LTB vs DTB vs GIS: การเปรียบเทียบ CB แรงดันสูง

ความหมายพื้นฐานของตัวตัดวงจรแรงดันสูงคือ ในภาวะปกติจะใช้เพื่อเปิด (หยุด, ทริป) และปิด (ทำ, รีคลอส) วงจร เฟดเดอร์ หรือโหลดเฉพาะอย่างเช่น ที่เชื่อมต่อกับหม้อแปลงไฟฟ้าหรือแบงค์คอนเดนเซอร์ เมื่อเกิดข้อผิดพลาดในระบบพลังงาน รีเลย์ป้องกันจะทำงานเพื่อให้ตัวตัดวงจรตัดกระแสโหลดหรือกระแสลัดวงจร ทำให้มั่นใจได้ว่าระบบพลังงานจะทำงานอย่างปลอดภัย

ตัวตัดวงจรแรงดันสูงเป็นประเภทหนึ่งของสวิตช์แรงดันสูง—ซึ่งมักเรียกว่า "สวิตช์แรงดันสูง"—และเป็นอุปกรณ์สำคัญในสถานีไฟฟ้า แต่เนื่องจากความต้องการความปลอดภัยที่เข้มงวดในสถานีไฟฟ้าแรงดันสูง บุคลากรทั่วไปไม่สามารถเข้าไปในสถานีไฟฟ้าเพื่อเข้าใกล้หรือสัมผัสอุปกรณ์เหล่านี้ได้ ในชีวิตประจำวัน เราจะเห็นสายส่งไฟฟ้าแรงดันสูงจากห่าง ๆ และแทบไม่เคยได้สังเกตหรือสัมผัสสวิตช์เหล่านี้

แล้วตัวตัดวงจรแรงดันสูงจริง ๆ แล้วมีลักษณะอย่างไร? วันนี้เราจะกล่าวถึงการจำแนกและโครงสร้างทั่วไปของตัวตัดวงจรอย่างคร่าว ๆ ต่างจากสวิตช์แรงดันต่ำที่เราพบในชีวิตประจำวันซึ่งมักใช้เพียงอากาศเป็นสื่อระบายอาร์ก ตัวตัดวงจรแรงดันสูงต้องการประสิทธิภาพสูงมากในด้านฉนวนกันความร้อนและการระบายอาร์ก จึงต้องใช้สื่อระบายอาร์กพิเศษเพื่อให้แน่ใจว่ามีความปลอดภัยทางไฟฟ้า ความสมบูรณ์ของฉนวนกันความร้อน และการระบายอาร์กที่มีประสิทธิภาพ (สำหรับรายละเอียดเพิ่มเติมเกี่ยวกับสื่อฉนวน กรุณาดูบทความต่อไปของเรา)

มีวิธีการจำแนกตัวตัดวงจรแรงดันสูงสองวิธีหลัก:

1. จำแนกตามสื่อระบายอาร์ก:

(1) ตัวตัดวงจรน้ำมัน: แบ่งออกเป็นประเภทน้ำมันจำนวนมากและน้ำมันจำนวนน้อย ทั้งสองประเภทติดต่อเปิดและปิดภายในน้ำมัน โดยใช้น้ำมันหม้อแปลงเป็นสื่อระบายอาร์ก เนื่องจากประสิทธิภาพจำกัด ประเภทเหล่านี้ได้ถูกยกเลิกไปแล้วส่วนใหญ่

(2) ตัวตัดวงจร SF₆ หรือแก๊สที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม: ใช้สารสกัดฟลูออไรด์ (SF₆) หรือแก๊สที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมอื่น ๆ เป็นทั้งสื่อฉนวนและสื่อระบายอาร์ก

(3) ตัวตัดวงจรสุญญากาศ: ติดต่อเปิดและปิดในสุญญากาศ ซึ่งการระบายอาร์กเกิดขึ้นภายใต้สภาพสุญญากาศ

(4) ตัวตัดวงจรด้วยวัสดุแข็ง: ใช้วัสดุระบายอาร์กที่เป็นของแข็งที่สลายตัวเมื่ออยู่ภายใต้ความร้อนสูงของอาร์ก ผลิตแก๊สเพื่อระบายอาร์ก

(5) ตัวตัดวงจรด้วยลมอัด: ใช้ลมอัดแรงสูงในการเป่าอาร์กออก

(6) ตัวตัดวงจรด้วยสนามแม่เหล็ก: ใช้สนามแม่เหล็กในอากาศเพื่อดันอาร์กเข้าสู่ช่องอาร์ก ซึ่งอาร์กจะถูกยืด ทำความเย็น และระบายออก

ในปัจจุบัน ตัวตัดวงจรแรงดันสูงส่วนใหญ่ใช้แก๊ส เช่น SF₆ หรือสารทดแทนที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม เป็นทั้งสื่อฉนวนและสื่อระบายอาร์ก ในช่วงแรงดันกลาง สวิตช์สุญญากาศเป็นที่นิยม เทคโนโลยีสุญญากาศได้ขยายไปถึงระดับแรงดัน 66 kV และ 110 kV ซึ่งสวิตช์สุญญากาศได้ถูกพัฒนาและนำมาใช้งานแล้ว

2. จำแนกตามตำแหน่งติดตั้ง:

แบบภายในและแบบภายนอก

นอกจากนี้ ตามวิธีการฉนวนกันความร้อนเทียบกับพื้น ตัวตัดวงจรแรงดันสูงสามารถจำแนกเป็นสามประเภทโครงสร้าง:

1) ตัวตัดวงจรที่มีถังสูง (LTB):
หรือเรียกว่า LTB อย่างง่าย ตามนิยาม คือ ตัวตัดวงจรที่มีช่องตัดวงจรบรรจุอยู่ภายในถังที่ฉนวนกันความร้อนจากพื้น โครงสร้างมีการออกแบบเป็นเสาฉนวน ตัวตัดวงจรอยู่ที่ศักย์สูง บรรจุอยู่ภายในฉนวนเซรามิกหรือคอมโพสิต และฉนวนกันความร้อนจากพื้นผ่านเสาฉนวน

ข้อดีหลัก: สามารถได้รับแรงดันสูงขึ้นโดยการเชื่อมต่อหลายชุดตัวตัดวงจรในอนุกรมและเพิ่มความสูงของเสาฉนวน นอกจากนี้ยังมีราคาต่ำ

อุปกรณ์บนพื้นฐานของ LTB คือ Air-Insulated Switchgear (AIS) และสถานีไฟฟ้าที่สร้างด้วย AIS คือ AIS สถานี มีการลงทุนต่ำและบำรุงรักษาได้ง่าย แต่ต้องใช้พื้นที่ขนาดใหญ่และต้องบำรุงรักษาบ่อย เหมาะสำหรับพื้นที่ชนบทหรือภูเขาที่มีพื้นที่มาก สภาพแวดล้อมดี และงบประมาณจำกัด

2) ตัวตัดวงจรที่มีถังต่ำ (DTB):
หรือย่อว่า DTB ตามนิยาม คือ ตัวตัดวงจรที่มีช่องตัดวงจรบรรจุอยู่ภายในถังโลหะที่ต่อพื้น ทางนำไฟฟ้าถูกนำไปผ่านบุชชิ่ง

ความแตกต่างพื้นฐานระหว่าง LTB และ DTB คือ การต่อพื้น: ใน DTB ถังอยู่ที่ศักย์พื้น

ข้อดีคือสามารถรวม Current Transformers (CTs) ลงบนบุชชิ่งได้โดยตรง โครงสร้างกระชับ พื้นที่ใช้สอยน้อยกว่า LTB มาก ทนทานต่อสภาพแวดล้อม (เหมาะสมกับสภาพแวดล้อมที่ยากลำบาก) และศูนย์กลางมวลต่ำ—ทำให้มีประสิทธิภาพต่อการสั่นสะเทือนดีขึ้น ข้อเสียคือมีราคาสูง

Switchgear บนพื้นฐานของ DTB คือ Hybrid Gas-Insulated Switchgear (HGIS) และสถานีไฟฟ้าที่สร้างด้วย HGIS คือ HGIS สถานี

3) โครงสร้างรวมที่ปิดสนิท—Gas-Insulated Metal-Enclosed Switchgear หรือที่เรียกว่า GIS (Gas-Insulated Switchgear) ในแอปพลิเคชันแรงดันสูง คำนี้ครอบคลุมอุปกรณ์ดังกล่าว ตัวตัดวงจรเองอาจเรียกว่า GCB (Gas-Insulated Circuit Breaker)

แม้ว่าจะคล้ายกับ DTB ที่มีช่องตัดวงจรบรรจุอยู่ แต่ GIS แตกต่างตรงที่รวมไม่เพียงแค่ตัวตัดวงจร แต่ยังรวมถึงอุปกรณ์สำคัญอื่น ๆ ของสถานีไฟฟ้า—รวมถึง Disconnectors, Earth Switches, Instrument Transformers, Surge Arresters, และ Busbars—ทั้งหมดถูกปิดสนิทภายในถังโลหะที่ต่อพื้นและเติมด้วย SF₆ (หรือแก๊สฉนวนอื่น ๆ ) ที่แรงดันสูง การเชื่อมต่อกับสายส่งไฟฟ้าภายนอกทำผ่านบุชชิ่งหรือช่องแก๊สเฉพาะ

สถานีไฟฟ้าที่สร้างด้วยวิธีนี้เรียกว่า GIS สถานี (หรือ Gas-Insulated Substations ตามมาตรฐาน IEEE) GIS เหมาะสำหรับพื้นที่เมืองที่ที่ดินมีราคาแพง หรือสำหรับสถานที่สำคัญเช่น โรงไฟฟ้าพลังน้ำขนาดใหญ่หรือโรงไฟฟ้าพลังงานนิวเคลียร์ที่ต้องการความน่าเชื่อถือสูงสุด

ตอนนี้ ความแตกต่างระหว่างประเภทตัวตัดวงจรแรงดันสูง—LTB, DTB, GCB—และโครงสร้างสถานีไฟฟ้าที่สอดคล้อง—AIS, HGIS, GIS—ควรจะชัดเจนแล้ว