เนื้อหาวันที่ : 2007-03-09 15:26:19 จำนวนผู้เข้าชมแล้ว : 11595 views

การป้องกันแรงดันไฟฟ้าเกินในอาคารจากฟ้าผ่า

การป้องกันการชำรุดของอุปกรณ์ประเภทอิเล็กทรอนิกส์ในอาคาร ควรต้องมีระบบป้องกันฟ้าผ่าภายในอาคารซึ่งประกอบด้วย อุปกรณ์ป้องกันแรงดันไฟฟ้าเกิน มีการต่อประสานศักย์ไฟฟ้าเท่ากัน การกำบังและมีการต่อลงดินที่ถูกต้อง จึงจะสามารถป้องกันไม่ให้อุปกรณ์ภายในอาคารชำรุดเนื่องจากแรงดันไฟฟ้าเกินได้

ปัจจุบัน ผู้ที่ทำงานหรือเกี่ยวข้องกับการใช้อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ในอาคารสำนักงาน หรือในโรงงานอุตสากรรมต่าง ๆ เช่น อุปกรณ์คอมพิวเตอร์สื่อสาร หรืออุปกรณ์ที่ใช้สำหรับควบคุมเครื่องจักรในระบบกระบวนการผลิต มักจะประสบปัญหาอุปกรณ์ดังกล่าวมีการชำรุดเสียหายบ่อยครั้ง ในขณะมีเหตุการณ์ฝนตกฟ้าผ่าหรือเกิดจากการผิดพร่อง (Fault) ในระบบไฟฟ้า จากสาเหตุมีแรงดันไฟฟ้าเกินเข้ามาในอาคารมากกว่าที่อุปกรณ์จะสามารถทนได้ และมักจะคิดว่าระบบป้องกันฟ้าผ่าภายนอกไม่ดีพอ หรือเป็นเหตุการณ์สุดวิสัยที่ไม่สามารถจะทำการป้องกันได้ ซึ่งโดยความจริงแล้ว จุดประสงค์ของการป้องกันฟ้าผ่าภายนอกอาคารนั้น เพื่อป้องกันความเสียหายทางกลและการเกิดเพลิงไหม้กับอาคารหรือสิ่งปลูกสร้างจากฟ้าผ่า แต่ไม่สามารถป้องกันความเสียหายให้กับอุปกรณ์ที่อยู่ภายในอาคารเนื่องจากเสิร์จได้ และอุปกรณ์ป้องกันต่าง ๆ ในที่อยู่ในอาคาร เช่น เซอร์กิตเบรกเกอร์ หรืออุปกรณ์ป้องกันไฟรั่ว ไม่สามารถที่จะทำการป้องกันเสิร์จดังกล่าวได้เช่นเดียวกัน

.

ดังนั้นการป้องกันการชำรุดของอุปกรณ์ประเภทอิเล็กทรอนิกส์ในอาคาร ควรต้องมีระบบป้องกันฟ้าผ่าภายในอาคารซึ่งประกอบด้วย อุปกรณ์ป้องกันแรงดันไฟฟ้าเกิน (Surge Protection Device: SPD) มีการต่อประสานศักย์ไฟฟ้าเท่ากัน การกำบัง (Shielding) และมีการต่อลงดิน (Earthling) ที่ถูกต้อง จึงจะสามารถป้องกันไม่ให้อุปกรณ์ภายในอาคารชำรุดเนื่องจากแรงดันไฟฟ้าเกินได้ ซึ่งในบทความนี้จะกล่าวถึงการป้องกันแรงดันไฟฟ้าเกินที่เกิดจากเหตุการณ์ฟ้าผ่า โดยจะกล่าวถึงแนวทางการป้องกันฯตามมาตรฐาน IEC เป็นส่วนใหญ่

.

การเข้ามาของแรงดันไฟฟ้าเกินในอาคาร

แรงดันไฟฟ้าเกินที่เข้ามาในอาคารซึ่งเกิดขึ้นจากเหตุการณ์ฟ้าผ่า ที่เป็นสาเหตุทำให้อุปกรณ์ไฟฟ้าเกิดการชำรุดนั้น  สามารถเข้ามาในอาคารได้ดังนี้ 

1.  ทางสายตัวนำไฟฟ้า ที่ใช้สำหรับจ่ายไฟฟ้าให้กับอุปกรณ์ไฟฟ้าในอาคาร ซึ่งเป็นจุดสำคัญที่เสิร์จจะใช้เป็นทางผ่านเข้ามาในอาคารมากที่สุด โดยมีสาเหตุหลักจากเหตุการณ์ฟ้าผ่าที่อาจเกิดขึ้นโดยตรง หรือใกล้ในระบบส่งจ่ายหรือจำหน่ายไฟฟ้า ส่งผลทำให้เกิดกระแสเสิร์จขนาดใหญ่วิ่งตามสายตัวนำไฟฟ้าเพื่อหาจุดลงดิน หรือมีเหตุการณ์ฟ้าผ่าที่ตำแหน่งล่อฟ้าใกล้กับตัวอาคาร ซึ่งผลของสนามไฟฟ้าที่เกิดขึ้นในบริเวณนั้น ทำให้เกิดการเหนี่ยวนำระหว่างกระแสฟ้าผ่ากับสายตัวนำไฟฟ้า ทำให้เกิดเสิร์จที่สายดังกล่าวขึ้นและผ่านเข้าสู่ภายในอาคาร   เป็นผลทำให้อุปกรณ์ไฟฟ้าชำรุดเนื่องจากได้รับแรงดันไฟฟ้าเกินได้  

2.  ทางสายโทรศัพท์ สายนำสัญญาณและสายสื่อสารข้อมูล เป็นอีกทาง หนึ่ง ที่กระแสเสิร์จเข้ามา โดยเกิดจากการเหนี่ยวนำเข้ามาของกระแสเสิร์จจากเหตุการณ์ฟ้าผ่า เช่นเดียวกับสายตัวนำไฟฟ้า  

3.  จากสนามแม่เหล็กที่เกิดจากฟ้าผ่าเข้าไปเหนี่ยวนำวงรอบ (Loop) ใด ๆ  ในอาคาร เช่น วงรอบระบบไฟฟ้าหรือระบบสื่อสาร เป็นผลทำให้เกิดแรงดันไฟฟ้าเกินในอาคาร 

4.  จากระบบการต่อลงดิน ในกรณีระบบมีการต่อลงดินหลายจุด เมื่อมีกระแสฟ้าผ่าไหลลงระบบรากสายดินจุด หนึ่ง    อาจก่อให้เกิดศักย์ไฟฟ้าของจุดลงดินสูงกว่าอีกจุด หนึ่ง เป็นผลทำให้เกิดกระแสไหลวนขึ้นจากระบบดินจุด หนึ่ง ผ่านอุปกรณ์ต่าง ๆ ไปลงดินอีกจุด หนึ่ง เป็นผลทำให้อุปกรณ์ในระบบเกิดการเสียหายได้

.

ย่านป้องกันฟ้าผ่า (Zone of Protection) 

มาตรฐาน IEC 1312-1-1995 ได้กำหนดย่านการป้องกันแรงดันเกินไฟฟ้าจากฟ้าผ่า (Lightning Protection Zone: LPZ) ออกเป็นส่วนต่าง ๆ ภายในอาคาร และในแต่ละย่านการป้องกันจะมีการต่อประสานแต่ละย่านการป้องกัน (ตามรูปที่ 5.27) เพื่อการลดทอนของสนามแม่เหล็กไฟฟ้า (Electromagnetic Field) และทำให้ศักย์ไฟฟ้าในแต่ละย่านการป้องกันเท่ากัน   ซึ่งการกำหนดย่านการป้องกันต่าง ๆ จะเป็นประโยชน์ต่อการออกแบบ และการเลือกใช้อุปกรณ์ป้องกันเสิร์จ ให้เหมาะสมกับขนาดของเสิร์จที่ผ่านเข้ามา การแบ่งโซนดังกล่าวมีรายละเอียดดังนี้ คือ

LPZ 0A คือ โซนที่มีโอกาสที่จะถูกฟ้าผ่าโดยตรง ดังนั้นจึงรับกระแสฟ้าผ่าและคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าเต็มที่  

LPZ 0B คือ โซนที่ไม่มีโอกาสรับฟ้าผ่าโดยตรง แต่ยังได้รับผลของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า โดยยังไม่มีการลดทอนจากผลของแม่เหล็กไฟฟ้าดังกล่าว  

LPZ 1 คือ โซนที่มีการสวิตชิ่งของอุปกรณ์ภายใน หรือจากการรับกระแสเสิร์จของการเหนี่ยวนำจากฟ้าผ่าเข้า  มาตามสายตัวนำไฟฟ้า และสายสัญญาณต่าง ๆ และ

จากสนามแม่เหล็กไฟฟ้าเนื่องจากกระแสฟ้าผ่าที่เข้ามา เหนี่ยวนำวงอบที่อยู่ในอาคาร เช่น วงรอบระหว่างระบบไฟฟ้าและระบบสื่อสาร ซึ่งสามารถลดทอนสนามแม่

เหล็กดังกล่าวได้ด้วยวิธีการต่อประสาน (Bonding) และการกำบัง (Shielding) ภายในอาคาร

LPZ 2 คือ โซนที่มีการลดกระแสและสนามแม่เหล็กไฟฟ้ามากกว่าโซนดังกล่าวข้างต้น

                                                     รูปที่ 1 การแบ่งโซนการป้องกันแรงดันเกินจากฟ้าผ่า

.

 การต่อประสาน (Bonding)

มาตรฐาน IEC 1024-1 กล่าวถึง การต่อประสานเพื่อลดความต่างศักย์ไฟฟ้าระหว่างชิ้นส่วนโลหะและระบบภายในบริเวณที่จะป้องกันจากฟ้าผ่า ในการประสานนั้น ส่วนที่เป็นโลหะจะประสาน (Bond) เข้ากับแท่งตัวนำต่อประสาน (Bonding Bar) ส่วนที่เป็นสายตัวนำไฟฟ้าหรือสายสัญญาณสื่อสารต่าง ๆ จะประสานโดยอุปกรณ์ป้องกันเสิร์จของแต่ละโซนป้องกัน สำหรับแท่งตัวนำต่อประสานเหล่านี้ จะต้องเชื่อมต่อกับระบบรากสายดิน (Earth Termination System) ภายในอาคารและระบบป้องกันฟ้าผ่าภายนอกอาคารด้วย  

.

การกำบัง (Shielding)

สนามแม่เหล็กไฟฟ้าที่เข้ามาภายในอาคารจากฟ้าผ่า สามารถลดทอนสนามแม่เหล็กไฟฟ้าดังกล่าวลงได้ด้วยการกำบังห้องหรืออาคาร ด้วยวิธีตาข่าย (Mesh) เป็นการเชื่อมต่อส่วนเหล็กโครงสร้างเข้าด้วยกันทั้งพื้น ผนัง เพดาน บางครั้งอาจเพิ่มเติมลวดตาข่ายบนหลังคาแล้วต่อเชื่อมเข้ากับระบบการต่อลงดิน ผลการลดทอนสนามแม่เหล็กไฟฟ้าดังกล่าว จะมากหรือ น้อย ขึ้นอยู่กับขนาดความถี่ของตาข่าย ถ้าตาข่ายมีความถี่มาก การลดทอนสนามแม่เหล็กไฟฟ้าจะลดมากขึ้นด้วย    

.

การจัดเดินสายตัวนำและสายสัญญาณ   

การจัดการเดินสายที่เหมาะสม สามารถลดผลกระทบจากสนามแม่เหล็กไฟฟ้าที่เข้ามาภายในอาคารได้ ดังรูปที่ 5.28 แสดงการเดินสายตัวนำไฟฟ้ากับสายสัญญาณสื่อสารของคอมพิวเตอร์ที่ลักษณะเป็น Loop เมื่อมีสนามแม่เหล็กไฟฟ้าเข้ามาทำให้เกิดวงรอบการเหนี่ยวนำขึ้นระหว่างสายตัวนำไฟฟ้าและสายสัญญาณสื่อสาร ส่งผลทำให้เกิดแรงดันไฟฟ้าเกินเกิดขึ้นที่สายตัวนำไฟฟ้าและสายสัญญาณสื่อสาร การแก้ไข ต้องพยายามจัดการเดินสายต่าง ๆ ภายในอาคารไม่ให้มีลักษณะเป็น Loop ดังรูปที่ 5.29

.

 

                                                                         รูปที่ 2 การวางสายแบบ Loop         

.

 

รูปที่ 3 การวางสายไม่ให้มีลักษณะเป็น Loop

.

ชนิดอุปกรณ์ป้องกันเสิร์จ (Surge Protection Device: SPD)

อุปกรณ์ป้องกันเสิร์จในอาคาร มีไว้เพื่อลดหรือขจัดกระแสไฟฟ้าหรือแรงดันไฟฟ้าเกินชั่วครู่ ตามมาตรฐาน IEC มีการแบ่งประเภทของอุปกรณ์ป้องกันเสิร์จตามลักษณะการทดสอบ โดยจำลองคลื่นอิมพัลส์ในรูปกระแสและแรงดัน ดังรูปที่ 5.30  

.

อุปกรณ์ป้องกันเสิร์จจะแบ่งเป็น 2 ประเภท ตามลักษณะการใช้งานคือ อุปกรณ์ป้องกันเสิร์จทางด้าน Power และด้าน Communication และแบ่งตามย่านการติดตั้งใช้งานได้เ็น 2 ชนิดคือ 

1. Lightning Current Arrester คุณสมบัติมีความสามารถ Discharge กระแสฟ้าผ่าบางส่วนที่มีขนาดพลังงานมาก   โดยที่ตัวมันเองหรืออุปกรณ์ป้องกันเสิร์จตัวอื่น ๆ ไม่ได้รับความเสียหาย ตำแหน่งติดตั้งอยู่ระหว่างย่าน LPZOB กับ LPZO1 จะถูกทดสอบด้วยกระแสอิมพัลส์ 10/350 m

2. Surge Arrester คุณสมบัติเพื่อจำกัดแรงดันไฟฟ้าเกิน เพื่อไม่ให้เกินค่าที่จะทำความเสียหายกับอุปกรณ์ในอาคาร   ตำแหน่งติดตั้งจะอยู่หลังย่าน LPZO1 ลงมาจะถูกทดสอบด้วยกระแสอิมพัลส์ 8/20 ms และแรงดันอิมพัลส์ 1.2/50 ms

.

สำหรับความแตกต่างของรูปคลื่นทดสอบอุปกรณ์ป้องกันเสิร์จทั้ง 2 ชนิด แสดงได้ดังรูปที่ 5.31

.

               รูปที่ 4 ลักษณะรูปคลื่นทดสอบอุปกรณ์ป้องกันเสิร์จด้วยกระแสอิมพัลส์ 10/350 ms และ 8/20 ms

.

ตามมาตรฐาน IEC 60664 -1 ได้ระบุว่า ในแต่ละย่านการป้องกันฉนวนของอุปกรณ์ ควรจะทนแรงดันไฟฟ้าเกินในภาวะชั่วครู่ได้ในระดับกี่ kV เช่น ในย่าน LPZ1 ฉนวนของอุปกรณ์ควรจะทนได้ 6 kV และลดลงตามลำดับย่าน ดังนั้นการเลือกอุปกรณ์ป้องกันเสิร์จสำหรับแต่ละย่าน จึงควรเลือกให้จำกัดค่าแรงดันไม่ให้เกินค่าที่กำหนดตามมาตรฐานดังกล่าวดังแสดงในรูปที่ 5.32

.

รูปที่ 5 แสดงการแบ่งประเภทแรงดันไฟฟ้าเกินตามความสัมพันธ์ทางฉนวน (Insulation Coordination) โดยควบคุมแรงดันแต่ละ                 ประเภทการติดตั้ง (Installation Category)         

.

อุปกรณ์ป้องกันเสิร์จทางสายตัวนำไฟฟ้าชนิดต่าง ๆ

1. Air Spark Gap เป็นอุปกรณ์ป้องกันเสิร์จแบบ Lightning Current Arresters จะติดตั้งที่ตำแหน่งหน้าตู้เมนเซอร์กิตเบรกเกอร์ โดยคุณสมบัติการทำงานของอุปกรณ์เสิร์จดังกล่าวต้องมีความสามารถรับกระแสฟ้าผ่าบางส่วน (Partial Lightning Current) จากย่าน LPZOB และ LPZO1 และมีความสามารถดับอาร์คซึ่งเกิดจาก Main Follow Current ของระบบด้วย และลดแรงดันเกินที่เกิดจากเสิร์จให้เหลือ น้อย จนกระทั่งอุปกรณ์ป้องเสิร์จตัวถัดไป (Overvoltage Arrester) สามารถทนต่อแรงดันเสิร์จได้และไม่เกิดความเสียหาย ซึ่งในขณะที่อุปกรณ์ป้องกันเสิร์จดังกล่าวทำงาน จะมีกระแสบางส่วนจากระบบไฟฟ้าไหลลงดิน ซึ่งถ้าปล่อยให้ไหลเป็นเวลานาน จะทำให้เกิดการลัดวงจรที่มีพลังงานมากและเซอร์กิตเบรกเกอร์อาจจะทริปได้ ดังนั้นการออกแบบที่ดีจึงจำเป็นต้องควบคุม Spark Gap ให้สามารถดับอาร์คได้ในระดับ หนึ่ง หรือต้องติดฟิวส์ป้องกันที่ตำแหน่งหน้าอุปกรณ์ป้องกันเสิร์จดังกล่าว 

.

2. MOV (Metal Oxide Varistor) จะติดตั้งที่ตำแหน่งหน้าตู้เมนเซอร์กิตเบรกเกอร์ หรือแผงเมนย่อยไฟฟ้า เป็นอุปกรณ์ป้องกันเสิร์จแบบ Overvoltage Arrester ประกอบด้วย Zinc-Oxide–Varistor (ZnO) ทำหน้าที่จำกัดแรงดันไฟฟ้าเกินไม่ให้เกินค่าที่อุปกรณ์ป้องกันเสิร์จตัวถัดไปทนได้ หรือเกินค่าที่อุปกรณ์ (ประเภทอิเล็กทรอนิกส์) ทนได้ จะติดตั้งในย่าน LPZO1 และ LPZO2 และในกรณีเมื่อมีการเสื่อมของ ZnO จะมีกระแสรั่วไหลผ่านอุปกรณ์ป้องกันเสิร์จดังกล่าวลงสู่สายดิน   หรือในกรณีที่ไม่ได้ติดตั้งอุปกรณ์ป้องกันเสิร์จแบบ Lightning Current Arrester เมื่อเกิดเสิร์จเข้ามาจนทำให้เกิดการ Overload ขึ้นที่ ZnO

.

จากทั้งสองกรณีข้างต้น อุปกรณ์ป้องกันเสิร์จดังกล่าวจะต้องมี Thermal Disconnected Switch เพื่อทำหน้าที่ตัดออกจากระบบ บางครั้งมีการออกแบบให้เป็นชนิด Plug-in Module หรือมี Free-Contact เพื่อส่งสัญญาณบอกสถานะแสดงว่าอุปกรณ์ป้องกันเสิร์จต้องทำการเปลี่ยนได้แล้ว 

.

3. อุปกรณ์ป้องกันเสิร์จแบบ Hybrid Solid Stage Device โดยทั่วไปจะประกอบด้วย Zener Diode, Gas Tube และอาจจะมี Filter รวมอยู่ด้วย โดยจะติดตั้งอยู่ที่หน้าอุปกรณ์ต่าง ๆ เช่น อุปกรณ์คอมพิวเตอร์หรืออุปกรณ์สื่อสาร   

.

การจัดอุปกรณ์ป้องกันแรงดันไฟฟ้าเกินอย่างสัมพันธ์กัน

การป้องกันแรงดันไฟฟ้าเกินในอาคารทางสายไฟฟ้าจากนอกอาคารจำเป็นต้องกำหนดให้การทำงานของอุปกรณ์ป้องกันแรงดันไฟฟ้าเกินแต่ละระดับการป้องกันทำงานอย่างสัมพันธ์กัน เพื่อการป้องกันที่ถูกต้องสมบรูณ์ตามคุณลักษณะการทำงานของอุปกรณ์ป้องกันดังกล่าวที่ออกแบบไว้ โดยใช้ค่า L (Inductance) ของสายไฟ หรือจะติดตั้งเพิ่มเติม ซึ่งลำดับการทำงานของอุปกรณ์ป้องกันแรงดันไฟฟ้าเกินแสดงได้ดังรูปที่ 5.33

.

รูปที่ 6 การจัดความสัมพันธ์การทำงานของอุปกรณ์ป้องกันแรงดันไฟฟ้าเกินในอาคาร

.

จากรูปที่ 5.33 สามารถอธิบายได้ว่า เมื่อมีเสิร์จเข้ามาในระบบแรงดันที่เพิ่มขึ้นของเสิร์จจนถึงค่า หนึ่ง จะทำให้อุปกรณ์ป้องกันแรงดันไฟฟ้าเกินชนิด Zener Diode ที่ติดตั้งหน้าอุปกรณ์ (คอมพิวเตอร์) ในอาคารมีการทำงาน โดยการดึงกระแสลงสู่ระบบการต่อลงดิน ขณะเดียวกันก็รักษาระดับแรงดันไม่ให้สูงจนอุปกรณ์ที่ถูกป้องกันเกิดความเสียหายจากแรงดันเกิน แรงดันตกคร่อมอุปกรณ์ป้องกันแรงดันไฟฟ้าเกิน ชนิด Zener Diode ในขณะนั้นมีค่าเท่ากับ

.

เมื่อมีเสิร์จผ่านสายตัวนำไฟฟ้าที่มีค่า L (Inductance) ผลทำให้เกิดแรงดันตกคร่อมสายมีค่าเท่ากับ DU1 = L. di/dt และหากค่า DU1 เมื่อรวมกับค่า แล้วมีค่าแรงดันมากพอ ตัวอุปกรณ์ป้องกันแรงดันไฟฟ้าเกินชนิด MOV ก็จะทำงานดึงกระแสเสิร์จลงสู่ระบบที่ต่อลงดิน ในลักษณะเช่นเดียวกันกับการทำงานข้างต้น อุปกรณ์ป้องกันแรงดันไฟฟ้าเกินชนิด MOV มีค่าแรงดันตกคร่อม มีค่าเท่ากับ UV เมื่อรวมกับแรงดันตกคร่อมในสาย DU2 แล้ว มีค่าแรงดันมากพอจะทำให้อุปกรณ์ป้องกันแรงดันไฟฟ้าเกิน ชนิด Air Spark Gap ทำงานดึงกระแสเสิร์จที่มีขนาดใหญ่ลงสู่ระบบต่อลงดิน

. 

การต่อลงดินของอุปกรณ์ป้องกันแรงดันไฟฟ้าเกินทุกตัวจะต้องต่อถึงกันและลงดินเพียงจุดเดียว เพื่อที่จะอ้างศักย์ไฟฟ้าเดียวกันของการจัดความสัมพันธ์ในการทำงานของอุปกรณ์ป้องกันแรงดันไฟฟ้าเกินทุกตัวในระบบให้ทำงานถูกต้องสมบรูณ์ตามที่ออกแบบไว้ และการจัดลำดับการทำงานนั้น โดยใช้ค่า L ของสายไฟจะคำนึงถึงความยาวของสายไฟมากกว่าขนาดของสายดังกล่าว ซึ่งมีข้อแนะนำให้มีการติดตั้งอุปกรณ์ป้องกันแรงดันไฟฟ้าเกินชนิด Air Spark  Gap ห่างจากอุปกรณ์ป้องกันแรงดันเกินไฟฟ้าเกินชนิด MOV อย่าง น้อย 10-15 เมตร เพื่อที่จะให้ค่า Inductance ที่เหมาะสม (ประมาณ 7.5-15 mH ซึ่งค่าดังกล่าวขึ้นอยู่กับการออกแบบคุณสมบัติการทำงานอุปกรณ์ป้องกันแต่ละผลิตภัณฑ์) และระหว่างอุปกรณ์ป้องกันแรงดันไฟฟ้าเกินชนิด MOV กับอุปกรณ์ป้องกันแรงดันไฟฟ้าชนิด Zener  Diode ที่ตัวอุปกรณ์ ต้องมีระยะห่างอย่าง น้อย 10-15 เมตร แต่ถ้าในกรณีระบบไฟฟ้าของอาคารคอมพิวเตอร์และอาคารสื่อสารไม่มีระยะดังกล่าวตามที่กำหนดได้ สามารถที่จะใช้อุปกรณ์ประเภท Inductance เสริมแทนสายได้

.

การเลือกอุปกรณ์ป้องกันแรงดันไฟฟ้าเกิน

การเลือกขนาดของอุปกรณ์ป้องกันแรงดันไฟฟ้าเกินทางสายไฟ พิจารณาตามมาตรฐาน IEC 1312-1 โดยกำหนดกระแสฟ้าผ่าสูงสุดมีค่าถึง 200 kA ที่รูปคลื่น10/350 ms และมาตรฐาน IEC 1024–1 ได้มีการแสดงให้เห็นว่าเมื่อมีฟ้าผ่าต่อสิ่งปลูกสร้างขึ้น กระแสฟ้าผ่า 50 % จะกระจายสู่ระบบลงดินส่วนที่เหลือจะกระจายเข้าสู่ระบบต่าง ๆ ในอาคารเช่น ระบบไฟฟ้า ระบบคอมพิวเตอร์หรือระบบสื่อสาร ดังรูปที่ 5.34

.

 

                                                       รูปที่ 7 กระแสฟ้าผ่าที่กระจายไปตามระบบต่าง ๆ

เมื่อพิจารณาระบบไฟฟ้าของโรงงานอุตสาหกรรมและอาคารสำนักงานต่าง ๆ จะมีการต่อลงดินเป็นแบบระบบ TN-C-S ดังนั้นโอกาสกระแสฟ้าผ่าสูงสุดที่ไหลเข้าสู่ภายในอาคารแต่ละเฟสจะมีค่าเท่ากับ 100 kA/3 เท่ากับ 33 kA และเนื่องจากได้มีการศึกษากรณีข้างต้นดังกล่าวโดย Professor Peter Hasse โดยได้ทำการทดลองจำลองการเกิดเหตุการณ์ขึ้นจริง โดยมีการกำหนดค่าความต้านทานของจุดต่อลงดินมีค่าต่าง ๆ กันไป ตามรูปที่ 8 และพบว่ากระแสฟ้าผ่ามีโอกาสเข้าสู่ระบบมากกว่า 50 % ของกระแสฟ้าผ่า 

.

ดังนั้นการเลือกใช้ Lightning Current Arrester เพื่อใช้สำหรับติดตั้งป้องกันแรงดันไฟฟ้าเกินทางสายไฟจากภายนอกอาคารก่อนเข้าตู้เมนไฟฟ้าสำหรับโอกาสที่เกิดฟ้าผ่ารุนแรง อาจเลือกขนาดไม่ น้อย กว่า 50 kA (10/350 ms) ต่อเฟส และที่ตำแหน่งแผงเมนไฟฟ้าย่อยอาจจะเลือกใช้ Surge Arrester ที่มีขนาดไม่ น้อย กว่า 20 kA (8 20 ms) ต่อเฟสเป็นอย่างต่ำ ทั้งนี้ในทางปฏิบัติการเลือกขนาดของอุปกรณ์ป้องกันดังกล่าว ต้องมีการคำนึงถึงความสำคัญของอุปกรณ์ที่ต้องการจะป้องกัน อาจเพิ่มขนาดของอุปกรณ์ป้องกัน (kA) ให้มีค่าสูงขึ้น เพื่อระดับการป้องกันที่ดีขึ้น และทำการเปรียบเทียบราคาที่ระดับ (kA) ต่าง ๆ โดยพิจารณาทางด้านการลงทุนด้วย

.

การเลือกใช้อุปกรณ์ป้องกันแรงดันไฟจากภายนอกอาคารและทางสายสัญญาณ จำเป็นต้องทราบรายละเอียดข้อกำหนดของอุปกรณ์ป้องกันแรงดันเกินแต่ละตัว เพื่อความสามารถในการทำงานของตัวอุปกรณ์ป้องกัน และความปลอดภัยของอุปกรณ์ที่ถูกป้องกันตามที่ออกแบบไว้ โดยมีข้อพิจารณาดังนี้คือ

- Nominal Voltage คือ ค่าแรงดันของระบบ เช่น 120 V, 230 VAC เป็นต้น  

- Rate Voltage คือ ค่าแรงดันสูงสุดต่อเนื่องก่อนที่ตัวอุปกรณ์ป้องกัน ฯ จะมีการทำงาน เช่น 250 V, 275 V เป็นต้น - Nominal Discharge Current คือ ค่ากระแสทดสอบรูปคลื่น 8/20 ms ที่ไหลผ่านตัวอุปกรณ์ป้องกัน ฯ เช่น 2.5 kA, 15 kA เป็นต้น  

- Maximum Norminal Discharge Current คือ ค่ากระแสทดสอบรูปคลื่น 8/20 ms ที่ไหลผ่านตัวอุปกรณ์ป้องกัน ฯ ที่ตัวมันเองไม่ได้รับความเสียหาย เช่น 25 kA, 40 kA เป็นต้น  

- Lightning Impulse Current คือ ค่าความสามารถของตัวอุปกรณ์ป้องกัน ฯ ดิสชาร์จกระแสอิมพัลส์ ทดสอบรูปคลื่น 10/350 ms ที่ตัวมันเองไม่ได้รับความเสียหายเช่น 60 kA, 75 kA, 100 kA เป็นต้น

- Protection Level Up (Maximum Residual Voltage) คือ ค่าแรงดันที่หลังจากอุปกรณ์ป้องกัน ฯ มีการทำงาน เช่น £  2.5 kV, £ 4 kV เป็นต้น  

- Response Time คือ ค่าการตอบสนองการทำงานของอุปกรณ์ป้องกัน ฯ เช่น £ 25 nS, £ 100 mS เป็นต้น

.

ส่วนอุปกรณ์ป้องกันแรงดันไฟฟ้าเกินทางสายสัญญาณจากภายนอกอาคาร ต้องมีการพิจารณาถึงข้อกำหนดดังนี้

-   แรงดันของระบบ เช่น 5, 12, 24, 48, 60 และ 10 Vdc  

-   กระแสของสัญญาณ เช่น 10, 100 mA  

-   ช่วงความถี่ เช่น VHF, UHF, Microwave

-   พิกัดการส่งสำหรับสายสัญญาณดิจิตอล เช่น 2 bit/sec  

-   ค่าความต้านทานของสาย เช่น 2.2 W

.

การต่อลงดิน

การต่อลงดินของระบบไฟฟ้า ระบบป้องกันฟ้าผ่าภายนอกอาคาร ระบบป้องกันฟ้าผ่าภายในอาคาร อุปกรณ์ต่าง ๆ รวมถึงส่วนที่เป็นโลหะที่อยู่ภายในอาคาร ระบบการลงต่อดินควรมีการเชื่อมต่อถึงกัน เพื่อทำให้ศักย์ไฟฟ้าในระบบเท่ากันตามหลักการ Equipotential Bonding

.

จากที่กล่าวมาทั้งหมดดังข้างต้น คงจะทำให้ท่านผู้อ่านเข้าใจเกี่ยวการป้องกันแรงดันไฟฟ้าเกินภายในอาคารมากขึ้น และอาจเป็นประโยชน์ในการนำไปใช้ในการป้องกันอุปกรณ์ของท่านต่อไป

.

เอกสารอ้างอิง

[1] IEC 1312-1/1995: Protection Against Lightning Electromagnetic Impulse, Part 1 General Principles  

[2] IEC 1024-1/1990: Protection Against Lightning Electromagnetic Impulse 

[3] IEC 664-1/1992: Insulation Coordination for Equipment within Low Voltage System, Part 1 Requirements and Test  

สงวนลิขสิทธิ์ ตามพระราชบัญญัติลิขสิทธิ์ พ.ศ. 2539 www.thailandindustry.com
Copyright (C) 2009 www.thailandindustry.com All rights reserved.

ขอสงวนสิทธิ์ ข้อมูล เนื้อหา บทความ และรูปภาพ (ในส่วนที่ทำขึ้นเอง) ทั้งหมดที่ปรากฎอยู่ในเว็บไซต์ www.thailandindustry.com ห้ามมิให้บุคคลใด คัดลอก หรือ ทำสำเนา หรือ ดัดแปลง ข้อความหรือบทความใดๆ ของเว็บไซต์ หากผู้ใดละเมิด ไม่ว่าการลอกเลียน หรือนำส่วนหนึ่งส่วนใดของบทความนี้ไปใช้ ดัดแปลง โดยไม่ได้รับอนุญาตเป็นลายลักษณ์อักษร จะถูกดำเนินคดี ตามที่กฏหมายบัญญัติไว้สูงสุด