ระบบจ่ายไฟฟ้าสมัยใหม่นั้นใช้หลักการป้องกันอุปกรณ์ที่ไม่ล้มเหลวเมื่อตอบสนองต่อการเปลี่ยนแปลงของกระแสไฟฟ้าอย่างฉับพลัน ต้นกำเนิดของการเปลี่ยนแปลงอย่างกะทันหันเหล่านี้อาจเกิดจากฟ้าผ่า การสลับโหลดที่มีค่าความเหนี่ยวนำสูง สัญญาณรบกวนในระบบ การจ่ายไฟให้กับชุดตัวเก็บประจุ หรือความผิดพลาดของอุปกรณ์ องค์ประกอบป้องกันไฟกระชาก ระบบฉนวน อุปกรณ์กันไฟกระชาก เบรกเกอร์ในระบบจ่ายไฟ และอุปกรณ์รีเลย์แก้ไข ควรมีความสามารถในการทนต่อแรงดันไฟฟ้าที่พุ่งสูงขึ้นอย่างรวดเร็วและรุนแรงในช่วงเวลาสั้นๆ เช่นนี้ได้ การควบคุมในห้องปฏิบัติการเกี่ยวกับ... เครื่องกำเนิดไฟกระชาก กุญแจสำคัญในการตรวจสอบประสิทธิภาพดังกล่าวคือ การจำลองรูปแบบการรบกวนที่สมจริงภายใต้เงื่อนไขที่สามารถทำซ้ำได้
ในระบบจริง เหตุการณ์ชั่วขณะมักไม่สม่ำเสมอ รูปคลื่นแรงดันที่ชันกว่าเกิดจากฟ้าผ่า และการสลับตัวเก็บประจุทำให้เกิดแรงดันไฟกระชากที่ช้าแต่มีพลังงานสูง เครื่องจักรในโรงงานอุตสาหกรรมที่เริ่มการทำงานอย่างกระทันหันทำให้เกิดการรบกวนซ้ำๆ อุปกรณ์ป้องกันการจ่ายพลังงานจำเป็นต้องรับรู้ถึงเหตุการณ์ดังกล่าว สามารถดูดซับพลังงานนั้น และสามารถตอบสนองได้โดยไม่เสียหาย การจำลองไฟกระชากช่วยให้วิศวกรเห็นถึงความสามารถเหล่านี้ก่อนที่จะประกอบอุปกรณ์ในภาคสนาม

วัตถุประสงค์ของการจำลองไฟกระชากในวิศวกรรมการป้องกัน

มีการติดตั้งอุปกรณ์ป้องกันเพื่อนำไฟฟ้าหรือเปลี่ยนทิศทางพลังงานก่อนที่จะสัมผัสกับอุปกรณ์ที่บอบบางในบริเวณทำงาน แต่ละฟังก์ชันเหล่านี้ได้รับการตรวจสอบโดยการจำลองไฟกระชากโดยใช้พัลส์แรงดันเกินที่ควบคุมได้ หากไม่มีการตรวจสอบดังกล่าว อุปกรณ์อาจทำงานได้ดีในโหมดการทำงานที่ต่ำกว่าพิกัด แต่จะล้มเหลวเมื่อเกิดปฏิกิริยาชั่วขณะที่ไม่คาดคิด
เครื่องทดสอบแรงดันไฟกระชากแบบอิมพัลส์เป็นเครื่องจำลองรูปคลื่นของแรงดันไฟกระชากที่มีการกำหนดไว้อย่างแม่นยำทั้งในด้านเวลาเพิ่มขึ้น แรงดันสูงสุด และการลดลง これによりวิศวกรสามารถทดสอบได้ไม่เพียงแต่ความสามารถในการทนต่อแรงดันไฟกระชากเท่านั้น แต่ยังรวมถึงลำดับการทำงานของอุปกรณ์ป้องกันด้วย ผู้ผลิตเช่น LISUN จัดหาอุปกรณ์วัดแรงดันไฟกระชากแบบปรับเทียบแล้ว ซึ่งใช้ในการทดสอบความปลอดภัยทางไฟฟ้าโดยเฉพาะ เพื่อให้ได้ความแม่นยำสูงและมั่นใจได้ว่าพฤติกรรมชั่วขณะทางไฟฟ้าได้รับการวัดอย่างถูกต้อง แทนที่จะเป็นค่าโดยประมาณ

การประเมินความทนทานของฉนวนและลักษณะการแตกตัว

การป้องกันแรงดันไฟฟ้าชั่วขณะในเบื้องต้นมักทำโดยใช้ฉนวน สายเคเบิล ขดลวด บูช และตัวเรือนคอนเนคเตอร์ควรทนต่อการเปลี่ยนแปลงของแรงดันไฟฟ้าสูง การทดสอบด้วยกระแสสลับหรือกระแสตรงอย่างต่อเนื่องไม่สามารถบ่งชี้พฤติกรรมของฉนวนภายใต้การเพิ่มขึ้นของแรงดันไฟฟ้าอย่างฉับพลันได้ อุปกรณ์ป้องกันไฟกระชากจะถูกทดสอบแบบไดนามิกโดยการสร้างรูปคลื่น เช่น อิมพัลส์มาตรฐาน 1.2/50 มิลลิวินาที เมื่อแรงดันไฟฟ้าเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว สนามไฟฟ้าจะกระจุกตัวอยู่ในรอยต่อของรูเล็กๆ รอยแตก และขอบเขตของวัสดุ
การทดสอบแสดงให้เห็นว่าฉนวนสามารถฟื้นตัวได้หลังจากสถานการณ์ชั่วคราวหรือการปล่อยประจุบางส่วนภายในสะสมจนนำไปสู่เส้นทางการชำรุดเสียหาย เครื่องกำเนิดไฟกระชากจะกำหนดแรงดันไฟฟ้าที่เกิดการชำรุดเสียหายอย่างแม่นยำ และระบุตำแหน่งที่พลังงานกระจุกตัวอยู่ รวมถึงตรวจสอบว่ารูปแบบความล้มเหลวนั้นบ่งชี้ถึงข้อบกพร่องในการผลิตหรือไม่

ตรวจสอบอุปกรณ์ป้องกันไฟกระชากและอุปกรณ์กันไฟกระชาก

อุปกรณ์ป้องกันไฟกระชาก (SPD) และอุปกรณ์ดักจับไฟกระชากถูกออกแบบมาเพื่อดูดซับพลังงานชั่วขณะ อย่างไรก็ตาม ค่าที่ระบุไว้ในเอกสารควรมีลักษณะคล้ายคลึงกับการตอบสนองจริงภายใต้สภาวะการใช้งานจริง การทดสอบไฟกระชากประกอบด้วยการวิเคราะห์พฤติกรรมของแคลมป์ ความสม่ำเสมอของการตอบสนองระหว่างเฟส และความเสถียรของการกระจายพลังงาน
อุปกรณ์ป้องกันที่ทำงานช้าเกินไปจะทำให้พลังงานชั่วขณะไหลผ่านวงจรจ่ายไฟมากเกินไป อุปกรณ์ตัวใดตัวหนึ่งที่ทำงานก่อนกำหนดอาจทำให้เกิดการลัดวงจรและโอเวอร์โหลดเบรกเกอร์ต้นทางได้ เครื่องกำเนิดไฟกระชากช่วยให้มั่นใจได้ว่าไม่มีความคลาดเคลื่อนในเกณฑ์การทำงานในวงจรหลายวง นอกจากนี้ยังแสดงให้เห็นถึงพฤติกรรมการเสื่อมสภาพในระหว่างการทดสอบแรงกระตุ้นด้วย

การประสานงานระหว่างรีเลย์และเบรกเกอร์ภายใต้สภาวะชั่วคราว

การใช้รีเลย์ป้องกันดิจิทัลและเบรกเกอร์วงจรในระบบจำหน่ายไฟฟ้าสมัยใหม่มีความสำคัญอย่างยิ่ง และอุปกรณ์เหล่านี้ต้องทำงานได้อย่างเหมาะสมในสภาวะไฟกระชาก รีเลย์จะวัดสัญญาณแรงดันไฟฟ้าและทำงานแบบเรียลไทม์เพื่อตรวจสอบระดับแรงดันไฟฟ้า ในขณะที่เบรกเกอร์จะตัดวงจรเมื่อได้รับการร้องขอเท่านั้น และในขณะนั้นจะต้องสอดคล้องกับการตรวจจับการเปลี่ยนแปลงอย่างฉับพลัน
แม้แต่ตัวเบรกเกอร์เองก็ไม่ควรได้รับความเสียหายทางกายภาพระหว่างเหตุการณ์ที่มีพลังงานสูง ห้องดับประกายไฟภายในเบรกเกอร์จะได้รับความเครียดทางไฟฟ้าสูงมากในเหตุการณ์ชั่วขณะ สภาวะเหล่านี้ได้รับการจำลองขึ้นอย่างปลอดภัยและในสภาพแวดล้อมที่ควบคุมได้ในเครื่องกำเนิดไฟฟ้าสำหรับศัลยแพทย์ การวัดความเร็วในการเปิดเบรกเกอร์ภายใต้แรงดันไฟฟ้าชั่วขณะสูงสุด ช่วยให้วิศวกรตรวจสอบว่ากลไกการทำงานสามารถทำงานได้อย่างสม่ำเสมอในแต่ละรอบการทำงาน

การวิเคราะห์หม้อแปลงและการป้องกันขดลวด

หม้อแปลงไฟฟ้าต้องเผชิญกับแรงกดดันอย่างรุนแรงเมื่อเกิดไฟกระชาก การส่งผ่านคลื่นไฟฟ้าเข้าสู่ขดลวดไม่สม่ำเสมอ ทำให้เกิดการกระจุกตัวของสนามไฟฟ้าระหว่างขดลวด เครื่องกำเนิดไฟกระชากถูกนำมาใช้ในการตรวจสอบความสามารถในการทนต่อแรงกระตุ้นจากฟ้าผ่า พารามิเตอร์การประสานงานของฉนวน และพฤติกรรมความเครียดระหว่างขดลวด
ในกรณีส่วนใหญ่ ขดลวดหม้อแปลงอาจดูเหมือนเสถียรในสภาวะปกติ แต่จะเกิดความเสียหายเมื่อฉนวนเสื่อมสภาพเมื่อแรงดันไฟฟ้าเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วชั่วขณะ วิศวกรจะวิเคราะห์รูปแบบการสั่น การสั่นพ้องทางไฟฟ้า และลักษณะการหน่วงที่เกิดขึ้น พารามิเตอร์เหล่านี้จะตัดสินใจเลือกรูปทรงของวงแหวนและความหนาของฉนวนที่เหมาะสมสำหรับการใช้งานจริง ผลการทดสอบด้วยเครื่องทดสอบแรงดันไฟกระชากที่ได้รับการสอบเทียบแล้วมีความแม่นยำมากกว่าเมื่อเทียบกับการจำลองทางทฤษฎีเพียงอย่างเดียว

ความน่าเชื่อถือของการประกอบสายเคเบิลและขั้วต่อภายใต้แรงกระแทกจากไฟกระชาก

ในการส่งกระแสไฟฟ้าในระยะทางไกล สายไฟ ตัวเชื่อมต่อ และตัวต่อปลายสายจะประสบกับแรงดันไฟฟ้ากระชาก ชิ้นส่วนเหล่านี้มีความเสี่ยงต่อการปนเปื้อนของฝุ่นละออง ความชื้น และฉนวนที่เสื่อมสภาพได้ง่าย การทดสอบแรงดันไฟฟ้ากระชากจะตรวจสอบความต้านทานของตัวเรือนตัวเชื่อมต่อและชั้นฉนวนของสายเคเบิลต่อแรงดันไฟฟ้าสูงสุดโดยไม่เกิดการปล่อยประจุบางส่วน
คลื่นชั่วขณะจะเกิดขึ้นเมื่อตัวเชื่อมต่อมีขอบโลหะหรือฉนวนที่ไม่เรียบ ในกรณีที่มีจุดอ่อน กระแสไฟกระชากจะก่อให้เกิดสนามแม่เหล็กเฉพาะจุด ซึ่งอาจทำให้ช่องขนาดเล็กไหม้ได้ การทดสอบนี้จะช่วยรักษาเสถียรภาพของชุดสายเคเบิลในระหว่างสภาวะที่รุนแรง ลดโอกาสการเกิดความล้มเหลวในการติดตั้งใต้ดินและเหนือดินในอนาคต

ความสำคัญของการปรับรูปคลื่นและความสามารถในการทำซ้ำ

ความแม่นยำของรูปคลื่นในการทดสอบไฟกระชากเป็นวิธีทดสอบที่ถูกต้อง รูปคลื่นที่มีเวลาเริ่มต้นหรือเวลาสิ้นสุดที่ไม่ถูกต้องจึงไม่ได้แสดงถึงสภาวะสนามจริง เครื่องกำเนิดไฟกระชากจะสร้างแรงกระตุ้นในลักษณะที่ช่วยให้อุปกรณ์ป้องกันสามารถรับแรงดันไฟฟ้าที่สมจริงได้
ความสามารถในการทำซ้ำได้ช่วยรับประกันความสม่ำเสมอของประสิทธิภาพเมื่อวัดระหว่างชุดการผลิต ผลการทดสอบจะไม่น่าเชื่อถือหากรูปคลื่นมีการเปลี่ยนแปลงด้วยความถี่สูง ระบบคุณภาพเช่นที่สร้างโดย LISUN มีระบบสอบเทียบภายในที่ช่วยให้ได้รูปคลื่นที่มีความแม่นยำแม้ใช้งานเป็นเวลานาน วิศวกรนำความเสถียรนี้ไปใช้ในการเปรียบเทียบวัสดุ การออกแบบฉนวน อุปกรณ์ป้องกัน และระบบสวิตช์ในช่วงระยะเวลาที่ยาวนาน

ภาพประกอบ: เครื่องกำเนิดไฟฟ้าสำรอง

การบูรณาการเข้ากับกรอบการรับรองผลิตภัณฑ์

เอกสารเกี่ยวกับประสิทธิภาพการทนต่อไฟกระชากก่อนการอนุมัติผลิตภัณฑ์เป็นสิ่งจำเป็นในมาตรฐานความปลอดภัยทางไฟฟ้าส่วนใหญ่ โปรแกรมการรับรองระดับชาติและระดับนานาชาติมักกำหนดให้มีการทดสอบไฟกระชากหลายประเภท เช่น การทดสอบแรงดันกระชากจากฟ้าผ่า การทดสอบไฟกระชากจากการสวิตช์ และการทดสอบคลื่นผสม เครื่องกำเนิดไฟกระชากช่วยให้ผู้ผลิตสามารถตอบสนองความต้องการเหล่านี้ได้เป็นอย่างดี
การทดสอบด้วยแรงกระตุ้นที่ควบคุมได้ในห้องปฏิบัติการมีความสำคัญต่อหน่วยงานรับรองเช่นกัน เนื่องจากผลการสังเกตไฟกระชากในภาคสนามนั้นคาดเดาได้ยาก ในฤดูฟ้าผ่าหนึ่ง อุปกรณ์ป้องกันอาจใช้งานได้ดี แต่ในฤดูถัดไปอาจเกิดความเสียหายได้เพียงเพราะรูปคลื่นที่แตกต่างกันเท่านั้น การจำลองในห้องปฏิบัติการช่วยขจัดความไม่แน่นอนและรับประกันความน่าเชื่อถือได้

สรุป

การจ่ายพลังงานอย่างเชื่อถือได้เป็นเรื่องสำคัญสำหรับชิ้นส่วนต่างๆ ที่สามารถทนต่อกระแสไฟฟ้าแรงสูงได้ รูปคลื่นที่แม่นยำซึ่งจำเป็นต่อการตรวจสอบความแข็งแรงของฉนวนของชิ้นส่วน การตอบสนองของรีเลย์ พฤติกรรมการหนีบของอุปกรณ์ป้องกันไฟกระชาก การประสานงานของเบรกเกอร์ ความสมบูรณ์ของขดลวดของหม้อแปลง และความทนทานต่อการเปลี่ยนแปลงค่าคงที่ไดอิเล็กตริกของสายเคเบิล สามารถพบได้ในอุปกรณ์ทดสอบระดับห้องปฏิบัติการ เครื่องกำเนิดไฟกระชาก.
เครื่องทดสอบแรงดันไฟกระชากแบบปรับเทียบแล้ว โดยเฉพาะแบบรวมฟังก์ชันที่จัดจำหน่ายโดยผู้ผลิตที่มีชื่อเสียง เช่น LISUNสิ่งนี้ช่วยให้วิศวกรมีความเข้าใจที่ถูกต้องเกี่ยวกับความสามารถในการป้องกันของส่วนประกอบการกระจายไฟฟ้า การยืนยันเชิงคาดการณ์นี้ช่วยขจัดความล้มเหลวในภาคสนามและรับประกันว่าข้อกำหนดด้านความปลอดภัยได้รับการปฏิบัติตาม และความทนทานของโครงสร้างพื้นฐานด้านพลังงานจะเพิ่มขึ้น