ความรู้เชิงเทคนิค

หมวดหมู่ถัดไปเกี่ยวข้องกับการสับสวิตช์อย่างง่ายแม้ว่าประตูตู้จะปิดอยู่ก็ตาม ในภาพตัวอย่างที่ 12 โซลินอยด์คู่แม่เหล็ก (Magnetically Coupled Solenoid) วางอยู่เหนือสวิตช์ควบคุม ช่างหรือผู้ปฏิบัติงานจะยืนอยู่นอกเขตการระเบิดของอาร์กแฟลชและเปิดหรือปิดเบรกเกอร์จากระยะไกล จากภาพตัวอย่างที่ 13 แสดงให้เห็นถึง Concept ที่หลากหลายของ MV Motor Starter ของผู้ผลิตรายหนึ่ง (Solation Switch) การออกแบบระบบใหม่สามารถใช้มาตรฐานแนวคิดการออกแบบ " Station Cubicle " (ช่วงก่อนปี 1950) ซึ่งเบรกเกอร์ติดตั้งใน Cement Bunker โดยมีการควบคุมและรีเลย์จากระยะไกล ซึ่งจะป้องกันไม่ให้ผู้ปฏิบัติงานต้องทำงานใดๆด้านหน้าเบรกเกอร์หรือเซลล์

VII. เปลี่ยนเส้นทางของแรงระเบิด

การออกแบบสวิตช์เกียร์ทนต่ออาร์ก (Arc Resistant) มีวางจำหน่ายแล้วในอเมริกาเหนือ ซึ่งออกแบบมาให้เหมาะกับ New Installation หรือ Replacement แต่มีขนาดใหญ่กว่าการออกแบบทั่วไป ขณะนี้สวิตช์เกียร์ทนต่ออาร์กได้รับการยอมรับตามมาตรฐาน [4] และมาตรฐาย NFPA 70E-2009 ยังยอมรับการปรับปรุงพิเศษด้านความปลอดภัยที่เกี่ยวข้องกับสวิตช์เกียร์ทนต่ออาร์กซึ่งมีทั้ง Type 1 และ Type 2 ซึ่งสวิตซ์เกียร์ทนต่ออาร์กเป็นทางเลือกที่ใช้ได้จริงในปัจจุบัน Type 1 ให้การป้องกันเฉพาะบุคลากรเมื่ออยู่ด้านหน้าของตู้สวิตช์เกียร์ Type 2 ให้การป้องกันภายนอกโดยรอบสวิตช์เกียร์ เมื่ออยู่ในสภาพที่ปิดสนิท แรงระเบิดของ Fault Arc ภายในตู้สวิตเกียร์จะลอดผ่านห้องระบายอากาศ (Plenum) หรือ Arc Flaps ที่อยู่ด้านบนของสวิตช์เกียร์ไปยังที่อื่น หากการระเบิดลามออกไปภายนอกจะไม่สามารถจัดประเภท (ความอันตราย) ของพื้นที่ได้ ความผิดพลาดภายในใด ๆ ไม่ว่าจะอยู่ใน Breaker Compartment, Bus Compartment, หรือ Cable Compartment จะต้องถูกส่งไปยังห้องระบายอากาศ Plenum และไม่ควรเล็ดลอดไปยังผู้ใช้งานหรือส่วนอื่นๆ ที่มีบุคลากรอยู่

เมื่อได้รับการพิสูจน์โดยการทดสอบ มาตรฐาน NFPA 70E-2009 จึงอนุญาตให้ตู้สวิตเกียร์ดังกล่าวจัดอยู่ในประเภทที่ไม่จำเป็นต้องใช้อุปกรณ์ป้องกันส่วนบุคคล (PPE Category Zero) ในการถอดเบรกเกอร์ (Racking), การทำงานของเบรกเกอร์ ฯลฯ หากประตูและอุปกรณ์ปิดสนิท ควรจำไว้ว่าเมื่อประตูเปิดเบรกเกอร์จะหลุดออกจากเซลล์และ Cable Compartment จะถูกถอดออก จะไม่ถือว่าทนต่ออาร์กอีกต่อไปซึ่งจำเป็นต้องใช้อุปกรณ์ PPE ที่เหมาะสม มาตรฐาน NFPA 70E-2009 ใด้ทำการเปรียบเทียบตู้สวิตช์เกียร์ทนต่ออาร์กกับตู้สวิตซ์เกียร์ทั่วไป ตู้สวิตซ์เกียร์ทนต่ออาร์กไม่สามารถแก้ปัญหาอาร์กแฟลชทั้งหมดได้ด้วยตัวมันเอง

จากภาพตัวอย่างที่ 14 แสดงการทดสอบในห้องปฏิบัติการที่ประสบความสำเร็จของตู้สวิตช์เกียร์ทนต่ออาร์กแรงดันไฟฟ้าต่ำ (พร้อมห้องระบายอากาศ plenum) และภาพตัวอย่างที่ 15 แสดงการออกแบบตู้สวิตเกียร์ทั่วไปแรงดัน 5kV / 15 kV การออกแบบการต้านทานอาร์กมีวางจำหน่ายทั่วไปในสวิตช์เกียร์แรงดันปานกลางและแรงดันต่ำและตู้ MCC แรงดันปานกลาง

ในส่วนนี้กล่าวถึงแนวคิด "Safety By Design" ของอุตสาหกรรม:

1. Safety By Design ภาพตัวอย่างที่ 16 และ17 แสดงการออกแบบของตู้ MCC แรงดันต่ำด้วยแนวคิด “Safety By Design” แนวคิดการออกแบบนี้คือการรวมคุณสมบัติ Bucket Draw-Out เข้ากับ Shutter หรือ Barriers แต่การออกแบบแบบนี้จะค่อนข้างราคาสูง และ Bus Stab สามตัวสามารถหมุนเข้าและออกเหมือนกับ การ Draw Out ของตู้สวิตซ์เกียร์ เมื่ออยู่ในการทดสอบหรือตำแหน่งที่ขาดการเชื่อมต่อจะมีเพียง Control Power 24 VDC ภายใน Bucket (ซึ่งน้อยกว่า 50V) และมีช่องอากาศตาย (Dead air space) อยู่ระหว่าง Shutter ทั้งสองและถูกจัดประเภทให้มีค่า HRC เป็นศูนย์ (HRC of zero) Shutter ด้านในจะปิดบัสเมื่อ Bucket ถูกถอดออก ซึ่งจะทำให้ Isolation มากขึ้น และปลอดภัยต่อ Cell สำหรับ Starter ขนาด 4 หรือเล็กกว่า Current Limiting Characteristics ของMotor Starter Breaker และ / หรือ Current limiting Fuses สามารถทำให้ Cable Trough จัดอยู่ใน Category Zero (ไม่ต้องใช้อุปกรณ์ PPE) ได้เช่นกัน อย่างไรก็ตามเมื่อมีการแก้ไข Trouble- Shooting ในขณะที่ประตูเปิดอยู่ ด้าน Line Side ของเบรกเกอร์หรือฟิวส์ภายใน Bucket จะเปิดออกและค่า HRC จะถูกกำหนดโดย Upstream Device ถัดไป การออกแบบตู้ MCC ที่เฉพาะนี้จะเป็นผู้บุกเบิกการออกแบบตู้ MCC แรงดันต่ำให้แก่ IEEE Std 1683 และสามารถใช้ได้กับอุปกรณ์ใหม่หรือการติดตั้งเพิ่มเติม (Retro fits)

1. 2) เซนเซอร์ตรวจจับการคายประจุไฟฟ้า (Partial Discharge Sensing) เซนเซอร์ตรวจจับการคายประจุไฟฟ้า (PD) เป็นอีกวิธีหนึ่งในการคาดการณ์ข้อผิดพลาดก่อนที่จะเกิดขึ้น เทคโนโลยีนี้จะตรวจจับการคายประจุความถี่สูงใน Insulation System ที่มีแรงดันไฟฟ้าปานกลางและแรงดันไฟฟ้าสูง และสามารถแจ้งเตือนล่วงหน้าได้หลายเดือน โดยทั่วไปจะใช้เซ็นเซอร์ที่ติดตั้งถาวร (Coupling Capacitors, RFCTs, RTD couplers ที่ใช้สายสัญญาณ RTD ที่เป็นเสาอากาศภายใน) และ ป้อน external PD relay ซึ่งสิ่งเหล่านี้จะตรวจจับได้อย่างต่อเนื่องขณะเครื่องทำงานอยู่ (On-Line) และให้คำแนะนำเมื่อเกิดปัญหาทั้งหมดนี้โดยไม่จำเป็นต้องถอดฝาครอบป้องกันออก หากฝาไม่ได้ถูกถอดออลและไม่จำเป็นต้องใช้ชุดป้องกัน (PPE) เมื่อมีการแจ้งเตือนปัญหา แค่ทำการ De-energized อุปกรณ์ชิ้นนั้นๆและแก้ไขได้อย่างปลอดภัย ภาพตัวอย่างที่ 18 แสดง PD รีเลย์ ทั่วไปและสวิตช์เกียร์ที่เกิดความผิดพลาดที่ค้างอยู่ตามลำดับ เทคโนโลยี PD มีขึ้นเพื่อสวิตช์เกียร์, เครื่องกำเนิดไฟฟ้า, มอเตอร์, และหม้อแปลง

1. อินฟราเรดวินโดวส์ (Infrared Windows) เป็นอีกตัวอย่างที่ใช้การออกแบบ Safety by design การติดตั้งอินฟราเรดวินโดวส์ดังในภาพตัวอย่างที่ 19 วินโดวส์เหล่านี้ปิดด้วยฝาครอบรางกันฝุ่น (Bolted Covers) เพื่อให้ส่วนประกอบใดๆที่มีพลังงานหรืออยู่ในอุปกรณ์เข้าถึงพื้นที่อับอากาศ (Confined space) ได้ ฝาครอบกันฝุ่นแบบโลหะช่วยให้โลหะคงความสมบูรณ์เมื่อปิดหรือเปิดออก และช่วยให้กล้องอินฟาเรดสามารถถ่ายภาพอินฟราเรดได้อย่างรวดเร็วและปลอดภัย เพื่อใช้ในการซ่อมบำรุง หากไม่ได้ถอดฝาครอบหลัก (Main Covers) ออกจะไม่มีระเบิด (Exposure) จึงไม่จำเป็นต้องใช้อุปกรณ์ป้องกันส่วนบุคคล (PPE) ค่าใช้จ่ายในการจ้างแรงงานเพื่อการขัน Bolt นับร้อยออก นำมาจ่ายให้กับวินโดวส์เหล่านี้แต่จะจ่ายเพียงแค่ปีแรกเท่านั้นซึ่งเป็นการประหยัดอย่างมาก อินฟราเรดวินโดวส์เหล่านี้สามารถใช้งานได้กับทั้งแบบติดตั้งใหม่หรือแบบติดตั้งเพิ่มเติมกับอุปกรณ์ตัวเก่า (Retro Fitted)

1. เครื่องวัดอุณหภูมิ (Temperature Monitors) เป็นอีกหนึ่งเครื่องมือที่ใช้ในการซ่อมบำรุง ไม่ว่าจะออกแบบได้ดีเยี่ยมแค่ไหน แต่ก็มีบางพื้นที่ที่ไม่มีอะไรสามารถทำงานเพื่อลดระดับค่า HRC ลงให้อยู่ในระดับที่ยอมรับได้ ตัวอย่างเช่นระหว่างTransformer และ Main secondary Breaker โดยเฉพาะหาก Transformer นี้ได้รับการป้องกันโดย Primary Fuse ต้องใช้การตรวจจับด้วยอินฟราเรดเมื่อมีการโหลดและเมื่อหน้าต่างอินฟราเรดไม่ทำงานเพราะ (ใกล้เกินไป) เซ็นเซอร์วัดอุณหภูมิเหล่านี้ช่วยให้คุณสามารถตรวจจับได้แบบเส้นตรงโดยไม่ต้องถอดฝาครอบใด ๆ ออกดังแสดงในภาพที่ 20

IX.สรุป

เหล่าผู้เขียนมีการลงความเห็นร่วมกันว่าพลังงานอินซิเดนต์ที่มากเกินที่เกิดขึ้นส่วนใหญ่สามารถลดลงได้ด้วยหลากหลายเทคนิค ไม่มีเทคนิคเพียงเทคนิคเดียวที่สามารถใช้ได้กับทุกที่ ดังนั้นการใช้วิธีที่ครอบคลุมทุกปัญหาในระบบเป็นทางออกที่ดีที่สุด อะไรที่ได้ผลกับสถานีย่อย (substation) ที่หนึ่งแต่อาจไม่ได้ผลกับสถานีย่อยอื่น ๆ การการดัดแปรงอุปกรณ์ที่มีอยู่, อุปกรณ์ป้องกัน, แนวคิดใหม่ "safety by design",การใช้หุ่นยนต์, ขั้นตอนการบำรุงรักษาหมุนเวียน ฯลฯ ทั้งหมดนี้สามารถนำมาใช้อย่างมีประสิทธิภาพเพื่อปรับปรุงความปลอดภัยทางไฟฟ้าให้มากยิ่งขึ้น เวลาที่มากเกินไปใน PPE ระดับสูงควรถูกตัดออกทั้งหมด แต่ส่วนเวลาใหญ่แล้ว เทคนิคและคำแนะนำที่ใช้แก้ปัญหาส่วนใหญ่นั้นคุ้มค่ากับราคามาก ถึงวิธีแก้ปัญหาที่มีต้นทุนสูงกว่านั้นก็มีอยู่น้อยที่จะไม่คุ้มค่า เมื่อเทียบกับค่าใช้จ่ายในการจัดการกับผลที่ตามมาของอุบัติเหตุทางไฟฟ้าครั้งใหญ่ HRC category 2 หรือน้อยกว่าสามารถทำได้สำหรับสิ่งอำนวยความสะดวกทั้งหมด

X.การอ้างอิง

[1] NFPA 70E-2009, Electrical Safety Requirements for Employee Workplaces, Copyright 2008, National Fire Protection Association, Quincy, MA 02169.

[2] IEEE Std 1584TM-2002. Guide for Performing Arc-Flash Hazard Calculations, Institute of Electrical and Electronics Engineers, New York, NY.

[3] Donna Lee Hodgson, David Shipp. “Arc Flash Incident Energy Reduction Using Zone Selective Interlocking”, IEEE PCIC Conference record, 2008

[4] ANSI/IEEE C37.20.7-2007, IEEE guide for testing metalenclosed switchgear rated up to 38 kV for internal arcing faults, Institute of Electrical and Electronics Engineers 18-Jan-2008, New York, NY.

ชีวประวัติของผู้เขียน

David M. Wood P.E. ได้รับ BSEET ในปี 1987 จากมหาวิทยาลัยThe Pennsylvania State University ปัจจุบันทำงานเป็นหัวหน้าโครงการของ Eaton Electrical Services and Systems Division. ความรับผิดชอบหลักของเขา ได้แก่ เป็นหัวหน้าโครงการและด้านเทคนิคให้กับทีมวิศวกรระบบไฟฟ้ากำลังในภาคตะวันออกเฉียงเหนือและทำการวิจัยระบบไฟฟ้ากำลัง อีกทั้งวู๊ด ยังเป็นสมาชิกของ IEEE และเป็นวิศวกรวิชาชีพที่ลงทะเบียนของรัฐเพนซิลเวเนียและนิวยอร์ก

David Shipp P.E., เป็นนักเรียน BSEE รุ่น 72 จากมหาวิทยาลัย Oregon State University. เขาเป็นวิศวกรหลักของ Eaton Electrical Systems & Services Division เขายังเป็นผู้เชี่ยวชาญที่ได้รับการยอมรับในการวิเคราะห์ระบบไฟฟ้ากำลังและทำงานในหลากหลายอุตสาหกรรม เขาใช้เวลาหลายปีในการทำงานด้านวิศวกรรมที่เกี่ยวข้องกับความรับผิดชอบในปัจจุบันของเขาซึ่งรวมถึงบริการที่หลากหลายที่ครอบคลุมหัวข้อการให้คำปรึกษาในด้านการออกแบบ, คุณภาพไฟฟ้า, อาร์กแฟลช, และระบบไฟฟ้า ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมาเขาเป็นผู้บุกเบิกการออกแบบและการประยุกต์ใช้ Arc Flash Solutions - ซึ่งเป็นการปรับเปลี่ยนระบบไฟฟ้าเพื่อลดการระเบิดของพลังงานอินซิเดนต์ เขาเขียนเอกสารทางเทคนิคมากกว่า 65 ฉบับที่เกี่ยวกับหัวข้อการวิเคราะห์ระบบไฟฟ้าและได้รับรางวัล IAS / IEEE Prize Paper Awards จากงานเขียนสามฉบับของเขา มีการตีพิมพ์เอกสารทางเทคนิคของเขามากกว่าสิบสี่ฉบับในนิตยสารระดับประเทศของ IEEE / IAS และอีกหนึ่งฉบับใน EC&M เขามีบทบาทอย่างมากใน IEEE ระดับชาติและช่วยเขียนมาตรฐานชุด Color Book ของ IEEE ปัจจุบันเขาดำรงตำแหน่งประธานคณะทำงานของ IEEE I & CPS ที่ได้รับการสนับสนุนด้าน Working Group ของเครื่องกำเนิดไฟฟ้า เขาใช้เวลา 10 ปีในฐานะอาจารย์ผู้สอนมืออาชีพและยังสอนเต็มเวลา อีกทั้งเขาทำหน้าที่เป็นพยานผู้เชี่ยวชาญด้านเทคนิคเป็นครั้งคราวและเขาเป็นวิศวกรของ IEEE Fellow

อ้างอิงข้อมูลจาก : David D. Shipp, P.E. Fellow,IEEE, David M. Wood, P.E. Member, IEEE, Eaton Corporation Warrendale, PA 15086, n.d., Innovative Techniques for Mitigating Arc Flash Exposure, Power Technology Private Limite, POWER TECHNOLOGIES PRIVATE LIMITED , Available on PDF

อ้างอิงรูปภาพจาก : Available on PDF and picture for Figure 13,16,17,18 from the article by David D. Shipp & David M. Wood (2011), Mitigating Arc-Flash Exposure,total system appoach to imorive electrical safety