เครื่องปิด-เปิดอัตโนมัติเฟสเดียว 12kV เครื่องปิด-เปิดอัตโนมัติพร้อมการสื่อสาร DNP3.0 เครื่องปิด-เปิดอัตโนมัติแรงดันสูงบนเสา 11kV

การปิดสวิตช์อัตโนมัติเฟสเดียว (Single phase reclosing) เป็นวิธีการปิดสวิตช์อัตโนมัติสำหรับการป้องกันสายส่งในวิศวกรรมไฟฟ้า โดยมีลักษณะการทำงานดังนี้: เมื่อเกิดความผิดปกติเฟสเดียว จะตัดการทำงานเฟสที่ผิดปกติเพียงเฟสเดียวแล้วทำการปิดสวิตช์อีกครั้ง; เมื่อเกิดความผิดปกติระหว่างเฟส จะตัดการทำงานทั้งสามเฟสแล้วพิจารณาว่าจะทำการปิดสวิตช์ทั้งสามเฟสอีกครั้งหรือไม่; หากปิดสวิตช์กลับไปยังจุดผิดปกติที่ยังคงมีกระแสไฟฟ้า จะตัดการทำงานทั้งสามเฟส วิธีการนี้ส่วนใหญ่ใช้ในระบบกระแสไฟฟ้าลัดวงจรสูงตั้งแต่ 220kV ขึ้นไป สามารถเพิ่มความน่าเชื่อถือในการจ่ายไฟและเสถียรภาพชั่วคราวของระบบได้ เนื่องจากกระแสไฟฟ้าที่เหลืออยู่ในเฟสที่ไม่ผิดปกติจะสร้างกระแสไฟฟ้าที่ยังคงอยู่ที่จุดผิดปกติผ่านทางคาปาซิเตอร์และอินดักชันร่วม ซึ่งจะส่งผลต่อการดับอาร์คที่จุดผิดปกติ จึงจำเป็นต้องใช้มาตรการต่างๆ เช่น การต่อสายดินที่จุดกึ่งกลางของตัวเหนี่ยวนำแรงสูง หรือการใช้มีดตัดต่อสายดินชั่วคราวเพื่อดับอาร์ค อุปกรณ์เลือกเฟสประกอบด้วยประเภทต่างๆ เช่น การเลือกเฟสโดยระยะทาง การเลือกเฟสโดยความแตกต่างของกระแสเฟส และการตัดการทำงานอย่างรวดเร็วของกระแสเฟส ในระดับสากล สายไฟฟ้ากำลังสูงพิเศษ (UHV) ที่มีแรงดันมากกว่า 1000kV ส่วนใหญ่ใช้การปิดสวิตช์อัตโนมัติเฟสเดียว ส่วนสายไฟฟ้าคู่บนเสาเดียวกันจะใช้วิธีการปิดสวิตช์อัตโนมัติตามเฟส

ประสบการณ์การทำงานของระบบไฟฟ้าพิสูจน์ว่า ความผิดปกติของสายไฟฟ้าชนิดอากาศส่วนใหญ่เป็นความผิดปกติชั่วคราว ตัวอย่างเช่น: การเกิดไฟฟ้าลัดวงจรบนผิวฉนวนเนื่องจากแรงดันไฟฟ้าฟ้าผ่า การสัมผัสสายไฟฟ้าชั่วคราวเนื่องจากลมแรง การเกิดไฟฟ้าลัดวงจรผ่านร่างกายนก และการเกิดไฟฟ้าลัดวงจรเนื่องจากกิ่งไม้หรือวัตถุอื่นตกลงมาบนสายไฟฟ้า เมื่อสายไฟฟ้าที่ผิดปกติถูกตัดการทำงานอย่างรวดเร็ว อาร์คจะดับลง และความแข็งแรงของฉนวนที่จุดผิดปกติจะกลับคืนมา ดังนั้น การทำการปิดสวิตช์อัตโนมัติอีกครั้งหลังจากตัดการทำงานสายไฟฟ้าจะช่วยเพิ่มความน่าเชื่อถือในการจ่ายไฟได้อย่างมาก สายไฟฟ้าที่มีแรงดันไม่เกิน 110kV ส่วนใหญ่ใช้การปิดสวิตช์อัตโนมัติทั้งสามเฟสหนึ่งครั้ง ตามประสบการณ์การทำงาน ในระบบกระแสไฟฟ้าลัดวงจรสูงตั้งแต่ 110kV ขึ้นไปบนสายไฟฟ้าชนิดอากาศแรงสูง มากกว่า 70% ของความผิดปกติไฟฟ้าลัดวงจรเป็นการลัดวงจรของเฟสเดียว โดยเฉพาะสายไฟฟ้าชนิดอากาศที่มีแรงดันตั้งแต่ 220kV ขึ้นไป เนื่องจากระยะห่างระหว่างเฟสใหญ่ ความผิดปกติไฟฟ้าลัดวงจรของเฟสเดียวอาจสูงถึงประมาณ 90% ในสถานการณ์เช่นนี้ หากตัดการทำงานเฟสที่ผิดปกติเพียงเฟสเดียวแล้วทำการปิดสวิตช์อัตโนมัติเฟสเดียว ส่วนอีกสองเฟสที่ไม่ผิดปกติยังคงทำงานต่อไปในช่วงเวลาของการปิดสวิตช์อัตโนมัติ จะช่วยเพิ่มความน่าเชื่อถือในการจ่ายไฟและเสถียรภาพการทำงานร่วมของระบบได้อย่างมาก ดังนั้น ในระบบกระแสไฟฟ้าลัดวงจรสูงตั้งแต่ 220kV ขึ้นไป จึงมีการใช้การปิดสวิตช์อัตโนมัติเฟสเดียวอย่างแพร่หลาย เมื่อการป้องกันความผิดปกติไฟฟ้าลัดวงจรเฟสเดียวชั่วคราวตัดการทำงานเฟสหนึ่ง กระแสไฟฟ้าที่เหลืออยู่ในเฟสที่ไม่ผิดปกติจะจ่ายกระแสคาปาซิเตอร์ไปยังจุดผิดปกติผ่านทางคาปาซิเตอร์ระหว่างเฟสและระหว่างเฟสกับพื้น ในขณะเดียวกัน กระแสไฟฟ้าที่เหลืออยู่ในเฟสที่ไม่ผิดปกติจะสร้างศักย์ไฟฟ้าชนิดอินดักชันที่เฟสที่ผิดปกติผ่านทางหม้อแปลงอินดักชันระหว่างเฟส และจ่ายกระแสไฟฟ้าชนิดอินดักชันไปยังจุดผิดปกติผ่านทางคาปาซิเตอร์ระหว่างเฟสและระหว่างเฟสกับพื้น กระแสไฟฟ้าทั้งสองส่วนนี้รวมกันเป็นกระแสไฟฟ้าที่ยังคงอยู่ที่จุดผิดปกติ ขนาดของกระแสไฟฟ้าที่ยังคงอยู่ขึ้นอยู่กับพารามิเตอร์ของสายไฟฟ้า โดยทั่วไป ยิ่งแรงดันของสายไฟฟ้าสูง และกระแสไฟฟ้าที่เหลืออยู่มากเท่าใด กระแสไฟฟ้าที่ยังคงอยู่ก็จะยิ่งมากขึ้นเท่านั้น เนื่องจากมีกระแสไฟฟ้าที่ยังคงอยู่ อาร์คที่จุดผิดปกติจึงไม่สามารถดับได้ง่าย และทำให้เวลาในการปิดสวิตช์อัตโนมัติเฟสเดียวต้องนานขึ้น เมื่อใช้การปิดสวิตช์อัตโนมัติเฟสเดียวอย่างรวดเร็ว อาจทำให้การปิดสวิตช์อัตโนมัติเฟสเดียวล้มเหลวและตัดการทำงานทั้งสามเฟสได้

เวลาในการปิดสวิตช์อัตโนมัติเฟสเดียว (เวลาตั้งแต่ตัดการจ่ายไฟที่จุดผิดปกติจนถึงการจ่ายแรงดันไฟฟ้าทำงานอีกครั้ง) จะต้องมีค่ามากกว่าเวลาที่ต้องใช้ในการดับอาร์คที่จุดผิดปกติและการฟื้นฟูฉนวนของสายไฟฟ้า ซึ่งแตกต่างจากการปิดสวิตช์อัตโนมัติทั้งสามเฟส ในระหว่างการปิดสวิตช์อัตโนมัติเฟสเดียวที่มีเพียงเฟสที่ผิดปกติถูกตัดการทำงาน เมื่ออาร์คที่จุดผิดปกติยังไม่ดับ จุดผิดปกติยังคงเชื่อมต่อกับคาปาซิเตอร์ระหว่างเฟส และได้รับกระแสไฟฟ้าจากแหล่งจ่ายไฟของอีกสองเฟสที่ยังคงทำงานเพื่อรักษาอาร์ค ในขณะที่หลังจากอาร์คดับแล้ว จุดผิดปกติจะต้องทนกับแรงดันไฟฟ้าที่เกิดจากการแบ่งปันแรงดันระหว่างแหล่งจ่ายไฟของสองเฟสที่ยังคงทำงานผ่านคาปาซิเตอร์ระหว่างเฟสที่ผิดปกติกับพื้น เมื่ออาร์คขาดกระแสไฟฟ้าจนถึงศูนย์และยาวขึ้นจนขาด หากความเร็วในการฟื้นฟูฉนวนที่จุดผิดปกติต่ำกว่าความเร็วในการเพิ่มขึ้นของคลื่นแรงดันที่เชื่อมต่อ ฉนวนที่จุดผิดปกติจะถูกทะลุอีกครั้งในบริเวณยอดของคลื่นแรงดัน ในขณะนี้ นอกเหนือจากการจ่ายกระแสอาร์คผ่านสองเฟสที่ไม่ผิดปกติแล้ว พลังงานที่เก็บไว้ในคาปาซิเตอร์ที่ผิดปกติยังจะปล่อยไปยังจุดผิดปกติ สร้างกระแสไฟฟ้าที่จุดระเบิดอีกครั้งที่มียอดสูงกว่ากระแสอาร์คสถิตในช่วงแรกมาก ซึ่งปรากฏการณ์นี้จะเกิดขึ้นทุกครึ่งรอบของความถี่ไฟฟ้า ส่งผลต่อเวลาในการดับอาร์คสุดท้าย ยิ่งแรงดันการทำงานของสายไฟฟ้าสูง และความยาวของสายไฟฟ้ามากเท่าใด เวลาในการดับอาร์คสุดท้ายก็จะยิ่งนานขึ้นเท่านั้น การทดสอบไฟฟ้าลัดวงจรด้วยวิธีประดิษฐ์และบันทึกการทำงานจริงยืนยันข้อสรุปนี้ เพื่อลดเวลาในการปิดสวิตช์อัตโนมัติเฟสเดียวให้อยู่ในค่าที่เหมาะสม เช่น ไม่เกิน 1 วินาที เพื่อตอบสนองข้อกำหนดต่างๆ เช่น เสถียรภาพของระบบ (เวลาปิดสวิตช์) และการประสานงานกับการป้องกันรีเลย์ โดยไม่ลดอัตราความสำเร็จของการปิดสวิตช์อัตโนมัติ จึงมีการใช้มาตรการช่วยดับอาร์คเพิ่มเติมอย่างแพร่หลายบนสายไฟฟ้าระยะกลางและยาวที่มีแรงดันตั้งแต่ 500kV ขึ้นไป โดยมีหลักสองประเภทหลัก: ① ที่จุดกึ่งกลางของตัวเหนี่ยวนำแรงสูงที่ติดตั้งบนสายไฟฟ้าเพื่อชดเชยคาปาซิเตอร์ของสายไฟฟ้า ต่อสายดินผ่านทางเหนี่ยวนำที่มีค่าที่เหมาะสม ซึ่งมีผลเท่ากับการมีอินดักชันเรโซแนนซ์ขนานอยู่ด้วย ทำให้กระแสไฟฟ้าที่ยังคงอยู่ที่จุดผิดปกติและแรงดันการฟื้นฟูที่ข้ามจุดผิดปกติลดลงอย่างมาก เป็นเงื่อนไขให้อาร์คที่จุดผิดปกติดับได้อย่างรวดเร็วและราบรื่น วิธีนี้ได้รับการใช้งานอย่างประสบความสำเร็จและแพร่หลายในระบบไฟฟ้า ② ในระหว่างการปิดสวิตช์อัตโนมัติเฟสเดียว ให้เปิดใช้งานมีดตัดต่อสายดินชั่วคราวที่ทั้งสองด้านของสายไฟฟ้าเฟสที่ผิดปกติหลังจากตัดการทำงาน ทำให้จุดผิดปกติอยู่ที่ศักย์ไฟฟ้าเกือบศูนย์ เพื่อให้ดับอาร์คได้อย่างรวดเร็ว สำหรับสายไฟฟ้าที่มีภาระหนักและสำคัญเป็นพิเศษ (สายไฟฟ้าคู่บนเสาเดียวกัน) หากพิจารณาการปิดสวิตช์อัตโนมัติตามเฟสได้สำเร็จในกรณีที่เกิดความผิดปกติของเฟสที่แตกต่างกัน (เช่น ความผิดปกติของเฟส A ของสายไฟฟ้า A และเฟส B ของสายไฟฟ้า B) มีดตัดต่อสายดินเป็นวิธีการที่เป็นไปได้