ไขข้อสงสัย Partial Discharge คืออะไร

Partial discharge (PD) คือ การ breakdown ทางไฟฟ้าบางส่วนที่เกิดขึ้นในระบบฉนวน

การเกิดขึ้นของ Partial discharge นั้นเกิดได้ในสองรูปแบบภายในอุปกรณ์ไฟฟ้าต่างๆ ได้แก่

1. Corona PD ในระบบฉนวนหม้อแปลงไฟฟ้า โดย Partial discharge รูปแบบนี้ มีสาเหตุมารจาก Gas bubbles ใน น้้ามันฉนวน ที่มี Ionized gas ที่อุณหภูมิต่ำ ซึ่งจะผลิตก๊าซไฮโดรเจน (H2) เป็นส่วนใหญ่ร่วมกับ ก๊าซมีเทน (CH4) แต่จะไม่ก่อให้เกิดผลกระทบ ความเสียหายหรือทำให้เกิดคาร์บอนของฉนวนกระดาษ

Partial Discharge ประเภท Corona นี้ ยังใช้เพื่ออธิบายการดิสชาร์จที่เกิดขึ้นในอากาศหรือก๊าซที่ขั้ว Terminal ของหม้อแปลงที่ท้าการทดสอบ (หากไม่มี Shielding electrodes)

2. Sparking PD จะเกิดขึ้นได้ทั้งในฉนวนเหลว (น้้ามันฉนวน) และฉนวนแข็ง (ฉนวนกระดาษ)

Sparking Partial Discharge จะมีลักษณะเป็น Arc เล็กๆ โดยจะขึ้นที่อุณหภูมิสูงมากๆ (>3,000 °C) ซึ่งจะผลิตก๊าซ ส่วนใหญ่คือ C2H2 และ H2 โดยจะส่งผลกระทบและก่อให้เกิดความเสียหายต่อระบบฉนวนกระดาษ ทำให้เกิดคาร์บอน และอาจเกิดร่องรอย Tracking และจะทำความเสียหายต่อระบบฉนวนน้้ามันในรูปของก๊าซที่ ละลายในน้้ามัน

ดังนั้นการที่มี Partial discharge ปรากฏอยู่ในระบบฉนวนของหม้อแปลงไฟฟ้าจะนำไปสู่การเสื่อมสภาพของฉนวน โดยรอบและท้ายที่สุดอาจนำไปสู่การเกิด Breakdown อย่างสมบูรณ์ได้

การตรวจวัด PD ของหม้อแปลงไฟฟ้า การตรวจวัด PD ของหม้อแปลงไฟฟ้า แบ่งเป็น 2 ประเภท ดังนี้

1. Off-line testing in LAB เป็นการตรวจสอบแบบ Off-line ในห้องปฏิบัติการ

โดยเป็นหัวข้อทดสอบพื้นฐานในการประกัน คุณภาพและการตรวจรับ (Factory Acceptance Test : FAT) เพื่อแสดงถึงการปนเปื้อนหรือ ข้อผิดพลาดจากการผลิตหรือการออกแบบที่ไม่ถูกต้องนั่นเอง

2. On-site testing มีทั้งการทดสอบแบบ Off-line และ On-line ที่ Site หรือ Site Acceptance Test : SAT หรือ อีกรูปแบบคือ PD on-line monitoring กับหม้อแปลงใหม่หรือหม้อแปลงที่ใช้งาน ซึ่งถูกนำมาใช้ประโยชน์ในการประเมินสภาพของหม้อแปลง

อ้างอิง : สำนักงานการวิจัยแห่งชาติ (วช.)

Topic : Partial discharge (PD) คือ

ตัวอย่างผลงานของ SIMES ENGINEERING

ในวันที่ 17 กุมภาพันธ์ 2562

ทางบริษัท Ajinomoto kamphaeng petch ทาง Oil regeneration at 115 KV Transformer number E0 ระหว่างที่ทำการจ่ายไฟฟ้าให้ระบบ ในวันที่ 28 กุมภาพันธ์ 2562 Transformer differential relay สั่ง Trip หม้อแปลง ขณะทำ Oil regeneration ในวันที่ 8 มีนาคม 2562 บริษัท ABB ได้ทำการตรวจหม้อแปลง ด้วยรายการทดสอบดังนี้

1. Dissolve gas analysis

2. Insulation resistance test 10 KV

3. Turn ratio test

4. Winding resistance test

5. Transformer diagnostic by frequency response analysis

เวลา 16.00 ทำการทดสอบหม้อแปลงเสร็จ ผลการทดสอบหม้อแปลงปกติ ในวันเดียวกัน ทางบริษัท SIMES ENGINEERING ทำTransformer differential relay testing , CT loop and Burden check , Install back up transformer differential relay “MICOM ” , Install fault recorder “HIOKI”

ในวันที่ 8 มีนาคม 2562

เวลา 18.00 น ทางบริษัท Ajinomoto อนุญาตให้ทำการ Energize หม้อแปลง E0 ผลการ Energize หลังจาก Energize เป็นเวลา 5 วินาที หม้อแปลง Trip ด้วย ABB Transformer differential relay ขณะเดียวกัน MICOM ทำงานส่งสัญญาณ Trip พร้อมกับเกิด Buchholz alarm

ในวันที่ 11 มีนาคม 2562

ทางบริษัท SIMES ENGINEERING ส่งน้ำมันหม้อแปลง ให้การไฟฟ้าฝ่ายผลิตแห่งประเทศไทย ทำการทดสอบในรายการดังนี้ 1. Dissolve gas analysis ผลมีการ Arcing ในหม้อแปลง 2. Water content ผลปกติ 3. Dielectric strength ผลปกติ

การแปรผลและการประเมินผลการตรวจวัด Partial Discharge (PD)

ในอดีตการแสดงผลการตรวจวัด Partial Discharge (PD) จะแสดงในรูปแบบอย่างง่ายหรือที่เรียกว่า Simple PD pattern ดังรูปที่ 1

a) กล่าวคือเป็นกราฟของค่าแรงดันและ PD pulse ใน 1 cycle ซึ่งใช้ oscilloscope 2 channel เป็นเครื่องมือแสดงผล อย่างไรก็ตามในช่วง 20 ปีที่ผ่านมา การแสดงผลการตรวจวัดได้เปลี่ยนเป็นแบบ Phase Resolving Partial Discharge หรือ PRPD ดังรูปที่ 1 b) ซึ่งถูกนำมาใช้อย่างแพร่หลายมากขึ้น โดยแสดงผล เป็น PD pulse ในหน่วย pC (ในวงจรที่ได้ Calibration แล้ว) รูปแบบ PRPD สามารถแสดงในกราฟได้ 3 มิติ โดยแกนตั้งคือ Amplitude ของ PD, แกนนอนคือต้าแหน่ง phase และแกนที่ 3 คือจำนวนของการนับ แสดงผลในรูปแบบของสี ดังรูปที่ 1 b) รูปแบบ PRPD เป็นข้อมูลที่ใช้ในการบอกจุดที่มีปัญหาในระบบฉนวนของอุปกรณ์ไฟฟ้าต่างๆ โดย รูปแบบ PD pattern ต่างๆของหม้อแปลง ตามที่ในห้อง LAB ได้ทำการจำลอง อธิบายไว้ใน CIGRE-2000 ซึ่งในเอกสารนี้จะมีการแสดง PD pattern ที่เกิดขึ้นในระบบฉนวน

รูปแบบเหล่านี้สามารถใช้เป็นข้อมูลพื้นฐานใน การระบุชนิดของแหล่งที่เกิดสัญญาณ PD ในขณะที่ทดสอบ Dielectric test ของหม้อแปลง สำหรับการแปร ผลการตรวจวัดและการตัดสินความรุนแรงของ Partial Discharge (PD) รูปแบบ PRPD มีข้อได้เปรียบที่ส้าคัญเมื่อเทียบกับรูปแบบ Simple PD pattern คือเรื่องของขนาดของ PD ที่แสดงผลในค่า pC

ในกรณีที่มีแหล่งกำเนิดสัญญาณ Partial Discharge (PD) หลายแห่งในระบบฉนวนเดียวกัน การระบุประเภทของสัญญาณ PD จะบอกได้ยาก เนื่องมาจากสัญญาณมีการซ้อนทับกัน

เหตุการณ์เช่นนี้อาจต้องอาศัยใช้วิธีการตรวจวัดใน รูปแบบต่างๆร่วมกัน เช่น วิธีการวัดทางไฟฟ้า, Electromagnetic และ Acoustic PD เพื่อแยกแยะความ แตกต่างระหว่างแหล่งกำเนิด Partial Discharge (PD) การหาตำแหน่งของแหล่งสัญญาณ PD นอกเหนือจากการตรวจวัดขนาดของสัญญาณ PD และการระบุลักษณะชนิดของสัญญาณ Partial Discharge (PD) แล้ว การหาตำแหน่งของแหล่งสัญญาณ Partial Discharge (PD) ถือเป็นขั้นตอนที่มีความสำคัญในการประเมินถึงความเสี่ยงและการตัดสินความรุนแรงของ PD ที่เกิดขึ้นในระบบฉนวน

ก่อนที่จะทำการเปิดหม้อแปลงเพื่อซ่อมแซม เราควรมีการบอกถึงตำแหน่งของแหล่งสัญญาณ Partial Discharge (PD) ด้วยวิธีการใดวิธีการหนึ่ง การตรวจวัด PD จาก สัญญาณ Acoustic PD และสัญญาณ UHF PD เป็นวิธีการที่ใช้ในการระบุหาตำแหน่งของแหล่งสัญญาณ PD วิธีการเหล่านี้ได้ถูกนำมาใช้อย่างแพร่หลายและประสบความสำเร็จ

ในบางกรณีท้ายที่สุดหากไม่พบสัญญาณจาก Acoustic PD การวิเคราะห์ผลการตรวจวัด Partial Discharge (PD) ทางไฟฟ้าใน Time domain และ Frequency domain จาก Test tap ของ bushing ก็เป็นอีกทางเลือกในการระบุหาตำแหน่ง แหล่งสัญญาณ PD ที่ซ่อนอยู่ภายในหม้อแปลงเอง ภาพรวมของวิธีการแก้ไขปัญหา PD ขั้นตอนที่1 การวิเคราะห์ PD pattern และ Calibration การสอบเทียบระบบการตรวจวัด PD กับหม้อแปลงที่ท้าการทดสอบ ถือเป็นขั้นตอนแรกที่สำคัญ

โดยการใช้ทั้ง Calibration coupling matrix (pC value) และแบบ Transfer function coupling matrix จะใช้ได้เฉพาะกับแหล่งก้าเนิด Partial Discharge (PD) ที่อยู่ใกล้ๆกับ Terminal ที่เราป้อนสัญญาณ Calibration ไป สำหรับ แหล่งกำเนิด PD ที่อยู่ลึกๆในระบบฉนวน Coupling matrix อาจไม่สามารถใช้งานได้ ดังนั้นขนาดของ สัญญาณ pC ที่ปรากฎนั้นไม่ได้ถือเป็นเกณฑ์ในการพิจารณาว่าแหล่ง Partial Discharge (PD) ที่ตรวจวัดนั้นมีความรุนแรงต่อระดับ ฉนวนของหม้อแปลงในระดับใด

การวิเคราะห์ผลลัพธ์

ขั้นตอนที่ 1

ทำให้เราทราบถึงประเภทของ Partial Discharge (PD) ผ่านการพิจารณาในรูปแบบ PD pattern และตำแหน่งที่เป็นไปได้ในการเกิดสัญญาณ PD ผ่านการวิเคราะห์สัญญาณใน Time domain และ Frequency domain ข้อมูลการออกแบบหรือ Layout ของหม้อแปลงที่ทำการทดสอบ ถือเป็นข้อมูลที่ เป็นประโยชน์ในการกำหนดตำแหน่งที่เหมาะสมของการติดตั้ง Acoustic sensor หรือ UHF probe ในขั้นตอนที่ 2 โดย UHF probe หากเป็นไปได้ควรติดตั้งที่ตำแหน่ง Drain valve ของ Tank หม้อแปลง

ขั้นตอนที่ 2

ติดตั้ง Acoustic sensor และ UHF probe การวิเคราะห์เชิงลึกของข้อมูลที่ได้จาก Acoustic sensor และ UHF probe จะช่วยให้เราทราบถึง ตำแหน่งของแหล่งกำเนิด PD หรืออาจเป็นข้อมูลเพื่อมากำหนดในการดำเนินการขั้นตอนต่อไป เช่น การ ทดสอบ Applied voltage test เป็นต้น เพื่อให้ได้ข้อมูลเพิ่มเติมเกี่ยวกับสนามไฟฟ้าที่ตำแหน่งแหล่งกำเนิด PD ลักษณะรูปร่างของ PD pattern ถูกสร้างขึ้นมาจากการวัดสัญญาณทางไฟฟ้า, Acoustic และ UHF สัญญาณที่ได้ควรคล้ายคลึงกันในทุกวิธีการที่เป็นสัญญาณมาจากแหล่งกำเนิด PD แหล่งเดียวกัน แต่อาจจะไม่ถูกต้องเสมอไปสำหรับ PD pattern ที่เป็นสมมาตรแบบอย่างยิ่ง ในกรณีที่การระบุหาตำแหน่งของ แหล่งกำเนิด PD ด้วยสัญญาณ Acoustic และ/หรือสัญญาณ UHF ไม่สำเร็จ อาจนำไปสู่การหาตำแหน่ง โดยตรงใน Active part (หม้อแปลงที่ไม่มีน้้ามัน) โดยการป้อนสัญญาณ Calibration ที่ตำแหน่งที่แนะนำโดย การวินิจฉัยก่อนหน้า