การบำรุงรักษาและการตรวจวัดคุณภาพแก๊ส SF6 ในตู้สวิตช์เกียร์ GIS แรงสูง

1. ทำไมคุณภาพแก๊ส SF6 จึงเป็นหัวใจของระบบ GIS

สวิตช์เกียร์ชนิดใช้แก๊สเป็นฉนวน (Gas Insulated Switchgear: GIS) อาศัยแก๊สซัลเฟอร์เฮกซะฟลูออไรด์ (SF6) เป็นทั้งฉนวนไฟฟ้าและตัวกลางดับอาร์ก เนื่องจาก SF6 มีความคงทนต่อสนามไฟฟ้า (dielectric strength) สูงกว่าอากาศประมาณสามเท่าที่ความดันเดียวกัน จึงทำให้สามารถออกแบบสถานีไฟฟ้าให้มีขนาดกะทัดรัดกว่าระบบฉนวนอากาศมาก อย่างไรก็ตามสมรรถนะทั้งหมดนี้ขึ้นอยู่กับการรักษาความดันและความบริสุทธิ์ของแก๊สภายใน compartment ให้อยู่ในเกณฑ์ที่ผู้ผลิตกำหนดตลอดอายุการใช้งาน

เมื่อความดันแก๊สลดลงจากการรั่วซึม หรือแก๊สปนเปื้อนความชื้นและอากาศ ความสามารถในการเป็นฉนวนจะลดลงอย่างมีนัยสำคัญ และผลผลิตจากการสลายตัวของแก๊สหลังการดับอาร์ก เช่น SO2 และ HF ยังมีฤทธิ์กัดกร่อนชิ้นส่วนภายในอีกด้วย การตรวจวัดคุณภาพแก๊สตามรอบเวลาจึงเป็นงานบำรุงรักษาเชิงป้องกันที่สำคัญที่สุดของระบบ GIS ไม่ใช่เพียงการเติมแก๊สเมื่อสัญญาณเตือนความดันต่ำทำงานเท่านั้น

2. มาตรฐานอ้างอิงและเกณฑ์คุณภาพแก๊ส

มาตรฐานสากลหลักที่ใช้กำกับคุณภาพแก๊ส SF6 คือ IEC 60376 สำหรับแก๊สใหม่ และ IEC 60480 สำหรับแก๊สที่ผ่านการใช้งานแล้วซึ่งจะนำกลับมาใช้ใหม่ โดยกำหนดเกณฑ์ความบริสุทธิ์ ปริมาณอากาศเจือปน ความชื้น และผลผลิตจากการสลายตัวไว้อย่างชัดเจน ส่วนตัวอุปกรณ์สวิตช์เกียร์เองอ้างอิงการออกแบบและทดสอบตามอนุกรม IEC 62271 ซึ่งครอบคลุมทั้งอัตราการรั่วซึมที่ยอมรับได้ต่อปีและระบบเฝ้าระวังความหนาแน่นแก๊ส (gas density monitoring)

ค่าที่วิศวกรภาคสนามต้องตรวจวัดเป็นประจำได้แก่ ความบริสุทธิ์ของ SF6 (โดยทั่วไปควรสูงกว่าร้อยละ 97 โดยปริมาตรสำหรับแก๊สใช้งาน) ค่าจุดน้ำค้าง (dew point) เพื่อประเมินความชื้น และปริมาณ SO2 ซึ่งบ่งชี้ว่าเคยเกิดอาร์กหรือดิสชาร์จภายใน ทั้งนี้ควรบันทึกค่าความดันเทียบกับอุณหภูมิทุกครั้ง เพราะความดันแก๊สแปรผันตามอุณหภูมิแวดล้อม การอ่านค่าโดยไม่ชดเชยอุณหภูมิอาจทำให้วินิจฉัยการรั่วผิดพลาด

• IEC 60376 — ข้อกำหนดคุณภาพแก๊ส SF6 ใหม่
• IEC 60480 — เกณฑ์แก๊ส SF6 ใช้แล้วสำหรับนำกลับมาใช้ใหม่
• อนุกรม IEC 62271 — การออกแบบและทดสอบสวิตช์เกียร์แรงสูง
• ความบริสุทธิ์แก๊ส ความชื้น (dew point) และ SO2 คือสามค่าหลักที่ต้องตรวจ
• อ่านค่าความดันพร้อมชดเชยอุณหภูมิเสมอ

3. ขั้นตอนการตรวจวัดคุณภาพแก๊สและค้นหาจุดรั่วภาคสนาม

การตรวจวัดเริ่มจากต่อเครื่องวิเคราะห์แก๊สแบบหลายพารามิเตอร์ (multi-gas analyzer) เข้ากับวาล์วบริการของ compartment ผ่านท่อและข้อต่อชนิด self-sealing เพื่อให้แก๊สที่ใช้ทดสอบถูกดูดกลับเข้าถังเก็บภายในเครื่องโดยไม่ปล่อยสู่บรรยากาศ อ่านค่าความบริสุทธิ์ ความชื้น และ SO2 หลังจากค่าคงตัวแล้วจึงบันทึกเทียบกับผลการวัดครั้งก่อนเพื่อดูแนวโน้ม (trending) ซึ่งมีความหมายมากกว่าการดูค่าครั้งเดียว

หากพบความดันลดลงผิดปกติ ให้ค้นหาจุดรั่วด้วยเครื่องตรวจจับแก๊สความไวสูงบริเวณหน้าแปลน ปะเก็น วาล์ว และจุดต่อท่อ หรือใช้กล้องถ่ายภาพการรั่วของแก๊สแบบอินฟราเรด (SF6 imaging camera) สำหรับพื้นที่ที่เข้าถึงยาก จุดที่พบการรั่วบ่อยได้แก่ ปะเก็นโอริงที่เสื่อมตามอายุ เกจวัดความหนาแน่น และรอยเชื่อมท่อร่วมแก๊ส งานแก้ไขการรั่วต้องดูดกลับแก๊สก่อนเปิด compartment ทุกครั้งตามขั้นตอนความปลอดภัย

4. ปัญหาที่พบบ่อยและแนวทางป้องกัน

ปัญหาที่พบบ่อยที่สุดในงาน GIS คือการรั่วซึมช้า ๆ ที่ไม่ถูกสังเกตจนกระทั่งสัญญาณเตือนขั้นแรก (alarm) หรือขั้นล็อกการทำงาน (lockout) ทำงาน ซึ่ง ณ จุดนั้นความสามารถของฉนวนอาจลดลงไปมากแล้ว อีกปัญหาหนึ่งคือความชื้นสะสมภายใน compartment จากปะเก็นเสื่อมหรือจากการเติมแก๊สโดยไม่ทำสูญญากาศอย่างเพียงพอ ความชื้นจะรวมตัวกับผลผลิตการสลายตัวของแก๊สกลายเป็นกรดที่กัดกร่อนฉนวนรองรับ (spacer) และผิวโลหะภายใน

แนวทางป้องกันคือกำหนดรอบการตรวจวัดคุณภาพแก๊สอย่างสม่ำเสมอ วิเคราะห์แนวโน้มความดันจากบันทึกเกจความหนาแน่นทุกเดือน ทดสอบการทำงานของสัญญาณเตือนความดันต่ำเป็นระยะ และเปลี่ยนปะเก็นตามอายุที่ผู้ผลิตแนะนำเมื่อมีการเปิด compartment นอกจากนี้ควรอบรมทีมงานเรื่องการจัดการแก๊ส SF6 อย่างถูกวิธี เพราะ SF6 เป็นแก๊สเรือนกระจกศักยภาพสูงที่ห้ามปล่อยสู่บรรยากาศโดยเด็ดขาด

• เฝ้าดูแนวโน้มความดันทุกเดือน อย่ารอสัญญาณเตือน
• ความชื้น + ผลผลิตการสลายตัว = กรดกัดกร่อนภายใน
• ทดสอบ alarm/lockout ของเกจความหนาแน่นตามรอบ
• เปลี่ยนโอริงและปะเก็นทุกครั้งที่เปิด compartment