การตรวจจับดิสชาร์จบางส่วน Partial Discharge (PD) ในอุปกรณ์ไฟฟ้าแรงสูง

1. ดิสชาร์จบางส่วนคืออะไร และทำไมจึงเป็นสัญญาณเตือนล่วงหน้าที่ดีที่สุด

ดิสชาร์จบางส่วน (Partial Discharge: PD) คือการเบรกดาวน์เฉพาะจุดเล็ก ๆ ภายในหรือบนผิวฉนวน โดยที่ฉนวนโดยรวมยังไม่ทะลุ เกิดขึ้นเมื่อสนามไฟฟ้าเฉพาะที่บริเวณโพรงอากาศ สิ่งเจือปน หรือขอบโลหะแหลมคมสูงเกินความคงทนของฉนวน ณ จุดนั้น การดิสชาร์จแต่ละครั้งปลดปล่อยพลังงานเพียงเล็กน้อยแต่กัดกร่อนเนื้อฉนวนสะสมไปเรื่อย ๆ จนพัฒนาเป็น electrical tree และจบด้วยการวาบไฟหรือฉนวนทะลุแบบสมบูรณ์

จุดเด่นของ PD ในเชิงวิศวกรรมบำรุงรักษาคือ มันเกิดขึ้นก่อนความเสียหายจริงเป็นเวลานาน อาจเป็นเดือนหรือเป็นปี และปล่อยสัญญาณหลายรูปแบบที่ตรวจจับได้ ทั้งพัลส์ไฟฟ้าความถี่สูง คลื่นเสียงอัลตราโซนิก คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า และแสงอัลตราไวโอเลต การตรวจวัด PD จึงเปรียบเสมือนการฟังเสียงเตือนของฉนวนก่อนที่มันจะพัง ซึ่งไม่มีการทดสอบใดให้การเตือนล่วงหน้าเฉพาะจุดได้ดีเท่านี้ในอุปกรณ์ไฟฟ้าแรงสูงที่กำลังจ่ายไฟอยู่

2. มาตรฐานการวัดและชนิดของเซนเซอร์

การวัด PD เชิงไฟฟ้าในห้องปฏิบัติการและการทดสอบรับมอบอ้างอิงมาตรฐาน IEC 60270 ซึ่งกำหนดวิธีวัดประจุปรากฏ (apparent charge) ในหน่วยพิโคคูลอมบ์ผ่านวงจรคัปปลิงคาปาซิเตอร์ ส่วนการตรวจวัดภาคสนามแบบไม่ดับไฟนิยมใช้วิธีที่ไม่ต้องต่อเข้ากับตัวนำโดยตรง (unconventional methods) เช่น เซนเซอร์แรงดันชั่วครู่บนผิวโลหะ (Transient Earth Voltage: TEV) เซนเซอร์อัลตราโซนิกในอากาศ เซนเซอร์ความถี่สูงแบบคล้องสาย (HFCT) ที่สายลงดิน และเซนเซอร์ UHF สำหรับ GIS

เซนเซอร์แต่ละชนิดเหมาะกับความบกพร่องต่างกัน กล่าวคือ อัลตราโซนิกไวต่อ PD บนผิวและโคโรนาที่มีทางอากาศเชื่อมถึง TEV เหมาะกับ PD ภายในตู้สวิตช์เกียร์แบบ metal-enclosed ส่วน HFCT เหมาะกับสายเคเบิลและหัวต่อสาย การสำรวจภาคสนามที่ดีจึงใช้หลายเซนเซอร์ร่วมกัน แล้ววิเคราะห์รูปแบบการเกิดพัลส์เทียบกับมุมเฟสของแรงดัน (Phase-Resolved PD pattern) เพื่อจำแนกชนิดของความบกพร่องและแยกสัญญาณรบกวนออกจาก PD จริง

• IEC 60270 — การวัด PD เชิงไฟฟ้าเป็นพิโคคูลอมบ์
• TEV — ตรวจ PD ภายในตู้ metal-enclosed
• อัลตราโซนิก — PD ตามผิวและโคโรนา
• HFCT — สายเคเบิลและหัวต่อสาย ผ่านสายลงดิน
• วิเคราะห์รูปแบบ Phase-Resolved เพื่อจำแนกชนิดความบกพร่อง

3. ขั้นตอนการสำรวจ PD แบบไม่ดับไฟในสถานประกอบการ

การสำรวจเริ่มจากเก็บค่าระดับสัญญาณรบกวนพื้นฐาน (background noise) ในพื้นที่ห่างจากอุปกรณ์ เพื่อใช้เป็นฐานเปรียบเทียบ จากนั้นไล่ตรวจตู้สวิตช์เกียร์ทีละตู้ด้วย TEV บนผิวตู้หลายตำแหน่ง และใช้อัลตราโซนิกฟังตามรอยต่อประตู ช่องระบายอากาศ และบัสซิ่ง จุดที่อ่านค่าสูงกว่าตู้ข้างเคียงหรือสูงกว่าฐานสัญญาณรบกวนอย่างมีนัยสำคัญให้ทำเครื่องหมายไว้ แล้ววัดซ้ำหลายครั้งเพื่อยืนยันว่าสัญญาณคงอยู่จริงไม่ใช่สัญญาณรบกวนชั่วคราว

จุดที่สงสัยควรตรวจวินิจฉัยเชิงลึกด้วยเครื่องวิเคราะห์รูปแบบพัลส์เทียบมุมเฟส และประเมินความรุนแรงจากทั้งขนาดสัญญาณ อัตราการเกิดพัลส์ และแนวโน้มเมื่อเทียบกับการสำรวจครั้งก่อน ผลการประเมินใช้จัดลำดับความเร่งด่วน เช่น เฝ้าระวังถี่ขึ้น วางแผนดับไฟตรวจภายใน หรือแก้ไขทันที ทั้งนี้ข้อมูลการสำรวจทุกครั้งควรบันทึกตำแหน่ง ค่าที่อ่านได้ และสภาพแวดล้อมอย่างเป็นระบบ เพราะคุณค่าที่แท้จริงของงาน PD อยู่ที่การเปรียบเทียบแนวโน้มระยะยาว

4. ข้อจำกัด สัญญาณหลอก และแนวทางใช้งานให้ได้ผลจริง

ความท้าทายหลักของงาน PD ภาคสนามคือสัญญาณรบกวนจากอินเวอร์เตอร์ ระบบขับเคลื่อนมอเตอร์ หลอดไฟบางชนิด และการสื่อสารวิทยุ ซึ่งอาจอ่านค่าได้คล้าย PD ผู้ตรวจวัดที่ขาดประสบการณ์จึงอาจสรุปผิดได้ทั้งสองทาง คือแจ้งเตือนเกินจริงจนเสียความเชื่อถือ หรือมองข้าม PD จริงที่ถูกสัญญาณรบกวนกลบ การจำแนกด้วยรูปแบบเทียบมุมเฟส การวัดหลายเซนเซอร์ และการวัดซ้ำต่างเวลากันจึงเป็นทักษะสำคัญที่ต้องฝึกฝน

อีกข้อจำกัดหนึ่งคือ PD บางชนิด เช่น โพรงภายในฉนวนแข็งลึก ๆ อาจปล่อยสัญญาณเสียงถึงภายนอกได้น้อยมาก การไม่พบสัญญาณจึงไม่ใช่การรับประกันว่าอุปกรณ์ปราศจากความบกพร่อง แนวทางที่ได้ผลคือกำหนดรอบสำรวจสม่ำเสมอ เช่น ปีละหนึ่งถึงสองครั้งสำหรับสวิตช์เกียร์สำคัญ ใช้ผลร่วมกับการสแกนความร้อนและประวัติการบำรุงรักษา และเมื่อพบแนวโน้มเพิ่มขึ้นต่อเนื่องให้ยกระดับเป็นการตรวจภายในแบบดับไฟก่อนที่ความบกพร่องจะพัฒนาถึงขั้นวาบไฟ

• สัญญาณรบกวนจากอินเวอร์เตอร์และวิทยุคือกับดักหลักของการแปลผล
• ไม่พบสัญญาณ ไม่ได้แปลว่าไม่มีความบกพร่อง
• สำรวจซ้ำสม่ำเสมอและดูแนวโน้มเป็นหลัก
• ยกระดับเป็นตรวจภายในเมื่อแนวโน้มเพิ่มต่อเนื่อง