การออกแบบและทดสอบฟิวส์สวิตช์แรงต่ำโดยใช้ฐานฉนวนเรซิ่น

Abstract

ปัจจุบันฉนวนรองรับฐานของฟิวส์สวิตช์แรงต่ำจะท่าจากฉนวนเซรามิก ฉนวนดังกล่าวมีน้ำหนักมากและสามารถเกิดการชำรุดเสียหายขึ้นได้ ไม่ว่าจะจากการใช้งานรวมไปถึงการติดตั้งด้วย อีกทั้งยังมีหลายขั้นตอนการผลิตและซับซ้อนยุ่งยาก เช่น การเตรียมดิน ขึ้นรูป อบ เคลือบ และการเผาที่อุณหภูมิประมาณ 950 – 1280 องศาเซลเซียส เมื่อเปรียบเทียบกับเรซิ่นที่พัฒนาขึ้นจะช่วยให้ฟิวส์สวิตช์แรงต่ำทนทานต่อแรงกระแทก ไม่แตกหักง่ายและข้อสำคัญคือ มีกระบวนการผลิตที่ง่ายและราคาไม่แพง วิทยานิพนธ์นี้ นำเสนอการออกแบบและทดสอบฟิวส์สวิตช์แรงต่ำโดยใช้ฐานฉนวนเรซิ่น โดยแบ่งเป็น 2 ขั้นตอน ขั้นแรกคือออกแบบโดยใช้โปรแกรม AutoCAD เพื่อสร้างต้นแบบฟิวส์สวิตช์แรงต่ำในการจำลองผลในโปรแกรมไฟไนเอลิเมนต์ เพื่อทำการจำลองความเครียดสนามไฟฟ้าและการกระจายตัวศักย์ไฟฟ้าภายในเนื้อฉนวนเรซิ่น จากนั้นนำแบบจากโปรแกรม AutoCAD มาสร้างต้นแบบเพื่อทำการทดสอบคุณสมบัติทางกลตามมาตรฐาน ASTM D2240, ASTM D412 และ ASTM D149 และคุณสมบัติทางไฟฟ้ามาตรฐาน IEC60047-3 จากผลการจำลองความเครียดสนามไฟฟ้าของฉนวนเรซิ่นด้วยโปรแกรมไฟไนเอลิเมนต์ พบว่าจุดที่เกิดความเครียดสนามไฟฟ้าสูงสุดคือ จุดที่มีการเชื่อมต่อกับสายป้อน ซึ่งมีค่าความเครียดสนามไฟฟ้าสูงสุดเท่ากับ 67.6 V/mm ดังนั้นเมื่อเทียบกับสนามไฟฟ้าสูงสุดแล้ว จึงไม่ท่าให้เกิดความเสียหายต่อฉนวนเรซิ่น และจากการทดสอบทางกลพบว่าวัสดุฉนวนมีความแข็ง 82 ± 1 Shore D ความทนต่อแรงดึง 37.89 ± 4.5 Mpa มีความคงทนต่อแรงดันไฟฟ้าประมาณ 19.25 kV/mm นอกจากนั้น ฟิวส์สวิตช์แรงต่ำยังผ่านการทดสอบความคงทนต่อแรงดันอิมพัลส์ฟ้าผ่า รวมถึงการทดสอบอุณหภูมิเพิ่มที่กระแสพิกัด 400 A ในห้องปฏิบัติการตามมาตรฐาน IEC 60947-3 ทั้งนี้ฉนวนเรซิ่นยังสามารถทนต่อแรงดันอิมพัลส์ฟ้าผ่า 1.2/50 μs สูงสุด 42.22 kV ซึ่งไม่ท่าให้เกิดการวาบไฟหรือเจาะทะลุชิ้นงาน

Nowadays, the insulator of low tension fuse switch makes from ceramic porcelain. The property of this insulator is good but it has more weight and easy to damage even from application and installation. In addition, the ceramic porcelain has a complicated manufacturing and consumes more energy in production process. It should be burnt with temperature at 950 – 1280 degree Celsius. Therefore, the alternative insulator material should be developed for low tension fuse switch, which has easier manufacturing processes, save energy and low prices. This thesis presents designing and testing of resin insulator for low tension fuse switch, which is divided into 2 steps. The first step is to design using AutoCAD in order to create the low tension fuse switch model and to simulate electric field stress and electrical potential distribution inside the resin insulator by using finite element program. Secondly, is to prepare the low tension fuse switch model for mechanical properties testing according to ASTM D2240, ASTM D412 and ASTM D149 standard and electrical properties testing according to IEC 60947-3 standard. From electric field stress simulation results of resin insulator for low tension fuse switch found that the maximum value of electric field stress occurred at the line terminal, which is 67.6 V/mm. This value is not high enough to destroy resin insulator. Then, the resin insulator has been tested for mechanical properties. In which, its hardness is 82 ± 1.0 Shore D, a tensile strength is 37.89 ± 4.5 Mpa, and its withstand maximum power frequency voltage is up to 19.25 kV/mm. In addition, it can withstand lightning impulse voltage (1.2/50 μs) up to 42.22 kV maximum without any flashover or puncher. Nevertheless, it also passes the temperature rise testing at 400 A rated current in laboratory according to IEC 60947-3 standard.