การทดสอบสายไฟแรงสูงด้วยแรงดันความถี่ต่ำ Very Low Frequency (VLF Hipot) & Partial Discharge

1. ทำไมต้องทดสอบสายเคเบิลแรงสูงด้วย VLF แทน DC Hipot

สายเคเบิลใต้ดินฉนวน XLPE เป็นเส้นเลือดหลักของระบบจำหน่ายไฟฟ้าแรงสูงสมัยใหม่ แต่จุดอ่อนสำคัญคือความบกพร่องภายในฉนวน เช่น โพรงอากาศ (void) รอยบาดจากการติดตั้ง และหัวต่อสายที่ทำไม่ได้มาตรฐาน ซึ่งจะพัฒนาเป็น water tree และ electrical tree จนฉนวนทะลุในที่สุด การทดสอบด้วยแรงดันสูงหลังติดตั้งและตามรอบบำรุงรักษาจึงจำเป็นเพื่อค้นหาจุดอ่อนเหล่านี้ก่อนเกิดความเสียหายขณะจ่ายไฟจริง

งานวิจัยและประสบการณ์ภาคสนามจำนวนมากพบว่าการทดสอบสาย XLPE ด้วยแรงดันกระแสตรง (DC Hipot) อาจทิ้งประจุค้าง (space charge) สะสมในเนื้อฉนวน ซึ่งเมื่อจ่ายไฟกระแสสลับกลับเข้าไปประจุค้างจะเสริมสนามไฟฟ้าเฉพาะจุดจนเร่งให้ฉนวนเสียหายเร็วขึ้น การทดสอบด้วยแรงดันกระแสสลับความถี่ต่ำมาก (Very Low Frequency: VLF) ที่ 0.1 Hz จึงกลายเป็นวิธีมาตรฐานแทน เพราะให้ความเครียดทางไฟฟ้าใกล้เคียงสภาพใช้งานจริงโดยใช้เครื่องทดสอบขนาดเล็กพอที่จะยกไปหน้างานได้

2. มาตรฐานการทดสอบและระดับแรงดันที่ใช้

มาตรฐานหลักของการทดสอบ VLF คือ IEEE 400.2 ซึ่งกำหนดระดับแรงดันทดสอบเป็นจำนวนเท่าของแรงดันใช้งานเฟสต่อดิน (Uo) แยกตามประเภทงาน เช่น การทดสอบรับมอบสายใหม่ (acceptance) ใช้แรงดันสูงกว่าการทดสอบสายที่ใช้งานแล้ว (maintenance) และกำหนดระยะเวลาจ่ายแรงดันโดยทั่วไปที่ 15–60 นาที ส่วนภาพรวมของการทดสอบสายเคเบิลภาคสนามทั้งหมดอ้างอิง IEEE 400 และการทดสอบสายตามการผลิตอ้างอิงอนุกรม IEC 60502

ก่อนทดสอบต้องยืนยันพิกัดฉนวนของสาย หัวต่อ และหัวเคเบิล (termination) ให้รองรับแรงดันทดสอบได้ และเลือกโหมดการทดสอบให้เหมาะสม โดย VLF withstand เป็นการทดสอบแบบผ่าน/ไม่ผ่าน ในขณะที่การทดสอบวินิจฉัยเพิ่มเติม เช่น การวัด tan delta และการวัดดิสชาร์จบางส่วน (PD mapping) ระหว่างจ่ายแรงดัน VLF จะให้ข้อมูลสภาพฉนวนเชิงปริมาณที่ใช้วางแผนเปลี่ยนสายล่วงหน้าได้

• IEEE 400.2 — มาตรฐานการทดสอบ VLF โดยตรง
• แรงดันทดสอบกำหนดเป็นจำนวนเท่าของ Uo แยกตาม acceptance / maintenance
• ระยะเวลาทดสอบทั่วไป 15–60 นาที
• เสริมการวินิจฉัยด้วย tan delta และ PD ระหว่างทดสอบได้

3. ขั้นตอนปฏิบัติการทดสอบ VLF ภาคสนาม

เริ่มจากปลดสายออกจากระบบทั้งสองปลาย ต่อลงดินเพื่อคายประจุ และกั้นเขตปลอดภัยบริเวณปลายสายฝั่งไกลซึ่งจะมีแรงดันทดสอบปรากฏเช่นกัน ทำความสะอาดหัวเคเบิลเพื่อลดกระแสรั่วผิว จากนั้นวัดความต้านทานฉนวนด้วยเมกโอห์มมิเตอร์เป็นการคัดกรองเบื้องต้น หากค่าต่ำผิดปกติควรหาสาเหตุก่อน ไม่ควรจ่ายแรงดัน VLF เข้าไปในสายที่มีข้อบ่งชี้ว่าเสียหายรุนแรงอยู่แล้วโดยไม่จำเป็น

ต่อชุดทดสอบ VLF เข้ากับตัวนำทีละเฟสโดยให้เฟสที่เหลือและชีลด์ต่อลงดิน ปรับแรงดันขึ้นตามขั้นจนถึงค่าที่มาตรฐานกำหนด แล้วคงแรงดันไว้ตามเวลาทดสอบพร้อมเฝ้าดูกระแสรั่วตลอดเวลา หากเกิดเบรกดาวน์ระหว่างทดสอบให้ใช้เครื่องระบุตำแหน่งจุดเสีย (cable fault locator) ค้นหาตำแหน่งเพื่อซ่อมหรือตัดต่อใหม่ เมื่อทดสอบเสร็จต้องคายประจุผ่านแท่งดิสชาร์จและต่อลงดินทิ้งไว้ตามระยะเวลาที่เหมาะสมก่อนแตะต้องสายทุกครั้ง

4. ข้อผิดพลาดที่พบบ่อยและข้อควรระวัง

ข้อผิดพลาดที่พบบ่อยคือการลืมควบคุมพื้นที่ปลายสายฝั่งไกล ซึ่งอาจอยู่คนละอาคารหรือคนละสถานี ทำให้มีความเสี่ยงต่อบุคคลที่ไม่เกี่ยวข้อง อีกกรณีหนึ่งคือการทดสอบสายที่ยาวเกินความสามารถของเครื่อง VLF เนื่องจากสายยิ่งยาวยิ่งมีคาปาซิแตนซ์สูง เครื่องอาจจ่ายแรงดันไม่ถึงค่าที่กำหนดโดยผู้ทดสอบไม่รู้ตัว จึงต้องตรวจสอบพิกัดโหลดคาปาซิทีฟของเครื่องเทียบกับความยาวสายก่อนเสมอ

นอกจากนี้ควรระวังการแปลผลการทดสอบแบบ withstand เพียงอย่างเดียว เพราะสายที่ "ผ่าน" อาจยังมีจุดเสื่อมที่กำลังพัฒนาอยู่ การเก็บค่า tan delta เปรียบเทียบเป็นแนวโน้มทุกรอบทดสอบจะช่วยเห็นการเสื่อมก่อนถึงจุดวิกฤต และสำหรับสายเก่าที่ใกล้หมดอายุ ควรประเมินความเสี่ยงร่วมกับเจ้าของระบบก่อนเลือกระดับแรงดันทดสอบ เพราะการทดสอบคือการเร่งให้จุดอ่อนที่มีอยู่แล้วแสดงตัวในเวลาที่ควบคุมได้ ไม่ใช่ในเวลาที่ระบบต้องจ่ายไฟจริง

• ควบคุมพื้นที่ปลายสายฝั่งไกลทุกครั้ง
• ตรวจพิกัดโหลดคาปาซิทีฟของเครื่องเทียบกับความยาวสาย
• เก็บแนวโน้ม tan delta ทุกรอบทดสอบ
• คายประจุและต่อลงดินก่อนแตะต้องสายเสมอ