อะไรคือ Partial Discharge อากาศ, โนเม็ก (Nomex), ไมลาร์, ไมก้า และดาร์กอน เป็นวัสดุที่เป็นฉนวนไฟฟ้า และเหมือนกับฉนวนทั่ว ๆ ไป
Partial Discharge เกิดขึ้นได้อย่างไร ? เกิดขึ้นได้ที่ตำแหน่งใด ? และแก้ไขอย่างไร ?
วัลลภ ลิ้มพลาสุข
Partial Discharge หรือ PD เคยถูกจำกัดสำหรับ ผู้ซ่อม หรือผู้ใช้งานของเครื่องจักรที่มีพิกัดแรงดันมากกว่า 7 KV ซึ่ง PD เป็นสิ่งที่ต้องนำมาพิจารณาเบื้องต้นของการใช้งานเครื่องจักรที่มีพิกัดแรงดัน ตั้งแต่ 11 KV หรือมากกว่า ในบทความนี้จะอธิบายถึงการเกิด PD วิธีการตรวจจับ และแนะนำวิธีการซ่อมหรือแก้ไข
Partial Discharge หรือ PD เคยถูกจำกัดสำหรับ ผู้ซ่อม หรือผู้ใช้งานของเครื่องจักรที่มีพิกัดแรงดันมากกว่า 7 KV ซึ่ง PD เป็นสิ่งที่ต้องนำมาพิจารณาเบื้องต้นของการใช้งานเครื่องจักรที่มีพิกัดแรงดัน ตั้งแต่ 11 KV หรือมากกว่า ในบทความนี้จะอธิบายถึงการเกิด PD วิธีการตรวจจับ และแนะนำวิธีการซ่อมหรือแก้ไขอะไรคือ Partial Discharge
อากาศ, โนเม็ก (Nomex), ไมลาร์, ไมก้า และดาร์กอน เป็นวัสดุที่เป็นฉนวนไฟฟ้า และเหมือนกับฉนวนทั่ว ๆ ไป ที่มีจุดแรงดันเบรกดาวน์ เมื่อมีการจ่ายแรงดันให้กับฉนวนเหล่านี้ด้วยแรงดันที่มีค่าสูง ๆ อากาศมีค่าความคงทนต่อแรงดันค่าสูง (Withstanding) 3.000 โวลต์ต่อมิลลิเมตร และเมื่อนำมาเปรียบเทียบกันวัสดุที่ถูกใช้นำมาเป็นฉนวนไฟฟ้าในปัจจุบันซึ่งจะเห็นว่าฉนวนไฟฟ้าสมัยใหม่มีค่าสูงกว่าหลายเท่า (ดูจากตารางที่ 1)
รูปที่ 1 แสดงให้เห็นแสงสว่างทางขั้วโลกเหนือ ที่สว่างเจิดจ้าเป็นตัวอย่างของการเกิด Partial Discharge และเป็นสิ่งที่สวยงาม แต่บางครั้งก็ดูเหมือนเป็นภาพที่น่ากลัว PD เกิดขึ้นที่ขดลวดมีปริมาณน้อยมาก แต่แน่นอนว่าเป็นสิ่งที่เจ้าของมอเตอร์มักไม่อยากจะให้เกิดขึ้น
รูปที่ 1 แสงสว่างที่เกิดขึ้นทางขั้วโลกเหนือ เป็นตัวอย่างของการเกิด Partial Discharge ที่เกิดขึ้นในธรรมชาติ
อากาศเป็นฉนวนไฟฟ้า
สายส่งไฟฟ้าแรงสูงที่พาดผ่าน ไปยังพื้นที่ที่มีการพัฒนาแล้วจะใช้ทาวเวอร์สูง ๆ กับฉนวนที่แข็งแรงในการจับยึดสายเคเบิลชนิดเปลือย ในการใช้เป็นอุปกรณ์ส่งกำลังไฟฟ้า ตัวนำที่ถูกใช้และมีความยาวเป็นหลายพันกิโลเมตร จะมีมูลค่ามากกว่าหลายเท่า หากตัวนำที่ถูกใช้ดังกล่าวเป็นชนิดมีฉนวนหุ้ม ดังนั้นตัวนำชนิดเปลือยจึงมักถูกนิยมนำมาใช้โดยแขวนแยกออกให้มีระยะที่ห่างกันเป็นเมตร การวางแยกห่างกันเป็นการสร้างความเป็นฉนวนระหว่างเฟสโดยใช้ระยะทางในอากาศเป็นปัจจัยสำคัญ
ตารางที่ 1 ตัวเลขแสดงในตารางเกิดจากการรวบรวมจากแหล่งข้อมูลหลาย ๆ ที่
เมื่อเกิดแรงดันไฟฟ้าแรงสูงที่มีค่าเพียงพอ กระทำผ่านมวลอากาศ จะทำให้เกิดการเบรกดาวน์ทางไฟฟ้า และมีการอาร์กของประกายไฟขึ้น การอาร์กจะกัดกร่อนหรือเผาไหม้ฉนวนที่อยู่ใกล้เคียงทำให้เกิดการเสียหาย และในขณะเดียวกัน อิออนในอากาศจะเกิดการแตกตัว ส่งผลให้เกิดก๊าซโอโซนขึ้น และก๊าซโอโซนจะทำปฏิกิริยาทางเคมีกับฉนวนไฟฟ้า
ในขดลวดชนิดขึ้นรูปของมอเตอร์ (Form Wound Coil) ถึงแม้ว่าแต่ละคอยล์จะถูกพันด้วยฉนวน แต่อากาศรอบ ๆ คอยล์ก็ยังเป็นส่วนหนึ่งของระบบฉนวน เมื่อมีแรงดันไฟฟ้ากระทำต่อช่องว่างที่เป็นอากาศมีค่ามากพอ อากาศที่อยู่ระหว่างคอยล์จะมีการเบรกดาวน์ทางไฟฟ้า การเบรกดาวน์ทำให้เกิดการอาร์ก กัดกร่อนฉนวนบริเวณรอบ ๆ โอโซนที่ถูกปล่อยออกมาจากการอาร์ก จะทำให้เกิดปฏิกิริยาทางเคมีกระทำกับฉนวน และเมื่อเกิดขึ้นหลาย ๆ ครั้งเข้า ความเสียหายจะพัฒนาจนไปถึงขั้นขดลวดช๊อตรอบ ขดลวดช๊อตเฟส และในที่สุดเกิดความเสียหายจนไม่สามารถใช้การได้
ในขดลวดที่ถูกออกแบบเป็นอย่างดีและถูกต้อง วัสดุที่เป็นฉนวนส่วนมาก Nomex, ไมก้า, อีพ๊อกซี่ และอื่น ๆ ที่เทียบเคียง มีความสามารถทนต่อแรงดันไฟฟ้าที่มากระทำวัสดุที่ใช้ทำฉนวนไฟฟ้าส่วนมาก เมื่อมีความชื้นที่เกิดขึ้นจะลดความสามารถทนแรงดันไฟฟ้าที่เกิดขึ้นในอากาศ
แรงดันตกคร่อมเฟสเท่ากับแรงดันไลน์ เมื่อมอเตอร์มีการต่อเป็นแบบเดลต้า และมีค่าเท่ากับ 58% ของแรงดันไลน์เมื่อมีการต่อเป็นแบบสตาร์ ดังนั้นความต่างศักย์ของแรงดันระหว่างคอยล์ที่อยู่ต่างเฟสกันจะมีค่าสูงกว่าคอยล์ที่อยู่ในเฟสและกรุ๊ปเดียวกัน การตรวจสอบด้วยสายตาจึงจำเป็นที่จะให้ความสำคัญ ตำแหน่งของคอยล์ที่อยู่ระหว่างกรุ๊ปที่ต่างเฟสกัน (ดูรูปที่ 2)
รูปที่ 2 สีขาว ๆ ที่เกิดจาการกัดกร่อนฉนวนที่เกิดขึ้นระหว่างคอยล์ที่มีเฟสต่างกันเป็นตำแหน่งที่แรงเค้นไฟฟ้ามีค่าสูงสุด
ความต่างศักย์ระหว่างขดลวดกับกราวด์ มีค่าเท่ากับแรงดันเฟสในขณะที่ขดลวดทำงานกับระบบกราวด์ที่ปกติ สำหรับขดลวดที่มีพิกัดแรงดันมากกว่า 5 KV โอกาสที่ทำให้เกิด Partial Discharge ระหว่างขดลวดกับสล๊อต แกนเหล็กมีมากกว่า เครื่องจักรที่มีพิกัดมากกว่า 7 KV ควรจะต้องใช้เทปชนิดพิเศษ ควบคุมความเสี่ยงที่จะเกิดคอนดักทีฟเทป (Conductive Tape) ซึ่งปกติจะมีสีดำ จะถูกใช้พันคอยล์ตำแหน่งที่เป็นเส้นตรงของคอยล์ เพื่อดิสชาร์จแรงดันที่เกิดขึ้นที่บริเวณผิวของคอยล์ไปยังระบบกราวด์ และพันทับปิดคอนดักทีฟเทปเล็กน้อย ด้วยเซมิคอนดักทีฟเทป (Semi Conductive Tape)
ซึ่งปกติจะมีสีน้ำตาลเพื่อให้แรงดันที่ผิวของคอยล์ ไหลกลับไปยังคอนดักทีฟเทป และกลับไปสู่ระบบกราวด์ในที่สุด
ถ้าคอนดักทีฟเทป และเซมิคอนดักทีฟเทป มีการพันการสัมผัสกันได้ไม่สมบูรณ์ แรงเค้นของแรงดันบริเวณปลายที่พันคอนดักทีฟเทปจะมีค่าสูง การกัดกร่อนฉนวนจะเกิดขึ้นทันทีบริเวณตำแหน่งปลายสุดที่มีการพันคอนดักทีฟเทป
เราสามารถแก้ไขได้ไหม ?
เมื่อมีการตรวจพบความเสียหายของการเกิด PD ด้วยสายตา ไม่ได้หมายความว่าขดลวดอยู่ในสภาวะอันตราย ใกล้ที่จะเกิดความเสียหาย ขั้นตอนที่จะแก้ไขหรือทำให้ความเสียหายช้าลงสามารถทำได้ ประการแรกคือ ถ้าความเสียหายจาก PD เกิดขึ้นที่บริเวณปลายขดลวดที่ยื่นออกมาจากสล๊อตและเห็นได้ชัด (ดูรูปที่ 2) ให้ทำการทำความสะอาดขดลวด
จากนั้นให้ใช้แปรงแข็ง ๆ (Stiff Brush, คล้ายแปรงถูพื้น) หรือ Scrub Pad (แผ่นขัดถู, สก๊อตไบรท์) ขัดถูทำความสะอาดบริเวณที่เกิดความเสียหาย ตามด้วยทำความสะอาดเศษผงของฉนวนที่ขัดออกมา โดยการเป่าออกด้วยคอมเพรสเซอร์แอร์ที่ไม่มีความชื้น จากนั้นใช้อีพ๊อกซี่คุณภาพดีที่มีส่วนผสมกัน 2 ส่วนทาเคลือบทับบริเวณที่เกิดความเสียหาย กรณีที่เกิดความเสียหายมากหรือกินเนื้อฉนวนเข้าไปลึก ช่างพันมอเตอร์บางที่จะใช้ผงไมก้าผสมกับอีพ๊อกซี่นำมาใช้ในการซ่อม
การตรวจหา Partial Discharge
เป้าหมายของวงการอุตสาหกรรมในรอบ10 ปีที่ผ่านมา พยายามที่จะประเมินความรุนแรงของความเสียหายที่เกิดจาก Partial Discharge ถ้าเราสามารถบอกปริมาณว่าจุดไหนเป็นจุดที่อันตรายเกินไป ที่จะยังคงสามารถใช้งานต่อไปได้ หรือนานเท่าไหร่ที่เครื่องจักรที่เกิด PD ขึ้นนั้นสามารถทำงานได้ ก่อนที่จะถูกนำไปพันใหม่ มีหลายบริษัทที่เป็นผู้เชี่ยวชาญในการค้นหา การตรวจวัดค่า และประเมินความเสียหายที่เพิ่มขยายขึ้นที่เกิดจาก PD
ถ้าพิจารณาถึงวิธีตรวจหา PD อย่างง่าย ๆ สามารถทำได้โดยทำฉากหลังของขดลวดที่สงสัยว่ามี PD เกิดขึ้น ด้วยฉากหรือพลาสติกสีดำ จากนั้นใช้เสิร์จเทสต์จ่ายแรงดัน เข้าที่ขดลวดอย่างน้อย 120% ของพิกัดแรงดัน ตรวจสอบการอาร์กที่อาจจะเกิดขึ้นที่ขดลวดด้วยสายตา และเวลาเดียวกันให้คอยฟังเสียงของการอาร์ก ที่อาจจะเกิดขึ้นในตำแหน่งมุมอับที่ไม่สามารถมองสังเกตุด้วยสายตา แรงเค้นของแรงดันไฟฟ้าบริเวณคอยล์ที่อยู่ต่างเฟส จะมีค่ามากกว่าบริเวณคอยล์ที่อยู่ในกรุ๊ปและเฟสเดียวกัน ให้พุ่งเป้าไปการสังเกตไปที่ตำแหน่งนั้น
การเฝ้าสังเกตการเกิด PD
Adwel; Dobel; Electrical Diagnostic Innovations; IRIS Power, a Qualitrol Company; ndb Technologie และอีกหลายบริษัทที่ทำงานด้านนี้ มีการให้บริการเครื่องมือที่ใช้ในการติดตามเฝ้าสังเกตการณ์การเกิด PD แบบออนไลน์ และในทางปฏิบัติจะไม่บริการแบบฟันธงว่าค่า PD เท่าไหร่ จึงจะเป็นค่าที่ต้องทำการพันขดลวดมอเตอร์ใหม่
การดูแนวโน้มของ PD ที่เกิดขึ้น เป็นข้อมูลที่ผู้ใช้งานใช้ในการตัดสินใจ ดูอัตราความเสียหายที่เพิ่มมากขึ้น การเปรียบเทียบระดับค่า PD ของมอเตอร์ที่ถูกออกแบบมาเหมือนกันจะเป็นประโยชน์ แต่จะไม่เป็นประโยชน์กับมอเตอร์ที่มีการออกแบบมาที่แตกต่างกัน
ยังมีวิธีอื่น ๆ ที่ใช้ความชำนาญน้อยกว่าในการตรวจหา PD ในขณะมอเตอร์ทำงานอยู่ วิธีหนึ่งได้แก่การวัดค่าโอโซนในห้องอากาศภายในสเตเตอร์
2-3 ปีที่ผ่านมา ได้มีสมาชิกได้โทรเข้ามาปรึกษาและบอกว่าได้กลิ่นของโอโซนเมื่อมีการเดินเข้าไปในตัวอาคารซึ่งมีมอเตอร์ 12 KV ทำงานอยู่ นั่นก็เป็นสิ่งหนึ่งที่ใช้ในการแจ้งเตือนได้เป็นอย่างดีทีเดียว อีกวิธีหนึ่งได้แก่การใช้อุปกรณ์ฟังเสียงอัลตราโซนิค ฟังเสียงอาร์กที่เกิดขึ้นในขณะเกิด PD ถ้ามีอุปกรณ์ฟังเสียงอัลตราโซนิค ซึ่งปกติเราจะใช้ในการตรวจสอบรอยรั่วของคอมเพรสเซอร์แอร์ นั่นจะเป็นเครื่องมือที่มีประโยชน์สำหรับการตรวจหา PD และมันยังเป็นเครื่องมือที่สามารถใช้ในการตรวจสอบหาการอาร์กของหน้าคอนแทกต์ หรือปัญหาการอาร์กต่าง ๆ ที่อาจจะสังเกตด้วยตาไม่ชัดเจน
กล้องถ่ายภาพความร้อน สามารถใช้ชี้จุดต้นกำเนิดที่ทำให้เกิดความเสียหายได้
เพื่อนสมาชิกที่อยู่ออสเตรเลีย ได้เคยบอกถึงการใช้เครื่องรับวิทยุระบบ AM ในการตรวจหา PD ถ้าเคยมีประสบการณ์เกี่ยวกับเสียง Noise ที่เกิดจากวิทยุซึ่งจะเหมือนกับ Noise ที่เกิดจากแหล่งจ่ายไฟฟ้า
PD ที่เกิดขึ้นที่ขดลวดชนิดกลม
PD ไม่ได้ถูกจำกัดว่าจะเกิดเฉพาะเครื่องจักรที่มีพิกัดแรงดันสูง มันเป็นปัญหาที่เกิดขึ้นจริงกับขดลวดชนิดกลมที่ถูกทำงานหรือจ่ายไฟด้วย VFD รูปที่ 3 แสดงขดลวดชนิดกลมที่ขดลวดสเตเตอร์เกิดความเสียหายซึ่งมีผลมาจาก PD โดยเกิดจากแหล่งจ่ายที่เป็น VFD
รูปที่ 3 ขดลวดชนิดกลมนี้มีปัญหาช๊อตรอบ ซึ่งมีสาเหตุมาจากแรงดันทรานเชียนต์ของ VFD
เมื่อพิจารณากลับไปจะพบว่า แรงดันเบรกดาวน์ของอากาศมีค่าเท่ากับ 75 Volt/mil มอเตอร์ 460 โวลต์ ถูกจ่ายไฟด้วย VFD แรงดันสูงผิดปกติ (Overshoot Voltage) อาจจะมีค่าสูงถึง 1,500-2,000 โวลต์ ที่แรงดันพิกัดของมอเตอร์ 575 โวลต์ แรงดันดังกล่าวมีค่าเป็นสัดส่วนที่สูงกว่าตำแหน่งของขดลวดกลมที่เข้าใกล้หรือแตะกัน แรงดันที่เกิดขึ้นจะมีค่าสูงเกินค่าแรงดันเบรกดาวน์ PD จะทำลายฟิล์มและ
น้ำยาที่เคลือบขดลวด ทำให้ความเสียหายที่เกิดจากการช๊อตรอบเป็นสิ่งที่หลีกเลี่ยงไม่ได้ ขดลวดอินเวอร์เตอร์ ถูกออกแบบมาเฉพาะใช้กับแหล่งจ่ายที่เป็น VFD จะใช้วิธีการเคลือบอ๊อกไซด์ เพื่อเพิ่มประสิทธิผลในการปกป้องฉนวนของลวดทองแดงและต้านทานการเกิด PD
ในอุดมคติ มี 2 สิ่งที่ต้องพิจารณาเมื่อขดลวดชนิดกลมถูกทำงานด้วย VFD ประการแรก เราส่วนมาก ซึ่งในฐานะเป็นผู้ซ่อมมอเตอร์เห็นตรงกันว่า แรงดันที่จะทำให้ขดลวดจะเสียหายเนื่องจาก VFDนั้น ค่าแรงดันจะอยู่ในเทอมของ ค่าแรงดันเริ่มต้นที่ทำให้เกิด PD (PD-inception Voltage) ของขดลวด และค่าแรงดันที่ถูกปล่อยออกมาจาก VFD ถ้ามีการจับคู่กันไม่ถูกต้องแล้ว ย่อมที่จะทำให้ขดลวดเกิดความเสียหาย
ปัญหายังรวมไปถึงการใช้งานที่ซึ่งมีสายลากยาวจากตำแหน่งติดตั้งมอเตอร์ ไปยังตำแหน่งติดตั้ง VFD มากเกินไป และไม่เพียงแต่เท่านั้นชนิดของสายเคเบิลก็ยังส่งผลต่อความรุนแรงของการเกิด PD อีกด้วย
เป็นการไม่ง่ายและมีความยุ่งยากในการระบุอย่างชัดเจนว่าความเสียหายของขดลวดเกิดจาก PD หรือไม่ซึ่งเป็นธรรมชาติของแหล่งจ่ายชนิด VFD ซึ่งสามารถตรวจจับการช๊อตเทิร์นได้ดีกว่าการมองเห็นด้วยตาเปล่า ปล่อยครั้งที่สมาชิกแจ้งว่ามอเตอร์ถูกส่งมาซ่อมเนื่องจากขดลวดเสียหาย ในขณะที่ยังสามารถทำงานได้ด้วยแหล่งจ่ายปกติเมื่อมีการทดสอบที่โรงซ่อม สิ่งนี้จะเป็นข้อมูลที่บอกว่ามอเตอร์มีการใช้งานร่วมกับ VFD จริง ๆ
วิธีการทดสอบที่ดีที่สุด ณ กรณีนี้คือการใช้เสิร์จเทสต์ทดสอบมอเตอร์เพื่อตรวจสอบหาค่าเริ่มต้นของแรงดันที่เกิดความเสียหาย
เอกสารอ้างอิง
- EASA Newsletter, November 2011
สงวนลิขสิทธิ์ ตามพระราชบัญญัติลิขสิทธิ์ พ.ศ. 2539 www.thailandindustry.com
Copyright (C) 2009 www.thailandindustry.com All rights reserved.
ขอสงวนสิทธิ์ ข้อมูล เนื้อหา บทความ และรูปภาพ (ในส่วนที่ทำขึ้นเอง) ทั้งหมดที่ปรากฎอยู่ในเว็บไซต์ www.thailandindustry.com ห้ามมิให้บุคคลใด คัดลอก หรือ ทำสำเนา หรือ ดัดแปลง ข้อความหรือบทความใดๆ ของเว็บไซต์ หากผู้ใดละเมิด ไม่ว่าการลอกเลียน หรือนำส่วนหนึ่งส่วนใดของบทความนี้ไปใช้ ดัดแปลง โดยไม่ได้รับอนุญาตเป็นลายลักษณ์อักษร จะถูกดำเนินคดี ตามที่กฏหมายบัญญัติไว้สูงสุด
Thailandindustrycom_official
