สาเหตุที่อุปกรณ์ติดตั้งบนเสาไฟฟ้าล้มเหลวในช่วงพายุฝนฟ้าคะนองรุนแรง

บทนำ

สวิตช์ตัดโหลดแบบติดตั้งบนเสาบนสายส่งไฟฟ้าแรงสูงเหนือศีรษะเป็นอุปกรณ์ที่อยู่ในสภาพแวดล้อมที่อันตรายทางไฟฟ้าที่สุดในเครือข่ายการจ่ายไฟฟ้า — เผชิญกับการถูกฟ้าผ่าโดยตรง คลื่นกระชากไฟฟ้าจากฟ้าผ่าบริเวณใกล้เคียง แรงดันไฟฟ้าชั่วขณะที่มีหน้าลาดชันจากการลุกไหม้ของสายไฟ และแรงกดดันทางกลและไฟฟ้าที่เกิดจากฝน ลม และการปนเปื้อน ซึ่งสภาพพายุฝนฟ้าคะนองรุนแรงจะรวมตัวกันในเวลาเพียงไม่กี่นาทีแทนที่จะเป็นชั่วโมงอัตราความล้มเหลวของหน่วย LBS ติดตั้งภายนอกอาคารบนเสาไฟฟ้าในระหว่างพายุฝนฟ้าคะนองรุนแรงไม่ได้กระจายตัวอย่างสม่ำเสมอในหมู่หน่วยที่ติดตั้งไว้: มันกระจุกตัวอยู่รอบข้อบกพร่องในการออกแบบที่เฉพาะเจาะจง, ข้อผิดพลาดในการติดตั้ง, และช่องว่างในการประสานงานการป้องกันที่ทำให้หน่วยบางหน่วยมีความเสี่ยงอย่างไม่สมส่วนในขณะที่หน่วยที่อยู่ใกล้เคียงบนสายเดียวกันรอดพ้นจากเหตุการณ์พายุเดียวกันโดยไม่เกิดความเสียหาย. การทำความเข้าใจว่าทำไมอุปกรณ์ที่ติดตั้งบนเสาจึงล้มเหลวในช่วงพายุฝนฟ้าคะนองรุนแรง จำเป็นต้องแยกแยะกลไกความล้มเหลวที่แตกต่างกันสี่ประการ ได้แก่ การแตกตัวทางไฟฟ้าของฉนวนที่เสื่อมสภาพ ความล้มเหลวในการประสานงานของตัวป้องกันไฟกระชาก ความไม่เพียงพอของการป้องกันอาร์คในระหว่างการกำจัดข้อผิดพลาดหลังฟ้าผ่า และความล้มเหลวทางกลจากความเครียดทางไฟฟ้าและสิ่งแวดล้อมที่รวมกัน เนื่องจากแต่ละกลไกมีสาเหตุพื้นฐานที่แตกต่างกัน กลยุทธ์การป้องกันที่แตกต่างกัน และลักษณะการแก้ไขปัญหาที่แตกต่างกัน ซึ่งกำหนดการดำเนินการแก้ไขที่ถูกต้องหลังจากเหตุการณ์ความล้มเหลวในช่วงพายุ. สำหรับวิศวกรอัพเกรดกริด ทีมบำรุงรักษาสายส่ง และผู้เชี่ยวชาญด้านการป้องกันอาร์กที่รับผิดชอบประชากร LBS กลางแจ้งบนสายส่งแรงสูงนี้ คู่มือนี้จะนำเสนอการวิเคราะห์กลไกความล้มเหลวอย่างครบถ้วน ฐานมาตรฐาน IEC สำหรับการประสานงานการป้องกันไฟกระชากที่ถูกต้อง และกรอบการแก้ไขปัญหาที่ระบุโหมดความล้มเหลวเฉพาะจากหลักฐานหลังพายุก่อนที่จะกำหนดอุปกรณ์ทดแทน.

สารบัญ

• กลไกความล้มเหลวที่แตกต่างกันสี่ประการที่ทำให้หน่วย LBS ที่ติดตั้งบนเสาล้มเหลวระหว่างพายุฝนฟ้าคะนองรุนแรงคืออะไร?
• ความล้มเหลวในการประสานงานของตัวป้องกันไฟกระชากทำให้หน่วย LBS กลางแจ้งเสี่ยงต่อความเสียหายจากไฟเกินฟ้าผ่าได้อย่างไร?
• วิธีแก้ไขปัญหาความล้มเหลวของ LBS ที่ติดตั้งบนเสาหลังจากเกิดพายุฝนฟ้าคะนองรุนแรง
• กลยุทธ์การปรับปรุงและวงจรชีวิตของกริดแบบใดที่ช่วยลดอัตราการล้มเหลวของเสา LBS ในพายุฝนฟ้าคะนอง?

กลไกความล้มเหลวที่แตกต่างกันสี่ประการที่ทำให้หน่วย LBS ที่ติดตั้งบนเสาล้มเหลวระหว่างพายุฝนฟ้าคะนองรุนแรงคืออะไร?

กลไกความล้มเหลวทั้งสี่ประการที่ทำให้หน่วย LBS ติดตั้งภายนอกอาคารแบบเสาเกิดการล้มเหลวในระหว่างพายุฝนฟ้าคะนองรุนแรงนั้น มีความแตกต่างทั้งทางกลไกและทางไฟฟ้า — พวกมันสร้างลักษณะความเสียหายที่แตกต่างกัน เกิดขึ้นในจุดที่ต่างกันในไทม์ไลน์ของเหตุการณ์พายุ และต้องการกลยุทธ์การป้องกันและการแก้ไขที่แตกต่างกัน การปฏิบัติต่อความล้มเหลวทั้งหมดจากพายุฝนฟ้าคะนองว่าเป็นการเสียหายจากฟ้าผ่าแบบเดียวกัน จะนำไปสู่ข้อกำหนดในการเปลี่ยนทดแทนที่แก้ไขเพียงอาการโดยไม่แก้ไขสาเหตุที่แท้จริง.

กลไกความล้มเหลว 1: การแตกตัวไดอิเล็กทริกของฉนวนที่เสื่อมสภาพจากสิ่งปนเปื้อน

รูปแบบความล้มเหลวของระบบระบุตำแหน่งทางภูมิศาสตร์แบบติดตั้งบนเสาที่พบได้บ่อยที่สุดในทางสถิติระหว่างพายุฝนฟ้าคะนองไม่ได้เกิดจากเหตุการณ์ฟ้าผ่าเอง — แต่เกิดจากการรวมกันของการเสื่อมสภาพของฉนวนที่มีอยู่ก่อนแล้วและชั้นสิ่งปนเปื้อนที่เปียกซึ่งฝนตกหนักจากพายุฝนฟ้าคะนองรุนแรงทิ้งไว้บนพื้นผิวของฉนวน.

เส้นทางการเสื่อมสภาพ:
ฉนวน LBS กลางแจ้งสะสมคราบสกปรก — เกลือ, ฝุ่นปูนซีเมนต์, อนุภาคอุตสาหกรรม, และการเจริญเติบโตทางชีวภาพ — ตลอดระยะเวลาหลายเดือนและหลายปีของการใช้งานในสภาพแห้ง ชั้นการปนเปื้อนนี้จะมีลักษณะเป็นฉนวนและไม่ลดความสามารถในการทนต่อแรงดันไฟฟ้าไดอิเล็กทริกของฉนวนอย่างมีนัยสำคัญ เมื่อฝนจากพายุฟ้าคะนองทำให้ชั้นการปนเปื้อนเปียก มันจะกลายเป็นตัวนำไฟฟ้า — เปลี่ยนพื้นผิวฉนวนจากเส้นทางที่มีความต้านทานสูงเป็นเส้นทางที่มีการรั่วไหลของความต้านทานต่ำ ซึ่งลดแรงดันไฟฟ้าแฟลชโอเวอร์ที่มีประสิทธิภาพลง 30–70% ต่ำกว่าค่าความทนทานเมื่อสะอาดและแห้ง.

ตัวกระตุ้นพายุฝนฟ้าคะนอง:
แรงดันไฟฟ้าฟลาชโอเวอร์ที่ลดลงภายใต้สภาวะที่เปียกชื้นและปนเปื้อนอาจต่ำกว่าแรงดันไฟฟ้าความถี่ปกติบนสาย — ซึ่งหมายความว่าฉนวนจะเกิดฟลาชโอเวอร์ภายใต้แรงดันไฟฟ้าการทำงานปกติโดยไม่ต้องมีฟ้าผ่าเข้ามาเกี่ยวข้อง โดยทั่วไปแล้ว แรงดันไฟฟ้าฟลาชโอเวอร์ที่ลดลงจะต่ำกว่าระดับของแรงดันกระชากจากการสวิตช์และแรงดันชั่วคราวที่เกิดจากสายซึ่งเกิดขึ้นระหว่างพายุ ทำให้เกิดฟลาชโอเวอร์ที่ระดับแรงดันไฟฟ้าเกินที่ฉนวนสามารถทนได้ในสภาพที่สะอาดและแห้ง.

มาตรฐาน IEC:
IEC 60815-1¹ กำหนดระดับความรุนแรงของการปนเปื้อน (a ถึง e) และระบุระยะห่างขั้นต่ำเฉพาะสำหรับการป้องกันไฟฟ้าสถิต (มิลลิเมตรต่อกิโลโวลต์) ที่จำเป็นสำหรับแต่ละระดับ:

ระดับการปนเปื้อน	คำอธิบายสิ่งแวดล้อม	ระยะห่างขั้นต่ำสำหรับการป้องกันไฟฟ้าสถิต (มิลลิเมตร/กิโลโวลต์)
a — เบาที่สุด	ทะเลทราย, ชนบทที่มีมลพิษต่ำ	16 มิลลิเมตร/กิโลโวลต์
b — แสง	การเกษตร, อุตสาหกรรมเบา	20 มิลลิเมตรต่อกิโลโวลต์
ซี — ปานกลาง	ชายฝั่ง (>10 กม.), อุตสาหกรรมปานกลาง	25 มิลลิเมตร/กิโลโวลต์
d — หนัก	ชายฝั่ง (<10 กม.), อุตสาหกรรมหนัก	31 มิลลิเมตร/กิโลโวลต์
e — หนักมาก	โรงงานเคมีชายฝั่งโดยตรง	39 มิลลิเมตร/กิโลโวลต์

หน่วย LBS ที่ติดตั้งบนเสาโดยมีระยะห่างระหว่างส่วนนำไฟฟ้าต่ำกว่าข้อกำหนดของ IEC 60815-1 สำหรับสภาพแวดล้อมที่มีการปนเปื้อน จะเกิดการลุกไหม้เนื่องจากไฟฟ้าสถิตเปียกทุกครั้งที่มีพายุฝนฟ้าคะนองรุนแรง — โดยไม่คำนึงถึงกิจกรรมของฟ้าผ่า.

กลไกความล้มเหลว 2: แรงดันไฟฟ้าเกินจากกระแสฟ้าผ่าที่เกินกว่าความทนทานของฉนวน

เมื่อเกิดฟ้าผ่าลงบนหรือใกล้สายไฟฟ้าเหนือศีรษะ กระแสไฟฟ้าที่มีหน้าคลื่นชันจะถูกฉีดเข้าไปและแพร่กระจายเป็น คลื่นเดินทาง² ตามตัวนำสายส่ง. ขนาดแรงดันของคลื่นเดินทางนี้ที่ตำแหน่ง LBS ติดตั้งที่เสาขึ้นอยู่กับกระแสไฟฟ้าที่เกิดการกระชาก, ความต้านทานกระชากของสายส่ง, และระยะทางจากจุดที่เกิดการกระชาก:

$U_{surge} = \frac{Z_{line}}{2} \times I_{lightning}$

สำหรับสายส่งไฟฟ้าเหนือศีรษะทั่วไปที่มีอิมพีแดนซ์กระชาก $Z_{line} = 400 \text{ โอห์ม}$ และการถูกฟ้าผ่าในระดับปานกลางของ $ฉัน_{สายฟ้า} = 20 \text{ kA}$:

$U_{surge} = \frac{400}{2} \times 20,000 = 4,000,000 \text{ V} = 4,000 \text{ kV}$

แรงดันไฟกระชากทางทฤษฎีนี้สูงกว่าแรงดันทนต่อแรงดันกระชากของฟ้าผ่า (LIWV) ของอุปกรณ์จ่ายไฟทุกชนิดอย่างมาก — ตัวตัดไฟกระชากต้องควบคุมแรงดันนี้ให้อยู่ในระดับต่ำกว่าแรงดันทนต่อแรงดันกระชากของฟ้าผ่า (LIWV) ของอุปกรณ์ก่อนที่แรงดันจะถึงขั้วต่อ LBS.

เงื่อนไขความล้มเหลว: เมื่อตัวป้องกันไฟกระชากไม่สามารถกดแรงดันไฟกระชากให้ต่ำกว่า LBS แรงดันไฟฟ้าทนต่อแรงกระชากของฟ้าแลบ³ (LIWV) แรงดันไฟฟ้าชั่วขณะจะปรากฏขึ้นที่ฉนวน LBS หากแรงดันไฟฟ้าชั่วขณะเกินกว่า LIWV จะเกิดการแตกตัวทางไฟฟ้าขึ้น — อาจเป็นการแตกตัวชั่วคราวบนผิวฉนวน (สามารถฟื้นฟูได้) หรือเป็นการทะลุผ่านตัวฉนวน (ไม่สามารถฟื้นฟูได้ ต้องเปลี่ยนใหม่).

IEC 62271-103 ข้อกำหนด LIWV สำหรับ LBS ภายนอกอาคาร:

แรงดันไฟฟ้าที่กำหนด (กิโลโวลต์)	แรงดันไฟฟ้าทนต่อแรงกระชากของฟ้าผ่า (kV สูงสุด)	ข้อกำหนดระดับการป้องกันของเครื่องตัดไฟกระชาก
12 กิโลโวลต์	75 กิโลโวลต์	≤ 65 กิโลโวลต์ (87% ของ LIWV)
24 กิโลโวลต์	125 กิโลโวลต์	≤ 109 กิโลโวลต์ (87% ของ LIWV)
36 กิโลโวลต์	170 กิโลโวลต์	≤ 148 กิโลโวลต์ (87% ของ LIWV)
40.5 กิโลโวลต์	185 กิโลโวลต์	≤ 161 กิโลโวลต์ (87% ของ LIWV)

ระยะขอบป้องกัน 87% คำนวณจากความต่างศักย์แรงดันระหว่างจุดติดตั้งตัวป้องกันฟ้าผ่ากับขั้ว LBS — โดยแรงดันคลื่นเดินทางที่ขั้ว LBS จะสูงกว่าแรงดันคงเหลือของตัวป้องกันฟ้าผ่า เนื่องจากระยะห่างระหว่างตัวป้องกันฟ้าผ่ากับอุปกรณ์ที่ต้องการป้องกัน.

กลไกความล้มเหลวที่ 3: การป้องกันอาร์คไม่เพียงพอในระหว่างการกำจัดข้อผิดพลาดหลังฟ้าผ่า

การเกิดไฟลุกวาบจากฟ้าผ่าบนสายไฟฟ้าเหนือศีรษะจะสร้างกระแสไฟฟ้าอาร์คที่มีความถี่เดียวกับไฟฟ้าหลัก ซึ่งต้องถูกตัดโดยระบบป้องกันสายไฟ หากเกิดอาร์คที่หรือใกล้กับอุปกรณ์ป้องกันฟ้าผ่าแบบติดตั้งบนเสา (LBS) พลังงานอาร์คจะถูกสะสมโดยตรงบนชุดหน้าสัมผัสและฉนวนของ LBS — และความสามารถในการป้องกันอาร์คของ LBS จะเป็นตัวกำหนดว่าอุปกรณ์จะรอดจากการกำจัดความผิดพลาดหรือถูกทำลายโดยเหตุการณ์นั้น.

การคำนวณพลังงานโค้ง:

$W_{arc} = I_{fault}^2 \times R_{arc} \times t_{clear}$

สำหรับสายส่งไฟฟ้าแรงดัน 11 kV ที่มีกระแสไฟฟ้าขัดข้อง 8 kA และเวลาตัดวงจรป้องกัน 200 มิลลิวินาที:

$W_{arc} = (8,000)^2 \times 0.05 \times 0.2 = 640,000 \text{ จูล} = 640 \text{ กิโลจูล}$

พลังงานอาร์กนี้ — 640 กิโลจูล ที่สะสมใน 200 มิลลิวินาที — เพียงพอที่จะทำลายชุดประกอบหน้าสัมผัส LBS ที่ติดตั้งกลางแจ้งซึ่งไม่ได้ออกแบบให้ทนต่อกระแสขัดข้องความแตกต่างที่สำคัญ: ระบบระบุตำแหน่งด้วยสัญญาณวิทยุภายนอก (LBS) ได้รับการจัดอันดับสำหรับการหยุดกระแสโหลด ไม่ใช่การหยุดกระแสผิดพลาด หากเกิดกระแสอาร์กตามหลังฟ้าผ่าในขณะที่ LBS อยู่ในตำแหน่งปิด ชุดติดต่อของ LBS จะดูดซับพลังงานอาร์กทั้งหมดจนกว่าอุปกรณ์ป้องกันต้นทางจะกำจัดข้อผิดพลาดได้.

ช่องว่างการป้องกันอาร์ค: หน่วย LBS กลางแจ้งบนสายจ่ายมักถูกติดตั้งโดยไม่มีอุปกรณ์ป้องกันอาร์ก เช่น ช่องว่างอาร์ก ฟิวส์ขับออก หรือรีโคลเซอร์ ซึ่งจะทำหน้าที่เบี่ยงเบนกระแสอาร์กที่ตามมาจากจุดอื่นให้ห่างจากชุดสัมผัสของ LBS ในการติดตั้งลักษณะนี้ ทุกครั้งที่เกิดการกำจัดความผิดพลาดหลังฟ้าผ่า พลังงานอาร์กจะถูกสะสมโดยตรงบน LBS ส่งผลให้เกิดความเสียหายสะสมและนำไปสู่ความล้มเหลวของชุดสัมผัสในที่สุดขณะเกิดพายุ.

กลไกความล้มเหลวที่ 4: ความล้มเหลวทางกลจากการรวมกันของความเครียดทางไฟฟ้าและสิ่งแวดล้อม

พายุฝนฟ้าคะนองรุนแรงรวมความเครียดทางไฟฟ้าจากฟ้าผ่ากับความเครียดทางกลจากสิ่งแวดล้อม — การรับแรงลมสูง, ผลกระทบจากฝน, การเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิอย่างรวดเร็วจากการเผาไหม้ของไฟฟ้าตามด้วยฝนที่ทำให้เย็นลง, และแรงกระแทกทางกลจากการฟ้าผ่าใกล้เคียงที่ส่งผ่านโครงสร้างเสา หน่วย LBS ที่ติดตั้งบนเสาซึ่งมีการเสื่อมสภาพทางกลอยู่แล้ว — กลไกการทำงานที่กัดกร่อน, ตัวฉนวนที่แตกร้าว, สปริงสัมผัสที่เสื่อมสภาพ — จะล้มเหลวภายใต้ความเครียดรวมนี้ที่ระดับการรับน้ำหนักซึ่งจะไม่ทำให้เกิดความล้มเหลวภายใต้ความเครียดทางไฟฟ้าหรือกลเพียงอย่างเดียว.

เส้นทางการล้มเหลวจากความเค้นรวม:

1. รอยแตกร้าวขนาดเล็กของฉนวนที่มีอยู่ก่อนแล้ว (จากการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิหรือแรงกระแทกทางกลในอดีต) — ไม่สามารถตรวจพบได้ระหว่างการตรวจสอบด้วยสายตาตามปกติ
2. ฝนจากพายุฝนฟ้าคะนองซึมผ่านรอยแตก — น้ำในรอยแตกทำให้ความแข็งแรงทางไฟฟ้าของเส้นทางรอยแตกลดลง
3. แรงดันไฟฟ้าชั่วคราวจากฟ้าผ่าปรากฏขึ้นบนฉนวน — ความแข็งแรงของฉนวนที่ลดลงในเส้นทางรอยแตกที่เปียกทำให้เกิดการลุกไหม้ตามรอยแตก
4. ความถี่ไฟฟ้าตามกระแสอาร์คทำให้เส้นทางรอยร้าวร้อนขึ้น — การขยายตัวทางความร้อนทำให้รอยร้าวกว้างขึ้น
5. ฝนที่ตกลงมาภายหลังทำให้เย็นลงและเกิดการหดตัว — ทำให้เกิดรอยแตกร้าวจากความล้าทางกลที่ตำแหน่งของรอยแตก — ทำให้ฉนวนแตกที่ตำแหน่งของรอยแตก
6. การแตกของฉนวนทำให้เกิดความผิดพลาดเฟสต่อพื้นดินของ LBS — ความล้มเหลวของหน่วยทั้งหมด

เส้นทางความล้มเหลวนี้อธิบายว่าทำไมการตรวจสอบหลังพายุจึงมักพบการแตกของฉนวนที่ดูเหมือนเป็นความล้มเหลวทางกล — สาเหตุที่แท้จริงคือความล้มเหลวของตัวนำไฟฟ้าที่เริ่มต้นลำดับการแตกทางกล.

ความล้มเหลวในการประสานงานของตัวป้องกันไฟกระชากทำให้หน่วย LBS กลางแจ้งเสี่ยงต่อความเสียหายจากไฟเกินฟ้าผ่าได้อย่างไร?

การประสานการทำงานของเครื่องตัดไฟกระชากเป็นองค์ประกอบที่มีความซับซ้อนทางเทคนิคมากที่สุดในระบบป้องกันฟ้าผ่าแบบติดตั้งบนเสา LBS — และเป็นองค์ประกอบที่มักถูกติดตั้งอย่างไม่ถูกต้องในโครงการปรับปรุงระบบสายส่งไฟฟ้าแรงสูงมากที่สุด การล้มเหลวของการประสานการทำงานของเครื่องตัดไฟกระชากที่พบได้บ่อยที่สุดซึ่งทำให้หน่วย LBS ภายนอกถูกทำลายจากความเสียหายของแรงดันไฟฟ้าเกินจากฟ้าผ่า ได้แก่ การตั้งค่าแรงดันไฟฟ้าของเครื่องตัดไฟกระชากไม่ถูกต้อง, ระยะห่างระหว่างเครื่องตัดไฟกระชากกับอุปกรณ์ที่ได้รับการป้องกันมากเกินไป, และการเสื่อมสภาพของเครื่องตัดไฟกระชากที่ทำให้ขอบเขตการป้องกันหมดไปโดยไม่ทำให้เกิดความล้มเหลวที่สามารถมองเห็นได้.

ความล้มเหลวในการประสานงาน 1: การกำหนดแรงดันไฟฟ้าของตัวป้องกันไฟกระชากไม่ถูกต้อง

แรงดันไฟฟ้าทำงานต่อเนื่องของตัวป้องกันไฟกระชาก ($U_{COV}$) ต้องถูกเลือกไว้เหนือแรงดันไฟฟ้าความถี่กำลังต่อเนื่องสูงสุด ณ จุดติดตั้ง — รวมถึง แรงดันไฟฟ้าเกินชั่วคราว⁴ (TOV) สภาวะระหว่างความผิดพลาดทางดินบนเครือข่ายที่ไม่มีการต่อลงดินหรือมีการต่อลงดินแบบเรโซแนนซ์:

$U_{COV} \geq U_{system_max} \times k_{TOV}$

สำหรับระบบ 33 kV ($U_{ระบบ_สูงสุด}$ = 36 kV) พร้อมการต่อลงดินแบบเรโซแนนท์ ($k_{TOV}$ = 1.73 สำหรับความผิดพลาดของระบบไฟฟ้าทั้งหมด TOV):

$U_{COV} \geq \frac{36}{\sqrt{3}} \times 1.73 = 36 \text{ kV}$

ข้อผิดพลาดที่พบบ่อย: การระบุตัวหน่วงการกระชากตามแรงดันไฟฟ้าปกติของระบบแทนที่จะเป็นแรงดันไฟฟ้าสูงสุดที่ใช้งานต่อเนื่องภายใต้เงื่อนไข TOV ตัวหน่วงการกระชากที่ระบุสำหรับ $U_{COV}$ = 20.8 กิโลโวลต์ ($36\over\sqrt{3}$) ในระบบ 33 kV ที่ต่อลงดินแบบเรโซแนนซ์ จะถูกขับเข้าสู่การนำกระแสต่อเนื่องในระหว่างเกิดไฟฟ้าลัดวงจรลงดินแบบ TOV ซึ่งจะทำให้เกิดการโอเวอร์โหลดทางความร้อนและทำลายตัวป้องกันฟ้าผ่าในทันทีที่ต้องการใช้งานมากที่สุด.

ตัวกันไฟที่เสื่อมสภาพหรือถูกทำลายให้การป้องกันเป็นศูนย์ — LBS ถูกสัมผัสกับแรงดันกระชากเต็มรูปแบบโดยไม่มีการคลัปป์.

ความล้มเหลวในการประสานงาน 2: ระยะห่างระหว่างตัวหยุดการลัดวงจรกับอุปกรณ์ที่ได้รับการป้องกันมากเกินไป

แรงดันตกค้างที่ขั้ว LBS สูงกว่าแรงดันตกค้างของตัวป้องกันไฟเกินที่ขั้วของตัวป้องกันไฟเกิน — ความแตกต่างนี้เกิดจากการสะท้อนของคลื่นเดินทางที่ขั้ว LBS และความเหนี่ยวนำของการเชื่อมต่อระหว่างตัวป้องกันไฟเกินกับ LBS:

$U_{LBS} = U_{arrester_residual} + 2 × S × \frac{dI}{dt} × L_{connection}$

ที่ไหน $S$ คือ ความชันของหน้าคลื่นกระแสฟ้าผ่า (กิโลแอมแปร์ต่อไมโครวินาที),$dI/dt$ คือ อัตราการเพิ่มขึ้นในปัจจุบัน $L_{connection}$ คือค่าความเหนี่ยวนำของสายไฟระหว่างตัวป้องกันไฟเกินกับขั้ว LBS.

กฎระยะห่าง: แรงดันไฟฟ้าที่ขั้วอุปกรณ์ที่ได้รับการป้องกันจะเพิ่มขึ้นประมาณ 1 กิโลโวลต์ต่อเมตรของการแยกห่างระหว่างตัวป้องกันฟ้าผ่ากับอุปกรณ์ที่ได้รับการป้องกัน สำหรับความชันของคลื่นฟ้าผ่าทั่วไป สำหรับระบบป้องกันฟ้าผ่าภายนอกอาคาร 12 กิโลโวลต์ ที่มีค่า LIWV 75 กิโลโวลต์ และตัวป้องกันฟ้าผ่าที่มีแรงดันคงเหลือ 30 กิโลโวลต์:

$\text{ระยะห่างสูงสุด} = \frac{75 – 30}{1 \text{ kV/m}} \times \frac{1}{2} = 22.5 \text{ m}$

ปัจจัย 2 คำนึงถึงการสะท้อนของคลื่นเดินทางที่เพิ่มขึ้นเป็นสองเท่าที่ขั้ว LBS. ตัวป้องกันการกระชากแรงดันที่ติดตั้งห่างจาก LBS กลางแจ้งที่ได้รับการป้องกันมากกว่า 20–25 เมตร จะให้การป้องกันที่ลดลงอย่างต่อเนื่อง — เมื่อระยะห่างเกิน 50 เมตร ตัวป้องกันการกระชากแรงดันจะให้การป้องกันที่น้อยมากสำหรับกระแสฟ้าผ่าที่มีหน้าผาชัน.

ความล้มเหลวในการประสานงาน 3: การเสื่อมสภาพของอุปกรณ์หยุดแรงดันไฟฟ้า ส่งผลให้ไม่มีระยะเผื่อในการป้องกัน

ตัวป้องกันไฟกระชากแบบโลหะออกไซด์วาริสเตอร์ (MOV) จะเสื่อมสภาพลงทุกครั้งที่มีการดูดซับพลังงานจากไฟกระชาก — ระดับการป้องกัน (แรงดันตกคร่อมที่เหลืออยู่เมื่อกระแสไฟกระชากผ่านที่กระแสกำหนด) จะเพิ่มขึ้นเมื่อ MOV เสื่อมสภาพ ส่งผลให้ระยะห่างระหว่างระดับการป้องกันของตัวป้องกันกับค่าแรงดันไฟกระชากที่อุปกรณ์สามารถรับได้ (LIWV) ลดลง ตัวป้องกันที่ติดตั้งและปรับตั้งให้เหมาะสมอาจสูญเสียระยะห่างในการป้องกันหลังจากใช้งานเป็นเวลา 5–10 ปีในพื้นที่ที่มีฟ้าผ่าบ่อย.

การตรวจจับการเสื่อมสภาพของตัวหน่วง:

• การวัดกระแสรั่วไหล: กระแสรั่วแบบต้านทาน > 1 mA ที่แรงดันใช้งานบ่งชี้ว่า MOV เสื่อมสภาพอย่างมีนัยสำคัญ — จำเป็นต้องเปลี่ยนตัวป้องกัน
• การวิเคราะห์กระแสฮาร์มอนิกที่สาม: ส่วนประกอบฮาร์มอนิกที่สามของกระแสรั่วไหล > 20% ของกระแสรั่วไหลทั้งหมดบ่งชี้ถึงการเสื่อมสภาพของบล็อก MOV ที่ไม่สม่ำเสมอ
• การถ่ายภาพความร้อน: จุดร้อนบนตัวอุปกรณ์ป้องกันไฟกระชากบ่งชี้ว่ามีการล้มเหลวของ MOV ในบริเวณเฉพาะ — ต้องเปลี่ยนอุปกรณ์ป้องกันไฟกระชากทันที

กรณีศึกษาของลูกค้าที่แสดงให้เห็นถึงผลกระทบจากการล้มเหลวของการประสานงานของตัวกันกระแทก: ผู้จัดการโครงการปรับปรุงระบบกริดที่บริษัทสาธารณูปโภคการกระจายไฟฟ้าในภูมิภาคของอินโดนีเซียได้ติดต่อ Bepto หลังจากเกิดการล้มเหลวของระบบ LBS ติดตั้งบนเสาจำนวน 7 ตัวในบริเวณเดียวกันในระหว่างเหตุการณ์พายุฝนฟ้าคะนองรุนแรงเพียงครั้งเดียวบนเส้นทางสายไฟฟ้าอากาศ 20 kVการตรวจสอบหลังพายุเผยให้เห็นว่า หน่วยที่ล้มเหลวทั้งเจ็ดหน่วยตั้งอยู่บนเส้นทางสายยาว 15 กิโลเมตรที่ได้รับการปรับปรุงเมื่อ 18 เดือนก่อนหน้านั้น — การปรับปรุงโครงข่ายได้เพิ่มแรงดันไฟฟ้าของสายจาก 11 กิโลโวลต์เป็น 20 กิโลโวลต์ แต่ยังคงใช้อุปกรณ์ป้องกันไฟกระชากที่มีค่าแรงดันไฟฟ้า 11 กิโลโวลต์เดิม อุปกรณ์ป้องกันไฟกระชาก 11 กิโลโวลต์มี $U_{COV}$= 8.4 kV — ต่ำกว่าแรงดันไฟฟ้าทำงานต่อเนื่องของสาย 20 kV (11.5 kV ระหว่างเฟสกับดิน) ตัวป้องกันไฟกระชากได้อยู่ในสภาวะนำกระแสบางส่วนอย่างต่อเนื่องตั้งแต่การเพิ่มแรงดันไฟฟ้า ส่งผลให้บล็อก MOV เสื่อมสภาพจนถึงจุดที่ไม่สามารถป้องกันฟ้าผ่าได้ในช่วงพายุ บริษัท Bepto ได้จัดหาตัวป้องกันไฟกระชากทดแทนที่มีแรงดันเรตติ้ง 20 kV พร้อมด้วย $U_{COV}$ = 17 กิโลโวลต์ และประสานงานการติดตั้งพร้อมกับการเปลี่ยนหน่วย LBS ภายนอกที่เสียหายทั้งเจ็ดหน่วย ไม่มีความเสียหายจากพายุเกิดขึ้นอีกในช่วงสองฤดูพายุฝนฟ้าคะนองถัดมา.

วิธีแก้ไขปัญหาความล้มเหลวของ LBS ที่ติดตั้งบนเสาหลังจากเกิดพายุฝนฟ้าคะนองรุนแรง

การแก้ไขปัญหาหลังพายุสำหรับความล้มเหลวของ LBS ที่ติดตั้งบนเสาต้องระบุกลไกความล้มเหลวเฉพาะจากหลักฐานทางกายภาพก่อนที่จะระบุอุปกรณ์ทดแทน — การเปลี่ยนหน่วยที่ล้มเหลวด้วยหน่วยที่มีข้อกำหนดเหมือนกันโดยไม่แก้ไขสาเหตุที่แท้จริงจะทำให้เกิดความล้มเหลวที่เหมือนกันในเหตุการณ์พายุครั้งต่อไป.

ขั้นตอนที่ 1: กำหนดลำดับเหตุการณ์ความล้มเหลวจากบันทึกการป้องกัน

ก่อนที่จะเข้าใกล้หน่วยที่ล้มเหลว ให้ดึงบันทึกการทำงานของรีเลย์ป้องกันและข้อมูลบันทึกความผิดพลาดสำหรับเหตุการณ์พายุ:

• เวลาการทำงานแบบรีเลย์เทียบกับเวลาการเกิดฟ้าผ่า: หากรีเลย์ป้องกันทำงานภายใน 1–2 มิลลิวินาทีหลังจากการบันทึกการเกิดฟ้าผ่า ความล้มเหลวมีแนวโน้มเกิดจากกลไกที่ 2 (แรงดันไฟฟ้าเกินแบบกระชาก) หรือกลไกที่ 3 (อาร์คหลังฟ้าผ่า) หากรีเลย์ทำงานหลังจากพายุเริ่มเป็นเวลาหลายนาที กลไกที่ 1 (การลุกไหม้เนื่องจากความชื้น) มีแนวโน้มมากกว่า
• ขนาดกระแสความผิดพลาด: กระแสไฟฟ้าลัดวงจรที่หรือสูงกว่าระดับกระแสลัดวงจรที่คาดการณ์ไว้ของระบบบ่งชี้ถึงการลัดวงจรแบบมีแรงดันตกคร่อมจากฉนวนแตก (กลไกที่ 4); กระแสไฟฟ้าลัดวงจรที่ต่ำกว่าระดับที่คาดการณ์ไว้พร้อมกับการลดลงอย่างรวดเร็วบ่งชี้ถึงการเกิดอาร์คแฟลช (กลไกที่ 1 หรือ 2)
• การปิดซ่อมสำเร็จ/ไม่สำเร็จ: การปิดวงจรอัตโนมัติสำเร็จหลังจากเกิดข้อผิดพลาดบ่งชี้ถึงการเกิดแฟลชโอเวอร์ (การแก้ไขตัวเองหลังจากการดับอาร์ก); การปิดวงจรล้มเหลวบ่งชี้ถึงข้อผิดพลาดถาวรจากการแตกของฉนวนหรือการทำลายชุดติดต่อ

ขั้นตอนที่ 2: การประเมินหลักฐานทางกายภาพที่หน่วยที่ล้มเหลว

ประเภทของหลักฐาน	การสังเกต	กลไกความล้มเหลวที่บ่งชี้
การติดตามพื้นผิวฉนวน	คาร์บอนสีดำติดตามบนพื้นผิวฉนวน, ไม่มีการแตกหัก	กลไกที่ 1 — การลุกไหม้ฉับพลันจากสิ่งปนเปื้อนเปียก
ฉนวนถูกเจาะ	รูทะลุตัวเรือนฉนวน มีคราบคาร์บอนสะสมรอบจุดที่ทะลุ	กลไกที่ 2 — การรั่วไหลของแรงดันไฟฟ้าเกินแบบฉับพลัน
ฉนวนขาด	รอยแตกที่สะอาดหรือมีขอบเป็นคาร์บอน ไม่มีร่องรอยการเคลื่อนตัว	กลไกที่ 4 — ความล้มเหลวทางกลจากการเครียดรวม
การแยกส่วนประกอบโดยการสัมผัส	วัสดุสัมผัสที่หลอมละลายหรือระเหย การกัดกร่อนจากอาร์ก	กลไกที่ 3 — พลังงานอาร์คหลังฟ้าผ่า
สภาพของตัวป้องกันไฟกระชาก	ตัวเรือนแตก, การเคลื่อนตัวของข้อต่อปลาย, คราบคาร์บอน	ความล้มเหลวของตัวหยุด — สาเหตุหลักของความล้มเหลวในการประสานงาน
สภาพของสายล่อฟ้า	สายดินของตัวป้องกันไฟกระชากที่หลอมละลายหรือระเหย	ตัวหยุดทำงาน — ตรวจสอบค่าแรงดันไฟฟ้าคงเหลือ
สภาพของยูนิตที่อยู่ติดกัน	ความเสียหายที่เหมือนกันบนหน่วยที่อยู่ติดกัน	ความล้มเหลวในการประสานงานอย่างเป็นระบบ — ไม่ใช่เหตุการณ์ที่เกิดขึ้นโดดเดี่ยว

ขั้นตอนที่ 3: การประเมินตัวป้องกันไฟกระชาก

ไม่ว่ากลไกความล้มเหลวหลักที่ระบุในขั้นตอนที่ 2 คืออะไร ให้ประเมินสภาพของตัวป้องกันไฟกระชากในทุกหน่วยในสายส่วนที่ได้รับผลกระทบ:

1. การตรวจสอบด้วยสายตา: ตรวจสอบรอยร้าวของตัวเรือน การเคลื่อนตัวของข้อต่อปลายท่อ และคราบคาร์บอน — หากพบความเสียหายทางกายภาพใด ๆ ต้องเปลี่ยนใหม่ทันที
2. การวัดกระแสรั่วไหล: วัดกระแสรั่วแบบต้านทานที่แรงดันใช้งาน — เปลี่ยนตัวป้องกันฟ้าผ่า (arrester) ใดๆ ที่มีกระแสรั่วแบบต้านทาน > 1 mA
3. ตรวจสอบค่าแรงดันไฟฟ้าที่กำหนดของตัวดูดซับแรงดันเกิน: ยืนยัน $U_{COV}$ แรงดันไฟฟ้าทำงานระหว่างเฟสกับกราวด์ ≥ รวมถึงปัจจัย TOV — เปลี่ยนตัวป้องกันฟ้าผ่าที่มีค่าต่ำกว่าที่กำหนด
4. วัดระยะห่าง: ยืนยันการแยกตัวจับสายล่อฟ้าจาก LBS ≤ 20 เมตร — ย้ายตัวจับสายล่อฟ้าที่เกินระยะนี้

ขั้นตอนที่ 4: การประเมินการปนเปื้อนของฉนวน

สำหรับความล้มเหลวที่ระบุว่าเป็นกลไกที่ 1 (การลุกไหม้ของฝุ่นเปียก):

1. วัด ความหนาแน่นของตะกอนเกลือเทียบเท่า⁵ (การดำเนินการตามเอกสารที่น้อยที่สุด): ล้างพื้นผิวฉนวนด้วยน้ำปราศจากไอออน วัดค่าการนำไฟฟ้าของน้ำที่ใช้ล้าง — คำนวณค่า ESDD ในหน่วย mg/cm²
2. จัดประเภทความรุนแรงของการปนเปื้อน: เปรียบเทียบ ESDD กับระดับความรุนแรงของ IEC 60815-1
3. คำนวณระยะห่างที่จำเป็นสำหรับการป้องกันไฟฟ้าสถิต: ใช้ระยะห่างขั้นต่ำตามมาตรฐาน IEC 60815-1 สำหรับระดับการปนเปื้อนที่วัดได้
4. เปรียบเทียบกับระยะห่างระหว่างส่วนที่สัมผัสไฟฟ้าที่ติดตั้งไว้: หากระยะห่างระหว่างส่วนที่นำไฟฟ้าที่ติดตั้งอยู่ < ข้อกำหนดของ IEC 60815-1 ให้ระบุฉนวนทดแทนที่มีระยะห่างระหว่างส่วนที่นำไฟฟ้าถูกต้อง

ขั้นตอนที่ 5: ข้อกำหนดเฉพาะหลังความล้มเหลวสำหรับอุปกรณ์ทดแทน

กลไกความล้มเหลว	สาเหตุที่แท้จริง	การเปลี่ยนแปลงข้อกำหนดในการเปลี่ยนทดแทน
กลไกที่ 1 — การลุกไหม้แบบแฟลชโอเวอร์จากสิ่งปนเปื้อนเปียก	ระยะห่างระหว่างส่วนนำไฟฟ้าไม่เพียงพอ	เพิ่มระยะห่างการเกาะติดของฉนวนให้เป็นไปตามข้อกำหนดของ IEC 60815-1 สำหรับระดับการปนเปื้อน
กลไกที่ 2 — แรงดันไฟฟ้าเกินจากแรงกระตุ้น	ความล้มเหลวในการประสานงานของตัวหยุดการเคลื่อนที่	เปลี่ยนตัวกันกระชากด้วยของที่ถูกต้อง $U_{COV}$ การจัดอันดับ; ตรวจสอบระยะห่าง ≤ 20 เมตร
กลไกที่ 3 — พลังงานอาร์กหลังฟ้าผ่า	ไม่มีการป้องกันเบี่ยงเบนของอาร์ค	ติดตั้งฟิวส์ตัดหรือรีคลอสเซอร์ที่ต้นทาง; ระบุ LBS ที่มีค่าการป้องกันอาร์ค
กลไกที่ 4 — กลศาสตร์ความเค้นผสม	การเสื่อมสภาพของฉนวนที่มีอยู่ก่อนแล้ว	ดำเนินการโปรแกรมตรวจสอบฉนวน; เปลี่ยนหน่วยที่มีฉนวนแตกหรือเสียหาย

กลยุทธ์การปรับปรุงและวงจรชีวิตของกริดแบบใดที่ช่วยลดอัตราการล้มเหลวของเสา LBS ในพายุฝนฟ้าคะนอง?

ข้อกำหนดการป้องกันฟ้าผ่าสำหรับการปรับปรุงระบบกริด

ทุกโครงการปรับปรุงระบบกริดที่มีการเปลี่ยนแปลงแรงดันไฟฟ้าของสายไฟฟ้าเหนือศีรษะ, เส้นทางการเดินสาย, หรือโครงสร้างเครือข่าย ต้องมีการประเมินการป้องกันฟ้าผ่าสำหรับหน่วย LBS ที่ติดตั้งภายนอกอาคารบนเสาทุกตัวในเส้นทางปรับปรุง การประเมินต้องครอบคลุมถึงกลไกการล้มเหลวทั้งสี่ประการ:

กลไกการป้องกันที่ 1 — ข้อกำหนดการปนเปื้อนของฉนวน:

• ดำเนินการสำรวจการปนเปื้อนของสถานที่ตามมาตรฐาน IEC 60815-1 ก่อนระบุฉนวนทดแทน
• ระบุระยะห่างขั้นต่ำสำหรับการป้องกันการสัมผัสไฟฟ้าระหว่างส่วนที่นำไฟฟ้าตามค่า ESDD ที่วัดได้ — ไม่ใช่ตามการจำแนกประเภทพื้นที่ทั่วไป
• ใช้ระยะห่างเพิ่มเติม 20% สำหรับโครงการปรับปรุงกริดที่เพิ่มแรงดันไฟฟ้าของสาย

กลไกการป้องกันที่ 2 — ข้อกำหนดการประสานงานของตัวป้องกันไฟกระชาก:

• คำนวณ $U_{COV}$ ข้อกำหนดรวมถึงปัจจัย TOV สำหรับการกำหนดค่าการต่อลงดินของเครือข่าย
• ระบุการติดตั้งตัวหน่วงภายในระยะ 15 เมตรจากขั้ว LBS ที่ได้รับการป้องกัน — ไม่ใช่ที่ตำแหน่งเสาที่สะดวกที่สุด
• ตรวจสอบระยะขอบป้องกัน: แรงดันตกค้างของตัวดูดซับที่ 10 kA ≤ 87% ของ LBS LIWV

กลไกการป้องกันที่ 3 — สถาปัตยกรรมป้องกันไฟฟ้าลัดวงจร:

• ติดตั้งฟิวส์ตัดไฟหรืออุปกรณ์ปิดวงจรอัตโนมัติที่ระยะห่างไม่เกิน 5 กิโลเมตรบนสายที่มีเวลาตัดไฟ < 150 มิลลิวินาที
• ระบุหน่วย LBS ภายนอกที่มีการป้องกันอาร์คซึ่งสอดคล้องกับระดับความผิดพลาดของสายและเวลาการตัดวงจร
• ประสานการทำงานของอุปกรณ์ป้องกันโค้งกับอุปกรณ์ป้องกันต้นทางเพื่อให้แน่ใจว่าพลังงานของข้อผิดพลาดถูกจำกัดก่อนที่จะถึง LBS

กลไกที่ 4 การป้องกัน — ข้อกำหนดความสมบูรณ์เชิงกล:

• ระบุหน่วย LBS ภายนอกอาคารที่มีมาตรฐาน IP65 ขึ้นไปสำหรับการป้องกันกลไกการทำงานในสภาพแวดล้อมที่มีฝนตกหนัก
• กำหนดให้มีการทดสอบความดันที่โรงงานสำหรับตัวเรือนฉนวน — ไม่ใช่การตรวจสอบด้วยสายตาเพียงอย่างเดียว — สำหรับหน่วยที่ติดตั้งในพื้นที่ที่มีฟ้าผ่าบ่อย
• ระบุให้ใช้ฮาร์ดแวร์สแตนเลสสำหรับตัวยึดภายนอกทั้งหมดและสปริงสัมผัสในสภาพแวดล้อมชายฝั่งและอุตสาหกรรม

ตารางการบำรุงรักษาตลอดอายุการใช้งานสำหรับเสาติดตั้ง LBS กลางแจ้งในพื้นที่ที่มีฟ้าผ่าสูง

กิจกรรมการบำรุงรักษา	ช่วง	วิธีการ	เกณฑ์การยอมรับ
การประเมินการปนเปื้อนของฉนวน	ประจำปี (ก่อนฤดูพายุ)	การวัด ESDD หรือเทียบเท่า	ESDD ภายใน IEC 60815-1 สำหรับระยะห่างป้องกันการลัดวงจรที่ติดตั้ง
การตรวจสอบด้วยสายตาของฉนวน	ประจำปี	การตรวจสอบด้วยกล้องส่องทางไกลหรือโดรน	ไม่มีรอยแตก รอยบิ่น หรือรอยขีดข่วน
กระแสรั่วไหลของตัวป้องกันไฟกระชาก	ประจำปี	เครื่องวัดกระแสรั่วไหลออนไลน์	องค์ประกอบต้านทาน < 1 mA
การถ่ายภาพความร้อนของตัวป้องกันไฟกระชาก	ประจำปี (หลังฤดูพายุ)	กล้องอินฟราเรดที่แรงดันไฟฟ้าในการทำงาน	ไม่มีจุดร้อน > 5 K เหนือเฟสที่อยู่ติดกัน
การวัดความต้านทานการสัมผัส	ทุก 3 ปี	ไมโครโอห์มมิเตอร์ ≥ 100 แอมแปร์ DC	≤ 150% ของฐานข้อมูลการเริ่มต้นระบบ
การตรวจสอบกลไกการทำงาน	ทุก 3 ปี	การควบคุมด้วยมือ + การหล่อลื่น	การทำงานราบรื่น, การบ่งชี้ตำแหน่งถูกต้อง
การตรวจสอบหลังพายุ	หลังจากทุกเหตุการณ์พายุรุนแรง	กระแสไฟฟ้ารั่วไหลแบบเต็มภาพ + ตัวจับกระแสไฟฟ้ารั่วไหล	ไม่มีความเสียหาย; เปลี่ยนชิ้นส่วนที่เสื่อมสภาพ
การเปลี่ยนตัวตัดไฟกระชาก	ทุก 10 ปี หรือหลังจากเหตุการณ์การเพิ่มขึ้นอย่างมีนัยสำคัญ	เปลี่ยนใหม่ทั้งหมด — ไม่ใช่การซ่อมแซมหรือปรับปรุง	หน่วยใหม่พร้อมตรวจสอบแล้ว $U_{COV}$ การจัดอันดับ

การแบ่งเขตการเกิดฟ้าผ่าเพื่อการปรับช่วงเวลาการบำรุงรักษา

ส่วนของสายส่งไฟฟ้าในพื้นที่ที่มีอัตราการเกิดฟ้าผ่าสูง — ซึ่งกำหนดโดยความหนาแน่นของฟ้าผ่าที่พื้นดิน (GFD) > 4 ครั้ง/กม.²/ปี ตามมาตรฐาน IEC 62305-2 — จำเป็นต้องมีการบำรุงรักษาความถี่เพิ่มขึ้น:

• การทำความสะอาดฉนวนประจำปี: ในพื้นที่ที่มีปริมาณน้ำเสียสูง การสะสมของสิ่งปนเปื้อนระหว่างการตรวจสอบประจำปีอาจเพียงพอที่จะทำให้เกิดการลุกไหม้แบบแฟลชโอเวอร์เปียก — การทำความสะอาดก่อนฤดูพายุฝนแต่ละฤดูจะช่วยลดอัตราการล้มเหลวของกลไกที่ 1 ลงได้ 60–80%
• การเปลี่ยนตัวตัดกระแสไฟฟ้าระหว่างการกระชากแบบสองปี ในพื้นที่ที่มี GFD สูง (> 10 เหตุการณ์การเพิ่มขึ้นที่บันทึกไว้ต่อปี) การเสื่อมสภาพของ MOV สะสมเร็วกว่าช่วงเวลาการเปลี่ยนมาตรฐาน 10 ปี — การเปลี่ยนทุกสองปีจะรักษาขอบเขตการป้องกันไว้
• การตรวจสอบหลังพายุภายใน 48 ชั่วโมง: พื้นที่ที่มีปริมาณการบริโภคอาหารจากพืชและสัตว์สูง (High-GFD) จะประสบกับพายุรุนแรงหลายครั้งต่อฤดูกาล — หน่วยที่มีความเสียหายจากพายุซึ่งไม่ได้รับการระบุและเปลี่ยนใหม่ก่อนเกิดเหตุการณ์พายุครั้งต่อไปจะล้มเหลวเนื่องจากความสามารถในการทนทานที่ลดลง

กรณีศึกษาของลูกค้าคนที่สองแสดงให้เห็นถึงคุณค่าของกลยุทธ์วงจรชีวิต. วิศวกรด้านความน่าเชื่อถือที่ทำงานในบริษัทไฟฟ้าส่งและจำหน่ายในมาเลเซีย ซึ่งดูแลเครือข่ายสายส่งเหนือศีรษะขนาด 33 kV ในพื้นที่ชายฝั่งที่มีค่า GFD สูง (GFD = 12 ครั้ง/กม.²/ปี) ได้ติดต่อ Bepto หลังจากประสบปัญหาความล้มเหลวของอุปกรณ์ป้องกันฟ้าผ่าแบบติดตั้งภายนอก LBS ที่เสาจำนวน 23 ครั้งในฤดูพายุเพียงฤดูเดียว — ซึ่งเป็นอัตราความล้มเหลวที่สูงกว่าฤดูที่แล้วถึง 4 เท่าการตรวจสอบพบว่า การเลื่อนการบำรุงรักษาที่ขับเคลื่อนด้วยงบประมาณได้ทำให้การทำความสะอาดฉนวนและการประเมินกระแสรั่วของตัวตัดไฟกระชากประจำปีถูกเลื่อนออกไปเป็นเวลา 18 เดือนในช่วงระยะเวลาการเลื่อนการบำรุงรักษา การปนเปื้อนเกลือจากชายฝั่งได้สะสมจนถึงระดับ ESDD สูงกว่าเกณฑ์ IEC 60815-1 ถึง 2.5 เท่า สำหรับระยะห่างการเกาะติดของฉนวนที่ติดตั้งไว้ และมีตัวตัดไฟกระชาก 6 ตัวที่เสื่อมสภาพจนมีกระแสไฟรั่วแบบต้านทานเกิน 2 mA — ทำให้การป้องกันฟ้าผ่ามีประสิทธิภาพต่ำมากBepto ได้จัดหาตัวป้องกันไฟกระชากทดแทนสำหรับหน่วยที่เสื่อมสภาพทั้งหมดและฉนวนทดแทนสำหรับการเดินทางไกลสำหรับส่วนชายฝั่ง 8 กม. ของสายไฟ โปรโตคอลการบำรุงรักษาที่ปรับปรุงใหม่ — การทำความสะอาดประจำปีและการประเมินตัวป้องกันโดยไม่มีการเลื่อนการดำเนินการ — ลดจำนวนความล้มเหลวจากพายุในฤดูกาลถัดไปเหลือ 2 หน่วย ซึ่งทั้งสองกรณีเกิดจากการถูกฟ้าผ่าโดยตรงแทนที่จะเป็นความล้มเหลวจากการเสื่อมสภาพที่สามารถป้องกันได้.

สรุป

ความล้มเหลวของระบบระบุตำแหน่งบนพื้นดิน (LBS) ที่ติดตั้งบนเสาในสภาพอากาศที่มีพายุฝนฟ้าคะนองรุนแรงนั้นไม่ใช่เหตุการณ์ที่เกิดขึ้นโดยบังเอิญจากธรรมชาติ — แต่เป็นความล้มเหลวทางวิศวกรรมที่สามารถคาดการณ์ได้ ซึ่งเกิดจากกลไกที่แตกต่างกันสี่ประการ แต่ละกลไกมีสาเหตุเฉพาะ วิธีการป้องกันเฉพาะ และลักษณะทางกายภาพเฉพาะที่สามารถระบุกลไกได้จากการตรวจสอบหลังพายุการลุกไหม้ของสิ่งปนเปื้อนเปียกบนฉนวนที่ไม่ได้มาตรฐาน การประสานการทำงานของตัวป้องกันไฟกระชากที่ล้มเหลวเนื่องจากค่าแรงดันไฟฟ้าไม่ถูกต้องหรือระยะห่างมากเกินไป การทำลายพลังงานอาร์คหลังฟ้าผ่าจากการขาดการป้องกันอาร์ค และความล้มเหลวทางกลจากความเครียดรวมจากการเสื่อมสภาพที่มีอยู่ก่อนแล้ว ล้วนต้องการการแก้ไขที่แตกต่างกัน — และการเปลี่ยนหน่วยที่ล้มเหลวด้วยหน่วยที่มีสเปคเดียวกันโดยไม่ระบุกลไกการล้มเหลวจะทำให้เกิดความล้มเหลวแบบเดียวกันในเหตุการณ์พายุครั้งต่อไป. ระบุระยะห่างการแทรกของฉนวนจากข้อมูล ESDD ที่วัดได้แทนการจัดประเภทพื้นที่ทั่วไป ตรวจสอบตัวป้องกันไฟกระชาก $U_{COV}$ เปรียบเทียบกับปัจจัย TOV ที่แท้จริงสำหรับการกำหนดค่าการต่อลงดินของเครือข่าย ติดตั้งตัวป้องกันฟ้าผ่าภายในระยะ 15 เมตรจากจุดเชื่อมต่อ LBS ที่ได้รับการป้องกัน ติดตั้งอุปกรณ์ป้องกันอาร์กไฟฟ้าระยะห่างที่เหมาะสมตามระดับความผิดพลาดของสายและเวลาที่ตัดวงจร และดำเนินการตรวจสอบหลังพายุภายใน 48 ชั่วโมงหลังจากเกิดพายุรุนแรงทุกครั้ง — นี่คือระเบียบปฏิบัติที่สมบูรณ์ซึ่งเปลี่ยนความล้มเหลวจากพายุฝนฟ้าคะนองจากภาระการบำรุงรักษาที่เกิดขึ้นซ้ำๆ ให้กลายเป็นความเสี่ยงที่สามารถจัดการได้และลดน้อยลงอย่างต่อเนื่องตลอดวงจรชีวิตการให้บริการ LBS ภายนอกอาคาร.

คำถามที่พบบ่อยเกี่ยวกับความล้มเหลวของ LBS ที่ติดตั้งบนเสาในระหว่างพายุฝนฟ้าคะนองรุนแรง

1. มาตรฐาน IEC อย่างเป็นทางการที่ระบุการเลือกและการกำหนดขนาดของฉนวนไฟฟ้าแรงสูงสำหรับสภาพแวดล้อมที่มีมลภาวะ. ↩

2. แหล่งข้อมูลทางวิชาการหรือคู่มือทางวิศวกรรมที่อธิบายว่ากระแสฟ้าผ่าแพร่กระจายเป็นคลื่นเดินทางบนสายไฟแรงสูงอย่างไร. ↩

3. คู่มือทางเทคนิคหรือมาตรฐานที่อธิบายการคำนวณและการทดสอบแรงดันไฟฟ้าทนต่อแรงกระตุ้นฟ้าผ่าในอุปกรณ์ไฟฟ้า. ↩

4. เอกสารอ้างอิงทางวิศวกรรมที่ระบุสาเหตุและการคำนวณของแรงดันไฟฟ้าเกินชั่วคราวในเครือข่ายไฟฟ้าที่มีการเชื่อมต่อกับกราวด์แบบเรโซแนนซ์. ↩

5. วิธีการทางเทคนิคและแนวปฏิบัติที่ดีที่สุดในอุตสาหกรรมสำหรับการวัดความหนาแน่นของคราบเกลือเทียบเท่าบนฉนวนไฟฟ้า. ↩