ในระบบ ส่ง และจำหน่ายไฟฟ้า ของสาธารณูปโภคและอุตสาหกรรม รีเลย์เชิงตัวเลขเป็นระบบที่ใช้คอมพิวเตอร์พร้อมอัลกอริธึมการ ป้องกันที่ใช้ซอฟต์แวร์ สำหรับการตรวจจับความผิดพลาด ทาง ไฟฟ้า^{[ 1 ]}รีเลย์ดังกล่าวเรียกอีกอย่างว่า รีเลย์ป้องกันแบบ ไมโครโปรเซสเซอร์พวกมันเป็นตัวทดแทนการทำงานของรีเลย์ป้องกัน แบบอิเล็กโทรแมคคานิกส์ และอาจรวมฟังก์ชันการป้องกันหลายอย่างไว้ในหน่วยเดียว รวมถึงฟังก์ชันการวัด การสื่อสาร และการทดสอบตัวเองด้วย

รีเลย์ป้องกันดิจิทัลเป็นรีเลย์ป้องกันที่ใช้ไมโครโปรเซสเซอร์ในการวิเคราะห์แรงดัน กระแส หรือปริมาณกระบวนการอื่นๆ ในระบบไฟฟ้า เพื่อตรวจจับความผิดพลาดในระบบไฟฟ้าหรือระบบกระบวนการทางอุตสาหกรรม รีเลย์ป้องกันดิจิทัลอาจเรียกว่า "รีเลย์ป้องกันเชิงตัวเลข" ก็ได้

สัญญาณ แรงดันต่ำและกระแส ต่ำ (เช่น ที่ขดลวดทุติยภูมิของหม้อแปลงแรงดันและหม้อแปลงกระแส ) จะถูกส่งผ่านตัวกรองความถี่ต่ำที่กำจัดความถี่ที่สูงกว่าประมาณ 1/3 ของความถี่สุ่มตัวอย่าง ( ตัวแปลง A/D ของรีเลย์ จำเป็นต้องสุ่มตัวอย่างเร็วกว่าสองครั้งต่อรอบของความถี่สูงสุดที่ต้องการตรวจสอบ) จากนั้นสัญญาณ AC จะถูกสุ่มตัวอย่างโดย ตัวแปลงอนาล็อกเป็นดิจิทัลของรีเลย์ตั้งแต่ 4 ถึง 64 ตัวอย่าง (แตกต่างกันไปตามรีเลย์) ต่อรอบของระบบไฟฟ้า อย่างน้อยที่สุด จะใช้ขนาดของปริมาณที่เข้ามา ซึ่งโดยทั่วไปใช้แนวคิดการแปลงฟูริเยร์ ( RMSและการหาค่าเฉลี่ยบางรูปแบบ) ในการทำงานของรีเลย์แบบง่ายๆ การวิเคราะห์ขั้นสูงกว่าสามารถใช้เพื่อกำหนดมุมเฟสกำลังกำลังปฏิกิริยาอิมพีแดนซ์การบิดเบือนของรูปคลื่น และปริมาณ ที่ซับซ้อนอื่นๆ

โดยทั่วไปแล้ว อัลกอริทึมการป้องกันส่วนใหญ่ต้องการเพียงส่วนประกอบพื้นฐานเท่านั้น เว้นแต่จะใช้อัลกอริทึมความเร็วสูงที่ใช้ข้อมูลย่อยรอบเพื่อตรวจสอบปัญหาที่เปลี่ยนแปลงอย่างรวดเร็ว จากนั้นข้อมูลที่สุ่มตัวอย่างจะถูกส่งผ่านตัวกรองความถี่ต่ำซึ่งจะกำจัดเนื้อหาความถี่ที่สูงกว่าความถี่พื้นฐานที่สนใจ (เช่น ความถี่ระบบปกติ) ออกไป และใช้อัลกอริทึมการแปลงฟูริเยร์เพื่อแยกขนาดและมุมของความถี่พื้นฐานออกมา

รีเลย์จะวิเคราะห์สัญญาณเอาต์พุตจากตัวแปลง A/D เพื่อพิจารณาว่าจำเป็นต้องดำเนินการใดๆ ภายใต้อัลกอริทึมการป้องกันหรือไม่ อัลกอริทึมการป้องกันคือชุดสมการตรรกะที่ออกแบบโดยวิศวกรด้านการป้องกันบางส่วน และโดยผู้ผลิตรีเลย์บางส่วน รีเลย์นี้สามารถใช้ตรรกะขั้นสูงได้ มันสามารถวิเคราะห์ได้ว่ารีเลย์ควรตัดหรือระงับการตัดโดยพิจารณาจากพารามิเตอร์ที่ผู้ใช้กำหนด เปรียบเทียบกับฟังก์ชันต่างๆ ของ อินพุต แบบอนาล็อกอินพุตหน้าสัมผัสรีเลย์ เวลา และลำดับเหตุการณ์

หากตรวจพบสภาวะผิดปกติ หน้าสัมผัสเอาต์พุตจะทำงานเพื่อตัดวงจรเบรกเกอร์ที่เกี่ยวข้อง

ตรรกะการทำงานสามารถกำหนดค่าได้โดยผู้ใช้ และสามารถเปลี่ยนแปลงได้ตั้งแต่การเปลี่ยนสวิตช์ที่แผงด้านหน้าหรือการย้ายจัมเปอร์บนแผงวงจรไปจนถึงการเข้าถึงเว็บเพจการตั้งค่าพารามิเตอร์ภายในของรีเลย์ผ่านการเชื่อมต่อสื่อสารบนคอมพิวเตอร์อีกเครื่องหนึ่งที่อยู่ห่างออกไปหลายร้อยกิโลเมตร

รีเลย์อาจมีชุดการตั้งค่าที่ครอบคลุมมากกว่าที่สามารถป้อนผ่านปุ่มหมุนและแป้นปรับที่แผงด้านหน้า และการตั้งค่าเหล่านี้จะถูกส่งไปยังรีเลย์ผ่านอินเทอร์เฟซกับพีซี ( คอมพิวเตอร์ส่วนบุคคล ) และอินเทอร์เฟซพีซีเดียวกันนี้อาจใช้เพื่อรวบรวมรายงานเหตุการณ์จากรีเลย์ได้

ในรีเลย์บางตัว จะมีการบันทึกประวัติสั้นๆ ของข้อมูลที่สุ่มตัวอย่างทั้งหมดไว้ในรูปแบบออสซิลโลแกรม การบันทึกเหตุการณ์จะรวมถึงวิธีการบางอย่างเพื่อให้ผู้ใช้สามารถดูจังหวะเวลาของการตัดสินใจเชิงตรรกะที่สำคัญ การเปลี่ยนแปลง I/O (อินพุต/เอาต์พุต) ของรีเลย์ และดูส่วนประกอบพื้นฐานของพารามิเตอร์อนาล็อกที่เข้ามาในรูปแบบออ สซิลโลแกรม ได้

รีเลย์ดิจิทัล/ตัวเลขมีจอแสดงผลที่แผงด้านหน้า หรือแสดงผลบนเทอร์มินัลผ่านอินเทอร์เฟซการสื่อสาร ใช้สำหรับแสดงค่าการตั้งค่ารีเลย์ และค่ากระแส/แรงดันแบบเรียลไทม์ เป็นต้น

รีเลย์ดิจิทัลที่ซับซ้อนกว่าจะมีพอร์ตสำหรับวัดค่าและสื่อสาร ทำให้รีเลย์สามารถเป็นส่วนประกอบหนึ่งใน ระบบ SCADAได้ พอร์ตสื่อสารอาจรวมถึงRS-232 / RS-485หรือ อีเธอร์เน็ต (ทองแดงหรือใยแก้วนำแสง) ภาษาในการสื่อสารอาจรวมถึงโปรโตคอล Modbus , DNP3หรือIEC61850

ในทางตรงกันข้ามรีเลย์ป้องกัน แบบอิเล็กโทรแมคคานิกส์ จะแปลงแรงดันและกระแสไฟฟ้าให้เป็นแรงและแรงบิดทางแม่เหล็กและไฟฟ้า ซึ่งจะไปกดกับแรงตึงของสปริงในรีเลย์ แรงตึงของสปริงและการแตะขดลวดแม่เหล็กไฟฟ้าในรีเลย์เป็นกระบวนการหลักที่ผู้ใช้ใช้ในการตั้งค่ารีเลย์ดังกล่าว

ในรีเลย์โซลิดสเตทรูปคลื่นแรงดันและกระแสขาเข้าจะถูกตรวจสอบโดยวงจรอนาล็อก ไม่ใช่การบันทึกหรือแปลงเป็นดิจิทัล ค่าอนาล็อกจะถูกเปรียบเทียบกับการตั้งค่าที่ผู้ใช้กำหนดผ่านโพเทนชิโอมิเตอร์ในรีเลย์ และในบางกรณี อาจใช้ตัวต่อบนหม้อแปลงไฟฟ้า

ในรีเลย์โซลิดสเตทบางชนิดไมโครโปรเซสเซอร์ แบบง่ายๆ จะทำหน้าที่ประมวลผลตรรกะของรีเลย์บางส่วน แต่ตรรกะดังกล่าวเป็นแบบคงที่และเรียบง่าย ตัวอย่างเช่น ในรีเลย์โซลิดสเตทแบบหน่วงเวลาและกระแสเกินบางชนิด กระแสสลับที่เข้ามาจะถูกแปลงเป็นค่าสัญญาณกระแสสลับขนาดเล็กก่อน จากนั้นกระแสสลับจะถูกป้อนเข้าสู่ตัวเรียงกระแสและตัวกรองที่แปลงกระแสสลับเป็น ค่า กระแสตรงที่ได้สัดส่วนกับรูปคลื่นกระแสสลับ มีการใช้ ตัวขยายสัญญาณปฏิบัติการและตัวเปรียบเทียบเพื่อสร้างกระแสตรงที่จะเพิ่มขึ้นเมื่อถึงจุดตัด จากนั้นไมโครโปรเซสเซอร์แบบง่ายๆ จะทำการแปลงสัญญาณกระแสตรงเป็นสัญญาณอนาล็อกและดิจิทัลด้วยความเร็วต่ำ รวมผลลัพธ์เพื่อสร้างเส้นโค้งการตอบสนองของกระแสเกินตามเวลา และตัดวงจรเมื่อค่าที่ได้จากการรวมสูงกว่าจุดที่กำหนดไว้ แม้ว่ารีเลย์นี้จะมีไมโครโปรเซสเซอร์ แต่ก็ขาดคุณสมบัติของรีเลย์ดิจิทัล/ตัวเลข ดังนั้นคำว่า "รีเลย์ไมโครโปรเซสเซอร์" จึงไม่ใช่คำที่ชัดเจนนัก

รีเลย์ดิจิทัล/ตัวเลขถูกคิดค้นโดย George Rockefeller ^{[ 2 ]} George คิดค้นสิ่งนี้ในวิทยานิพนธ์ปริญญาโทของเขาในปี 1967–68 ที่วิทยาลัยวิศวกรรมศาสตร์ Newark ^{[ 3 ]}เขาตีพิมพ์บทความสำคัญเรื่อง Fault Protection with a Digital Computer ^{[ 4 ]}ในปี 1969 Westinghouse พัฒนารีเลย์ดิจิทัลตัวแรกด้วย Prodar 70 ^{[ 5 ]}ซึ่งพัฒนาขึ้นระหว่างปี 1969 ถึง 1971 และเริ่มใช้งานในสายส่ง 230kV ที่สถานีย่อย Tesla ของ PG&E ในเดือนกุมภาพันธ์ 1971 และใช้งานได้นานหกปี^{[ 6 ]}ในปี 2017 George ได้รับรางวัล IEEE Halperin Electric Transmission and Distribution Award ^{[ 7 ]}รางวัลนี้มอบให้แก่ "การพัฒนาบุกเบิกและการสาธิตเชิงปฏิบัติของการใช้รีเลย์ป้องกันระบบไฟฟ้าด้วยเทคนิคคอมพิวเตอร์ดิจิทัลแบบเรียลไทม์" จอร์จดำรงตำแหน่งประธานคณะกรรมการ IEEE Power System Relaying and Control (PSRC) (ปี 1981-1982) และเป็นสมาชิกของ "คณะอนุกรรมการ Computer Relaying" ซึ่งก่อตั้งโดย PSRC ในปี 1971 และยุบเลิกในปี 1978 นอกจากนี้เขายังเขียนคำนำสำหรับคู่มือการสอนของ PSRC เกี่ยวกับ Computer Relayingที่จัดทำขึ้นในปี 1979 อีกด้วย

ในปี พ.ศ. 2514 M. Ramamoorty เป็นคนแรกที่อธิบาย^{[ 8 ]}การคำนวณอิมพีแดนซ์สำหรับการป้องกันระยะทางโดยใช้การวิเคราะห์ ฟูริเยร์ แบบไม่ต่อเนื่อง

รีเลย์ดิจิทัล/ตัวเลขแบบใช้ไมโครโปรเซสเซอร์ที่ใช้งานได้จริงเชิงพาณิชย์ตัวแรกนั้น ผลิตโดยEdmund O. Schweitzer, IIIในช่วงต้นทศวรรษ 1980 SEL , AREVAและABB Groupเป็นผู้บุกเบิกและสร้างความก้าวหน้าในตลาดนี้ในช่วงแรก แต่ปัจจุบันตลาดนี้มีการแข่งขันสูงมาก มีผู้ผลิตจำนวนมาก ในด้านการป้องกันสายส่งและเครื่องกำเนิดไฟฟ้า ในช่วงกลางทศวรรษ 1990 รีเลย์ดิจิทัลได้เข้ามาแทนที่รีเลย์โซลิดสเตทและรีเลย์อิเล็กโทรแมคคานิกส์เกือบทั้งหมดในงานก่อสร้างใหม่ ส่วนในด้านการใช้งานด้านการกระจายไฟฟ้า การแทนที่ด้วยรีเลย์ดิจิทัลนั้นเป็นไปอย่างช้ากว่า แม้ว่ารีเลย์ป้อนไฟส่วนใหญ่ในงานใหม่ๆ ในปัจจุบันจะเป็นแบบดิจิทัล แต่รีเลย์โซลิดสเตทยังคงมีการใช้งานอยู่บ้างในกรณีที่ความเรียบง่ายของแอปพลิเคชันเอื้ออำนวยให้ใช้รีเลย์ที่เรียบง่ายกว่า ซึ่งช่วยหลีกเลี่ยงความซับซ้อนของรีเลย์ดิจิทัลได้

องค์ประกอบป้องกัน หมายถึง ตรรกะโดยรวมที่เกี่ยวข้องกับสภาวะทางไฟฟ้าที่กำลังถูกตรวจสอบ ตัวอย่างเช่น องค์ประกอบเชิงอนุพันธ์ หมายถึง ตรรกะที่จำเป็นในการตรวจสอบกระแสไฟฟ้าสองกระแส (หรือมากกว่า) ค้นหาความแตกต่างของกระแสไฟฟ้าเหล่านั้น และตัดวงจรหากความแตกต่างนั้นเกินพารามิเตอร์ที่กำหนดไว้ คำว่า องค์ประกอบ และ หน้าที่ สามารถใช้แทนกันได้ในหลายกรณี

เพื่อความง่ายในการแสดงแผนภาพแบบเส้นเดียว ฟังก์ชันการป้องกันมักจะระบุด้วย หมายเลขอุปกรณ์ ANSIในยุคของรีเลย์แบบอิเล็กโทรเมคานิกและโซลิดสเตท รีเลย์แต่ละตัวสามารถทำหน้าที่ป้องกันได้เพียงหนึ่งหรือสองฟังก์ชันเท่านั้น ดังนั้นระบบป้องกันที่สมบูรณ์อาจมีรีเลย์หลายตัวบนแผงควบคุม ในรีเลย์ดิจิทัล/ตัวเลข ฟังก์ชันหลายอย่างถูกควบคุมโดยการเขียนโปรแกรมไมโครโปรเซสเซอร์ รีเลย์ดิจิทัลแต่ละตัวสามารถทำหน้าที่หนึ่งหรือทุกฟังก์ชันเหล่านี้ได้

รายชื่อหมายเลขอุปกรณ์สามารถดูได้ที่ANSI Device Numbersต่อไปนี้คือสรุปหมายเลขอุปกรณ์ทั่วไปบางส่วนที่พบในรีเลย์ดิจิทัล:

• 11 – อุปกรณ์อเนกประสงค์
• 21 – ระยะทาง
• 24 – โวลต์/เฮิร์ตซ์
• 25 – การซิงโครไนซ์
• 27 – แรงดันไฟฟ้าต่ำ
• 32 – องค์ประกอบพลังงานแบบกำหนดทิศทาง
• 46 – กระแสลำดับลบ
• 40 – การสูญเสียการกระตุ้น
• 47 – แรงดันลำดับลบ
• 50 – กระแสเกินทันที (N สำหรับสายกลาง, G สำหรับกระแสลงดิน)
• 51 – กระแสเกินแบบผกผันตามเวลา (N สำหรับสายกลาง, G จากกระแสลงดิน)
• 59 – แรงดันไฟฟ้าเกิน
• 62 – ตัวจับเวลา
• 64 – การลัดวงจรลงดิน (64F = ลัดวงจรลงดินในสนามแม่เหล็ก, 64G = ลัดวงจรลงดินในเครื่องกำเนิดไฟฟ้า)
• 67 – วงจรป้องกันกระแสเกินแบบมีทิศทาง (โดยทั่วไปใช้ควบคุมองค์ประกอบ 50/51)
• 79 – รีเลย์ปิดวงจรอีกครั้ง
• 81 – ความถี่ต่ำ/สูงเกินไป
• 86 – รีเลย์ล็อกเอาต์ / การควบคุมวงจรทริป
• 87 – ความแตกต่างของกระแสไฟฟ้า (87L = ความแตกต่างของสายส่ง; 87T = ความแตกต่างของหม้อแปลง; 87G = ความแตกต่างของเครื่องกำเนิดไฟฟ้า)

• ระบบหลายเฟส
• สายส่งไฟฟ้าเหนือศีรษะ
• ไฟฟ้าดับ
• กระแสไฟฟ้าสามเฟส

• รายงานของคณะทำงาน "การทำความเข้าใจเทคโนโลยีไมโครโปรเซสเซอร์ที่ประยุกต์ใช้กับระบบรีเลย์"คณะกรรมการระบบรีเลย์ไฟฟ้าของ IEEE
• Abdelmoumene, Abdelkader; Bentarzi, Hamid (23 มิถุนายน 2017). "บทวิจารณ์เกี่ยวกับการพัฒนาและแนวโน้มของรีเลย์ป้องกัน". วารสารพลังงานในแอฟริกาตอนใต้ . 25 (2): 91– 95. doi : 10.17159/2413-3051/2014/v25i2a2674 (ไม่ใช้งาน 12 กรกฎาคม 2025).{{cite journal}}: CS1 maint: DOI ไม่ใช้งานแล้วตั้งแต่เดือนกรกฎาคม 2025 ( ลิงก์ )
• http://www.scielo.org.za/pdf/jesa/v25n2/10.pdf บทวิจารณ์เกี่ยวกับการพัฒนาและแนวโน้มของรีเลย์ป้องกัน
• วิดีโอที่อธิบายการทดสอบการป้องกันกระแสเกิน: https://www.youtube.com/watch?v=bQ6fZrrP0H4