อุปกรณ์ป้องกันไฟกระชากประเภทต่างๆ (SPD)

1. บทนำ

ไฟกระชากเป็นภัยเงียบในระบบไฟฟ้าสมัยใหม่ ตั้งแต่อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์สำหรับที่อยู่อาศัยไปจนถึงระบบอัตโนมัติทางอุตสาหกรรมและโรงไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์ แม้แต่แรงดันไฟฟ้าเกินชั่วคราวเพียงครั้งเดียวก็สามารถทำให้เกิดการหยุดทำงาน การซ่อมแซมที่มีค่าใช้จ่ายสูง หรืออุปกรณ์ขัดข้องได้ วิธีแก้ปัญหา? อุปกรณ์ป้องกันไฟกระชาก (SPD).

ในคู่มือนี้ เราจะแจกแจงประเภทของอุปกรณ์ป้องกันไฟกระชากประเภทต่างๆ อธิบายวิธีการทำงาน และเปรียบเทียบการใช้งาน ในตอนท้าย คุณจะรู้ได้อย่างแน่ชัดว่า SPD ประเภทใดที่เหมาะกับระบบของคุณ ไม่ว่าจะเป็นบ้าน ศูนย์ข้อมูล หรือการติดตั้ง PV.

2. อุปกรณ์ป้องกันไฟกระชากคืออะไร?

A อุปกรณ์ป้องกันไฟกระชาก (SPD) เป็นส่วนประกอบด้านความปลอดภัยที่ติดตั้งในระบบไฟฟ้าเพื่อจำกัดแรงดันไฟฟ้าเกินชั่วคราวที่เกิดจากฟ้าผ่า เหตุการณ์การสลับ หรือการรบกวนจากสาธารณูปโภค ทำงานโดยการโอนพลังงานไฟกระชากมายังโลกอย่างปลอดภัย เพื่อปกป้องอุปกรณ์ที่เชื่อมต่อ.

คิดว่า SPD เป็นวาล์วระบายแรงดัน มันไม่ได้หยุดการเกิดไฟกระชาก แต่จะส่งพลังงานส่วนเกินออกจากอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่มีความละเอียดอ่อน.

3. การป้องกันไฟกระชากทำงานอย่างไร?

SPD อาศัยส่วนประกอบต่างๆ เช่น วาริสเตอร์ออกไซด์ของโลหะ (MOV), ท่อจ่ายก๊าซ (GDT) และช่องว่างประกายไฟ เมื่อแรงดันไฟฟ้าเกินเกณฑ์ปลอดภัย (Uc) SPD จะเปลี่ยนเข้าสู่โหมดการนำไฟฟ้า โดยจะจับแรงดันไฟกระชากที่เหลือให้ต่ำลง (ขึ้น).

พารามิเตอร์หลักที่ต้องทำความเข้าใจ:

• Uc (แรงดันไฟฟ้าใช้งานต่อเนื่องสูงสุด): แรงดันไฟฟ้าปกติที่ SPD สามารถจัดการได้.

• ขึ้น (ระดับการป้องกันแรงดันไฟฟ้า): แรงดันแคลมป์ที่อุปกรณ์ดาวน์สตรีมจะ “เห็น”

• ใน / Imax (กระแสไฟที่กำหนดและสูงสุด): อุปกรณ์สามารถดูดซับกระแสไฟกระชากได้เท่าใด.

• Iimp (กระแสอิมพัลส์): เฉพาะสำหรับประเภท 1 ซึ่งแสดงถึงรูปคลื่นของฟ้าผ่า.

4. ประเภทของอุปกรณ์ป้องกันไฟกระชาก

การทำความเข้าใจประเภท SPD เป็นกุญแจสำคัญในการออกแบบการป้องกันไฟกระชากแบบหลายชั้น มาตรฐานสากลเช่น IEC 61643-11 (ไฟฟ้ากระแสสลับ), IEC 61643-31 (ดีซี/พีวี), และ UL 1449 (อเมริกาเหนือ) กำหนดคลาสต่างๆ ตามรูปคลื่นทดสอบ ความสามารถด้านพลังงาน และตำแหน่งการติดตั้ง.

ด้านล่างนี้ เราจะแจกแจงประเภทของอุปกรณ์ป้องกันไฟกระชาก (SPD) ประเภทต่างๆ ที่คุณจะพบ พร้อมด้วยบทบาททางเทคนิคและคำแนะนำในการใช้งาน.

4.1 SPD ประเภท 1 (IEC 61643-11, Class I, 10/350 µs)

• คำนิยาม: ออกแบบมาเพื่อปล่อยกระแสฟ้าผ่าบางส่วน ทดสอบด้วยรูปคลื่นอิมพัลส์ (Iimp) 10/350 µs ซึ่งแสดงถึงฟ้าผ่าโดยตรง.

• จุดติดตั้ง: ทางเข้าบริการ โดยทั่วไปจะอยู่ต้นน้ำของแผงจำหน่ายหลัก มักใช้ในอาคารที่ติดตั้งระบบป้องกันฟ้าผ่า (LPS) ภายนอก.

• พารามิเตอร์ที่สำคัญ:

  • Iimp (กระแสอิมพัลส์): พิกัดความจุกระแสฟ้าผ่า.

  • Uc (แรงดันใช้งานต่อเนื่องสูงสุด): รับประกันไม่มีความเสียหายระหว่างการทำงานปกติ.

  • ขึ้น (ระดับการป้องกันแรงดันไฟฟ้า): แรงดันตกค้างที่มองเห็นได้จากวงจรดาวน์สตรีม.

• เทคโนโลยีที่ใช้: Spark Gap, MOV สำหรับงานหนัก หรือการออกแบบแบบไฮบริด.

• กรณีการใช้งาน:

  • โรงงานอุตสาหกรรม เสาโทรคมนาคม โรงพยาบาล.

  • อาคารสูงในบริเวณที่มีฟ้าผ่าหนาแน่น.

• ตัวอย่าง: โรงงานที่มีสายล่อฟ้าบนหลังคาจะต้องมี SPD ประเภท 1 ที่แหล่งจ่ายไฟหลักที่เข้ามา.

4.2 SPD ประเภท 2 (IEC 61643-11, Class II, 8/20 µs)

• คำนิยาม: จัดการการสลับไฟกระชากและเอฟเฟกต์ฟ้าผ่าทางอ้อม ทดสอบด้วยรูปคลื่นกระแส 8/20 µs (In, Imax).

• จุดติดตั้ง: แผงจำหน่ายหลักหรือแผงย่อยภายในสถานที่.

• พารามิเตอร์ที่สำคัญ:

  • ใน (กระแสคายประจุที่กำหนด): ความทนทานภายใต้ไฟกระชากหลายครั้ง.

  • Imax (กระแสคายประจุสูงสุด): ความสามารถในการกระชากสูงสุด.

  • ขึ้น: ต้องประสานงานกับทั้งต้นน้ำประเภท 1 และปลายน้ำประเภท 3.

• เทคโนโลยีที่ใช้: โมดูลที่ใช้ MOV มักจะเสียบปลั๊กได้เพื่อให้เปลี่ยนได้ง่าย.

• กรณีการใช้งาน:

  • บ้านพักอาศัย อาคารสำนักงาน ร้านค้าปลีก.

  • การป้องกันมาตรฐานในพื้นที่ที่มีความเสี่ยงไฟกระชากปานกลาง.

• ตัวอย่าง: สำนักงานขนาดเล็กที่ไม่มี LPS ภายนอกมักจะใช้ SPD ประเภท 2 ในกระดานหลัก.

ต้องการรายละเอียดโดยละเอียดหรือไม่? อ่านคู่มือฉบับเต็มของเรา: อุปกรณ์ป้องกันไฟกระชากประเภท 2 คืออะไร?

4.3 SPD ประเภท 3 (IEC 61643-11, Class III, คลื่นคอมโบ)

• คำนิยาม: การป้องกันอย่างดีสำหรับอุปกรณ์ปลายทาง ทดสอบด้วยคลื่นรวม (แรงดันไฟฟ้า 1.2/50 µs + กระแส 8/20 µs).

• จุดติดตั้ง: ใกล้กับอุปกรณ์ที่ได้รับการป้องกันมากที่สุด (เต้ารับ อินพุตอุปกรณ์).

• พารามิเตอร์ที่สำคัญ:

  • ขึ้น: ระดับการจับยึดต่ำมากเพื่อป้องกันโหลดที่ละเอียดอ่อน.

  • จะต้องใช้ร่วมกับต้นน้ำประเภทที่ 2.

• เทคโนโลยีที่ใช้: MOV รวมกับตัวกรองเพื่อลดทอนเพิ่มเติม.

• กรณีการใช้งาน:

  • คอมพิวเตอร์ ไดรเวอร์ LED อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ทางการแพทย์ และระบบควบคุม.

• ตัวอย่าง: เครื่อง MRI ในโรงพยาบาลต้องใช้ Type 3 SPD ใกล้กับอุปกรณ์ โดยทำงานร่วมกับอัปสตรีม Type 2.

เรียนรู้เพิ่มเติมในบทความเฉพาะของเรา: อุปกรณ์ป้องกันไฟกระชากประเภท 3 คืออะไร?

4.4 T1+T2 SPD แบบผสม

• คำนิยาม: หน่วย SPD เดียวที่ทดสอบสำหรับทั้งรูปคลื่น Class I (10/350 µs) และ Class II (8/20 µs).

• ผลประโยชน์: ป้องกันฟ้าผ่าโดยตรงและไฟกระชากในเครื่องเดียว.

• จุดติดตั้ง: การเข้ารับบริการเมื่อพื้นที่หรืองบประมาณจำกัดอุปกรณ์หลายเครื่อง.

• กรณีการใช้งาน:

  • อาคารพาณิชย์หรือที่อยู่อาศัยขนาดกลางต้องการโซลูชันขนาดกะทัดรัด.

  • ไซต์ที่การประสานงานระหว่างแยกประเภท 1 และประเภท 2 เป็นเรื่องยาก.

• ตัวอย่าง: แผงสวิตช์หลักของห้างสรรพสินค้าอาจติดตั้ง T1+T2 SPD เพื่อลดความซับซ้อนในการป้องกัน.

4.5 T2+T3 SPD แบบผสม

• คำนิยาม: อุปกรณ์ไฮบริดได้รับการทดสอบประสิทธิภาพคลาส II และคลาส III.

• ผลประโยชน์: ให้การป้องกันทั้งระดับการกระจายและเทอร์มินัล.

• จุดติดตั้ง: แผงย่อยใกล้กับโหลดที่ละเอียดอ่อน โดยเฉพาะอย่างยิ่งหากสายเคเบิลยาวเกิน 10 ม.

• กรณีการใช้งาน:

  • ศูนย์ข้อมูล ห้องเซิร์ฟเวอร์ ตู้ควบคุมอุตสาหกรรม.

• ตัวอย่าง: สายการผลิตระบบอัตโนมัติในโรงงานที่มีสายเคเบิลยาวต่อไปยัง PLC สามารถใช้ T2+T3 SPD ใกล้กับแผง PLC.

4.6 SPD ประเภท 4 (UL 1449, อเมริกาเหนือเท่านั้น)

• คำจำกัดความ (UL 1449): ส่วนประกอบส่วนประกอบไม่ได้ตั้งใจให้เป็นอุปกรณ์แบบสแตนด์อโลน แต่รวมเข้ากับอุปกรณ์ OEM.

• หมวดหมู่ย่อย:

  • ส่วนประกอบประเภทที่ 4 (CA): ชิ้นส่วน SPD บรรจุหีบห่อล่วงหน้าสำหรับผู้ผลิต.

  • ส่วนประกอบประเภท 5: MOV แบบดิบหรือ GDT.

• จุดติดตั้ง: เครื่องใช้ไฟฟ้าภายใน แหล่งจ่ายไฟ หรือแผงที่ประกอบขึ้นเอง.

• กรณีการใช้งาน:

  • OEM ออกแบบอุปกรณ์ป้องกันไฟกระชาก.

  • เกียร์อุตสาหกรรมเฉพาะทางในตลาดอเมริกาเหนือ.

• ตัวอย่าง: ผู้ผลิต UPS รวมส่วนประกอบ SPD ประเภท 4 ไว้ในผลิตภัณฑ์ของตน.

4.7 PV/DC SPD (IEC 61643-31, สูงถึง 1500 VDC)

• คำนิยาม: อุปกรณ์ป้องกันไฟกระชากที่ออกแบบมาสำหรับวงจรไฟฟ้าโซลาร์เซลล์และไฟฟ้ากระแสตรง.

• มาตรฐานการทดสอบ: IEC 61643-31 ระบุข้อกำหนดสำหรับการใช้งาน DC.

• จุดติดตั้ง: กล่องรวมอาร์เรย์ PV อินเวอร์เตอร์ และแผงจ่ายไฟฟ้ากระแสตรง.

• พารามิเตอร์ที่สำคัญ:

  • Ucpv: พิกัดแรงดันไฟฟ้า PV ต่อเนื่อง (600 V, 1000 V, 1500 V).

  • In / Imax: การจัดการกระแสไฟกระชากที่ฝั่ง DC.

  • เวลาตอบสนอง: ต้องเร็วเพียงพอสำหรับอินเวอร์เตอร์ที่ใช้เซมิคอนดักเตอร์.

• กรณีการใช้งาน:

  • โซลาร์ฟาร์มระดับสาธารณูปโภค ระบบ PV บนชั้นดาดฟ้า โรงเก็บแบตเตอรี่.

• ตัวอย่าง: ต้องใช้โซลาร์ฟาร์ม 1500 VDC T1+T2 PV SPD ที่กล่องรวมและอินพุตอินเวอร์เตอร์.

เคล็ดลับสำหรับผู้อ่าน: ใช้ก.เสมอ ระบบ SPD ที่มีการประสานงาน. - ประเภทที่ 1 ที่ทางเข้า ประเภทที่ 2 ที่แผงย่อย และประเภทที่ 3 ใกล้การรับน้ำหนักวิกฤต สำหรับ PV ให้เพิ่ม Type 2 หรือ T1+T2 DC SPD ตามที่ระบุโดย IEC 61643-31.

5. อุปกรณ์ SPD ประเภท 1 กับประเภท 2 กับประเภท 3

หากคุณต้องการเจาะลึกยิ่งขึ้น ตรวจสอบบล็อกเฉพาะของเราในหัวข้อนี้ที่นี่:
ความแตกต่างระหว่าง SPD ประเภท 1, ประเภท 2 และประเภท 3

ต่อไปนี้เป็นการเปรียบเทียบโดยย่อเพื่อช่วยคุณเลือกประเภท SPD ที่เหมาะสม:

ภาพรวม

• SPD ประเภท 1 รับมือกับฟ้าผ่าโดยตรงที่มีพลังงานสูง (10/350 µs).

• SPD ประเภท 2 บรรเทาไฟกระชากและไฟกระชากทางอ้อม (8/20 µs).

• SPD ประเภท 3 ปกป้องอุปกรณ์ที่มีความละเอียดอ่อนในระยะสุดท้าย (รูปคลื่นแบบรวม).

6. วิธีการติดตั้งและประสานงานอุปกรณ์ป้องกันไฟกระชาก (SPD)

การติดตั้งที่ถูกต้องมีความสำคัญพอๆ กับการเลือกประเภทของอุปกรณ์ป้องกันไฟกระชาก (SPD) ที่เหมาะสม การเดินสายไฟที่ไม่เหมาะสมหรือการประสานงานที่ไม่ดีอาจส่งผลต่อระดับการป้องกัน แม้ว่า SPD จะตรงตามมาตรฐาน IEC หรือ UL ก็ตาม ตามมาตรฐาน IEC 61643-11, IEC 61643-31, UL 1449 และหลักเกณฑ์ด้านวิศวกรรมของบริษัทเรา แนวทางปฏิบัติที่ดีที่สุดที่สำคัญมีดังนี้:

1. กฎการเชื่อมต่อที่สั้นที่สุด

• รักษาสายเชื่อมต่อ SPD ทั้งหมดให้สั้นและตรงที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ โดยควรอยู่ที่ ≤ 0.5 ม. (ตามที่แนะนำในคู่มือทางเทคนิคของเรา).

• สายยาวจะทำให้เกิดแรงดันไฟฟ้าเหนี่ยวนำเพิ่มขึ้น ซึ่งจะเพิ่มแรงดันตกค้าง (ขึ้น) ที่อุปกรณ์ป้องกันมองเห็น.

2. ขนาดตัวนำที่ถูกต้อง

• ใช้ตัวนำขนาดตามประเภท SPD:

  • ประเภท 1 SPD: ทองแดงขั้นต่ำ 16 มม.² (กระแสฟ้าผ่าพลังงานสูง, Iimp).

  • ประเภทที่ 2 SPD: ทองแดงขั้นต่ำ 6 มม.².

  • ประเภทที่ 3 SPD: ปฏิบัติตามข้อมูลของผู้ผลิต โดยทั่วไปแล้วจะมีหน้าตัดเล็กกว่าเนื่องจากกระแสไฟต่ำ.

• ใช้ตัวนำทองแดงที่มีความต้านทานต่ำเสมอและหลีกเลี่ยงการโค้งงอแหลมคม.

3. พันธะที่เท่ากัน

• SPD ทั้งหมดจะต้องเชื่อมต่อกับแถบสายดินหลักเดียวกันหรือระบบพันธะให้ศักย์เท่ากัน.

• การยึดเหนี่ยวช่วยให้มั่นใจได้ว่าพลังงานไฟกระชากจะถูกปล่อยลงสู่พื้นอย่างปลอดภัย หลีกเลี่ยงความแตกต่างที่อาจเป็นอันตรายระหว่างวงจร.

4. การประสานงาน SPD

• ลำดับชั้นระดับการป้องกันแรงดันไฟฟ้า (ขึ้น): SPD อัปสตรีม (ประเภท 1) ควรมีสูงกว่า SPD ดาวน์สตรีม (ประเภท 2/3) เสมอ.

• กฎระยะห่าง: หากสายเคเบิลระหว่าง SPD และโหลดที่มีการป้องกันยาวเกิน 10 ม. ให้ติดตั้ง SPD ดาวน์สตรีมเพิ่มเติม (เช่น ประเภท 3) เพื่อการป้องกันที่ดีขึ้น.

• การประสานงานแบบขนาน: สำหรับการป้องกันแบบหลายขั้นตอน (ประเภท 1 + ประเภท 2 + ประเภท 3) ตรวจสอบให้แน่ใจว่ามีการกระจายพลังงานอย่างเหมาะสม เพื่อไม่ให้อุปกรณ์ใดได้รับความเครียดมากเกินไป.

5. การป้องกันการสำรองข้อมูล (OCPD)

• ใช้ฟิวส์หรือเซอร์กิตเบรกเกอร์เฉพาะเพื่อป้องกัน SPD เองเสมอ.

• คู่มือของเราระบุพิกัดฟิวส์สำรองโดยขึ้นอยู่กับรุ่น SPD และ Imax/Iimp.

• UL 1449 ยังต้องการการป้องกันกระแสไฟเกินที่เหมาะสมเพื่อป้องกัน SPD มีความร้อนสูงเกินไปหรือความล้มเหลวในระหว่างเหตุการณ์ที่รุนแรง.

เคล็ดลับสำหรับมือโปร: ตรวจสอบการปฏิบัติตามข้อกำหนดอยู่เสมอ IEC 61643-11 (AC SPD), IEC 61643-31 (PV/DC SPD), หรือ UL 1449 (อเมริกาเหนือ) ขึ้นอยู่กับภูมิภาคของคุณ การติดตั้งและการประสานงานที่ถูกต้องช่วยยืดอายุการใช้งาน SPD และรับประกันความปลอดภัยของระบบไฟฟ้าทั้งหมด.

7. บทสรุป

ประเภทของอุปกรณ์ป้องกันไฟกระชากไม่สามารถใช้แทนกันได้ โดยแต่ละประเภทมีบทบาทเฉพาะในการปกป้องระบบไฟฟ้า.

• ประเภทที่ 1 ป้องกันฟ้าผ่าโดยตรง.

• ประเภทที่ 2 เป็นตัวช่วยสำหรับแผงกระจายสินค้า.

• ประเภทที่ 3 ปกป้องอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่ละเอียดอ่อนที่สุดของคุณ.

• การรวมกันและ SPD ของ PV/DC ครอบคลุมการใช้งานเฉพาะทางและพลังงานหมุนเวียน.

ด้วยการทำความเข้าใจประเภท SPD มาตรฐาน และกฎการติดตั้ง คุณสามารถออกแบบการป้องกันแบบชั้นที่รับประกันความปลอดภัย ลดการหยุดทำงาน และปกป้องการลงทุน.