การปฏิบัติการตัดโหลดในสวิตช์เกียร์คืออะไร? คำนิยาม, ตัวอย่าง และการนำไปใช้

บทนำ

ในการจ่ายไฟฟ้าแรงดันปานกลาง ไม่ใช่ทุกเหตุการณ์การสวิตช์จะมีลักษณะเหมือนกัน อุปกรณ์สวิตช์เกียร์ที่ปิดลงบนบัสที่ไม่มีแรงดัน เปิดภายใต้สภาวะไม่มีโหลด หรือขัดจังหวะกระแสลัดวงจร กำลังดำเนินการที่แตกต่างกันโดยพื้นฐาน — แต่ละอย่างมีระดับความเครียดทางไฟฟ้าที่แตกต่างกัน ผลกระทบต่อการสึกหรอของหน้าสัมผัส และข้อกำหนดความสามารถของอุปกรณ์ที่แตกต่างกัน การปฏิบัติต่อทุกเหตุการณ์การสวิตช์ว่าเท่าเทียมกันเป็นข้อผิดพลาดในการกำหนดค่าที่นำไปสู่การใช้อุปกรณ์ที่มีขนาดเล็กเกินไป การล้มเหลวของหน้าสัมผัสก่อนเวลาอันควร และการป้องกันเครือข่ายที่ด้อยประสิทธิภาพ.

การตัดโหลดเป็นเหตุการณ์การสวิตช์เฉพาะที่อุปกรณ์สวิตช์เกียร์จะตัดวงจรที่กระแสไฟฟ้าไหลผ่านในสภาวะการทำงานปกติ — ไม่ใช่กระแสไฟฟ้าลัดวงจร ไม่ใช่กระแสไฟฟ้าไม่มีโหลด แต่เป็นกระแสไฟฟ้าที่กำหนดภายใต้แรงดันไฟฟ้าเต็มระบบ — และคำจำกัดความที่แม่นยำนี้เองที่กำหนดว่าอุปกรณ์ใดได้รับการจัดอันดับให้ใช้งานตัดโหลด วิธีการออกแบบหน้าสัมผัส และวิธีการจัดประเภทความทนทานทางไฟฟ้าภายใต้มาตรฐาน IEC 62271.

สำหรับวิศวกรไฟฟ้าที่ออกแบบระบบจ่ายไฟฟ้าแรงสูง (MV) และผู้จัดการจัดซื้อที่ระบุสวิตช์เกียร์ การกำหนดการทำงานแบบตัดโหลด (load-break operation) เป็นเงื่อนไขขอบเขตที่แยกสวิตช์ตัดโหลดและเซอร์กิตเบรกเกอร์ออกจากตัวตัดวงจรและตัวแยกวงจร — ขอบเขตที่เมื่อเข้าใจผิด จะส่งผลให้เกิดความล้มเหลวในการสวิตช์อย่างรุนแรง การเสียหายของหน้าสัมผัส และอุบัติเหตุด้านความปลอดภัยของบุคลากร.

บทความนี้ให้ข้อมูลอ้างอิงทางเทคนิคที่ครบถ้วนสำหรับการปฏิบัติการตัดโหลดในสวิตช์เกียร์แรงดันสูง (MV) — ตั้งแต่คำนิยามตามมาตรฐาน IEC และฟิสิกส์ไฟฟ้า ไปจนถึงการเลือกอุปกรณ์, สถานการณ์การใช้งาน, และผลกระทบต่อการบำรุงรักษาในสวิตช์เกียร์ประเภท AIS, GIS, และ SIS.

สารบัญ

• การตัดโหลดคืออะไร และมีการกำหนดความหมายอย่างแม่นยำภายใต้มาตรฐาน IEC อย่างไร?
• การปฏิบัติการตัดโหลดสร้างความเครียดให้กับหน้าสัมผัสสวิตช์เกียร์อย่างไรในประเภท AIS, GIS และ SIS?
• วิธีการระบุความสามารถในการตัดโหลดของสวิตช์เกียร์สำหรับการใช้งานของคุณอย่างถูกต้อง
• ความล้มเหลวในการปฏิบัติการตัดโหลดทั่วไปและข้อกำหนดในการบำรุงรักษาคืออะไร?

การตัดโหลดคืออะไร และมีการกำหนดความหมายอย่างแม่นยำภายใต้มาตรฐาน IEC อย่างไร?

การตัดโหลด (Load-break operation) ถูกกำหนดไว้ในมาตรฐาน IEC 62271-100 และ IEC 62271-103¹ เป็นการปฏิบัติการสวิตช์ที่อุปกรณ์แยกตัวต่อในขณะที่กระแสไฟฟ้าไหลผ่านอยู่ในระดับหรือต่ำกว่ากระแสไฟฟ้าปกติที่กำหนด (In) ภายใต้แรงดันไฟฟ้าเต็มระบบที่กำหนด โดยคาดหวังว่าประกายไฟที่เกิดขึ้นจะถูกดับลงภายในขีดความสามารถในการดับประกายไฟที่กำหนดของอุปกรณ์ — ทำให้วงจรกลับสู่สถานะเปิดและมีการฉนวนอย่างสมบูรณ์.

ส่วนประกอบที่กำหนดไว้อย่างแม่นยำตามมาตรฐาน IEC

คำจำกัดความของการปฏิบัติการตัดโหลดของ IEC ครอบคลุมเงื่อนไขสี่ประการที่เกิดขึ้นพร้อมกันซึ่งต้องมีอยู่ทั้งหมดเพื่อให้การปฏิบัติการนั้นถือเป็นเหตุการณ์ตัดโหลดที่กำหนด:

1. ขนาดกระแสไฟฟ้าปัจจุบัน — เท่ากับหรือต่ำกว่ากระแสไฟฟ้าปกติที่กำหนด (In):
กระแสไฟฟ้าในวงจร ณ ขณะการแยกตัวต้องไม่เกินกระแสไฟฟ้าปกติที่กำหนดของอุปกรณ์ สำหรับสวิตช์ตัดโหลดที่มีค่ากำหนด 630A การตัดวงจรที่กระแสไฟฟ้าเท่ากับหรือต่ำกว่า 630A จะถือเป็นการตัดโหลด (load-break operation) การตัดวงจรที่กระแสไฟฟ้าเกินค่า In — ไม่ว่าจะเกิดจากภาระเกินหรือข้อผิดพลาด — จะถือเป็นหมวดหมู่หน้าที่ที่ต่างกัน และมีข้อกำหนดความสามารถที่แตกต่างกัน.

2. ค่ากำลังไฟฟ้า (Power Factor) — ภายในค่ากำลังไฟฟ้าทดสอบที่กำหนด:
IEC 62271-103 กำหนดตัวประกอบกำลังทดสอบสำหรับการทำงานตัดโหลด:

• โหลดที่ส่วนใหญ่เป็นแบบเหนี่ยวนำ: cos φ = 0.3–0.7 (โหลดมอเตอร์, กระแสแม่เหล็กของหม้อแปลง)
• โหลดต้านทานเป็นหลัก: cos φ = 0.7–1.0 (การให้ความร้อนแบบต้านทาน, การให้แสงสว่าง)
• โหลดแบบความจุ ลำดับการทดสอบแยกตาม IEC 62271-100 ภาคผนวก G (การชาร์จสายเคเบิล, แบงค์คาปาซิเตอร์)

The ค่ากำลังไฟฟ้า² กำหนดความสัมพันธ์ของเฟสระหว่างกระแสศูนย์และแรงดันไฟฟ้าสูงสุดในช่วงเวลาที่เกิดการดับของอาร์ก — ซึ่งควบคุมความรุนแรงของ แรงดันฟื้นตัวชั่วคราว³ (TRV) ความเครียดที่ช่องว่างการสัมผัสทันทีหลังจากการดับของอาร์ค.

3. แรงดันระบบ — ที่แรงดันที่กำหนด:
แรงดันไฟฟ้าเต็มระบบที่ระบุจะปรากฏที่ช่องว่างการสัมผัสทันทีหลังจากการดับอาร์ก ซึ่งเป็นแรงดันไฟฟ้าฟื้นฟูชั่วคราว (TRV) การตัดโหลดที่แรงดันไฟฟ้าลดลงไม่ใช่สภาวะทดสอบที่ระบุ — อุปกรณ์ต้องสามารถทนต่อแรงดันไฟฟ้า TRV เต็มรูปแบบที่แรงดันไฟฟ้าที่ระบุได้.

4. การดับของอาร์ก — ภายในขีดความสามารถที่กำหนดของอุปกรณ์:
อาร์คที่เกิดขึ้นจากการแยกตัวต้องถูกดับภายในช่วงแรกหรือช่วงที่สองของการข้ามศูนย์ของกระแส โดยใช้สื่อดับอาร์คที่กำหนดของอุปกรณ์ (อากาศ, SF6, หรือสูญญากาศ) การไม่สามารถดับอาร์คภายในช่วงเวลาดังกล่าวถือเป็นการล้มเหลวในการตัดโหลด.

การปฏิบัติการตัดโหลดกับประเภทเหตุการณ์การสลับอื่น ๆ

การทำความเข้าใจการปฏิบัติการตัดโหลดต้องแยกแยะอย่างแม่นยำจากหมวดหมู่เหตุการณ์การสลับที่อยู่ใกล้เคียง:

กิจกรรมการเปลี่ยนผ่าน	ระดับปัจจุบัน	แรงดันไฟฟ้าแสดง	เกิดอาร์ค	จำเป็นต้องใช้เครื่องมือ
การสลับโหลดแบบไม่มีโหลด (การแยก)	0A (ไม่มีโหลด)	ใช่	น้อยที่สุด	ตัวตัดการเชื่อมต่อ / ตัวแยก
การตัดโหลดขณะมีกระแสไฟฟ้า	≤ ใน (โหลดปกติ)	ใช่	ปานกลาง	LBS / เซอร์กิตเบรกเกอร์
การสลับวงจรเมื่อเกินกำลัง	ในถึง ~6 เท่า ใน	ใช่	รุนแรง	เซอร์กิตเบรกเกอร์
การตัดวงจรไฟฟ้าลัดวงจร	ถึง Isc (รอยเลื่อน)	ใช่	สุดขั้ว	เบรกเกอร์วงจรเท่านั้น
การกระทำผิด	0 → ไอพีค (ข้อผิดพลาด)	ใช่	สุดขั้ว	เบรกเกอร์วงจรเท่านั้น
การสลับแบบความจุ	กระแสไฟฟ้าที่นำหน้าเล็กน้อย	ใช่	ความเครียด TRV สูง	ได้รับการจัดอันดับ CB หรือ LBS
การสลับแบบเหนี่ยวนำ	กระแสไฟฟ้าล้าหลังเล็กน้อย	ใช่	ความเครียด TRV สูง	ได้รับการจัดอันดับ CB หรือ LBS

หมวดหมู่การปฏิบัติการตัดโหลดพิเศษ

นอกเหนือจากการตัดโหลดแบบต้านทาน/เหนี่ยวนำมาตรฐานแล้ว มาตรฐาน IEC 62271 ยังได้กำหนดหมวดหมู่การตัดโหลดพิเศษหลายประเภทซึ่งก่อให้เกิดความเครียดทางไฟฟ้าที่แตกต่างกัน:

การสลับกระแสชาร์จผ่านสายเคเบิล:
การขัดจังหวะกระแสการชาร์จแบบคาปาซิทีฟของสายเคเบิลแรงสูงที่ไม่มีโหลด (โดยทั่วไปกระแสนำหน้า 1–50A) แม้ว่าขนาดกระแสจะต่ำ แต่ค่ากำลังไฟฟ้าคาปาซิทีฟจะก่อให้เกิด TRV ที่รุนแรงพร้อมอัตราการเพิ่มขึ้นของแรงดันไฟฟ้าอย่างรวดเร็ว (RRRV) ซึ่งอาจทำให้เกิดการลุกไหม้ซ้ำหลังจากดับไฟแล้ว อุปกรณ์ต้องได้รับการจัดอันดับเป็นพิเศษสำหรับ การสลับกระแสแบบความจุ⁴ ตามข้อกำหนด IEC 62271-100 ภาคผนวก G.

การสลับกระแสแม่เหล็กในหม้อแปลงไฟฟ้า:
การขัดจังหวะกระแสแม่เหล็กเหนี่ยวนำของหม้อแปลงที่ไม่มีโหลด (โดยทั่วไปคือกระแสล้าหลัง 0.5–5A) ค่ากำลังไฟฟ้าที่มีค่าตัวประกอบกำลังสูงจะสร้างกระแสความถี่สูงและการเพิ่มขึ้นของแรงดันไฟฟ้า (การตัดกระแสเสมือน) ซึ่งอาจทำให้เกิดแรงดันไฟฟ้าเกิน 3–5 เท่าของแรงดันไฟฟ้าที่กำหนด — ซึ่งอาจทำให้ฉนวนของหม้อแปลงเสียหายได้ อุปกรณ์ต้องได้รับการจัดอันดับสำหรับการสลับกระแสแม่เหล็กของหม้อแปลง.

การสลับวงจรแบบวนรอบ:
การเปิดวงจรแบบปิดปกติในเครือข่ายการจ่ายไฟแบบวงแหวน โดยที่กระแสไฟฟ้าที่ไหลผ่านอุปกรณ์สวิตช์เป็นกระแสไฟฟ้าที่ไหลเวียนในวงจร (โดยทั่วไปอยู่ที่ 10–200A) การสลับวงจรแบบวงแหวนเป็นการตัดโหลดมาตรฐาน แต่จำเป็นต้องใช้อุปกรณ์ที่มีค่ากระแสไฟฟ้าที่ไหลเวียนในวงจร ณ จุดติดตั้งตามที่กำหนดไว้.

สรุปกระแสไฟฟ้าที่รองรับการตัดต่อโหลดโดยประเภทอุปกรณ์:

ประเภทของอุปกรณ์	กระแสไฟฟ้าที่รองรับการตัดต่อขณะมีโหลด	มาตรฐาน IEC	หน้าที่พิเศษ
สวิตช์ตัดโหลด (LBS)	สูงสุดที่กระแสที่กำหนด (400A–1250A)	IEC 62271-103	ลูป, สายชาร์จ
เซอร์กิตเบรกเกอร์สุญญากาศ (VCB)	สูงสุดที่กระแสที่กำหนด (630A–4000A)	IEC 62271-100	หน้าที่พิเศษทั้งหมด
เซอร์กิตเบรกเกอร์ SF6	สูงสุดที่กระแสที่กำหนด (630A–4000A)	IEC 62271-100	หน้าที่พิเศษทั้งหมด
ตัวตัดการเชื่อมต่อ / ตัวแยก	0A (ไม่มีความสามารถในการตัดโหลด)	IEC 62271-102	ไม่มี
สวิตช์เชื่อมต่อดิน	0A (ไม่มีความสามารถในการตัดโหลด)	IEC 62271-102	ไม่มี

การปฏิบัติการตัดโหลดสร้างความเครียดให้กับหน้าสัมผัสสวิตช์เกียร์อย่างไรในประเภท AIS, GIS และ SIS?

ความเครียดทางไฟฟ้าที่เกิดขึ้นกับหน้าสัมผัสของอุปกรณ์สวิตช์เกียร์ในระหว่างการตัดโหลดเป็นฟังก์ชันของตัวแปรสามตัวที่ทำงานร่วมกัน: พลังงานอาร์กที่เกิดขึ้นระหว่างการแยกหน้าสัมผัส, แรงดันไฟฟ้าฟื้นฟูชั่วคราว (TRV) หลังจากการดับอาร์ก, และอัตราการสึกกร่อนของหน้าสัมผัสสะสมตลอดอายุการใช้งานของอุปกรณ์ แต่ละประเภทของสวิตช์เกียร์ตอบสนองต่อความเครียดเหล่านี้แตกต่างกันไปตามตัวกลางดับอาร์กและการออกแบบหน้าสัมผัส.

พลังงานอาร์กในระหว่างการตัดโหลด

The พลังงานโค้ง⁵ ต่อการตัดโหลดแต่ละครั้ง ถูกกำหนดโดยระยะเวลาของอาร์กและแรงดันไฟฟ้าของอาร์ก:

$E_{อาร์ค} = V_{อาร์ค} \times I_{โหลด} \times t_{อาร์ค}$

ที่ไหน $ฉัน_{โหลด}$ คือกระแสโหลดขณะเกิดการตัดวงจร,$V_{อาร์ค}$ คือ แรงดันไฟฟ้าอาร์ก (ขึ้นอยู่กับสื่อกลาง) $t_arc$ คือระยะเวลาของอาร์คจนกว่าจะดับ.

สำหรับการตัดโหลด 630A:

• AIS (air arc chute): $t_arc$= 20–60 มิลลิวินาที (1–3 รอบ);$E_{อาร์ค}$ = 500–2,000 จูล
• ระบบสารสนเทศภูมิศาสตร์ (เครื่องพ่น SF6) $t_arc$= 8–20 มิลลิวินาที (< 1 รอบ);$E_{อาร์ค}$ = 100–500 จูล
• SIS (สุญญากาศ): $t_arc$= 2–10 มิลลิวินาที (< 0.5 รอบ);$E_{อาร์ค}$ = 20–100จูล

ความแตกต่างของพลังงานอาร์คต่อหนึ่งการตัดโหลดระหว่าง 10–100 เท่านี้เองที่อธิบายโดยตรงว่าทำไมตัวตัดวงจรสุญญากาศจึงสามารถทนต่อการใช้งานทางไฟฟ้าในระดับ E2 (1,000 ครั้งสำหรับการสวิตช์; 10,000 ครั้งสำหรับเบรกเกอร์วงจร) ได้เป็นมาตรฐานการออกแบบ ในขณะที่การออกแบบรางอาร์คในอากาศจำเป็นต้องใช้วัสดุหน้าสัมผัสที่ทนทานยิ่งขึ้นเพื่อให้ถึงระดับ E2.

แรงดันฟื้นตัวชั่วคราว (TRV) หลังการตัดโหลด

ทันทีหลังจากการดับอาร์กในระหว่างการตัดโหลด แรงดันไฟฟ้าของระบบทั้งหมดจะปรากฏขึ้นอีกครั้งที่ช่องว่างของหน้าสัมผัสเป็นแรงดันไฟฟ้าฟื้นฟูชั่วคราว (Transient Recovery Voltage: TRV) รูปแบบของ TRV มีลักษณะเฉพาะดังนี้:

• แรงดันไฟฟ้าสูงสุดของ TRV (Uc): โดยทั่วไป 1.4–1.7 เท่าของแรงดันเฟสที่กำหนดสำหรับความผิดพลาดที่ขั้ว; ต่ำกว่าสำหรับการตัดโหลด
• อัตราการเพิ่มขึ้นของแรงดันไฟฟ้าที่ฟื้นตัว (RRRV): กิโลโวลต์/ไมโครวินาที — ความเร็วที่แรงดันไฟฟ้าเพิ่มขึ้นข้ามช่องว่างหลังจากดับ
• ความถี่ของ TRV: กำหนดโดยคุณลักษณะ LC ของวงจรที่เชื่อมต่อ

ช่องว่างการสัมผัสต้องฟื้นฟูความแข็งแรงของไดอิเล็กทริกให้เพียงพอได้เร็วกว่าการเพิ่มขึ้นของ TRV — หากอัตราการฟื้นฟูไดอิเล็กทริกของช่องว่างต่ำกว่า RRRV จะเกิดการลุกเป็นไฟซ้ำ และทำให้การตัดโหลดล้มเหลว นี่คือเหตุผลที่การเลือกตัวกลางดับอาร์คมีความสำคัญอย่างยิ่ง: สูญญากาศสามารถฟื้นฟูไดอิเล็กทริกได้ในไมโครวินาที SF6 ในมิลลิวินาที และอากาศในสิบมิลลิวินาที.

การเปรียบเทียบความเครียดจากการตัดโหลดระหว่างการเดินเครื่องตามประเภทของสวิตช์เกียร์

พารามิเตอร์ความเครียด	เอไอเอส (แอร์)	ระบบสารสนเทศภูมิศาสตร์ (SF6)	SIS (สุญญากาศ)
พลังงานต่อปฏิบัติการ (630A)	500–2,000 จูล	100–500 จูล	20–100 จูล
ระยะเวลาของอาร์ค	1–3 รอบ	< 1 รอบ	< 0.5 รอบ
อัตราการฟื้นตัวของไดอิเล็กทริก	ช้า (ช่วงมิลลิวินาที)	รวดเร็ว (ในช่วงมิลลิวินาที)	เร็วมาก (ช่วงไมโครวินาที)
ความเสี่ยงจากการเปิดวาล์ว TRV ซ้ำ	ปานกลาง	ต่ำ	ต่ำมาก
การกัดเซาะจากการติดต่อต่อครั้ง	2–10 มิลลิกรัม	0.5–3 มิลลิกรัม	น้อยกว่า 0.5 มิลลิกรัม
E2 ระดับความสามารถในการบรรลุผล	เป็นไปได้ (การออกแบบที่ปรับปรุงแล้ว)	มาตรฐาน	โดยธรรมชาติ
ความสามารถในการปฏิบัติหน้าที่พิเศษ	จำกัด	เต็ม	เต็ม

กรณีศึกษาลูกค้า: ความล้มเหลวในการตัดโหลดขณะสวิตช์ทำงานในโหมดการสลับคาปาซิทีฟ

ผู้จัดการฝ่ายจัดซื้อจัดจ้างของบริษัทสาธารณูปโภคที่ดูแลเครือข่ายสายเคเบิลใต้ดินขนาด 12kV ในเมืองแห่งหนึ่งในยุโรป ได้ติดต่อ Bepto หลังจากเกิดปัญหาการตัดโหลดล้มเหลวหลายครั้งบนแผงสวิตช์ฟีดเดอร์ ปัญหาดังกล่าวมีลักษณะเด่นคือเกิดประกายไฟซ้ำหลังจากการดับไฟชั่วคราว ตามด้วยการเชื่อมติดกันของจุดสัมผัส ซึ่งเกิดขึ้นระหว่างการสลับสายเคเบิลฟีดเดอร์ โดยมีกระแสชาร์จของสายเคเบิลประมาณ 12A ล้ำหน้า (แบบคาปาซิทีฟ).

การตรวจสอบพบว่าแผง LBS ที่ติดตั้งได้รับการจัดอันดับสำหรับงานตัดโหลดเหนี่ยวนำมาตรฐานเท่านั้น แต่ยังไม่ได้รับการทดสอบหรือจัดอันดับสำหรับการสลับกระแสไฟฟ้าแบบคาปาซิทีฟตามมาตรฐาน IEC 62271-100 ภาคผนวก G ค่าตัวประกอบกำลังไฟฟ้าคาปาซิทีฟทำให้เกิดการเกิดแรงดันเกินรุนแรง (TRV) โดยมีค่า RRRV เกินอัตราการฟื้นตัวทางไดอิเล็กทริกของรางป้องกันอาร์คในอากาศ ส่งผลให้เกิดการอาร์คซ้ำอย่างต่อเนื่องทุกครั้งที่ทำการจ่ายกระแสไฟฟ้าให้กับสายเคเบิล.

หลังจากเปลี่ยนแผงที่เสียหายด้วยสวิตช์เกียร์ SIS ของ Bepto ที่รวมเบรกเกอร์วงจรสูญญากาศซึ่งรองรับการสลับกระแสไฟฟ้าแบบคาปาซิทีฟแล้ว ผู้ให้บริการสาธารณูปโภคยืนยันว่าไม่พบเหตุการณ์การเกิดซ้ำ (re-strike) เลยตลอดการสลับสายเคเบิล 240 ครั้งในช่วง 18 เดือนถัดมา อัตราการฟื้นฟูไดอิเล็กทริกแบบไมโครวินาทีของเบรกเกอร์สูญญากาศได้มอบขอบเขตความปลอดภัยต่อกระแสไฟฟ้าชั่วคราวจากคาปาซิเตอร์ (TRV) ซึ่งการออกแบบช่องดับอาร์กในอากาศไม่สามารถให้ได้.

วิธีการระบุความสามารถในการตัดโหลดของสวิตช์เกียร์สำหรับการใช้งานของคุณอย่างถูกต้อง

การระบุความสามารถในการตัดโหลดได้อย่างถูกต้องจำเป็นต้องมีการวิเคราะห์ลักษณะของทุกเหตุการณ์การสวิตช์ที่อุปกรณ์จะดำเนินการตลอดอายุการใช้งานอย่างเป็นระบบ — ไม่ใช่เพียงแค่กระแสปกติที่กำหนดไว้เท่านั้น แต่ยังรวมถึงตัวประกอบกำลัง หมวดหมู่การใช้งานพิเศษ และสภาพแวดล้อม TRV ณ จุดติดตั้งเฉพาะด้วย.

ขั้นตอนที่ 1: กำหนดลักษณะเหตุการณ์การสลับทั้งหมด

บันทึกทุกประเภทเหตุการณ์การสลับที่อุปกรณ์จะดำเนินการ:

• การสลับโหลดปกติ: ขนาดปัจจุบัน (A), ค่ากำลังไฟฟ้า (cos φ), ความถี่ (การดำเนินการ/ปี)
• การสลับการชาร์จผ่านสายเคเบิล: ความยาวสายเคเบิลและกระแสการชาร์จ (A นำหน้า); ระบุตามมาตรฐาน IEC 62271-100 ภาคผนวก G
• การสลับแม่เหล็กในหม้อแปลงไฟฟ้า: ค่าเรตติ้งของหม้อแปลง (kVA) และกระแสแม่เหล็ก (A ล้าหลัง); ระบุค่าเรตติ้งการสลับกระแสแม่เหล็ก
• การสลับลูป: ขนาดกระแสลูป (A) และการกำหนดค่าของระบบ (วงแหวนเปิด / วงแหวนปิด)
• การสลับกลุ่มตัวเก็บประจุ การจัดอันดับธนาคาร (kVAr) และลักษณะกระแสไฟฟ้ารั่ว; ระบุการจัดอันดับการสลับธนาคารตัวเก็บประจุ
• การสลับมอเตอร์: กำลังมอเตอร์ (กิโลวัตต์) และลักษณะกระแสไฟฟ้าขณะสตาร์ท; ระบุค่าการสลับเฟสหากมีการใช้งาน

ขั้นตอนที่ 2: กำหนดข้อกำหนดของ TRV

• คำนวณ TRV ที่คาดการณ์: ใช้ค่าอิมพีแดนซ์ลัดวงจรของระบบและพารามิเตอร์ของสายเคเบิล/หม้อแปลงที่เชื่อมต่อเพื่อคำนวณแรงดันสูงสุดของ TRV (Uc) และ RRRV ที่จุดติดตั้ง
• ตรวจสอบความสามารถของอุปกรณ์ TRV: ยืนยันขอบเขต TRV ที่กำหนดของสวิตช์เกียร์ตามที่ระบุไว้ตามมาตรฐาน IEC 62271-100 ตาราง 1 ครอบคลุม TRV ที่คาดการณ์ไว้ ณ จุดติดตั้ง
• เงื่อนไขพิเศษของ TRV: การสลับแบบความจุและการสลับการเหนี่ยวนำของหม้อแปลงไฟฟ้าจะสร้างรูปคลื่น TRV ที่เกินขอบเขตมาตรฐานของความผิดพลาดที่ขั้ว — ตรวจสอบค่าที่กำหนดเฉพาะ

ขั้นตอนที่ 3: เลือกประเภทอุปกรณ์และระดับความทนทาน

จับคู่โปรไฟล์เหตุการณ์การสลับกับประเภทอุปกรณ์และระดับความทนทานที่เหมาะสม:

• การสลับโหลดแบบเหนี่ยวนำ/ต้านทานมาตรฐานเท่านั้น: LBS ได้รับการจัดอันดับตามมาตรฐาน IEC 62271-103 พร้อมด้วยคลาส E1 หรือ E2 ที่เหมาะสม
• รวมการวัดแบบความจุ, การเหนี่ยวนำแม่เหล็ก หรือการสลับวงจรแบบลูป: เซอร์กิตเบรกเกอร์ (VCB หรือ SF6 CB) ที่ได้รับการรับรองตามมาตรฐาน IEC 62271-100 พร้อมการระบุค่าความสามารถในการทำงานพิเศษเฉพาะ
• ความถี่การสลับสูง (> 100 ครั้งต่อปี): ชั้นเรียน E2 เป็นภาคบังคับ; ควรใช้ตัวตัดวงจรสุญญากาศเพื่ออัตราการสึกกร่อนของหน้าสัมผัสที่ต่ำที่สุด
• หน้าที่ผสม (การตัดโหลด + การตัดกระแสลัดวงจร): เซอร์กิตเบรกเกอร์ที่มีคุณสมบัติความทนทานทางไฟฟ้า E2 และความทนทานทางกล M2 รวมกัน; ตรวจสอบรอบการทำงานทั้งสองในใบรับรองการทดสอบประเภท

ขั้นตอนที่ 4: การจับคู่มาตรฐานและการรับรอง

• IEC 62271-100: ความสามารถในการตัดโหลดและตัดกระแสลัดวงจรของเซอร์กิตเบรกเกอร์ — รวมถึงการกำหนดค่าพิเศษ (ความจุ, การเหนี่ยวนำ, ลูป)
• IEC 62271-103: ความสามารถในการตัดกระแสไฟฟ้าของสวิตช์ AC — หน้าที่มาตรฐานแบบเหนี่ยวนำ/ต้านทาน; ค่าการสลับวงจรในลูป
• IEC 62271-200: ชุดสวิตช์เกียร์แบบปิดโลหะ — ความสามารถในการตัดโหลดของชุดประกอบทั้งหมด ไม่ใช่เพียงองค์ประกอบสวิตช์เท่านั้น
• IEC 62271-1: ข้อกำหนดทั่วไป — ข้อกำหนดของวาล์วระบายความร้อนแบบเทอร์โมโรติก (TRV) และการกำหนดค่าแรงดันไฟฟ้า/กระแสไฟฟ้า
• GB/T 3804 / GB/T 11022: มาตรฐานแห่งชาติของจีนสำหรับสวิตช์แรงดันสูงและชุดสวิตช์เกียร์

สถานการณ์การใช้งานตามประเภทของงานตัดโหลด

• การสลับสายป้อนเครือข่ายเคเบิลในเมือง: VCB หรือ SF6 CB พร้อมการรองรับการสลับกระแสแบบความจุ; ระดับ E2 สำหรับการปฏิบัติการจ่ายกระแสไฟฟ้าให้กับสายเคเบิลบ่อยครั้ง
• การสลับวงจรแบบวงแหวนหลัก (Ring Main Unit Loop Switching): LBS พร้อมการสลับวงจรแบบลูปตามมาตรฐาน IEC 62271-103; ระดับ E2 สำหรับการถ่ายโอนโหลดประจำวัน
• การสลับสวิตช์แรงดันสูงของหม้อแปลงอุตสาหกรรม: LBS หรือ VCB ที่มีค่าการตัดกระแสแม่เหล็กของหม้อแปลง; ระดับ E1 สำหรับการสลับที่ไม่บ่อยนัก
• การสลับกลุ่มตัวเก็บประจุ ตู้สวิตช์วงจรไฟฟ้าแบบตู้สวิตช์วงจรไฟฟ้า (VCB) พร้อมระบบสลับแบตเตอรี่ตัวเก็บประจุแบบเฉพาะ (Dedicated capacitor bank switching VCB) ตามมาตรฐาน IEC 62271-100 ภาคผนวก G; อาจจำเป็นต้องมีตัวเหนี่ยวนำจำกัดกระแสไฟฟ้ารั่วไหล (special inrush current limiting reactor
• การสลับการเก็บรวบรวมไฟฟ้าจากฟาร์มโซลาร์เซลล์ขนาดกลาง VCB พร้อมการชาร์จด้วยสายเคเบิลและการจัดอันดับแม่เหล็กของหม้อแปลง; ชั้น E2/M2 สำหรับการใช้งานประจำวันที่มีการขับเคลื่อนด้วยรังสี
• มอเตอร์ฟีดเดอร์ MV สวิตช์: VCB พร้อมการสลับเฟสที่ต่างกัน; E2 class สำหรับการสตาร์ท/หยุดมอเตอร์ประจำวัน

ความล้มเหลวในการปฏิบัติการตัดโหลดทั่วไปและข้อกำหนดในการบำรุงรักษาคืออะไร?

ความล้มเหลวในการตัดกระแสไฟฟ้าขณะมีโหลดเป็นหนึ่งในเหตุการณ์ที่สร้างความเสียหายมากที่สุดในระบบสวิตช์เกียร์แรงสูง (MV) — โดยรวมพลังงานทำลายล้างจากอาร์คที่ต่อเนื่องเข้ากับความเครียดทางกลจากการทำงานสวิตช์ที่ล้มเหลว การทำความเข้าใจรูปแบบความล้มเหลวเฉพาะสำหรับแต่ละประเภทการใช้งานการตัดกระแสไฟฟ้าขณะมีโหลด ช่วยให้สามารถกำหนดสเปคเชิงรุก ตรวจสอบการเดินระบบ และวางแผนการบำรุงรักษาได้อย่างมีประสิทธิภาพ.

รายการตรวจสอบการทดสอบการตัดกระแสไฟฟ้าขณะมีแรงดันก่อนการเดินเครื่อง

1. ตรวจสอบค่าการทนการตัดต่อโหลดกับทุกเหตุการณ์การสับเปลี่ยน — ยืนยันว่ากระแสไฟฟ้าสูงสุดที่อุปกรณ์รองรับได้ ≥ กระแสไฟฟ้าสูงสุดที่จุดติดตั้ง; ยืนยันว่าค่าการรองรับพิเศษ (ความจุ, การเหนี่ยวนำ, ลูป) ตรงกับประเภทเหตุการณ์การสลับที่ระบุไว้ทั้งหมด
2. ยืนยันความสามารถของ TRV — ตรวจสอบให้แน่ใจว่าซอง TRV ของอุปกรณ์ตามมาตรฐาน IEC 62271-100 ครอบคลุม TRV ที่คาดการณ์ไว้ที่จุดติดตั้งสำหรับทุกประเภทเหตุการณ์การสวิตช์
3. ตรวจสอบการตั้งค่าช่องว่างของสัมผัส — ตรวจสอบให้แน่ใจว่าช่องว่างการติดต่ออยู่ภายในข้อกำหนดของผู้ผลิต; ช่องว่างที่ไม่เพียงพอจะลดความสามารถในการทนทานของ TRV หลังจากการดับอาร์คเมื่อตัดโหลด
4. ตรวจสอบความถูกต้องของสารดับการชุบแข็งด้วยแสงโค้ง — สำหรับ GIS: ตรวจสอบให้แน่ใจว่าแรงดัน SF6 อยู่ที่แรงดันเติมที่กำหนดก่อนการทดสอบการตัดโหลดครั้งแรก; สำหรับ SIS: ทำการทดสอบแรงดันไฟฟ้าสูงแบบสุญญากาศ (vacuum hi-pot test) กับตัวตัดวงจรทั้งหมด
5. ทดสอบที่กระแสไฟต่ำก่อน — หากเป็นไปได้ ให้ดำเนินการทดสอบการตัดโหลดเริ่มต้นที่โหลดต่ำกว่าระดับปกติก่อนการสวิตช์ที่กระแสไฟฟ้าระดับเต็ม; เพื่อกำหนดเวลาการทำงานพื้นฐานและพฤติกรรมของอาร์ค
6. บันทึกค่าความต้านทานพื้นฐานของจุดสัมผัส — วัดและบันทึกค่าความต้านทานการสัมผัส (< 100 μΩ) ก่อนการตัดโหลดครั้งแรก; การเปรียบเทียบหลังการดำเนินการจะตรวจจับการสึกกร่อนจากอาร์คที่ผิดปกติ

โหมดความล้มเหลวของการทำงานแบบตัดโหลด

การเกิดประกายไฟซ้ำหลังการดับ
รูปแบบความล้มเหลวในการตัดโหลดที่พบบ่อยที่สุด — ไฟฟ้าลัดวงจรดับที่กระแสเป็นศูนย์แต่ติดใหม่อีกครั้งเมื่อ TRV สร้างแรงดันข้ามช่องสัมผัสได้เร็วกว่าที่ความแข็งแรงของฉนวนฟื้นตัว การติดใหม่จะสร้างไฟฟ้าลัดวงจรครั้งที่สองที่มีพลังงานสูงกว่าครั้งแรก ทำให้เกิดความเสียหายต่อหน้าสัมผัสอย่างรุนแรงและอาจเกิดการเชื่อมติดหน้าสัมผัส สาเหตุหลัก:

• การสลับแบบความจุไฟฟ้าโดยไม่มีค่าความจุไฟฟ้าที่กำหนดสำหรับการสลับ
• แรงดัน SF6 ต่ำกว่าระดับการทำงานขั้นต่ำ (GIS)
• การเสื่อมสภาพของตัวตัดวงจรสุญญากาศ (SIS)
• ช่องว่างการสัมผัสไม่เพียงพอ (ทุกประเภท)

การเชื่อมแบบสัมผัส
การปฏิบัติการทำให้เกิดกระแสสูงหรือเหตุการณ์การเกิดอาร์คซ้ำอย่างรุนแรงอาจทำให้เกิดการหลอมละลายของผิวสัมผัสชั่วคราวได้ การสัมผัสที่เชื่อมติดกันจะไม่สามารถเปิดได้เมื่อได้รับคำสั่งให้ตัดโหลดในครั้งต่อไป — ซึ่งเป็นโหมดการล้มเหลวของการตัดโหลดที่อันตรายที่สุด เนื่องจากทำให้ไม่สามารถแยกจุดบกพร่องได้ สาเหตุหลัก:

• การเชื่อมต่อเข้ากับจุดบกพร่องที่ไม่ตรวจพบ (เกินพิกัดการเชื่อมต่อขณะตัดโหลด)
• การเกิดอาร์คซ้ำโดยมีพื้นผิวสัมผัสอยู่ในตำแหน่งใกล้สัมผัส
• วัสดุสัมผัสไม่ได้รับการปรับให้เหมาะสมกับตัวกลางการดับอาร์คเฉพาะ

การดับของอาร์คไม่สมบูรณ์ (อาร์คต่อเนื่อง):
อาร์คไม่สามารถดับได้ที่จุดใด ๆ ของกระแสที่ผ่านศูนย์ ทำให้เกิดช่องทางพลาสมาที่นำไฟฟ้าซึ่งทำลายชุดสัมผัส, ช่องอาร์ค, และฉนวนโดยรอบอย่างต่อเนื่อง ในอุปกรณ์สวิตช์ที่ปิดล้อม อาร์คที่คงอยู่จะสร้างแรงดันและอุณหภูมิที่สูงมาก — ทำให้เกิดข้อผิดพลาดของอาร์คภายใน สาเหตุหลัก:

• กระแสเกินความสามารถในการตัดโหลดที่กำหนด (กระแสเกินหรือกระแสลัดวงจร)
• ความล้มเหลวของสื่อการดับอาร์ค (การรั่วไหลของ SF6, การสูญเสียสุญญากาศ)
• การสัมผัสในการเดินทางไม่เพียงพอที่จะสร้างแรงดันไฟฟ้าอาร์คที่เหมาะสม

ตารางการบำรุงรักษาสำหรับสวิตช์เกียร์ที่สามารถตัดโหลดได้

ทริกเกอร์	การกระทำ	มาตรฐานอ้างอิง
ประจำปี	การวัดความต้านทานการสัมผัส; การตรวจสอบจำนวนการใช้งาน	IEC 62271-100
ต่อการตัดโหลด 100 ครั้ง (E1)	การตรวจสอบด้วยสายตาแบบสัมผัส; การประเมินการกัดกร่อนจากอาร์ก	โปรโตคอลของผู้ผลิต
ต่อการตัดวงจร 500 ครั้ง (E2)	แนวโน้มความต้านทานการสัมผัส; ตรวจสอบรางโค้ง / แก๊ส / ภาวะสุญญากาศ	IEC 62271-100
การดำเนินการหยุดเมื่อเกิดข้อผิดพลาด	การตรวจสอบโดยการสัมผัสทันที; ตรวจสอบสื่อการดับอาร์ค	IEC 62271-100
ค่าความต้านทานการสัมผัส > 150 ไมโครโอห์ม	ตรวจสอบสภาพพื้นผิวสัมผัส; กำหนดเวลาเปลี่ยน	IEC 62271-100
ที่ขอบเขต E1 / E2	การประเมินการติดต่อที่จำเป็นก่อนให้บริการต่อเนื่อง	IEC 62271-100/103

ข้อผิดพลาดทั่วไปในข้อกำหนดและการปฏิบัติงาน

• การใช้ตัวตัดวงจรสำหรับงานตัดโหลด — ตัวตัดวงจรไม่มีคุณสมบัติในการตัดกระแสไฟฟ้า; การพยายามเปิดตัวตัดวงจรขณะมีกระแสไฟฟ้าจะทำให้เกิดอาร์คไฟฟ้าที่ไม่สามารถควบคุมได้ต่อเนื่องซึ่งจะทำลายอุปกรณ์และก่อให้เกิดอันตรายต่อบุคลากร
• การระบุ LBS สำหรับการสวิตช์แบบสัมผัสโดยไม่มีการจัดอันดับตามภาคผนวก G — การจัดอันดับการตัดต่อโหลดมาตรฐานของ LBS ไม่ครอบคลุม TRV แบบมีความจุไฟฟ้า; ควรตรวจสอบความสามารถในการสวิตช์เฉพาะสำหรับความจุไฟฟ้าสำหรับการใช้งานกับสายเคเบิลฟีดเดอร์เสมอ
• การละเว้นค่าตัวประกอบกำลังในข้อกำหนดการตัดโหลด — อุปกรณ์ที่ออกแบบให้รองรับกระแสไฟฟ้า 630A สำหรับการตัดวงจรแบบต้านทาน อาจล้มเหลวเมื่อใช้งานในการตัดวงจรแบบเหนี่ยวนำที่กระแส 630A หากไม่มีการตรวจสอบค่าตัวประกอบกำลังในการทดสอบประเภท
• การทำงานที่ความดันการทำงานต่ำสุดของ SF6 — ความสามารถในการตัดโหลดของระบบ GIS ขึ้นอยู่กับความดัน SF6 โดยตรง; เมื่อความดันต่ำกว่าค่าต่ำสุด การดับอาร์คจะล้มเหลวและอาจเกิดการเชื่อมติดของหน้าสัมผัส

สรุป

การปฏิบัติการตัดโหลด (Load-break operations) เป็นหน้าที่ทางไฟฟ้าที่นิยามการทำงานของอุปกรณ์สวิตช์เกียร์แรงดันปานกลาง — เหตุการณ์การสวิตช์เฉพาะที่การตัดกระแสไฟฟ้าภายใต้แรงดันระบบเต็มทำให้เกิดอาร์ก (arc) ที่สร้างความเครียดต่อหน้าสัมผัส ท้าทายการฟื้นตัวของตัวนำไฟฟ้า และใช้สิทธิ์ความทนทานทางไฟฟ้าของคลาสทุกครั้งที่มีการปฏิบัติการ การกำหนดโปรไฟล์หน้าที่การตัดโหลดอย่างแม่นยำ — ขนาดกระแสไฟฟ้า, ค่ากำลังไฟฟ้า, หมวดหมู่หน้าที่พิเศษ, สภาพแวดล้อม TRV, และความถี่การสวิตช์ — เป็นรากฐานทางเทคนิคของทุกข้อกำหนดอุปกรณ์สวิตช์เกียร์แรงดันปานกลางที่เชื่อถือได้.

กำหนดเหตุการณ์การสลับทุกครั้งที่จะเกิดขึ้นในอุปกรณ์ของคุณ ตรวจสอบค่าการตัดโหลดสูงสุดให้ตรงกับทุกประเภทการใช้งาน รวมถึงหมวดหมู่พิเศษ และอย่าให้ตัวตัดวงจรทำหน้าที่แทนสวิตช์ตัดโหลด — เพราะในการสลับแรงดันไฟฟ้าปานกลาง ความแตกต่างระหว่างการตัดโหลดตามค่าที่กำหนดกับการตัดโหลดที่ไม่ได้รับการกำหนดค่า คือความแตกต่างระหว่างการสลับที่ควบคุมได้กับการเกิดอาร์คไฟฟ้าที่รุนแรง.

คำถามที่พบบ่อยเกี่ยวกับการตัดโหลดในสวิตช์เกียร์

1. โปรดอ้างอิงมาตรฐานสากลสำหรับสวิตช์และสวิตช์ตัดต่อสำหรับแรงดันไฟฟ้าที่กำหนดเกิน 1 kV. ↩

2. เข้าใจความสัมพันธ์ระหว่างกำลังจริงและกำลังเสมือนจริงและผลกระทบต่อการขัดข้องของวงจร. ↩

3. เรียนรู้เกี่ยวกับแรงดันไฟฟ้าที่เกิดขึ้นระหว่างหน้าสัมผัสของอุปกรณ์สวิตช์เมื่อเกิดการดับอาร์ก. ↩

4. วิเคราะห์ข้อกำหนดทางเทคนิคเฉพาะและความเครียดที่เกี่ยวข้องกับการสลับโหลดแบบความจุในโครงข่ายไฟฟ้า. ↩

5. สำรวจพลังงานความร้อนที่เกิดขึ้นจากอาร์กไฟฟ้าในระหว่างการแยกตัวของตัวติดต่อที่นำกระแสไฟฟ้า. ↩