1

Medium Voltage Distribution

1. Design

1.1 Environmental Aspects

1.2 Location

1.3 Operating Rooms

1.4 Escape Routes

2. Switchgear

2.1 General

2.2 Composition

2.3 Cooling

2.4 Cubicle Types

2.5 Earthing for Work

3. Equipment Items

3.1 General

3.2 Disconnectors

3.3 Switch Disconnectors

3.4 Fuses

3.5 Contactors

3.6 Circuit-breakers

4. Characteristics

4.1 Breaking S/C Currents

4.2 Connecting Capacitive

4.3 Breaking Small Inductive

4.4 Electrical Endurance

4.5 Maintenance

2

5. Measuring Transformers

5.1 CT

5.2 VT

5.3 Relay Protection

5.4 Efficiency Test

6. Condition Monitoring

6.1 Breaker Media of CB

6.2 Operating Devices

6.3 Contact Wear

6.4 Temperature Monitoring

3

Medium Voltage Distribution

1. Design

- MV Switchgear ทใชสาหรบโรงงานอตสาหกรรม เกอบทงหมดจะเปน In-house Design

ตาม IEC 60298

Temperatures in Switchgear Rooms -5 to 35 oC ( + 40 oC Peak Value )

Humidity 95 % 24 hr Average

- ปราศจาก Pollutants เชน ฝ น , ควน , กาซทกดกรอนหรอตดไฟ , etc

1.1 Environmental Aspects

- ปญหาสงแวดลอมเกดขนสาหรบโรงงานอตสาหกรรมหลายประเภท เชน ฝ นจาก

โรงงานปนซเมนต เปนตน

- หอง Switchgear จะตองมการระบายอากาศ เพอปองกนฝ นไมใหมผลตอ Switchgear

- บางกรณมการใช Filter ใน Ventilation Duct ซงตองมการทาความสะอาดกบ Filter

เปนประจา

- ปญหาสงแวดลอมแบบอนเกดขนถา Air Pollutants อาจทาปฏกรยาทางเคมกบสวน

ของ Switchgear เชน กามะถน ( Sulphur ) สามารถทาปฏกรยากบทางทองแดง

กลายเปน Sulphides การทม Sulphur จบเกาะทผวหนา อาจเพมความตานทาน และ

ทาใหอณหภมทหนาสมผสสงขน ซงอาจทาใหเกดความเสยหายได

- โรงงานอตสาหกรรมทในขบวนการผลตสราง Explosive Atmospheres (

บรรยากาศทไวไฟ ) โรงงานประเภทนจะตองหลกเลยงการใชอปกรณทจะให Spark

( หนาสมผสชวย , มอเตอร , etc ) Switchgear ทจะใชตองมขอกาหนดทเขมงวดมาก

- ความชนสรางปญหาอยางมากกบ Switchgear การกลนตวของหยดนาบนผวฉนวน

เมอรวมกบฝ นจะทาใหเกด Flashover และทาความเสยหายได

- ตสวตชบอรดทใชงานอยจะใหความรอน ซงจะปองกนการกลนตวเปนหยดนา แตต

ทไมไดใชงาน ( เปนตสารอง ) ถาอากาศมความชนสงและอณหภมลดลง อาจทาใหม

หยดนาได วธแกปญหาเกยวกบการกลนตวเปนหยดนา คอมระบบควบคมเพอ

Switch on ขดลวดความรอนเมอตไมไดใชงาน

4

1.2 Location

- Switchgear ทใชในโรงงานอตสาหกรรม อาจตดตงในอาคารแยกตางหาก แต

โดยทวไปจะตดตงในหองหมอแปลงในบรเวณโรงงาน

- เนองจากโรงงานอตสาหกรรมมมากมายหายชนด ซงมผลตอสงแวดลอมตางกน จง

เปนกนยากทจะใหขอกาหนดทวไปในการออกแบบ Switchgear แตมหลายจดซง

จะตองคานงเสมอในการออกแบบ เชน Pressure Relief และ Personal Evacuation

1.2.1 Pressure Relief

- Switchgear ควรเปนแบบทผานการทดสอบการทนตอ Arc ตาม IEC 60298

- การเกด Arc จะทาใหเกดกาซปรมาณมาก ซงจะตองนาออกเพอปองกนความ

เสยหายกบ Switchgear กาซทเกดขนจะตองนาออกจากบรเวณปฏบตงานส

ภายนอก เพอปองกนอนตรายตอผปฏบตงาน

- ความดนกาซทเกดจาก Arcing Fault อาจมมากถงหลายตนตอตารางเมตร และ

สามารถคานวณจากสตร

P = V

tIUN2 ××××

โดยท

P = ความดน ( Atmg )

N = จานวนของ Arcs

U = แรงดน Arc ( kV )

I = กระแส Arc ( kA )

t = เวลา ( t )

V = ปรมาตร ( m3 )

- ขอกาหนดตอไปนใชในการประเมน Arcing Test

1) ประต , สวนของ Enclosure , etc ซงปดและลอคในสภาพใชงาน ยงคง

ปดอยหลงจากทดสอบหรอไม

5

2) ชนสวนของ Metalclad Switchgear ซงอาจทาอนตรายตอผคนหลด

ออกมาหรอไม

3) มรทเกดการเผาไหมหรอไม

4) ผาทดสอบซงตดอยระดบตงหางจากดานหนา Switchgear ตดไฟ

หรอไม

5) สายดนยงคงใชงานไดหรอไมหลงทดสอบ

- ถา Switchgear ตดตงไกลจากผนง ซงหมายความวา Pressure Relief Ducts

จะตองยาวมาก ในกรณเชนนจะตองมการพสจนวา Pressure Stresses ใน

Switchgear ไมเกนคาทไดจาก Type Test

- เพดานทตาอาจทาใหไมสามารถนากาซทเกดจาก Arcing ออกไปอยางรวดเรว

ในกรณเชนนอาจตองลดคากระแสลดวงจร เพอลด Pressure ทเกดจาก Arcing

1.2.2 Escape Routes

- ในหลกการแลวผปฏบตงานจะอยหางทางออกไมเกน 5 m นนหมายความวา

ถาหอง Switchgear ยาวเกน 5 m จะตองมทางเขาทง 2 ดาน แตถา Switchgear

ผาน Arc Test และม Tripping Time ไมเกน 0.15 s กมทางออกเพยงแหงเดยว

ได

- ความกวางของบรเวณปฏบตงานจะตอง Clear Escape Routes อยางนอย 0.5 m

เมอประตตเปดอย

2. Switchgear

2.1 ทวไป

- MV Switchgear ทงหมดตองไดตาม IEC 60298 และระดบแรงดนทใชในโรงงาน

อตสาหกรรม คอ

7.2 kV

12 kV

24 kV

- กระแสลดวงจรและกระแสใชงานมคาสงมาก เนองจากแรงดนไมสงมากนก และ

โรงงาน อตสาหกรรมสวนมากตองการไฟฟาปรมาณมาก

กระแสใชงานมถง 4000 A

2.2 Composition

6

- คณสมบตทสาคญของ Switchgear ทใชในโรงงานอตสาหกรรม คอ ตองใชงานได

อยางดตลอดเวลา เพอใหกระบวนการผลตดาเนนตอไปได

- Switchgear อาจตองออกแบบใหม Alternative Incoming Supplies ซงจะตองใช

Double Busbar Arrangement แบบตางๆ ดงรปท 1

รปท 1 Double Busbars

- Double Busbar อาจอยในตเดยวกน ดงรปท 2 หรอต 2 ชด ตอดวยสายเคเบล

- ตอแบบ Single Row of Cubicles โดยม Sectioning Switch โดยม Incoming Supplies

2 ชด ดงรปท 2

HA. 41 HA. 42 HA. 43 HA. 44 HA. 45 HA. 46 HA. 47 HA. 48 HA. 49 HA. 50

HA. 42HA. 41 HA. 46HA. 44HA. 43 HA. 45 HA. 48HA. 47 HA. 49 HA. 50

7

รปท 2 Double Incoming Supply With Sectioning Breakers

- ระบบไฟฟาซงม Double Busbar อยในตเดยวกน ขณะนนยมใชนอยลง เนองจากการ

ม 2 Busbars อยในตเดยวกนจะเพมตามเสยงทจะ Affect จาก Fault

- และความเสยงของชางไฟฟาททางานกบระบบหนง ขณะทอกระบบมไฟอย

- ระบบ Duplex System มใชกนมากขน ทงทราคาแพง

- Duplex System ทมความปลอดภยสงสดคอ แบบ Front to Front ทม 2 Rows ของต

ตดตง Face to Face ซงหมายความวา Busbar 2 ชด อยหางกนหลายเมตร เมอม Fault

ทระบบหนงมนจะไมมผลตออกระบบหนง

- Front to Front Arrangement เปนแบบทใชพนทนอย เนองจากใชบรเวณปฏบตงาน

เพยงทเดยว

- Duplex System แบบ Back to Back จะตองใชบรเวณปฏบตงาน 2 ท หองไฟฟา

จะตองใหญขน

- บางครงอาจประหยดถาใช Switchgear ตอเปนแบบแถวเดยว โดยม Sectioning

Switch ระหวาง 2 ระบบ

2.3 Cooling

- ระบบไฟฟาของโรงงานอตสาหกรรมขนาดใหญใชกระแสปรมาณมาก

2 3

33

4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 141

INCOMMING FROM

SYSTEM TJ SWITCHGEAR , 26

CONNECTION WITH

15

M

33

33

33

33

33

3333 3 3

33

~ ~M~M

8

∴ จาเปนตองพจารณาเรองการทาความเยน ( Cooling )

- มาตรฐาน IEC 60298 ยอมใหมอณหภมเพมสาหรบสวนตอ ( Bolted Connections )

ระหวาง Copper Busbars 50 oC

- อณหภมเพมของ

Silver Plated Contact = 75 oC

Unsilvered Contact = 35 oC

- กระแสของ Busbar System ขนอยกบ

• Materials และ Surface Treatment ของ Joints และ Contacts

• การทาความเยน

- การทา Forced Cooling โดยใชพดลมทาใหสามารถใชกระแสสงขนได ตราบใดทพด

ลมยงใชงานไดอย

- ดงนนสวนมากจะใชการระบายความรอนโดยธรรมชาต ( Natural Ventilation ) ซง

ตองแบบใหมการหมนเวยนของอากาศใหไดด

- การทาสท Busbars จะทาใหการแผรงสความรอนออกไดดขน ทาใหสามารถใช

กระแสสงกวาปกตได

2.4 Cubicle Types

- ตามมาตรฐาน IEC 60298 ไดแบง Metal-enclosed Switchgear เปน 3 ชนด คอ

• Metalclad Switchgear

• Compartmented Switchgear

• Cubicle Switchgear

- Metalclad Switchgear

• Components อยใน Separate Cells

• ผนงตกนตองทาดวยโลหะ

- Compartmented Switchgear

• Components อยใน Separate Cells

• ผนงตกนอาจทาดวยอโลหะ

- Cubicle Switchgear

• เปนแบบเปดไมม Cells

• มระดบความปลอดภยตาสด

9

รปท 3 Cubicle Types

2.5 Earthing for Work

- Switchgear ทง 3 ชนดทกลาวมาแลว จะตองม Integrated Earthing สาหรบการ

ทางานเพอใหความปลอดภย

- Earthing Switch จะตองใหความปลอดภยสงสด โดยตองม Making Capacity สาหรบ

Full Short-circuit Current

- Earthing Switch จะตองการ Interlock เสมอ เพอไมใหมนสบไดขณะมไฟ

- Mechanical Interlock จะเปนแบบแรกทจะใชสาหรบ Earthing Switch

- ม Capacitive Voltage Indicators สาหรบแสดงวามไฟอย

3. Equipment Items

3.1 ในอตสาหกรรมม Operating Situations หลายรปแบบ

- Power Supply อาจมาจากหมอแปลง ซงตดตงภายในบรเวณโรงงาน ซงการ Switching จะม

ไมบอยครงนก ขณะเดยวกนการ Switching ของ Capacitor Banks อาจมหลายครงตอวน

- การใชอปกรณตางๆ จงขนอยกบชนดของโหลด เพอใหได Optimum Solution จาเปนตองร

• ชนดของกระแสและแรงดน

• จานวนครงของการ Switching

• เปนตน

3.2 Disconnectors

- Disconnectors ไมม Breaking Capacity ดงนนจงตอง Operate ขณะทไมมกระแส

Cubicle Switchgear Compartmented Switchgear Metal-Clad Switchgear

10

- ตองม Interlock เพอใหมนสามารถ Operate ได ขณะไมมกระแส

- Disconnectors ไมเพยงจะตองสามารถ Withstand Rated Current ได แตจะตอง

Withstand Short-current ได

- ตองใหระยะหางอยางเพยงพอ

Contact Position Indication ทด ตองแบบทสามารถมองเหนได ( Visible )

3.3 Switch Disconnectors

- ใชตดและตอวงจรขณะมโหลด

- สามารถตด Rated Current เชน 400 A , 630 A ได แตไมสามารถ Break Short-

circuit Current

- Switch Disconnectors สามารถ Switch on ขณะมลดวงจรได ดงนนจงสามารถทา

Short-circuit ได

- Short-circuit Protection ตองใชรวมกบ Fuses

- เพอปองกน Single Phasing ( วงจรไฟฟา 3 เฟส กลายเปนเฟสเดยว เมอสายหรอ

Fuse เสนหนงขาด ) ทาไดโดยใช Striker Pin ซงจะทาให Operating Mechanism

ทางาน เพอปลด Switch Disconnector ออกทง 3 เฟส

- Switch Disconnector ทางานไดโดย Spring Operating Device ซงทาใหม Tension

โดยใชมอหรอมอเตอร ( Manually or Motor )

3.4 Fuses

- ใชปองกนการลดวงจร

- ม Fusible Conductors ทาดวย Silver หรอ Copper ซงถกลอมดวย Extinguish

Medium ประกอบดวย Quartz Sand

- ทงหมด Enclosed ใน Insulating Cartridge Body

- เพอควบคม Fusible Conductors โดยทวไปจะเจอะร ( Form of Punched Hole )

- อาจม Warning Device ได

3.5 Contactors

- ใชกบงานทม Switching บอยๆ หลายครงตอชวโมง

- ใชเพอ Switching มอเตอร , คาปาซเตอรแบงค , เปนตน

- ม 2 แบบคอ Vacuum และ SF6 Contactors

- ใชกบแรงดน 36 kV , 7.2 kV และ 12 kV

กระแสพกด 400 A , 630 A

11

- ม Breaking Capacity ไมคอยสง 5 kV – 10 kV ดงนนโดยทวไปจะตองม Fuses ชวย

ปองกนการลดวงจร

- Contactors ม Mechanical Life ยาวมาก เนองจาก Moving Contact ทางานโดย

Solenoid ไมใช Spring Operating Device

3.6 Circuit Breakers

- สามารถ Make และ Break กระแสลดวงจรได

- ม Motorised Spring Operating Device

- อาจม Operating Sequence คอ Rapid Auto Reclosing

- มาตรฐาน IEC 60056 ไดกาหนด Test Cycles สาหรบ CB คอ 0-0.35 – CO-3 min -

CO

- ใน MV มใช 2 แบบคอ

Vacuum CB

SF6 CB

Vacuum CBs

- ไมมกาซในการนากระแส ยกเวน Metal Vapour จาก Contacts

- เมอกระแสผานจดศนย ( Zero Crossing ) Vapour จะหยดชวคร Breaking Operation

SF6 CBs

- ใช Puffer Principles

4. Characteristics of Various Circuit-breakers

- โรงงานอตสาหกรรมม Operating Situations หลายแบบ สาหรบการทางานของ Breakers

- ในทนจะกลาวถง Characteristics ทสาคญ

4.1 Breaking Short-circuit Current

- การ Break Short-circuit จะให Breakers โดน Stresses หลายอยางคอ

Mechanical ( Forces , Pressure ) Stress

Thermal Stress

- เมอ CB ตดตงใกล Turbogenerators เชน ใน Oil Platforms กระแสลดวงจรจะม

DC Components สง ท Zero Crossing เมอ Breaking จะใชเวลายาว

∴ Arcing Time Long

12

∴ CBs จะโดน Stress มาก

4.2 Connecting Capacitive Currents

- Capacitive Currents เชน No Load Line , Cable หรอ Capacitor Bank ในการ

Break จะตองไมม Restrike

- การตดตอ Individual Capacitor Bank โดยทวไปจะไมมปญหา แตถาเปน

Parallel Banks จะทาใหเกด Current Peaks ซงเปนปญหาได

- SF6 และ Vacuum CBs สามารถใชตดตอ Capacitor Banks ไดอยางด

CBs แบบเกาถามปญหาอาจใช Damping Reactors ชวยได

4.3 Breaking Small Inductive Currents

- โรงงานอตสาหกรรมใช HV Motor เปนจานวนมาก ทาใหบางครงตอง Break

Small Inductive Currents และเกดปญหาบางประการขน

- CBs ทกตวจะแนวโนมทจะตด ( Chop ) กระแสกอนทจะผาน Zero Crossing

ถาเกดขนในการตด Inductive Load พลงงานใน Inductor จะถกปลอยออก

และ Oscillate ระหวาง Parallel Capacitance และ Inductance ของโหลด ทา

ใหเกด High Overvoltage

- สาหรบ SF6 CBs , Chopping Level จะทาใหเกด Overvoltage และตอง

ปองกนดวย Surge Diverters

4.4 Electrical Endurance

- โรงงานอตสาหกรรมบางแหงม High Breaking Frequency กลาวคอมการ

Switching หลายครงตอวน ∴ ตองใช CBs ซงจะให Optimum Economy

- โดยทวไป Vacuum CBs จะมอายการใชงานทางไฟฟายาวทสด ( Longest

Electrical Life ) ประมาณ 100 Full Short-circuit Current

- SF6 มอายยาวเปนอนดบ 2

- Rated Current Breaking ของ CBs 10,000 – 20,000 Connections

- สาหรบ Operation ทจะตองมการ Breaking หลายครง / ชวโมง ไมเหมาะทจะ

ใช CBs ควรพจารณาใช Contactors

4.5 Maintenance

- Vacuum และ SF6 CBs ตองการการบารงรกษานอยมาก

- กลไกของ CBs ( Mechanism ) จะตองตรวจสอบทกๆ 5000 Operations

- SF6 จะตองเตมเพมถาม Pressure Alarm

13

- การทจะให CBs สามารถใชงานไดตลอดเวลา ( Operational Availability )

การตรวจวด ( Monitoring ) ของตวกลางตดกระแส ( Breaking Medium ) เปน

เรองสาคญมาก

- CBs ไมสามารถ Break High Current ถา Breaking Medium สงออกและถก

แทนดวยอากาศ ( Air )

5. Measuring Transformers and Relay Protection

- MV Switchgear มการใช Measuring Transformers ตางๆ เพอใหได Information เกยวกบ

กระแส , แรงดน

- Measuring Transformers เปลยนกระแสสง และแรงดนสง เปนกระแสคาตา , แรงดนตา ซง

เหมาะทใชกบรเลย มเตอร ฯลฯ

- Measuring Transformers ทใชม

Current Transformer ( CT )

Voltage Transformer ( VT )

5.1 Current Transformers ( IEC 60185 )

- CT ทใชใน MV Switchgear เปนแบบ Moulded Case Insulation มนอาจตดตง

และทาหนาทเปน Supporting Insulators สาหรบ Busbars และ Contacts

- CT มแกนหลายชนด เชน

Measuring Core แกนนใชในการวด มความเทยงตรง ( Accuracy ) สงท

กระแสพกด แตมการอมตว ( Saturation ) ตา

Protection Core แกนนใชกบรเลย เพอการปองกน สามารถวดกระแส Fault

ไดถกตอง จงมการอมตวสง

- CT โดยทวไปจะม 2-3 Cores

- การเลอกพกดของ CT ตองทาตามขอกาหนดดงตอไปน

1) CT ตองม Insulation Level เหมอนกบสวนอนของ Switchgear

2) ใชกระแสพกด Rated Current

3) กระแสลดวงจร กระแสลดวงจรสงสด ( Maximum Current ) ท CT

ยอมใหผานได เปนเวลา 1 s กระแสยอด ( Peak Current ) = 2.5 IS

4) พกดของ CT คดเปน VA คอโหลดทาง Secondary ของ CT จายได

e.g Ammeters , Relays ตองคด Line Losses ดวย

5) ALF ( Accuracy Limit Factor ) คอจานวนเทา ( 10 หรอ 20 ) ของ

Primary Current ท CT ยงสามารถรกษา Accuracy ไวได

14

5.2 Voltage Transformer ( IEC 60186 )

- VT ทใชใน MV Switchgear เปนแบบ Electromagnetic Type และมฉนวนทา

- ดวย Cast Resin

- VT สวนมากจะเปนแบบเฟสเดยว ( Single Phase )

- Accuracy ขนอยกบวาใชเปน

Measurement ม Accuracy สงกวา

- การเลอก VT ตองพจารณาพกดดงตอไปน

1) Insulation Level

2) Burden

3) Accuracy

etc.

5.3 Relay Protection

- ไดมการถกเถยงกนมานานเกยวกบวา Relay ควรจะตดตงใน Switchgear หรอ

มแผงแยกตางหาก

- ทงหมดนเพอความปลอดภยของผปฏบตงาน

- Switchgear สวนมากขณะนมความปลอดภยสงแลว ดงนน Relay สามารถ

ตดตงใน Switchgear Cubicle ได

- Relay ทใชปองกน Busbar Fault ขณะนทางานไดเรวมาก ซงสามารถความ

เสยงทเกดจาก Fault

6. Condition Monitoring

- เพอใหได Good Operational Availability จาเปนมากทตองรถงสภาวะตางๆ ของระบบ

ไฟฟา

- การตรวจวดอณหภมทหนาสมผส และ Busbars อยางตอเนอง จะปองกนการเกดความรอน

เกน ( Overheating ) ซงเปนสาเหตหลกของการเสยหายของอปกรณ

- Condition Monitoring เปนแฟกเตอรทสาคญทจะปองกนการเกดไฟดบ และ

ทาใหสามารถวางแผนการทาการบารงรกษาได

6.1 Breaking Media of Circuit Breaker

- Vacuum CB ขณะนยงไมมวธทจะตรวจวด Pressure ภายใน Interrupter

- SF6 สามารถ Monitor กาซภายในไดโดยใช Pressure Monitor ซงจะให Alarm ถา

Pressure ลดตาคาทตงไว

15

6.2 Operating Devices

- มระบบทวด Contact Velocity ระหวางจะการเปดหรอปด CBs

- คาทสงหรอตาเกนไปจะให Alarm

6.3 Contact Wear

- CB Monitor สามารถ Monitor การสกกรอน ( Wear ) จากแตละ Breaking Operation

- ไดมการทดสอบจานวนกบ CBs และพบวา Electrical Life เปนฟงชนของ Breaking

Current

- CB Monitor จะวด Breaking Current และจะใหจานวนครงของ Breaking ทาให

สามารถประมาณอายทางไฟฟาได มนจะให Alarm เมอ Electrical Life ไดประมาณ

80 % คาพกด

6.4 Temperature Monitoring

- Switchgear Overheating เปนไปไดเสมอ

- ดงนนจงสาคญมากทตองสามารถ Detect Abnormal Temperature กอนทมนจะทา

ความเสยหาย

- ม 2 วธในการวด Temperature

1) Thermovision Measurement

2) Temperature Indicator ซงเปลยนสได