สวิตช์เกียร์แบบฉนวนก๊าซ (GIS) คืออะไร?

อุปกรณ์สวิตช์เกียร์แบบฉนวนก๊าซ (GIS)เป็นอุปกรณ์สวิตช์ไฟฟ้าขนาดกะทัดรัดที่หุ้มด้วยโลหะ

ชิ้นส่วนนำไฟฟ้าหลักทั้งหมดถูกปิดผนึกไว้ภายในสภาพแวดล้อมที่มีแรงดันและเต็มไปด้วยก๊าซฉนวน รูปลักษณ์แตกต่างจากสวิตช์เกียร์แบบฉนวนอากาศ (AIS) แบบดั้งเดิมมาก เนื่องจากมีขนาดเล็ก เทคโนโลยีนี้สามารถลดขนาดของสถานีไฟฟ้าย่อยได้มากถึง 90% เมื่อเทียบกับ AIS แบบดั้งเดิม

ก๊าซฉนวนหลักที่ใช้กันมาแต่เดิมคือ ซัลเฟอร์เฮกซาฟลูออไรด์ (SF₆) อย่างไรก็ตาม ปัจจุบันอุตสาหกรรมกำลังก้าวไปสู่ตัวเลือกที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมมากขึ้นอย่างรวดเร็ว ไม่ว่าจะเป็นก๊าซชนิดใดก็ตาม อุปกรณ์สวิตช์เกียร์แบบฉนวนก๊าซสามารถทำหน้าที่พื้นฐานที่จำเป็นในระบบไฟฟ้าทุกระบบได้:

• เพื่อควบคุมการไหลของพลังงาน
• เพื่อป้องกันอุปกรณ์ไฟฟ้าจากความผิดพลาด
• เพื่อแยกวงจรไฟฟ้าสำหรับการบำรุงรักษา

ระบบสารสนเทศภูมิศาสตร์ (GIS) ทำงานอย่างไร

ในที่นี้ เราจะมาดูบทบาทสำคัญสองประการของก๊าซฉนวนในการทำให้สวิตช์เกียร์แบบใช้ก๊าซฉนวนมีประสิทธิภาพสูง ได้แก่ การเป็นฉนวนและการดับประกายไฟ

ความแข็งแรงทางไฟฟ้าที่เหนือกว่า

ความแข็งแรงทางไดอิเล็กทริก คือ ความสามารถของวัสดุในการทนต่อแรงดันไฟฟ้าโดยไม่เกิดความเสียหาย

ก๊าซฉนวนที่ใช้ในระบบ GIS ซึ่งโดยทั่วไปคือ SF₆ มีคุณสมบัติเป็นอิเล็กโทรเนกาทีฟสูง หมายความว่ามันสามารถดักจับอิเล็กตรอนอิสระได้ง่าย ซึ่งหากไม่ดักจับไว้ก็อาจก่อให้เกิดการปล่อยประจุไฟฟ้าได้

คุณสมบัตินี้ เมื่อรวมกับการเพิ่มแรงดันภายในตัวเครื่อง จะทำให้ได้คุณสมบัติทางไดอิเล็กทริกที่เหนือกว่าของก๊าซ SF₆.

มันทำหน้าที่เป็นฉนวนได้ดีกว่าอากาศมาก ดังนั้นจึงสามารถวางชิ้นส่วนนำไฟฟ้าไว้ใกล้กันได้มากขึ้นอย่างปลอดภัย

การควบคุมประกายไฟฟ้าระหว่างปฏิกิริยา

เมื่อเบรกเกอร์วงจรต้องหยุดกระแสไฟฟ้าลัดวงจร มันจะสร้างประกายไฟไฟฟ้าที่มีกำลังสูง ก๊าซฉนวนมีบทบาทสำคัญในการดับประกายไฟนี้ กระบวนการทำงานเป็นดังนี้:

1. การตรวจจับข้อผิดพลาด:รีเลย์ป้องกันของระบบจะตรวจจับกระแสเกินหรือไฟฟ้าลัดวงจร และส่งสัญญาณให้เบรกเกอร์ตัดวงจร
2. การแยกสัมผัส:เมื่อหน้าสัมผัสเชิงกลของเบรกเกอร์แยกออกจากกัน ประกายไฟจะก่อตัวขึ้นระหว่างหน้าสัมผัสเหล่านั้น
3. การระเบิดแก๊ส:กลไกภายในตัวตัดวงจรจะส่งก๊าซฉนวนแรงดันสูงเข้าไปในเส้นทางของประกายไฟโดยตรง
4. การระบายความร้อนและการดับความร้อนด้วยอาร์ค:ก๊าซจะช่วยลดอุณหภูมิของประกายไฟอย่างรวดเร็วและดูดซับพลังงานความร้อน คุณสมบัติที่เป็นอิเล็กโทรเนกาทีฟของก๊าซจะช่วยนำอนุภาคไอออนกลับมารวมกัน ทำให้ประกายไฟดับลงและกระแสไฟฟ้าหยุดไหล
5. การแยกระบบ:ขณะนี้วงจรถูกตัดกระแสไฟและเปิดออกอย่างปลอดภัยแล้ว

โซลูชันแรงดันปานกลาง

อุปกรณ์สวิตช์เกียร์แบบฉนวนก๊าซ (YRM6-12/24)

• ดีไซน์แบบปิดสนิททุกส่วน:ถังแก๊สสแตนเลสบรรจุ SF6 เพื่อการแยกสภาพแวดล้อมอย่างสมบูรณ์
• ขนาดกะทัดรัด:ดีไซน์แบบโมดูลาร์พร้อมส่วนต่อขยายด้านบน เหมาะอย่างยิ่งสำหรับโครงการที่มีพื้นที่จำกัด
• ความน่าเชื่อถือสูงสุด:ประสิทธิภาพการทำงานที่เสถียรในสภาพแวดล้อมที่มีความสูงระดับน้ำทะเลสูง ความชื้นสูง และการกัดกร่อน
• การปฏิบัติตามกฎระเบียบ:ออกแบบมาเพื่อให้ตรงตามมาตรฐานสากล IEC สำหรับความเสถียรของกระแสไฟฟ้าในระยะยาว

เรียนรู้เพิ่มเติม →

ภายในพื้นที่ GIS

สวิตช์เกียร์แบบฉนวนก๊าซเป็นระบบโมดูลาร์ที่มีการบูรณาการสูง หน่วยการทำงานหลักหลายหน่วยถูกบรรจุรวมกันอยู่ภายในชุดประกอบที่ปิดสนิท

โดยทั่วไปแล้ว เราจะพบส่วนประกอบหลักต่อไปนี้ภายในระบบ GIS:

• เบรกเกอร์วงจร:อุปกรณ์แอคทีฟสำหรับตัดกระแสไฟฟ้าปกติและกระแสไฟฟ้าลัดวงจร
• อุปกรณ์ตัดวงจร (ตัวแยกวงจร) และสวิตช์สายดิน:ใช้เพื่อสร้างช่องว่างแยกส่วนที่ปลอดภัยสำหรับการบำรุงรักษา และเพื่อต่อสายดินส่วนที่แยกออกจากกันอย่างมั่นคง
• บัสบาร์:ตัวนำหลักที่ส่งกระแสไฟฟ้าระหว่างช่องต่างๆ ของอุปกรณ์สวิตช์เกียร์
• หม้อแปลงเครื่องมือวัด (CT และ VT):หม้อแปลงกระแสและแรงดันไฟฟ้าให้สัญญาณสำหรับการวัด การตรวจสอบ และรีเลย์ป้องกัน
• กล่องโลหะปิดสนิท:ตัวเรือนอะลูมิเนียมหรือเหล็กกล้าที่ต่อลงดินซึ่งบรรจุชิ้นส่วนที่มีกระแสไฟฟ้าทั้งหมดและก๊าซฉนวน ช่วยให้ผู้ปฏิบัติงานปลอดภัยและปกป้องอุปกรณ์จากสภาพแวดล้อม
• ระบบตรวจสอบก๊าซ:อุปกรณ์ความปลอดภัยที่สำคัญซึ่งตรวจสอบความหนาแน่นและความดันของก๊าซอย่างต่อเนื่อง และแจ้งเตือนผู้ปฏิบัติงานหากพบการรั่วไหลที่อาจเกิดขึ้น

การเปรียบเทียบ GIS กับ AIS

เพื่อให้เข้าใจถึงคุณค่าของสวิตช์เกียร์แบบฉนวนก๊าซ (GIS) การเปรียบเทียบโดยตรงกับสวิตช์เกียร์แบบฉนวนอากาศ (Air Insulated Switchgear) จะช่วยได้ GIS มีข้อดีอย่างมากในด้านความน่าเชื่อถือและการบำรุงรักษา แต่ก็มีต้นทุนเริ่มต้นที่สูงกว่าเช่นกัน

อนาคตที่ยั่งยืนยิ่งขึ้นสำหรับระบบสารสนเทศภูมิศาสตร์ (GIS)

การเปลี่ยนแปลงที่สำคัญที่สุดในเทคโนโลยีสวิตช์เกียร์แบบฉนวนก๊าซสมัยใหม่ คือการเปลี่ยนจากก๊าซ SF₆ ไปเป็นก๊าซชนิดอื่น เพื่อแก้ไขปัญหาด้านสิ่งแวดล้อม

ความท้าทายด้านสิ่งแวดล้อม SF₆

SF₆ เป็นก๊าซที่ใช้งานได้ดีมากในทางเทคนิค แต่ก็เป็นก๊าซเรือนกระจกที่ทรงพลังที่สุดเท่าที่วิทยาศาสตร์รู้จัก มีศักยภาพในการทำให้โลกร้อน (GWP) มากกว่า CO₂ ถึง 24,000 เท่า และสามารถคงอยู่ในชั้นบรรยากาศได้นานกว่า 3,000 ปี

กฎระเบียบด้านสิ่งแวดล้อมที่เข้มงวด เช่น กฎระเบียบก๊าซ F ของสหภาพยุโรป กำลังเร่งให้เกิดการเปลี่ยนแปลงนี้ผู้ผลิตชั้นนำกำลังพัฒนาโซลูชันที่ปราศจาก SF₆โซลูชันเหล่านี้มีเป้าหมายเพื่อรักษาระดับประสิทธิภาพให้คงที่ ในขณะเดียวกันก็ลดผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อม

มาทำความรู้จักกับทางเลือกที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมกันเถอะ

ปัจจุบันมีการนำก๊าซฉนวนที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมรุ่นใหม่มาใช้ในภาคสนามแล้ว ตัวเลือกเหล่านี้ให้ประสิทธิภาพที่ใกล้เคียงกัน แต่มีผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมน้อยกว่ามาก

ตัวเลือกยอดนิยมที่เราเห็นในปัจจุบัน ได้แก่:

• g³ (ก๊าซสีเขียวสำหรับระบบสายส่ง):ส่วนผสมของก๊าซที่ใช้ฟลูออโรไนไตรล์เป็นส่วนประกอบหลัก ซึ่งช่วยลดค่า GWP ได้มากกว่า 99% เมื่อเทียบกับ SF₆
• ส่วนผสมของอากาศแห้งและก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์:ผลิตภัณฑ์เหล่านี้เสนอโซลูชันที่มีค่า GWP เป็นศูนย์ โดยใช้อากาศบริสุทธิ์ ไนโตรเจน และคาร์บอนไดออกไซด์เป็นสื่อกลางในการเป็นฉนวน
• สารผสมที่มีฟลูออโรคีโตนเป็นส่วนประกอบ:ก๊าซสังเคราะห์อีกประเภทหนึ่งที่ช่วยลดค่า GWP ได้อย่างมากเช่นกัน

เทคโนโลยีเหล่านี้ไม่ได้อยู่ในขั้นตอนการทดสอบอีกต่อไปแล้ว บริษัทสาธารณูปโภคต่าง ๆ กำลังนำไปใช้ในโครงการใหม่ ๆ อย่างจริงจัง รวมถึงก๊าซธรรมชาติสำหรับการติดตั้งระบบ GIS ใหม่ และทางเลือกอื่น ๆ ที่ปราศจาก SF₆

แอปพลิเคชัน GIS ที่จำเป็น

คุณสมบัติพิเศษของสวิตช์เกียร์แบบฉนวนก๊าซ ทำให้เป็นตัวเลือกที่ดีที่สุด และบางครั้งอาจเป็นตัวเลือกเดียว สำหรับการใช้งานที่สำคัญหลากหลายประเภท

• สถานีไฟฟ้าย่อยในเขตเมือง:ในกรณีที่ที่ดินมีราคาแพงมากหรือหาได้ยาก ขนาดที่เล็กของระบบ GIS จึงมีความสำคัญอย่างยิ่ง
• ฟาร์มกังหันลมกลางทะเลและพื้นที่ชายฝั่ง:ตัวครอบที่ปิดสนิทช่วยปกป้องอุปกรณ์จากอากาศเค็มและความชื้นได้อย่างสมบูรณ์ ทำให้ใช้งานได้อย่างน่าเชื่อถือในสภาพแวดล้อมทางทะเลที่รุนแรง
• การติดตั้งใต้ดินและภายในอาคาร:ระบบ GIS เหมาะอย่างยิ่งสำหรับสถานีไฟฟ้าย่อยที่อยู่ในชั้นใต้ดิน อุโมงค์ หรืออาคาร ซึ่งความปลอดภัยและพื้นที่จำกัดเป็นสิ่งสำคัญสูงสุด
• โรงงานอุตสาหกรรม:ในพื้นที่ที่มีฝุ่นละอองหรือมลพิษทางเคมีสูง การออกแบบที่ปิดสนิทจะช่วยป้องกันการปนเปื้อนและรักษาเสถียรภาพการทำงาน
• โรงไฟฟ้าพลังน้ำ:สิ่งก่อสร้างเหล่านี้มักสร้างอยู่ภายในภูเขาหรือถ้ำซึ่งมีพื้นที่จำกัดมาก

สรุป: คุณค่าที่ยั่งยืนของระบบสารสนเทศภูมิศาสตร์ (GIS)

อุปกรณ์สวิตช์เกียร์แบบฉนวนก๊าซได้พิสูจน์คุณค่าของมันแล้วด้วยจุดแข็งที่สำคัญ ได้แก่ ขนาดเล็ก ความน่าเชื่อถือสูง ความปลอดภัยที่ดีกว่า และความต้องการการบำรุงรักษาต่ำ แม้ว่าเทคโนโลยีจะกำลังเปลี่ยนแปลงไปเพื่อลดผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมโดยการเลิกใช้ SF₆ แต่การออกแบบพื้นฐานยังคงเป็นรากฐานของระบบส่งไฟฟ้าสมัยใหม่

ระบบสารสนเทศภูมิศาสตร์ (GIS) มีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการสร้างโครงสร้างพื้นฐานทางไฟฟ้าที่แข็งแกร่งและประหยัดพื้นที่ ช่วยนำพลังงานหมุนเวียนเข้าสู่พื้นที่เมืองที่มีประชากรหนาแน่น และเป็นตัวแทนของ...อนาคตของเทคโนโลยีสวิตช์เกียร์โดยสร้างสมดุลระหว่างผลการดำเนินงานที่แข็งแกร่งกับมาตรฐานด้านสิ่งแวดล้อมที่เพิ่มสูงขึ้น