วิธีการเลือกเบรกเกอร์แบบซัลเฟอร์เฮกซาฟลูออไรด์ (SF6) ตามแรงดันไฟฟ้าของระบบ

การเลือกที่เหมาะสม เบรกเกอร์แบบใช้ก๊าซซัลเฟอร์เฮกซาฟลูออไรด์ การเลือกอุปกรณ์เบรกเกอร์ SF6 สำหรับระบบไฟฟ้าของท่านจำเป็นต้องพิจารณาอย่างรอบคอบทั้งในด้านความเข้ากันได้ของค่าแรงดันไฟฟ้าที่ระบุ และข้อกำหนดในการปฏิบัติงาน แรงดันไฟฟ้าของระบบถือเป็นเกณฑ์พื้นฐานที่กำหนดว่าเบรกเกอร์ SF6 แบบใดจะสามารถทำงานได้อย่างปลอดภัย น่าเชื่อถือ และสอดคล้องกับข้อกำหนดการออกแบบ การเลือกใช้เบรกเกอร์ที่มีค่าแรงดันไฟฟ้าไม่ตรงกับระบบอาจนำไปสู่ความล้มเหลวอย่างรุนแรง การคุ้มครองที่ลดลง และความเสียหายต่ออุปกรณ์ ซึ่งอาจทำให้โรงงานอุตสาหกรรมทั้งหมดต้องหยุดดำเนินการ

กระบวนการเลือกอุปกรณ์เบรกเกอร์ SF6 นั้นจัดโครงสร้างไว้โดยเน้นการจับคู่ค่าแรงดันไฟฟ้าที่ระบุของตัวเบรกเกอร์กับแรงดันไฟฟ้าในการทำงานตามปกติของระบบและแรงดันไฟฟ้าชั่วคราวสูงสุดที่เกิดขึ้น บทความนี้นำเสนอกรอบแนวคิดอย่างครอบคลุมเกี่ยวกับการจัดหมวดหมู่แรงดันไฟฟ้า วิธีการเลือกอุปกรณ์ และข้อพิจารณาด้านการติดตั้งในทางปฏิบัติ ซึ่งจะช่วยให้มั่นใจได้ว่าโครงสร้างพื้นฐานระบบไฟฟ้าของท่านจะสามารถทำงานได้อย่างน่าเชื่อถือภายใต้เงื่อนไขการใช้งานทุกรูปแบบ

การเข้าใจการจัดหมวดหมู่อันดับแรงดันไฟฟ้าสำหรับเบรกเกอร์ SF6

พารามิเตอร์แรงดันไฟฟ้าที่ระบุไว้และแรงดันไฟฟ้าสูงสุด

อันดับแรงดันไฟฟ้ากำหนดขอบเขตการใช้งานที่เบรกเกอร์ SF6 สามารถทำงานได้อย่างปลอดภัย ซึ่งเบรกเกอร์วงจรที่ใช้ก๊าซซัลเฟอร์เฮกซาฟลูออไรด์แต่ละตัวจะมีข้อมูลจำเพาะของแรงดันไฟฟ้าที่สำคัญสองประการ คือ แรงดันไฟฟ้าที่ระบุไว้ (nominal voltage) และอันดับแรงดันไฟฟ้าสูงสุด (maximum voltage rating) แรงดันไฟฟ้าที่ระบุไว้แสดงระดับแรงดันที่ระบบออกแบบให้ทำงานตามปกติ โดยมักอยู่ในช่วง 72.5 กิโลโวลต์ ถึง 765 กิโลโวลต์ สำหรับเครือข่ายแรงดันสูง ส่วนอันดับแรงดันไฟฟ้าสูงสุดนั้นให้ค่าเผื่อไว้เหนือแรงดันที่ระบุ เพื่อรองรับแรงดันเกินชั่วคราว (transient overvoltages) และคลื่นแรงดันจากการเปิด-ปิดวงจร (switching surges) ซึ่งเกิดขึ้นตามธรรมชาติระหว่างการดำเนินงานปกติของระบบส่งจ่ายไฟฟ้า

การระบุค่าแรงดันไฟฟ้าบนป้ายชื่อของตัวตัดวงจร SF6 หมายถึงแรงดันไฟฟ้าสูงสุดที่อุปกรณ์สามารถตัดได้อย่างปลอดภัยอย่างต่อเนื่อง โดยไม่เกิดการเสื่อมสภาพจากความร้อนหรือฉนวน การระบุค่านี้พิจารณาจากความแข็งแรงของฉนวนของปลอกเซรามิก คุณสมบัติฉนวนของก๊าซซัลเฟอร์เฮกซาฟลูออไรด์ และการออกแบบเชิงกลของขั้วต่อและชิ้นส่วนที่เคลื่อนที่ การเลือกตัวตัดวงจรที่มีค่าแรงดันไฟฟ้าต่ำเกินไปจะทำให้ระบบของท่านมีความเสี่ยงต่อการล้มเหลวของฉนวนและการเกิดอาร์กในระหว่างการตัดกระแสลัดวงจร

ค่าแรงดันไฟฟ้าที่ใช้กันทั่วไปในภาคอุตสาหกรรม

การใช้งานในภาคอุตสาหกรรมและสาธารณูปโภคใช้การจัดหมวดหมู่ระดับแรงดันไฟฟ้าตามมาตรฐานสากล ระบบเบรกเกอร์ซัลเฟอร์เฮกซาฟลูออไรด์ (SF6) แบบแรงดันปานกลางทำงานที่ระดับแรงดัน 15 กิโลโวลต์ 27 กิโลโวลต์ และ 38 กิโลโวลต์ ซึ่งมักนำมาใช้ในเครือข่ายจ่ายไฟภายในโรงงานและการเชื่อมต่อพลังงานหมุนเวียน สำหรับการใช้งานแรงดันสูง จะใช้อุปกรณ์ที่ออกแบบให้รองรับแรงดัน 110 กิโลโวลต์ 138 กิโลโวลต์ 230 กิโลโวลต์ และ 345 กิโลโวลต์ ในระบบส่งกำลังไฟฟ้าและสถานีอุตสาหกรรมขนาดใหญ่ ส่วนเบรกเกอร์ซัลเฟอร์เฮกซาฟลูออไรด์แบบแรงดันสูงพิเศษที่ระดับ 500 กิโลโวลต์ และ 765 กิโลโวลต์ จะทำหน้าที่ส่งกำลังไฟฟ้าปริมาณมาก โดยความน่าเชื่อถือของระบบเป็นปัจจัยหลักที่กำหนดความต่อเนื่องในการดำเนินงานทั่วทั้งโครงข่ายไฟฟ้าระดับภูมิภาค

เกณฑ์สำคัญอื่นๆ ที่ใช้ในการเลือกนอกจากระดับแรงดันไฟฟ้า

การจับคู่รูปแบบระบบเข้ากับการออกแบบเบรกเกอร์

การระบุค่าแรงดันระบบเพียงอย่างเดียวไม่สามารถกำหนดความเหมาะสมของตัวตัดวงจรแบบ SF6 ได้ครบถ้วน โครงสร้างระบบไฟฟ้าของท่าน—ไม่ว่าจะเป็นแบบมีจุดต่อพื้นหรือไม่มีจุดต่อพื้น แบบวายหรือเดลตา แบบมีจุดกลางแยกเดี่ยวหรือแบบมีจุดต่อพื้นอย่างมั่นคง—ส่งผลต่อแรงดันชั่วคราวที่ตัวตัดวงจรต้องรับไหว ระบบสามเฟสแบบมีจุดต่อพื้นอย่างมั่นคงจะก่อให้เกิดแรงดันชั่วคราวที่ต่างออกไปเมื่อเทียบกับระบบแบบต่อพื้นผ่านต้านทานหรือระบบแบบไม่มีจุดต่อพื้น ซึ่งใช้งานที่แรงดันระบุเดียวกัน การเลือกตัวตัดวงจรแบบ SF6 จำเป็นต้องพิจารณาโครงสร้างการต่อพื้นของระบบของท่านอย่างละเอียด เพื่อให้มั่นใจว่าค่าระยะห่างเชิงฉนวนของตัวตัดวงจรสามารถรองรับแรงดันชั่วคราวที่แท้จริงในโครงข่ายเฉพาะของท่านได้อย่างปลอดภัย

การเปลี่ยนสถานะการทำงานยังส่งผลต่อข้อกำหนดด้านอันดับแรงดันไฟฟ้า ปฏิบัติการเปลี่ยนสถานะแบบมีความจุระหว่างการจ่ายไฟให้สายส่งจะก่อให้เกิดแรงดันชั่วคราวที่สูงกว่าแรงดันกระชากจากการเปลี่ยนสถานะตามปกติ ซึ่งจำเป็นต้องใช้เครื่องตัดวงจรที่มีอันดับความสามารถในการทำงานภายใต้ภาระงานที่สูงขึ้น การตัดกระแสแบบเหนี่ยวนำและการตัดกระแสเมื่อเกิดข้อผิดพลาดนั้นสร้างรูปแบบแรงกดดันที่ต่างกันต่อห้องบรรจุก๊าซ SF6 และระบบขั้วต่อของเครื่องตัดวงจร ดังนั้น กระบวนการคัดเลือกสำหรับงานเชิงอุตสาหกรรมจึงต้องตรวจสอบเปรียบเทียบอันดับแรงดันไฟฟ้าของระบบกับภาระงานการเปลี่ยนสถานะที่คาดว่าจะเกิดขึ้น เพื่อยืนยันว่าอันดับแรงดันไฟฟ้าของเครื่องตัดวงจรนั้นให้ขอบเขตความปลอดภัยที่เพียงพอภายใต้ทุกสถานการณ์การใช้งาน

ความสามารถในการตัดกระแสและระบบการประสานงาน

ค่าแรงดันที่ระบุและกำลังตัดไฟฟ้าเป็นพารามิเตอร์ในการเลือกที่เชื่อมโยงกัน ค่ากำลังตัดไฟฟ้าของเครื่องตัดวงจร SF6 ซึ่งระบุเป็นกิโลแอมแปร์ (kA) หมายถึงกระแสลัดวงจรสูงสุดที่เครื่องตัดวงจรนั้นสามารถตัดได้อย่างปลอดภัยที่แรงดันที่ระบุ ระบบแรงดันสูงมักมีกระแสลัดวงจรที่พร้อมใช้งานต่ำกว่า เนื่องจากอิมพีแดนซ์ของสายส่ง ในขณะที่เครือข่ายจ่ายไฟฟ้าแรงดันปานกลางอาจมีกระแสขัดข้องสูงกว่ามาก แม้จะอยู่ที่ร้อยละเดียวกันของแรงดันระบบ ความสัมพันธ์นี้ทำให้วิศวกรจำเป็นต้องคำนวณกระแสขัดข้องที่พร้อมใช้งาน ณ ตำแหน่งแต่ละจุดของเครื่องตัดวงจร และยืนยันว่าค่าแรงดันและค่ากระแสที่ระบุของเครื่องตัดวงจร SF6 สอดคล้องหรือเกินกว่าภาระงานที่คำนวณได้

กลยุทธ์การดำเนินการและกระบวนการตรวจสอบยืนยัน

เอกสารและมาตรฐานการปฏิบัติตาม

การเลือกตัวตัดวงจรซัลเฟอร์เฮกซาฟลูออไรด์อย่างเหมาะสมเริ่มต้นจากการจัดทำเอกสารระบบที่ครบถ้วน ซึ่งต้องระบุค่าแรงดันไฟฟ้าที่กำหนดไว้ ค่าแรงดันไฟฟ้าสูงสุดภายใต้สภาวะชั่วคราว กระแสลัดวงจรที่มีได้ และภาระงานการเปิด-ปิด มาตรฐานของ IEEE และ IEC ให้แนวทางเกี่ยวกับการกำหนดระดับแรงดันไฟฟ้าและแมทริกซ์การเลือกที่เชื่อมโยงแรงดันระบบเข้ากับประเภทของตัวตัดวงจร SF6 ที่เหมาะสม กระบวนการเลือกของท่านควรอ้างอิงมาตรฐาน IEEE C37.06 สำหรับระดับแรงดันไฟฟ้าที่แนะนำ และมาตรฐาน IEC 62271-100 สำหรับมาตรฐานความเทียบเท่าในระดับสากล เอกสารเหล่านี้จะกลายเป็นพื้นฐานสำหรับข้อกำหนดการจัดซื้อและการตรวจสอบการติดตั้ง เพื่อยืนยันว่าอุปกรณ์ที่จัดส่งมาตรงตามระดับแรงดันไฟฟ้าที่เลือกไว้ และสามารถทำงานได้ภายในพารามิเตอร์การออกแบบ

การตรวจสอบป้ายชื่อของตัวตัดวงจรในระหว่างการติดตั้งจะทำให้มั่นใจได้ว่าตัวตัดวงจรที่ติดตั้งจริงสอดคล้องกับค่าแรงดันไฟฟ้าที่ระบุไว้ในเอกสารออกแบบ โปรดตรวจสอบป้ายชื่อของตัวตัดวงจรแบบ SF6 เพื่อยืนยันค่าแรงดันไฟฟ้าที่กำหนด หมายเลขซีเรียล และข้อกำหนดการผลิต จากนั้นเปรียบเทียบข้อมูลเหล่านี้กับใบสั่งซื้อและแผนผังระบบแบบ single-line diagram เพื่อยืนยันว่าอุปกรณ์ที่จัดส่งมาถูกต้อง และติดตั้งอยู่ในตำแหน่งตู้สวิตช์เกียร์ที่เหมาะสม หากไม่ดำเนินการตรวจสอบให้ครบถ้วนในขั้นตอนนี้ อาจทำให้ตัวตัดวงจรที่ไม่เข้ากันกับระบบถูกนำเข้าสู่การใช้งาน ซึ่งจะส่งผลให้ประสิทธิภาพของการป้องกันระบบลดลง

ระเบียบวิธีการทดสอบและการดำเนินงาน

การทดสอบการรับรองที่โรงงาน (FAT) และการทดสอบการรับรองที่สถานที่ติดตั้ง (SAT) ใช้ยืนยันว่าตัวตัดวงจร SF6 ของท่านมีค่าแรงดันตามที่ระบุไว้ก่อนการจ่ายไฟ การทดสอบความทนทานเชิงฉนวนจะใช้แรงดันสูงแบบช่วงสั้นเพื่อยืนยันความแข็งแรงของฉนวน และยืนยันว่าค่าแรงดันที่ระบุไว้สำหรับตัวตัดวงจรนั้นให้ระยะปลอดภัยที่เพียงพอภายใต้สภาวะแรงดันเกินชั่วคราว การวัดค่าความต้านทานที่จุดสัมผัส และการตรวจสอบคุณภาพของก๊าซ ใช้ยืนยันว่าองค์ประกอบ SF6 ของตัวตัดวงจรเป็นไปตามข้อกำหนดในการออกแบบ การทดสอบเหล่านี้ให้หลักฐานที่บันทึกไว้แล้วว่า ตัวตัดวงจรกำมะถันเฮกซาฟลูออไรด์ที่ติดตั้งแล้วสามารถทำหน้าที่ป้องกันได้อย่างมีประสิทธิภาพตลอดอายุการใช้งานที่ออกแบบไว้

คำถามที่พบบ่อย

ตัวตัดวงจร SF6 ที่ระบุค่าแรงดัน 138 kV สามารถทำงานได้อย่างปลอดภัยบนระบบ 110 kV ได้หรือไม่

ใช่ ตัวตัดวงจรที่ใช้ก๊าซซัลเฟอร์เฮกซาฟลูออไรด์ (SF6) ซึ่งมีค่าแรงดันไฟฟ้ากำหนดไว้ที่ 138 กิโลโวลต์ สามารถทำงานได้อย่างปลอดภัยบนระบบแรงดัน 110 กิโลโวลต์ เนื่องจากค่าแรงดันไฟฟ้าที่ระบุไว้ของตัวตัดวงจรสูงกว่าแรงดันของระบบ ตัวตัดวงจรยังคงรักษาค่าระยะฉนวนเต็มรูปแบบและกำลังในการตัดวงจรไว้ครบถ้วนแม้จะทำงานที่แรงดันระบบต่ำกว่า อย่างไรก็ตาม การเลือกใช้เช่นนี้จัดว่าเป็นการเลือกขนาดใหญ่เกินความจำเป็น ซึ่งส่งผลให้ต้นทุนอุปกรณ์สูงขึ้นโดยไม่มีประโยชน์ในการปฏิบัติงานเพิ่มเติมแต่อย่างใด แนวทางมาตรฐานคือการเลือกค่าแรงดันไฟฟ้าที่ระบุไว้ของตัวตัดวงจรให้ใกล้เคียงกับแรงดันของระบบมากที่สุด เพื่อให้เกิดประสิทธิภาพด้านต้นทุนสูงสุด พร้อมทั้งยังรักษาขอบเขตการป้องกันที่เพียงพอ

การต่อสายดินของระบบมีผลต่อการเลือกค่าแรงดันไฟฟ้าที่ระบุไว้ของตัวตัดวงจร SF6 อย่างไร

การต่อสายดินของระบบมีผลต่อแรงดันชั่วคราวที่ตัวตัดวงจร SF6 ต้องตัดกระแสไฟฟ้า ระบบที่ต่อสายดินแบบแข็ง (solidly grounded) จะก่อให้เกิดแรงดันชั่วคราวสูงสุดต่ำกว่าระบบที่ไม่ต่อสายดิน (ungrounded) หรือระบบที่ต่อสายดินผ่านความต้านทาน (resistance-grounded) ที่มีค่าแรงดันกำหนดไว้เท่ากัน กระบวนการเลือกของท่านจึงจำเป็นต้องพิจารณาโครงสร้างการต่อสายดินเฉพาะนั้น เพื่อคำนวณค่าแรงดันเกินชั่วคราวอย่างแม่นยำ และยืนยันว่าค่าแรงดันของตัวตัดวงจรซัลเฟอร์เฮกซาฟลูออไรด์ (sulfur hexafluoride circuit breaker) มีระยะปลอดภัยที่เหมาะสมต่อแรงดันจริงที่เกิดขึ้นในโครงข่ายไฟฟ้าของท่าน

ควรระบุค่าแรงดันเท่าใดสำหรับระบบจ่ายไฟฟ้าอุตสาหกรรมใหม่ที่มีแรงดันกำหนดไว้ที่ 27 กิโลโวลต์

สำหรับระบบจ่ายไฟฟ้าอุตสาหกรรมระดับ 27 กิโลโวลต์แบบใหม่ ตัวตัดวงจรชนิด SF6 ที่ระบุค่าแรงดันเชิงนามแง่ไว้ที่ 27 กิโลโวลต์ และมีค่าแรงดันสูงสุดที่ 29.4 กิโลโวลต์ สอดคล้องตามข้อกำหนดมาตรฐานสำหรับสถานประกอบการอุตสาหกรรมทั่วไปที่เชื่อมต่อกับระบบสาธารณูปโภค ค่าแรงดันนี้ให้ระยะห่างเชิงฉนวนที่เพียงพอต่อภาวะแรงดันเกินชั่วคราวในภาวะปกติ ขณะเดียวกันก็รักษาความคุ้มค่าในการเลือกใช้อุปกรณ์ไว้ได้ อย่างไรก็ตาม สำหรับการใช้งานแบบแยกเดี่ยวหรืออยู่ห่างไกล รวมถึงสายส่งที่มีความยาวมากกว่าปกติ อาจจำเป็นต้องพิจารณาตัวตัดวงจรที่มีค่าแรงดันสูงกว่านี้ เพื่อรองรับภาวะแรงดันเกินชั่วคราวที่รุนแรงยิ่งขึ้นซึ่งเกิดขึ้นเฉพาะกับโครงสร้างระบบของท่าน