ลองนึกภาพเมืองที่ระบบไฟฟ้าไม่มีกลไกป้องกันที่เชื่อถือได้ ความผิดพลาดเพียงครั้งเดียวอาจทำให้ทั้งเมืองตกอยู่ในความมืด สวิตช์เกียร์แรงดันปานกลางทำหน้าที่เป็น "ผู้พิทักษ์" ของระบบไฟฟ้า โดยแยกความผิดพลาดอย่างรวดเร็วเพื่อปกป้องอุปกรณ์และบุคลากร ในขณะเดียวกันก็จัดการการกระจายกระแสไฟฟ้าอย่างชาญฉลาด บทความนี้จะสำรวจพื้นฐาน หลักการดำเนินงาน ประเภท และแนวโน้มในอนาคตของส่วนประกอบโครงสร้างพื้นฐานทางไฟฟ้าที่สำคัญนี้

ในฐานะที่เป็นส่วนประกอบหลักของระบบไฟฟ้า สวิตช์เกียร์โดยพื้นฐานแล้วแสดงถึงชุดอุปกรณ์ป้องกันวงจรแบบรวมศูนย์ ประกอบด้วยเบรกเกอร์ ฟิวส์ และสวิตช์ องค์ประกอบเหล่านี้ทำหน้าที่ป้องกัน ควบคุม และแยกอุปกรณ์ไฟฟ้าอย่างมีชีวิตชีวา อุปกรณ์ป้องกันเหล่านี้มักจะอยู่ในโครงสร้างโลหะ โดยมีชุดประกอบหนึ่งชุดขึ้นไปเรียกว่าสายสวิตช์เกียร์หรือส่วนประกอบ

สวิตช์เกียร์มีการใช้งานอย่างกว้างขวางในระบบส่งและจำหน่ายสาธารณูปโภค รวมถึงในอาคารพาณิชย์หรืออุตสาหกรรมขนาดใหญ่และขนาดกลาง ในทวีปอเมริกาเหนือ มาตรฐานสวิตช์เกียร์ไฟฟ้าถูกกำหนดโดย IEEE ในขณะที่ยุโรปและภูมิภาคอื่นๆ ปฏิบัติตามมาตรฐาน IEC

หน้าที่หลักของสวิตช์เกียร์หมุนรอบการกระจายพลังงานและการป้องกัน โดยจะส่งกระแสไฟฟ้าไปยังพื้นที่ต่างๆ ของสิ่งอำนวยความสะดวกและโหลดที่เกี่ยวข้อง ที่สำคัญกว่านั้นคือช่วยให้มั่นใจในความปลอดภัยของบุคลากรและอุปกรณ์โดยการจำกัดกระแสของระบบ เมื่อกระแสเกินเกณฑ์ที่ปลอดภัย สวิตช์เกียร์จะขัดจังหวะวงจรทันที ป้องกันอันตรายที่อาจเกิดขึ้น

สวิตช์เกียร์แรงดันปานกลางแตกต่างกันไปตามการออกแบบและการใช้งาน ประเภททั่วไป ได้แก่:

โซลูชันแรงดันปานกลางที่หุ้มด้วยโลหะนี้มีเบรกเกอร์และดิสคอนเนคเตอร์ที่ปิดสนิท เหมาะสำหรับสถานที่ที่มีพื้นที่จำกัดหรือเข้าถึงยาก การออกแบบเป็นไปตามมาตรฐาน IEEE C37.20.9 และ IEC 62271

กำหนดโดย IEEE C37.20.2 การกำหนดค่านี้มีส่วนประกอบไฟฟ้าทั้งหมดอยู่ในช่องโลหะแยกกัน ซึ่งให้ความปลอดภัยและการบำรุงรักษาที่ดียิ่งขึ้น เหมาะสำหรับการใช้งาน 5 kV ถึง 38 kV โดยทั่วไปจะใช้เบรกเกอร์แบบดึงออก

ตาม IEEE C37.20.3 ประเภทนี้รวมอุปกรณ์ป้องกันโดยไม่ต้องใช้สิ่งกีดขวางแยกต่างหาก ใช้กันอย่างแพร่หลายในอาคารพาณิชย์และอุตสาหกรรมที่มีแรงดันไฟฟ้าเกิน 480/600V

ออกแบบตาม IEEE C37.74 สำหรับระบบจำหน่ายใต้ดิน 5-38 kV ที่ต้องการการทำงานเหนือพื้นดิน มีระดับกลางแจ้งและการก่อสร้างที่ทนต่อการก่อกวน รองรับสื่อฉนวนต่างๆ รวมถึงอากาศ ก๊าซ SF6 และไดอิเล็กตริกของเหลว/ของแข็ง

ANSI/IEEE C37.20.7 จัดประเภทการออกแบบที่ทนต่ออาร์คซึ่งเปลี่ยนเส้นทางพลังงานความผิดพลาดออกจากบุคลากรอย่างปลอดภัย การจำแนกประเภทสี่ประเภทระบุพื้นที่คุ้มครองตั้งแต่ด้านหน้าเท่านั้น (ประเภท 1) ไปจนถึงการป้องกันรอบปริมณฑลทั้งหมด รวมถึงช่องที่อยู่ติดกัน (ประเภท 2C)

ความสามารถในการขัดจังหวะ (โดยทั่วไป 25-63 kAIC สำหรับเบรกเกอร์แรงดันปานกลาง) ระบุกระแสความผิดพลาดสูงสุดที่อุปกรณ์ป้องกันสามารถขัดจังหวะได้อย่างปลอดภัย พิกัดความทนทานของสวิตช์เกียร์ (25-63 kA แบบสมมาตรสำหรับระยะเวลา 2 วินาที) ระบุกระแสความผิดพลาดสูงสุดที่ชุดประกอบสามารถทนได้โดยไม่เสียหาย

ตั้งแต่ 600A ถึง 4000A ซึ่งระบุความสามารถในการรับกระแสไฟฟ้าอย่างต่อเนื่องของอุปกรณ์ป้องกันหลักและบัสบาร์โดยไม่ทำให้เกิดการสะดุดหรืออุปกรณ์เสียหาย

มาตรฐาน ANSI/IEEE กำหนดแรงดันปานกลางเป็น 600V ถึง 69 kV โดยมีการใช้งานสวิตช์เกียร์ทั่วไป ได้แก่ ระบบ 12.47 kV, 13.8 kV และ 15 kV

การรวมอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์อัจฉริยะ (IED) เช่น เบรกเกอร์อัจฉริยะ เซ็นเซอร์ และรีเลย์ที่ใช้ไมโครโปรเซสเซอร์ ทำให้สามารถตรวจสอบและควบคุมขั้นสูงได้ สวิตช์เกียร์สมัยใหม่เชื่อมต่อกับแพลตฟอร์มการวิเคราะห์บนคลาวด์มากขึ้นเรื่อยๆ ซึ่งให้ข้อมูลเชิงลึกที่นำไปใช้ได้จริงเพื่อเพิ่มความปลอดภัยของระบบ ความน่าเชื่อถือ และประสิทธิภาพในการดำเนินงาน