เซอร์กิตเบรกเกอร์แรงดันไฟฟ้าสูง

เซอร์กิตเบรกเกอร์ เป็นอุปกรณ์ที่ใช้สำหรับเปิดและปิดวงจรทั้งในขณะที่ระบบไฟฟ้ากำลังอยู่ใน

ภาวะปกติและภาวะผิดปกติ การเปิด-ปิดวงจรในภาวะปกติ จะทำด้วยมือเมื่อไรก็ได้ตามความต้องการ

แต่เมื่อระบบอยู่ในภาวะผิดปกติ เซอร์กิตเบรกเกอร์จะต้องตัดอย่างรวดเร็วที่สุดเท่าที่จะทำได้

จึงจำเป็นต้องมีอุปกรณ์อื่นๆ ช่วยตรวจจับภาวะผิดปกติ และสั่งให้เซอร์กิตเบรกเกอร์เปิดหรือปิดวงจรโดยอัตโนมัติ

ความรู้และความเข้าใจที่ถูกต้องถึงลักษณะสมบัติและหลักการของเซอร์กิตเบรกเกอร์ เป็นส่วนสำคัญที่ช่วยให้เข้าใจ
เรื่องวิศวกรรมการป้องกันได้ดีขึ้น เพราะในการกำจัดฟอลต์นั้นต้องมีการทำงานร่วมกันระหว่างเซอร์กิตเบรกเกอร์และรีเลย์ป้องกัน

ฉนวนที่ใช้ดับอาร์กของเซอร์กิตเบรกเกอร์จะมีหลายแบบ โดยขณะใช้งานหน้าสัมผัสจะถูกห่อหุ้มด้วยฉนวน เช่น ก๊าซ SF6 หรือน้ำามัน

โดยมีตัวถังทำหน้าที่เป็นกราวด์อุปกรณ์และมีหน้าสัมผัสต่อเข้ากับระบบ

ในบางทีฉนวนจะทำหน้าที่ดับอาร์กและระบายความร้อนในระบบไปพร้อมๆกัน ตัวถังของเซอร์กิตเบรกเกอร์จะต้องออกแบบ

เพื่อให้เวลาที่บรรจุฉนวนลงไปแล้วมีค่า Dielectric Strength ที่เพียงพอ ความแตกต่างของเซอร์กิตเบรกเกอร์จะขึ้นอยู่กับชนิดของฉนวน เช่น ก๊าซ น้ำมัน อากาศ สุญญากาศ และตัวกลไกในการสั่งทำงาน เช่น ใช้สปริงร่วมกับลม (Pneumatic) หรือน้ำมันไฮดรอลิก (Hydraulic) แต่ส่วนหลักจริงๆ ที่พิจารณาคือชนิดของฉนวน เช่น น้ำมัน ไม่ต้องการพลังงานจากกลไกเพื่อใช้ดับอาร์ก เพราะใช้พลังงานโดยตรง

จากอาร์กที่เกิดขึ้น เป็นต้น

  เซอร์กิตเบรกเกอร์แบบสุญญากาศ            เซอร์กิตเบรกเกอร์แบบสุญญากาศ
        (VCB DRAWOUT TYPE)                          (VCB FIXED TYPE)

โครงสร้างภายนอกเซอร์กิตเบรกเกอร์แบบสุญญากาศ

ประเภทของเซอร์กิตเบรกเกอร์ 

            เซอร์กิตเบรกเกอร์ที่นิยมใช้ปัจจุบันมี 2 ชนิด ได้แก่

 1. เซอร์กิตเบรกเกอร์แบบสุญญากาศ (Vacuum Circuit Breaker) เมื่อหน้าสัมผัสของเซอร์กิตเบรกเกอร์
แยกออกจากกัน จะทำให้เกิดอาร์กขึ้น ซึ่งอาร์กที่เกิดขึ้นประกอบด้วย อิเล็กตรอน ไอออน ส่วนผสมของก๊าซ

รวมเรียกว่า พลาสมา (Plasma) ซึ่งทำให้เกิดการนำไฟฟ้าขึ้นได้ การเกิดอาร์กนี้ทำให้หน้าสัมผัสของเซอร์กิตเบรกเกอร์
เสียหายได้ ดังนั้น จึงจำเป็นต้องดับอาร์กในเวลาที่เร็วที่สุด
            เซอร์กิตเบรกเกอร์แบบสุญญากาศ เป็นการดับอาร์กแบบลดความดันคือ ที่ความดันต่ำมาก จะมีค่าความคงทนของ
ไดอิเล็กตริกสูงพอสมควร และมีโมเลกุลของอากาศเหลือน้อยมาก เนื่องจากเข้าใกล้สุญญากาศ เมื่อโมเลกุลของอากาศ
เหลือน้อยทำให้เกิดอาร์กได้ยาก และเมื่อกระแสสลับผ่านศูนย์ลงไปแล้ว จะลดความรุนแรงของอาร์กลงและค่าคงทนของ
ไดอิเล็กตริกสูงพอสมควร จึงทำให้อาร์กสามารถดับลงได
            เซอร์กิตเบรกเกอร์แบบสุญญากาศส่วนมากจะติดตั้งภายในอาคาร และตัวหน้าสัมผัส (Interrupter) ไม่ต้องการ
การบำรุงรักษา เพราะหน้าสัมผัสของเซอร์กิตเบรกเกอร์แบบสุญญากาศอยู่ในสุญญากาศ จึงไม่มีสิ่งสกปรกและจะมีอายุ

การใช้งานยาวนาน แต่การผลิตเซอร์กิตเบรกเกอร์แบบสุญญากาศนั้นทำได้ยาก เพราะหน้าสัมผัสจะเป็นโลหะชนิดพิเศษ

และไม่สามารถสร้างให้มีแรงดันสูงมากๆ ได้

                                       โครงสร้างภายใน Vacuum Interrupter

ข้อดีของ Vacuum CB คือ
- หน้าสัมผัสสึกกร่อนช้า ทำให้อายุใช้งานยาว
- มีขนาดเล็ก
- สามารถติดตั้งได้ทุกตำแหน่ง

ข้อเสียของ Vacuum CB คือ

- Vacuum CB ตัดกระแสด้วยเวลาสั้นมาก ทำให้เกิด Switching Overvoltage ที่สูง
- ในการใช้งาน Vacuum CB บริษัทผู้ผลิตจะแนะนำให้ติด Surge Absorber ซึ่งเป็นวงจร R-C เข้าช่วยด้วย

2. เซอร์กิตเบรกเกอร์แบบ SF6 ซึ่งก๊าซ SF6 เป็นก๊าซที่ไม่มีสี ไม่มีกลิ่น ไม่มีรส ไม่ติดไฟ ไม่ช่วยให้ติดไฟ

และไม่ทำปฏิกิริยากับสารอื่น ทนความร้อนได้สูง มีความหนาแน่นมากกว่าอากาศและมีความคงทนของ

สารไดอิเล็กตริกสูงมาก ก๊าซ SF6 จะมีแรงดันเบรกดาวน์สูง เนื่องจากสามารถจับตัวอิเล็กตรอนอิสระในสนามไฟฟ้า

ได้มาก ดังนั้น อิเล็กตรอนจะไปเกาะก๊าซ SF6 ทำให้มีคุณสมบัติทางไฟฟ้าเป็นขั้วลบที่เคลื่อนที่ได้ช้า

เป็นผลทำให้อัตราการเพิ่มของอิเล็กตรอนอิสระถูกหน่วงให้ช้าลงด้วย ส่งผลให้ก๊าซ SF6 มีแรงดัน
เบรกดาวน์สูงกว่าก๊าซชนิดอื่น จึงเหมาะในการนำมาใช้เป็นฉนวนของเซอร์กิตเบรกเกอร์

                                           เซอร์กิตเบรกเกอร์แบบ SF6

             จากรูป เซอร์กิตเบรกเกอร์แบบ SF6 แสดงโครงสร้างการทำงานของห้องดับอาร์ก

ของเซอร์กิตเบรกเกอร์แบบ SF6 รูปแบบหนึ่งในห้องดับอาร์ก ประกอบด้วย หน้าสัมผัสที่อยู่กับที่

และหน้าสัมผัสที่เคลื่อนที่ได้กับก๊าซ SF6 ที่บรรจุในห้องดับอาร์ก โดยก๊าซ SF6 จะถูกเป่าเข้ามา

ในทรงกระบอก เมื่อมีการแยกออกของหน้าสัมผัสของเซอร์กิตเบรกเกอร์ ทำให้ความดันใน

ห้องดับอาร์กมีความดันเพิ่มขึ้นเมื่อก๊าซ SF6 เป่าลำอาร์ก ทำให้เกิดแรงดันตกคร่อมลำอาร์กและ
ทำให้อาร์กแตกตัวเป็นลำแคบๆ และรอบๆ จะมีอุณหภูมิต่ำ ทำให้อาร์กสามารถดับได้ และก๊าซ SF6

สามารถกลับคืนสภาพได้อย่างรวดเร็ว จึงทำให้ยากต่อการเกิดแรงดันตกคร่อมหน้าสัมผัส (Recovery Voltage)
 
SF6 CB
-ก๊าซ SF6 ได้ถูกนามาใช้เป็นฉนวนและตัวดับอาร์ก ใช้ใน HV CB อย่างได้ผลมานานแล้ว

- ขณะนี้ได้มีการนำมาใช้ในระดับแรงดัน MV
- ใน MVCB CB แบบนี้ การตัดกระแสทำใน Chamber ซึ่งบรรจุ ก๊าซ SF6 การตัดกระแส

  จะเป็นแบบ Soft Switching ทำให้ได้ Overvoltage ต่ำมาก จึงเหมาะสำหรับการตัดต่อวงจรมอเตอร์หม้อแปลง เป็นต้น

การเลือกใช้งาน

- MVCB ต้องใช้ร่วมกับรีเลย์ป้องกัน ให้การป้องกันได้หลากหลายขึ้นอยู่กับ Relay ที่ใช้ ไม่เหมือน HV HRC Fuses ซึ่งป้องกันได้
  อย่างเดียวคือ กระแสเกิน (Overcurrent) และลัดวงจร (Short Circuit) เท่านั้น

- CB มีราคาแพง ใช้กับระบบไฟฟ้าขนาดใหญ่ เช่น อาคารขนาดใหญ่ โรงงานอุตสาหกรรม และสถานีไฟฟ้าย่อย (Substation) เป็นต้น

พิกัดที่ต้องพิจารณามีดังต่อไปนี้

1. พิกัดแรงดัน
2. ค่า BIL
3. พิกัดกระแสปกติ
4. พิกัดกระแสลัดวงจร