อุปกรณ์สวิตช์เกียร์ระดับแรงดันกลางแบบโลหะหุ้ม

อุปกรณ์สวิตช์เกียร์ชนิดโลหะหุ้มแรงดันกลางคืออะไร?

สวิตช์เกียร์แบบโลหะหุ้ม (MV Metal-Clad Switchgear) หมายถึง ชุดอุปกรณ์จ่ายไฟแรงสูงระดับกลางสำหรับติดตั้งภายในอาคาร ซึ่งองค์ประกอบหลักทุกชิ้น — ได้แก่ บัสบาร์ วงจรเบรกเกอร์ ปลายสายเคเบิล และวงจรเครื่องมือวัดแรงต่ำ — ถูกติดตั้งอยู่ในช่องแยกต่างหากที่ทำจากโลหะและต่อพื้นดินอย่างสมบูรณ์ ลักษณะการแบ่งช่องอย่างเต็มรูปแบบนี้คือคุณลักษณะสำคัญที่ทำให้โครงสร้างแบบโลหะหุ้มแตกต่างจากโครงสร้างแบบโลหะหุ้มแบบง่ายกว่า: หากเกิดอาร์กภายในหรือข้อบกพร่องในช่องใดช่องหนึ่ง จะไม่ลุกลามไปยังช่องข้างเคียง และแผงใกล้เคียงยังคงมีกระแสไฟฟ้าไหลผ่านได้ตามปกติแม้ในระหว่างการบำรุงรักษาหรือการกำจัดข้อบกพร่อง มาตรฐานการผลิตสำหรับระดับประสิทธิภาพนี้คือ IEC 62271-200 และการได้รับการรับรองการจัดจำแนกอาร์กภายใน (IAC) ตามมาตรฐานดังกล่าว จำเป็นต้องใช้ฉากกั้นโลหะที่ต่อพื้นดินอย่างเหมาะสม รวมทั้งระบบควบคุมการเข้าถึงที่เชื่อมโยงกันอย่างปลอดภัย ซึ่งเป็นคุณสมบัติที่ออกแบบมาโดยตรงสำหรับสวิตช์เกียร์แบบโลหะหุ้ม (MV Metal-Clad Switchgear)

หมวดอุปกรณ์สวิตช์เกียร์แบบโลหะหุ้มแรงดันกลางนี้ครอบคลุมชุดติดตั้งภายในอาคารที่ออกแบบสำหรับแรงดัน 12 กิโลโวลต์ และ 24 กิโลโวลต์ บนสามแพลตฟอร์มที่แตกต่างกัน ได้แก่ ซีรีส์ KYN28 แบบเบรกเกอร์แบบถอดออกได้และมีเกราะป้องกัน ซีรีส์ HXGN แบบตู้วงจรหลักแบบคงที่ และซีรีส์ C-GIS แบบหน่วยวงจรหลักที่ใช้ก๊าซ SF6 เป็นฉนวน

คุณลักษณะสำคัญของอุปกรณ์สวิตช์เกียร์แบบโลหะหุ้มแรงดันกลาง

• โครงสร้างแบบสี่ช่องแยกส่วน ช่องสำหรับบัสบาร์ เบรกเกอร์ สายเคเบิล และอุปกรณ์วัดแรงดันต่ำ ถูกแบ่งออกจากกันด้วยฉากกั้นโลหะที่ต่อลงดินอย่างชัดเจน บุคลากรที่ปฏิบัติงานในช่องสายเคเบิลจึงได้รับการป้องกันจากบัสบาร์ที่มีไฟฟ้าไหลผ่าน และสามารถปล่อยให้ช่องข้างเคียงยังคงมีไฟฟ้าอยู่ได้ระหว่างการบำรุงรักษาเฉพาะช่องเดียว
• เบรกเกอร์แบบถอดออกได้ (ซีรีส์ KYN28) เบรกเกอร์แบบสุญญากาศ (VCB) สามารถดึงออกได้ไปยังตำแหน่งบริการ ตำแหน่งทดสอบ หรือตำแหน่งแยกเดี่ยวบนรถเข็นมือ การตรวจสอบ ทดสอบ และเปลี่ยนเบรกเกอร์ไม่จำเป็นต้องตัดจ่ายไฟที่บัสบาร์ — ซึ่งเป็นข้อได้เปรียบในการปฏิบัติงานอย่างมากสำหรับสถานีอุตสาหกรรมและสถานีไฟฟ้าที่ใช้งานต่อเนื่อง
• การจัดวางแบบวงจรหลักแบบคงที่ (ซีรีส์ HXGN): ทางเลือกที่มีขนาดกะทัดรัดและราคาต่ำกว่า สำหรับจุดจ่ายไฟระดับรองที่ไม่จำเป็นต้องดึงเบรกเกอร์ออกในการปฏิบัติงาน โดยความลึกของแผงที่ลดลงและกลไกที่เรียบง่ายยังช่วยลดพื้นที่ติดตั้งในห้องสถานีไฟฟ้าย่อยที่มีข้อจำกัดด้านพื้นที่
• การออกแบบแบบปิดผนึกที่ใช้ก๊าซเป็นฉนวน (C-GIS): ถังสแตนเลสแบบปิดผนึกที่บรรจุก๊าซ SF6 เป็นตัวกลางฉนวนหลัก ตัวเรือนที่มีค่าการป้องกัน IP65 ทำให้แพลตฟอร์มนี้เหมาะสมสำหรับการติดตั้งในพื้นที่ชายฝั่งทะเล พื้นที่ทะเลทราย หรือใต้ดิน ซึ่งความชื้น หมอกเกลือ หรือฝุ่นละเอียดอาจทำให้แผงแบบใช้อากาศเป็นฉนวนเสื่อมสภาพตามกาลเวลา
• การปฏิบัติตามมาตรฐานความปลอดภัยจากแสงวาบอาร์ก: การแบ่งส่วนโครงสร้างด้วยโลหะแบบเต็มรูปแบบเป็นพื้นฐานเชิงโครงสร้างที่ใช้ในการบรรลุระดับ IAC ตามมาตรฐาน IEC 62271-200 อุปกรณ์สวิตช์เกียร์แรงดันกลางแบบโลหะหุ้ม (MV Metal-Clad Switchgear) ที่ผ่านการรับรองระดับ IAC แล้ว จะให้ค่าพลังงานเหตุการณ์การลัดวงจรอาร์กที่ได้รับการยืนยันไว้อย่างเป็นทางการ ซึ่งสามารถนำไปอ้างอิงโดยตรงในการประเมินความปลอดภัยของสถานที่ — ข้อกำหนดด้านการจัดซื้อที่ปัจจุบันกลายเป็นมาตรฐานในข้อกำหนดสำหรับภาคอุตสาหกรรมและสาธารณูปโภค
• ชั้นแรงดันและขอบเขตตลาดตามภูมิภาค: แผงแบบ 12 กิโลโวลต์ ใช้งานได้กับเครือข่ายจ่ายไฟฟ้าแรงดัน 10, 11 และ 12 กิโลโวลต์ ในยุโรปตะวันออก ตะวันออกกลาง และแอฟริกา แผงแบบ 24 กิโลโวลต์ ใช้งานได้กับระบบแรงดัน 20 และ 22 กิโลโวลต์ ในตลาดรัสเซียและอ่าวเปอร์เซีย หน่วยงานที่จัดส่งไปยังประเทศในกลุ่ม CIS มีให้เลือกในเวอร์ชันที่สอดคล้องกับการจำแนกสภาพภูมิอากาศตามมาตรฐาน GOST 15150

การใช้งานทั่วไปของอุปกรณ์สวิตช์เกียร์แรงดันกลางแบบโลหะหุ้ม

อุปกรณ์สวิตช์เกียร์แรงดันกลางแบบโลหะหุ้ม (MV Metal-Clad Switchgear) ถูกกำหนดให้ใช้งานในกรณีที่ผลที่ตามมาจากการลัดวงจรภายในช่องหนึ่งช่องอาจลุกลามไปยังบัสบาร์ทั้งหมดจนไม่สามารถยอมรับได้ และในกรณีที่จำเป็นต้องเข้าดำเนินการบำรุงรักษาขณะระบบกำลังทำงานอยู่เป็นประจำ ประเภทการติดตั้งทั่วไปประกอบด้วย:

• สถานีจ่ายไฟรองสำหรับการใช้งานทั่วไป ซึ่งให้บริการสายจ่ายไฟในเขตเมืองที่ระดับแรงดัน 10 กิโลโวลต์ ถึง 22 กิโลโวลต์
• ศูนย์จ่ายไฟสำหรับอุตสาหกรรมในโรงงานแปรรูป แหล่งทำเหมือง และโรงงานผลิต ซึ่งต้องการความสามารถในการบำรุงรักษาแผงไฟฟ้าขณะมีกระแสไหลผ่าน
• ลานสวิตช์เชื่อมต่อกับระบบส่งพลังงานหมุนเวียน ซึ่งต้องรักษาการจัดเรียงสายจ่ายไฟขนาดใหญ่ให้สอดคล้องกับตารางการผลิตไฟฟ้าอย่างต่อเนื่อง
• สถานีจ่ายไฟรองแบบประหยัดพื้นที่ในโครงการเชิงพาณิชย์ โรงพยาบาล และศูนย์ข้อมูล ซึ่งการออกแบบแบบ HXGN แบบวงแหวนคงที่ให้พื้นที่ใช้สอยน้อยลงพร้อมประสิทธิภาพการป้องกันที่เพียงพอ
• สถานีจ่ายไฟในพื้นที่ชายฝั่ง ใต้ดิน และทะเลทราย ซึ่งแพลตฟอร์ม C-GIS แบบปิดสนิทให้การป้องกันระดับ IP65 ต่อการแทรกซึมของสิ่งแวดล้อม ซึ่งอาจทำให้การออกแบบแบบฉนวนอากาศเสียหาย

วิธีเลือกแพลตฟอร์มสวิตช์เกียร์ชนิดโลหะหุ้มแรงดันกลางที่เหมาะสม

การเลือกสวิตช์เกียร์แบบโลหะหุ้ม (MV Metal-Clad Switchgear) จากแพลตฟอร์มแบบถอดออกได้ (withdrawable), แบบคงที่ (fixed) และแบบฉนวนก๊าซ (gas-insulated) จำเป็นต้องประเมินพารามิเตอร์เฉพาะของโครงการตามลำดับขั้นตอน ในฐานะวิศวกรไฟฟ้าผู้เคยประเมินข้อกำหนดของสวิตช์เกียร์ในโครงการโครงข่ายหลายแห่ง พบว่าข้อผิดพลาดส่วนใหญ่ในการระบุข้อกำหนดมักเกิดจากการเลือกรูปแบบผลิตภัณฑ์ก่อนยืนยันพารามิเตอร์การใช้งานจริง ลำดับการตัดสินใจต่อไปนี้ครอบคลุมประตูการตัดสินใจหลักทั้งหมด

ขั้นตอนที่ 1 — ยืนยันแรงดันระบบและเลือกระดับแรงดันที่กำหนดไว้ ระบุแรงดันการใช้งานของเครือข่าย แล้วเลือกระดับแรงดันที่กำหนดไว้สำหรับสวิตช์เกียร์แบบโลหะหุ้มระดับแรงดันกลาง (MV Metal-Clad Switchgear) ที่สอดคล้องกัน: ระดับ 12 กิโลโวลต์ สำหรับระบบที่มีแรงดัน 10–12 กิโลโวลต์; ระดับ 24 กิโลโวลต์ สำหรับระบบที่มีแรงดัน 20–22 กิโลโวลต์ โครงการในอ่าวเปอร์เซียที่ใช้แรงดัน 11 กิโลโวลต์ มักใช้อุปกรณ์ระดับ 12 กิโลโวลต์ แต่อาจต้องใช้สวิตช์เกียร์ที่ออกแบบให้รองรับความถี่ 60 เฮิร์ตซ์ พร้อมเอกสารการปรับลดกำลังงานเนื่องจากอุณหภูมิแวดล้อมสูง; ส่วนระบบที่ใช้แรงดัน 10 กิโลโวลต์และ 20 กิโลโวลต์ในรัสเซีย จำเป็นต้องตรวจสอบการจัดหมวดหมู่สภาพภูมิอากาศตามมาตรฐาน GOST 15150 ก่อนอนุมัติการติดตั้ง

ขั้นตอนที่ 2 — ประเมินระดับกระแสลัดวงจรและกำลังความสามารถในการทนกระแสลัดวงจรระยะสั้นที่ระบุไว้ สวิตช์เกียร์แบบโลหะหุ้มแรงดันปานกลาง (MV Metal-Clad Switchgear) ต้องมีค่าอันดับ (rating) เท่ากับหรือสูงกว่ากระแสลัดวงจรที่คาดว่าจะเกิดขึ้น ณ บัสบาร์ที่ติดตั้ง ท่านอาจคิดว่าการระบุค่าอันดับให้ตรงกับค่ากระแสลัดวงจรที่คำนวณได้นั้นเพียงพอแล้ว — แต่ปัญหาคือ การปรับปรุงโครงข่ายไฟฟ้าในอีก 5 ถึง 10 ปีข้างหน้า อาจทำให้ระดับกระแสลัดวงจรที่สถานีจ่ายไฟฟ้าเดิมสูงขึ้นเกินกว่าค่าอันดับเดิมของสวิตช์เกียร์ ดังนั้น จึงจำเป็นต้องยืนยันค่ากระแสลัดวงจรที่มีอยู่สำหรับระยะเวลาการใช้งานตามแผน ไม่ใช่เพียงแค่ค่าในวันเริ่มใช้งานจริงเท่านั้น

ขั้นตอนที่ 3 — กำหนดรูปแบบการบำรุงรักษา: แบบถอดเข้า-ออกได้ หรือแบบติดตาย กรณีที่ควรเลือกใช้เบรกเกอร์แบบถอดออกได้ (ซีรีส์ KYN28) แทนแบบติดตั้งคงที่นั้นมีความชัดเจนที่สุดเมื่อการติดตั้งจำเป็นต้องทดสอบ ตรวจสอบ หรือเปลี่ยนเบรกเกอร์ในช่วงเวลาที่วางแผนไว้ล่วงหน้าโดยไม่ต้องตัดไฟทั้งหมดจากบัสบาร์ ซึ่งมักใช้กับแผงจ่ายไฟของบริษัทสาธารณูปโภคและสถานประกอบการภาคอุตสาหกรรมที่ต้องรักษาระดับการผลิตให้ต่อเนื่องอย่างเข้มงวด หากระบบมีความสามารถสำรองของสายจ่ายครบทุกเส้น และสามารถวางแผนการเปลี่ยนเบรกเกอร์ให้สอดคล้องกับการหยุดจ่ายไฟทั้งหมดของสถานีไฟฟ้าย่อยได้ โครงสร้างแบบ HXGN ที่ใช้ระบบวงจรหลักแบบคงที่อาจให้คุณค่าทางเศรษฐกิจที่ดีกว่า — เนื่องจากราคาเพิ่มเติมและความลึกของแผงที่มากขึ้นอันเกิดจากกลไกแบบถอดออกได้นั้นจะยากต่อการพิสูจน์เหตุผลเชิงปฏิบัติการหากลักษณะการใช้งานไม่ได้ต้องการคุณสมบัตินี้

ขั้นตอนที่ 4 — ประเมินสภาพแวดล้อมและเลือกตัวฉนวน สำหรับการติดตั้งภายในอาคารในสภาพแวดล้อมที่ควบคุมได้ แพลตฟอร์มฉนวนอากาศแบบ KYN28 และ HXGN ครอบคลุมช่วงการใช้งานทั้งหมด อย่างไรก็ตาม เมื่อสถานที่ติดตั้งอยู่บริเวณชายฝั่ง ใต้ดิน หรือในสภาพแวดล้อมที่มีฝุ่นละอองขนาดเล็กหรือหมอกเกลือลอยอยู่ในอากาศ การออกแบบฉนวนก๊าซแบบปิดผนึก C-GIS จะเหมาะสมกว่า เนื่องจากตู้หุ้มระดับ IP65 และถังหลักที่ปิดสนิทจะขจัดการสัมผัสกับสภาพแวดล้อมซึ่งเป็นสาเหตุให้วัสดุฉนวนอากาศเสื่อมคุณภาพลงตามกาลเวลา ข้อแลกเปลี่ยนที่ต้องพิจารณาคือการจัดการก๊าซ: หน่วย C-GIS จำเป็นต้องตรวจสอบความหนาแน่นของก๊าซ SF6 เป็นระยะ และทีมบำรุงรักษาควรยืนยันว่าสามารถดำเนินการตรวจสอบก๊าซได้ ณ สถานที่ติดตั้งก่อนเลือกใช้การออกแบบแบบถังปิดผนึกสำหรับสถานที่ห่างไกล

ขั้นตอนที่ 5 — ยืนยันค่าอุณหภูมิโดยรอบที่ระบุไว้และปรับลดกำลังงานตามอุณหภูมิ กระแสไฟฟ้าที่ระบุไว้บนป้ายชื่อของตู้สวิตช์เกียร์ระดับแรงดันกลางแบบโลหะหุ้ม (MV Metal-Clad Switchgear) คำนวณจากสมมุติฐานว่าอุณหภูมิแวดล้อมสูงสุดคือ 40°C ตามมาตรฐาน IEC ในพื้นที่ที่มีอุณหภูมิแวดล้อมสูงกว่า 45–50°C เป็นประจำ — เช่น บริเวณอ่าวเปอร์เซียและแอฟริกาแถบเส้นศูนย์สูตร — ค่ากระแสโหลดต่อเนื่องที่ปลอดภัยจริงจะต่ำกว่าค่าที่ระบุบนป้ายชื่อ โปรดขอเอกสารการลดค่ากระแสสำหรับสภาพแวดล้อมที่มีอุณหภูมิสูง และตรวจสอบให้แน่ใจว่าค่ากระแสที่ลดแล้วที่อุณหภูมิแวดล้อมสูงสุดจริงของสถานที่นั้นเพียงพอต่อความต้องการสูงสุดที่คำนวณไว้

ขั้นตอนที่ 6 — ระบุขอบเขตของรีเลย์ป้องกันและระบบรองในขั้นตอนการสั่งซื้อ ตู้สวิตช์เกียร์ระดับแรงดันกลางแบบโลหะหุ้ม (MV Metal-Clad Switchgear) มักจัดจำหน่ายพร้อมพื้นที่สำหรับติดตั้งรีเลย์ป้องกัน หม้อแปลงกระแส (CTs) หม้อแปลงแรงดัน (VTs) และสายควบคุม ซึ่งรวมอยู่ในขอบเขตของตู้โดยตรง การระบุชนิดของรีเลย์ ชั้นความแม่นยำของ CT และแรงดันวงจรควบคุม ณ เวลาสั่งซื้อ จะช่วยหลีกเลี่ยงความล่าช้าในการเดินระบบอันเนื่องจากความไม่สอดคล้องกันระหว่างภาระของรีเลย์กับ CT หรือความไม่เข้ากันของแรงดันเสริม ซึ่งอาจตรวจพบได้หลังการผลิตตู้เสร็จสิ้นแล้ว

อุปกรณ์สวิตช์เกียร์แบบโลหะหุ้มสำหรับแรงดันกลาง: ความสอดคล้องตามข้อกำหนดสำหรับผู้ซื้อต่างประเทศ

การจัดซื้ออุปกรณ์สวิตช์เกียร์แบบโลหะหุ้มสำหรับแรงดันกลางเพื่อส่งออกไปยังตลาดต่างประเทศนั้น จำเป็นต้องดำเนินการให้สอดคล้องกับข้อกำหนดด้านการรับรองและเอกสารที่แตกต่างกันอย่างมากตามแต่ละประเทศ ข้อกำหนดพื้นฐานสำหรับโครงการระหว่างประเทศคือการสอดคล้องตามมาตรฐาน IEC 62271-200 อย่างไรก็ตาม ตลาดเป้าหมายบางแห่งกำหนดข้อกำหนดเพิ่มเติมที่ใบรับรองการทดสอบตามมาตรฐาน IEC เพียงอย่างเดียวไม่สามารถตอบสนองได้ ตัวอย่างเช่น การติดตั้งในรัสเซียและภูมิภาค CIS มักต้องมีเอกสารระบุประเภทสภาพภูมิอากาศตามมาตรฐาน GOST 15150 ส่วนโครงการของหน่วยงานสาธารณูปโภคในกลุ่มอ่าวเปอร์เซียอาจต้องให้หน่วยงานที่เกี่ยวข้องตรวจสอบรายงานผลการทดสอบชนิด (type test reports) เทียบเคียงกับข้อกำหนดทางเทคนิคเฉพาะสำหรับการเชื่อมต่อกับระบบจำหน่ายไฟฟ้าภายในท้องถิ่น ก่อนจะอนุมัติให้ดำเนินการติดตั้งได้ การยืนยันข้อกำหนดเฉพาะด้านเอกสารของประเทศปลายทางก่อนสั่งซื้อ จะช่วยหลีกเลี่ยงความล่าช้าที่อาจก่อให้เกิดค่าใช้จ่ายสูงในขั้นตอนการนำเข้า หรือขั้นตอนการขออนุมัติการเชื่อมต่อกับระบบจำหน่ายไฟฟ้า

จากประสบการณ์ในการทบทวนกระบวนการจัดซื้อสวิตช์เกียร์แบบโลหะหุ้มสำหรับแรงดันปานกลาง (MV Metal-Clad Switchgear) ระดับนานาชาติ ช่องว่างด้านเอกสารที่พบบ่อยที่สุดไม่ใช่การขาดใบรับรองการทดสอบ แต่เป็นใบรับรองที่ครอบคลุมช่วงพารามิเตอร์ที่ระบุไว้ ซึ่งไม่ตรงกับข้อกำหนดอย่างแม่นยำ ความแปรผันของราคาอย่างมากในใบเสนอราคาที่ดูเหมือนจะมีข้อกำหนดเหมือนกัน มักเป็นสัญญาณที่เชื่อถือได้ว่าแผงที่เปรียบเทียบกันนั้นไม่เทียบเท่ากันทั้งในด้านขอบเขตของการทดสอบชนิด (type test coverage) และความสามารถในการตัดกระแสลัดวงจรที่กำหนด (rated short-circuit breaking capability) ผู้ซื้อควรร้องขอและเปรียบเทียบดัชนีรายงานการทดสอบชนิด (type test report index) — ไม่ใช่เพียงแค่แผ่นข้อมูลผลิตภัณฑ์ (product datasheet) — ก่อนประเมินความแตกต่างของราคา

รายการตรวจสอบการเลือกสวิตช์เกียร์แบบโลหะหุ้มสำหรับแรงดันปานกลาง

• ยืนยันแรงดันระบบแล้ว และเลือกชั้นแรงดันที่กำหนดไว้ (12 กิโลโวลต์ หรือ 24 กิโลโวลต์)
• ยืนยันกระแสขัดข้องที่อาจเกิดขึ้น (prospective fault current) พร้อมมีค่าเผื่อสำหรับการเสริมความแข็งแกร่งของเครือข่าย (headroom for network reinforcement)
• ทบทวนรูปแบบการดำเนินงานด้านการบำรุงรักษาแล้ว และเลือกแบบถอดเปลี่ยนได้ (KYN28) หรือแบบคงที่ (HXGN) ตามความต้องการในการวางแผนการหยุดให้บริการ
• ประเมินสภาวะแวดล้อมแล้ว; เลือกใช้แบบฉนวนอากาศหรือแบบฉนวนก๊าซ (C-GIS) ตามข้อกำหนดด้านระดับการป้องกัน (IP) และการป้องกันการแทรกซึม
• ยืนยันอุณหภูมิแวดล้อมสูงสุดของสถานที่แล้ว; ดำเนินการตรวจสอบการลดกระแสไฟฟ้าที่ระบุไว้สำหรับสภาพอากาศร้อนจัดแล้ว
• ระบุข้อกำหนดการรับรองสำหรับตลาดแล้ว; ยืนยันเอกสารการรับรองตามมาตรฐาน GOST 15150, IEC หรือการอนุมัติจากหน่วยงานสาธารณูปโภคท้องถิ่นกับผู้จัดจำหน่ายแล้ว
• ยืนยันข้อกำหนดการจัดหมวดหมู่ความเสี่ยงจากประกายไฟฟ้า (arc flash) แล้ว; ตรวจสอบค่าการจัดอันดับ IAC ให้สอดคล้องกับมาตรฐานความปลอดภัยของสถานที่
• ระบุชนิดของรีเลย์ป้องกัน ชั้นความแม่นยำของ CT และแรงดันควบคุมไว้ตั้งแต่ขั้นตอนการสั่งซื้อแล้ว