เหตุใดหน่วยควบคุมและจ่ายไฟ (RMU) จึงมีความสำคัญต่อเครือข่ายไฟฟ้าสมัยใหม่

พื้นฐานของ RMU: หน้าที่หลักและบทบาทในระบบแรงดันกลาง

RMU คืออะไร? นิยาม องค์ประกอบหลัก และขอบเขตการปฏิบัติงาน

ยูนิตสวิตช์เกียร์แบบวงแหวน (Ring Main Unit) หรือที่มักเรียกกันโดยทั่วไปว่า RMU เป็นระบบสวิตช์เกียร์แบบคอมแพกต์ที่ถูกบรรจุอยู่ภายในโครงสร้างโลหะ ยูนิตเหล่านี้ทำหน้าที่ควบคุม ป้องกัน และแยกเครือข่ายการจ่ายไฟแรงสูงระดับกลาง ซึ่งโดยทั่วไปทำงานที่ระดับแรงดันระหว่าง 10 กิโลโวลต์ ถึง 35 กิโลโวลต์ ภายในโครงสร้างโลหะนี้ประกอบด้วยชิ้นส่วนหลักหลายชิ้นที่ทำงานร่วมกัน ได้แก่ เบรกเกอร์แบบสุญญากาศ (vacuum circuit breakers) ที่ใช้หยุดการลุกลามของความผิดปกติ, สวิตช์แยกวงจร (disconnectors) ที่ช่วยให้ช่างเทคนิคสามารถปฏิบัติงานบนอุปกรณ์ได้อย่างปลอดภัย, ฟิวส์จำกัดกระแส (current limiting fuses) ที่ทำหน้าที่ป้องกันอุปกรณ์จากกระแสเกิน, และสายเคเบิลทั้งหมดที่เชื่อมต่ออยู่จะยังคงได้รับฉนวนป้องกันอย่างเหมาะสมภายในตัวยูนิตเอง จุดเด่นที่ทำให้ระบบดังกล่าวมีคุณค่ามากคือ การใช้พื้นที่น้อยมาก แต่ยังคงรักษาความปลอดภัยของผู้ปฏิบัติงานไว้ได้ในระหว่างการดำเนินงาน ด้วยเหตุนี้ เมืองต่างๆ จึงนิยมติดตั้งยูนิตเหล่านี้ในสถานที่ที่มีพื้นที่จำกัด เช่น สถานีไฟฟ้าย่อยใจกลางเมือง โรงงานอุตสาหกรรมที่ต้องการแหล่งจ่ายไฟที่เชื่อถือได้ หรือจุดเชื่อมต่อกับฟาร์มลมและโครงการพลังงานแสงอาทิตย์ นอกจากนี้ ยูนิตเหล่านี้ยังรองรับทั้งโครงข่ายแบบรัศมี (radial network) และแบบวงแหวน (ring network) ทำให้ผู้ปฏิบัติงานสามารถควบคุมปัญหาได้อย่างรวดเร็วและเปลี่ยนเส้นทางการไหลของกระแสไฟฟ้าตามความจำเป็น ซึ่งมีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการรักษาความต่อเนื่องในการให้บริการ

หน่วยควบคุมระยะไกล (RMU) ช่วยให้การจ่ายไฟแบบวงแหวน (Ring-Main Distribution) ที่แรงดัน 11 กิโลโวลต์/33 กิโลโวลต์ มีความน่าเชื่อถือได้อย่างไร

หน่วยควบคุมวงจรหลัก (Ring Main Units) ทำหน้าที่เป็นจุดเชื่อมต่ออัจฉริยะภายในเครือข่ายแรงดันปานกลางแบบวงจรปิด (looped networks) โดยใช้แหล่งจ่ายไฟฟ้าสองแหล่งแยกจากกัน เพื่อสร้างความสามารถในการสำรองระบบ เมื่อทำงานที่ระดับการจ่ายไฟฟ้าทั่วไปประมาณ 11 กิโลโวลต์ หรือ 33 กิโลโวลต์ หน่วยเหล่านี้สามารถตรวจจับปัญหาต่าง ๆ เช่น สายเคเบิลขาดหรือหม้อแปลงไฟฟ้าเสียหาย ได้ภายในช่วงเวลาเพียง 100 ถึง 300 มิลลิวินาที สิ่งที่ทำให้หน่วยเหล่านี้มีประสิทธิภาพสูงมากคือ ความสามารถในการตัดเฉพาะส่วนที่ผิดพลาดออกเท่านั้น โดยไม่รบกวนระบบโดยรวม ส่วนที่เหลือของเครือข่ายจะรับช่วงต่อโดยค้นหาเส้นทางทางเลือกสำหรับการส่งจ่ายไฟฟ้า ทำให้บริการยังคงดำเนินการต่อได้แม้ในช่วงที่เกิดปัญหา ความซ้ำซ้อนแบบ N ลบ 1 ประเภทนี้ ช่วยเปลี่ยนโครงข่ายไฟฟ้าทั่วไปให้กลายเป็นระบบที่มีลักษณะคล้ายระบบฟื้นตัวเอง (self-healing systems) สำหรับสถานที่ที่การดำเนินงานอย่างต่อเนื่องมีความสำคัญสูงสุด — ตัวอย่างเช่น โรงพยาบาลที่ต้องใช้อุปกรณ์สนับสนุนการดำรงชีวิต ศูนย์ข้อมูลที่ประมวลผลแอปพลิเคชันที่มีความสำคัญยิ่ง หรือโรงงานที่ผลิตสินค้าซึ่งจำเป็นต้องมีการตรวจสอบอย่างต่อเนื่อง — การสูญเสียพลังงานไฟฟ้าจึงไม่ใช่เพียงความไม่สะดวกเท่านั้น ตามรายงานการวิจัยจากสถาบันโปเนียม (Ponemon Institute) ที่เผยแพร่ในปี 2023 เกี่ยวกับเหตุการณ์หยุดให้บริการของศูนย์ข้อมูล องค์กรธุรกิจอาจสูญเสียรายได้มากกว่าเจ็ดแสนสี่หมื่นดอลลาร์สหรัฐฯ ต่อชั่วโมง ทุกครั้งที่การดำเนินงานหยุดชะงัก

ความน่าเชื่อถือที่ขับเคลื่อนด้วย RMU: การแยกแยะข้อผิดพลาด ความปลอดภัย และความทนทานของระบบ

การตรวจจับข้อผิดพลาดอย่างรวดเร็วและการแบ่งส่วนระบบโดยอัตโนมัติ

RMU แบบทันสมัยที่ติดตั้งรีเลย์ป้องกันแบบไมโครโปรเซสเซอร์สามารถตรวจจับวงจรลัดและข้อบกพร่องการต่อพื้นได้เกือบในทันที โดยปกติแล้วใช้เวลาเพียงไม่กี่มิลลิวินาทีเท่านั้น ระบบอัจฉริยะเหล่านี้จะตัดเฉพาะส่วนของเครือข่ายที่มีปัญหาออกเท่านั้น ขณะยังคงให้บริการส่วนอื่นๆ ตามปกติ ตัวอย่างเช่น สายเคเบิลที่เสียหายจะถูกแยกออกจากวงจรภายในเวลาไม่ถึงครึ่งวินาที และกระแสไฟฟ้าจะกลับมาโดยอัตโนมัติผ่านเส้นทางอื่นในเครือข่ายแบบแหวน (ring network) ส่วนระบบแบบเรเดียล (radial) แบบดั้งเดิมไม่สามารถให้ประสิทธิภาพในระดับนี้ได้เลย ตามผลการศึกษาล่าสุดจากผู้เชี่ยวชาญด้านความน่าเชื่อถือของระบบส่งจ่ายไฟฟ้า (Grid Reliability) แนวทางนี้ช่วยลดจำนวนเหตุการณ์ไฟฟ้าดับลงได้ประมาณ 80% ปัจจัยสำคัญที่ทำให้ระบบเหล่านี้มีประสิทธิภาพสูงคือความสามารถในการแยกแยะระหว่างความผิดปกติชั่วคราวที่สามารถกลับสู่สภาพปกติได้เอง กับปัญหาจริงที่จำเป็นต้องได้รับการแก้ไข เมื่อความผิดปกติใดๆ คลี่คลายไปเองโดยธรรมชาติ ระบบจะพยายามเชื่อมต่อใหม่โดยอัตโนมัติ แต่หากยังมีปัญหาอยู่ ระบบจะล็อกส่วนนั้นออกและส่งแจ้งเตือนไปยังศูนย์ควบคุมจากระยะไกล ซึ่งหมายความว่าสามารถแก้ไขปัญหาได้รวดเร็วขึ้น อุปกรณ์สึกหรอน้อยลง และผู้ปฏิบัติงานในพื้นที่อุตสาหกรรมและโครงข่ายไฟฟ้าในเมือง—ซึ่งการให้บริการอย่างต่อเนื่องมีความสำคัญยิ่ง—จะประสบปัญหาน้อยลง

การป้องกันหม้อแปลงไฟฟ้า สายเคเบิล และบุคลากรผ่านชุดอุปกรณ์สวิตช์เกียร์แบบบูรณาการ

หน่วยควบคุมและจ่ายไฟแบบรวม (RMUs) มีการป้องกันหลายชั้นทั้งต่อโครงสร้างพื้นฐานและบุคลากรที่ปฏิบัติงานบริเวณใกล้เคียง ตัวตัดวงจรแบบสุญญากาศสามารถหยุดกระแสลัดวงจรได้ภายในเพียงสามรอบเท่านั้น ซึ่งช่วยปกป้องหม้อแปลงไฟฟ้าและสายเคเบิลใต้ดินจากการเสียหายอันเนื่องจากความร้อนสูงเกินไป ส่วนภายในหน่วยเหล่านี้ประกอบด้วยส่วนที่ฉนวนด้วยก๊าซ โดยทั่วไปจะเติมก๊าซ SF6 หรือเทคโนโลยีอากาศสะอาด ซึ่งช่องแยกเหล่านี้สามารถกักเก็บพลังงานของอาร์คได้อย่างมีประสิทธิภาพ ทำให้ระดับการสัมผัสที่เป็นอันตรายต่อช่างเทคนิคที่ปฏิบัติงานบำรุงรักษาลดลงประมาณ 60 เปอร์เซ็นต์ เมื่อเปรียบเทียบกับระบบฉนวนด้วยอากาศรุ่นเก่า ตามมาตรฐานของสถาบันวิศวกรไฟฟ้าและอิเล็กทรอนิกส์ (IEEE) ปี 2023 สำหรับข้อบกพร่องการต่อพื้น (ground faults) ระบบตรวจจับจะทำงานตั้งแต่ระยะเริ่มต้น เพื่อระบุปัญหาการรั่วไหลลงพื้นดินก่อนที่จะส่งผลให้วัสดุฉนวนเสื่อมสภาพ นอกจากนี้ยังมีระบบล็อกเชิงกลและระบบล็อกไฟฟ้าที่ป้องกันไม่ให้สัมผัสโดยไม่ตั้งใจกับส่วนประกอบที่มีไฟฟ้าไหลผ่าน และอย่าลืมถึงความสามารถในการควบคุมจากระยะไกลด้วย ซึ่งการเปิด-ปิดอุปกรณ์จากระยะไกลช่วยลดจำนวนครั้งที่ต้องเข้าไปในพื้นที่อันตราย ทำให้ทุกอย่างปลอดภัยยิ่งขึ้นโดยรวม โดยไม่ทำให้เวลาตอบสนองช้าลงอย่างมีนัยสำคัญ

หน่วยจัดการระยะไกล (RMUs) ในการพัฒนาโครงข่ายอัจฉริยะ: การผสานรวมอินเทอร์เน็ตของสรรพสิ่ง (IoT) และการควบคุมจากระยะไกล

การตรวจสอบแบบเรียลไทม์ การวัดและส่งสัญญาณระยะไกล (Telemetry) และความสามารถในการทำงานร่วมกันกับระบบ SCADA

RMU รุ่นใหม่ในปัจจุบันมาพร้อมเซ็นเซอร์อินเทอร์เน็ตของสรรพสิ่ง (IoT) และโปรโตคอลการสื่อสารมาตรฐาน เช่น IEC 61850 และ DNP3 ซึ่งช่วยให้สามารถส่งข้อมูลแบบเรียลไทม์ได้ ระบบเหล่านี้ส่งข้อมูลสำคัญต่าง ๆ โดยตรงไปยังระบบ SCADA และซอฟต์แวร์บริหารจัดการโครงข่ายไฟฟ้าอื่น ๆ อาทิ ค่ากระแสโหลด ค่าการวัดอุณหภูมิ สัญญาณของการปล่อยประจุบางส่วน (partial discharge) และสถานะโดยรวมของอุปกรณ์ ยกตัวอย่างเช่น การตรวจสอบอุณหภูมิ: ตามรายงานจากวารสาร Grid Operations Journal ฉบับปีที่ผ่านมา ระบบนี้สามารถตรวจจับปัญหาความร้อนผิดปกติของตัวนำได้เร็วกว่าการสำรวจด้วยเทคนิคเทอร์โมกราฟีแบบดั้งเดิมที่ดำเนินการด้วยมือประมาณ 68 เปอร์เซ็นต์ การตรวจจับล่วงหน้าเช่นนี้ทำให้สามารถปรับสมดุลโหลดได้อย่างรุกเร้า และป้องกันไม่ให้เกิดภาวะโหลดเกินก่อนที่จะเกิดขึ้นจริง เมื่อมีการผสานรวมระบบ SCADA อย่างเหมาะสม ผู้ปฏิบัติงานสามารถดำเนินการสลับวงจรจากระยะไกลได้อย่างปลอดภัย ซึ่งหมายความว่า ไม่มีความจำเป็นต้องเดินทางไปยังสถานที่จริงเพื่อดำเนินการปรับแต่งระบบตามปกติ หรือเมื่อเกิดเหตุฉุกเฉินที่ต้องแยกอุปกรณ์ออกจากวงจร ผลที่ตามมาคือ ระยะเวลาเฉลี่ยในการแก้ไขเหตุไฟฟ้าดับในเขตเมืองลดลงประมาณ 40 เปอร์เซ็นต์ เมื่อเปรียบเทียบกับช่วงก่อนที่เทคโนโลยีเหล่านี้จะถูกนำมาใช้งาน

การเปิดใช้งานการบำรุงรักษาเชิงพยากรณ์และการเตรียมความพร้อมสำหรับดิจิทัลทวิน

หน่วยควบคุมและจัดการแบบรวม (RMUs) ที่ติดตั้งเทคโนโลยีอินเทอร์เน็ตของสรรพสิ่ง (IoT) จะเก็บรวบรวมข้อมูลเชิงปฏิบัติการโดยละเอียด ซึ่งทำให้สามารถดำเนินการบำรุงรักษาเชิงคาดการณ์ได้ เมื่อเราพิจารณาปัจจัยต่าง ๆ เช่น การสั่นสะเทือน การเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิ และการปล่อยประจุบางส่วน ค่าการวัดเหล่านี้สามารถตรวจจับปัญหาที่กำลังเริ่มก่อตัวขึ้นในชิ้นส่วนต่าง ๆ เช่น เบรกเกอร์ บูชชิง และฉนวนกันไฟฟ้า ได้ล่วงหน้าเป็นเวลานานก่อนที่ชิ้นส่วนเหล่านั้นจะเสียหายอย่างสมบูรณ์ บางหน่วยงานด้านสาธารณูปโภครายงานเมื่อปี 2023 ว่า ตารางการบำรุงรักษาที่จัดทำขึ้นจากอัลกอริธึมช่วยยืดอายุการใช้งานของ RMUs ได้เฉลี่ยประมาณเจ็ดปี สิ่งที่น่าสนใจยิ่งกว่านั้นคือ ข้อมูลเหล่านี้ยังสนับสนุนเทคโนโลยีดิจิทัลทวิน (Digital Twin) อีกด้วย แบบจำลองเสมือนจริงเหล่านี้ช่วยให้วิศวกรเห็นภาพว่าโครงข่ายไฟฟ้าอาจตอบสนองต่อสถานการณ์ต่าง ๆ อย่างไร ตัวอย่างเช่น เมื่อพลังงานแสงอาทิตย์เพิ่มขึ้นอย่างฉับพลัน หรือเมื่อโหลดเปลี่ยนแปลงไปอย่างไม่คาดคิด ผู้ปฏิบัติการสามารถทดสอบแผนการตอบสนองของตนก่อนในโลกเสมือนจริง แนวทางนี้ช่วยให้พวกเขาปรับแต่งระบบป้องกันให้มีประสิทธิภาพมากยิ่งขึ้น และจัดการแหล่งพลังงานหมุนเวียนได้เพิ่มขึ้นประมาณ 35% โดยไม่เสี่ยงต่อความไม่เสถียรของโครงข่ายไฟฟ้า

การจัดวางหน่วยบริหารความเสี่ยงเชิงกลยุทธ์ (RMU) อย่างครอบคลุมทั่วพื้นที่เมือง ภาคอุตสาหกรรม และโครงสร้างพื้นฐานพลังงานหมุนเวียน

หน่วยหลักแบบแหวน (Ring Main Units) ถูกติดตั้งในตำแหน่งที่จำเป็นที่สุด เพื่อจัดการกับปัญหาความน่าเชื่อถือที่หลากหลาย ข้อจำกัดด้านพื้นที่ และการดำเนินงานประจำวันทั่วทั้งเครือข่ายไฟฟ้าในปัจจุบัน เมืองต่าง ๆ ได้รับประโยชน์อย่างมากจากหน่วยเหล่านี้ เนื่องจากขนาดเล็กและการออกแบบแบบโมดูลาร์ ทำให้สามารถปรับปรุงสถานีไฟฟ้าย่อยได้รวดเร็วกว่าเดิมมากในพื้นที่ใจกลางเมืองที่มีความหนาแน่นสูง เวลาในการติดตั้งลดลงประมาณ 30% เมื่อเทียบกับวิธีการแบบดั้งเดิม ซึ่งหมายความว่าจะเกิดการหยุดจ่ายไฟน้อยลงสำหรับผู้อยู่อาศัยในเขตที่มีประชากรหนาแน่น สถานประกอบการอุตสาหกรรมก็พึ่งพา RMU เช่นกัน ในการสลับระหว่างแหล่งจ่ายไฟจากโครงข่ายหลักปกติกับแหล่งสำรอง เช่น เครื่องกำเนิดไฟฟ้าดีเซล หรือระบบเก็บพลังงานแบตเตอรี่ ซึ่งช่วยให้กระบวนการผลิตดำเนินไปอย่างต่อเนื่องโดยไม่เกิดการหยุดทำงานแบบไม่คาดคิดที่ก่อให้เกิดค่าใช้จ่าย ในโครงการพลังงานหมุนเวียน เช่น ฟาร์มพลังงานแสงอาทิตย์ที่เชื่อมต่อกับโครงข่ายหลัก หรือไมโครกริดที่ขับเคลื่อนด้วยพลังงานลม RMU มีบทบาทสำคัญในการจัดการกระแสไฟฟ้าที่ไหลทั้งสองทิศทาง รักษาความมั่นคงของแรงดันไฟฟ้าแม้ในขณะที่สภาพอากาศเปลี่ยนแปลง และอนุญาตให้ส่วนต่าง ๆ ของโครงข่ายสามารถปฏิบัติงานอย่างอิสระได้ตามความจำเป็น โดยรวมแล้ว หน่วยเหล่านี้ทำให้ระบบไฟฟ้าโดยรวมมีความแข็งแกร่งมากยิ่งขึ้น ลดค่าใช้จ่ายในการบำรุงรักษาในระยะยาวลงประมาณ 15% และช่วยปรับโครงสร้างพื้นฐานที่มีอยู่ให้สอดคล้องกับข้อกำหนดของโครงข่ายอัจฉริยะ (smart grid) รุ่นใหม่ นี่คือเหตุผลที่ผู้เชี่ยวชาญจำนวนมากมองว่า RMU เป็นองค์ประกอบพื้นฐานที่จำเป็นสำหรับการสร้างเครือข่ายการจ่ายไฟฟ้าที่มีความยืดหยุ่นและเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม