ความรู้เกียวกับสถานีไฟฟ้าแรงสูง High Voltage Substation

               ส่วนประกอบต่างๆของสถานีไฟฟ้า 115KV.

เริ่มจากซ้ายมือ Take Off รับไฟ 115 KV. ผ่าน Disconnecting -> Lightning Arrester -> PT -> Circuit Breaker -> Powertransformer -> Control Builting->Risor Pole

1 115kV Equipment in Switchyard1.1 GIS 

1.2 Disconnecting Switch with ES
1.2 Disconnecting Switch without ES
1.3 Voltage Transformer
1.4 Current Transformer
1.5 Surge Arrester with counter
1.6 Power Transformer

2 MV Equipment2.1 22kV  Incoming Feeder
2.2 22kV  Dummy

3 115/22kV Control & Relay Panel3.1 Control & Relay Protection for INC.#1
3.2 Control & Relay Protection for TR.1

4 Service Station4.1 50 kVA 22/0.40 V Service Transformer
4.2 380/220 Vac Distribution Board
4.3 110 Vdc Battery & Charger
4.4 110 Vdc Distribution Board
4.5 4x400W Flood Lighting with Control Box

5 HV, MV, LV and Control Cable5.1 HV Cable AAC 1C-400 Sq.mm./Phase
5.2 MV Cable 2C-400 Sq.mm./Phase
5.3 MV Cable Termination (Indoor type)
5.4 LV Cable
5.5 Control Cable
5.6 Cable Ladder, Conduit & Fitting work
5.7 Al bus and fitting

6 Grounding System6.1 Copper Conductor 120 sq.mm. for Grid Under Ground
6.2 Thermo-welding joint
6.3 Copper Conductor 95 sq.mm. for Equipment grounding
6.4 Thermo-welding joint
6.5 12m. Concrete Pole with O/H Groung wire
6.6 Service Station Ground Bar

7 Steel Structure7.1 Take-off Column

7.2 Take-off Beam.
7.3 Circuit Breaker Support
7.4 Disconnecting Swith with Earthing Switch Support
7.5 Disconnecting Swith Support
7.6 Voltage Transformer Support
7.7 Current Transformer Support
7.8 Surge Arrester Support
7.9 VT Junction Box
7.10 CT Junction Box
7.11 Operating Platform

8 Civil & Construction Work8.1 Take-off Foundation
8.2 PT Foundation
8.3 HV-Switchgear Foundation .
8.4 Power Transformer Foundation

8.5 Control Building M&E and A/C system
8.6 Substation Wire-mesh Fence Height 2.0 m.
8.7 Power Cable Trench with steel plate

8.8 Control Cable Trench with steel plate

8.9 Service Transformer Foundation .
8.10 Crush rock #2

การสร้างสถานีไฟฟ้า 115 KV.ทั้งในโรงงาน และของทางการไฟฟ้าส่วนภูมิภาค อุปกรณ์หลักที่ใช้ติดตั้งส่วนใหญ่จะนำเข้ามาจากต่างประเทศ เช่น GIS , Protection Relay เป็นต้น มีเฉพาะบางอย่างเท่านั้นที่ทำได้ในเมืองไทย เช่น หม้อแปลง ลูกถ้วยต่างๆ เหตุผลคือเทคโนโลยีการผลิตของเรายังพัฒนาได้ไม่เท่ากับต่างประเทศ ราคาจะสูงพอสมควรเลยครับ

    อุปกรณ์ติดตั้ง ที่จะกล่าวถึง ดังนี้

  

 1.งานด้าน Incomming 115KV & Outgoing 22KV. 

 2.งานติดตั้งหม้อแปลง และ หม้อแปลง Service

 3.งานติดตั้งตู้ สวิทช์เกียร

 4.งานติดตั้งอุปกรณ์ในลานไก

 5.งานติดตั้งตู้ ควบคุม Relay

 6.งานติดตั้งระบบ SCADA  

 7.งานติดตั้งระบบดับเพลิง

InDoor Type.เป็นการติดตั้งในลักษณะอยู่ในอาคารทั้งหมด ป้องกันสัตว์ และเศษวัสดุปลิว พาดผ่านได้ดี

OutDoor Type ส่วนใหญ่นิยมแบบนี้กันเพราะราคาถูกกว่า แต่โอกาสเเกิด Fault สูงกว่า

Modura Substation หมายถึงสถานีไฟฟ้าชั่วคราว จุดต่อของอุปกรณ์ทุกจุดเป็นแบบ Plug In สามารถถอดเปลี่ยน ย้ายได้ง่าย ทาง PEA จะใช้ทดแทน ก่อนสร้างสถานีไฟฟ้าแบบถาวร

Incomming 115KV เป็นแบบ Outdoor รายละเอียดอุปกรณ์จะกล่าวถึงในครั้งหน้า

DuckBank. เป็นวิธีการการวางสายในท่อแล้วเทปูนหุ้มไว้ป้องกันการโดนกระแทก เป็นส่วนที่เชื่อมต่อระหว่าง Incomming กับ หม้อแปลง แต่บางครั้งอาจใช้เป็นเทนส์ก็ได้

วิธีการปิดช่องเพื่อป้องกันสัตว์เข้าไป หินก็เป็นส่วนหนึ่งในการป้องกันสัตว์ เพราะหินเวลาถูกแสงแดดจะร้อน และหินมีความคมต่อการเคลื่อนที่ของสัตว์

สายเคเบิ้ล เป็นจุดที่สำคัญ ที่ต้องคำนึงถึงเรื่องระยะสาย และวิธีการดึงสาย ถ้าอย่างใดอย่างหนึ่งผิดพลาด จะต้องเริ่มใหม่ทั้งหมด

     ส่วนที่เป็นสีขาว เป็นสีทนไฟทาเคลือบเพื่อป้องการสายไฟใหม้ กรณ๊ที่เกิดการระเบิด

     ยังมีเรื่องของการเรียงเฟสของสายที่จะกล่าวถึงครั้งต่อไปครับ 

 สรุปว่า จากการติดตั้งอุปกรณ์ Incomming รับไฟ 115 KV เข้าสู่ระบบแปลงไฟ ควบคุมด้วยระบบและอุปกรณ์ป้องกันต่างๆ สุดท้ายออกปลายทางเป็นไฟ 22KV เข้าสู่โรงงาน หรือหมู่บ้านต่างๆ โดยจะมีหม้อแปลงแรงดันจาก 22KV เป็น 220 V. อีกครั้งหนึ่ง เพื่อให้เราได้ใช้งานกับอุปกรณ์ไฟฟ้าต่อไป

       คำว่า Outgoing หรืออาจเรียกว่า Feeder หมายถึงเส้นทางที่ต้องส่งต่อไปใช้งาน ในแต่ละ Outgoing จะมีชุด Air Circuit Breaker (Switch Gear) อนุกรมด้วย เป็นส่วนสำคัญที่ต้องคำนึงถึงก่อนออกแบบ

      

       สิ่งที่ต้องคำนึงถึงในการติดตั้ง

       ระยะติดตั้งของเสา Risor Pole ประมาณ 1 เมตรต้องไม่มีวัสดุขวางการสับใบมีด ส่วนเรื่องแนวการติดตั้งใบมีดนั้นที่ทำมา ไม่เหมือนกันครับ บางทีเป็นแนวนอน บางทีเป็นแนวตั้ง หรือเอียง แล้วแต่ผู้ควบคุมงานครับต้องคุยกันให้ดี

       ความลึกของเสา Risor และการติดตั้งสายกาย์ การล๊อคสายด้วยตะกร้อร้อยสาย ระยะห่างระหว่างหัวเคเบิ้ลกับใบมีด

       เรื่องสุดท้ายคือ การทดสอบ Hipot Test หลักการจะต้องทดสอบถึงชุดล่อฟ้า และต้องทำ AC WithStand เป็นเวลา 24 ชม. ตามมาตราฐาน PEA 

 CT PT หม้อแปลงเครื่องมือวัด

หม้อแปลงเครื่องมือวัด (Instrument Transformer)
หม้อแปลงเครื่องมือวัด เป็นเครื่องสำเร็จ (Apparatus) ที่ใช้สำหรับแปลงแรงดันหรือกระแส เพื่อให้สามารถใช้ได้กับเครื่องวัดไฟฟ้าภายในพิสัยความถี่กำลัง โดยเครื่องวัดปกติ การขยายพิสัยวัดกระแสทำได้โดยใช้ชันต์ การขยายพิสัยวัดแรงดันทำโดยใช้ตัวต้านทานอนุกรม (ตัวคูณ) ซึ่งสามารถทำได้โดยสะดวก และพบเห็นทั่วไปในการวัดกระแสตรง อย่างไรก็ตาม วิธีนี้มีขีดจำกัดที่ค่ากระแสและแรงดันไม่สูงมาก เมื่อกระแสมีค่าสูงมากเกินไม่กี่ร้อยแอมแปร์ กำลังที่สูญเสียในชันต์จะมีค่ามากพอ นอกจากนั้นจะต้องคิดถึงการฉนวนเครื่องวัดให้พอเพียง ซึ่งเป็นเรื่องยากถ้ากระแสที่จะวัดอยู่ที่หลายร้อยหรือหลายพันโวลต์เหนือดิน ในกรณีที่ต้องวัดค่าที่มีพิสัยกว้างให้มีความถูกต้อง เป็นเรื่องที่ไม่เหมาะสมที่จะต้องมีเครื่องวัดที่สามารถวัดค่าพิสัยกว้างให้ถูกต้องทั้งหมด แต่โดยการลดกระแสหรือแรงดันค่าสูงลงมาด้วยอัตราส่วนที่รู้ค่า และถูกต้องหลายๆค่าโดยใช้หม้อแปลง และใช้เครื่องมือวัดที่สามารถวัดขนาดกระแสหรือแรงดันค่าไม่สูง แต่มีความถูกต้องมากวัดค่า จะสามารถได้พิสัยกว้าง โดยมีความถูกต้องตามต้องการแต่ประหยัดและปลอดภัย
เราสามารถแบ่งหม้อแปลงเครื่องมือวัดตามการใช้งานได้เป็นหม้อแปลงกระแส (Current Transformer (CT)) และหม้อแปลงแรงดัน (Potential Transformer (PT)) หม้อแปลงเครื่องมือวัดมีลักษณะเหมือนหม้อแปลงกำลังทั่วๆไป (สามารถใช้วงจรสมมูลของหม้อแปลงธรรมดาได้) แต่มีข้อพิเศษที่แตกต่างคือ
1. จำเป็นต้องรู้อัตราส่วนจำนวนรอบอย่างแน่นอน เนื่องจากค่าความผิดพลาดหนึ่งรอบใน 200 ถ้าพิจารณาในลักษณะหม้อแปลงกำลัง จะทำให้เกิดความแตกต่างของแรงดันน้อยมาก แต่ก็จะผิดพลาดมาก ถ้าพิจารณาในการนำไปใช้ด้านการวัด
2. แรงดันตกคร่อมในขดลวดจะต้องมีค่าต่ำที่สุด เพื่อหลีกเลี่ยงการเลื่อนเฟสหรือการเปลี่ยนอัตราส่วนการแปลง โดยการออกแบบหม้อแปลงให้มีค่ารีแอกแตนซ์รั่วซึมต่ำ และโดยใช้สายตัวนำ (ทองแดง) ให้มีขนาดโตกว่าที่ต้องการ ดังนั้นในกรณีหม้อแปลงกำลัง การโหลดจะถูกจำกัดโดยผลเนื่องจากความร้อน แต่การโหลดของหม้อแปลงเครื่องมือวัดจะถูกจำกัดโดยค่าความถูกต้อง
เราอาจแบ่งหม้อแปลงเครื่องมือวัดตามความถูกต้องออกได้เป็น 5 ชั้น คือ 0.1 0.2 0.5 1.0 และ 3.0 สามชั้นแรกใช้สำหรับการทดสอบหรืองานวัดละเอียด สองชั้นหลังจะใช้สำหรับการวัดทั่วไป

หม้อแปลงกระแส (Current Transformer (CT))

ในแอมมิเตอร์กระแสตรงแบบ Permanent Magnet Moving Coil (PMMC) เมื่อต้องการขยายพิสัยวัดจะทำโดยการใช้ชันต์เพื่อแบ่งกระแสที่ต้องการวัดระหว่างเครื่องวัดกับชันต์ วิธีนี้จะเหมาะสำหรับวงจรกระแสตรง แม้ว่าเมื่อกระแสเพิ่มมากขึ้น กำลังสูญเสียในชันต์จะมีค่ามาก ในวงจรกระแสสลับ การแบ่งกระแสจะไม่เพียงขึ้นกับความต้านทานของเครื่องวัดกับชันต์เท่านั้น แต่ยังขึ้นกับค่ารีแอกแตนซ์ของมันด้วย เพราะว่าการวัดกระแสสลับอาจกระทำในพิสยความถี่กว้าง ดังนั้นจะเป็นการยากที่จะได้ความถูกต้องสูง หม้อแปลงกระแสจะทำให้เกิดการขยายพิสัยที่ต้องการผ่านอัตราส่วนการแปลง และทำให้เกิดค่าที่อ่านเกือบจะเหมือนกัน โดยไม่คำนึงถึงค่าคงที่ (ความต้านทาน หรือรีแอกแตนซ์) หรือจำนวนของเครื่องวัด (ภายในขอบเขต) ที่ต่ออยู่ในวงจร
หลักการเบื้องต้นของ CT
กระแสโหลดที่ต้องการวัด จะไหลผ่านขอปฐมภูมิ ซึ่งอาจจะเป็นลวดตัวนำเส้นเดียว ถือว่าเป็นหนึ่งรอบทางปฐมภูมิ ขดลวดทุติยภูมิจะมีจำนวนรอบมากกว่า และจะต่อกับมาตรวัดกระแส ขดลวดของรีเลย์หรือขดลวดของวัตต์มิเตอร์ การทำงานของหม้อแปลงกระแสจะขึ้นอยู่กับสมดุลของค่าแอมแปร์-รอบที่สร้างขึ้น โดยขดปฐมภูมิและทุติยภูมิ ถ้าหม้อแปลงเป็นอุดมคติ คือ ไม่มีกระแสทำแม่เหล็ก (Magnetizing Current) หรือความสูญเสียในแกน จะได้ 

              คือ อัตราส่วนรอบของหม้อแปลงกระแสโดย

ปกติจะออกแบบให้ขดลวดทุติยภูมิจ่ายกระแสทุติยภูมิขนาด 5 A. แผ่นป้ายชื่อบนตัวจะกำหนดอัตราส่วนของหม้อแปลง เช่น 500:5 A. ค่านี้ไม่ใช่อัตราส่วนรอบ เพียงแต่แสดงว่า กระแสปฐมภูมิ 500 A. จะให้กระแสทุติยภูมิ 5 A. เพื่อต่ขดทุติยภูมิเข้ากับแอมมิเตอร์พิสัย 5 A. เพราะว่าโหลดในระบบจะกำหนดกระแสปฐมภูมิ กระแสทุติยภูมิจะสัมพันธ์กับกระแสปฐมภูมิ โดยอัตราส่วนรอบผกผัน (โดยประมาณ) ในการสร้าง จะต้องทำให้กระแสทำแม่เหล็ก ความสูญเสียในแกน และเส้นแรงรั่วซึมน้อยที่สุด เพื่อจะแน่ใจว่า อัตราส่วนกระแสปฐมภูมิต่อทุติยภูมิจริงๆ จะเข้าใกล้อัตราส่วนรอบผกผัน
จะมีความผิดพลาดที่สำคัญในหม้อแปลงกระแสคือ ความผิดพลาดของกระแส (หรืออัตราส่วน) กับความผิดพลาดมุมเฟส มีการนิยามความผิดพลาดกระแสหรืออัตราส่วน (Current or Ratio Error) ว่าเท่ากับ

คือ อัตราส่วนตามพิกัด 


คือ อัตราส่วนจริง 


ความผิดพลาดมุมเฟสคือ มุมเฟสระหว่างเวกเตอร์ของกระแสปฐมภูมิกับเวกเตอร์ของกระแสทุติยภูมิที่กลับทิศ สำหรับหม้อแปลงที่สมบูรณ์ ค่ามุมเฟสนี้จะเป็น 0
ค่าความผิดพลาดเหล่านี้ จะกำหนดโดยเทียบกับโหลดที่ต่ออยู่กับขดทุติยภูมิโดยเฉพาะค่าหนึ่ง เรียกโหลดนี้ว่า เบอร์เดน (Burden) ของหม้อแปลง และกำหนดเบอร์เดนนี้โดยกำลังปรากฏ (VA) ที่ใช้ไปในโหลดภายใต้ความถี่ และกระแสทุติยภูมิที่กำหนด และโดยตัวประกอบกำลัง (Power Factor) ของมัน

ข้อควรระวังในการใช้หม้อแปลงกระแส

จะต้องไม่เปิดวงจรทุติยภูมิของหม้อแปลงกระแสขณะที่มีกระแสไหลทางด้านปฐมภูมิ จำนวนแอมแปร์-รอบจะถูกทำให้คงที่โดยกระแสปฐมภูมิ และจะไม่ลดลงเมื่อทางทุติยภูมิเปิดวงจร การเปิดวงจรทางด้านทุติยภูมิจะลดแอมแปร์-รอบทางด้านทุติยภูมิเป็นศูนย์ ซึ่งจะไม่มีแรงเคลื่อนแม่เหล็กกลับไปต่อต้านแรงเคลื่อนแม่เหล็กจากแอมแปร์-รอบปฐมภูมิ และความหนาแน่นของเส้นแรงจะเพิ่มขึ้นจนกระทั่งแกนอิ่มตัว ผมที่ตามมาของการที่เส้นแรงอิ่มตัว จะกระทำต่อจำนวนรอบทางทุติยภูมิที่มีค่ามาก ทำให้แรงดันที่ถูกเหนี่ยวนำในขดลวดทุติยภูมิจะมีค่าสูง ซึ่งอาจเป็นอันตรายต่อผู้เปิดวงจรหรือทำความเสียหายต่อฉนวนของหม้อแปลง นอกจากนั้น จะเกิดความร้อนเนื่องจากความสูญเสียในแกนขณะที่มันอิ่มตัว อาจมากพอที่จะทำลายหม้อแปลงได้ หม้อแปลงกระแสที่ใช้งานจะมีหลายลักษณะ เช่น
-เครื่องวัดแบบ Clip-on เป็น CT แบบหนึ่ง โดยแกนเหล็กสามารถแยกออกจากกัน เพื่อให้สอดเข้าไปวัดสายตัวนำ (ทำให้สามารถวัดค่ากระแสโดยไม่จำเป็นต้องตัดวงจร)
-โพรบกระแส (Current Probe) ของออสซิลโลสโคปสำหรับใช้วัดกระแสสลับ จะทำงานในลักษณะเดียวกัน โดยมีแกนแยกจากกันที่ปลายของโพรบ

 

CT ที่ใช้ในห้องปฏิบัติการส่วนมาก จะมีลักษณะดังรูป คือจะมีรูตรงกลางให้สายตัวนำพันรอบ โดยทางปฐมภูมิจะมีหลายจุดแยก ทางด้านทุติยภูมิจะมีจำนวนรอบคงที่

หม้อแปลงแรงดัน (Potential Transformer(PT))

ในการส่งกำลังไฟฟ้าเพื่ออยู่อาศัยหรือเพื่ออุตสาหกรรม กำลังไฟฟ้าจะถูกส่งในรูปแรงดันสูงผ่านสายส่งซึ่งสูงเป็นร้อยกิโลโวลต์ เป็นการยากที่จะวัดค่าแรงดันสูงโดยตรงอย่างปลอดภัย เมื่อใช้หม้อแปลงแรงดันลดแรงดันลงให้มีขนาดที่สามารถใช้โวลต์มิเตอร์แรงดันต่ำที่มีความถูกต้องสูงวัด และสามารถคำนวณกลับเป็นแรงดันจริงได้ จะเห็นได้ว่า การใช้หม้อแปลงแรงดันจะช่วยขยายพิสัยของโวลต์มิเตอร์แรงดันต่ำที่มีอยู่ และทำหน้าที่แยกระบบการวัดออกจากสายส่งแรงดันสูง
ในการวัดจะใช้หม้อแปลงแรงดัน เพื่อลดแรงดันด้านปฐมภูมิของหม้อแปลงที่อาจสูงเป็นร้อยกิโลโวลต์ลง เหลือแรงดันทุติยภูมิมาตรฐาน 110, 120 V.

เป็นอัตราส่วนรอบของหม้อแปลงแรงดันที่กำหนด โดย

สำหรับหม้อแปลงในอุดมคติ อัตราส่วนของเวกเตอร์ Vp และ Vs จะเท่ากับอัตราส่วนรอบ และเวกเตอร์ Vp กับ Vs ที่กลับทิศจะต้องทับกันแต่ในทางปฏิบัติ ความผิดพลาดของหม้อแปลงแรงดันคือ
1. ความผิดพลาดแรงดันหรืออัตราส่วนร่วม (Voltage or Ratio Error) ซึ่งนิยามคือ

คือ อัตราส่วนแรงดันตามพิกัด


คือ อัตราส่วนแรงดันจริง


2. การเปลี่ยนตำแหน่งของเฟส (Phase Displacement) คือ การเปลี่ยนตำแหน่งของเฟสระหว่างแรงดันปฐมภูมิและทุติยภูมิ ค่านี้จะเป็นบวก ถ้าแรงดันทุติยภูมินำแรงดันปฐมภูมิที่ถูกกลับทิศ (180 องศา)  

หม้อแปลงเครื่องมือวัดแบบที่สามารถใช้งานอย่างกว้างขวาง จะต้องมีหลายจุดแยก (Tap) ซึ่งสามารถปรับมาใช้พิสัยวัดที่เราต้องการ และเกือบทุกแบบจะจำเพาะให้ใช้ความถี่ 50 หรือ 60 Hz. เราสามารถใช้หม้อแปลงแรงดันร่วมกับแหล่งกำเนิด และโหลดที่มีอิมพิแดนซ์สูง และในขณะที่ไม่สามารถหาหม้อแปลงที่มีอัตราส่วนที่เหมาะสมได้ เราสามารถใช้มากกว่าหนึ่งตัวต่ออนุกรมกัน

ในทางปฏิบัติ จะไม่ต่อด้านทุติยภูมิของหม้อแปลงแรงดันร่วมกับอิมพิแดนซ์ที่มีค่าอนันต์ แต่จะต่อกับเครื่องวัด (ซึ่งจะดึงกระแสจำนวนหนึ่ง) โหลดนี้คือเบอร์เดน (Burden) ของหม้อแปลง ซึ่งอยู่ในรูปโวลต์-แอมป์ของขดทุติยภูมิ การกำหนดจำเพาะสำหรับเบอร์เดนสูงสุดของหม้อแปลง จะแตกต่างกันตามลักษณะของโหลด โดยจะมีช่วงจากตั้งแต่ 12.5 ถึง 400 VA ถ้าหากเกินค่าเหล่านี้ ความถูกต้องของหม้อแปลงจะไม่อยู่ในค่ากำหนดจำเพาะที่ผู้ผลิตกำหนด

 

ตารางข้างต้นแสดงให้เห็นข้อกำหนดจำเพาะของ PT ความผิดพลาดของแรงดัน และการเลื่อนเฟสของ PT ที่พิกัดความถี่จะต้องไม่เกินค่าที่กำหนดในตาราง ที่ค่าแรงดันใดๆระหว่าง 80-120% ของพิกัดแรงดัน และโดยมีเบอร์เดนระหว่าง 25-100% ของพิกัดเบอร์เดน ที่ตัวประกอบกำลัง 0.8 (ตาม)

ในการต่อหม้อแปลงเครื่องมือวัด บริษัทผู้ผลิตจะทำเครื่องหมาย "+" หรือ . ไว้ที่ปลายด้านหนึ่งของทั้งขดลวดปฐมภูมิและทุติยภูมิของหม้อแปลง (หรืออาจกำกับด้วยคู่อักษร) เครื่องหมายที่ปลายนี้จะแสดงว่า เมื่อมีกระแสไหลเข้าสู่ขดปฐมภูมิทางด้านที่มีเครื่องหมายกำกับ กระแสจะออกจากขดทุติยภูมิทางด้านที่มีเครื่องหมายกำกับ

รูปข้างต้นแสดงการต่อหม้อแปลงกระแส (ขดทุติยภูมิต่อกับขดกระแสของวัตต์มิเตอร์) และหม้อแปลงแรงดัน (ขดทุติยภูมิต่อกับขดแรงดันของวัตต์มิเตอร์) ร่วมกับวัตต์มิเตอร์เพื่อวัดกำลัง

ข้อควรระวัง
1. ควรต่อลงดิน วงจรด้านทุติยภูมิของหม้อแปลงแรงดันและกระแส เพื่อเป็นการปกป้องผู้ปฏิบัติงานในกรณีมีการเสียสภาพฉับพลัน (Breakdown) ระหว่างขดลวดทั้งสอง การต่อลงดินด้านทุติยภูมิยังช่วยป้องกันความผิดพลาดเนื่องจากการสะสมประจุไฟฟ้าสถิตบนหม้อแปลง
2. เมื่อเราต้องการถอดเครื่องวัดออกจากขดทุติยภูมิของหม้อแปลงกระแส จะต้องตัดแหล่งกำเนิดออกก่อน หรือจะต้องต่อปลายทั้งสองของขดทุติยภูมิเข้าด้วยกัน เพื่อหลีกเลี่ยงการเหนี่ยวนำแรงดันค่ามากที่ขดทุติยภูมิ เนื่องจากการเปิดวงจร ซึ่งอาจทำให้เกิดอันตรายร้ายแรงได้
3. ความผิดพลาดอัตราส่วน จะมีนัยสำคัญในหม้อแปลงแรงดันและหม้อแปลงกระแส เมื่อเราใช้ในการวัดแรงดันหรือกระแส แต่เมื่อเราใช้หม้อแปลงแรงดันและกระแสในการขยายพิสัยของวัตต์มิเตอร์ ทั้งความผิดพลาด อัตราส่วน และความผิดพลาดมุมเฟสจะมีความสำคัญ

Switch gear

Switch gear จริงๆแล้วหมายถึงอุปกรณ์ เปิด-ปิด วงจรในระบบไฟฟ้านะครับ เช่น ฟิวส์ เบรคเกอร์ชนิดต่างๆ แบบนี้ก็คือสวิตซ์เกียร์ ทั้งนั้นครับ แต่ส่วนมากคำพูดที่ใช้คำว่า Switchgear นั้น ส่วนมากจะใช้กับตู้ไฟแรงสูงครับ จะเรียกว่า HV Switchgear หรือ MV Switchgear เป็นอุปกรณ์ลักษณะสวิตซ์ที่ทำการ เปิด-ปิด วงจรไฟฟ้า ซึ่งจะมีแบบหลายแบบ ผมจะเรียงแบบถูกที่สุดจดแพงที่สุดนะครับ
1) DS : Disconnecting Switch สวิตซ์ใบมีด เปิด-ปิด วงจร โดยจะต้องปิดโหลดก่อน
2) LBS : Load Break Switch สวิตซ์ใบมีด เปิด-ปิด วงจร โดยไม่ต้องปิดโหลดก่อน เพราะมีตัวดับอาร์ก
3) LBS w/Fuse : Load Break Switch with Fuse เป็นสวิตซ์เหมือนข้อ 2 แต่เพิ่ม Fuse เข้าไปเพื่อเพิ่มป้องกันกระแสเกินได้ด้วย
4) VCB : Vacuum Circuit Breaker เป็นเบรคเกอร์ที่ดับอาร์ก ด้วยสูญญากาศ
5) GCB : Gas Circuit Breaker เป็นเบรคเกอร์ที่ดับอาร์ก ด้วยก๊าซเฉื่อยที่เรียกว่า SF6

SF6 CB • ก็าซ SF6 ไดถูกนำมาใชเปนฉนวนและตัวดับอารกใน • ใชใน HV CB อยางไดผลมานานแลว และขณะนี ้ ไดมีการ นำมาใชในระดับแรงดัน MV ใน MVCB • CB แบบนี้ การตัดกระแสทำในChamber ซึ่งบรรจุ ก๊าซ SF6 การตัดกระแสจะเปนแบบ Soft Switching ทําใหได  Overvoltage ต่ำมากจึงเหมาะสําหรับการตัดตอวงจรมอเตอร หมอแปลง เปนตน

โครงสร้าง

สวิตช  เกียร  แรงดันปานกลางโดยทั่วๆ ไป จะประกอบดวย

1. กล่องห่อหุ้ม ( Enclosure ) เปนกลองโลหะใช ้ป องกันแรงกระแทกจาก ภายนอกและปองกันอันตรายที่อาจเกิดจากประกายไฟหากเกิดการ ลัดวงจรภายในกล่องห่อหุ้มในส่วนที่เป็นโลหะจะต้องมีการลงดิน

2. บ ั สบาร  ( Busbar ) เปนแทงโลหะ โดยทั่วไปเป็นแท่งทองแดง ทําหนาที่ นำกระแสภายในกลองห่อ หุ้มเพื่อมาจ่าย กระแสใหกับวงจรตางๆ บัสบาร์ต้องมีการติดตั้งอย่างมันคงเนื้องจากจากในสภาวะที่เกิดการลัง วงจรจะเกิด แรงกระชากขนาดมหาศาลขึ้นที่บัสบาร์

3. บริภัณฑ์ อืนๆ ที่มีในการป้องกัน ซึ่งอยู่กับแรงดันซึ่งผู้ออกแบบระบบไฟฟ้าต้องการ

4. บริภัญฑ์ อื่นๆๆที่ใช้ในการวัด เช่น ct vt  Ammeter , Voltmeter ฯลฯ

             Cubicle Switchgear

Cubicle Switchgear ม ี รูปปแบบโดยทั่วไปดังขอกําหนดตอไปนี ้ คือ

1. มีน ้อยกว่า3 Compartments

2. ถ้ามี Partition อาจเปนโลหะ ( Metallic ) หรือฉนวน ( Insulated )

3. Switching Device อาจเปนแบบติดถาวร ( Fixed ) หรือถอดออก ได ( Withdrawable )

          Compartmented Switchgear

สวิตซ์เกียร์แรงสูงแบบนี้มีข้อกำหนดคือ

1. มี 3 Compartment สําหรับ Switching Device , Busbar ,Connectors และ CTS

2. Partition และ Shutters ระหว  าง Compartment โดยทั่วไปจะ Insulated

3. ไมมี Insulated Bushing สําหรับผานจาก Compartment หนึ่ง ไป ยังอีก Compartment หนึ่ง

Metal - Clad Switchgear

1. มีอย่างน้อย 3 Compartments สําหรับ Switching Device ,Busbar , Connectors และ CTS

2. Partition ระหว่าง Compartment จะต้องเปนโลหะ

3. ช่องผ่านจาก Compartment หนึ่งไปยังอีก Compartment หนึ่ง จะต้องมี Insulated Bushing

           ริงเมนยุนิต ( Ring Main Units : RMU )

1. Switch Disconnector 400 A หรือ 630 A แรงดัน 24 kV

2. Fuse สําหรับปองกันหมอแปลง

3. CB พิกัดถึง 200 A พร  อม Protective Relay

4. Earthing Switch

สวิตช  เกียร  และ Busbar บรรจุอยู่ภายใน Housing ซึ่งบรรจุ

SF6 และปดผนึกเพื่อใชตลอดอายุการใชงาน ( Sealed For Life )

          การเลือกใช้งาน

การเลือก RMU นั้นจะต้องพิจารณาดังนี้

1. จำนวนช่องบริภัณฑ  ( Bays ) ซ ึ่ง RMU ตามปกติจะมี 3 ชอง

2. พิกัดแรงดัน 24 kV , BIL 125 kV

3. พิกัดกระแสSwitch 200 A , 400 A , 630 ACB 200 A

4. พิกัดกระแสลัดวงจร 16 kA หรือ 24 kA ที่ 24 kV

                รีเลย ปองกัน ( Protective Relays )

Protective Relays เปนบริภัณฑปองกันของระบบแรงดันปานกลางและระะบบแรงสูง

Protective Relays จะทําหนาที่่ ตรวจสอบสภาวะต่างๆ ของระบบไฟฟา เมื่อพบว่าเกิดการผิดพร่องขึ้น มันจะใหสัญญาณแก่เซอร์กิตเบรกเกอร  เพื่อตัดวงจรส่านั้นออก

รีเลย์จะทำงานที่ระดับกระแสแรงดันต่ำ โดย อาศัย  CT และ VT ในการแปลงระดับกระแสแรงดัน

                 Relays ที่มีอยู่สามารถแบ่งออกเป็น

1.Electromechanical Relays  รีเลย์ที่อาศัยกระแสไฟฟ้าสร้างแรงดึงดูหรือแรงบิดทิศทางแม่เหล็ก ทำให้เกิดการเคลื่อนที่ทางกลของหน้าสัมผัส รีเลย์ แบบนี้เป็นแบบเก่าแต่ก็ยังมีการใช้อยู่

2. Solid State Relays  เลย์แบบใหมที่นำบริภัณฑ  ทางอิเล็กทรอนิกส มาใชสรางวงจร จำลงการทำงานของ ง Electromechanical Relays ทำให้ไม่มีส่วนเคลื่อนที่จึงได้ซื่อว่า  Static Relays  รีเลย์ชนิดนี้มีความเชื่อถือได้สูง

3.Digital Relays ในปจจุบ ันไดมีการพัฒนา  Microprocessor  มาใชในการ ทำงานของรีเลย์ เรียกว่า Digital Relays

รีเลย์แบบนี้ทำงานได้หลายแบบ เช่นการป้องกัน ตรวจวัด  ควบคุม ติดต่อสื่อสาร และบันทึกผล               

           Relays  ที่นิยมใช้กันมาก

1. รีเลย์กระแสเกิน  ( Overcurrent Relay , Device No. 50 , 51 )

2. รีเลย์ป้องกันกระแสผิดพร่องลงดิน

3. รีเลย์ กระแสเกินแแบบมีทิศทาง ( Directional Overcurrent Relay , Device No. 67 )

4.  รี่เลย์ป้องกันกระแสผิดพร่องลงดินแบบมีทิศทาง  ( Directional Ground Fault Relay , Device No. 67N )

5. รีเลย์กำลังแบบมีทิศทาง  ( Directional Power Relay , Device No. 32 )

6. รีเลย์ต่างผล   ( Differential Relay , Device No. 87 )

7 .รีเลย์ ระยะทาง  ( Distance Relay , Device No. 21 )

8. รีเลย์แรงดันต่ำ  ( Under Voltage Relay , Device No. 27)

                อุปกรณ์ป้องกัน

1. เซอร์กิตเบรคเกอร์  (Circuit Breaker ,CB ) เป็นอุปกรณ์ป้องกันกระแสเกินพิกัด ติดตั้งสถานีควบคุมการจ่ายไฟ ทำงานด้วยมือ หรือรีเลย์ โดยรีเลย์กระแสเกินจะสั่งให้เซอร์กิตเบรคเกอร์เปิดวงจรโดยอัตโนมัติ และสั่งให้เซอร์กิตเบรคเกอร์ต่อวงจรโดยอัตโนมัติจนครบกำหนด ก็จะเปิดวงจรค้างไว้ ( Lock Out ) ตัวอย่างเซอร์กิตเบรตเกอร์ที่ใช้ได้แก่

1.1 เซอร์กิตเบรคเกอร์อากาศ ( Air Circuit Breaker ,  ACB )

1.2 เซอร์กิตเบรคเกอร์น้ำมัน  ( Oil Circuit Breaker ,  OCB )

1.3 เซอร์กิตเบรคเกอร์สุญญากาศ ( Vacuum Circuit Breaker )

1.4 เซอร์กิตเบรคเกอร์ก๊าซ (Gas- Filled Circuit Breaker,GCB)

2. รีโคลสเซอร์  (Recloser) เป็นอุปกรณ์ป้องกันกระแสเกินพิกัดทำงานโดยอัตโนมัติ เปิด-ปิดวงจรได้ เมื่อเกิดฟอลท์ โดยอัตโนมัติ เปิดวงจรได้สูงสุด 4 ครั้ง จึงเปิดวงจรค้างไว้

3. เซคชั่นนัลไลเซอร์  (Sectionalizer,Z) เป็นอุปกรณ์ป้องกันที่ทำงานร่วมกับรีโคลสเซอร์ ไม่สามารถตัดกระแสฟอลท์ได้ จะตัดเฉพาะกระแสโหลด

4. ฟิวส์คัทเอ้าท์  หรือ ดรอพเอ้าท์ฟิวส์คัทเอ้าท์ (Dropout  Fuse Cutout) หรือฟิวส์ตัดตอนแรงสูง (Power  Fuse) เป็นอุปกรณ์ป้องกันกระแสเกิน ที่มีราคาถูกที่สุด

อุปกรณ์ตัดตอน

ทำหน้าที่เชื่อมโยง หรือบายพาส ( By Pass) การจ่ายกระแสไฟฟ้าในระบบจำหน่ายแรงสูงออกเป็นช่วงๆ ประกอบด้วยอุปกรณ์ 3 ชนิด คือ

         1.   โหลดเบรคสวิตช์  (Load  Break  Switch) เป็นสวิตช์ตัดตอนที่สามารถปิด-เปิดวงจรได้ขณะที่มีโหลด แบ่งย่อยเป็น 4 แบบ คือ

ก.  ออยล์สวิตช์ (Oil Switch)

ข.   แวคคั่มสวิตช์  (Vacuum Switch)

ค.  โหลดอินเตอร์รัพเตอร์สวิตช์  (Load  Interrupter  Switch)

ง .  โหลดเบรคสวิตช์  SF6  (Load  Break  Switch  SF6)

         2.   แอร์เบรคสวิตช์ (Air  Break  Switch) เป็นสวิตช์ที่ออกแบบให้เปิดวงจรขณะไม่มีโหลด หรือใช้ตัด Charging Current ได้ไม่เกิน 10 A  ปิด-เปิดวงจรทีเดียว 3 เฟส

3. ดิสคอนเน็คติ้งสวิตช์  (Disconnecting  Switch) เป็นสวิตช์ใบมีดธรรมดา 1 ขา ปิด-เปิดวงจรทีละเฟส ขณะไม่มีโหลด

       Disconnecting Switch

บางครั้งเรียกสั้นๆ ว่า “ใบมีด” เป็นอุปกรณ์ตัดตอนที่ใช้ตัดหรือต่อวงจรไฟฟ้าขณะไม่มีกระแสไฟฟ้าไหล วัตถุประสงค์เพื่อใช้เป็นสะพานไฟฟ้าสำหรับแยกอุปกรณ์ที่ต้องการปลอดออกจากการจ่ายไฟฟ้าเพื่อทำงานซ่อมบำรุงรักษาอุปกรณ์นั้นอย่างปลอดภัย ใบมีดหรือสะพานไฟนี้จะใช้ตัดหรือต่อวงจรไฟฟ้าขณะไม่มีกระแสไฟฟ้าเท่านั้น เพระไม่มีอุปกรณ์ดับประกายไฟฟ้าที่เกิดขึ้นขณะตัดหรือต่อวงจรไฟฟ้า เพราะการตัดต่อวงจรไฟฟ้าขณะที่มีกระแสไฟฟ้าโดยผิดพลาด จะทำให้ใบมีดชำรุดเสียหายและอาจเป็นอันตรายแก่ผู้ปฏิบัติงานได้

Switch/Disconnecting Switch

สวิตซ์แบบอากาศ มีลักษณะเป็นลูกถ้วยตั้งสองต้นยืนอยู่ห่างกัน รองรับใบมีดหรือสะพานไฟที่สับจากลูกถ้วยหนึ่ง ไปยังอีกลูกถ้วยหนึ่ง ในแนวตั้งหรือแนวนอนแล้วแต่ชนิดของใบมีด ส่วนที่ควบคุมการปลดหรือสับใบมีดจะต้องเป็นแบบด้วยมือ หรือใช้มอเตอร์ไฟฟ้า ในบางครั้งจะมีใบมีดสำหรับสับลงดินเพื่อการต่อลงดินของอุปกรณ์หรือสายส่งไฟเพื่อการปฏิบัติงานด้วย เรียกว่า ใบมีดกราวด์ ภายในสถานีไฟฟ้าสวิตซ์แบบอากาศจะมีอุปกรณ์ป้องกันการสับใบมีดผิดพลาดไว้ป้องกันการลับใบมีดกราวด์ขณะที่มีกระแสไฟฟ้าจ่ายอยู่หรือมีการสับใบมีดขณะที่ใบมีดกราวด์ยังลับอยู่เรียกว่า อุปกรณ์ยืดระหว่างกัน แต่การปลดหรือสับใบมีดขณะที่เบรกเกอร์อยู่ในสภาพลับอยู่เป็นเรื่องที่ผู้ปฏิบัติงานต้องระวังเพราะถ้าใบมีดเป็นแบบด้วยมือจะไม่สามารถทำยึดระหว่างกันได้
แบบใบมีดสับขึ้นลง เรียกว่า สวิตซ์ตัดในแนวดิ่ง ส่วนที่ใบมีดอยู่ในแนวนอนหมุนอยู่ตรงกลางมีจุดสับอยู่ทั้ง 2 ข้าง และ แบบที่มีใบมีดอยู่สองข้างสับเข้าหากันตรงกลาง นอกจากนี้ ยังมีอีกชนิดหนึ่ง มีลักษณะเป็นก้ามปูสับขึ้นข้างบน แต่ถ้ามีลักษณะเป็นก้ามปูครึ่งเดียวสับขึ้นข้างบน แล้วแต่จะเลือกใช้ตามความนิยมและสภาพของการออกแบบ

• ชุดฟิวส์กำลัง

เป็นอุปกรณ์ตัดตอนประเภทหนึ่งที่ใช้ป้องกันอุปกรณ์จากกระแสเกินโดยวิธีตัดขาดหรือหลอมละลายของลายสายฟิวส์หรือกระบอกฟิวส์ การทำงานไม่มีความซับซ้อน และทำงานได้ถูกต้องไม่ผิดพลาดส่วนใหญ่จะใช้ในการป้องกันหม้อแปลงขนาดเล็กภายในสถานีไฟฟ้า ชุดฟิวส์กำลังมีลักษณะคล้ายๆใบมีดแต่ตัวใบมีดจะขากหรือหลอมละลายหลุดจากกัน ไม่สามารถนำมาใช้อีก ต้องเปลี่ยนกระบอกหรือสายฟิวส์ใหม่เหมือนกับฟิวส์ที่ใช้ภายในบ้าน

           (Lightning Arrester)

พิกัดแรงดันมาตรฐานของอะเรสเตอร์ตาม IEC 60099 กำหนดค่าไว้ดังนี้
0.175, 0.28, 0.5, 0.66, 3, 4.5, 6, 7.5, 9, 10.5, 12, 15, 18, 21, 24, 27, 30, 33, 36, 39, 42, 51,54, 60, 75, 84, 96, 102, 108, 120, 126, 138, 150, 174, 186, 198 kV

พิกัดแรงดันอะเรสเตอร์ที่การไฟฟ้าใช้อยู่ในระดับแรงดันจำหน่าย
เช่น
กฟน. ระดับแรงดัน 9 kV ใช้อะเรสเตอร์พิกัด 12 kV rms
กฟน. ระดับแรงดัน 24 kV ใช้อะเรสเตอร์พิกัด 21 kV rms
กฟภ. ระดับแรงดัน 22 kV ใช้อะเรสเตอร์พิกัด 21 kV rms
กฟภ. ระดับแรงดัน 33 kV ใช้อะเรสเตอร์พิกัด 30 kV rms

           การเลือกพิกัดแรงดันของอะเรสเตอร์ เช่น ที่ระดับแรงดัน 12 kV (กฟน.) ใช้อะเรสเตอร์พิกัด 9 kV นั้นมีค่าแรงดันสูงกว่าแรงดันของระบบ

9/(12/1.732)= 1.3 จะเห็นว่าพิกัดแรงดันอะเรสเตอร์มีค่าสูงกว่าแรงดันระบบไฟฟ้า 30% margin

การเลือกพิกัดแรงดันของอะเรสเตอร์ เช่น ที่ระดับแรงดัน 24 kV (กฟน.) ใช้อะเรสเตอร์พิกัด 21 kV นั้นมีค่าแรงดันสูงกว่าแรงดันระบบ
21/(24/1.732)= 1.52 จะเห็นว่าพิกัดแรงดันอะเรสเตอร์มีค่าสูงกว่าแรงดันระบบไฟฟ้า 52% margin
-----------------------------------------
การเลือกพิกัดแรงดันของอะเรสเตอร์ เช่น ที่ระดับแรงดัน 22 kV (กฟภ.) ใช้อะเรสเตอร์พิกัด 21 kV นั้นมีค่าแรงดันสูงกว่าแรงดันระบบ
21/(22/1.732)= 1.65 จะเห็นว่าพิกัดแรงดันอะเรสเตอร์มีค่าสูงกว่าแรงดันระบบไฟฟ้า 65% margin
-----------------------------------------
การเลือกพิกัดแรงดันของอะเรสเตอร์ เช่น ที่ระดับแรงดัน 33 kV (กฟภ.) ใช้อะเรสเตอร์พิกัด 30 kV นั้นมีค่าแรงดันสูงกว่าแรงดันระบบ
30/(33/1.732)= 1.57 จะเห็นว่าพิกัดแรงดันอะเรสเตอร์มีค่าสูงกว่าแรงดันระบบไฟฟ้า 57% margin
-----------------------------------------

คำถาม ทำไมพิกัดแรงดันอะเรสเตอร์ต้องมีค่าสูงกว่าแรงดันระบบที่ใช้ถึง 30 – 57% ที่เป็นเช่นนี้เพราะอะเรสเตอร์ต้องไม่ทำงานที่แรงดันเกินแบบชั่วคราว (Temporary Overvoltage) เช่น การปลดโหลดอาจทำให้แรงดันปลายทางของสายส่งยาวๆอาจมีค่าสูงกว่าต้นทาง และถ้าอะเรสเตอร์ทำงานเนื่องจากแรงดันเกินดังกล่าว ก็ทำให้อะเรสเตอร์เสียหายได้ เพราะแรงดันที่เกิดขึ้นอาจเป็นนาที ชั่วโมง และทำให้อะเรสเตอร์ทำงานตลอดเวลาหลายนาที หรือชั่วโมง

ดังนั้นการเลือกพิกัดแรงดันของอะเรสเตอร์เพื่อใช้งานในระบบ ต้องให้มีพิกัดที่แรงดันเกินแบบชั่วคราวไม่สามารถทำให้อะเรสเตอร์ทำงานได้