การทดลองระบบต่อลงดินของหม้อแปลงไฟฟ้า

การต่อลงดินหม้อแปลงไฟฟ้า (Transformer Grounding) เป็นส่วนสำคัญของระบบไฟฟ้าที่ส่งผลต่อระดับแรงดันไฟฟ้าระหว่างขดลวดและตัวถังหม้อแปลง การทดลองนี้มีวัตถุประสงค์เพื่อศึกษาความแตกต่างของแรงดันไฟฟ้าเมื่อใช้รูปแบบการต่อลงดินที่แตกต่างกัน รวมถึงเปรียบเทียบผลที่เกิดขึ้นกับหม้อแปลงไฟฟ้าแต่ละประเภท

การทดลองจำลองระบบจ่ายพลังงานไฟฟ้าจากการไฟฟ้าภูมิภาคและนครหลวงไปยังผู้ใช้งาน โดยใช้หม้อแปลงไฟฟ้าต่อแบบ WYE-DELTA หรือ DELTA-DELTA และเปรียบเทียบระบบที่ไม่ต่อลงดินกับระบบที่ต่อลงดิน

รูปแบบการต่อลงดินที่ใช้ในการทดลอง

การทดลองแบ่งรูปแบบการต่อลงดินออกเป็น 3 รูปแบบ ได้แก่

1. Un-ground ระบบที่ไม่มีการต่อลงดิน
2. Solid Ground ระบบที่ต่อลงดินโดยตรง
3. Neutral Grounding Resistance (NGR) ระบบต่อลงดินผ่านตัวต้านทานที่จุด Neutral

โดยใช้หม้อแปลง T1 จำลองแหล่งจ่ายไฟจากการไฟฟ้า และหม้อแปลง T2 จำลองหม้อแปลงที่ใช้ลดระดับแรงดันไฟฟ้าให้เหมาะสมกับการใช้งานภายในโรงงาน

ผลการทดลองกับหม้อแปลงไฟฟ้าแต่ละประเภท

การทดลองแบ่งออกเป็น 3 ชุด โดยใช้หม้อแปลงไฟฟ้าชนิด Dry Type, Oil Type และ Cast-resin Type เพื่อเปรียบเทียบแรงดันไฟฟ้าที่เกิดขึ้นในแต่ละรูปแบบการต่อลงดิน

1. หม้อแปลงชนิด Dry Type

ใช้หม้อแปลง T1 และ T2 ที่มีอัตราส่วนแรงดัน 220:5000 และ 5000:220 ตามลำดับ โดยปรับแรงดันไฟฟ้าด้านเข้า (v_IN) ตั้งแต่ 0–250 โวลต์

จากผลการทดลองพบว่า ในระบบ Un-ground ค่าแรงดัน v₁ และ v₂ มีค่าสูงขึ้นตามแรงดันด้านเข้า ขณะที่ระบบ Solid Ground และ NGR ค่า v₁ มีค่าเป็นศูนย์ตลอดช่วงการทดลอง และค่า v₂ มีค่าใกล้เคียงกับ v_OUT

2. หม้อแปลงชนิด Oil Type

ใช้หม้อแปลง T1 อัตราส่วน 220:12702 และ T2 อัตราส่วน 22000:110,220 โดยปรับแรงดันไฟฟ้าด้านเข้า (v_IN) ตั้งแต่ 0–250 โวลต์

ผลการทดลองในระบบ Un-ground พบว่า ค่าแรงดัน v₁ เพิ่มขึ้นสูงถึง 12,064 โวลต์ และ v₂ สูงถึง 11,280 โวลต์ เมื่อจ่ายแรงดันด้านเข้า 250 โวลต์

หม้อแปลงชนิด Oil Type ในระบบ Un-ground มีค่าแรงดันระหว่างขดลวดกับตัวถังสูงเกือบเท่ากับแรงดันจากแหล่งจ่าย ซึ่งเป็นประเด็นสำคัญที่ต้องพิจารณาด้านความทนทานของฉนวน

ขณะที่ระบบ Solid Ground และ NGR ค่า v₁ เป็นศูนย์ และค่า v₂ ใกล้เคียงกับ v_OUT เช่นเดียวกับผลการทดลองในหม้อแปลง Dry Type

3. หม้อแปลงชนิด Cast-resin Type

ใช้หม้อแปลง T1 และ T2 ที่มีอัตราส่วนแรงดัน 110:22000 และ 22000:110 ตามลำดับ โดยปรับแรงดันไฟฟ้าด้านเข้า (v_IN) ตั้งแต่ 0–100 โวลต์

ผลการทดลองพบว่า ระบบ Un-ground มีค่าแรงดัน v₁ และ v₂ เพิ่มขึ้นตามแรงดันด้านเข้า ส่วนระบบ Solid Ground และ NGR ค่า v₁ เป็นศูนย์ตลอดช่วงการทดลอง และค่า v₂ ใกล้เคียงกับ v_OUT

สาเหตุของแรงดันไฟฟ้าที่เกิดขึ้นในระบบ Un-ground

จากการวิเคราะห์ผลการทดลองพบว่า แรงดันไฟฟ้าที่เกิดขึ้นระหว่างขดลวด Secondary กับตัวถังหม้อแปลงในระบบ Un-ground มีความเกี่ยวข้องกับค่าความจุไฟฟ้าแฝง (Capacitance) ซึ่งเกิดขึ้นระหว่างขดลวด Primary กับ Secondary และระหว่างขดลวดกับตัวถังหม้อแปลง

เมื่อแรงดันไฟฟ้าระหว่างขดลวด Secondary กับตัวถังหม้อแปลงมีค่าสูง อาจทำให้แรงดันเกินกว่าความสามารถในการทนต่อแรงดันของฉนวน (Dielectric Strength) ของน้ำมันหม้อแปลง ส่งผลให้เกิดการรั่วไหลของกระแสไฟฟ้าได้ โดยเฉพาะบริเวณที่มีลักษณะแหลมคม ซึ่งมีโอกาสเกิดกระแสรั่วไหลได้ง่ายกว่า

เมื่อเกิดการรั่วไหลของกระแสไฟฟ้าเป็นระยะเวลานาน อาจทำให้มีการสะสมของคาร์บอนในน้ำมันหม้อแปลงมากขึ้น ส่งผลให้คุณสมบัติการเป็นฉนวนลดลง และเพิ่มโอกาสเกิดการอาร์ก (Arcing) อย่างรุนแรง

เอกสารต้นฉบับระบุว่าค่า Dielectric Strength มาตรฐานของน้ำมันหม้อแปลงกำหนดไว้สูงกว่า 30 kV

สรุปผลการทดลอง

จากการทดลองเปรียบเทียบระบบต่อลงดินทั้ง 3 รูปแบบ พบว่า ระบบ Un-ground มีค่าแรงดันระหว่างขดลวด Secondary กับตัวถังหม้อแปลงสูงกว่าระบบ Solid Ground และ NGR อย่างชัดเจน โดยเฉพาะหม้อแปลงชนิด Oil Type ที่พบค่าแรงดันสูงเกือบ 12,000 โวลต์

ผลการทดลองแสดงให้เห็นถึงความสัมพันธ์ระหว่างรูปแบบการต่อลงดินกับแรงดันไฟฟ้าที่เกิดขึ้นภายในหม้อแปลง รวมถึงความเสี่ยงที่อาจส่งผลต่อคุณสมบัติของฉนวนในระยะยาว การทำความเข้าใจระบบ Grounding จึงเป็นส่วนสำคัญในการพิจารณาความปลอดภัยและความน่าเชื่อถือของระบบไฟฟ้า

กลับหน้าหลัก