ปรากฏการณ์ที่เกิดขึ้นระหว่างการเปลี่ยนแปลงของหม้อแปลงไฟฟ้าที่ไม่มีโหลดโดยสวิตช์ตัดไฟแรงสูง AIS
บทนำสู่อุปกรณ์ตัดไฟแรงดันสูง
ความแตกต่างระหว่างสวิตช์ตัดวงจรแรงดันสูงและสวิตช์ต่อกราวด์
สวิตช์ตัดวงจรแรงดันสูง (Circuit Breaker) และ สวิตช์ต่อกราวด์ เป็นอุปกรณ์สวิตช์กลไกที่แตกต่างกัน แต่ละอันมีบทบาทสำคัญในระบบพลังงาน.
สวิตช์ตัดวงจรแรงดันสูง: ใช้เพื่อบ่งบอกว่าวงจรเปิดหรือปิด สวิตช์ตัดวงจรสามารถตัดกระแสไฟฟ้าได้ ทำให้สามารถตัดกระแสไฟฟ้าขนาดใหญ่ภายใต้ภาวะไฟฟ้ากำลังทำงานและรักษาเสถียรภาพเมื่อจุดต่อแยกออกและมีแรงดันฟื้นคืน สวิตช์ตัดวงจรแรงดันสูงมักใช้ในการป้องกันระบบไฟฟ้าจากข้อผิดพลาดเช่น การลัดวงจรและการโหลดเกิน.
สวิตช์ต่อกราวด์: หน้าที่หลักคือการต่อกราวด์ส่วนต่าง ๆ ของวงจรรวมถึงอุปกรณ์ เพื่อรับประกันความปลอดภัยในการสัมผัส สวิตช์ต่อกราวด์ไม่มีความสามารถในการตัดกระแสไฟฟ้า ดังนั้นจึงไม่สามารถใช้ในการตัดกระแสโหลดได้ มักใช้ร่วมกับสวิตช์ตัดวงจรแรงดันสูงเพื่อรับประกันว่าหลังจากสวิตช์ตัดวงจรเปิดแล้ว ส่วนต่าง ๆ ของวงจรสามารถต่อกราวด์ได้อย่างเชื่อมั่นเพื่อป้องกันการช็อตไฟฟ้าโดยบังเอิญ.
ข้อจำกัดในการทำงานของสวิตช์ตัดวงจรแรงดันสูงแบบ AIS
ใน Air Insulated Switchgear (AIS) สวิตช์ตัดวงจรแรงดันสูงไม่สามารถตัดกระแสขณะที่กำลังดำเนินการหรือหลังจากจุดต่อแยกออกและมีแรงดันฟื้นคืนระหว่างจุดต่อ นั่นหมายความว่าหากสวิตช์ตัดวงจรทำงานภายใต้ภาวะไฟฟ้ากำลังทำงาน จะสามารถตัดกระแสขนาดเล็กได้อย่างมีประสิทธิภาพเท่านั้น โดยเฉพาะเมื่อมีแรงดันตามกำหนดปรากฏระหว่างจุดต่อ สวิตช์ตัดวงจรสามารถตัดกระแสขนาดเล็กได้ แต่ไม่สามารถจัดการกับกระแสขนาดใหญ่หรือโหลดหนักได้.
การทำงานของสวิตช์ต่อกราวด์
หน้าที่หลักของสวิตช์ต่อกราวด์คือการต่อกราวด์ส่วนต่าง ๆ ของวงจร เพื่อรับประกันความปลอดภัยในการบำรุงรักษาหรือตรวจสอบ สามารถใช้ร่วมกับสวิตช์ตัดวงจรแรงดันสูงหรือแยกต่างหาก โดยการต่อกราวด์วงจร สวิตช์ต่อกราวด์จะลดการสะสมประจุสถิต ป้องกันการช็อตไฟฟ้าโดยบังเอิญ และให้ความปลอดภัยสำหรับการบำรุงรักษาระยะต่อไป.
ภาพรวมของการสลับสวิตช์สำหรับคอนเดนเซอร์และหม้อแปลงไม่มีโหลด
ความสามารถในการสลับกระแสคอนเดนเซอร์ของสวิตช์ตัดวงจรแรงดันสูง
ตามมาตรฐาน IEC สวิตช์ตัดวงจรแรงดันสูงไม่ได้ออกแบบมาเพื่อตัดกระแสไฟฟ้าที่เกิดข้อผิดพลาดโดยเฉพาะ แต่เนื่องจากทำงานภายใต้ภาวะไฟฟ้ากำลังทำงาน จึงคาดว่าจะตัดกระแสขนาดเล็กได้ คำนิยามของ Isolators (Disconnectors) ตาม IEC ระบุว่าสวิตช์ตัดวงจร (Isolator) สามารถเปิดหรือปิดวงจรที่กระแสที่ตัดหรือต่อเข้ามาน้อยมาก หรือแรงดันระหว่างขั้วของสวิตช์ตัดวงจรไม่เปลี่ยนแปลง.
แม้ว่าไม่ได้ระบุอย่างชัดเจน คำอธิบายนี้สามารถตีความได้ว่าหมายถึงกระแสชาร์จคอนเดนเซอร์ขนาดเล็กและ Loop switching (หรือเรียกว่า Parallel switching) ซึ่งในบางแอพพลิเคชันเรียกว่า Bus transfer switches IEC 62271-102 ยืนยันเรื่องนี้และกำหนดค่าสูงสุดของ "negligible" กระแสชาร์จคอนเดนเซอร์ที่ 0.5 A สำหรับค่าที่สูงกว่านั้นต้องมีการตกลงระหว่างผู้ใช้และผู้ผลิต.
กระแส Bus Transfer ที่กำหนด
ตาม IEC 62271-102 กระแส Bus Transfer ที่กำหนดมีดังนี้:
สำหรับระดับแรงดัน 52 kV < Ur < 245 kV กระแส Bus Transfer คือ 80% ของกระแสปกติที่กำหนดของสวิตช์ตัดวงจร แต่จำกัดไว้ที่ 1600 A.
สำหรับระดับแรงดัน 245 kV ≤ Ur ≤ 550 kV กระแส Bus Transfer คือ 60% ของกระแสปกติที่กำหนดของสวิตช์ตัดวงจร.
สำหรับระดับแรงดัน Ur > 550 kV กระแส Bus Transfer คือ 80% ของกระแสปกติที่กำหนดของสวิตช์ตัดวงจร แต่จำกัดไว้ที่ 4000 A.
การใช้งานการสลับสวิตช์สำหรับหม้อแปลงไม่มีโหลด
ในการปฏิบัติงาน โดยเฉพาะในอเมริกาเหนือ สวิตช์ตัดวงจรอากาศมักใช้ในการสลับหม้อแปลงไม่มีโหลด กระแสแม่เหล็กของหม้อแปลงไม่มีโหลดมักน้อยมาก ประมาณ 1 A หรือน้อยกว่า ในกรณีนี้ หม้อแปลงสามารถแทนที่ด้วยวงจร RLC อนุกรม (ดังแสดงในรูปที่ 1) พร้อมกับการแกว่งที่ underdamped และค่าแฟกเตอร์แอมปลิจูดไม่เกิน 1.4 ต่อหน่วย.
การสลับวงจร Loop ในวงจรขนาน
การปฏิบัติงานที่พบบ่อยอีกอย่างหนึ่งคือการขยาย Bus transfer ไปยังการสลับระหว่างวงจรขนาน แม้ว่ากระแสจะน้อยลงเนื่องจากความต้านทานของวงจรขนานสูง วิธีการนี้สามารถลดการสร้างอาร์กและการเปลี่ยนแปลงแรงดันระหว่างการสลับได้อย่างมีประสิทธิภาพ.
การใช้งานอุปกรณ์สลับสวิตช์เสริม
การปฏิบัติงานที่แพร่หลายในอเมริกาเหนือ แต่พบน้อยในภูมิภาคอื่นคือ การเพิ่มอุปกรณ์สลับสวิตช์เสริมเพื่อลดความรุนแรงของการสลับสวิตช์ ตัวอย่างเช่น อุปกรณ์เหล่านี้สามารถลดการเกิด restrikes หรือเพิ่มความสามารถในการตัดวงจร การใช้อุปกรณ์สลับสวิตช์เสริมสามารถเพิ่มความเชื่อถือได้และความปลอดภัยของระบบ โดยเฉพาะเมื่อจัดการกับกระแสขนาดใหญ่หรือวงจรที่ซับซ้อน.
การสลับสวิตช์สำหรับหม้อแปลงไม่มีโหลดโดยใช้ Isolators แรงดันสูงแบบ AIS
สำหรับการสลับสวิตช์สำหรับหม้อแปลงไม่มีโหลดในช่วง 72.5–245 kV Isolators แรงดันสูงแบบ AIS มักใช้กัน ด้วยกระแสแม่เหล็กของหม้อแปลงไม่มีโหลดที่น้อยมาก (ประมาณ 1 A หรือน้อยกว่า) Isolators สามารถทำงานสลับสวิตช์ได้อย่างปลอดภัย หม้อแปลงสามารถแทนที่ด้วยวงจร RLC อนุกรม พร้อมกับการแกว่งที่ underdamped และค่าแฟกเตอร์แอมปลิจูดไม่เกิน 1.4 ต่อหน่วย.
ในสถานการณ์นี้ งานหลักของ Isolators คือการรับประกันว่ากระแสแม่เหล็กของหม้อแปลงไม่ทำให้เกิดอาร์กหรือการเปลี่ยนแปลงแรงดันอย่างมากระหว่างการสลับ ผ่านการออกแบบและการทำงานที่เหมาะสม Isolators แรงดันสูงแบบ AIS สามารถทำงานนี้ได้อย่างมีประสิทธิภาพ รับประกันการดำเนินงานที่ปลอดภัยและมั่นคงของระบบไฟฟ้า.
แผนภาพจากการสลับสวิตช์จริงแสดงในรูปที่ 2.
แรงดันฟื้นคืนชั่วขณะ (TRV) ระหว่างสวิตช์ตัดวงจร คือความต่างระหว่างแรงดันแหล่งและแรงดันการแกว่งที่ด้านหม้อแปลง ดังแสดงในรูปที่ 3.
การตัดกระแส: เหตุการณ์ทางดีเอียลิคทริก
การตัดกระแสเกิดขึ้นเมื่อช่องว่างระหว่างจุดต่อใหญ่พอที่จะทนแรงดันฟื้นคืนชั่วขณะ (TRV) กระบวนการนี้เป็นเหตุการณ์ทางดีเอียลิคทริก โดยที่ความแข็งแรงของฉนวนอากาศหรือสุญญากาศระหว่างจุดต่อสูงกว่าแรงดันที่ใช้ ทำให้สามารถดับอาร์กและตัดกระแสได้.
การตัดกระแสแม่เหล็กของหม้อแปลงไม่มีโหลด
การตัดกระแสแม่เหล็กของหม้อแปลงไม่มีโหลดเป็นเหตุการณ์เปิด-ปิดซ้ำ ๆ ที่อาจทำให้เกิด restrikes หลายครั้ง แต่ละครั้งที่เกิด restrike อาจทำให้เกิดกระแสกระแทก ซึ่งทำให้ระยะเวลาอาร์กยาวนานขึ้น ทำให้เวลาการสลับสวิตช์รวมเพิ่มขึ้น และทำให้จุดต่ออาร์กสึกหรอ การเกิดเหตุการณ์ซ้ำ ๆ นี้อาจทำให้เกิดความเครียดต่ออุปกรณ์สลับสวิตช์และอาจทำให้ประสิทธิภาพของอุปกรณ์ลดลงในระยะยาว.
เพื่อลดผลกระทบเหล่านี้ จำเป็นต้องรับประกันว่าอุปกรณ์สลับสวิตช์มีความสามารถในการจัดการกับลักษณะเฉพาะของกระแสแม่เหล็ก เช่น พฤติกรรมการไหลเข้าและแรงดันชั่วขณะที่เกี่ยวข้อง การออกแบบและเลือกอุปกรณ์สลับสวิตช์อย่างเหมาะสม พร้อมกับการใช้อุปกรณ์เสริมเช่น ตัวต้านทานไฟฟ้าหรือตัวต้านทานการสั่นสะเทือน สามารถช่วยลดโอกาสเกิด restrikes และลดผลกระทบต่อระบบ.
