จะเลือกอุปกรณ์สวิตช์เกียร์แรงดันกลาง (MV Switchgear) ที่น่าเชื่อถือสำหรับระบบไฟฟ้าอุตสาหกรรมได้อย่างไร?

อุปกรณ์สวิตช์เกียร์ระดับแรงดันกลาง (MV) คืออะไร และเหตุใดจึงมีความสำคัญต่อระบบไฟฟ้า

อุปกรณ์สวิตช์เกียร์ระดับแรงดันกลาง (Medium Voltage: MV) ทำหน้าที่ควบคุมและป้องกันวงจรไฟฟ้าในช่วงแรงดัน 600 โวลต์ ถึง 69 กิโลโวลต์ — ซึ่งเป็นโครงสร้างพื้นฐานที่สำคัญยิ่งต่อระบบโครงข่ายไฟฟ้าสมัยใหม่ อุปกรณ์นี้สามารถแยกส่วนที่เกิดข้อผิดพลาดออกได้ภายในไม่กี่มิลลิวินาที จึงป้องกันไม่ให้เกิดความล้มเหลวแบบลูกโซ่ทั่วทั้งโครงข่าย ทั้งนี้ จากข้อมูลของสถาบันโปเนมอน (Ponemon Institute, 2023) พบว่า ค่าเสียหายจากภาวะไฟฟ้าดับโดยไม่ได้วางแผนไว้เฉลี่ยสูงกว่า 740,000 ดอลลาร์สหรัฐต่อชั่วโมงในสถานประกอบการอุตสาหกรรม ดังนั้น ความสามารถในการตัดข้อผิดพลาดอย่างรวดเร็วจึงมีความจำเป็นอย่างยิ่ง

อุปกรณ์สวิตช์เกียร์ระดับแรงดันกลาง (MV switchgear) ทำให้การจ่ายไฟฟ้าในเครือข่ายเมือง โรงงานอุตสาหกรรม และโครงการพลังงานหมุนเวียนเป็นไปอย่างปลอดภัยและเชื่อถือได้ ฟังก์ชันการป้องกันของอุปกรณ์นี้ช่วยปกป้องหม้อแปลงไฟฟ้า สายเคเบิล และสินทรัพย์ที่อยู่ด้านหลังจากรูปแบบความเสียหายต่าง ๆ ที่เกิดขึ้นระหว่างเหตุการณ์แรงดันกระชากหรือลัดวงจร — ลดความเสี่ยงจากเพลิงไหม้ ความเสียหายต่ออุปกรณ์ และเวลาหยุดทำงานเป็นเวลานาน

เทคโนโลยีนี้ยังสนับสนุนการผสานรวมแหล่งพลังงานหมุนเวียน โดยทำหน้าที่ปรับเสถียรค่าพลังงานขาเข้าที่แปรผันจากฟาร์มพลังงานแสงอาทิตย์และฟาร์มพลังงานลม ก่อนส่งเข้าสู่ระบบโครงข่ายไฟฟ้า ขณะที่ความต้องการพลังงานเพิ่มสูงขึ้นและการลดการปล่อยคาร์บอนเร่งตัว อุปกรณ์สวิตช์เกียร์ระดับแรงดันกลางที่มีความแข็งแกร่งจึงกลายเป็นสิ่งจำเป็นอย่างยิ่งในการรักษาสมดุลระหว่างความน่าเชื่อถือ ความปลอดภัย และประสิทธิภาพในการดำเนินงาน ท่ามกลางโครงข่ายไฟฟ้าที่กำลังเปลี่ยนแปลงอย่างต่อเนื่อง

ประเภทหลักของอุปกรณ์สวิตช์เกียร์ระดับแรงดันกลาง: แบบฉนวนอากาศ (Air-Insulated) เทียบกับแบบฉนวนก๊าซ (Gas-Insulated) เทียบกับแบบฉนวนของแข็ง (Solid-Insulated)

อุปกรณ์สวิตช์เกียร์แรงดันกลางมีสามรูปแบบหลัก แต่ละแบบใช้เทคโนโลยีฉนวนที่แตกต่างกันและมีข้อได้เปรียบในการปฏิบัติงานที่ไม่เหมือนกัน การเลือกประเภทที่เหมาะสมที่สุดขึ้นอยู่กับข้อจำกัดด้านพื้นที่ ปัจจัยด้านสิ่งแวดล้อม และความต้องการด้านความน่าเชื่อถือ ซึ่งส่งผลโดยตรงต่อความปลอดภัยและความสามารถในการฟื้นตัวของระบบ

ลักษณะและกรณีการใช้งานของอุปกรณ์สวิตช์เกียร์ที่ใช้อากาศเป็นฉนวน (AIS)

อุปกรณ์สวิตช์เกียร์ที่ใช้อากาศเป็นฉนวน (Air insulated switchgear) อาศัยอากาศทั่วไปเป็นวัสดุฉนวนหลัก ซึ่งหมายความว่าการติดตั้งมักจะทำได้ง่ายกว่า และต้นทุนเริ่มต้นค่อนข้างต่ำเมื่อเทียบกับทางเลือกอื่นๆ ระบบดังกล่าวจำเป็นต้องมีระยะห่างระหว่างส่วนประกอบที่มีไฟฟ้าไหลผ่านมากกว่า เนื่องจากหลักการทำงานของมัน ดังนั้นการจัดวางแบบนี้จึงเหมาะสมในสถานที่ที่มีพื้นที่เพียงพอ เช่น สถานีไฟฟ้าย่อยกลางแจ้งขนาดใหญ่ หรือโรงงานอุตสาหกรรมขนาดใหญ่ที่มีพื้นที่กว้างขวาง แม้ว่าการเข้าถึงจุดที่ต้องบำรุงรักษาจะไม่ยากเลย แต่ผู้ปฏิบัติงานควรทราบว่า ความชื้น ฝุ่นที่สะสม และการสัมผัสกับสารเคมีรุนแรง อาจส่งผลเสียต่อประสิทธิภาพของระบบอย่างมากเมื่อเวลาผ่านไป นี่คือเหตุผลที่การเลือกสถานที่ติดตั้งอย่างเหมาะสมมีความสำคัญอย่างยิ่งต่อความน่าเชื่อถือของระบบในระยะยาว

ข้อได้เปรียบของอุปกรณ์สวิตช์เกียร์ที่ใช้ก๊าซเป็นฉนวน (Gas-Insulated Switchgear: GIS) ในสภาพแวดล้อมที่มีข้อจำกัดด้านพื้นที่

อุปกรณ์ตัด-ต่อวงจรแบบฉนวนก๊าซ (Gas Insulated Switchgear: GIS) ใช้ก๊าซซัลเฟอร์เฮกซาฟลูออไรด์ (SF6) เป็นสื่อฉนวน ซึ่งช่วยให้ระบบเหล่านี้มีขนาดเล็กลงประมาณ 70% เมื่อเทียบกับอุปกรณ์ตัด-ต่อวงจรแบบฉนวนอากาศแบบดั้งเดิม (Air Insulated Switchgear: AIS) ขนาดที่ลดลงทำให้ GIS มีความเหมาะสมอย่างยิ่งในสถานที่ที่มีพื้นที่จำกัด เช่น สถานีไฟฟ้าย่อยใจกลางเมือง อาคารสูง งานติดตั้งใต้ดิน และแม้แต่ในเหมืองลึก สิ่งที่ทำให้ก๊าซ SF6 มีประสิทธิภาพสูงมากคือคุณสมบัติเป็นฉนวนไฟฟ้าที่โดดเด่น ซึ่งช่วยป้องกันการเกิดอาร์กไฟฟ้าและรักษาเสถียรภาพของระบบภายใต้ภาระงานหนัก อย่างไรก็ตาม ก็มีข้อควรระวังอยู่ด้วย เนื่องจากก๊าซ SF6 เป็นก๊าซเรือนกระจกที่มีศักยภาพสูง การจัดการกับก๊าซชนิดนี้จึงจำเป็นต้องผ่านการฝึกอบรมเฉพาะทางและปฏิบัติตามกฎระเบียบด้านสิ่งแวดล้อมอย่างเคร่งครัด ปัจจุบัน บริษัทหลายแห่งจึงจัดตั้งทีมงานเฉพาะเพื่อดำเนินการจัดการอุปกรณ์ประเภทนี้อย่างปลอดภัย

อุปกรณ์ตัด-ต่อวงจรแบบฉนวนแข็ง (Solid-Insulated Switchgear: SIS) เพื่อความปลอดภัยและแนวทางการพัฒนาที่ยั่งยืนยิ่งขึ้น

เทคโนโลยี SIS หุ้มตัวนำด้วยเรซินอีพอกซีหรือยางซิลิโคน ซึ่งช่วยกำจัดก๊าซ SF6 ที่เป็นอันตรายและก๊าซเรือนกระจกชนิดฟลูออรีนอื่นๆ ออกไป ผลที่ได้ในทางปฏิบัติคือ น้ำไม่สามารถซึมเข้าไปภายในได้ ไม่มีการกัดกร่อนเกิดขึ้น และไม่มีสิ่งใดปนเปื้อนระบบ ผลลัพธ์ที่ได้คือ การทำงานที่เชื่อถือได้แม้จะติดตั้งใกล้ชายฝั่ง หรือในภูมิอากาศแบบเขตร้อน หรือในพื้นที่ใดๆ ก็ตามที่ระดับความชื้นสูงอยู่เสมอ เนื่องจากเทคโนโลยีนี้ต้องการการบำรุงรักษาเพียงเล็กน้อย และไม่ไวต่อฝุ่นหรือเศษสิ่งสกปรกที่อาจมาสะสมบนตัวอุปกรณ์ บริษัทต่างๆ จึงหันมาใช้โซลูชัน SIS มากขึ้นเรื่อยๆ สำหรับโครงการฟาร์มพลังงานแสงอาทิตย์ สถานีชาร์จรถยนต์ไฟฟ้า (EV) และโครงสร้างพื้นฐานทุกประเภทที่ต้องคำนึงถึงคุณสมบัติด้านสิ่งแวดล้อมอย่างจริงจังในปัจจุบัน

สถานการณ์การใช้งานหลักของอุปกรณ์สวิตช์เกียร์ระดับแรงดันกลาง (MV Switchgear) ข้ามอุตสาหกรรมต่างๆ

อุปกรณ์สวิตช์เกียร์ระดับแรงดันกลาง (MV switchgear) ทำหน้าที่เป็นโครงสร้างพื้นฐานสำคัญด้านความปลอดภัยและเชื่อถือได้ของระบบไฟฟ้าในภาคโครงสร้างพื้นฐานที่สำคัญ—โดยถูกติดตั้งใช้งานในสถานที่ที่ความต่อเนื่องในการดำเนินงานเป็นสิ่งที่ไม่อาจยอมให้หยุดชะงักได้

สถานีไฟฟ้าย่อยของบริษัทผู้ให้บริการสาธารณูปโภคและการเชื่อมต่อกับระบบสายส่งไฟฟ้า

ในเครือข่ายระบบส่งและจ่ายไฟฟ้า อุปกรณ์สวิตช์เกียร์ระดับแรงดันกลางทำหน้าที่ควบคุมการไหลของกำลังไฟฟ้า แยกส่วนที่เกิดข้อบกพร่องในช่วงที่เกิดเหตุขัดข้อง และรักษาเสถียรภาพของแรงดันไฟฟ้าสำหรับผู้บริโภคหลายล้านราย หน่วยควบคุมวงจรแบบแหวน (Ring Main Units: RMUs) ถูกนำมาใช้อย่างแพร่หลายในระบบจ่ายไฟฟ้าในเขตเมือง เพื่อให้สามารถจ่ายไฟฟ้าแบบแบ่งส่วนได้ พร้อมทั้งมีระบบสำ dựรองในตัวและใช้พื้นที่น้อยที่สุด

โรงงานอุตสาหกรรมที่ต้องการความน่าเชื่อถือสูงและการจัดการข้อบกพร่องอย่างมีประสิทธิภาพ

โรงงาน โรงกลั่นน้ำมัน และศูนย์ข้อมูลขนาดใหญ่ ล้วนพึ่งพาอุปกรณ์สวิตช์เกียร์แรงดันกลางในการปกป้องอุปกรณ์ราคาแพงของตนและรักษาความปลอดภัยให้กับพนักงาน ระบบเหล่านี้ทำหน้าที่เป็นระบบป้องกันสำหรับมอเตอร์ ไดรฟ์อุตสาหกรรม และแผงควบคุมกระบวนการที่สำคัญ เพื่อป้องกันการกระชากของพลังงานอย่างฉับพลันและวงจรลัดที่อาจก่อให้เกิดความเสียหายต่ออุปกรณ์ เมื่อเกิดปัญหากับแหล่งจ่ายไฟหลัก อุปกรณ์เปลี่ยนแหล่งจ่ายไฟอัตโนมัติ (ATS) จะเข้ามาทำหน้าที่เพื่อให้การดำเนินงานไม่หยุดชะงัก โดยช่วยให้สถานประกอบการสามารถเปลี่ยนไปใช้เครื่องกำเนิดไฟฟ้าสำรองได้อัตโนมัติโดยไม่กระทบต่อการผลิต จึงเป็นเหตุผลที่ผู้จัดการโรงงานจำนวนมากมองว่าการติดตั้ง ATS เป็นสิ่งจำเป็นสำหรับการวางแผนความต่อเนื่องทางธุรกิจ

การผสานรวมพลังงานหมุนเวียน (ฟาร์มกังหันลม/ฟาร์มโซลาร์เซลล์)

ทั้งระบบติดตั้งพลังงานแสงอาทิตย์และฟาร์มกังหันลมต่างก็พึ่งพาอุปกรณ์สวิตช์เกียร์แรงดันกลาง (MV switchgear) ในการทำหน้าที่สำคัญต่าง ๆ เช่น การซิงค์กับระบบไฟฟ้าหลัก การลดฮาร์โมนิกส์ และการรักษาระดับแรงดันให้อยู่ในเกณฑ์ที่เหมาะสม สำหรับโครงการกังหันลมนอกชายฝั่ง อุปกรณ์สวิตช์เกียร์แบบฉนวนก๊าซ (GIS) ได้กลายเป็นตัวเลือกอันดับหนึ่ง เนื่องจากระบบเหล่านี้ใช้พื้นที่น้อยกว่า ทนต่อความเสียหายจากน้ำเค็มได้ดี และไม่จำเป็นต้องบำรุงรักษาอย่างสม่ำเสมอ ซึ่งถือเป็นข้อได้เปรียบอย่างมากเมื่อช่างเทคนิคต้องเดินทางออกไปซ่อมแซมในทะเล ส่วนการดำเนินงานพลังงานแสงอาทิตย์บนบก อุปกรณ์สวิตช์เกียร์แบบฉนวนแข็ง (SIS) กำลังได้รับความนิยมเพิ่มขึ้น เนื่องจากมีคุณสมบัติด้านสิ่งแวดล้อมที่เป็นมิตร ใช้งานได้นานขึ้น และสามารถทำงานได้โดยไม่จำเป็นต้องตรวจสอบอย่างต่อเนื่อง ผู้ประกอบการหลายคนมองว่าคุณสมบัตินี้น่าสนใจเป็นพิเศษ เพราะสถานีพลังงานแสงอาทิตย์ที่ตั้งอยู่ห่างไกลมักขาดทีมบำรุงรักษาที่พร้อมให้บริการในพื้นที่

วิธีการเลือกอุปกรณ์ MV Switchgear ที่เหมาะสม: ปัจจัยเชิงเทคนิคและปฏิบัติการที่สำคัญ

ค่าแรงดันที่ระบุ, ความสามารถในการทนกระแสลัดวงจร, และข้อกำหนดด้านภาระงานของการเปิด-ปิด

เมื่อเลือกอุปกรณ์สวิตช์เกียร์แรงดันกลาง ให้เริ่มต้นด้วยการจับคู่ข้อกำหนดทางเทคนิคให้สอดคล้องกับความต้องการที่แท้จริงของสถานที่ติดตั้ง โดยตรวจสอบว่าค่าแรงดันที่ระบุสามารถรองรับทั้งภาวะการใช้งานปกติและภาวะสูงสุดได้หรือไม่ ปัจจุบันการติดตั้งในภาคอุตสาหกรรมส่วนใหญ่ทำงานอยู่ในช่วงแรงดัน 3.3 กิโลโวลต์ ถึงประมาณ 36 กิโลโวลต์ อุปกรณ์ดังกล่าวต้องสามารถทนต่อภาวะลัดวงจรได้ด้วย หากไม่สามารถรองรับกระแสลัดวงจรที่ตำแหน่งนั้นๆ ได้ จะส่งผลให้เกิดปัญหาอย่างรุนแรงในอนาคตทั้งในด้านความปลอดภัยและต้นทุน โปรดพิจารณาความถี่ในการเปิด-ปิดอุปกรณ์ ตัวตัดวงจรแบบสุญญากาศ (Vacuum breakers) มักให้ประสิทธิภาพที่ดีกว่าในกรณีที่มีการเปิด-ปิดบ่อยครั้ง เช่น สำหรับธนาคารตัวเก็บประจุ (capacitor banks) อย่างไรก็ตาม หน่วยที่ใช้ก๊าซ SF6 ยังคงมีบทบาทสำคัญในกรณีที่การเปิด-ปิดเกิดขึ้นไม่บ่อย แต่ต้องการความสามารถในการตัดกระแสไฟฟ้าที่มีกำลังสูงมาก ระบบสำคัญ เช่น สวิตช์เปลี่ยนแหล่งจ่ายไฟอัตโนมัติ (automatic transfer switches) หรือสายส่งไฟฟ้าสำรองฉุกเฉิน จำเป็นต้องได้รับการพิจารณาเป็นพิเศษ โปรดตรวจสอบให้มั่นใจว่าค่าความสามารถในการตัดกระแส (interrupting ratings) ของอุปกรณ์เหล่านี้สอดคล้องกับค่ากระแสลัดวงจรสูงสุดที่อาจเกิดขึ้นจริง ตามข้อกำหนดมาตรฐาน IEC 62271-100

การวิเคราะห์สภาวะแวดล้อม ความต้องการในการบำรุงรักษา และต้นทุนตลอดอายุการใช้งาน

ความทนทานของอุปกรณ์ต่อสภาวะแวดล้อมมีผลโดยตรงต่ออายุการใช้งาน ความปลอดภัยในการปฏิบัติงาน และค่าใช้จ่ายที่เกิดขึ้นตลอดระยะเวลาการใช้งาน เมื่อพิจารณาสภาพแวดล้อมที่แตกต่างกัน ปัจจัยต่าง ๆ เช่น อุณหภูมิสุดขั้ว ระดับความชื้น อากาศเค็มบริเวณชายฝั่ง การสะสมของฝุ่น และสารเคมี ล้วนมีความสำคัญ มาตรฐาน IEC 62271 ช่วยจัดหมวดหมู่ความเสี่ยงเหล่านี้ สำหรับการติดตั้งภายในอาคารส่วนใหญ่ จะต้องมีค่าการป้องกันอย่างน้อย IP2X แต่เมื่ออุปกรณ์ถูกติดตั้งภายนอกอาคารหรือในบริเวณใกล้เคียงกับน้ำทะเล ค่าการป้องกัน IP54 หรือสูงกว่านั้นจะกลายเป็นสิ่งจำเป็น ความต้องการในการบำรุงรักษาแต่ละประเภทของระบบก็แตกต่างกันมากเช่นกัน ระบบที่ใช้อุปกรณ์ฉนวนอากาศ (AIS) โดยทั่วไปต้องตรวจสอบทุกสามเดือน พร้อมทั้งทำความสะอาดเป็นประจำ ส่วนระบบที่ใช้อุปกรณ์ฉนวนก๊าซ (GIS) ต้องอาศัยบุคลากรเฉพาะทางที่มีความรู้ด้านการจัดการก๊าซและการตรวจจับการรั่วไหล ขณะที่ระบบที่ใช้อุปกรณ์ฉนวนของแข็ง (SIS) มีความโดดเด่นตรงที่ต้องการการดูแลรักษาน้อยกว่ามาก โดยลดปริมาณงานบำรุงรักษาตามแผนลงได้ประมาณ 40% เมื่อเปรียบเทียบกับระบบ AIS

ดำเนินการวิเคราะห์ต้นทุนตลอดวงจรชีวิตอย่างรอบด้าน โดยพิจารณาปัจจัยต่อไปนี้:

ให้ความสำคัญกับการออกแบบแบบโมดูลาร์และสามารถปรับขนาดได้ เพื่อรองรับการเติบโตของโหลดในอนาคตหรือการอัปเกรดเทคโนโลยี — หลีกเลี่ยงการเปลี่ยนแปลงระบบโดยสมบูรณ์เมื่อขยายกำลังการผลิตหรือผสานฟังก์ชันการตรวจสอบแบบดิจิทัล

คำถามที่พบบ่อย

หน้าที่หลักของสวิตช์เกียร์แรงดันกลาง (MV switchgear) คืออะไร?

สวิตช์เกียร์แรงดันกลาง (MV switchgear) ทำหน้าที่ควบคุมและป้องกันวงจรไฟฟ้า โดยแยกส่วนที่เกิดข้อบกพร่องออกภายในไม่กี่มิลลิวินาที เพื่อป้องกันความล้มเหลวและรับประกันการจ่ายพลังงานอย่างปลอดภัยและเชื่อถือได้

สวิตช์เกียร์แรงดันกลาง (MV switchgear) ผสานเข้ากับแหล่งพลังงานหมุนเวียนได้อย่างไร?

สวิตช์เกียร์แรงดันกลาง (MV switchgear) ทำหน้าที่คงเสถียรกระแสไฟฟ้าที่แปรผันจากฟาร์มพลังงานแสงอาทิตย์และฟาร์มพลังงานลม ก่อนส่งเข้าสู่ระบบสายส่ง เพื่อสนับสนุนการผสานพลังงานหมุนเวียน ขณะเดียวกันก็รักษาประสิทธิภาพในการปฏิบัติงาน

ปัจจัยใดบ้างที่ควรพิจารณาเมื่อเลือกสวิตช์เกียร์แรงดันกลาง (MV switchgear)?

พิจารณาค่าแรงดันที่กำหนด ความสามารถในการทนต่อภาวะลัดวงจร สภาพแวดล้อม ความต้องการในการบำรุงรักษา และต้นทุนตลอดอายุการใช้งานเมื่อเลือกอุปกรณ์สวิตช์เกียร์ระดับแรงดันกลาง (MV switchgear)

ข้อดีของการใช้อุปกรณ์สวิตช์เกียร์ที่มีฉนวนแข็งคืออะไร

อุปกรณ์สวิตช์เกียร์ที่มีฉนวนแข็งมอบความปลอดภัยและประสิทธิภาพด้านความยั่งยืนที่เหนือกว่า โดยการกำจัดก๊าซ SF6 ให้ความต้านทานต่อสภาพอากาศ และต้องการการบำรุงรักษาน้อย