คำจำกัดความ ส่วนประกอบ และการใช้งานสำหรับสวิตช์เกียร์ฉนวนแก๊ส

สวิตช์เกียร์หุ้มฉนวนแก๊ส (GIS) เป็นอุปกรณ์ไฟฟ้าที่ใช้ก๊าซ เช่น ซัลเฟอร์เฮกซาฟลูออไรด์ (SF6) เพื่อเป็นฉนวนและปกป้องส่วนต่างๆ ของระบบไฟฟ้า ประกอบด้วยช่องต่างๆ ที่ปิดล้อมด้วยโลหะซึ่งมีเบรกเกอร์วงจร อุปกรณ์ตัดการเชื่อมต่อ บัสบาร์ หม้อแปลงไฟฟ้า สวิตซ์สายดิน อุปกรณ์ป้องกันไฟกระชาก และส่วนประกอบอื่นๆ GIS ถูกใช้เป็นส่วนใหญ่เพื่อวัตถุประสงค์ด้านแรงดันไฟฟ้าปานกลางและสูง โดยเฉพาะอย่างยิ่งในสถานการณ์ที่พื้นที่ถูกจำกัดและความน่าเชื่อถือถือเป็นสิ่งสำคัญ

บทความนี้จะอธิบาย GIS รวมถึงคุณประโยชน์ ข้อเสีย และการใช้งาน นอกจากนี้ เราจะเปรียบเทียบ GIS กับ AIS ซึ่งเป็นสวิตช์เกียร์รูปแบบดั้งเดิมที่ใช้อากาศเป็นฉนวน

สวิตช์เกียร์ฉนวนแก๊สคืออะไร?

A สวิตช์เกียร์หุ้มฉนวนแก๊ส(GIS) มีลักษณะเป็นสวิตช์เกียร์หุ้มด้วยโลหะซึ่งใช้แก๊ส เช่น SF6 เป็นฉนวนหลักระหว่างชิ้นส่วนที่ใช้งานอยู่และตัวเรือนโลหะที่ต่อสายดิน ก๊าซมีความเป็นฉนวนที่เหนือกว่า ความเสถียรทางความร้อน และความสามารถในการดับเพลิงส่วนโค้งที่น่าประทับใจ

ส่วนประกอบหลักของ GIS คือ:

เบรกเกอร์วงจร:อุปกรณ์เหล่านี้ได้รับการออกแบบมาเพื่อตัดกระแสไฟฟ้าในวงจรเมื่อเกิดปัญหา พวกเขาใช้สุญญากาศหรือ SF6 เป็นสื่อกลางในการหยุดชะงัก โดยเลือกตามแรงดันไฟฟ้าและวัตถุประสงค์ของวงจร

ตัวตัดการเชื่อมต่อ:อุปกรณ์เหล่านี้มีความสามารถในการแยกส่วนเฉพาะของวงจรออกจากส่วนอื่นๆ ของระบบ ทำให้สามารถบำรุงรักษาหรือทดสอบได้โดยไม่กระทบต่อทั้งระบบ พวกเขาใช้ SF6 เป็นสื่อฉนวนและสามารถควบคุมได้ด้วยตนเองหรือจากระยะไกล

บาร์รถบัส:ตัวนำเหล่านี้เชื่อมโยงส่วนต่างๆ ของระบบไฟฟ้า เช่น เครื่องกำเนิดไฟฟ้า หม้อแปลง และเครื่องป้อน พวกเขาใช้ SF6 เป็นฉนวนและตั้งค่าเป็นแบบสามเฟส

หม้อแปลงไฟฟ้า:อุปกรณ์เหล่านี้สามารถปรับระดับแรงดันไฟฟ้าของวงจรไฟฟ้าได้โดยใช้ SF6 เป็นสื่อฉนวน สามารถจำแนกได้ว่าเป็นหม้อแปลงไฟฟ้ากำลังหรือหม้อแปลงเครื่องมือซึ่งรวมถึงหม้อแปลงกระแสหรือหม้อแปลงแรงดันไฟฟ้า

สวิตช์สายดิน:อุปกรณ์เหล่านี้ใช้เพื่อความปลอดภัยและการต่อสายดินโดยการเชื่อมต่อส่วนหนึ่งของวงจรเข้ากับสายดิน พวกเขาใช้ SF6 เป็นสื่อฉนวนและสามารถควบคุมได้ด้วยตนเองหรือจากระยะไกล

อุปกรณ์ป้องกันไฟกระชาก:อุปกรณ์เหล่านี้ได้รับการออกแบบมาเพื่อปกป้องวงจรจากแรงดันไฟกระชากที่เกิดจากฟ้าผ่าหรือเหตุการณ์สวิตช์ พวกเขาใช้ SF6 เป็นวัสดุฉนวนและสามารถจำแนกได้เป็นสองประเภท: วาริสเตอร์ออกไซด์ของโลหะ (MOV) หรือช่องว่างประกายไฟ

ส่วนประกอบต่างๆ อยู่ภายในกล่องโลหะที่บรรจุก๊าซ SF6 ที่ความดันเฉพาะ เคสแบ่งออกเป็นส่วนที่ปิดสนิทหลายส่วน โดยคั่นด้วยฉากกั้นแบบกันแก๊ส ส่วนต่างๆ เชื่อมโยงกันด้วยท่อแก๊สและวาล์วที่ช่วยควบคุมการไหลของแก๊สและแรงดัน

กล่องหุ้มมาพร้อมกับเซ็นเซอร์ จอภาพ ตัวบ่งชี้ สัญญาณเตือนภัย และอุปกรณ์ควบคุมเพื่อรับประกันการทำงานที่ปลอดภัยและมีประสิทธิภาพของ GIS ตู้สามารถติดตั้งได้ทั้งภายในและภายนอก ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับสภาพแวดล้อมและความต้องการในการออกแบบ

สวิตช์เกียร์หุ้มฉนวนแก๊สทำงานอย่างไร?

หลักการสำคัญของการดำเนินงาน GIS คือการใช้ก๊าซ SF6 เป็นฉนวนและเครื่องดับเพลิงแบบอาร์ค ก๊าซ SF6 มีข้อดีหลายประการเหนืออากาศในฐานะตัวกลางฉนวน

◆　มีความเป็นฉนวนสูงกว่าอากาศ ซึ่งหมายความว่าสามารถทนต่อแรงดันไฟฟ้าที่สูงกว่าได้โดยไม่พังทลาย

◆　มีน้ำหนักโมเลกุลต่ำกว่าอากาศ ซึ่งหมายความว่ามีค่าการนำความร้อนสูงกว่าและสามารถกระจายความร้อนได้อย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้น

◆　มีอิเล็กโตรเนกาติวีตี้สูงกว่าอากาศ ซึ่งหมายความว่าสามารถจับอิเล็กตรอนอิสระได้อย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้นและลดการแตกตัวเป็นไอออนในส่วนโค้ง

คุณสมบัติเหล่านี้ทำให้ก๊าซ SF6 เหมาะสำหรับการใช้งาน GIS ซึ่งมีพื้นที่จำกัดและความน่าเชื่อถือถือเป็นสิ่งสำคัญ

สามารถอธิบายการทำงานของ GIS ได้โดยใช้ตัวอย่างของเบรกเกอร์สามเฟส ภายใต้สภาวะปกติ หน้าสัมผัสของเบรกเกอร์จะปิด และกระแสจะไหลผ่าน เมื่อเกิดข้อผิดพลาดในวงจร เช่น ไฟฟ้าลัดวงจร หรือโอเวอร์โหลด หน้าสัมผัสจะแยกออกจากกัน และเกิดส่วนโค้งระหว่างกัน

ส่วนโค้งประกอบด้วยก๊าซไอออไนซ์ซึ่งนำไฟฟ้า ส่วนโค้งจะสร้างความร้อนและแรงดันซึ่งอาจทำให้หน้าสัมผัสและส่วนประกอบอื่นๆ เสียหายได้ เพื่อป้องกันสิ่งนี้ ต้องดับส่วนโค้งโดยเร็วที่สุด

กระบวนการสูญพันธุ์ส่วนโค้งใน GIS เกี่ยวข้องกับกลไกสองประการ: การหยุดชะงักเนื่องจากความร้อนและการหยุดชะงักของอิเล็กทริก

การหยุดชะงักเนื่องจากความร้อน:กระบวนการนี้ขึ้นอยู่กับการลดอุณหภูมิของอาร์กไฟฟ้าโดยการถ่ายเทความร้อนไปยังก๊าซที่อยู่ใกล้เคียง เมื่อส่วนโค้งเย็นลง ความต้านทานจะเพิ่มขึ้น ส่งผลให้กระแสไฟฟ้าลดลงจนกระทั่งถึงศูนย์ที่จุดตัดกันของกระแสไฟฟ้าตามธรรมชาติ เมื่อสิ่งนี้เกิดขึ้น ส่วนโค้งจะถูกดับลง

การหยุดชะงักของอิเล็กทริก:ระบบนี้ขึ้นอยู่กับการเพิ่มความสามารถของก๊าซในการต้านทานการสลายทางไฟฟ้าโดยการกำจัดอนุภาคที่แตกตัวเป็นไอออนในเส้นทางของอาร์คไฟฟ้า เมื่อส่วนโค้งหยุด ก๊าซ SF6 จะเข้าสู่อวกาศและจับอิเล็กตรอนที่ไม่ถูกผูกไว้ ทำให้เกิดโมเลกุลที่ไม่มีประจุซึ่งไม่สามารถนำพากระแสไฟฟ้าได้ ความสามารถของแก๊สในการต้านทานการสลายจะกลับคืนสู่ภาวะปกติอย่างรวดเร็ว และหยุดส่วนโค้งไม่ให้ลุกไหม้

หลังจากที่ส่วนโค้งดับลง หน้าสัมผัสจะปิดอีกครั้ง และวงจรกลับคืนมา ระบบการจัดการก๊าซจะตรวจสอบและควบคุมแรงดันก๊าซ SF6 และยังรับประกันคุณภาพก๊าซและการตรวจจับการรั่วไหลอีกด้วย

การใช้งานสวิตช์เกียร์แบบหุ้มฉนวนแก๊ส

GIS ถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในการใช้งานต่างๆ เนื่องจากมีขนาดกะทัดรัด ความน่าเชื่อถือ และความต้องการการบำรุงรักษาต่ำ การใช้งานทั่วไปบางประการของ GIS ได้แก่:

เขตเมืองหรือเขตอุตสาหกรรม:GIS เหมาะสำหรับพื้นที่ในเมืองหรืออุตสาหกรรมที่พื้นที่ขาดแคลนและมีระดับมลพิษสูง GIS สามารถติดตั้งในอาคารหรือกลางแจ้ง บนหลังคา ใต้ดิน หรือแพลตฟอร์มนอกชายฝั่ง โดยไม่ส่งผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมหรือความสวยงาม

การผลิตและส่งกำลังไฟฟ้า:GIS ใช้เพื่อเชื่อมต่อโรงไฟฟ้าเข้ากับโครงข่ายไฟฟ้า เช่นเดียวกับการส่งและกระจายพลังงานในระยะทางไกลและระดับแรงดันไฟฟ้าที่แตกต่างกัน GIS สามารถรองรับกระแสและแรงดันไฟฟ้าสูงได้ พร้อมทั้งมีฟังก์ชันการป้องกันและการควบคุมสำหรับระบบไฟฟ้า

การบูรณาการพลังงานทดแทน:GIS ใช้เพื่อรวมแหล่งพลังงานหมุนเวียน เช่น ฟาร์มกังหันลมหรือโรงไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์ เข้ากับโครงข่ายไฟฟ้า GIS สามารถให้การเชื่อมต่อที่ยืดหยุ่นและเชื่อถือได้ รวมถึงการควบคุมแรงดันไฟฟ้าและความถี่สำหรับการผลิตไฟฟ้าที่ไม่ต่อเนื่อง

รถไฟและรถไฟใต้ดิน:GIS ใช้เพื่อจ่ายพลังงานให้กับทางรถไฟและรถไฟใต้ดิน รวมถึงควบคุมและปกป้องระบบไฟฟ้าของพวกเขา GIS สามารถลดการสูญเสียและปรับปรุงประสิทธิภาพ พร้อมทั้งมอบความปลอดภัยและความน่าเชื่อถือให้กับผู้โดยสารและผู้ปฏิบัติงาน

ศูนย์ข้อมูลและโรงงาน:GIS ใช้เพื่อจ่ายพลังงานให้กับศูนย์ข้อมูลและโรงงาน ซึ่งพลังงานคุณภาพสูงและต่อเนื่องเป็นสิ่งสำคัญสำหรับการดำเนินงาน GIS สามารถให้ความพร้อมใช้งานสูง ความซ้ำซ้อน และความทนทานต่อข้อผิดพลาด ตลอดจนลดการรบกวนทางแม่เหล็กไฟฟ้าและฮาร์โมนิค

การเปรียบเทียบสวิตช์เกียร์แบบหุ้มฉนวนแก๊สกับสวิตช์เกียร์แบบหุ้มฉนวนอากาศ

สวิตช์เกียร์หุ้มฉนวนแก๊ส (GIS) มีข้อดีหลายประการเหนือสวิตช์เกียร์แบบหุ้มฉนวนอากาศ (AIS) ซึ่งเป็นสวิตช์เกียร์แบบธรรมดาที่ใช้อากาศเป็นสื่อกลางของฉนวน ข้อดีบางประการของ GIS คือ:

ประหยัดพื้นที่:ระบบสารสนเทศเชิงพื้นที่ (GIS) สามารถลดความต้องการเชิงพื้นที่ของสถานีย่อยลงได้อย่างมาก โดยลดขนาดพื้นที่ลงได้มากถึง 90% เมื่อเปรียบเทียบกับสวิตช์เกียร์ฉนวนอากาศ (AIS) การลดลงอย่างน่าทึ่งนี้เกิดขึ้นได้เนื่องจาก GIS สามารถตั้งอยู่ภายในอาคารเดี่ยวหรือหลายชั้นหรือฝังไว้ใต้ดินได้ ดังนั้นจึงไม่จำเป็นต้องมีพื้นที่เปิดโล่งที่กว้างขวางซึ่งปกติแล้ว AIS จะต้องใช้ในการติดตั้งและบำรุงรักษา

ความปลอดภัย:เทคโนโลยีระบบสารสนเทศทางภูมิศาสตร์ (GIS) สามารถปรับปรุงความปลอดภัยของบุคลากรและอุปกรณ์ได้อย่างมาก โดยการกำจัดความเสี่ยงที่เกี่ยวข้องกับชิ้นส่วนที่มีไฟฟ้าและอันตรายจากอาร์กแฟลช นอกจากนี้ GIS ยังลดโอกาสที่จะเกิดเพลิงไหม้ การระเบิด หรือมลภาวะต่อสิ่งแวดล้อม เนื่องจากมีก๊าซ SF6 อยู่ในตู้ที่ปลอดภัยและป้องกันการรั่วซึม

ความน่าเชื่อถือ:ระบบสารสนเทศภูมิศาสตร์ (GIS) สามารถเพิ่มความน่าเชื่อถือของแหล่งจ่ายไฟโดยการลดจำนวนส่วนประกอบที่สามารถเคลื่อนย้ายและการเชื่อมต่อที่อาจเสื่อมสภาพหรือทำงานผิดปกติได้ นอกจากนี้ GIS ยังมีอายุการใช้งานที่ยาวนานกว่าเมื่อเปรียบเทียบกับระบบระบุตัวตนอัตโนมัติ (AIS) เนื่องจากมีความอ่อนไหวน้อยกว่าต่ออิทธิพลของสภาพแวดล้อม เช่น ความชื้น ฝุ่น การกัดกร่อน หรือมลพิษ

การซ่อมบำรุง:การใช้ GIS สามารถลดค่าใช้จ่ายในการบำรุงรักษาและลดเวลาหยุดทำงานให้เหลือน้อยที่สุด เนื่องจากต้องการการบำรุงรักษาและการตรวจสอบตามปกติน้อยกว่าเมื่อเปรียบเทียบกับ AIS GIS มาพร้อมกับความสามารถในการวินิจฉัยตนเองที่สามารถระบุปัญหาและแจ้งให้ผู้ปฏิบัติงานทราบก่อนที่จะบานปลาย

อย่างไรก็ตาม GIS ก็มีข้อเสียเมื่อเปรียบเทียบกับ AIS โดยเฉพาะในแง่ของต้นทุน GIS มีราคาแพงกว่า AIS ในแง่ของต้นทุนล่วงหน้าและค่าใช้จ่ายในการดำเนินงานต่อเนื่อง เนื่องจากความต้องการเทคโนโลยีและวัสดุขั้นสูงมากขึ้น ควบคู่ไปกับมาตรฐานคุณภาพและกระบวนการทดสอบที่เข้มงวดยิ่งขึ้น

ความซับซ้อน:GIS แสดงให้เห็นถึงความซับซ้อนในการออกแบบและการใช้งานในระดับที่สูงกว่าเมื่อเปรียบเทียบกับ AIS เนื่องจากความต้องการการประสานงานและการบูรณาการที่เพิ่มขึ้นระหว่างส่วนประกอบและระบบต่างๆ รวมถึงการจัดการก๊าซ การป้องกัน การควบคุม การสื่อสาร และอื่นๆ

มีจำหน่าย:GIS อาจไม่สามารถเข้าถึงได้เหมือน AIS เสมอไป โดยเฉพาะอย่างยิ่งในสถานการณ์ที่เกิดข้อผิดพลาดภายในส่วนต่างๆ ซึ่งส่งผลกระทบต่อองค์ประกอบหลายอย่าง เนื่องจากโดยทั่วไปแล้ว GIS ต้องใช้เวลาและทรัพยากรอย่างกว้างขวางมากขึ้นในการระบุและแก้ไขข้อผิดพลาดเมื่อเปรียบเทียบกับ AIS ด้วยเหตุนี้ การตัดสินใจว่าจะเลือกใช้ GIS หรือ AIS ขึ้นอยู่กับปัจจัยหลายประการ รวมถึงสภาพของสถานที่ ข้อกำหนดทางเทคนิค ข้อพิจารณาด้านเศรษฐกิจ และความชอบส่วนบุคคล

ประเภทและรุ่นของสวิตช์เกียร์หุ้มฉนวนแก๊ส

สวิตช์เกียร์ฉนวนแก๊สมีหลายประเภทและหลายรุ่นจากผู้ผลิตหลายราย ประเภททั่วไปบางประเภท ได้แก่:

GIS เฟสแยก:ในประเภทนี้ แต่ละเฟสของวงจรจะประกอบแยกกันในช่องของมัน ประเภทนี้ต้องการพื้นที่มากกว่า GIS ประเภทอื่น แต่จะป้องกันข้อผิดพลาดแบบเฟสต่อเฟส

GIS สามเฟสแบบบูรณาการ:ในประเภทนี้วงจรทั้งสามเฟสจะประกอบอยู่ในช่องเดียว ประเภทนี้ลดความต้องการพื้นที่ลงหนึ่งในสามเมื่อเทียบกับ GIS เฟสแยก

GIS ไฮบริด:ในประเภทนี้จะใช้การรวมกันของเฟสแยกและองค์ประกอบสามเฟส ประเภทนี้ให้ความสมดุลระหว่างการประหยัดพื้นที่และการป้องกันข้อผิดพลาด

GIS ขนาดกะทัดรัด:ในประเภทนี้ องค์ประกอบการทำงานมากกว่าหนึ่งรายการจะถูกห่อหุ้มไว้ในช่องเดียว ตัวอย่างเช่น สามารถรวมเซอร์กิตเบรกเกอร์ ตัวตัดการเชื่อมต่อ และหม้อแปลงกระแสไว้ในโมดูลเดียวได้ ประเภทนี้ลดความต้องการพื้นที่ลงอีกเมื่อเปรียบเทียบกับ GIS ประเภทอื่น

ระบบบูรณาการสูง (HIS):ในประเภทนี้ อุปกรณ์สถานีย่อยทั้งหมดถูกห่อหุ้มไว้ด้วยกันในตู้เดียว ประเภทนี้มอบโซลูชันที่สมบูรณ์สำหรับสถานีย่อยภายนอกอาคารในยูนิตเดียว โดยไม่จำเป็นต้องเชื่อมต่อภายนอกและลดเวลาในการติดตั้ง

บทสรุป.

สวิตช์เกียร์หุ้มฉนวนแก๊สเป็นอุปกรณ์ไฟฟ้าประเภทหนึ่งที่ใช้แก๊ส เช่น SF6 เป็นฉนวนหลักและตัวกลางดับเพลิง ประกอบด้วยช่องที่ปิดด้วยโลหะซึ่งบรรจุส่วนประกอบต่างๆ ของระบบไฟฟ้า เช่น เซอร์กิตเบรกเกอร์ อุปกรณ์ตัดการเชื่อมต่อ บัสบาร์ หม้อแปลงไฟฟ้า สวิตช์กราวด์ อุปกรณ์ป้องกันไฟกระชาก ฯลฯ

GIS มีข้อได้เปรียบเหนือสวิตช์เกียร์แบบหุ้มฉนวนอากาศหลายประการ เช่น ประหยัดพื้นที่ ความปลอดภัย ความน่าเชื่อถือ และการบำรุงรักษาต่ำ อย่างไรก็ตาม GIS ยังมีข้อเสียอยู่บ้าง เช่น ต้นทุนสูง ความซับซ้อน และความพร้อมใช้งานต่ำกว่าในบางกรณี

GIS ถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในการใช้งานต่างๆ เช่น พื้นที่ในเมืองหรืออุตสาหกรรม การผลิตและส่งพลังงาน การบูรณาการพลังงานทดแทน ทางรถไฟและรถไฟใต้ดิน ศูนย์ข้อมูล และโรงงาน ขึ้นอยู่กับระดับแรงดันไฟฟ้าและข้อกำหนดการออกแบบ GIS ประเภทและรุ่นต่างๆ มีจำหน่ายจากผู้ผลิตหลายราย

GIS เป็นเทคโนโลยีที่ทันสมัยและขั้นสูงที่สามารถนำเสนอโซลูชั่นที่มีประสิทธิภาพและเชื่อถือได้สำหรับระบบไฟฟ้า อย่างไรก็ตาม สิ่งสำคัญคือต้องเข้าใจคุณลักษณะ ข้อดี ข้อเสีย และการใช้งานก่อนเลือกประเภทของสวิตช์เกียร์สำหรับโครงการเฉพาะ