EFFECTS OF OVERVOLTAGE ON RECTANGULAR GROUND GRID …

วศวกรรมสารเกษมบณฑต ปท 10 ฉบบท 1 มกราคม-เมษายน 2563 133

คณะวศวกรรมศาสตร มหาวทยาลยเกษมบณฑต บทความวจย

การศกษาผลกระทบจากแรงดนเกนทเกดขนบนระบบกราวด กรดรปแบบRectangular งมแทงหลกดนแบบกระจายของสถานไฟฟาแรงสง

EFFECTS OF OVERVOLTAGE ON RECTANGULAR GROUND GRID SYSTEM OF HIGH VOLTAGE SUBSTATION WITH GROUND RODS

DISTRIBUTED IN MESH PATTERN

กรง ลอวฒนา

อาจารย, สาขาวชาวศวกรรมไฟฟา คณะวทยาศาสตรและเทคโนโลย มหาวทยาลยราชภฏพระนครศรอยธยา, 96 ถ.ปรดพนมยงค ต.ประตชย อ.พระนครศรอยธยา

จ.พระนครศรอยธยา 13000, [email protected]

Krung Luewattana Lecturer, Electrical engineer sub-department, Faculty of Science and Technology,

Phranakhon Si Ayutthaya Rajabhat University, 96 Pridi Panomyong Rd., Phranakhon Si Ayutthaya district, Phranakhon Si Ayutthaya province 13000, Thailand,

[email protected]

บทคดยอ งานวจยน เปนการศกษาผลกระทบจากแรงดนเกนทเกดขนบนระบบกราวดกรดของสถานไฟฟาแรงสงในรปแบบ Rectangular ซงมการวางแทงหลกดนแบบกระจาย (mesh-distributed ground rods) โดยเปนไปตามมาตรฐาน IEEE 80-2000 ทงนในระบบไฟฟาก าลง เสถยรภาพของระบบการสงและจายก าลงไฟฟามความจ าเปนโดยเฉพาะสถานไฟฟาแรงสง ซงจะตองมการรบและจายก าลงไฟฟาอยางมประสทธภาพ ซงหากเกดกระแสผดพรองทมปรมาณสงขนภายในสถานระบบกราวดกรดทดจะตองสามารถถายเทกระแสผดพรองนนใหไหลลงสดนไดอยางรวดเรว ซงหากไมสามารถแกไขปญหาดงกลาวไดอาจสงผลกอใหเกดแรงดนเกนไหลยอนกลบขนสสถานไฟฟา ซงจะสงผลกระทบตออปกรณไฟฟาและผปฏบตงานทอยภายในสถาน โดยในงานวจยไดท าการจ าลองระบบกราวดกรดทมขนาดแตกตางกน 3 ขนาดคอ 9x15 m2, 18×30 m2 และ 27x45 m2 โดยแตละขนาดมคาพารามเตอรตางๆ ทส าคญเทากน และมต าแหนงทจายกระแสผดพรองลงบนระบบกราวดกรดทต าแหนงเดยวกน เพอหาผลกระทบอนเนองมาจากกระแสผดพรองทเกดขนบนระบบกราวดกรดทต าแหนงตางๆ วาจะสงผลตอระบบกราวดกรดไดมากนอยเพยงใด ทงนไดท าการ

134 Kasem Bundit Engineering Journal Vol.10 No.1 January-April 2020

Faculty of Engineering, Kasem Bundit University Research Article

ค านวณหาคาแรงดนทเพมขนทางดานกราวด (ground potential rise) เพอน าคาดงกลาวไปเปรยบเทยบกบคาทไดจากการจ าลอง ซงผลทไดจากการศกษาดงทกลาวมาทงหมดจะน ามาวเคราะหเพอน าไปใชเปนขอมลส าคญในการออกแบบระบบกราวดกรดทมประสทธภาพตอไป ค าส าคญ: ระบบกราวดกรด, สถานไฟฟาแรงสง, กระแสผดพรอง, แรงดนเกน

ABSTRACT This research aimed to study the effects of overvoltage that occurring on the rectangular ground grid system of high voltage substation, of which ground rods were distributed in mesh pattern according to the IEEE 80-2000 standard. Since the electrical power seriously needs stable transmission and distribution systems, especially for high voltage substations, which require great effectiveness from these systems. If there is any incident of high level of fault current within the voltage substation, the effective ground grids will transfer such fault current to the ground soil quickly; otherwise, this may cause reverse flow of overvoltage to the substation that may harm the equipment or people residing inside. Therefore, this research created rectangular ground grids of 3 different sizes, including 9× 15 m2, 18× 30 m2, and 27×45 m2, but all had the same important parameters and level of fault current which also injected to the same spots. This model was simulated to reveal the consequences of the incidences that fault current occurring on the ground grid system at different spots and to compare with the calculated ground potential rise (GPR). The knowledge from this study can be beneficial for the future design of effective ground grids for high voltage substations. KEYWORDS: Ground grid system, High voltage substation, fault current, Overvoltage

1. บทน า

ปจจบนหวใจของการพฒนาประเทศ พลงงานไฟฟาถอเปนสงหนงทมความส าคญ โดยเฉพาะ ระบบผลตก าลงไฟฟา (generation) ระบบสงก าลงไฟฟา (transmission) และระบบจายก าลงไฟฟา (distribution) โดยสวนประกอบหนงทส าคญตอระบบดงกลาวคอสถานไฟฟาแรงสงอนเปนทตงของบรภณฑไฟฟาทส าคญ เชน หมอแปลงไฟฟา อปกรณไฟฟาตางๆ รวมถงระบบกราวดกรด ซงทงนหากเกดความผดปกตขนตอสถานไฟฟาแรงสง เชน ฟาผา หรออปกรณภายในสถานไฟฟาท างานผดพลาดจะกอใหเกดกระแสผดพรองปรมาณมหาศาลไหลเขาสสถานไฟฟาซงระบบกราวดกรดจะเปนสวนสดทายทจะน ากระแสผดพรองไหลผานและกระจายลงสดนและถาหากระบบกราวดกรดไมไดรบการออกแบบทดจะสงผลกระทบกอใหเกดแรงดนเกนยอนกลบขนสสถานไฟฟา ดงนน



งานวจยนจงเปนสวนหนงในการศกษาผลกระทบจากแรงดนเกนทเกดขนตอระบบกราวดกรดในรปแบบ rectangular ซงมแทงหลกดนแบบกระจายโดยผลจากการศกษาจะน าไปใชเปนขอมลในการออกแบบระบบกราวดกรดใหมประสทธภาพและมความเชอถอไดตอไป โดยทผานมาไดมการศกษาการออกแบบระบบกราดวกรดรปแบบ rectangular ตามมาตรฐาน IEEE 80-1976 โดยออกแบบใหมระยะหางระหวางตวน ากราวดกรดเทากนไดอยางเหมาะสม [1] จากนนไดมการศกษา Surge ทสงผลกระทบตอแทงตวน าหลกดน โดยใชโปรแกรมในการจ าลอง impulse current ทมขนาดแตกตางกน เพอดการสงผานแรงดนเกน (Overvoltage) ไปสระบบกราวดกรด [2] ตอมาไดมการวเคราะห transient จากฟาผาทต าแหนงตางๆ บนระบบกราวดกรด โดยวธ finite element analysis โดยสมการ Maxwell’s ซงจ าลองดวยคอมพวเตอร [3] ถดมาจงไดมการวเคราะหโมเดล ground rod ในดนเนอเดยว (unifrom soil) ท transient สงผลระทบเพอน าไปปองกนฟาผาลงสระบบ โดยม impulse current ขนาดตางกน และเปรยบเทยบผลกบการค านวณ ดวยโปรแกรมทพฒนาขน [4] หลงจากน นไดมการวเคราะหแบบจ าลองระบบกราวดกรดโดย โปรแกรม Electromagnetic transients program (EMTP) ซงวเคราะหระบบปองกนฟาผาและ EMC ทเกดขนจากแรงดนเกน [5] ตอจากนนจงมการศกษาเกยวกบความถทเกดขนในระบบกราวดกรดซงเกดจาก transient โดยใช Fourier transform ตอการเปลยนแปลงแรงดน และกระแส [6] ตอมาไดศกษาการออกแบบระบบกราวดกรด โดยใหมคา ground resistance, ground potential rise, step and touch voltages ทเหมาะสมเพอใหเกดความปลอดภยตอผปฏบตงาน โดยมขนาดตวน าและแทงหลกดนทเลกทสดซงสามารถรบ fault ไดสงสดโดยใช ETAP [7] หลงจากนนไดมการศกษา step and touch voltages ส าหรบเนอดนสองชนทตางกน เพอความปลอดภยของระบบกราวดกรด โดยว ธ Wenner method, Schlumberger method, General method, Driven rod (3-probe) method and Dipole-dipole method [8] ตอมาจงไดศกษาเกยวกบความถและชวงเวลาการตอบสนองของระบบกราวดกรดตอกระแสฟา ผา โดยใช Fast Furier Transformation (FFT) ในสวนของสนามแมเหลก และค านวณโดยใช Maxell [9] จากนนจงไดศกษาการออกแบบระบบกราวด กรดโดยใช ETAP ตามมาตรฐาน IEEE 80-2000 โดยศกษาการไหลของ fault เพอปองกนอนตรายตอมนษยโดยพจารณารปแบบระบบกราวดกรด คาความตานทานดน และความตานทานรางกายมนษย [10] หลงจากนนไดมการศกษามาตรฐานระบบกราวดกรด โดยพจารณาถง grounding system และ neutral electrodes system โดยศกษามาตรฐานกบ การปฏบตจรง ในการตดตงระบบกราวดกรด เพอหาระยะหางทส นทสดแตอยในขอบเขตของมาตรฐาน [11] หลงจากนนไดศกษาการออกแบบทเหมาะสมส าหรบระบบกราวดกรดโดยใชโปรแกรม ETAP เพอน าผลมาใชออกแบบระบบกราวดกรดของสถานไฟฟาขนาด 750 kV [12] ตอมาไดมการพฒนาโปรแกรมออกแบบระบบกราวดกรดโดยใชงานรวมกบ Visual studio ในชอ Ground grid designer เพอเปรยบเทยบระบบ



กราวดกรดในรปแบบ square shape, rectangular shape และ L-shape และน าผลไปพฒนาโปรแกรมและเปรยบเทยบกบการค านวณตามมาตรฐาน IEEE 80-2000 [13] 2. กรรมวธการวจย 2.1 รปแบบระบบกราวดกรดแบบ rectangular ซงมแทงหลกดนแบบกระจาย

ระบบกราวดกรดของสถานไฟฟาแรงสงเปนหนงในระบบทมความส าคญในการปองกนสถานไฟฟาจากความเสยหายตางๆ ทเกดจากธรรมชาตหรอความผดพลาดอนเกดจากกระแสผดพรองทเกดขนอยางทนททนใด โดยอาจสงผลกระทบตอผปฏบตงานรวมถงอปกรณไฟฟาตางๆ ทอยภายในสถานไฟฟาได นอกเหนอไปจากนนระบบกราวดกรดของสถานไฟฟาแรงสงยงเปนจดศนยรวมการเชอมตอของระบบกราวดของอปกรณไฟฟาตางๆ เชน overhead ground wires, neutral conductors และ underground cable เปนตน [14] ในรปท 1 เปนการแสดระบบกราวดกรดแบบ rectangular พรอมแทงหลกดนแบบกระจายซงเปนไปตามมาตรฐาน IEEE Std. 80-2000 [15] โดยเปนระบบกราวกดกรดทมขนาด 18 m × 30 m มแทงหลกดนแบบกระจายทวระบบกราวดกรดจ านวน 39 แทงดงรปท 1

รปท 1 ระบบกรดกราวดรปแบบ rectangular พรอมแทงหลกดนแบบกระจาย

2.2 ความหมายและค าจ ากดความ

แรงดนดนทเพมสงขน (ground potential rise, GPR) คอคาแรงดนไฟฟาทสงสดทสามารถเกดขนไดกบระบบกราวดกรดของสถานไฟฟาแรงสงโดยเปนการเทยบกบจดตอลงดนทอางองของโลก โดยคานจะเทากบผลคณของกระแสกรดสงสดกบคาความตานทานของระบบกราวดกรด [16] ดวชนแฟคเตอรของกระแสผดพรอง (fault current division factor) คอปจจยทแสดงถงอตราสวนของการผกผนของความผดปกตในรปแบบสมมาตรทมตออตราสวนของกระแสทไหลระหวางระบบกราวดกรดและดนทอยภายในบรเวณใกลเคยง, กระแสกรดสงสด (maximum grid current) คอคาผลคณระหวางปจจยการลดลงส าหรบชวงเวลาทงหมดทเกดขนของความผดพลาดและกระแสกรด



แบบสมมาตร rms นอกจากนยงสามารถค านวณไดโดยการคณกนในระหวางปจจยการลดลงส าหรบชวงเวลาทงหมดของความผดพรองและกระแสไฟฟาผดพรองล าดบศนย, แรงดนเมช (mesh voltage) คอคาแรงดนสมผสสงสดทอยภายในเมชของระบบกราวดกรดทมการตอลงดน, แรงดนชวงกาว (step voltage) คอคาความแตกตางของแรงดนไฟฟาพนผวทเกดขนระหวางเทาของมนษยทเดนหรอยนอยภายในสถานไฟฟาแรงสงซงอยในระหวางทมการเกดกระแสไฟฟาผดพรองขน โดยแรงดนชวงกาวจะสามารถท าการค านวณทระยะ 1 เมตร ระหวางเทา , แรงดนสมผส (touch voltage) คอคาความแตกตางทเกดขนระหวางแรงดนไฟฟาทบรเวณพนผวดนซงเพมขนกบแรงดนไฟฟาทบรเวณพนผวทซงบคคลยนอยและไปสมผสกบโครงสรางทไดมการตอลงดนไว 2.3 การออกแบบระบบกราวด กรดของสถานไฟฟาแรงสง

ในการออกแบบระบบกราวดกรดของสถานไฟฟาแรงสงรปแบบ rectangular ซงมแทงหลกดนแบบกระจายเปนไปตามมาตรฐาน IEEE 80-2000 โดยในทกกรณศกษาไดก าหนดพารามเตอรทส าคญคอ กระแสผดพรองมขนาด 25 kA, ความตานดนมคา 10 Ω.m, ความยาวแทงหลกดน 3 m, ระยะหางระหวางตวน า 3 m, แทงหลกดนมเสนผานศนยกลาง 95 mm2, ระบบกราวดกรดฝงลกใตผวดน 0.5 m, ดนเปนดนชนดเนอเดยว (unifrom soil), ระบบกราวดกรดทจะศกษามขนาด 9×15 m2, 18×30 m2 และ 27x45 m2 จากน นคาความตานทานของระบบกราวดกรดสถานไฟฟาแรงสงคอคา ground potential rise (GPR) รวมถงพารามเตอรทส าคญอนๆ สามารถท าการค านวณหาไดตามสมการท 1-11 โดยในล าดบแรกคากระแสกรดสงสดสามารถท าการค านวณไดโดยใชสมการท 1 และ 2 ตามล าดบ และสามารถท าการค านวณหา fault current division factor ไดโดยใชสมการท 3 หลงจากนนสามารถท าการค านวณหาคา ground potential rise ไดโดยการคณกนระหวางคากระแสไฟฟากรดสงสดกบคาความตานทานของระบบกราวดกรดโดยแสดงใหเหนในสมการท 4 ซงเปนคาความตานทานของระบบกราวดกรดซงหาไดโดยใชคาจากสมการท 5 IG = Df.Ig (1)

IG = Df.Sf.3Io (2)

sf = Ig

3.Io (3)

GPR = IG.Rg (4)



Rg = ρ [1

LT+

1

√20A(1+

1

1 + h√20A

)] (5)

ตอจากนนจงสามารถท าการค านวณหาคาแรงดนชวงกาวทยอมรบไดส าหรบมนษยทม

น าหนกตว 50 kg และแรงดนไฟฟาสมผสทสามารถยอมรบไดส าหรบมนษยทมน าหนกตว 50 kg ไดโดยใชสมการ 6 และ 7 ทงนคาแรงดนเมชและแรงดนชวงกาวสามารถท าการค านวณไดโดยใชสมการท 8 - 11 ตามล าดบ

Estep50 = (1,000 + 6Cs.ρs)0.116

√ts (6)

Etouch 50 = (1,000 + 1.5Cs.ρs)0.116

√ts (7)

Lm = LC+ [1.55 + 1.22 (Lr

√Lx2 + Ly

2)] LR (8)

LS = 0.75.LC+ 0.85.LR (9)

Em = ρ.Km.Ki.IG

Lm (10)

Es = ρ.Ks.Ki.IG

Ls (11)

ตวแปรทส าคญของสมการทกลาวมาแลวทงหมดสามารถท าการอธบายไดดงตอไปน A = พนทระบบกราดกรด (m2) Sf = แฟกเตอรแบงกระแสผดพรอง Ig = กระแสลดวงจรลงดน ในกรณการลดวงจรแบบสมมาตร (A) I0 = กระแสผดพรองล าดบศนย (A) IG = กระแสกรดสงสดทไหลระหวางกรดตอลงดนกบดนโดยรอบซงรวมกระแสตรงดวย (A) Df = แฟกเตอรลดส าหรบค านวณ IG (s) GPR = แรงดนดนทเพมสงขน (V)



Rg = ควมตานทานของระบบตอลงดน (Ω) EStep50 = แรงดนชวงกาวสงสดทไมเปนอนตราย ส าหรบคนน าหนก 50 กโลกรม (V) Etouch50 = แรงดนสมผสสงสดทไมเปนอนตราย ส าหรบคนน าหนก 50 กโลกรม (V) Cs = แฟกเตอรลดส าหรบวสดพนผวบาง ρs= ความตานทานจ าเพาะของหนกรวด (Ω.m)

ts = ระยะเวลาทกระแสไหลผานรางกายโดยไมเปนอนตรายตอการท างานของหวใจ (s) Em = แรงดนเมชทจดกงกลางของเมชทอยในมมกรด (V) ρ = ความตานทานจ าเพาะของดน (Ω.m) Km = แฟกเตอรระยะหวาง ส าหรบพจารณาแรงดนเมช Ki = แฟกเตอรแกไข ผลของรปรางเรขาคณตของกรด Lm = LC+LR ส าหรบแรงดนเมช (m) LC = ความยาวทงหมดของตวน ากรด (m) LR = ความยาวทงหมดของแทงหลกดนแตละแทงเสรมกรด (m) Lr = ความยาวของแทงหลกดนแตละแทงทเสรมกรด (m) ES = แรงดนชวงกาวระหวางจดมมดานนอกกรดกบจดทหางออกไป 1 เมตรแนวทแยงมม (V) KS = แฟคเตอรระยะหวางส าหรบแรงดนชวงกาว LS = LC+LR ส าหรบแรงดนชวงกาว (m) Lx = ความยาวสงสดของตวน ากรดในทศทาง x (m) Ly = ความยาวสงสดของตวน ากรดในทศทาง y (m) หลงจากนนผลทไดจากการค านวณโดยใชสมการจะถกใชส าหรบการออกแบบระบบ

กราวดกรดของสถานไฟฟาแรงสง [15] ซงจากสมการสามารถค านวณหาคา Ground potential rise (GPR) ของระบบกรวดกรดทมขนาด 9x15 m2, 18×30 m2 และ 27x45 m2 ไดเทากบ 8.543 kV, 4.128 kV และ 2.708 kV ตามล าดบตอจากนนจงน าคาทไดไปท าการเปรยบเทยบกบผลทมาจากการจ าลองโดยใชโปรแกรมตอไป 3 การจ าลองระบบกราวด กรด 3.1 ระบบกราวด กรดแบบ rectangular ขนาด 9×15m2 พรอมแทงหลกดนแบบกระจาย

การจ าลองจะเรมขนตอนโดยการก าหนดคาพารามเตอรและสามารถท าการค านวณเพอออกแบบระบบกราวดกรดได ซงพารามเตอรทไดทงหมดจะถกน าไปใสลงในโปรแกรม



ATP / EMTP หลงจากนนกระบวนการในการจ าลองจะเรมตนขน โดยจะสามารถแสดงแบบจ าลองของระบบกราวดกรดในกรณศกษาท 1 ไดดงรปท 2 ซงเปนรปแบบแรกในการจ าลองระบบ กราวดกรดซงมขนาด 9x15 m2 โดยแบบจ าลองจะประกอบไปดวย พารามเตอรของสายกราวด พารามเตอรของแทงหลกดน และพารามเตอรคาความตานทานของสถานไฟฟาแรงสงตามล าดบ

รปท 2 ระบบกราวด กรดแบบ rectangular ขนาด 9×15 m2 พรอมตวน าแทงหลกดน

ตอจากนนการจ าลองโดยโปรแกรมจะถกท าการประมวลผลในกรณทกระแสผดพรองซงม

ขนาด 25 kA ถกจายโดยตรงไปทต าแหนงจดศนยกลางของระบบกราวดกรด และทต าแหนงมมของระบบกราวดกรด โดยจะแสดงผลของแรงดนเกนทเกดขนบนระบบกราวดกรดในแนวทแยงมมและทต าแหนงมมของระบบกราวดกรดจากทงสองกรณการจายกระแสผดพรอง ซงจะสามารถแสดงตวอยางผลกระทบอนเนองมาจากแรงดนเกนทเกดขนไดดงในรปท 3

(a) จายกระแสทศนยกลางและวดแรงดนแนวทแยงมม (b) จายกระแสทมมและวดแรงดนทมม

รปท 3 แรงดนเกนเมอจายกระแสผดพรองเขาสระบบกราวด กรดทต าแหนงตางๆ

5.920kV

0.003759kV

0.003758kV

0.0075kV

0.0003kV

0.00015kV

6.180kV

0.00000014kV



3.2 ระบบกราวดกรดแบบ rectangular ขนาด 18x30 m2 พรอมแทงหลกดนแบบกระจาย การจ าลองจะเหมอนในกรณศกษาท 1 จะแตกตางกนในสวนของขนาดระบบกราวดกรดและ

จ านวนตวน าแทงหลกดน โดยจะสามารถแสดงแบบจ าลองของระบบกราวดกรดในกรณศกษาท 2 ไดดงรปท 4 ซงเปนรปแบบทสองในการจ าลองระบบกราวดกรดซงมขนาด 18x30 m2 โดยสามารถแสดงตวอยางผลกระทบจากแรงดนเกนทเกดขนไดดงรปท 5

รปท 4 ระบบกราวดกรดแบบ rectangular ขนาด 18×30 m2 พรอมตวน าแทงหลกดน


รปท 5 แรงดนเกนเมอจายกระแสผดพรองเขาสระบบกราวดกรดทต าแหนงตางๆ

2.823kV

0.303kV

0.508kV

0.603kV

3.037kV

0.412kV

0.235kV 0.540kV



3.3 ระบบกราวดกรดแบบ rectangular ขนาด 27x45 m2 พรอมแทงหลกดนแบบกระจาย การจ าลองจะเหมอนในกรณศกษาท 1 และ 2 จะแตกตางกนในสวนของขนาดระบบกราวด

กรดและจ านวนตวน าแทงหลกดน โดยจะสามารถแสดงแบบจ าลองของระบบกราวดกรดในกรณศกษาท 3 ไดดงรปท 6 ซงเปนรปแบบสดทายในการจ าลองระบบกราวดกรดซงมขนาด 27x45 m2 โดยสามารถแสดงตวอยางผลกระทบจากแรงดนเกนทเกดขนไดดงในรปท 7

รปท 6 ระบบกราวดกรดแบบ rectangular ขนาด 27×45 m2 พรอมตวน าแทงหลกดน


รปท 7 แรงดนเกนเมอจายกระแสผดพรองเขาสระบบกราวดกรดทต าแหนงตางๆ

2.399kV

0.383kV

0.464kV 0.556kV

2.626kV

0.349kV

0.517kV

0.095kV



4. ผลการทดลองและการอภปราย จากการจ าลองผลกระทบของแรงดนเกนทเกดขนบนระบบกราวดกรดของสถานไฟฟาแรงสง

ทงสามกรณศกษาคอขนาด 9x15 m2, 18×30 m2 และ 27x45 m2 โดยการจายกระแสผดพรองลงทต าแหนงกลางระบบกราวดกรด แลวท าการวดคาแรงดนเกนทเกดขนในแนวทแยงมม หรอทมมระบบกราวดกรด หรอการจายกระแสผดพรองลงทต าแหนงมมระบบกราวดกรด แลวท าการวดคาแรงดนเกนทเกดขนในแนวทแยงมม หรอทมมระบบกราวดกรด ซงในทกกรณศกษานนจะมคาพารามเตอรตางๆ ทเหมอนกน โดยสามารถแสดงใหเหนตวอยางผลกระทบจากแรงดนเกนดงในรปท 3, 5 และ 7 มาแลวตามล าดบ ตอจากนนจงไดน าผลการจ าลองไปท าการสรปและแสดงใหเหนเปนตารางท 1, 2 และ 3 ตามล าดบดงน

ตารางท 1 แรงดนเกนทเกดขนบนแบบจ าลองระบบกราวด กรดของสถานไฟฟาแรงสงทม

ขนาด 9x15 m2 เมอจายกระแสผดพรองทศนย กลางและทมมของระบบ

แรงดนเกนเมอจายกระแสผดพรองทต าแหนงศนยกลางและทมมระบบกราวดกรดขนาด 9×15 m2 แรงดนเกนทเกดขนในแนวทแยงมม แรงดนเกนทเกดขนต าแหนงมม

Node จายทกลาง (kV) จายทมม (kV) Node จายทกลาง (kV) จายทมม (kV) 0006 0.0037587 6.1406 0001 0.55687 6.1809 0002 0.0037591 0.00075519 0014 0.44407 0.00000014 0001 5.9205 0.00037823 0003 0.55694 0.0003166 0003 0.0075084 0.001507 0002 0.37837 0.0001509

ตารางท 2 แรงดนเกนทเกดขนบนแบบจ าลองระบบกราวด กรดของสถานไฟฟาแรงสงทมขนาด 18x30 m2 เมอจายกระแสผดพรองทศนย กลางและทมมของระบบ





ตารางท 3 แรงดนเกนทเกดขนบนแบบจ าลองระบบกราวด กรดของสถานไฟฟาแรงสงทมขนาด 27x45 m2 เมอจายกระแสผดพรองทศนย กลางและทมมของระบบ



ตอจากนนจากตารางท 1, 2 และ 3 สามารถน าไปแสดงเปนกราฟความสมพนธในแตละ

กรณศกษาเพอเปรยบเทยบผลกระทบของแรงดนเกนทเกดขนบนระบบกราวดกรด ซงมขนาดแตกตางกนในจดทจายกระแสผดพรองตางกน และวดคาแรงดนเกดทเกดขนในต าแหนงทแตกตางกน จากนนจงน าคาทไดจากกรณศกษาทงสามกรณมาเปรยบเทยบผลกนรวมถงเปรยบเทยบกบคาทไดจากการค านวณ เมอก าหนดให Ct-Di คอ Center-Diagonal, Cn-Di คอ Corner-Diagonal, Ct-Cn คอ Center-Corner และ Cn-Cn คอ Corner-Corner โดย Ct หมายถงศนยกลางระบบกราวดกรด, Di หมายถงแนวทแยงมมระบบกราวดกรด และ Cn หมายถงมมระบบกราวดกรดตามล าดบ โดยจะสามารถแสดงผลกรณศกษาตางๆ ไดดงกราฟในรปท 8

รปท 8 แรงดนเกนบนระบบกราวด กรด งมขนาดตางกน เปรยบเทยบกบการค านวณ



จากการจ าลองในกรณศกษาท 1 ระบบกราวดกรดมขนาด 9x15 m2 ผลกระทบความรนแรงของแรงดนเกนจะมคาสงสดมากกวาในทกขนาดของระบบ โดยแรงดนเกนจะมคาสงสดเมอท าการจายกระแสผดพรองเขาสระบบทต าแหนงมมคอ 6.1804 kV โดยแสดงในรปท 3(b) ซงผลกระทบจากแรงดนเกนดงกลาวมสาเหตมาจากรปแบบของระบบซงเปนแบบ rectangular ทมความไมสมมาตรบรเวณต าแหนงมมระบบ ดวยเหตดงกลาวจงเปนสาเหตท าใหเมอเกดกระแสผดพรองขนในระบบกระแสทเกดขนจะไมสามารถกระจายผานระบบกราวดกรดไหลลงสดนไดอยางรวดเรวท าใหแรงดนเกนทเกดขนมคาสงสด โดยมคาสงกวาในกรณระบบทมขนาด 18x30 m2 คอ 50.84% และมคาสงกวาในระบบทมขนาด 27x45 m2 คอ 57.5% ณ ทต าแหนงเดยวกน ตอจากนนจากการจ าลองในกรณศกษาท 2 ซงระบบกราวดกรดมขนาด 18×30m2 หรอคดเปนพนทระบบคอ 540 ตารางเมตร ผลกระทบจากแรงดนเกนจะมคาความรนแรงนอยกวาในกรณแรก โดยมค าอยท 3.0378kV ซงแสดงดงรปท 5(b) ในกรณทจายกระแสผดพรองเขาสระบบทต าแหนงมม หรอมคานอยกวาในกรณศกษาท 1 ประมาณ 50% ซงเปนระบบซงมขนาดเลกกวา โดยมขนาดเพยง 9×15m2 หรอคดเปนพนทของระบบคอ 135 ตารางเมตร ซงนอยกวาพนทระบบกราวดกรดในกรณศกษาทสองอย 1 ใน 3 ไมวาจะจายกระแสผดพรองเขาทต าแหนงใดๆ กตาม แตทงนเหตผลทส าคญทท าใหผลการจ าลองเปนในลกษณะเชนนมาจากระบบกราวดกรดในกรณศกษาท 2 มขนาดใหญจงท าใหกระแสผดพรองสามารถไหลผานระบบ และกระจายลงสดนไดอยางรวดเรวจงท าใหแรงดนเกนมคาลดลงกวาในกรณศกษาท 1 ดงทกลาวมา ส าหรบการจ าลองในกรณศกษาท 3 ซงเปนกรณสดทายระบบกราวดกรดจะมขนาดใหญทสดคอมขนาด 27×45m2 หรอมพนทคอ 1,2151 ตารางเมตร โดยผลกระทบอนเกดจากแรงดนเกนจะมความรนแรงต าสดกวาทงสองกรณศกษาทผานมา ซงมคาอยท 2.6265 kV โดยแสดงดงรปท 7(b) ในกรณจายกระแสผดพรองเขาสระบบทต าแหนงมม และจากพนทของระบบในกรณศกษาท 3 ซงมพนทมากกวาพนทกรณศกษาท 1 กวา 8 เทา ทงนไมวาจะจายกระแสผดพรองเขาสระบบ ณ ทต าแหนงใดๆ กตาม กระแสผดพรองทเกดขนกจะสามารถไหลผานระบบ และกระจายลงสดนไดอยางรวดเรวมากกวาทงสองกรณศกษา ดงนนจงเปนเหตผลส าคญทท าใหคาแรงดนเกนมคาต าสดกวาในทกกรณศกษาทกลาวมา ทงนจากกราฟในรปท 8 พบวาผลจากการจ าลองในทกกรณจะมคาต ากวาผลทไดจากการค านวณ ซงในสวนนเนองจากโปรแกรมทใชจ าลองเปนโปรแกรมทวไปส าหรบการศกษาทางดานวศวกรรมทมขอจ ากด ซงตางจากโปรแกรมเฉพาะทาง ดงนนจงอาจท าใหเกดความคลาดเคลอนของผลการจ าลองกบการค านวณ นอกเหนอไปจากนนการจ าลองในโปรแกรมเปนไปเพอดแนวโนมผลกระทบทเกดขนเพอยนยนผลทไดจากการค านวณ



5. สรป จากการจ าลองทงสามกรณศกษาของระบบกราวดกรดในรปแบบ Rectangular ซงมแทงหลก

ดนแบบกระจายคอมขนาด 9×15 m2, 18×30 m2 และ 27×45 m2 คาแรงดนเกนทเกดขนจะมคาสงสดเมอกระแสผดพรองถกจายเขาสระบบทต าแหนงมม และในขณะเดยวกนจะมคาต าสดเมอกระแสผดพรองถกจายเขาสระบบทต าแหนงศนยกลางระบบ ซงผลทไดจากการจ าลองจะสอดคลองกนในทกกรณศกษาหรอในทกขนาดของระบบกราวดกรดทท าการจ าลอง นอกเหนอไปจากนนจากการจ าลองพบวาผลกระทบจากแรงดนเกนจะมคาสงสดกวาในทกกรณ เมอจายกระแสผดพรองลงทต าแหนงมมของระบบทมขนาด 9x15 m2 ซงเปนระบบกราวดกรดทมขนาดเลกทสดดงรปท 8 โดยสาเหตมาจากระบบซงมขนาดเลกจงท าใหกระแสผดพรองทเกดขนไมสามารถทจะกระจายลงสดนผานระบบไดอยางรวดเรว อกทงบรเวณจดมมของระบบเปนจดทมความไมสมมาตรกนของตวน าในระบบดงนนจงท าใหเกดการสะสมในรปของกระแสผดพรองปรมาณสง จงสงผลกระทบท าใหเกดเปนแรงดนเกนปรมาณมหาศาลยอนกลบขนสผวดน และอาจสงผลกระทบตอผปฏบตงานและอปกรณไฟฟาทส าคญภายในสถานไฟฟาได และในทางตรงขามผลกระทบจากความรนแรงของแรงดนเกนทเกดขนในกรณเดยวกนจะมคาต าสดเมอระบบกราวดกรดมขนาด 27×45 m2 ซงเปนระบบทมขนาดใหญสด ทงนเนองจากระบบมขนาดใหญ จงท าใหกระแสผดพรองทเกดขนสามารถกระจายลงสดนผานตวน าและแทงหลกดนไดอยางสะดวกโดยไมท าใหเกดการสะสมของกระแสผดพรอง ดงนนความรนแรงจากแรงดนเกนจงมคาต าสด และเชนเดยวกนความรนแรงจากแรงดนเกนจะมคาต าสดเมอกระแสผดพรองจายเขาสต าแหนงศนยกลางระบบ โดยมคาต าสดกวาในทกกรณศกษาเมอระบบมขนาด 27×45 m2 ซงมขนาดใหญทสด ทงนเนองมาจากระบบมขนาดใหญจงท าใหกระแสผดพรองทเกดขนสามารถทจะกระจายลงสดนไดอยางรวดเรวโดยผานตวน าและแทงหลกดนอกทงบรเวณจดศนยกลางของระบบเปนจดทมความสมมาตรดงนนการสะสมของกระแสผดพรองจงมปรมาณนอยกวาในกรณศกษาท 1 และ 2 ท าใหผลกระทบจากแรงดนเกนทจะยอนกลบขนสผวดนจงมความรนแรงนอยทสด โดยทกลาวมาทงหมดเปนแนวโนมของผลกระทบทจะน าไปใชเปนขอมลในการออกแบบระบบกราวดกรดใหมความปลอดภยและมความเชอถอไดตอไป References [1] Zukerman LG. Simplified analysis of rectangular grounding grids. IEEE Transactions on

Power Apparatus and Systems 1979;PAS-98:1777-85. [2] Mazzetti C, Veca GM. Impulse behavior of ground electrodes. IEEE Transactions on

Power Apparatus and Systems 1983; PAS-102:3148-56.



[3] Meliopoulos AP, Moharam MG. Transient analysis of grounding systems. IEEE Transactions on Power Apparatus and Systems 1983;PAS-102:389-99.

[4] Velazquez R, Mukhedkar D. Analytical modeling of grounding electrodes transient behavior.IEEE Transactions on Power Apparatus and Systems1984;PAS-103:1314-22.

[5] Menter FE, Grcev L. EMTP-based model for grounding system analysis. IEEE Transactions on Power Delivery 1994;9:1838-49.

[6] Otero AF, Cidras J, Alamo JLD. Frequency-dependent grounding system calculation by means of a conventional nodal analysis technique. IEEE transactions on power delivery 1999;14:873-8.

[7] Prasad D, Sharma HC. Design of grounding system for high voltage substations. International Journal of Engineering and Advanced Technology 2013;2:61-5.

[8] Nikolovski S, Knežević G, Baus Z. Assessment of step and touch voltages for different multilayer soil models of complex grounding grid. International Journal of Electrical and Computer Engineering 2016;6:1441-55.

[9] Nikolovski SN, Baus Z, Knežević G. Frequency and time response of power plant grounding system exposed to lightning strike. International Journal of Electrical and Computer Engineering 2016;6:512-25.

[10] Tabatabaei NM, Mortezaeei SR. Design of grounding systems in substations by ETAP intelligent software. International Journal on Technical and Physical Problems of Engineering 2010;2:45-9.

[11] Vućković DD, Cvetković NN, Stojanović, MS. Study on a standard for grounding systems realization. Serbian Journal of Electrical Engineering 2012;9:393-401.

[12] Aslam MU, Cheema MU, Cheema MB, Samran M. Design analysis and optimization of ground grid mesh of extra high voltage substation using an intelligent software. In The 1st International Conference on Information Technology, Computer, and Electrical Engineering; 7-8 Nov. 2014; Semarang, Indonesia; 2014. p. 339-45.

[13] Patel AB, Velani K. Digital application for grounding grid design calculations of substation. In International Conference on Innovations in Power and Advanced Computing Technologies; 21-22 Apr. 2017; Vellore, India; 2017. p. 1-6.

[14] Phayomhom A, Sirisumrannukul S, Kasirawat T. Safety design of ground grid in distribution substation: case study of metropolitan electricity authority’s system. GMSARN International Journal 2010;4:67-74.



[15] An American National Standard. IEEE guide for safety in AC substation grounding -ANSI/IEEE Std 80-2000. New York: The Institute of Electrical and Electronics Engineers Inc.; 2000.

[16] Horkiet C, Katthisang T. Grounding. Bangkok: Charansanitwong Printing Ltd.; 2006. (In Thai)

ประวตผเขยนบทความ

กรง ลอวฒนา สาขาวชาวศวกรรมไฟฟา คณะวทยาศาสตร และเทคโนโลย มหาวทยาลยราชภฏพระนครศรอยธยา ส าเรจการศกษาระดบปรญญาตร ปรญญาโท และปรญญาเอก ในสาขาวศวกรรมไฟฟา ทางดานไฟฟาก าลง E-mail: [email protected] สนใจงานวจยทางดานวศวกรรมไฟฟาแรงสง สนามแมเหลกไฟฟา ระบบไฟฟาก าลง และพลงงานทางเลอก

Article History: Received: January 24, 2020 Revised: April 20, 2020 Accepted: April 27, 2020

Documents

EFFECTS OF OVERVOLTAGE ON RECTANGULAR GROUND GRID …