การป้องกันไฟกระชาก: สิ่งที่ควรสังเกต?

การป้องกันไฟกระชากที่มีประสิทธิภาพไม่ได้เป็นเพียงการติดตั้งเท่านั้น โดยจะต้องประสานงานเป็นรายบุคคล – กับระบบที่จะได้รับการป้องกันและสภาวะแวดล้อมที่แพร่หลายในไซต์งาน ด้วยเหตุนี้การออกแบบและแนวคิดจึงต้องสอดคล้องกัน ซึ่งหมายความว่าต้องคำนึงถึงรายละเอียดหลายประการ ตั้งแต่การพิจารณามาตรฐานและข้อกำหนดไปจนถึงการจำแนกประเภทตามเขตป้องกันฟ้าผ่า.

มาตรฐานการป้องกันฟ้าผ่าและไฟกระชาก

มาตรฐานระดับชาติและนานาชาติเป็นแนวทางในการสร้างแนวคิดการป้องกันฟ้าผ่าและไฟกระชากตลอดจนการออกแบบอุปกรณ์ป้องกันส่วนบุคคล.

ป้องกันฟ้าผ่าตามมาตรฐาน IEC 62305:

ส่วนที่ 1: ลักษณะของฟ้าผ่า

ในส่วนที่ 1 ของมาตรฐานนี้ [1] ให้คำนึงถึงคุณสมบัติเฉพาะของฟ้าผ่า ความน่าจะเป็นของการเกิดฟ้าผ่า และความเป็นไปได้ที่จะเกิดอันตรายด้วย.

ส่วนที่ 2: การวิเคราะห์ความเสี่ยง

การวิเคราะห์ความเสี่ยงตามส่วนที่ 2 ของมาตรฐานนี้ [2] อธิบายถึงกระบวนการซึ่งประการแรกคือการวิเคราะห์ความจำเป็นในการป้องกันฟ้าผ่าสำหรับระบบทางกายภาพ แหล่งที่มาของความเสียหายต่างๆ เช่น ฟ้าผ่าโดยตรงในอาคาร จะถูกให้ความสำคัญ เช่นเดียวกับประเภทของความเสียหายที่เป็นผลจากสิ่งนี้:

• ผลกระทบต่อสุขภาพหรือการสูญเสียชีวิต

• การสูญเสียบริการทางเทคนิคสำหรับสาธารณะ

• การสูญเสียวัตถุซึ่งมีความสำคัญทางวัฒนธรรมที่ไม่สามารถทดแทนได้

• การสูญเสียทางการเงิน

ผลประโยชน์ทางการเงินมีการกำหนดดังนี้: ค่าใช้จ่ายรวมต่อปีสำหรับระบบป้องกันฟ้าผ่าเป็นอย่างไรเมื่อเปรียบเทียบกับต้นทุนของความเสียหายที่อาจเกิดขึ้นโดยไม่มีระบบป้องกัน? การประเมินต้นทุนจะขึ้นอยู่กับการวางแผน การประกอบ และการบำรุงรักษาระบบป้องกันฟ้าผ่า.

ส่วนที่ 3 และ 4: ตัวช่วยในการวางแผนและข้อกำหนด

ถ้าการประเมินความเสี่ยงกำหนดว่าจำเป็นต้องมีการป้องกันฟ้าผ่าและคุ้มต้นทุน สามารถวางแผนประเภทและขอบเขตของมาตรการป้องกันเฉพาะตามส่วนที่ 3 [3] และ 4 [4] ของมาตรฐานนี้ ระดับการป้องกันฟ้าผ่าที่กำหนดโดยการบริหารความเสี่ยงถือเป็นปัจจัยชี้ขาดในการกำหนดประเภทและขอบเขตของมาตรการ.

สำหรับโครงสร้างทางกายภาพที่ต้องการความปลอดภัยในระดับสูงมาก การโจมตีเกือบทั้งหมดจะต้องถูกยึดและดำเนินการออกไปอย่างปลอดภัย สำหรับระบบที่ยอมรับความเสี่ยงตกค้างที่สูงกว่าได้ การกระทบกระแทกที่มีแอมพลิจูดต่ำกว่าจะไม่ถูกบันทึก.

การป้องกันไฟกระชากตามมาตรฐาน IEC 60364-4-44

มาตรฐานนี้ [5] อธิบายสภาวะที่จะใช้อุปกรณ์ป้องกันไฟกระชากในระบบไฟฟ้าแรงต่ำเพื่อป้องกันการติดตั้งทางไฟฟ้าจากแรงดันไฟกระชาก พื้นที่ใช้งานจึงจำกัดอยู่เฉพาะแรงดันไฟกระชากที่เกิดจากอิทธิพลของชั้นบรรยากาศ หรือเป็นผลจากขั้นตอนการสวิตซ์ที่ส่งผ่านระบบจ่ายไฟ การฟาดฟ้าผ่าโดยตรงในระบบโครงสร้างไม่ได้รับการพิจารณา เฉพาะการฟาดในหรือในบริเวณใกล้กับสายจ่ายไฟเท่านั้น.

ในทำนองเดียวกัน ระบบโครงสร้างที่มีความเสี่ยงต่อการระเบิดตลอดจนการใช้งานเชิงโครงสร้างที่อาจก่อให้เกิดความเสียหายต่อสิ่งแวดล้อม (เช่น ระบบปิโตรเคมีหรือโรงไฟฟ้านิวเคลียร์) จะไม่รวมอยู่ในการใช้มาตรฐานนี้ สำหรับกระบวนการเหล่านี้ ให้ใช้มาตรฐานฟ้าผ่า IEC 62305 เท่านั้น.

ควรใช้อุปกรณ์ป้องกันไฟกระชากหากแรงดันไฟฟ้าเกินชั่วคราวอาจมีผลกระทบดังต่อไปนี้:

• ชีวิตมนุษย์ เช่น ระบบความปลอดภัย โรงพยาบาล

• สถาบันสาธารณะและวัฒนธรรม เช่น การสูญเสียบริการสาธารณะ ศูนย์ไอที พิพิธภัณฑ์

• กิจกรรมทางอุตสาหกรรมหรือธุรกิจ เช่น โรงแรม ธนาคาร ระบบการผลิต ฟาร์ม.

มาตรการป้องกันและอุปกรณ์ป้องกันขั้นพื้นฐาน

เพื่อที่จะปกป้องระบบโครงสร้างจากฟ้าผ่าและแรงดันไฟกระชากอย่างต่อเนื่อง จำเป็นต้องมีมาตรการป้องกันหรืออุปกรณ์ป้องกันต่างๆ ที่ปรับให้เหมาะสมซึ่งกันและกัน การแบ่งกว้างสามารถทำได้ดังนี้:

• ป้องกันฟ้าผ่าภายนอก

• ป้องกันฟ้าผ่าภายใน

• การต่อสายดินและพันธะให้ศักย์เท่ากัน

• ระบบ SPD แบบประสานงาน

ป้องกันฟ้าผ่าภายนอก

การป้องกันฟ้าผ่าภายนอก (รูปที่ 15) มีวัตถุประสงค์เพื่อเบี่ยงเบนการโจมตีที่มาใกล้กับวัตถุที่ต้องการป้องกัน และส่งกระแสฟ้าผ่าจากจุดที่ตกถึงพื้น ด้วยเหตุนี้จึงไม่เกิดความเสียหายที่เกิดจากผลกระทบจากความร้อน แม่เหล็ก หรือไฟฟ้า การป้องกันฟ้าผ่าภายนอกเป็นระบบ: ประกอบด้วยเทอร์มินอลอากาศ อุปกรณ์ป้องกันฟ้าผ่า และระบบสายดิน.

ป้องกันฟ้าผ่าภายใน

ระบบป้องกันฟ้าผ่าภายในควรป้องกันการเกิดประกายไฟที่เป็นอันตรายภายในระบบ ประกายไฟอาจเกิดจากกระแสฟ้าผ่าในระบบป้องกันฟ้าผ่าภายนอกหรือในส่วนที่เป็นสื่อกระแสไฟฟ้าอื่นๆ ของระบบโครงสร้าง.

ระบบป้องกันฟ้าผ่าภายในประกอบด้วยพันธะให้ศักย์เท่ากันและฉนวนไฟฟ้าของระบบป้องกันฟ้าผ่าภายนอก.

การเชื่อมประสานศักย์ไฟฟ้าป้องกันฟ้าผ่าเป็นการผสมผสานระหว่างมาตรการที่ป้องกันความแตกต่างที่อาจเกิดขึ้น โดยส่วนใหญ่จะเชื่อมต่อระบบป้องกันฟ้าผ่ากับการติดตั้งโลหะ ระบบภายใน รวมถึงระบบไฟฟ้าและอิเล็กทรอนิกส์ภายในระบบ สิ่งนี้เกิดขึ้นโดยการใช้เส้นประสานศักย์เท่ากัน อุปกรณ์ป้องกันไฟกระชาก หรือการแยกช่องว่างประกายไฟ.

การต่อสายดินและพันธะให้ศักย์เท่ากัน

ระบบสายดินมีจุดมุ่งหมายเพื่อกระจายและปล่อยกระแสฟ้าผ่าที่ถูกจับลงสู่พื้น ที่นี่ประเภทของระบบกราวด์มีความสำคัญมากกว่าความต้านทานกราวด์ กระแสฟ้าผ่าเป็นพัลส์ที่สั้นมากซึ่งมีพฤติกรรมเหมือนกระแสความถี่สูง พันธะให้ศักย์เท่ากันอย่างมีประสิทธิผลก็มีความสำคัญเช่นกัน การเชื่อมประสานศักย์ไฟฟ้าจะเชื่อมต่อชิ้นส่วนที่เป็นสื่อไฟฟ้าทั้งหมดเข้าด้วยกันผ่านตัวนำ - ตัวนำแบบแอคทีฟได้รับการปกป้องโดยอุปกรณ์ป้องกันไฟกระชาก โดยทำเช่นนั้นก็ป้องกันข้อต่อทุกประเภท.

ระบบ SPD แบบประสานงาน

ระบบ SPD แบบประสานงานนั้นเป็นที่เข้าใจกันว่าเป็นระบบหลายระดับของอุปกรณ์ป้องกันไฟกระชากที่ประสานงานซึ่งกันและกัน.

ขอแนะนำขั้นตอนต่อไปนี้เพื่อให้ได้ระบบ SPD ที่มีประสิทธิภาพสูง.

• แบ่งระบบโครงสร้างออกเป็นโซนป้องกันฟ้าผ่า

• รวมเส้นทั้งหมดที่ตัดกันระหว่างโซนต่างๆ เข้ากับพันธะให้ศักย์เท่ากันเฉพาะที่โดยใช้ SPD ที่เหมาะสม

• ประสานงาน SPD ประเภทต่างๆ: อุปกรณ์จะต้องระบุที่อยู่ซึ่งกันและกันแบบเลือกเพื่อป้องกันไม่ให้แต่ละส่วนประกอบโอเวอร์โหลด

• ใช้เส้นจ่ายไฟสั้นสำหรับการเชื่อมต่อแบบขนานของ SPD ระหว่างตัวนำแอ็กทีฟและพันธะให้ศักย์เท่ากัน

• วางสายที่มีการป้องกันและที่ไม่มีการป้องกันแยกกัน

• เฉพาะอุปกรณ์ภาคพื้นดินผ่าน SPD ที่เกี่ยวข้องเท่านั้น (แนะนำ)

โซนป้องกันฟ้าผ่า

การตัดสินใจว่าจะติดตั้งอุปกรณ์ป้องกันไฟกระชากที่ใดภายในระบบโครงสร้างนั้นขึ้นอยู่กับแนวคิดโซนป้องกันฟ้าผ่าที่อธิบายไว้ในส่วนที่ 4 ของมาตรฐานการป้องกันฟ้าผ่า IEC 62305 [4].

โดยแบ่งระบบโครงสร้างออกเป็นโซนป้องกันฟ้าผ่า (LPZ) และแยกจากภายนอกสู่ภายในโดยมีระดับการป้องกันฟ้าผ่าลดลง ในโซนภายนอกสามารถใช้เฉพาะอุปกรณ์ป้องกันเท่านั้น อย่างไรก็ตาม ในโซนภายใน สามารถใช้อุปกรณ์ที่มีความละเอียดอ่อนได้ แต่ละโซนมีลักษณะและตั้งชื่อดังนี้:

LPZ 0A

พื้นที่ที่ไม่มีการป้องกันภายนอกอาคารซึ่งอาจเกิดฟ้าผ่าโดยตรงได้ การต่อกระแสฟ้าผ่าโดยตรงในแนวเส้น สนามแม่เหล็กไม่ลดทอนของฟ้าผ่า

LPZ 0B

พื้นที่ภายนอกอาคารที่ได้รับการปกป้องจากฟ้าผ่าโดยตรงโดยอาคารผู้โดยสารทางอากาศ สนามแม่เหล็กที่ไม่มีการลดทอนของฟ้าผ่าจะทำให้เกิดกระแสไฟกระชากบนเส้นเท่านั้น.

แอลพีแซด 1

พื้นที่ภายในอาคารที่อาจยังต้องเผชิญกับแรงดันไฟกระชากพลังงานสูง หรือกระแสไฟกระชากและสนามแม่เหล็กไฟฟ้ากำลังแรง

แอลพีแซด 2

พื้นที่ภายในอาคารที่อาจยังต้องเผชิญกับแรงดันไฟกระชากหรือกระแสไฟกระชากและสนามแม่เหล็กไฟฟ้าที่ถูกลดกำลังลงอย่างมาก.

แอลพีแซด 3

พื้นที่ภายในอาคารซึ่งอาจได้รับแรงดันไฟกระชากหรือกระแสไฟกระชากต่ำมากหรือแทบจะไม่มีเลย และสนามแม่เหล็กไฟฟ้าอ่อนมากหรือไม่มีอยู่เลย.

เส้นทั้งหมดที่ข้ามระหว่างโซนต้องใช้อุปกรณ์ป้องกันไฟกระชากแบบประสานกัน ค่ากำลังจะขึ้นอยู่กับระดับการป้องกันที่จะได้รับ ซึ่งกำหนดตามข้อกำหนดทางกฎหมายหรือโดยการวิเคราะห์ความเสี่ยง ในการเลือกอุปกรณ์ป้องกันไฟกระชาก ให้ใช้มาตรฐานเป็นพื้นฐาน โดยสมมติว่ากระแสฟ้าผ่า 50% จะถูกปล่อยลงสู่พื้น กระแสฟ้าผ่าอีก 50% จะส่งตรงไปยังการติดตั้งระบบไฟฟ้าผ่านแหล่งจ่ายไฟหลักการเชื่อมประสานศักย์เท่ากันและจากนั้นจะต้องดำเนินการให้ห่างจากระบบ SPD.