ทำความเข้าใจกับอุปกรณ์ป้องกันไฟกระชาก (SPD)

ความจำเป็นในการป้องกันไฟกระชาก

โลกปัจจุบันเต็มไปด้วยผลิตภัณฑ์อิเล็กทรอนิกส์และอุปกรณ์ไฟฟ้าที่เสี่ยงต่อความเสียหายจากไฟกระชากแรงดันเกิน

ไฟกระชากที่เกิดจากการปล่อยประจุไฟฟ้าสถิต โหลดแบบคาปาซิทีฟและแบบเหนี่ยวนำ หรือฟ้าผ่าสามารถทำลายอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์และส่วนประกอบที่ซับซ้อนที่ใช้ในอุตสาหกรรมและเชิงพาณิชย์ได้อย่างรวดเร็ว สิ่งเหล่านี้ทำให้การดำเนินงานที่พิการเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว โดยเฉพาะระบบข้อมูลและการสื่อสารที่แทบทุกองค์กรต้องพึ่งพาในปัจจุบัน,

ข้อกำหนดการป้องกันไฟกระชากฉบับที่ 18

ในขณะที่ฉบับที่ 17 ทำงานบนพื้นฐานของความน่าจะเป็นของฟ้าผ่า - สาเหตุหลักของไฟกระชาก - ตามเกณฑ์ AQ BS7671:2018 กลับพิจารณาผลที่ตามมาจากฟ้าผ่าและไฟกระชากที่เกี่ยวข้องแทน กล่าวคือ ข้อบังคับ 443.4 ระบุว่าต้องติดตั้ง SPD โดยที่ผลที่ตามมาที่เกิดจากแรงดันไฟฟ้าเกิน ได้แก่:

• ‘การบาดเจ็บสาหัสหรือการสูญเสียชีวิตมนุษย์’
• ‘การหยุดชะงักของบริการสาธารณะและ/หรือความเสียหายต่อมรดกทางวัฒนธรรม’
• ‘การหยุดชะงักของกิจกรรมเชิงพาณิชย์หรืออุตสาหกรรม’
• ‘ส่งผลกระทบต่อบุคคลที่อยู่ร่วมกันจำนวนมาก’

ซึ่งหมายความว่าทุกอย่างยกเว้นที่อยู่อาศัยขนาดเล็กจะต้องมีการป้องกันไฟกระชากที่เพียงพอ.

สาเหตุและผลที่ตามมาของไฟกระชาก

ไฟกระชากส่วนใหญ่มีสาเหตุมาจากฟ้าผ่าหรือการเปลี่ยนกระแสไฟฟ้า สายฟ้าฟาดสามารถส่งกระแสไฟฟ้าได้ 200,000A และเป็นอันตรายอย่างยิ่งเนื่องจากการที่วาบไฟตามผิวสามารถทำให้เกิดไฟไหม้หรือไฟฟ้าช็อตได้ ไฟกระชากแบบสวิตชิ่งที่เกิดจากการปิดโหลดอุปนัยขนาดใหญ่มีแนวโน้มที่จะรุนแรงน้อยลง แต่เกิดซ้ำมากกว่า ซึ่งอาจจำกัดอายุการใช้งานของส่วนประกอบของระบบ.

• ฟ้าผ่า — ผลกระทบขนาดใหญ่ กระแสไฟฟ้าและแรงดันไฟฟ้าสูง แต่เกิดขึ้นน้อยที่สุด.
• การสลับพลังงาน — เหตุการณ์ที่เพิ่มขึ้น:

1. การสลับโหลดยูทิลิตี้และลูกค้า - มอเตอร์ โหลดขนาดใหญ่ ฟอลต์ ธนาคารตัวเก็บประจุ การทำงานของฟิวส์และเบรกเกอร์ ฯลฯ.
2. การสลับแหล่งที่มา — สมาร์ทกริด เครื่องกำเนิดไฟฟ้า ระบบไฟฟ้าโซลาร์เซลล์ และการผลิตพลังงานลม ฯลฯ.

ในแง่ของ SPD ทำหน้าที่ป้องกันความเสียหายต่อทุกส่วนของการติดตั้งระบบไฟฟ้าและอุปกรณ์ที่แนบมา สิ่งนี้มีสาเหตุมาจากแรงดันไฟฟ้าเกินชั่วคราวเกินขีดจำกัดการทนต่อพิกัดที่กำหนดของอุปกรณ์ไฟฟ้า ซึ่งทำให้เกิดความเสียหาย เช่น ส่วนประกอบที่ถูกไฟไหม้ ฉนวนที่เสื่อมสภาพ และแม้แต่สายไฟที่หลอมละลาย.

ประเภทของอุปกรณ์ป้องกันไฟกระชาก

อุปกรณ์ป้องกันไฟกระชากทั่วไปมีสามประเภทหลักที่ใช้กันทั่วไป ขึ้นอยู่กับตำแหน่งที่ติดตั้งภายในการติดตั้ง.

ประการแรก SPD ประเภท 1 สามารถปล่อยกระแสฟ้าผ่าบางส่วนด้วยรูปคลื่น 10/350µs ทำให้เหมาะสำหรับการติดตั้งที่ด้านจ่ายไฟของทางเข้าบริการหลัก ปกป้องการติดตั้งทั้งหมดรวมถึงแผงบริการจากแรงดันไฟฟ้าเกิน โดยปกติแล้ว พวกเขาใช้ช่องว่างประกายไฟเพื่อควบคุมกระแสไฟกระชากลงสู่พื้นโลกและป้องกันไม่ให้เข้าถึงตัวอาคาร.

ประการที่สอง SPD ประเภท 2 มีจุดประสงค์เพื่อปกป้องอุปกรณ์ที่ติดอยู่กับการติดตั้ง ติดตั้งไว้ที่ด้านโหลดของทางเข้าบริการหลักข้ามเฟสเป็นกลางหรือเฟสเฟส และป้องกันการแพร่กระจายของแรงดันไฟฟ้าเกินผ่านวาริสเตอร์โลหะออกไซด์ (MOV) ที่มีคลื่นกระแส 8/20µs MOV จะรักษาความต้านทานที่สูงมากไว้จนกว่าจะพบแรงดันไฟกระชาก ซึ่ง ณ จุดนี้ความต้านทานจะลดลงอย่างมาก และกระแสไฟฟ้าส่วนเกินสามารถส่งผ่านลงดินได้.

สุดท้าย Type 3 SPD มีขนาดเล็กกว่ามากและควรใช้ร่วมกับอุปกรณ์ Type 2 เท่านั้น ได้รับการออกแบบมาโดยเฉพาะสำหรับการปกป้องอุปกรณ์ที่มีความละเอียดอ่อน เช่น โทรทัศน์และคอมพิวเตอร์จากแรงดันไฟฟ้าเกิน คลื่นแรงดันไฟฟ้ามีแนวโน้มที่จะอยู่ที่ประมาณ 1.5/50µs และคลื่นกระแสมีแนวโน้มที่จะอยู่ที่ประมาณ 8/20µs.

การเลือกและการประยุกต์ใช้ระบบไฟฟ้ากระแสสลับ SPD

เมื่อกำหนดคลาสของ SPD ที่ต้องการแล้ว จำเป็นต้องกำหนดแรงดันไฟฟ้าและการกำหนดค่าที่ถูกต้อง.

ระบบ TN-C

ในระบบนี้ ตัวนำสายดินที่เป็นกลางและสายดินป้องกันจะรวมกันเป็นตัวนำเดียวทั่วทั้งระบบ ตัวนำนี้เรียกว่า PEN ซึ่งเป็น “สายดินป้องกันและเป็นกลาง” ชิ้นส่วนอุปกรณ์นำไฟฟ้าแบบสัมผัสทั้งหมดเชื่อมต่อกับปากกา.

ระบบ TN-S

ในระบบนี้ มีการเดินสายดินที่เป็นกลางและสายดินป้องกันแยกกันตลอด โดยปกติแล้วตัวนำสายดินป้องกัน (PE) จะเป็นตัวนำที่แยกจากกัน แต่ก็อาจเป็นปลอกโลหะของสายไฟได้เช่นกัน ชิ้นส่วนอุปกรณ์นำไฟฟ้าแบบสัมผัสทั้งหมดเชื่อมต่อกับตัวนำ PE.

ระบบ TN-C-S

ในระบบนี้ การจัดหาได้รับการกำหนดค่าตาม TN-C ในขณะที่การติดตั้งดาวน์สตรีมได้รับการกำหนดค่าตาม TN-S โดยทั่วไปแล้ว ตัวนำ PEN แบบรวมจะเกิดขึ้นระหว่างสถานีย่อยและจุดเข้าอาคาร และสายดินและสายกลางจะถูกแยกออกจากกันในแผงจำหน่ายหลัก ระบบนี้เรียกอีกอย่างว่า Protective Multiple Earthing (PME) หรือ Multiple Earthed Neutral (MEN) ตัวนำจ่ายไฟ PEN นั้นต่อสายดินที่จุดต่างๆ ทั่วทั้งเครือข่าย และโดยทั่วไปจะอยู่ใกล้กับทางเข้าออกของผู้บริโภคให้ได้มากที่สุด.

ระบบทีที

ระบบที่มีแหล่งกำเนิดพลังงานที่ต่อลงดินจุดเดียวและส่วนนำไฟฟ้าที่เปิดโล่งของการติดตั้งที่เชื่อมต่อกับอิเล็กโทรดที่ต่อลงดินอิสระ แหล่งจ่ายที่เป็นกลางไม่ได้ต่อสายดินที่แผงจ่ายไฟหลัก.

ในระบบ TT เพื่อให้อุปกรณ์ป้องกันกระแสเกิน (ฟิวส์และเซอร์กิตเบรกเกอร์) ทำงานในลักษณะที่ตั้งใจไว้ สิ่งสำคัญคือ SPD จะต้องไม่เชื่อมต่อโดยตรงจากเฟสไปยังกราวด์ป้องกัน แต่จากเฟสไปที่เป็นกลางและเป็นกลางถึงกราวด์ ดังนั้น SPD ที่เป็นกลางต่อ PE จึงนำทั้ง PE ไปยังกระแสอิมพัลส์ที่เป็นกลาง และ PE ไปยังกระแสอิมพัลส์ของเฟส SPD นี้แนะนำให้เป็น GDT (ท่อระบายแก๊ส) เนื่องจากโดยทั่วไปแล้วมีลักษณะการจัดการพลังงานที่เหนือกว่า.

ระบบไอที

ระบบไม่มีการเชื่อมต่อโดยตรงระหว่างส่วนที่มีไฟฟ้ากับดิน แต่ส่วนนำไฟฟ้าที่เปิดเผยทั้งหมดของการติดตั้งจะเชื่อมต่อกับอิเล็กโทรดที่ต่อลงดินอิสระ แหล่งกำเนิดเป็นแบบลอยตัวหรือต่อลงดินผ่านอิมพีแดนซ์สูง (เพื่อจำกัดกระแสฟอลต์) ซึ่งหมายความว่าในระหว่างที่เกิดข้อผิดพลาดจากเฟสถึงโลก ระบบจะยังคงทำงานต่อไป สิ่งนี้ถูกตรวจพบ และความพยายามในการบำรุงรักษาก็เริ่มเพื่อแก้ไขข้อผิดพลาด อย่างไรก็ตาม ในระหว่างนี้ แรงดันไฟฟ้าระหว่างเฟสถึงดินจะเพิ่มขึ้นเป็นระดับปกติแรงดันไฟฟ้าของสายไฟและ SPD ที่ติดตั้งจะต้องทนต่อสิ่งนี้ในช่วงเวลานี้ ระบบไอทีที่ติดตั้งส่วนใหญ่ไม่ใช้ตัวนำที่เป็นกลาง – อุปกรณ์ได้รับพลังงานจากสายหนึ่งไปอีกสายหนึ่ง โดยทั่วไประบบไอทีจะใช้ในการติดตั้งแบบเก่าในประเทศต่างๆ เช่น นอร์เวย์และฝรั่งเศส นอกจากนี้ยังใช้ในการใช้งานพิเศษ เช่น หอผู้ป่วยหนักของโรงพยาบาล และการใช้งานในอุตสาหกรรมพิเศษ.

การประสานงานการป้องกันไฟกระชาก

SPD ควรมีระดับการป้องกันต่ำกว่าแรงดันไฟฟ้าที่ทนต่อแรงกระตุ้นที่กำหนดอย่างมาก SPD ควรมาจากผู้ผลิตรายเดียวกันเสมอ.

ปัจจัยสำคัญที่ต้องพิจารณาเมื่อติดตั้งระบบป้องกันไฟกระชากคือความยาวรวมของสายนำที่เชื่อมต่อ SPD กับการติดตั้ง ควรมีความยาวให้สั้นที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ โดยควรมีความยาวรวมน้อยกว่า 0.5 เมตร และไม่ว่าในกรณีใดจะต้องเกิน 1 เมตร ควรติดตั้ง SPD ตามคำแนะนำของผู้ผลิตเสมอ และควรติดตั้งที่ด้านจ่ายไฟของ RCD.