดหนาสมผสเคลอนท (Moving Contact) ยดตดอย 3. ขดลวด (Coil) เปนขดลวดทองแดงพนอยรอบบอบบนสวมอยตรงกลางของขาตวอทแกนเหลกทอยกบท ขดลวดทาหนาทสรางสนามแมเหลกมขวไฟฟาเขาใชสญลกษณอกษรกากบ คอ A1-A2 หรอ a-b 4. หนาสมผส (Contact) หนาสมผสจะยดตดอยกบหนาสมผสทเคลอนทแบงออกเปนสองสวนคอ หนาสมผสหลก (Main Contact) ใชในวงจรกาลงทาหนาทตดตอระบบไฟฟาเขาสโหลด และหนาสมผสชวย (Auxiliary Contact) ใชกบวงจรควบคมหนาสมผสชวย แบงออกเปน 2 ชนด คอ หนาสมผสปกตเปด (Normally Open: NO.) และหนาสมผสปกตปด (Normally Close: NC.)

หลกการทางานของแมกเนตกคอนแทคเตอร

เมอมกระแสไฟฟาผานไปยงขดลวดสนามแมเหลกทอยขากลางของแกนเหลกขดลวดจะสรางสนามแมเหลก ทาใหแรงสนามแมเหลกชนะแรงสปรงดงใหแกนเหลกชดทเคลอนทลงมา ในสภาวะนหนาสมผสทงสองชดจะเปลยนสภาวะการทางานกนคอ คอนแทคปกตปดจะเปดวงจร และคอนแทคเปดจะปดวงจร เมอไมมกระแสจายเขาไปยงขดลวดสรางสนามแมเหลกจะทาใหหนาสมผสทงสองชดกลบไปสสภาวะเดม

24

การเลอกใชแมกเนตกคอนแทคเตอร

1. กระแสสงสดในการใชงาน 2. ลกษณะของโหลดและการใชงาน 3. แรงดนและความถ 4. สถานทใชงาน 5. ความบอยครงในการใชงาน 6. การปองกนจากหนาสมผสและการปองกนนา 7. ความคงทนทางกลและทางไฟฟา

2.8 วงจรเรยงกระแส

จากการตรวจจบความผดปกตจากหมอแปลงกระแสจะไดเอาตพตออกมาเปนกระแสไฟฟาสลบทประกอบดวยชวงบวกและชวงลบและเพอใหไดแรงดนจดชนวนทมชวงบวกตลอดจงใชวงจรเรยงกระแสเตมคลนโดยแสดงบลอกไดอะแกรมดงรปท 2.24

รปท 2.24 บลอกไดอะแกรมของวงจรเรยงกระแสแบบเตมคลน

รปท 2.25 คาแรงดนสงสด Vmax ของวงจรเรยงกระแสแบบเตมคลน

25

จากรปท 2.25 อธบายไดดงน

คายอดคลนหรอคาสงสด (Peak Value or Max Value) หมายถง คาสงสดของรปคลนนนในบางกรณอาจบอกเปนคายอดถงยอด (Peak-to-Peak) ซงมคาเปนสองเทาของคายอดคลน

คาเฉลย (Average Value) หมายถง คาความสงเฉลยของรปคลน 2.9 ออปแอมป (Operating Amplifier)

ออปแอป (Op-Amp) เปนชอยอสาหรบเรยกวงจรขยายทมาจากคาวา Operating Amplifier เปนวงจรขยายแบบตอตรง (Direct coupled amplifier) ทมอตราการขยายสงมากใชในการปอนกลบแบบลบไปควบคมลกษณะการทางาน ทาใหผลการทางานของวงจรไมขนกบคาพารามเตอรภายในของออปแอมปสญลกษณทใชแทนออปแอมปจะเปนรปสามเหลยมดงรปท 2.26 ไอซออปแอมปจะแตกตางจากลเนยรไอซทวๆไปคอไอซออปแอมปจะมขาอนพท 2 ขาเรยกวาขาเขาไมกลบเฟส (Non-Inverting Input) หรอขาบวก และขาเขากลบเฟส (Inverting Input) หรอขาลบสวนทางดานออกมเพยงขาเดยว เอาตพตทไดจะมเฟสตรงกบสญญาณทปอนเขาทขาของออปแอมป

รปท 2.26 สญลกษณออปแอมป คณสมบตของออปแอมปในทางอดมคต

1. อตราขยายมคาสงมากเปนอนนต (AV=∞)

2. อนพตอมพเดนซมคาสงมากเปนอนนต (Zi=∞) 3. เอาตพตอมพแดนซมคาตามากเทากบศนย (Zo=0)

4. ความกวางขอบแบนดวท (Bandwidth) ในการขยายสงมาก (BW=∞) 5. สามารถขยายสญญาณไดทง AC และ DC 6. การทางานไมขนกบอณหภม

+ Vcc

- Vcc

Invertinginput

Non-Invertinginput

+

-Output

26

สงทตองระวงเปนพเศษเมอตอวงจรออปแอมปคอ การตอไฟเลยงขวบวกและขวลบใหถกตอง เพราะหากตอไมถกตอง ออปแอมปอาจไดรบความเสยหาย หรอวงจรอาจไมทางานตามทออกแบบไว การตอไฟเลยงออปแอมปอยางถกตองแสดงในรปท 2.27 สมการตามกฎกระแสของเคอรชอฟฟเมอพจารณาทตวออปแอมปคอ

+ -1 2 oi +i +i +i -i =0

+ -o 1 2i =i +i +i +i (2.10)

รปท 2.27 การตอไฟเลยงและทศทางการไหลของกระแสในออปแอมป

วงจรสมมลของออปแอมปแบบไมอดมคตแสดงดงรปท 2.28 สมการามกฎแรงดนเคอรชอฟฟสาหรบดานอนพตในทศตามเขมนาฬกาคอ

+ -

dV =V - V (2.11)

รปท 2.28 วงจรสมมลออปแอมปแบบไมอดมคต

V +

V -

27

ลกษณะการทางานของออปแอมปคอ สงผลตางของแรงดนในสมการท (2.11) ออกไปเปนแรงดนเอาตพตมคาตามสมการท (2.12) โดยท A คอ อตราการขยายแรงดนวงรอบเปด

+ -out d vV = AV = A (V - V ) (2.12)

ขอจากดทสาคญของออปแอมปคอ คาแรงดนเอาตพตจะมคาไมเกนกวาคาแรงดนของแหลงจายบวกและลบ อาจกลาวไดวาแรงดนเอาตพตและขดจากดของออปแอมปขนอยกบคาแรงดนทจายใหเปนไฟเลยง และแบงออกเปน 3 กรณดงน 1. การทางานในสภาวะอมตวในชวงบวก (Positive Saturation) แรงดนเอาตพตเทากบแรงดนของแหลงจาย

out CCV =+V (2.13)

2. การทางานในสภาวะเชงเสน (Linear Region) แรงดนเอาตมคานอยกวาหรอเทากบแรงดนของแหลงจาย

out d CCV =AV V (2.14)

3. การทางานในสภาวะอมตวชวงลบ (Negative Saturation) แรงดนเอาตพตเทากบคาลบของแรงดนของ

แหลงจาย

out CCV =-V (2.15)

รปกราฟแสดงความสมพนธระหวางแรงดนของแหลงจายและแรงดนของเอาตพต แสดงดงรปท 2.29

รปท 2.29 กราฟความสมพนธแรงดนแหลงจายและแรงดนเอาตพตของออปแอมป

28

2.9.1 วงจรเปรยบเทยบแรงดน (Inverting comparator)

ลกษณะของวงจรเปนการเปรยบเทยบแรงดนอนพตเขาทขาบวกของออปแอมป จะเปรยบเทยบกบแรงดนอางองทตอเขากบขาลบของออปแอมป ดงรปท 2.30

รปท 2.30 ลกษณะวงจรเปรยบเทยบแรงดน

จากรปท 2.30 เปนวงจรเปรยบเทยบแรงดนอางอง Vref โดยปอนเขาทอนพตขาบวกของออปแอมป สวนอนพตทมาจากแหลงกาเนด Vin จะปอนเขาทอนพตขาลบ ซงจะลกษณะรปคลนแรงดนดงรปท 2.31

รปท 2.31 ลกษณะแรงดนของวงจรเปรยบเทยบแรงดน

จะพบวาแรงดนเอาตพตจะมการเปลยนสภาวะจาก VSAT+ไปเปน VSAT- หรอจาก VSAT- ไปเปน VSAT+

และเมอแรงดนอนพต Vin เทากบหรอมากกวาแรงดน Vref จะเหนไดวา สญญาณเอาตพตจะใหคาเปน VSAT+ และเมอแรงดนอนพต Vin นอยกวาแรงดน Vref จะใหคาเอาตพตเปน VSAT- วงจรเปรยบเทยบแบบนเรยกวา วงจรตรวจจบผานศนยแบบไมกลบเฟส (non-Inverting zero crossing detector)

29

2.9.2 วงจรขยายแบบกลบเฟส (Inverting Amplifier)

รปท 2.32 วงจรขยายแบบกลบเฟส

จากรปท 2.32 ลกษณะวงจรเมอมแรงดนปอนเขาผานตวตานทาน R1 ตอเขากลบขาลบของออปแอมป สวนขาบวกของออปแอมปตอลงกราวด และตอความตานทานปอนกลบ Rf ระหวางขาออกกบขา ลบออปแอมป โดยสญญาณทออกมาจะมมมตางกน 180 องศา พจารณาจากรป 2.32 โดยใชกฎกระแส KCLทจด 1 จะได

1 2I =I

1 1 O

1 f

sV - V V - V=

R R

แตออปแอมปในเชงทฤษฎถอวาแรงดน V1 = V2 = 0 ดงนนเมอตอขาบวกลงกราวดจะได

s o o

1 f f

V -V V= = -

R R R

หรอ fo s

1

RV = - V

R

อตราการขยายแรงดนคอ O fv

s 1

V RA = =-

V R (2.16)

30

2.10 วงจรกรองความถแบบผานตา (Low-Pass Filter)

คอวงจรกรองทถกออกแบบใหแถบความถตาใหผานไปได และทาการกาจดหรอลดทอนความถสงอนทไมตองการได วงจรดงรปท 2.33 เปนวงจรกรองความถแบบผานตาประกอบดวยตวตานทาน (Resistor : R) และ ตวเกบประจ (Capacitor :C) ซงคาคงตวเวลา (Time Constant) ของวงจรกาหนดไดจาก =RCt

รปท 2.33 วงจรกรองความถแบบผานตา

จากหลกการแบงแรงดนของวงจรสามารถแสดงฟงกชนระหวางแรงดนเอาตพตและแรงดนอนพตไดดงน

o i

1jV (j )= V (j )1

R+j

C

C

(2.17)

มมเฟสของอตราขยายทเปนฟงกชนของ แสดงไดดงน

-1 -1 -1=tan (- RC)=-tan ( RC)=-tan ( T) (2.18) อตราขยายแรงดน (Voltage-gain) ของวงจรกรองผานตาหาไดจาก

o

i

V (j ) 1 1-j RCG(j )= = =

V (j ) 1+j RC 1+( RC)

(2.19)

ขนาดของอตราขยายทเปนฟงกชนของ แสดงไดดงน

2 2

1 1G(j ) = =

1+( RC) 1+( T)

(2.20)

31

จะไดวา

=0

lim G j =1

และ =

lim G j =0

โดยครงกาลงไฟฟา (Half-power) หรอความถหกมม (Corner frequency; ) เกดขนเมอ

1G(j ) =

2 เราสามารถออกแบบความถ 0 ไดจาก

20G(j ) :2=1+( RC) (2.21)

ดงนนจะได

01 1

= =RC T

(2.22)

และความถหกมมหรอความถตดในหนวยเฮรตซกาหนดไดโดย

00 0

0.159f = =0.159 =

2 T

(2.23)

เอกสารและการศกษาทเกยวของ จากวารสารของ (Kendall, 2000) ไดทาการศกษาและนาเสนอวสดทใชเปนแกนแมเหลกของหมอแปลงผลตาง (Differential Transformer Core) ทใชในอปกรณปองกนกระแสไฟฟารว สาหรบปองกนไฟฟาดดเนองจากกระแสรวลงดน จากวารสารของ (Lee & Chan, 1995) ไดพฒนาโปรแกรมคอมพวเตอรในการวเคราะหรปคลนแรงดนไฟฟาและกระแสฮารมอนกสทตอเขากบอปกรณปองกนกระแสไฟฟารวและโหลด เพอศกษาผลกระทบจากฮารมอนกสและประเมนการเปลยนแปลงคณสมบตของอปกรณปองกนกระแสไฟฟารวทนามาทดสอบ สรปไดวากระแสตดวงจรมคาเพมขนเมอความถฮารมอนกสมคาสงขน ดงรปท 2.34

32

รปท 2.34 ผลการทดสอบการทางานของอปกรณปองกนกระแสไฟฟารว

ดงนนจงมความเปนไปไดสงถาเพมวงจรกรองความถเขาไปจะสงผลใหสามารถลดผลกระทบจากกระแสฮารมอนกสทาใหอปกรณตดไฟรวทางานไมผดพลาด

33

บทท 3

หลกการการออกแบบโครงงาน

3.1 หลกการ

ปจจบนความอนตรายจากการใชงานหรอทางานกบเครองใชไฟฟาถอเปนสงทกอใหเกดการสญเสยอยางคาดไมถงมาหลายสาเหต ซงสาเหตหลกๆ คอกระแสไฟฟารว ดงนนหากระบบมอปกรณทสามารถปองกนไมใหเกดการสญเสยโดยการตดวงจรหรอโหลดทมกระแสไฟฟารวออกจากระบบเพอรอแกไขสวนทเกดกระแสไฟฟารวไดทนเวลากอนทจะเกดอนตรายตอตวบคคลหรออปกรณไฟฟา ดงนนโครงงานนจงมเปาหมายในการสรางอปกรณปองกนกระแสไฟฟารวในระบบไฟฟาแรงดนตา เมอเกดกระแสไฟฟารวขน อปกรณปองกนจะตรวจจบและตดวงจรออกจากระบบทนทดวยเงอนไขกระแสไฟฟารวมากกวาหรอเทากบ 30 มลลแอมแปร ภายในเวลา 40 มลลวนาท สาหรบระบบไฟฟา 1 เฟส 2 สาย ความถ 50 เฮรตซ ซงในการออกแบบอปกรณปองกนกระแสไฟฟารวม 4 สวนการทางานไดแก วงจรไฟเลยงแรงดนคงท, วงจรควบคม, สวตชตดตอวงจรเขากบระบบและ สวนสถานะและการแจงเตอน ดงรปท 3.1

รปท 3.1 แนวคดการทางานของเครองตดไฟรวในโครงงาน

จากรปท 3.1 ในสภาวะปกตสวตชจะทาหนาทตอวงจรเขากบระบบ แตเมอเกดกระแสไฟฟารวขนวงจรควบคมจะไดรบแรงดนอนพตจากหมอแปลงกระแสสมดล ดงนนจงนาแรงดนไฟฟาเอาตพตของหมอแปลงกระแสสมดลนนเขาวงจรควบคมเพอใหสามารถสงใหอปกรณสวตชตดวงจรออกได ซงวงจรควบคมประกอบดวย วงจรกรองความถ, วงจรเรยงกระแสรวมขยายแรงดน และวงจรปรยบเทยบแรงดน รบไฟเลยงจากวงจรไฟเลยงแรงดนคงท เมอมแรงดนทมากกวาแรงดนอางองจะทาใหสวตชตดวงจรทเกดกระแสไฟรวออกจากระบบ

34

3.2 วงจรไฟเลยงแรงดนคงท

รปท 3.2 วงจรไฟเลยงแรงดนคงท

จากรปท 3.2 เมอปอนแรงดนไฟฟากระแสสลบแหลงจายความถมลฐานเขาหมอแปลงแรงดนทางอนพต 220 Vac แปลงแรงดนลงเปน 12 Vac ทกระแส 300 มลลแอมแปร เมอกระแสไฟฟาจะไหลผานไดโอด โดยขวท 1เปนไฟบวกไหลผานไดโอด D1 แตถาเปนขวลบกระแสไฟฟาจะผาน D3 เพราะไดโอดมคณสมบตยอมใหกระแสไหลผานไดทางเดยว ในหลกการเดยวกนทขว 2 ของอนพต ถาเปนไฟบวกกระแสจะไหลผาน D2 และถาเปนไฟลบกระแสจะไหลผาน D4 เปนผลใหไมวาขวหมอแปลงไฟฟาจะตอกบอนพตแบบไหนกตาม ไดโอด D1-D4 จะสลบขวแรงดนของหมอแปลงไฟฟา จากนนกระแสจะไหลผานเขา IC1 และ IC2 ซงเปน IC แปลงแรงดนใหเปน 12 โวลต และ -12 โวลต สวนแรงดนทแปลงไดจะออกทางขาเอาตพต สวน C1-C4 จะทาหนาทในการกาจดสญญาณรบกวนใหวงจร สวน D5 และ D6 ปองกน IC เมอเกดการลดวงจร

IC 7812

IC 7912

35

3.3 การออกแบบวงจรควบคม (Control Circuit)

การทางานของอปกรณปองกนกระแสไฟฟารวนนตองมการทางานทรวดเรวและสามารถตดวงจรทเกดกระแสไฟฟารวออกไดเมอเกดกระแสไฟฟารวตามคาทกาหนดไวอยางแมนยา วงจรควบคมถอวาเปนปจจยสาคญในการทาใหอปกรณปองกนกระแสไฟฟารวมประสทธภาพ ซงเปนปจจยทโครงงานนเลงเหนคอการทดสอบกบโหลดทไมเปนเชงเสน ทงนจะทาการเปรยบเทยบอปกรณระหวางวงจรควบคมทไมมวงจรกรองความถ รปท 3.3 (ก) ซงจะประกอบดวยวงจรเรยงกระแสรวมขยายแรงดนและวงจรเปรยบเทยบแรงดน และรปท 3.3 (ข) คอวงจรควบคมทมวงจรกรองความถ เมอไดทาการเพมวงจรกรองความถใหกบอปกรณจะสามารถทาใหอปกรณลดการทางานผดพลาดอนเนองมาจากผลของความถฮารมอนก ซงลกษณะของวงจรควบคมเขยนเปนแผนภาพการทางานไดดงรปท 3.3

(ก) วงจรควบคมแบบไมมวงจรกรองความถ

(ข) วงจรควบคมแบบมวงจรกรองความถ

รปท 3.3 แผนภาพวงจรควบคมเครองตดไฟรว

36

ในการออกแบบวงจรจาเปนตองทราบลกษณะของรปคลนแรงดนและขนาดเอาตพตจากหมอแปลงกระแสสมดลท เขามา ดงนนจงตองวดแรงดนเอาตพตของหมอแปลงกระแสสมดล ซงดจากดาตาชท (Datasheet) แลวคา Burden ทใชทดสอบคอ 1 กโลโอหม ซงโครงงานนจะใช burden ท 1 กโลโอหม แตเนองจากในการวดสาหรบกระแสไฟฟารวท 30 มลลแอมแปรมคานอยมาก จงทาใหแรงดนเอาตพตมความไมเปนเชงเสน (non-linear) จงไดลดขอผดพลาดนโดยการพนขดลวดทางดานปฐมภมเพมขนเปน 2 รอบโดยการนาสายไลนและนวทรลพนหมอแปลงกระแสสมดลเพมอก 1 รอบจะไดจากการวดโดยใชมลตมเตอรตามรปท 3.4 แรงดนเอาตพตของหมอแปลงกระแสสมดลกบคากระแสไฟฟารวทระดบตางๆ ตามตารางท 3.1 ทกระแสไฟฟารวระดบตางๆ และนาไปพลอตกราฟแสดงความสมพนธระหวางกระแสไฟฟารวกบแรงดนเอาตพตของหมอแปลงกระแสสมดล ดงรปท 3.5

รปท 3.4 การวดแรงดนเอาตพตของหมอแปลงกระแสสมดลทใช Burden 1 กโลโอหม

แรงดนเอาตพตของหมอแปลงกระแสสมดลนนจะมความถทคงทตามความถมลฐานของแหลงจาย แตจะมขนาดมากหรอนอยนนขนอยกบกระแสไฟฟาทรวไหลออกจากระบบ โดยโครงงานนจะทาการหาคาแรงดนเอาตพตของหมอแปลงกระแสเฉลยเปรยบเทยบกนระหวางปฐมภม 1 รอบกบ 2 รอบสามารถบนทกคาไดดงตารางท 3.1

37

ตารางท 3.1 ความสมพนธของระดบกระแสไฟฟารวกบแรงดนไฟฟาเอาตพตทระดบตางๆ

ปรมาณกระแสไฟฟารว

(mA)

ขดลวดดานปฐมภม 1 รอบ

แรงดนเอาตพตของหมอแปลงกระแสสมดล

(mV)

ขดลวดดานปฐมภม 2 รอบ

แรงดนเอาตพตของหมอแปลงกระแสสมดล

(mV)

26 19.4 42.9 27 20.2 44 28 20.6 45.2 29 21.9 46.3 30 23.2 48.1 31 24.4 49 32 24.8 50 33 26.4 51 34 27.5 52.3 35 28 53.8

จากตารางท 3.1 จะเหนไดวาการพนขดลวดดานปฐมภม 1 รอบมความไมเปนเชงเสนในชวงการทางานท 30 มลลแอมแปร ดงนนทางโครงงานจะพจารณาการพนขดลวดดานปฐมภม 2 รอบ และเพอใหเหนไดชดเจนจงนาขอมลจากตารางท 3.1 มาพลอตกราฟระหวางการพนขดลวด 1 รอบและ 2 รอบ จะเหนไดวากราฟความสมพนธระหวางปรมาณกระแสไฟฟารวกบแรงดนไฟฟาเอาตพตของหมอแปลงกระแสสมดลสาหรบขดลวดดานปฐมภมทเพมจานวนรอบของขดลวดเปน 2 รอบ จะใหคาแรงดนเอาตพตมคาเปนเชงเสนมากขนดงรปท 3.5 ทงนเพอนามาวเคราะหลกษณะชวงการทางานของหมอแปลงกระแสสมดลทกระแสไฟฟารวทระดบตางๆ จากรปท 3.5 จะเหนไดวากราฟคอนขางเปนเชงเสน ซงในชวงการใชงานของโครงงานนคอ 30 มลลแอมป จะไดแรงดนเอาตพตของหมอแปลงกระแสสมดลคอ 48.1 มลลโวลต

38

รปท 3.5 ความสมพนธระหวางกระแสไฟฟารวกบแรงดนเอาตพตของหมอแปลงกระแสสมดล

รปท 3.6 รปคลนระหวางกระแสไฟฟารวกบแรงดนเอาตพตของหมอแปลงกระแสสมดล

จากรปท 3.6 จะเหนวารปคลนแรงดนเอาตพตของหมอแปลงกระแสสมดลและอนพตจากกระแสไฟฟารวมลกษณะเปนรปไซนซอยดลซงมมมเฟสทตรงกน และคาความถของเอาตพตหมอแปลงกระแสสมดลจะมความถเดยวกนกบความถมลฐานในโครงงานนใชความถมลฐานท 50 เฮรตซ และเพอเปนขอมลในการออกแบบวาจะใหอปกรณปองกนกระแสไฟฟารวทางานทกระแสรว (IP) 30 มลลแอมป ดงนนแรงดนเอาตพตของหมอแปลงกระแสสมดล (VS) มคาเทากบ 48.1 มลลโวลต หรอคายอดของแรงดนคอ 68 มลลโวลต

39

3.3.1 การออกแบบวงจรกรองความถผานตา (Low-pass filter)

วงจรกรองความถแบบผานตาทเพมเขาไปในวงจรควบคมของอปกรณปองกนกระแสไฟฟารว ดงรปท 3.7 ใชเพอกรองความถฮารมอนกสอนดบสงทมอยในระบบไฟฟาหรอทเกดจากเครองใชไฟฟาเปนปจจยในการทาใหอปกรณปองกนกระแสไฟฟารวทางานผดพลาด คอคากระแสไฟฟารวทอปกรณตดมคาสงกวาทตงคาไว ทาใหอปกรณไมมเสถยรภาพในการทางานเนองจากมปจจยดานความถของกระแสไฟฟารว (Lee & Chan, 1995)

รปท 3.7 วงจรกรองความถผานตาความถคตออฟ ท 60 เฮรตซ

จากรปท 3.7 แรงดนอนพต (Vin) คอแรงดนเอาตพตของหมอแปลงกระแสสมดล แตเนองจากผลของอตราขยายแรงดนของวงจรกรองความถแบบ RC filter นนจะทาใหเอาตพตวงจรกรอง (VO1) มคาลดลงเนองจากผลกระทบจากอตราขยายของวงจรกรองความถเอง ดงนนจงตองมวงจรขยายแรงดนเพอใหชดเชยแรงดนไฟฟาทลดไป จงตองเพมวงจรขยายแรงดนแบบไมกลบเฟสดงรปท 3.8 และเพอปองกนไมใหอปกรณปองกนกระแสไฟฟารวทางานผดพลาดจากความถฮารมอนกสอนดบสง โดยจะกาหนดใหมความถ 60 เฮรตซเปนความถตด (Cut off frequency) เนองจากในบางกรณความถมลฐานทแหลงจายจากการไฟฟาสงมาจะมความถฮารมอนกสหรอแมกระทงโหลดทมการทางานแบบไมเปนเชงเสน (Non-liner load) ตอเขากบระบบ ทาใหความถมลฐานไมคงทอยท 50 เฮรตซตลอดเวลา จงทาใหออกแบบวงจรกรองความถไดจากสมการท (2.17) ถง (2.23) จะได

0.1590f = =0.159 = =0

0 0.159

RC2 T

ww

p

40

เลอก CLPF เทากบ 471 นาโนฟารด จะได

0.159 0.159R = = = 5.63kLPF -9×f 470×10LPF 0C ×60

W

และหามมเฟสของอตราขยายจากสมการท (2.18) ทระบบไฟฟาความถความถมลฐาน 50 เฮรตซ จะได

( )-1= -tan ×R CLPF F× LPq w

-1 3 -9= -tan (2× ×50×5.63×10 ×471×10 )= -39.78°q p

นนคอเมอเพมวงจรกรองแบบผานตาในอปกรณปองกนกระแสไฟฟารว จะทาใหเวลาในการตดวงจรเพมขนเปนเวลา 2.6 มลลวนาท

ดงนนทระบบไฟฟา 50 เฮรตซจะไดขนาดอตราการขยายแรงดนของวงจรกรองแบบผานตาคอ

1

G(j ) = = 0.773 -9 21+(2× ×50×5.63×10 ×471×10 )

wp

จะได

O1 inV = 0.77×V = 0.77×48.1mV= 37.04 mV

ผลของวงจรกรองความถทาให VO1 เทากบ 37.04 มลลโวลต ดงนนจงตองเพมวงจรขยายแรงดนแบบไมกลบเฟสเพอชดเชยแรงดนตามรปท 3.8 ใหแรงดนเอาตพต (VO2) เทากบ 48.1 มลลโวลต

41

รปท 3.8 วงจรกรองความถผานตารวมกบวงจรขยายแรงดน

จากวงจรรปท 3.8 คา VO2 ตองเทากบ 48.1 มลลโวลตเพราะวงจรกรองความถมผลกระทบอนเนองมาจากผลตอบสนองมมเฟสจะทาใหเวลาในการตดมาขน และอตราขยายของวงจร RC ทาให VO1 นอยกวา 48.1 มลลโวลต

ตองการ VO2 เทากบ Vin= 48.1 มลลโวลต

O2V

O1

VA =

V (3.1)

48.1mV

A = v 37.04mV

ดงนน AV =1.3 เทา

จะไดอตราการขยายแรงดน คอ

RbA =1+v Ra

(3.2)

เลอกใช Ra= 3kΩ จะได Rb = 0.9kΩ สามารถเขยนวงจรอปกรณปองกนกระแสไฟฟารวทมวงจรกรองความถผานตาไดดงรปท 3.9

42

รปท 3.9 วงจรกรองความถผานตารวมกบวงจรขยายแรงดนพรอมคาพารามเตอรของวงจร

จากภาพท 3.9 แสดงใหเหนวาวงจรกรองความถผานตาจะยอมใหความถผานไดในชวงตงแตสญญาณทเปนแรงดน DC ไปจนถง ความถคตออฟ (cut-off frequency) แทนดวยเครองหมาย f0 ในทนกาหนดใหความถความถคตออฟเทากบ 60 เฮรตซ ในชวงทยอมใหความถผานไดเราเรยกวา ชวงผาน (pass band) ถา

สญญาณไซนมความถสงกวาความถคตออฟหรอสงกวา f0 ความตานทานไฟฟาสลบของ CLPF ( XC) จะมคาตาลงจนยอมใหความถดงกลาวผานลงกราวด จงทาใหเอาตพตไมมความถเกนกวาความถคตออฟและชวงทไมยอมใหความถผานเรยกวา ชวงลดทอน (stop band)

3.3.2 การออกแบบวงจรเรยงกระแสแบบเตมคลนรวมกบวงจรขยายแรงดน (Full wave rectifier and voltage amplifier circuit)

เมอพจารณารปคลนของแรงดนเอาตพตหมอแปลงกระแสสมดลแลวจะเหนวาเปนลกษณะรปคลนไซนซอยดล มทงชวงไซเคลบวกและไซเคลลบ ดงนนในขณะทเกดกระแสไฟฟารวนน ในชวงแรกของการเกดกระแสไฟฟากสามารถเกดกระแสไฟฟารวไดทงชวงไซเคลบวกหรอไซเคลลบกอนกได ซงทความถ 50 เฮรตซจะมชวงบวก 10 มลลวนาท และ ชวงลบ 10 มลลวนาท สลบกนไปฉะนนจงจาเปนตองมวงจรเรยงกระแสแบบเตมคลนเพอทจะสามารถไมเสยเวลาในการตดและเพอใหไดแรงดนทจะนาไปใชทมเฉพาะชวงบวกเพอใหงายตอการนาไปใชเปรยบเทยบแรงดน ดงนนจงใชวงจรตามรปท 3.10 เพราะสามารถเรยงกระแสแบบเตมคลนทขนาดแรงดนอนพตตาๆ ไดพรอมกบการขยายแรงดนแบบกลบเฟสโดยวงจรใชออปแอมป 2 ตวในการเรยงกระแสและขยายแรงดนในแตละไซเคลของแรงดนอนพต

43

รปท 3.10 วงจรเรยงกระแสแบบเตมคลนรวมกบวงจรขยายแรงดน

จากรปท 3.10 เปนวงจรเรยงกระแสทใชไดโอด D1 และ D2 ในการเรยงกระแสพรอมกบวงจรขยายแรงดนแบบกลบเฟส ออปแอมป U02 จะขยายแตชวงทแรงดนอนพตเปนทเปนบวกเทานน คอในชวงเวลาทแรงดนอนพตเปนบวกเขา U02 ซงทาหนาทขยายแรงดนแบบกลบเฟส ทาให D2 ไดรบแรงดนไบอสตรงเปนผลใหนากระแส จงเกดแรงดนเอาตพตสวนทเปนไซเคลลบ และในขณะเดยวกน D1 ไดรบแรงดนลบเขาทขาแอโนด ทาให D1 ไดรบไบอสกลบเปนผลใหไมนากระแส ในเวลาตอมาเมอแรงดนอนพตเปนลบเขา U02 ซงทาหนาทขยายแรงดนแบบกลบเฟส ทาให D2 ไดรบแรงดนไบอสกลบเปนผลให D2 เปรยบเสมอนการเปดวงจรทาให R2 ลอยไมตอกบเอาตพต จงไมเกดแรงดนเอาตพตทจะเขาสวงจรตอไปขน และในขณะเดยวกนแรงดนทเปนบวกนจะผาน D1 ทไดรบไบอสตรงลงสกราวด ในสวน U03 เปนวงจรรวมแรงดน (Summing amplifier) ในชวงเวลาทอนพตเปนบวกจะรวมแรงดนของ Vin กบ แรงดนเอาตพตของ U02 และในชวงทอนพตเปนลบ จะทาการขยายแรงดนแบบกลบเฟส ทาใหไดแรงดนเอาตพตของวงจรเรยงกระแสแบบเตมคลนรวมขยายแรงดน (VO3) เปนไซเคลบวกทงสองชวง

จากวงจรรปท 3.10 แรงดนไฟฟาเอาตพตของหมอแปลงกระแสสมดลไซเคลบวกจะได

VO3 = VO3 (ไซเคลบวก) + VO3 (ไซเคลลบ) (3.3)

(3.4) 5 52O3 in in

1 3 4

R RRV = V V

R R R

æ öæ ö æ öæ öæ ö æ ö÷÷ ÷ç ÷ ÷ ÷ç çç ç ç÷÷ ÷- - + -ç ÷ ÷ ÷ç çç ç ç÷÷ ÷÷ ÷ ÷ç ç çç ç ç÷ ÷ ÷÷÷ ÷ç ç÷ç è øè ø è øè ø è øè ø

44

5 52O3 in

1 3 4

R RRV = V ×

R R R

é ùæ ö÷çê ú-÷ç ÷ê úç ÷è øë û (3.5)

สาหรบแรงดนไฟฟาเอาตพตของหมอแปลงกระแสสมดลไซเคลลบจะได

5O3 in

4

RV = V

R´ (3.6)

จากสมการ (3.1) และ (3.2) จะเหนไดวามความไมสมดลเกดขนระหวางการเรยงกระแสไซเคลบวกกบไซเคลลบ ดงนนจะกาหนดให

เพอทจะใหแรงดนททาการเรยงกระแสแลวทางดานไซเคลบวกและไซเคลลบมคาเทากนนนจงจาเปนตองให R4 =2R จะได และ R5 จะเปนตวกาหนดอตราขยาย

ทระดบกระแสไฟฟารว 30 มลลแอมป จะไดแรงดนไฟฟาเอาตพตของหมอแปลงกระแสสมดลท 48.1 มลลโวลต ตองการแรงดนเอาตพตหลงจากการขยายแลวโดยใชความตานทานมาตรฐาน R5 เทากบ 300 kΩ และ R=1.5 kΩ

แรงดนไฟฟาไซเคลบวกหลงจากการขยายจะได

( )5 5O3 in

R RRV =V × ×

R R 2R-

เลอกใช R5 เทากบ 300 kΩ และ R=1.5 kΩ จะได

O3300k 300k

V =48.1mV×1.5k 3k

W W

W W

æ ö÷ç - ÷÷çè ø

จะได VO3 เทากบ 4.81 โวลต และแรงดนไฟฟาไซเคลลบหลงจากการขยายจะได

O3300k

V = 48.1mV×3k

W

W

æ ö÷ç ÷÷çè ø

จะได VO3 เทากบ 4.81 โวลต เทากนกบแรงดนไฟฟาไซเคลบวก

1 2 3R , R , R = R

45

ซงจะมแรงดนยอดอยท 6.8 โวลต

ดงนนจะไดวงจรเรยงกระแสรวมขยายแรงดนดงรปท 3.11

รปท 3.11 วงจรเรยงกระแสแบบเตมคลนรวมขยายแรงดนพรอมคาพารามเตอรตางๆ

รปท 3.12 แรงดนเอาตพตทไดจากวงจรเรยงกระแสรวมขยายแรงดน

หลงจากผานการเรยงกระแสแบบเตมคลนรวมกบการขยายแรงดนแลวจะไดแรงดนยอดประมาณ 6.8 โวลตดงรปท 3.12 จากเดมทแรงดนเอาตพตของหมอแปลงกระแสสมดลมคายอดเพยง 68 มลลโวลตซงจากสมการท (3.1), (3.2) ความตานทาน R5 จะเปนตวกาหนดอตราขยายแรงดน และลกษณะแรงดนเอาตพต VO3 ทไดมแตเฉพาะไซเคลบวก โดยแรงดนอนพตจะอนเฟสกบแรงดนเอาตพตของวงจรเรยงกระแสรวมขยายแรงดน แตละครงไซเคลยงคงอยท 10 มลลวนาท

46

3.3.3 วงจรเปรยบเทยบแรงดน (Voltage Comparator)

จากวงจรทผานมาวงจรขยายแรงดนทาหนาทขยายแรงดนใหมคาสงขน แตยงขาดความแมนยาในการทจะนาแรงดนไปจดชนวนขาเกตของ SCR เนองจากแรงดนเอาตพตทไดจากวงจรเรยงกระแสแบบเตมคลนพรอมกบขยายแรงดนเปนกระแสตรงทมการกระเพอมขนลง จงจาเปนตองใชวงจรเปรยบเทยบขนาด (Magnitude voltage comparator) เพอนาแรงดนเอาตพตจากวงจรขยายมาเปรยบเทยบขนาดกบแรงดนอางอง ดงนนจงเลอกใชวงจรเปรยบเทยบดงรปท 3.13 โดยวงจรจะใหเอาตพตเปน 12 โวลต และ 0 โวลต แตแรงดนเอาตพตทออกมานนมระยะเวลาไมนานพอทจะทาให โซลดสเตตรเลย (SSR) หยดทางานได ดงนนจงตองทางานรวมกบ SCR ทใชระยะเวลาในการจดชนวนนอย คอนาคาแรงดนเอาตพต 12 โวลต มาจดชนวน SCR ใหอยในสภาวะนากระแสอยตลอด จงทาใหแรงดนทโซลดสเตตรเลยมคาเปนศนยอปกรณตดวงจรออกจากระบบ

รปท 3.13 วงจรเปรยบเทยบสญญาณดวยจดสญญาณเขาทขวบวก

เนองจากวงจรขยายแรงดนขยายแรงดนมาท 4.81VRMS ท มคายอดอยท 6.8 โวลต เนองจากวตถประสงคของโครงงานคอตดวงจรออกจากระบบเมอเกดกระแสไฟฟารวไมเกน 30 มลลแอมแปร ดงนนจงใชแรงดนอางอง Vref ปอนเขาทอนพตขวบวกท 6.8 โวลต สวนแรงดนททาการเรยงกระแสรวมขยายแรงดนแลวปอนเขาทอนพตขวบวก ถาแรงดนอนพต (VO3) มคามากกวาหรอเทากบแรงดนอางอง Vref แรงดนเอาตพตทออกจากวงจรจะมคาเทากบแรงดนไฟเลยงบวกทปอนเขาในทนใช +12V ตามรปท 3.15 ซงเปนแรงดนจดชนวนทขาเกต (Gate trigger Voltage) ทาใหอปกรณทาการปลดวงจรออกจากระบบ แตถาแรงดนอนพต (VO3) มคานอยกวาแรงดนอางอง Vref แรงดนเอาตพตทออกจากวงจรจะมคาเทากบแรงดนไฟเลยงลบทปอนเขา ในทนจะตอลงกราวนคอ 0 โวลต ทาใหตอวงจรเขาสระบบตามรปท 3.14 โดยทตอตวตานทาน R8 เพอปองกนวงจรไฟเลยงลดวงจร

47

รปท 3.14 แรงดนเอาตพตของวงจรเปรยบเทยบ

ตองการแรงดนอางองท 6.8 โวลต คานวณไดจากการแบงแรงดน

เลอกใช R7 คามาตรฐาน 1.5 kΩ ดงนนจะได R6 เทากบ 1.05 kΩ

I

รปท 3.15 วงจรเปรยบเทยบขนาดแรงดนพรอมคาพารามเตอร

7ref in

6 7

RV = V

R +R×

7

6 7

R6.8V= 12V×

R +R

V

V

48

3.4 การแสดงสถานะและสวตชของอปกรณปองกนกระแสไฟฟารว

รปท 3.16 (ก) แสดงในสวนทเปนสวตชไดแก SW1 คอ สวตชเปด-ปดไฟเลยงทตอกบอปกรณปองกนกระแสไฟฟารว ปอนใหกบวงจรควบคมและปอนใหกบสวนทแสดงสถานะของอปกรณ เมอเกดกระแสไฟฟารวขนหมอแปลงกระแสสมดลจะมแรงดนเกดขนทาใหวงจรควบคมจะทาการเปรยบเทยบขนาดของกระแสไฟฟารวกบคาทกาหนดไว ในกรณทคากระแสไฟฟารวมคาเกนกวาทกาหนดจะมแรงดนจดชนวน (Vtrigger) เกดขนเปนเอาตพตของวงจรควบคมเพอใหโซลดสเตตรเลยสงแมกเนตกคอนแทกเตอรตดวงจรออกจากระบบโดยจะแสดงสถานะไดแก LED1, LED2 Power On คอแสดงสถานะไฟเลยงสวนรปท 3.16 (ข) เมอ On สวตช SW2 โซลดสเตตรเลยจะสงใหแมกเนตกคอนแทกเตอรตอวงจรโหลดเขากบระบบโดยมเงอนไขวา หากเกดกระแสไฟฟารวเกนกวาคาทกาหนดจะไดรบแรงดนจดชนวน (Vtrigger) เขาทขาเกตของ SCR ทาใหโซลดสเตตรเลยไมไดรบแรงดน ทาใหแมกเนตกคอนแทกเตอรปลดวงจรโหลดออกจากระบบ สวนการแสดงสถานะไฟเลยง LED3 Connect แสดงสถานะเชอมตอโหลดเขากบระบบและในสวน 3.16 (ค) เมอเกดกระแสไฟฟารวขนจะไดรบแรงดนจดชนวน (Vtrigger) ทาให Sound1 และ LED 4 ทางาน การแสดงสถานะไดแก LED 4 Fault แสดงสถานะเกดกระแสไฟฟารวขน และ Sound1 เสยงเตอนเมอเกดกระแสไฟฟารวขน ซงวงจรรปท 3.16 (ข) และ 3.16 (ค) จะไมสามรถทางานพรอมกนได

(ก) วงจรไฟเลยงของอปกรณปองกนกระแสไฟฟารว

(ข) เมออปกรณเชอมตอโหลดเขากบระบบ (ค) เมอเกดกระแสไฟฟารวขน

รปท 3.16 การแสดงสถานะและสวตชของอปกรณปองกนกระแสไฟฟารว

49

3.5 การจาลองเปรยบเทยบระหวางวงจรควบคมทมวงจรกรองความถกบวงจรควบคมทไมมวงจรกรองความถโดยโปรแกรม Pspice

โครงงานนทาอปกรณปองกนกระแสไฟฟารวและตองการเปรยบเทยบอปกรณทมวงจรกรองความถกบวงจรทไมมวงจรกรองความถ จากหวขอท 2.11.2 Lee and Chan (Lee & Chan, 1995) ไดทาการวเคราะหดวยโปรแกรมคอมพวเตอร โดยการตอแหลงจายแรงดนไฟฟาและกระแสฮารมอนกสเขากบอปกรณปองกนกระแสไฟฟารวและโหลด พบวาอปกรณปองกนกระแสไฟฟารวทางานโดยมคากระแสทตดสงกวาคาทกาหนดไว สรปไดวาความถฮารมอนกสอนดบทสงกวาความถมลฐานเปนผลทาใหอปกรณมการทางานทผดพลาด ดงนนจงไดทาการสรปรปแบบวงจรและการทางานของวงจรควบคมทงสองดงรปท 3.17

50

(ก) วงจรควบคมทไมมวงจรกรองวามถ

(ข) วงจรควบคมทมวงจรกรองวามถ

รปท 3.17 วงจรควบคมของอปกรณปองกนกระแสไฟฟารว

51

รปท 3.18 ผลการจาลองเปรยบเทยบระหวางแรงดนอนพตและแรงดนเอาตพตของวงจรกรองความถรวมขยาย แรงดน

จากรปท 3.18 วงจรควบคมทไมมวงจรกรองความถ แสดงใหเหนวาแรงดนของวงจรกรองความถทชดเชยแรงดนอนเนองมาจากอตราขยายของวงจรกรองความถแลว ทาใหเหนวาลกษณะของรปคลนของเอาตพตวงจรกรองความถทชดเชยแรงดนแลว (เสนสมวง) วดจาก voltage probe สมวงในรปท 3.17 (ข) จะเหนไดวาแรงดนลาหลงจากแรงดนอนพตจากหมอแปลงกระแส (เสนสฟา) วดจาก voltage probe สฟาในรปท 3.17 (ข) ไป 40 องศาตามทออกแบบไวในหวขอท 3.3.1 ซงเปนผลใหการทางานของอปกรณทมวงจรกรองความถผานตา และมเวลาการทางานเพมขน 2.6 มลลวนาท

จากรปท 3.18 ในสวนของวงจรควบคมทไมมวงจรกรองเมอเกดกระแสไฟฟารวขนจะไดแรงดนอนพตจากหมอแปลงกระแสสมดลเขาสวงจรควบคมทไมมวงจรกรองความถจะมแรงดนเอาตพตของวงจรเรยงกระแสแบบเตมคลนรวมขยายแรงดน (VO3) วดจาก voltage probe สเขยวในรปท 3.17 (ก) ทมคายอดสงกวาแรงดนอางอง (Vref) วดจาก voltage probe สเหลองในรปท 3.17 (ก) เปนผลใหเกดแรงดนจดชนวน (Vtrigger) วดจาก voltage probe สสมในรปท 3.17 (ก) เปนเอาตพตของวงจรเปรยบเทยบตามรปท 3.19 (ก) เมอเกดแรงดนจดชนวนทาใหแรงดนทตกครอมโซลดสเตตรเลยลดลง จงทาใหโซลดสเตตรเลยไมทางานตามรปท 3.19 (ข) เปนผลใหแมกเนตกคอนแทกเตอรตดวงจรออกจากระบบ

52

(ก) แรงดนวงจรเรยงกระแสแบบเตมคลนเทยบกบแรงดนอางอง ทาใหเกดแรงดนจดชนวน

(ข) แรงดนจดชนวนของสวตช SCR และแรงดนทโซลดสเตตรเลย รปท 3.19 ผลการจาลองการทางานวงจรควบคมแบบไมมวงจรกรองความถ

53

จากรปท 3.18 ในสวนของวงจรควบคมทมวงจรกรองความถเมอเกดกระแสไฟฟารวขนจะไดแรงดนอนพตจากหมอแปลงกระแสสมดลเขาสวงจรควบคมทมวงจรกรองความถจะมแรงดนเอาตพตของวงจรเรยงกระแสแบบเตมคลนรวมขยายแรงดนทมคายอดสงกวาแรงดนอางองแตผลของวงจรกรองความถผานตาทาใหมมเฟสของแรงดนลาหลงไปจากวงจรควบคมทไมมวงจรกรองความถไป 40 องศา เปนผลใหเกดแรงดนจดชนวนเปนเอาตพตของวงจรเปรยบเทยบตามรปท 3.20 (ก) เลอนไปจากเดม 40 องศาหรอ 2.6 มลลวนาท เมอแรงดนจดชนวนลาหลงไปทาใหอปกณปองกนกระแสไฟฟารวทมวงจรกรองความถทางานชากวาอปกรณปองกนทไมมวงจรกรองความถไปประมาณ 2.6 มลลวนาท ตามรปท 3.20 (ข)

(ก) แรงดนวงจรเรยงกระแสแบบเตมคลนเทยบกบแรงดนอางอง ทาใหเกดแรงดนจดชนวน

(ข) แรงดนวงจรเรยงกระแสแบบเตมคลนเทยบกบแรงดนอางอง ทาใหเกดแรงดนจดชนวน รปท 3.20 ผลการจาลองการทางานวงจรควบคมแบบมวงจรกรองความถ

54

บทท 4

ผลการทดสอบ

การทดสอบการทางานของอปกรณปองกนกระแสไฟฟารวประกอบไปดวย 2 การทดสอบไดแก การทดสอบอปกรณปองกนกระแสไฟฟารวทไมมวงจรกรองความถผานตา และการทดสอบอปกรณปองกนกระแสไฟฟารวทมวงจรกรองความถผานตา โดยทดสอบแบบไมจายโหลด, โหลดหลอดไส, เครองพมพ, โหลดโนตบคและโหลดแหลงจายกาลงไฟฟากระแสตรง ซงในสวนของการทดสอบกระแสไฟฟารวทางโครงงานไดจาลองกระแสไฟฟารว โดยการใสตวตานทานขนานกบโหลดโดยจาลองคลายกบอปกรณ RCD tester ในเอกสารของ (Catherine., 1992) เพอลดและเพมปรมาณของกระแสไฟฟารว โดยตวตานทานนสามารถปรบคาได ดงนนโครงงานนจงไดทดสอบโดยการจาลองกระแสไฟฟารวทไมไดเกดขนจากวงจรของโหลดและกระแสไฟฟารวทเกดจากวงจรของโหลด

4.1 การทดสอบวงจรควบคมของอปกรณปองกนกระแสไฟฟารว

การทดสอบเรมจากวงจรกรองความถแบบผานตารวมกบวงจรขยายแรงดน (รปวงจรดจากรปท 3.9) โดยทดลองในบอรดทดลอง (Proto board) และวดรปคลนแรงดนเอาตพตดวยออสซลโลสโคป จะไดดงรปท 4.2 จากนนนาแรงดนทไดมาเขาวงจรเรยงกระแสรวมกบวงจรขยายแรงดนเพอใหไดแรงดนเฉพาะไซเคลบวกเพอใหงายตอการนาไปใชงานกบวงจรเปรยบเทยบแรงดน และนาไปทดสอบกบโหลดชนดตางๆ

เนองจากกาหนดใหคา burden เทากบ 1 กโลโอหม ทาใหตองเพมไอซออปแอมป 1 ตวพรอมกบใสคาความตานทาน 1 กโลโอหมขนานกบอนพตของหมอแปลงกระแสสมดลจงไดเปนดงรปท 4.1

รปท 4.1 การทดสอบวงจรกรองความถผานตารวมกบวงจรขยายแรงดนท burden 1 กโลโอหม

เพอทดสอบผลตอบสนองมมเฟสของวงจรกรองความถแบบผานตาตามรปท 4.2 แสดงการทดสอบโดยการวดรปคลนแรงดนเอาตพตของหมอแปลงกระแสสมดลเทยบกบแรงดนเอาตพตของวงจรกรองความถรวมกบวงจรขยายแรงดน

55

รป 4.2 รปคลนแรงดนเอาตพตของหมอแปลงกระแสสมดลเทยบกบแรงดนเอาตพตวงจรกรองความถผานตารวมกบวงจรขยายแรงดน

จากรปท 4.2 จะเหนไดวา channel 1 ทวดแรงดนเอาตพตของหมอแปลงกระแสสมดลเทยบกบแรงดน channel 2 เอาตพตของวงจรกรองความถผานตารวมกบวงจรขยายแรงดน ทาใหเหนวา channel 2 มมมลาหลงไปประมาณ 40 องศา และมคายอดถงยอดใกลเคยงกบ channel 1 ซงหลงจากทไดแรงดนเอาตพตของวงจรกรองความถผานตา จงนาไปตอเขาวงจรเรยงกระแสรวมกบวงจรขยายแรงดน ดงรปท 4.3 จะทาการเปรยบเทยบระหวางแรงดนเอาตพตของวงจรเรยงกระแสทไมผานวงจรกรองความถกบวงจรทผานวงจรกรองดงรปท 4.3

(ก) ไมผานวงจรกรองความถผานตา (ข) ผานวงจรกรองความถผานตา รปท 4.3 แรงดนเอาตพตของวงจรเรยงกระแสรวมกบวงจรขยายแรงดน

40°

40°

56

จากรปท 4.3 จะเหนไดวาแรงดนเอาตพตของวงจรเรยงกระแสรวมกบวงจรขยายแรงดนทผานวงจรกรองความถจะมมมเฟสลาหลงจากแรงดนเอาตพตหมอแปลงกระแสสมดลอยประมาณ 40 องศา สงผลทาใหระยะเวลาในการตดของอปกรณมากขนประมาณ 2.6 มลลวนาท เนองมาจากผลตอบสนองมมเฟสของวงจรกรองความถ

รปท 4.4 อปกรณปองกนกระแสไฟฟารวทประกอบลงในกลองอเนกประสงค

จากรปท 4.4 เมอทาการประกอบอปกรณและวงจรทงหมดลงในกลองอเนกประสงค ซงประกอบไปดวย 1.วงจรไฟเลยง 2.วงจรควบคม 3.แมกเนตกคอนแทคเตอร 4.โซลดสเตตรเลย คอ Leakage Current Protection Device ในรปท 4.6

4.2 การทดสอบหาคากระแสไฟฟารวและระยะเวลาการตดของอปกรณปองกนกระแสไฟฟารว

ในการทดสอบหาคากระแสไฟฟารวทระดบคาตางๆ ทาไดโดยการใชความตางทานปรบคาได โดยการใสความตานทานขนาด 4 กโลโอหมไวเพอปองกนการลดวงจรเกดขน และในการวดกระแสไฟฟารวใหคอยๆ ปรบเพมขนจนกระทงอปกรณตดไฟรวทางาน ดงวงจรการทดสอบในรปท 4.6 โดยมสวตชและสถานะการทางานแสดงดงรปท 4.5

รปท 4.5 ดานหนาอปกรณปองกนกระแสไฟฟารว และกลองจาลองกระแสไฟฟารว

57

รปท 4.6 การทดสอบหาคากระแสไฟฟารวและระยะเวลาการตดของอปกรณปองกนกระแสไฟฟารว

ขนตอนการทดสอบหาคากระแสไฟฟารวททาใหอปกรณตรวจจบกระแสไฟฟารวทางานดงน

1. บดสวตซ SW1, SW2 และ SW3 ดงรปท 4.5 ใหอยในตาแหนง OFF เพอความปลอดภยกอนรเซทระบบ

2. ตอวงจรดงรปท 4.6 โดย channel 1 ของออสซลโลสโคป ซงใชเปน voltage probe ตอเขากบความตานทานปรบคาได 2 กโลโอหม (RLeak) เพอวดคาแรงดนยอดถงยอด (Vp-p) ของกระแสไฟฟารวเทยบกราวดและ channel 2 ใชเปน current probe คลองสายไลนทตอเขากบโหลด เพอดลกษณะรปคลนกระแสของโหลดชนดตางๆ

3. ตอกบโหลดประเภทตางๆ ทใชทดสอบ 4. ปรบคาความตานทานปรบคาไดใหมคาความตานทานสงสดท 2 กโลโอหม เพอวดกระแสไฟฟารวจาก

นอยไปมาก 5. เชอมตอโหลดกบระบบไฟฟา โดยการบดสวตซ SW1 และ SW2 ใหอยในตาแหนง ON ตามลาดบ 6. กด SW 3 ใหอยในตาแหนง ON และคอยๆปรบคาความตานทานปรบคาไดใหมคานอยลงจนกวา

อปกรณตรวจจบกระแสไฟฟารวทางาน โดยดคายอดถงยอดจากออสซลโลสโคป 7. เมอไดกระแสไฟฟารวสงสดทอปกรณทางานใหบดสวตซ SW2 และ SW3 ใหอยในตาแหนง OFF 8. บดสวตซ SW 2 ใหอยในตาแหนง ON เพอใหวงจรเชอมตอโหลดกบระบบและกด SW3 ใหอยใน

ตาแหนง ON เพอใหเกดกระแสไฟฟารว สงเกตระยะเวลาในการตดจากออสซลโลสโคป channel 1 ทเกดขนและดบลงคอระยะเวลาในการตด

58

9. สงเกตลกษณะรปคลนแรงดนไฟรวยอดถงยอดของความตานทานปรบคาได จาก channel 1 เทยบกบกระแสทเขาสโหลด (Iload ) channel 2 และบนทกผลการทดสอบของโหลดชนดตางๆ โดยคาทบนทกไดแก แรงดนยอดถงยอด, คาความตานทานของความตานทานปรบคาได2 กโลโอหม และระยะเวลาในการตด ทาซากน 3 ครงเพอหาคาเฉลยกระแสไฟฟารว ILeak ของโหลดชนดตางๆ โดยคา ILeak ใชสมการ

(4.1)

4.3 ลกษณะรปคลนกระแสของโหลดชนดตางๆ ทวดโดยการใช current probe การทดสอบการทางานของอปกรณปองกนกระแสไฟฟารวกรณใชงานกบโหลดตางๆ นนจะทดสอบดวยโหลด 5 แบบดงน

1. ไมจายโหลด 2. โหลดหลอดไส (Incandescent lamp) จานวน 3 หลอด ซงโหลดหลอดไสมลกษณะรปคลน

กระแสดงรปท 4.7

รปท 4.7 โหลดหลอดไส และลกษณะรปคลนกระแสโหลดหลอดไส

p-pLeak

Leak

V /2I =

2×R

59

3. โหลดเครองพมพ ซงโหลดเครองพมพมลกษณะรปคลนกระแสดงรปท 4.8

รปท 4.8 โหลดเครองพมพ และลกษณะรปคลนกระแสโหลดเครองพมพ

4. โหลดโนตบค ซงโหลดโนตบคมลกษณะรปคลนกระแสดงรปท 4.9

รปท 4.9 โหลดโนตบก และลกษณะรปคลนกระแสโหลด

60

5. โหลดแหลงจายกาลงไฟฟากระแสตรง ซงโหลดมลกษณะรปคลนกระแสดงรปท 4.10

รปท 4.10 โหลดแหลงจายกาลงไฟฟากระแสตรง และลกษณะรปคลนกระแสโหลด

4.4 การทดสอบอปกรณปองกนกระแสไฟฟารวทไมมวงจรกรองความถผานตา ผลการทดสอบของอปกรณปองกนกระแสไฟฟารวทไมมวงจรกรองความถผานตาทาการวดโดยใชออสซโลสโคปในการจบรปคลนแรงดน โดยวดคาปรมาณกระแสไฟฟารวและระยะเวลาในการตดของอปกรณปองกนกระแสไฟฟารวดงน 4.4.1 อปกรณปองกนกระแสไฟฟารวทไมมวงจรกรองความถผานตา แบบไมจายโหลด

(ก) คาแรงดนยอดถงยอดทตกครอม RLeak (ข) ระยะเวลาในการตดวงจรของอปกรณ

รปท 4.11 ผลการทดสอบอปกรณปองกนกระแสไฟฟารวทไมมวงจรกรองความถผานตา แบบไมจายโหลด

28 ms

61

จากรปท 4.11 (ก) คอ คาแรงดนยอดถงยอดทตกครอมตวตานทานปรบคาได 2 กโลโอหม เพอใชในการคานวณหาคากระแสไฟฟารวสงสดททาใหอปกรณทางานโดยใชสตรคานวณจากสมการท (4.1) และรปท 4.11 (ข) แสดงระยะเวลาในการตดของอปกรณโดยพจารณาจากแรงดนยอดถงยอดทตกครอมตวตานทานปรบคาได 2 กโลโอหม โดยสงเกตรปคลนแรงดนยอดถงยอดทเรมเกดจนลดลงเปนศนยคอระยะเวลาในการตดของอปกรณ

เมอเพมคากระแสไฟฟารวจนอปกรณทางาน จะใชมลตมเตอรวดคาความตานทานปรบคาไดสดทาย และสงเกตคาแรงดนยอยถงยอดจากออสซลโลสโคป channel 1 ทใช voltage probe ในการวด แลวบนทกคาคาความตานทาน และคาคาแรงดนยอดถงยอดในตารางท 4.1

ตารางท 4.1 คาพารามเตอรทวดสาหรบวงจรควบคมทไมมวงจรกรองความถผานตา แบบไมจายโหลด

คาพารามเตอรทวด

ครงท 1 2 3

คาความตานทาน (Ω) 922 1028 911 คาแรงดนยอดถงยอด (V) 78 86 77

จากตารางท 4.1 ซงเปนคาพารามเตอรไดแก คาความตานทานโดยใชมลตมเตอรและคาแรงดนยอดถงยอดของตวความตานทานปรบคาได เพอใชในการคานวณหาคากระแสไฟฟารวสงสดทอปกรณทางานโดยใชสตรคานวณจากสมการท (4.1) จะไดดงตารางท 4.2

ตารางท 4.2 การทดสอบอปกรณปองกนกระแสไฟฟารวทไมมวงจรกรองความถผานตาแบบไมจายโหลด

คาทตองการทดสอบ

ครงททาการทดสอบ เฉลย

1 2 3 กระแสไฟฟารวสงสดทอปกรณทางาน (mA)

29.91 29.58 29.88 29.79

ระยะเวลาทอปกรณตดวงจรออกเมอเกดกระแสไฟฟารว (ms)

26 28 27 27

จากตารางท 4.2 กระแสไฟฟารวสงสดมคาเทากบ 29.91 มลลแอมแปร และมคากระแสไฟฟารวเฉลยอยท 29.79 มลลแอมแปร และมระยะเวลาในการตดวงจรของอปกรณมคาเทากบ 27 มลลวนาท

62

4.4.2 อปกรณปองกนกระแสไฟฟารวทไมมวงจรกรองความถผานตา แบบโหลดหลอดไส


รปท 4.12 ผลการทดสอบอปกรณปองกนกระแสไฟฟารวทไมมวงจรกรองความถผานตา แบบโหลดหลอดไส



ตารางท 4.3 คาพารามเตอรทวดสาหรบวงจรควบคมทไมมวงจรกรองความถผานตา แบบโหลดหลอดไส


ครงท 1 2 3



28 ms

63

ตารางท 4.4 การทดสอบอปกรณปองกนกระแสไฟฟารวทไมมวงจรกรองความถผานตา แบบโหลดหลอดไส




29.46 29.55 29.58 29.53


30 30 28 29

จากตารางท 4.4 กระแสไฟฟารวสงสดมคาเทากบ 29.58 มลลแอมแปร และมคากระแสไฟฟารวเฉลยอยท 29.53 มลลแอมแปร และมระยะเวลาในการตดวงจรของอปกรณมคาเทากบ 29 มลลวนาท

4.4.3 อปกรณปองกนกระแสไฟฟารวทไมมวงจรกรองความถผานตา แบบโหลดเครองพมพ

(ก) คาแรงดนยอดถงยอดทตกครอม RLeak (ข) ระยะเวลาในการตดวงจรของอปกรณ รปท 4.13 ผลการทดสอบอปกรณปองกนกระแสไฟฟารวทไมมวงจรกรองความถผานตา แบบโหลดเครองพมพ



29 ms

64

ตารางท 4.5 คาพารามเตอรทวดสาหรบวงจรควบคมทไมมวงจรกรองความถผานตา แบบโหลดเครองพมพ


ครงท 1 2 3



ตารางท 4.6 การทดสอบอปกรณปองกนกระแสไฟฟารวทไมมวงจรกรองความถผานตา แบบโหลดเครองพมพ




30.49 30.43 30.19 30.37


30 29 28 29

จากตารางท 4.6 กระแสไฟฟารวสงสดมคาเทากบ 30.49 มลลแอมแปร และมคากระแสไฟฟารวเฉลยอยท 30.37 มลลแอมแปร และมระยะเวลาในการตดวงจรของอปกรณมคาเทากบ 29 มลลวนาท มเปอรเซนตความผดพลาดเทากบ 1.23 เปอรเซนต

4.4.4 อปกรณปองกนกระแสไฟฟารวทไมมวงจรกรองความถผานตา แบบโหลดโนตบค


รปท 4.14 ผลการทดสอบอปกรณปองกนกระแสไฟฟารวทไมมวงจรกรองความถผานตา แบบโหลดโนตบค

23ms

65

จากรปท 4.14 (ก) คอ คาแรงดนยอดถงยอด ทตกครอมตวตานทานปรบคาได 2 กโลโอหม เพอใชในการคานวณหาคากระแสไฟฟารวสงสดททาใหอปกรณทางานโดยใชสตรคานวณจากสมการท (4.1) และรปท 4.14 (ข) แสดงระยะเวลาในการตดของอปกรณโดยพจารณาจากแรงดนยอดถงยอดทตกครอมตวตานทานปรบคาได 2 กโลโอหม โดยสงเกตรปคลนแรงดนยอดถงยอดทเรมเกดจนลดลงเปนศนยคอระยะเวลาในการตดของอปกรณ

เมอเพมคากระแสไฟฟารวจนอปกรณทางาน จะใชมลตมเตอรวดคาความตานทานปรบคาไดสดทาย (RLeak) และสงเกตคาแรงดนยอยถงยอดจากออสซลโลสโคป channel 1 ทใช voltage probe ในการวด แลวบนทกคาคาความตานทานและคาคาแรงดนยอดถงยอดในตารางท 4.7

ตารางท 4.7 คาพารามเตอรทวดสาหรบวงจรควบคมทไมมวงจรกรองความถผานตา แบบโหลดโนตบค


ครงท 1 2 3



ตารางท 4.8 การทดสอบอปกรณปองกนกระแสไฟฟารวทไมมวงจรกรองความถผานตา แบบโหลดโนตบค




30.63 30.17 30.61 30.47


29 27 23 30

จากตารางท 4.8 กระแสไฟฟารวสงสดมคาเทากบ 30.63 มลลแอมแปร และมคากระแสไฟฟารวเฉลยอยท 30.47 มลลแอมแปร และมระยะเวลาในการตดวงจรของอปกรณมคาเทากบ 30 มลลวนาท มเปอรเซนตความผดพลาดเทากบ 1.56 เปอรเซนต

66

4.4.5 อปกรณปองกนกระแสไฟฟารวทไมมวงจรกรองความถผานตา แบบโหลดแหลงจายกาลงไฟฟากระแสตรง


รปท 4.15 ผลการทดสอบอปกรณปองกนกระแสไฟฟารวทไมมวงจรกรองความถผานตา แบบโหลดแหลงจายกาลงไฟฟากระแสตรง



ตารางท 4.9 คาพารามเตอรทวดสาหรบวงจรควบคมทไมมวงจรกรองความถผานตา แบบโหลดแหลงจาย


ครงท 1 2 3



30ms

67

ตารางท 4.10 การทดสอบอปกรณปองกนกระแสไฟฟารวทไมมวงจรกรองความถผานตา แบบโหลดแหลงจายกาลงไฟฟากระแสตรง




30.17 30.12 30.17 30.15


27 26 29 27.33

จากตารางท 4.10 กระแสไฟฟารวสงสดมคาเทากบ 30.17 มลลแอมแปร และมคากระแสไฟฟารวเฉลยอยท 30.15 มลลแอมแปร และมระยะเวลาในการตดวงจรของอปกรณมคาเทากบ 27.33 มลลวนาท มเปอรเซนตความผดพลาดเทากบ 0.5 เปอรเซนต

4.5 การทดสอบอปกรณปองกนกระแสไฟฟารวทมวงจรกรองความถผานตา ผลการทดสอบของอปกรณปองกนกระแสไฟฟารวทมวงจรกรองความถผานตาโดยใชออสซโลสโค

ปในการจบรปคลนแรงดน โดยวดคาปรมาณกระแสไฟฟารวและระยะเวลาในการตดของอปกรณปองกนกระแสไฟฟารวดงน

4.5.1 อปกรณปองกนกระแสไฟฟารวทมวงจรกรองความถผานตา แบบไมจายโหลด


รปท 4.16 ผลการทดสอบอปกรณปองกนกระแสไฟฟารวทมวงจรกรองความถผานตา แบบไมจายโหลด

29.5ms

68

จากรปท 4.16 (ก) คอ คาแรงดนยอดถงยอดทตกครอมตวตานทานปรบคาได 2 กโลโอหม เพอใชในการคานวณหาคากระแสไฟฟารวสงสดททาใหอปกรณทางานโดยใชสตรคานวณจากสมการท (4.1) และรปท 4.16 (ข) แสดงระยะเวลาในการตดของอปกรณโดยพจารณาจากแรงดนยอดถงยอดทตกครอมตวตานทานปรบคาได 2 กโลโอหม โดยสงเกตรปคลนแรงดนยอดถงยอดทเรมเกดจนลดลงเปนศนยคอระยะเวลาในการตด เมอเพมคากระแสไฟฟารวจนอปกรณทางาน จะใชมลตมเตอรวดคาความตานทานปรบคาไดสดทาย และสงเกตคาแรงดนยอยถงยอดจากออสซลโลสโคป channel 1 ทใช voltage probe ในการวด แลวบนทกคาคาความตานทาน และคาคาแรงดนยอดถงยอดในตารางท 4.11

ตารางท 4.11 คาพารามเตอรทวดสาหรบวงจรควบคมทมวงจรกรองความถผานตา แบบไมจายโหลด


ครงท 1 2 3



ตารางท 4.12 การทดสอบอปกรณปองกนกระแสไฟฟารวทมวงจรกรองความถผานตา แบบไมจายโหลด




29.94 29.81 29.91 29.89


29.5 30 29.5 29.67

จากตารางท 4.12 กระแสไฟฟารวสงสดมคาเทากบ 29.94 มลลแอมแปร และมคากระแสไฟฟารวเฉลยอยท 29.89 มลลแอมแปร และมระยะเวลาในการตดวงจรของอปกรณมคาเทากบ 29.67 มลลวนาท

69

4.5.2 อปกรณปองกนกระแสไฟฟารวทมวงจรกรองความถผานตา แบบโหลดหลอดไส

(ก) คาแรงดนยอดถงยอดทตกครอม RLeak (ข) ระยะเวลาในการตดวงจรของอปกรณ รปท 4.17 ผลการทดสอบอปกรณปองกนกระแสไฟฟารวทมวงจรกรองความถผานตา แบบโหลดหลอดไส

จากรปท 4.17 (ก) คอ คาแรงดนยอดถงยอด ทตกครอมตวตานทานปรบคาได 2 กโลโอหม เพอใชในการคานวณหาคากระแสไฟฟารวสงสดททาใหอปกรณทางานโดยใชสตรคานวณจากสมการท (4.1) และรปท 4.17 (ข) แสดงระยะเวลาในการตดของอปกรณโดยพจารณาจากแรงดนยอดถงยอดทตกครอมตวตานทานปรบคาได 2 กโลโอหม โดยสงเกตรปคลนแรงดนยอดถงยอดทเรมเกดจนลดลงเปนศนยคอระยะเวลาในการตดของอปกรณ

เมอเพมคากระแสไฟฟารวจนอปกรณทางาน จะใชมลตมเตอรวดคาความตานทานปรบคาไดสดทาย และสงเกตคาแรงดนยอยถงยอดจากออสซลโลสโคป channel 1 ทใช voltage probe ในการวด แลวบนทกคาคาความตานทานและคาคาแรงดนยอดถงยอดในตารางท 4.13

ตารางท 4.13 คาพารามเตอรทวดสาหรบวงจรควบคมทไมมวงจรกรองความถผานตา แบบโหลดหลอดไส


ครงท 1 2 3



32ms

70

ตารางท 4.14 การทดสอบอปกรณปองกนกระแสไฟฟารวทมวงจรกรองความถผานตา แบบโหลดหลอดไส




29.77 29.63 30.00 29.80


30 33 32 31.67


4.5.3 อปกรณปองกนกระแสไฟฟารวทมวงจรกรองความถผานตา แบบโหลดเครองพมพ


รปท 4.18 ผลการทดสอบอปกรณปองกนกระแสไฟฟารวทมวงจรกรองความถผานตา แบบโหลดเครองพมพ



29ms

71

ตารางท 4.15 คาพารามเตอรทวดสาหรบวงจรควบคมทไมมวงจรกรองความถผานตา แบบโหลดเครองพมพ


ครงท 1 2 3



ตารางท 4.16 การทดสอบอปกรณปองกนกระแสไฟฟารวทมวงจรกรองความถผานตา แบบโหลดเครองพมพ




29.78 29.95 29.70 29.81


29 30 29 29.33


4.5.4 อปกรณปองกนกระแสไฟฟารวทมวงจรกรองความถผานตา แบบโหลดโนตบค

(ก) คาแรงดนยอดถงยอดทตกครอม RLeak (ข) ระยะเวลาในการตดวงจรของอปกรณ รปท 4.19 ผลการทดสอบอปกรณปองกนกระแสไฟฟารวทมวงจรกรองความถผานตา แบบโหลดโนตบค

27ms

72



ตารางท 4.17 การทดสอบอปกรณปองกนกระแสไฟฟารวทมวงจรกรองความถผานตา แบบโหลดโนตบค


ครงท 1 2 3



ตารางท 4.18 การทดสอบอปกรณปองกนกระแสไฟฟารวทมวงจรกรองความถผานตา แบบโหลดโนตบค




29.36 29.66 29.56 29.53


31 34 23 29.30


73

4.5.5 อปกรณปองกนกระแสไฟฟารวทมวงจรกรองความถผานตา แบบโหลดแหลงจายกาลงกระแสตรง

(ก) คาแรงดนยอดถงยอดทตกครอม RLeak (ข) ระยะเวลาในการตดวงจรของอปกรณ รปท 4.20 ผลการทดสอบอปกรณปองกนกระแสไฟฟารวทมวงจรกรองความถผานตา แบบโหลดแหลงจาย

กาลงกระแสตรง



ตารางท 4.19 การทดสอบอปกรณปองกนกระแสไฟฟารวทมวงจรกรองความถผานตา แบบโหลดแหลงจายกาลงกระแสตรง


ครงท 1 2 3


28 ms

74


ตารางท 4.20 การทดสอบอปกรณปองกนกระแสไฟฟารวทมวงจรกรองความถผานตา แบบโหลดแหลงจายกาลงกระแสตรง




29.97 29.46 29.85 29.76


31 28 30 29.67

จากตารางท 4.20 กระแสไฟฟารวสงสดมคาเทากบ 29.97 มลลแอมแปร และมคากระแสไฟฟารว

เฉลยอยท 29.76 มลลแอมแปร และมระยะเวลาในการตดวงจรของอปกรณมคาเทากบ 29.67 มลลวนาท

4.6 สรปผลการทดสอบการทางานของอปกรณปองกนกระแสไฟฟารวโดยการจาลอง

จากผลการทดสอบการทางานของอปกรณปองกนกระแสไฟฟารวในหวขอท 4.4 และ 4.5 ทผานมา สามารถสรปผลการทดสอบไดดงตารางท 4.21

ตารางท 4.21 ผลการทดสอบอปกรณปองกนกระแสไฟฟารว

ชนดของโหลด

อปกรณปองกนกระแสไฟฟารว

ไมมวงจรกรองความถ มวงจรกรองความถ

ปรมาณกระแสไฟฟารวทตดวงจร (mA)

ระยะเวลาในการตดวงจร (ms)

ปรมาณกระแสไฟฟารวทตดวงจร (mA)

ระยะเวลาในการตดวงจร (ms)

1 ไมจายโหลด 29.79 27 29.89 29.67 2 หลอดไส 29.53 29 29.80 31.67 3 เครองพมพ 30.37 29 29.81 29.33 4 โนตบค 30.47 30 29.53 31 5 แหลงจาย

กระแสตรง 30.15 27.33 29.83 29.67

75

จากตารางท 4.21 ผลการทดสอบการทางานของอปกรณปองกนกระแสไฟฟารว ในกรณทอปกรณไมมวงจรกรองความถผานตานน คากระแสไฟฟารวสงสดททาใหอปกรณทางานสาหรบโหลดทไมมฮารมอนกสมคาเทากบ 29.79 มลลแอมแปรและสาหรบโหลดทมฮารมอนกส คากระแสไฟฟารวสงสดททาใหอปกรณทางานมคามากกวาทกาหนดไวท 30 มลลแอมแปร ซงสามารถสรปไดวาเมอนาอปกรณปองกนกระแสไฟฟารวไปใชกบโหลดทมฮารมอนกส จะทาใหอปกรณปองกนไฟฟารวทางานผดพลาด หรอคากระแสทรวมคามากกวาคาทกาหนด ซงคากระแสทตดจะมากนนขนอยกบลกษณะของความถทเกดจากโหลดสรางขนมา

ในกรณของอปกรณปองกนกระแสไฟฟารวทมวงจรกรองความถผานตานน คากระแสไฟฟารวสงสดททาใหอปกรณทางานสาหรบโหลดทกชนดนนมคาใกลเคยงกน สามารถสรปไดวาอปกรณปองกนกระแสไฟฟารวทมวงจรกรองความถผานตานนสามารถลดผลกระทบจากความถฮารมอนกส และสามารถทางานไดตรงตามวตถประสงคทกาหนด สวนระยะเวลาในการตดวงจรออกจากระบบนนอปกรณทมวงจรกรองความถผานตาจะใชระยะเวลาในการตดมากกวาอปกรณทไมมวงจรกรองความถผานตา เนองจากผลตอบสนองมมเฟสของวงจรกรองความถแบบผานตา แตเวลายงคงไมเกน 40 มลลวนาทตามวตถประสงคทตงไว

4.7 การเปรยบเทยบระหวางอปกรณปองกนกระแสไฟฟารวทไมมวงจรกรองความถกบอปกรณปองกนกระแสไฟฟารวทมวงจรกรองความถ โดยใชกระแสไฟฟารวจรงจากอปกรณไฟฟา

เนองจากในหวขอทผานมาเปนการจาลองกระแสไฟฟารวขน ซงไมไดเปนกระแสไฟฟารวจรงทเกดขนจากตวอปกรณไฟฟา ดงนนจงมการทดสอบเปรยบเทยบระหวางอปกรณปองกนกระแสไฟฟารวทไมมวงจรกรองความถกบอปกรณปองกนกระแสไฟฟารวทมวงจรกรองความถ โดยใชกระแสไฟฟารวจากเครองถายเอกสารดงรปท 4.21 ซงเปนอปกรณทเกดกระแสไฟฟารว เมอผใชงานสมผสโดยสวนทเปนสกรนอตของเครองถายเอกสารน

รปท 4.21 เครองถายเอกสารทเกดกระแสไฟฟารว

76

ดงนนจงทาการทดสอบโดยการคลองสายไลนและนวทรลผานและวดคาเอาตพตของหมอแปลงกระแสสมดลพบวาคากระแสไฟฟารวไหลลงกราวดของเครองถายเอกสารนมคานอยมากและลกษณะรปคลนกระแสไมเปนไซนซอยดลและมฮารมอนกสผสมเขามามากดงรปท 4.22

รปท 4.22 เอาตพตแรงดนของหมอแปลงกระแสสมดลทใชวดกระแสไฟฟารวของเครองถายเอกสาร

ดงนนเพอจะหาคากระแสไฟฟารวสงสดททาใหอปกรณปองกนกระแสไฟฟารวตรวจจบของวงจร

ควบคมทไมมวงจรกรองความถและวงจรควบคมทมวงจรกรองความถจงตองหาจากสมการท (3.5), (3.6) จะได

4in O3

5

RV = V

R´ (4.2)

ซง VO3 คอ คาแรงดนเอาตพตของวงจรเรยงกระแสรวมขยายแรงดน Vin คอ คาแรงดนอนพตทเขาวงจรเรยงกระแสขยายแรงดน

คอ อตราการลดทอนสญญาณ (Attenuation)

จากหวขอท 3.3.3 วงจรเปรยบเทยบแรงดนจะใชแรงดนอางองอยท 6.8 โวลตตามรปท 4.23

4

5

R

R

77

รปท 4.23 เอาตพตแรงดนของวงจรเรยงกระแสรวมขยายแรงดนเขาวงจรเปรยบเทยบแรงดน

ดงนนคา VO3 จงตองมเทากบ 6.8 โวลตเพอทจะทาใหอปกรณปองกนกระแสรวตดวงจรโหลดได และเพอทจะใชหาอตราขยายจงเลอกใช R4 เทากบ 3 กโลโอหม และเพอหา แรงดน Vin จงตองใส R5 เปนตวตานทานปรบคาไดเพอปรบอตราขยายเพมใหสงขนเพอหาคาสงสดททาใหอปกรณปองกนกระแสไฟฟารวตด ซงมรปวงจรเรยงกระแสรวมขยายแรงดนดงรปท 4.24

รปท 4.24 วงจรควบคมของอปกรณปองกนกระแสไฟฟารวทใชทดสอบ

78

4.7.1 การทดสอบอปกรณปองกนกระแสไฟฟารวทไมมวงจรกรองความถ โดยใชกระแสไฟฟารวจรงจากเครองถายเอกสาร

การทดสอบของวงจรควบคมทไมมวงจรกรองความถจะทาการวด Vin และ VO3 ของวงจรควบคมทไมมวงจรกรองความถ โดยทาการปรบคาตวตานทาน 2.2 เมกะโอหมจากศนยคอยๆ เพมขนเพอหาคาอตราขยาย โดยลกษณะรปคลนแรงดนทวดโดยออสซลโลสโคปดงรปท 4.25

รปท 4.25 เอาตพตแรงดนระหวางหมอแปลงกระแสสมดลและวงจรเรยงกระแสรวมขยายแรงดน

จากรปท 4.25 channel 1 คอ แรงดนเอาตพตของหมอแปลงกระแสสมดล และ channel 2 คอ แรงดนเอาตพตของวงจรเรยงกระแสรวมขยายแรงดน และเพอทจะใหอปกรณปองกนกระแสไฟฟารวทางานตามคาทตงไว จงนาแรงดนเอาตพตวงจรเรยงกระแสขยายแรงดนนเขาวงจรเปรยบเทยบแรงดนตามรปท 4.26

รปท 4.26 วงจรเปรยบเทยบแรงดนของวงจรควบคมทไมมวงจรกรองความถ

79

รปท 4.27 แรงดนอางองและแรงดนเอาตพตของวงจรเรยงกระแสรวมขยายแรงดน

จากรปท 4.27 เมอเพมอตราขยายจะทาใหแรงดนเอาตพตของวงจรเรยงกระแสจะมคาสงขน และเมอมคาสงถงแรงดนอางอง channel 1 ท 6.8 โวลตจะทาใหเกดแรงดนจดชนวนเขาทขาเกตของ SCR เปนผลทาใหโซลดสเตตรเลยหยดทางานทาใหสามารถตดวงจรโหลดออกจากระบบได ซงจะมระยะเวลาในการตดวงจรดงรปท 4.28 และบนทกคาพารามเตอรลงในตารางท 4.22

รปท 4.28 ระยะเวลาในการตดวงจรของอปกรณปองกนกระแสไฟฟารวทไมมวงจรกรองความถ

80

ตารางท 4.22 คาพารามเตอรทวดและคานวณสาหรบวงจรควบคมทไมมวงจรกรองความถผานตา

คาพารามเตอร ครงท

1 2 3 เฉลย คาความตานทาน (MΩ) 2.02 2.12 2.09 2.08 อตราขยาย (เทา) 673 707 697 692.3 ระยะเวลในการตด (ms) 32 33 33 32.67

จากตารางท 4.22 สามาถนาคาความตานทานเฉลยมาแทนในสมการ (4.2) จะสามารถหาคาแรงดนเอาตพตของหมอแปลงกระแสสมดล (Vin) จะได แทนคา VO3 เทากบคายอดของวงจรเทากบ 6.8 โวลต และเลอกใช R4 เทากบ 3 กโลโอหม จะได จะได Vin ซงกคอแรงดนเอาตพตของหมอแปลงกระแสสมดลของวงจรควบคมทมวงจรกรองความถมคายอดเทากบ 9.81 มลลโวลต

4.7.2 การทดสอบอปกรณปองกนกระแสไฟฟารวทมวงจรกรองความถ โดยใชกระแสไฟฟารวจรงจากเครองถายเอกสาร

การทดสอบของวงจรควบคมทมวงจรกรองความถจะทาการวด Vin และ VO3 โดยทาการปรบคาตวตานทาน 2.2 เมกะโอหมจากศนยคอยๆ เพมขนเพอหาคาอตราขยาย โดยลกษณะรปคลนแรงดนทวดโดยออสซลโลสโคปดงรปท 4.29

4in O3

5

RV = V

R´

in3k

V = 6.8V2.08M

× W

W

81

รปท 4.29 เอาตพตแรงดนระหวางหมอแปลงกระแสสมดลและวงจรเรยงกระแสรวมขยายแรงดน

จากรปท 4.29 channel 1 คอ แรงดนเอาตพตของหมอแปลงกระแสสมดล และ channel 2 คอ แรงดนเอาตพตของวงจรเรยงกระแสรวมขยายแรงดน และเพอทจะใหอปกรณปองกนกระแสไฟฟารวทางานตามคาทตงไว จงนาแรงดนเอาตพตวงจรเรยงกระแสขยายแรงดนนเขาวงจรเปรยบเทยบแรงดนตามรปท 4.30

รปท 4.30 วงจรเปรยบเทยบแรงดนของวงจรควบคมทมวงจรกรองความถ

82

รปท 4.31 แรงดนอางองและแรงดนเอาตพตของวงจรเรยงกระแสรวมขยายแรงดน

จากรปท 4.31 เมอเพมอตราขยายจะทาใหแรงดนเอาตพตของวงจรเรยงกระแสมคาสงขน และเมอมคาสงถงแรงดนอางอง channel 1 ท 6.8 โวลตจะทาใหเกดแรงดนจดชนวนเขาทขาเกตของ SCR เปนผลทาใหโซลดสเตตรเลยหยดทางานทาใหสามารถตดวงจรโหลดออกจากระบบได ซงจะมระยะเวลาในการตดวงจรดงรปท 4.32 และบนทกคาพารามเตอรลงในตารางท 4.23

รปท 4.32 ระยะเวลาในการตดวงจรของอปกรณปองกนกระแสไฟฟารวทมวงจรกรองความถ

83

ตารางท 4.23 คาพารามเตอรทวดและคานวณสาหรบวงจรควบคมทมวงจรกรองความถผาน

คาพารามเตอร ครงท

1 2 3 เฉลย คาความตานทาน (MΩ) 1.15 1.24 1.27 1.22 อตราขยาย (เทา) 383 413 423 406 ระยะเวลในการตด (ms) 36 34 35 35

จากตารางท 4.23 สามาถนาคาความตานทานเฉลยมาแทนในสมการ (4.2) จะสามารถหาคาแรงดนเอาตพตของหมอแปลงกระแสสมดล (Vin) จะได แทนคา VO3 เทากบคายอดของวงจรเทากบ 6.8 โวลต และเลอกใช R4 เทากบ 3 กโลโอหม จะได

จะได Vin คอ แรงดนเอาตพตของวงจรกรองความถมคายอดเทากบ 16.72 มลลโวลต

ดงนนจะเหนไดวาเมอนาอปกรณปองกนกระแสไฟฟารวทไมมวงจรกรองความถไปทดสอบกบกระแสไฟฟารวจรงจากเครองถายเอกสาร ซงเปนอปกรณไฟฟาทมฮารมอนกส เมออปกรณตดวงจรโหลดจะไดคายอดแรงดนเอาตพตของหมอแปลงกระแสเทากบ 9.81 มลลโวลต และใชอตราขยายเทากบ 692.3 เทา เมอเทยบกบอปกรณปองกนกระแสไฟฟารวทมวงจรกรองความถ จะไดคายอดแรงดนเอาตพตของหมอแปลงกระแสเทากบ 16.72 มลลโวลต และใชอตราขยายเทากบ 406 เทา ทาใหเหนไดวาเมอนาอปกรณปองกนกระแสไฟฟารวทไมมวงจรกรองความถไปใชกบโหลดทมฮารมอนกสจะทาใหคาขนาดกระแสไฟฟารวมคาสงกวาคาทตงไว เมอเทยบกบอปกรณปองกนกระแสไฟฟารวทมวงจรกรองความถจะสามารถลดผลกระทบจากกระแสฮารมอนกสทโหลดสรางขนมาได แตระยะเวลาในการตดของอปกรณปองกนกระแสไฟฟารวทมวงจรกรองความถจะมระยะเวลาในการตดสงกวาอปกรณปองกนกระแสไฟฟารวทไมมวงจรกรองความถประมาณ 2.33 มลลวนาท

4in O3

5

RV = V

R´

in3k

V = 6.8V1.22M

× W

W

84

บทท 5

สรปผลโครงงาน

5.1 สรปผลการทดสอบ

อปกรณปองกนกระแสไฟฟารวในระบบไฟฟาแรงดนตาเปนอปกรณทจดทาขนเพอใหสามารถตดวงจรทเกดกระแสไฟฟารวนนออกจากระบบ โดยลดความผดพลาดในการทางานเนองจากความถฮารมอนกสทเกดขนจากระบบไฟฟาหรออปกรณไฟฟาทมการทางานไมเปนเชงเสน โดยมวงจรควบคมทมวงจรความถแบบผานตาทตงความถตด 60 เฮรตซเขาไปทางดานอนพตกอนเขาวงจรเรยงกระแสเพอกนความถฮารมอนกส ไมใหอปกรณปองกนกระแสไฟฟารวทางานผดพลาดหรอไมทางานตามทกาหนดไว และมระยะเวลาในการตดไมเกน 40 มลลวนาทตามมาตรฐาน จากทฤษฎของ Lee and Chan (Lee, T.M., and Chan, T.W., 1995) กลาวไววาผลกระทบของฮารมอนกสงผลตออปกรณปองกนกระแสไฟฟารวมการตดกระแสไฟรวทมคามากกวาคาทกาหนดและจากการทดสอบกบอปกรณปองกนกระแสไฟฟารวทไมมวงจรกรองความถแบบผานตามผลในทศทางเดยวกนคอ เมอใชอปกรณปองกนกระแสไฟฟารวกบโหลดหรอระบบไฟฟาทมฮารมอนกส หากเกดเกดกระแสไฟฟารวขนจะสงผลทาใหคากระแสไฟฟารวททาใหอปกรณตดวงจรออกมคาสงกวาทกาหนดในโครงงานนกาหนดกระแสไฟรวท 30 มลลแอมป แตในกรณอปกรณปองกนกระแสไฟฟาทมวงจรกรองความถแบบผานตาสามารถทางานไดตามทกาหนดคอกระแสไฟฟารวททาใหอปกรณทางานมคาตามทกาหนด แตมขอเสยคอระยะเวลาการตดวงจรออกจะเพมขนประมาณ 2.2 มลลวนาท เนองจากผลตอบสนองมมเฟสของวงจรกรองแบบผานตา 5.2 ปญหาและอปสรรค จากการศกษาและทดลองพบวาหมอแปลงกระแสมคาซมซาบแมเหลกนอยจงไมสามารถใชงานกบปรมาณกระแสทมคานอยๆได นนคอกระแสไฟฟารว โดยกระแสไฟฟารวทนามาพจารณาคอ 30 มลลแอมแปร จงเปลยนมาใชหมอแปลงกระแสสมดลทมคาซาบซมแมเหลกสงกวา เมอนามาใชงานพบวาสามารถใชงานกบปรมาณกระแสไฟฟารวได แตกระแสเอาตพตของหมอแปลงกระแสสมดลมคานอยกวาเอาตพตของหมอแปลงกระแสมาก จงนาเอาแรงดนเอาตพตของหมอแปลงกระแสสมดลมาใชงานแทนตามทศกษา

85

5.3 ขอเสนอแนะ

1. การกาหนดความถตดของวงจรกรองความถแบบผานตาทมคาเทากบ 60 เฮรตซ เพอกนความถฮารมอนกส หากนาไปใชงานกบความถมลฐานทมคาฮารมอนกสสง อปกรณจะไมสามารถทางานไดในกรณทกระแสไฟฟารวเพราะวงจรควบคมจะไมสามารถตรวจจบความผดปกตได ดงนนการออกแบบวงจรกรองความถแบบผานตาอาจตงคาความถตดสงขน เพอยอมใหสญญาณฮารมอนกสบางความถทรวผาน

2. เปนแนวทางในการสรางอปกรณปองกนกระแสไฟฟารวทลดผลกระทบจากฮารมอนกสได 3. การพฒนาอปกรณปองกนกระแสไฟฟารวลงดนสาหรบมอเตอรไฟฟาสามเฟส หรอระบบไฟฟาทม

ขนาดใหญ อาจใชเปนขอมลนเปนแนวทางการพฒนาได 4. ปรบปรงวงจรแหลงจายไฟเลยงแรงดนคงทใหมขนาดเลกลง 5. ควรใชอปกรณเครองมอวดทสามารถวดสญญาณทมปรมาณนอยๆ ไดเพอลดความผดพลาดจากเครองมอวด

86

เอกสารอางอง

มาตรฐานอตสาหกรรม 2425-2552. (2552). เครองตดวงจรใชกระแสเหลอแบบไมมอปกรณปองกนกระแสเกนสาหรบใชในทอยอาศยและใชในลกษณะทคลายกน. กระทรวงอตสาหกรรม. แรงดนไฟฟาไมเกน 250 โวลต กระแสไฟฟาไมมากกวา 63 แอมแปร. กรงเทพ.

ประสทธ พทยพฒน. (2548). การออกแบบระบบไฟฟา. พมครงท 2. ทซจ พรนดง. กรงเทพ. คณะกรรมการสาขาวศวกรรมไฟฟา วศวกรรมสถานแหงประเทศไทย ในพระบรมราชปถมภ. (2554). ประมวล

หลกปฏบตวชาชพ ดานการออกแบบ การตดตง ตรวจสอบและทดสอบการตอลงดน. พมพครงท 1. วศวกรรมสถานแหงประเทศไทย. กรงเทพ: สภาวศวกร.

Padmanabhan, S., and Rajamani, S. (2014). A Novel Analytical Approach to Design A Core Balance Current Transformer for Earth Leakage Application. IEEE. 2014 Annual International Conference on Emerging Research ,14, 1-4

Clarke, R., (2008). Permeability of Iron. Magnetic properties of materials, 2008, Retrieved August 17, 2015.

Kendall, D.(2000), Development of High Permeability Cores for Earth Leakage Protection Devices (pp.34-36)., Conf. Publ.

Lee, T.M., and Chan, T.W. (1995) The Effects of Harmonics on the Operational Characteristics of Residual-Current Circuit Breakers (pp.548-553). International Conference on Energy Management and Power Delivery

Catherine, St. (1992). Residual Current Device tester loop with Anti Trip Technology, 1994, Retrieved December 21, 2015.

87

ภาคผนวก ก อปกรณและวงจรทใชในโครงงาน

88



อปกรณปองกนกระแสไฟฟารวในระบบไฟฟาแรงดนตา ในภาคผนวกนจะแสดงรปอปกรณและวงจรทใชในโครงงานดงน

รปท ก.1 คณสมบตของหมอแปลงกระแสสมดลทใชในโครงงาน

89

รปท ก.2 หมอแปลงกระแสสมดลทใชในโครงงาน

รปท ก.3 คณสมบตของแมกเนตกคอนแทคเตอรทใชในโครงงาน

90

รปท ก.4 แมกเนตกคอนแทคเตอรทใชในโครงงาน

รปท ก.5 คณสมบตของโซลดสเตตรเลยทใชในโครงงาน

91

รปท ก.5 คณสมบตของโซลดสเตตรเลยทใชในโครงงาน (ตอ)

92

รปท ก.5 คณสมบตของโซลดสเตตรเลยทใชในโครงงาน (ตอ)

2

93

รปท ก.6 วงจรควบคมทใชในโครงงาน

รปท ก.7 วงจรแหลงจายไฟเลยงแรงดนคงททใชในโครงงาน

94

รปท ก.8 อปกรณปองกนกระแสไฟฟารว

รปท ก.9 กลองจาลองกระแสไฟฟารว

Documents

อุปกรณ์ป้องกันกระแสไฟฟ้ารั่วในระบบไฟฟ้าแรงดันต่ํา - มหาวิทยาลัย