รูปแบบการจ่ายไฟฟ้าด้วยระบบจ่ายไฟฟ้าใต้ดิน
ระบบการจ่ายไฟฟ้าสายใต้ดิน มี ความมั่นคง สวยงาม ปลอดภัย สามารถตอบสนองความต้องการได้ดีที่สุด แต่ก็ต้องแลกกับการลงทุนในระบบการจ่ายไฟฟ้าที่สูงขึ้น โดยเฉลี่ยแล้วจะสูงกว่าระบบการจ่ายไฟด้วยสายอากาศ (Overhead system) ประมาณ 6 เท่า ซึ่งระบบจ่ายไฟฟ้าใต้ดินยังเหมาะสมกับพื้นที่ที่ต้องการความสวยงามเช่น พระราชวัง ถนนสายสำคัญโบราณสถาน สนามบิน หมู่บ้านจัดสรร เป็นต้น

การเลือกอุปกรณ์ในระบบจ่ายไฟฟ้าใต้ดินจึงมีความสำคัญมาก โดยเฉพาะ Unit substation ซึ่งเป็นอุปกรณ์หลักในระบบจ่ายไฟฟ้าใต้ดิน จำเป็นต้องเข้มงวดในการเลือกเลือกอุปกรณ์ให้เหมาะสมกับลักษณะการติดตั้ง เช่น การติดตั้งในพื้นที่จำกัด อุปกรณ์ต้องมีขนาดไม่ใหญ่เกินไป มีความคงทน มีอายุการใช้งานยาวนาน สามารถเปลี่ยนอุปกรณ์ภายในได้ง่าย มีการบำรุงรักษาต่ำหรือไม่จำเป็นต้องมีการบำรุงรักษา (Maintenance free) และที่สำคัญที่สุดคือต้องทนต่อการเกิดการลัดวงจรภายใน (Internal arc withstand) ได้ ซึ่ง Lahmeyer Unit Substation มีคุณสมบัติดังกล่าวอย่างครบถ้วน โดยเฉพาะการติดตั้งในพื้นที่สาธารณะ ที่ต้องคำนึงถึงความปลอดภัยสูงสุด รวมทั้งต้องเป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อม ซึ่งบทความนี้จะได้นำเสนอเทคนิคการเลือกใช้งาน Unit substation ที่ถูกต้องต่อไป

Lahmeyer Unit substation
กับระบบจ่ายไฟฟ้าสายใต้ดิน

Lahmeyer Unit substation หรือ Prefrabicated substation หรือ Compact station คือ ชุดอุปกรณ์จ่ายไฟฟ้าสำหรับระบบจ่ายไฟฟ้าใต้ดิน ประกอบด้วยอุปกรณ์ที่สำคัญ 4 ชนิดได้แก่ Medium voltage switchgear, Transformer, Low voltage switchboard และ Metal enclosure เปรียบเทียบได้กับชุดนั่งร้านหม้อแปลงในระบบสายอากาศ ส่วนใหญ่จะติดตั้งภายนอกอาคาร (outdoor) บนฐานคอนกรีตหรือฐานเหล็ก บางครั้งมีการติดตั้งในลักษณะฝังดินบางส่วน (semi-ground) จุดประสงค์เพื่อลดความสูงลง แต่ต้องคำนึงถึงสภาพพื้นด้วยว่ามีโอกาสเกิดน้ำท่วมหรือไม่ หรือในบางครั้งสามารถนำ unit substation ติดตั้งบนนั่งร้านได้ แต่โดยส่วนใหญ่แล้ว เหมาะสำหรับการจ่ายไฟในพื้นที่สาธารณะ เช่น บนทางเท้า หรือ สวนสาธารณะหรือพื้นที่ที่ต้องการเน้นความสวยงาม และความเป็นระเบียบเรียบร้อยในการจ่ายไฟฟ้า

1. อุปกรณ์ที่สำคัญใน Lahmeyer Unit Substation

 

   
1.1 Medium voltage switchgear ทำหน้าที่เป็นอุปกรณ์ป้องกันและอุปกรณ์ตัดต่อกระแสไฟฟ้าทางด้านระบบแรงดันสูงใต้ดิน สามารถเลือกใช้อุปกรณ์ได้หลายชนิด เช่น Ring main unit (RMU), Disconnecting switch, หรือ Power fuse แต่ที่นิยมใช้มากที่สุดจะใช้ RMU เป็นตัวตัดต่อ เนื่องจากมีความปลอดภัย ทนทาน เหมาะสมกับการจ่ายไฟฟ้าระบบใต้ดิน และรองรับการสั่งการตัดต่อวงจรทางไกลได้ (Remote operated)
1.2 Transformer ทำหน้าที่แปลงไฟฟ้าแรงดันสูงที่รับจาก RMU เป็นไฟฟ้าแรงดันต่ำและส่งผ่านกระแสไฟฟ้าไปยัง Low voltage switch board โดยหม้อแปลงใน Unit substation สามารถติดตั้งได้ทั้งชนิดฉนวนน้ำมัน (Oil type) และชนิดฉนวนแข็ง (Dry type or cast resin)
1.3 Low voltage switch board ทำหน้าที่เป็นป้องกันและอุปกรณ์ตัดต่อกระแสไฟฟ้าทางด้านแรงดันต่ำ สามารถเลือกใช้ได้ทั้งชนิด Molded case circuit breaker หรือ Fuse ได้ รวมทั้งยังสามารถเพิ่มการวัดค่ากระแส หรือวัดกำลังไฟฟ้า ได้
1.4 Metal enclosure ทำหน้าที่เป็นเปลือกหุ้มอุปกรณ์ทั้ง 3 ชนิด ข้างต้นเข้าไว้เป็น unit เดียวกัน โดยจะมีการกั้นเป็นส่วน ๆ เรียกว่า Compartment ซึ่งปกติแล้ว Unit substation ส่วนใหญ่จะแบ่งออกเป็น 3 Compartment ได้แก่ Switchgear compartment, Transformer compartment และ Low voltage compartment สำหรับวัสดุที่ใช้ผลิตส่วนใหญ่ทำจากเหล็กกัลวาไนซ์ชุบสี หรือบางครั้งจะเป็นสแตนเลสก็ได้ แต่สแตนเลสมีข้อเสียคือการระบายความร้อนทำได้ไม่ดีเท่าเหล็กกัลวาไนซ์ ทำให้ต้องมีการคำนึงเรื่องการระบายความร้อนของหม้อแปลงด้วย โดยรายละเอียดจะอธิบายในส่วนถัดไป

 

2. คุณสมบัติของ Unit substation ที่ดี
2.1 Medium voltage switchgear
2.2 Transformer
2.3 Low voltage switch board
2.4 Metal enclosure
2.1 ต้องผ่านการทดสอบการเกิดลัดวงจรภายใน (Internal arc fault test) ตามมาตรฐาน IEC 62271-202 กำหนดให้ Unit substation ทุกเครื่องต้องผ่านการทดสอบความคงทนต่อการเกิดการลัดวงจรภายใน ทั้ง Switchgear compartment และ Transformer compartment 1 ซึ่ง Unit substation จะต้องมีความแข็งแรงเพียงพอและสามารถป้องกันสะเก็ดระเบิดหรือเปลวไฟที่เกิดจาก arc ไม่ให้ไปโดนผู้ปฏิบัติงาน (operator) หรือ ประชาชนได้ ขึ้นอยู่กับพื้นที่ที่ติดตั้ง Unit substation ดังนี้ ผู้ซื้อควรต้องเรียกขอผลการทดสอบ (test report) หรือใบรับรอง (Certificate) ของ Internal arc test ที่ออกโดยสถาบันทดสอบจากผู้ขาย เพื่อพิสูจน์ว่า Unit substation ผ่านการทดสอบตามมาตรฐานจริงหรือไม่ สำหรับการพิจารณาผลการทดสอบ Internal arc test มีเกณฑ์พิจารณาเบื้องต้นดังนี้ 2.1.1 ค่ากระแสทดสอบลัดวงจรและระยะเวลาทดสอบอย่างน้อยต้องเท่ากับค่ากระแสลัดวงจรของระบบที่ใช้งาน เช่นระบบ 22 kV หรือ 24 kV ต้องผ่านการทดสอบ internal arc ทดสอบที่กระแสอย่างน้อย 16 kA rms เวลาทดสอบที่ 1 วินาที 2.1.2 มีการระบุ internal arc classification (IAC) และทิศทางการป้องกันสะเก็ดและเปลวไฟจาก arc ซึ่งแสดงเป็นตัวหนังสือดังนี้ ตัวอย่างเช่น IAC-B-FLR หมายความว่าตู้ unit substation ดังกล่าว สามารถติดตั้งในพื้นที่สาธารณะ และมีการป้องกันอันตรายทั้งทางด้านหน้า ด้านข้าง และด้านหลัง ได้ 2.1.3 กรณีที่พบว่าขนาดของ Unit substation ที่ทดสอบมีขนาดแตกต่างกับขนาดที่ต้องการซื้อ จำเป็นต้องให้ผู้ขายคำนวณปริมาณพื้นที่โดยเฉพาะใน Switchgear compartment ว่าต้องมีขนาดไม่เล็กกว่ารุ่นที่ทดสอบ ถึงจะสามารถนำผลการทดสอบมาแทนได้
2.2 มี Enclosure temperature class ที่เหมาะสม Enclosure temperature class นี้ เป็นคุณสมบัติที่สำคัญของ Unit substation แสดงถึงประสิทธิภาพการระบายความร้อนของ Enclosure ซึ่งจะส่งผลไปยังการกำหนดอุณหภูมิของหม้อแปลงของหม้อแปลงไฟฟ้าด้วย ตามสมการดังนี้ สำหรับ Enclosure temperature class ส่วนใหญ่ผู้ผลิต Unit substation จะออกแบบให้มีค่าอุณหภูมิที่ 15 ˚C หรือ 20 ˚C ซึ่งผู้ออกแบบจำเป็นต้องขอข้อมูลจากผู้ผลิตว่ารุ่นที่จะนำมาใช้งานมีอุณหภูมิกี่องศา เพื่อที่จะได้นำมาออกแบบฉนวนของหม้อแปลงต่อไป สำหรับหม้อแปลงไฟฟ้าปกติแล้ว Temperature limit of transformer insulation จะขึ้นอยู่กับชนิดของฉนวนที่ผู้ผลิตหม้อแปลงใช้ออกแบบ ซึ่งส่วนใหญ่จะประกอบด้วยฉนวนน้ำมันและฉนวนกระดาษ ฉนวนน้ำมัน หากเลือกใช้ชนิด Mineral oil สามารถใช้งานที่อุณภูมิที่ปลอดภัยได้ไม่เกิน140 ˚C แต่เพื่อลดความเสี่ยงและยืดอายุการใช้งานของหม้อแปลง ส่วนใหญ่จะนิยมใช้น้ำมันชนิด Less flammable oil ซึ่งมีจุดวาบไฟมากกว่า 300 ˚C และยังช่วยลดความเสี่ยงจากการเกิดไฟไหม้ได้อีกด้วย สำหรับฉนวนกระดาษซึ่งเป็นฉนวนที่สำคัญอีกตัวหนึ่ง สามารถแบ่ง class หลายชนิด ขึ้นอยู่การการเลือกใช้ เช่น ทำให้การเลือกหม้อแปลงใน Unit substation สามารถมีทางเลือกได้ว่าจะใช้วิธีการเพิ่มฉนวนของหม้อแปลงให้ทนอุณภูมิได้ดีขึ้น หรือจะลดอุณภูมิเพิ่มของหม้อแปลง ดังตัวอย่าง ต่อไปนี้ ตัวอย่างที่ 1 Unit substation เลือกใช้หม้อแปลงฉนวนกระดาษเป็นชนิด Kraft paper เลือกใช้ Enclosure temperature class ที่ 15 ˚c ทำให้หม้อแปลงต้องกำหนด temperature rise class ที่ไม่เกิน 50 ˚c ตัวอย่างที่ 2 Unit substation เลือกใช้หม้อแปลงที่มี temperature rise class ที่ 50 ˚c และเลือกใช้ Enclosure temperature class ที่ 20 ˚c ทำให้ฉนวนของหม้อแปลงรับภาระที่ 110 ˚ cหากฉนวนกระดาษเป็นชนิด Kraft paper จะทำให้หม้อแปลงมีอายุการใช้งานสั้น ควรเปลี่ยนเป็นชนิด Thermal upgraded paper หรือ Aramid paper ตัวอย่างที่ 3 Unit substation เลือกใช้หม้อแปลงฉนวนกระดาษเป็นชนิด Kraft paper เลือกใช้ Enclosure temperature class ที่ 20 ˚c ทำให้หม้อแปลงต้องกำหนด temperature rise class ที่ไม่เกิน 45 ˚c ซึ่งจะส่งผลให้หม้อแปลงมีราคาแพงและมีขนาดโตรุ่น temperature rise class ที่ 50 ˚c มาก โดยปกติแล้วสำหรับประเทศไทยควรกำหนด enclosure temperature rise ไว้ที่ 15 ˚ c หากมีอุณหูมิสูงกว่านี้ ควรเน้นเรื่องการเปลี่ยนฉนวนให้ทนความร้อนได้มากขึ้น ซึ่งจะถูกกว่าการลด temperature rise ของหม้อแปลง สำหรับการนำหม้อแปลง Dry type (cast resin) มาใช้งานใน Unit substation นั้น สามารถใช้งานได้ แต่ต้องคำนึงถึงขนาดของหม้อแปลงด้วยว่าสามารถบรรจุไว้ใน Unit substation ได้หรือไม่ เพราะโดยปกติแล้วหม้อแปลง Dry type (cast resin) จะมีขนาดโตกว่าประมาณ 1.5 เท่าขึ้นไปที่ขนาด kVA เท่ากัน
2.3 มีขนาดที่เหมาะสม ขนาดของ unit substation นั้น ขึ้นอยู่กับปัจจัยที่มีอิทธิพลหลัก 2 อย่างได้แก่ 2.3.1 ขนาดของหม้อแปลงไฟฟ้า เนื่องจากผู้ผลิตต้องออกแบบหม้อแปลงไฟฟ้าให้มีขนาดกำลังไฟฟ้าขึ้นกับกำลังใช้งาน ซึ่งโดยส่วนใหญ่แล้วจะกำหนดตั้งแต่ขนาด 500 kVA จนถึงขนาด 2,500 kVA หากมีขนาดโตกว่านี้ควรแบ่งเป็นหลายชุด รวมทั้งการกำหนด temperature rise ไม่ควรกำหนดต่ำมาก ตามที่ได้แนะนำในข้อ 3.2 3.3.2 พื้นที่ติดตั้ง เนื่องจากบางครั้ง unit substation ต้องมีการติดตั้งบนพื้นที่จำกัดหรือพื้นที่สาธารณะ เช่น บนทางเท้า เป็นต้น ทำให้ต้องพิจารณาว่าขนาดของ Unit substation จะเหมาะสมกับพื้นที่นั้น ๆ หรือไม่ เช่นต้องสอดคล้องกับข้ออนุญาตการติดตั้งบนพื้นที่สาธารณะของหน่วยงานเจ้าของพื้นที่ ทำให้บางครั้งผู้ออกแบบจะไม่สามารถที่จะเผื่อขนาดของ Unit substation ให้มีขนาดใหญ่เพื่อที่สามารถเพิ่มหรือเปลี่ยนหม้อแปลงกรณีที่โหลดเพิ่มได้
2.4 มีรูปแบบการติดตั้งที่หลากหลายและการบำรุงรักษาน้อย การติดตั้งส่วนใหญ่จะติดตั้ง unit substation ไว้บนฐานรองซึ่งจะทำจากเหล็กหรือคอนกรีตก็ได้ ซึ่งทำให้ระดับของ unit substation มีความสูงเพิ่มขึ้น โดยความสูงของฐานส่วนใหญ่จะขึ้นกับประวัติระดับน้ำท่วมสูงสุดของพื้นที่นั้น ๆ แต่บางครั้งหากพื้นที่ดังกล่าวไม่มีความกังวลในเรื่องน้ำท่วม เช่น การติดตั้งบนเนินเขา เป็นต้น สามารถนำ Unit substation มาติดตั้งแบบฝังดินบางส่วนได้ (semi-ground) ตามภาพที่ 4 ได้ ซึ่งมีข้อดีคือจะทำให้มีขนาดเล็กลง กลมกลืนกับสิ่งแวดล้อม
สำหรับการบำรุงรักษา unit substation ซึ่งเป็นอุปกรณ์ที่มีการบำรุงรักษาต่ำมากอยู่แล้ว มีเพียงส่วนที่ควรระวังหรือควรต้องมีการตรวจสอบประจำปีคือ ตัวถังและจุดต่อลงดินต่าง ๆ ต้องไม่เกิดการผุกร่อน เท่านั้น
2.5 เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม Unit substation ที่ดีต้องมีความสวยงาม ขนาดไม่โตเกินไป เมื่อติดตั้งแล้ว Enclosure ที่ดีควรที่จะต้องสามารถทำภาพ หรือ ทำลวดลายให้เหมาะสมกับสภาพพื้นที่ได้ ทั้งนี้การทำภาพต้องไม่ทำให้ประสิทธิภาพการระบายความร้อนให้ลดลง ยกตัวอย่างตามภาพที่ 5 สำหรับข้อดีของการทำภาพ หรือ ทำลวดลายอีกอย่างหนึ่งก็คือ สามารถใช้เป็นสื่อโฆษณา หรือประชาสัมพันธ์ข้อมูลต่าง ๆ ของหน่วยงานหรือเจ้าของพื้นที่ที่มีการวาง Unit substation ได้
2.6 รองรับการเปลี่ยนแปลงอุปกรณ์ในอนาคต Unit substation ที่ดี ต้องสามารถถอดประกอบ อุปกรณ์ภายในได้ง่าย ไม่ว่าจะเป็น RMU, หม้อแปลงไฟฟ้า หรือ LV switchboard กรณีที่เกิดการชำรุด หรือมีการเพิ่มขนาด โดยไม่จำเป็นต้องซื้อ unit substation ตัวใหม่มาเปลี่ยน
3. ขนาด Unit substation ที่นิยมใช้ Unit Substation ที่เหมาะสมกับการจ่ายไฟฟ้าในพื้นที่ระบบสายใต้ดิน
LAHMEYER® Unit substation เป็น unit substation ที่ผลิตโดยบริษัท Strakstrom-Gerätebau GmbH (SGB) ประเทศเยอรมันนี ซึ่งเป็นผู้ผลิต unit substation ชั้นนำของโลก ผลิต unit substation ที่มีคุณภาพสูง ทนทาน สามารถรองรับการติดตั้งร่วมกับ Ring main unit จากผู้ผลิตที่มีชื่อเสียงได้หลายราย เช่น Siemens, ABB, Schneider Electric และ Lucy เป็นต้น รวมทั้งยังมี model ต่าง ๆ ให้เลือกเหมาะสมกับขนาดของหม้อแปลงไฟฟ้า ซึ่งปัจจุบันทำได้สูงสุดถึง 36 kV 2,500 kVA ส่วนระบบป้องกันทางด้านแรงต่ำ มีความยืดหยุ่น ผู้ใช้งานสามารถเลือกใช้ได้ทั้งชนิด circuit breaker หรือ fuse LAHMEYER® Unit Substation เหมาะสมกับการจ่ายไฟฟ้าในพื้นที่ระบบสายใต้ดิน มีความปลอดภัยต่อประชาชนโดยเฉพาะการใช้งานในพื้นที่สาธารณะ เนื่องจาก LAHMEYER® Unit Substation ผ่านการทดสอบ Internal arc test จากสถาบันทดสอบ PHELA โดยได้รับการยอมรับให้ติดตั้งใช้งานจากหลายหน่วยงาน เช่น การไฟฟ้านครหลวง, การไฟฟ้าส่วนภูมิภาค รวมทั้งลูกค้าเอกชน เป็นระยะเวลาที่ยาวนานมากกว่า 10 ปี รวมทั้งมีประสบการณ์จำหน่ายเป็นจำนวนมากในภูมิภาคอื่น ๆ เช่น ยุโรป, เอเซีย, ตะวันออกกลาง, อเมริกากลาง รวมถึง แอฟริกา โดยมี type ที่ได้รับความนิยมในปัจจุบันมีดังนี้

5.บทสรุป จากข้อมูลข้างต้นจะทำให้ท่านผู้อ่านทราบถึงวิธีการเลือก Unit substation ที่ถูกต้อง โดยเฉพาะคุณสมบัติที่สำคัญที่ unit substation ต้องมีได้แก่ การทนต่อ internal arc test, การเลือก enclosure temperature class, การเลือกขนาดให้เหมาะสมกับสถานที่ติดตั้ง เป็นต้น รวมทั้งรู้จัก LAHMEYER® Unit substation ซึ่งมีหลาย type ให้ท่านสามารถเลือกใช้ให้เหมาะสมกับงาน หากต้องการข้อมูลเพิ่มเติมโปรดติดต่อบริษัทเจริญชัย อินเตอร์เทรด จำกัด ซึ่งเป็น sale agent และ sale distributer เพียงรายเดียวในประเทศไทย