ชุดคาปาซิเตอร์ที่มีฟิวส์ภายนอก: คู่มือการออกแบบและการป้องกัน

ชุดคาปาซิเตอร์แบบฟิวส์ภายนอก แยกคาปาซิเตอร์ยูนิตที่ชำรุดด้วยฟิวส์ที่ติดตั้งในจุดที่ผู้ปฏิบัติงานสามารถตรวจสอบได้ การออกแบบนี้เข้าใจง่ายและสามารถคงส่วนที่ยังใช้งานได้ของแบงก์คาปาซิเตอร์ให้พร้อมใช้งาน แต่เฉพาะเมื่อมีการออกแบบพิกัดของยูนิต, กลุ่มอนุกรม, การประสานงานของฟิวส์, การป้องกันความไม่สมดุล, ภาระในการสลับการทำงาน และขีดจำกัดการบำรุงรักษาร่วมกันเท่านั้น คู่มือนี้เปรียบเทียบการจัดเรียงแบบภายนอก, แบบภายใน และแบบไร้ฟิวส์ เพื่อให้ผู้จัดซื้อของ utility และอุตสาหกรรมสามารถตั้งคำถามเกี่ยวกับการออกแบบที่ถูกต้อง โดยไม่ต้องถือว่าสถาปัตยกรรมใดสถาปัตยกรรมหนึ่งดีที่สุดในทุกกรณี การตัดสินใจเลือกขั้นสุดท้ายเป็นหน้าที่ของวิศวกร utility และผู้ผลิตอุปกรณ์ โดยอ้างอิงจากการศึกษา1ระบบจริง, มาตรฐานที่ได้รับการอนุมัติ และแนวปฏิบัติในการบำรุงรักษาของเจ้าของกิจการ.

ชุดตัวเก็บประจุแบบฟิวส์ภายนอก: คำตอบที่ตรงประเด็น

ชุดคาปาซิเตอร์แบบฟิวส์ภายนอกจะใช้ฟิวส์ที่มองเห็นได้ต่ออนุกรมกับคาปาซิเตอร์แต่ละยูนิต หากยูนิตเกิดความผิดพร่องภายใน ฟิวส์ของยูนิตนั้นจะทำหน้าที่ตัดวงจรและแยกยูนิตดังกล่าวออก ในขณะที่ส่วนที่เหลือของชุดคาปาซิเตอร์ยังคงเชื่อมต่ออยู่ ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับการป้องกันชุดคาปาซิเตอร์และแรงดันไฟฟ้าที่ยอมรับได้บนยูนิตที่เหลืออยู่ การจัดวางเช่นนี้ทำให้ทีมบำรุงรักษาสามารถมองเห็นได้อย่างชัดเจน แต่ก็ยังต้องการพื้นที่ การประสานงานของฟิวส์ และการตรวจสอบด้วย นี่คือหนึ่งในสถาปัตยกรรมชุดคาปาซิเตอร์ของระบบสาธารณูปโภคสามแบบที่พบได้ทั่วไป โดยชุดคาปาซิเตอร์แบบฟิวส์ภายในและแบบไม่มีฟิวส์จะมีการกระจายการแยกความผิดพร่องที่แตกต่างกัน.

ทำไมสถาปัตยกรรมการผสานรวมจึงมีความสำคัญ

แบงค์คาปาซิเตอร์แบบขนาน (shunt bank) ประกอบขึ้นจากตัวเก็บประจุย่อย (elements) ชุดตัวเก็บประจุ (units) กลุ่มอนุกรม (series groups) และกลุ่มเฟส (phase groups) การถอดตัวเก็บประจุย่อยหนึ่งตัวหรือหนึ่งชุดสมบูรณ์ออกจะทำให้ค่าความจุไฟฟ้าเปลี่ยนแปลงไปและมีการกระจายแรงดันไฟฟ้าใหม่ การเปลี่ยนแปลงที่ยอมรับได้นี้ขึ้นอยู่กับการต่อของแบงค์คาปาซิเตอร์ จำนวนกลุ่มอนุกรม การจัดวางนิวทรัล ความไวของการป้องกัน และการออกแบบของผู้ผลิต นั่นคือเหตุผลว่าทำไมการติดตั้งฟิวส์จึงไม่ใช่ทางเลือกของอุปกรณ์เสริมที่ตัดสินใจภายหลังจากการกำหนดพิกัด kvar แต่เป็นส่วนหนึ่งของการออกแบบทางไฟฟ้า เครื่องกล การป้องกัน และการบำรุงรักษา มาตรฐาน IEEE 1036 มองว่าการประยุกต์ใช้งานคาปาซิเตอร์เป็นการศึกษาแบบบูรณาการที่เกี่ยวข้องกับพิกัด การสลับการทำงาน การป้องกัน และการติดตั้ง มากกว่าการเลือกอุปกรณ์แบบบรรทัดเดียว.

ฟิวส์ภายนอกตอบสนองต่อความผิดพร่องของยูนิตอย่างไร

กระป๋องแต่ละใบเชื่อมต่อผ่านฟิวส์ขับออก ฟิวส์จำกัดกระแส หรือฟิวส์เฉพาะการใช้งานของตัวเอง ความผิดพร่องภายในที่รุนแรงเพียงพอจะขับกระแสลัดวงจรผ่านฟิวส์นั้น เมื่อฟิวส์ตัดวงจร หน่วยที่เสียหายจะถูกตัดการเชื่อมต่อ ชุดคาปาซิเตอร์ไม่ได้กลับสู่สภาพที่เหมาะสมโดยอัตโนมัติ: ค่าความจุไฟฟ้าจะไม่สมดุล สัญญาณนิวทรัลหรือสัญญาณสะพานจะเปลี่ยนไป และหน่วยที่เหลือในกลุ่มอนุกรมที่ได้รับผลกระทบอาจเห็นแรงดันไฟฟ้าที่แตกต่างออกไป ดังนั้น การตั้งค่าการป้องกันจึงจำเป็นต้องส่งสัญญาณเตือนหรือทริปก่อนที่การสูญเสียหน่วยจะผลักดันให้หน่วยที่เหลือทำงานเกินกว่าหน้าที่ที่อนุญาต ฟิวส์ที่ขาดคือหลักฐานที่ต้องตรวจสอบ ไม่ใช่การอนุญาตให้เปลี่ยนฟิวส์ซ้ำๆ โดยไม่หาหน่วยที่เสียหายและตรวจสอบชุดคาปาซิเตอร์.

ฟิวส์ภายนอก (Externally Fused) เทียบกับ ฟิวส์ภายใน (Internally Fused) เทียบกับ แบบไม่มีฟิวส์ (Fuseless)

ยูนิตที่มีฟิวส์ภายในประกอบด้วยตัวเก็บประจุจำนวนมาก ซึ่งแต่ละตัวได้รับการป้องกันด้วยฟิวส์ภายในขนาดเล็ก องค์ประกอบหนึ่งสามารถถอดออกได้ในขณะที่ยูนิตส่วนใหญ่ยังคงใช้งานอยู่ แบงก์ที่ไม่มีฟิวส์จะจัดเรียงองค์ประกอบและยูนิตในลักษณะที่ความล้มเหลวขององค์ประกอบหนึ่งจะถูกลัดวงจร และการออกแบบแบบอนุกรมจะทนต่อการเปลี่ยนแปลงที่เกิดขึ้นจนกว่าระบบป้องกันจะสั่งการให้ถอดออก ทั้งสองตัวเลือกไม่ได้ดีกว่ากันในทุกๆ ด้าน การออกแบบที่มีฟิวส์ภายนอกจะเอื้อต่อการมองเห็นการตัดแยกและการเปลี่ยนยูนิตที่ตรงไปตรงมา การออกแบบที่มีฟิวส์ภายในจะลดฮาร์ดแวร์ภายนอกแต่ต้องอาศัยโครงสร้างของยูนิตและการตีความค่าที่ไม่สมดุล การออกแบบที่ไม่มีฟิวส์จะลดการบำรุงรักษาฟิวส์และการสูญเสียพลังงาน แต่ต้องมีองค์ประกอบอนุกรมที่เพียงพอและวิศวกรรมการป้องกันที่มีวินัย.

การป้องกันและการตรวจจับความไม่สมดุล

การป้องกันธนาคารมักจะพิจารณาค่ากระแสเกินเฟส, ปริมาณกระแสลงดินหรือนิวทรัล, แรงดันเกิน, แรงดันตก และความไม่สมดุล ฟังก์ชันที่แน่นอนขึ้นอยู่กับการจัดเรียงแบบกราวด์-วาย, อันกราวด์-วาย, ดับเบิล-วาย, เดลตา หรือบริดจ์ การป้องกันความไม่สมดุลมีความสำคัญเป็นพิเศษเพราะสามารถตรวจพบการสูญเสียความจุไฟฟ้าก่อนที่ความเสียหายทางความร้อนจะปรากฏชัดเจน การตั้งค่าต้องแยกแยะความล้มเหลวของยูนิตหรือองค์ประกอบจริงออกจากความไม่สมดุลของแรงดันไฟฟ้าในระบบ, ความผิดพลาดของหม้อแปลงเครื่องมือวัด, ผลกระทบจากอุณหภูมิ และความคลาดเคลื่อนในการผลิตปกติ IEEE C37.99 ให้คำแนะนำสำหรับการป้องกันธนาคารคาปาซิเตอร์แบบชันต์ ในขณะที่ IEEE 1036 กล่าวถึงการประยุกต์ใช้งาน วิศวกรโครงการควรใช้ฉบับที่เจ้าของโครงการและกฎระเบียบท้องถิ่นนำมาใช้.

ขอบเขตการสวิตชิ่ง กระแสไฟกระชาก และฮาร์มอนิก

ฟิวส์ไม่ได้ช่วยแก้ปัญหาความเสี่ยงของชุดตัวเก็บประจุได้ทั้งหมด การจ่ายกระแสไฟฟ้าอาจทำให้เกิดกระแสกระชาก และการสับสวิตช์แบบแบ็กทูแบ็กอาจมีความรุนแรงมากขึ้นเมื่อมีชุดตัวเก็บประจุชุดอื่นถูกจ่ายไฟอยู่ก่อนแล้วบนบัสเดียวกัน การเกิดเรโซแนนซ์ของฮาร์โมนิกสามารถเพิ่มกระแสและแรงดันไฟฟ้าของตัวเก็บประจุได้แม้ว่าจะไม่มีอุปกรณ์ใดเสียหายก็ตาม การศึกษาควรพิจารณาถึงกระแสลัดวงจรที่มีอยู่ ความสามารถของอุปกรณ์สับสวิตช์ ภาระทางชั่วโครก เวลาในการคายประจุ ความเสี่ยงจากการเกิดอาร์กซ้ำ สเปกตรัมฮาร์โมนิกของระบบ และความจำเป็นในการใช้รีแอกเตอร์หรือฟิลเตอร์ อ่านที่เกี่ยวข้อง คู่มือการสลับสับเปลี่ยนแบบพอยต์ออนเวฟ สำหรับการปิดแบบควบคุมและการ คู่มือเครื่องปฏิกรณ์ สำหรับบริบทการลดเสียงเพี้ยน.

การตรวจสอบและบำรุงรักษา

ก่อนการตรวจสอบ ให้ปฏิบัติตามลำดับการสับสวิตช์ของเจ้าของขั้นตอนการล็อกเอาต์/แท็กเอาต์ ระยะเวลารอคอยที่กำหนด การทดสอบการไม่มีแรงดันไฟฟ้า การตรวจสอบการคายประจุ และปฏิบัติตามวิธีการต่อลงดิน ตัวเก็บประจุสามารถเก็บประจุที่เป็นอันตรายไว้ได้หลังจากตัดการเชื่อมต่อแล้ว ให้ตรวจสอบตัว  บ่งชี้การทำงานของฟิวส์ บุชชิ่ง จุดเชื่อมต่อ การกัดกร่อน ความเสียหายจากสัตว์ป่า การบวมหรือการรั่วไหล และร่องรอยความร้อน เปรียบเทียบจำนวนและตำแหน่งของฟิวส์ที่ทำงานกับบันทึกของรีเลย์ การเปลี่ยนเฉพาะฟิวส์ที่มองเห็นได้โดยไม่ทดสอบชุดตัวเก็บประจุและตรวจสอบเหตุการณ์ความไม่สมดุล อาจทำให้ชิ้นส่วนที่ชำรุดกลับมาใช้งานได้อีก หรือปกปิดปัญหาของกลุ่มที่กำลังพัฒนาอยู่.

รายการตรวจสอบการจัดซื้อจัดจ้าง

RFQ ควรระบุแรงดันไฟฟ้าและความถี่ของระบบ, กิโลวาร์ (kvar) ของแบงค์คาปาซิเตอร์และการจัดเรียงสเต็ป, การต่อลงดินและการต่อทางไฟฟ้า, ระดับฉนวน, อุณหภูมิโดยรอบและความสูงจากระดับน้ำทะเลที่คาด ใช้งาน, กระแสลัดวงจรที่มีอยู่, ความถี่ในการสลับการทำงาน, สภาวะการสลับแบบแบ็คทูแบ็ค (back-to-back), ผลการศึกษาฮาร์มอนิก, สถาปัตยกรรมการฟิวส์ที่ต้องการ, ระบบตรวจจับความไม่สมดุล, ข้อกำหนดของตู้หรือโครงสร้างแร็ค, สภาพแวดล้อมด้านระยะ creepage, ข้อกำหนดในการคายประจุ, และมาตรฐานที่เกี่ยวข้อง ให้ซัพพลายเออร์ระบุเงื่อนไขของหน่วยที่ชำรุดที่ยังยอมรับได้และวิธีการตรวจสอบ. ผลิตภัณฑ์พลังงานลูกค้ารีแอกทีฟแรงดันต่ำ CNBYG ชดเชยระบบไฟฟ้าของโรงงาน แผงสวิตช์เกียร์แรงดันปานกลางของระบบสาธารณูปโภคจะต้องได้รับการวิศวกรรมและจัดซื้อจัดจ้างให้ตรงกับระดับแรงดันและขอบเขตการป้องกันของตนเอง.

การเชื่อมต่อธนาคารเปลี่ยนการตัดสินใจ

หลักการฟิวส์แบบเดียวกันจะมีพฤติกรรมที่แตกต่างกันในชุดคาปาซิเตอร์แบบต่อลงดิน (grounded-wye), แบบไม่ต่อลงดิน (ungrounded-wye), แบบดับเบิล-วาย (double-wye), แบบบริดจ์ (bridge) และแบบเดลตา (delta) นิวทรัลที่มีการต่อลงดินสามารถเป็นเส้นทางที่กำหนดไว้สำหรับปริมาณลำดับศูนย์ (zero-sequence quantities) ในขณะที่การจัดเรียงแบบไม่ต่อลงดินต้องใช้วิธีการที่แตกต่างออกไปเพื่อตรวจจับการเปลี่ยนแปลงของความจุไฟฟ้าระหว่างเฟส (phase capacitance) แบบแผนดับเบิล-วายและบริดจ์จะทำการเปรียบเทียบส่วนที่สมดุลกันและสามารถให้การวัดความไม่สมดุลที่มีความไวสูง ผู้ออกแบบยังตรวจสอบด้วยว่ามีหน่วยที่ต่อขนานกันอยู่จำนวนเท่าใดที่จะจ่ายกระแสลัดวงจรเข้าไปยังหน่วยที่ ภ.พ. ขัดข้อง กระแสที่น้อยเกินไปอาจไม่สามารถทำให้ฟิวส์ภายนอกทำงานได้ตามที่ตั้ง ่ใจไว้ ในขณะที่ภาระหน้าที่ที่มากเกินไปอาจเกินขีดความสามารถของฟิวส์หรือตัวอุปกรณ์ ดังนั้น จึงต้องตรวจสอบแผนผังเส้นเดียว (single-line diagram) การจัดเรียงหน่วย และการคำนวณการป้องกันร่วมกัน.

เกิดอะไรขึ้นกับหน่วยที่เหลืออยู่

เมื่อถอดออกหนึ่งยูนิต เฟสที่ได้รับผลกระทบจะไม่มีค่าความจุไฟฟ้าเท่ากับเฟสที่ปกติอีกต่อไป ในกลุ่มอนุกรม แรงดันไฟฟ้าสามารถกระจายตัวใหม่ข้ามยูนิตที่เหลืออยู่ ธนาคารที่มีหน่วยขนานจำนวนมากอาจทนต่อหน่วยที่แยกออกมาหนึ่งหน่วยด้วยการเปลี่ยนแปลงที่ค่อนข้างน้อย ในขณะที่การจัดเรียงแบบกะทัดรัดอาจถึงขีดจำกัดการแจ้งเตือนหรือการตัดวงจรได้เร็วกว่า ผู้ปฏิบัติงานจำเป็นต้องมีตารางที่บันทึกไว้ซึ่งเชื่อมโยงจำนวนยูนิตที่แยกออกมากับกระแสหรือแรงดันไฟฟ้าของนิวทรัล เกณฑ์การเตือน เกณฑ์การตัดวงจร และเวลาทำงานสูงสุดที่อนุญาต ขีดจำกัดเหล่านั้นมาจาก2การออกแบบจริง เปอร์เซ็นต์ทั่วไปที่คัดลอกมาจากธนาคารอื่นไม่ใช่สิ่งทดแทนที่ปลอดภัย.

อินพุตการเลือกฟิวส์ภายนอก

การเลือกฟิวส์พิจารณาจากพิกัดกระแส, กระแสเกินคาปาซิเตอร์ที่คาด, กระแสลัดวงจรที่มีอยู่, พลังงานคายประจุจากชุดขนาน, กระแสพุ่งเข้าชั่วขณะ, และกระแสลัดวงจรภายในขั้นต่ำที่จะต้องถูกตัดกระแส สภาพแวดล้อมและการติดตั้งก็ส่งผลต่อประสิทธิภาพเช่นกัน ฟิวส์จะต้องทนทานต่อการจ่ายกระแสไฟปกติและกระแสฮาร์มอนิกที่ยอมรับได้โดยไม่ทำงานโดยไม่จำเป็น แต่ต้องตัดกระแสความผิดพร่องของยูนิตก่อนที่ตัวถังจะแตกหรืออุปกรณ์ข้างเคียงเสียหาย การประสานงานได้รับการตรวจสอบกับการสร้างชุดคาปาซิเตอร์และเลย์เอาต์ของแงค์ จัดซื้อควรขอข้อมูลเวลา-กระแสและพื้นฐานการประสานงานจากผู้จำหน่าย แทนที่จะเลือกฟิวส์จากกระแสบนป้ายชื่อคาปาซิเตอร์เพียงอย่างเดียว.

การตรวจสอบการเดินระบบ

การทดสอบการใช้งานควรยืนยันป้ายชื่อเทียบกับแบบแปลน ตำแหน่งเฟสและกลุ่มอนุกรม ชนิดของฟิวส์และทิศทาง บันทึกค่าแรงบิด ระยะห่าง การต่อลงดิน อุปกรณ์คายประจุ อัตราส่วนหม้อแปลงเครื่องวัด ตรรกะของรีเลย์ เส้นทางสัญญาณเตือนและทริป และค่าความไม่สมดุลที่เป็นฐานอ้างอิง ให้บันทึกการวัดค่าความจุไฟฟ้าเมื่อขั้นตอนของเจ้าของโครงการกำหนดไว้ ควรสังเกตการจ่ายพลังงานครั้งแรกภายใต้การควบคุมเพื่อตรวจสอบเสียงที่ผิดปกติ การทำงานของชุดป้องกัน การเปลี่ยนแปลงแรงดันไฟฟ้า และพฤติกรรมการสับสวิตช์ ข้อมูลที่เป็นฐานอ้างอิงมีความสำคัญเนื่องจากการตัดสินใจในการบำรุงรักษาในอนาคตจะมีประสิทธิภาพมากขึ้น เมื่อทีมงานสามารถเปรียบเทียบเหตุการณ์ใหม่กับสภาพที่ดีเยี่ยมจากการทดสอบการใช้งานของชุดตัวเก็บประจุ แทนที่จะอาศัยเพียงการตรวจสอบด้วยสายตาเท่านั้น.

คำถามที่พบบ่อย

ชุดตัวเก็บประจุแบบฟิวส์ภายนอก

มันคือธนาคารตัวเก็บประจุที่ตัวเก็บประจุแต่ละยูนิตมีฟิวส์อนุกรมที่มองเห็นได้ ซึ่งมีไว้เพื่อตัดแยกยูนิตนั้นออกหลังจากเกิดข้อผิดพลาดภายใน.

ธนาคารยังคงสามารถเปิดดำเนินการต่อไปได้หลังจากการฟิวส์ตัวหนึ่งขาดหรือไม่?

บ่อยครั้งที่ทำได้ชั่วคราว แต่ทำได้เฉพาะภายในขีดจำกัดหน่วยที่ล้มเหลวและการตั้งค่าการป้องกันที่ผู้ออกแบบธนาคารกำหนดไว้เท่านั้น.

การฟิวส์จากภายนอกปลอดภัยกว่าเสมอไปหรือไม่

ไม่ ความปลอดภัยขึ้นอยู่กับการออกแบบที่สมบูรณ์ การป้องกัน ขั้นตอนการสลับการทำงาน การคายประจุ การต่อลงดิน และโปรแกรมการบำรุงรักษา.

ความแตกต่างหลักจากธนาคารไร้ฟิวส์คืออะไร

การออกแบบแบบไร้ฟิวส์จัดการกับการชำรุดของอุปกรณ์ผ่านการจัดเรียงแบบอนุกรมและการป้องกันความไม่สมดุล แทนที่จะใช้ฟิวส์ภายนอกสำหรับแต่ละยูนิต.

ฟิวส์ที่ขาดควรจะถูกเปลี่ยนใหม่เฉยๆ เลยหรือเปล่า?

ไม. ทดสอบยูนิตที่เกี่ยวข้อง ตรวจสอบบันทึกรีเลย์ ตรวจสอบกลุ่ม และปฏิบัติตามขั้นตอนที่เจ้าของอนุมัติ.

เอกสารอ้างอิง

1. IEEE 1036 — คู่มือสำหรับการใช้งานตัวเก็บประจุไฟฟ้าแบบขนาน (Shunt Power Capacitors)
2. มาตรฐาน IEEE C37.99 — แนวทางปฏิบัติสำหรับการป้องกันชุดตัวเก็บประจุแบบขนาน