อุปกรณ์ป้องกันไฟกระชากหรือที่เรียกอีกอย่างว่าอุปกรณ์ป้องกันไฟกระชากหรือ SPD ได้รับการออกแบบมาเพื่อป้องกันส่วนประกอบไฟฟ้าจากไฟกระชากที่อาจเกิดขึ้นในวงจรไฟฟ้า

เมื่อใดก็ตามที่มีกระแสหรือแรงดันไฟฟ้าเพิ่มขึ้นอย่างกะทันหันในวงจรไฟฟ้าหรือวงจรสื่อสารอันเป็นผลจากการรบกวนจากภายนอก อุปกรณ์ป้องกันไฟกระชากอาจนำและแยกสัญญาณได้ในช่วงเวลาสั้นๆ เพื่อป้องกันไม่ให้ไฟกระชากสร้างความเสียหายให้กับอุปกรณ์อื่นๆ ในวงจร

อุปกรณ์ป้องกันไฟกระชาก (SPD) เป็นวิธีการที่คุ้มต้นทุนในการป้องกันไฟดับและเพิ่มความน่าเชื่อถือของระบบ

โดยทั่วไปแล้วจะติดตั้งไว้ในแผงจ่ายไฟและมีบทบาทสำคัญในการทำให้มั่นใจว่าอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ทำงานได้อย่างราบรื่นและไม่หยุดชะงักในแอพพลิเคชั่นต่างๆ มากมาย โดยจำกัดแรงดันไฟฟ้าเกินชั่วขณะ

SPD ทำงานโดยเบี่ยงเบนแรงดันไฟฟ้าส่วนเกินจากไฟกระชากชั่วขณะออกจากอุปกรณ์ที่ได้รับการป้องกัน โดยทั่วไปประกอบด้วยวาริสเตอร์ออกไซด์โลหะ (MOV) หรือท่อระบายแก๊สที่ดูดซับแรงดันไฟฟ้าส่วนเกินและเปลี่ยนเส้นทางไปยังกราวด์ จึงป้องกันอุปกรณ์ที่เชื่อมต่อได้

ไฟกระชากอาจเกิดขึ้นได้จากหลายสาเหตุ เช่น ฟ้าผ่า การสับเปลี่ยนระบบไฟฟ้า สายไฟชำรุด และการทำงานของอุปกรณ์ไฟฟ้ากำลังสูง นอกจากนี้ยังอาจเกิดจากเหตุการณ์ที่เกิดขึ้นภายในอาคาร เช่น การสตาร์ทมอเตอร์หรือการเปิด/ปิดเครื่องใช้ไฟฟ้าขนาดใหญ่

การติดตั้ง SPD สามารถให้ประโยชน์หลายประการ ได้แก่:

การป้องกันอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่ละเอียดอ่อนจากไฟกระชากที่เป็นอันตราย

การป้องกันข้อมูลสูญหายหรือเสียหายในระบบคอมพิวเตอร์

ยืดอายุการใช้งานของเครื่องใช้ไฟฟ้าและอุปกรณ์ต่างๆ โดยป้องกันไม่ให้เกิดการรบกวนทางไฟฟ้า

ลดความเสี่ยงการเกิดเพลิงไหม้จากไฟฟ้าที่เกิดจากไฟกระชาก

สบายใจได้ว่าอุปกรณ์อันทรงคุณค่าของคุณได้รับการปกป้อง

อายุการใช้งานของ SPD อาจแตกต่างกันไปขึ้นอยู่กับปัจจัยต่างๆ เช่น คุณภาพ ความรุนแรงของไฟกระชากที่พบเจอ และแนวทางการบำรุงรักษา โดยทั่วไป SPD จะมีอายุการใช้งานตั้งแต่ 5 ถึง 10 ปี อย่างไรก็ตาม ขอแนะนำให้ตรวจสอบและทดสอบ SPD เป็นประจำ และเปลี่ยนใหม่ตามความจำเป็นเพื่อให้มั่นใจถึงการป้องกันที่เหมาะสมที่สุด

ความจำเป็นในการใช้ SPD อาจแตกต่างกันไปขึ้นอยู่กับปัจจัยต่างๆ เช่น ที่ตั้งทางภูมิศาสตร์ กฎระเบียบในท้องถิ่น และความไวของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่เชื่อมต่อ ขอแนะนำให้ปรึกษาช่างไฟฟ้าหรือวิศวกรไฟฟ้าที่มีคุณสมบัติเหมาะสมเพื่อประเมินความต้องการเฉพาะของคุณและพิจารณาว่าจำเป็นต้องใช้ SPD สำหรับระบบไฟฟ้าของคุณหรือไม่

ส่วนประกอบป้องกันไฟกระชากที่ใช้กันทั่วไปบางส่วนที่ใช้ในการผลิต SPD ได้แก่ วาริสเตอร์โลหะออกไซด์ (MOV) ไดโอดป้องกันไฟกระชาก (ABD – เดิมเรียกว่าไดโอดซิลิกอนอะวาแลนช์หรือ SAD) และท่อระบายแก๊ส (GDT) MOV เป็นเทคโนโลยีที่ใช้กันทั่วไปมากที่สุดในการป้องกันวงจรไฟฟ้ากระแสสลับ กระแสไฟกระชากของ MOV สัมพันธ์กับพื้นที่หน้าตัดและองค์ประกอบของมัน โดยทั่วไป ยิ่งพื้นที่หน้าตัดใหญ่ขึ้น กระแสไฟกระชากของอุปกรณ์ก็จะยิ่งสูงขึ้น โดยทั่วไป MOV จะมีรูปทรงกลมหรือสี่เหลี่ยม แต่มีขนาดมาตรฐานมากมายตั้งแต่ 7 มม. (0.28 นิ้ว) ถึง 80 มม. (3.15 นิ้ว) กระแสไฟกระชากของส่วนประกอบป้องกันไฟกระชากเหล่านี้แตกต่างกันอย่างมากและขึ้นอยู่กับผู้ผลิต ตามที่ได้กล่าวไว้ก่อนหน้านี้ในข้อนี้ การเชื่อมต่อ MOV ในอาร์เรย์ขนานกันจะทำให้สามารถคำนวณค่ากระแสไฟกระชากได้โดยเพียงแค่รวมกระแสไฟกระชากของ MOV แต่ละตัวเข้าด้วยกันเพื่อให้ได้กระแสไฟกระชากของอาร์เรย์ โดยในการดำเนินการดังกล่าว ควรพิจารณาถึงการประสานงานการปฏิบัติการ

มีสมมติฐานมากมายเกี่ยวกับส่วนประกอบ โทโพโลยี และการใช้เทคโนโลยีเฉพาะที่จะผลิต SPD ที่ดีที่สุดสำหรับการแยกกระแสกระชาก แทนที่จะนำเสนอตัวเลือกทั้งหมด ควรพิจารณาถึงค่าพิกัดกระแสไฟกระชาก ค่าพิกัดกระแสไฟคายประจุปกติ หรือความสามารถของกระแสไฟกระชากโดยพิจารณาจากข้อมูลการทดสอบประสิทธิภาพ ไม่ว่าจะใช้ส่วนประกอบใดในการออกแบบ หรือโครงสร้างทางกลเฉพาะที่นำไปใช้ สิ่งสำคัญคือ SPD ต้องมีพิกัดกระแสไฟกระชากหรือพิกัดกระแสไฟคายประจุปกติที่เหมาะสมกับการใช้งาน

ข้อบังคับเกี่ยวกับการเดินสายของ IET ฉบับปัจจุบัน BS 7671:2018 ระบุว่า เว้นแต่จะทำการประเมินความเสี่ยง จะต้องมีการป้องกันแรงดันไฟเกินชั่วขณะ หากผลที่ตามมาจากแรงดันไฟเกินอาจเกิดขึ้นได้ดังนี้:

ส่งผลให้เกิดการบาดเจ็บร้ายแรงหรือสูญเสียชีวิตของมนุษย์ หรือ

ส่งผลให้เกิดการหยุดชะงักของบริการสาธารณะและ/หรือความเสียหายต่อมรดกทางวัฒนธรรม หรือ

ส่งผลให้เกิดการหยุดชะงักของกิจกรรมทางการค้าหรืออุตสาหกรรม; หรือ

มีผลกระทบต่อบุคคลที่อยู่ร่วมกันเป็นจำนวนมาก

กฎระเบียบนี้ใช้กับสถานที่ทุกประเภทรวมทั้งที่อยู่อาศัย พาณิชยกรรม และอุตสาหกรรม

แม้ว่าข้อบังคับเกี่ยวกับการเดินสายของ IET จะไม่มีย้อนหลัง แต่ถ้ามีการดำเนินการกับวงจรที่มีอยู่แล้วภายในการติดตั้งที่ได้รับการออกแบบและติดตั้งกับข้อบังคับเกี่ยวกับการเดินสายของ IET ฉบับก่อนหน้านี้ จำเป็นต้องให้แน่ใจว่าวงจรที่แก้ไขแล้วเป็นไปตามฉบับล่าสุด ซึ่งจะมีประโยชน์เฉพาะในกรณีที่ติดตั้ง SPD เพื่อปกป้องการติดตั้งทั้งหมดเท่านั้น

การตัดสินใจว่าจะซื้อ SPD หรือไม่นั้นขึ้นอยู่กับลูกค้า แต่ลูกค้าควรได้รับข้อมูลที่เพียงพอเพื่อตัดสินใจอย่างมีข้อมูลว่าต้องการไม่ใช้ SPD หรือไม่ การตัดสินใจควรพิจารณาจากปัจจัยความเสี่ยงด้านความปลอดภัยและการประเมินต้นทุนของ SPD ซึ่งอาจมีราคาเพียงไม่กี่ร้อยปอนด์ เมื่อเทียบกับต้นทุนการติดตั้งไฟฟ้าและอุปกรณ์ที่เชื่อมต่อ เช่น คอมพิวเตอร์ ทีวี และอุปกรณ์ที่จำเป็น เช่น เครื่องตรวจจับควันและระบบควบคุมหม้อไอน้ำ

สามารถติดตั้งระบบป้องกันไฟกระชากในหน่วยผู้บริโภคที่มีอยู่ได้หากมีพื้นที่ทางกายภาพที่เหมาะสม หรือหากไม่มีพื้นที่เพียงพอ ก็สามารถติดตั้งในระบบป้องกันภายนอกที่อยู่ติดกับหน่วยผู้บริโภคที่มีอยู่ได้

ควรตรวจสอบกับบริษัทประกันของคุณด้วย เนื่องจากกรมธรรม์บางฉบับอาจระบุว่าอุปกรณ์จะต้องได้รับความคุ้มครองด้วย SPD มิฉะนั้นจะไม่จ่ายเงินในกรณีที่เกิดการเรียกร้อง

การจัดระดับของอุปกรณ์ป้องกันไฟกระชาก (เรียกกันทั่วไปว่าการป้องกันฟ้าผ่า) จะได้รับการประเมินตามทฤษฎีการป้องกันฟ้าผ่าแบบแบ่งย่อย IEC 61643-31 และ EN 50539-11 ซึ่งติดตั้งที่จุดต่อของพาร์ติชั่น ข้อกำหนดทางเทคนิคและฟังก์ชันแตกต่างกัน อุปกรณ์ป้องกันฟ้าผ่าขั้นแรกติดตั้งระหว่างโซน 0-1 สูงสำหรับข้อกำหนดการไหล ข้อกำหนดขั้นต่ำของ IEC 61643-31 และ EN 50539-11 คือ Itotal (10/350) 12.5 ka และระดับที่สองและสามติดตั้งระหว่างโซน 1-2 และ 2-3 โดยหลักแล้วเพื่อปราบปรามแรงดันไฟเกิน

อุปกรณ์ป้องกันไฟกระชาก (SPD) เป็นสิ่งสำคัญในการปกป้องอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์จากผลกระทบอันเป็นอันตรายของแรงดันไฟเกินชั่วขณะ ซึ่งอาจทำให้เกิดความเสียหาย ระบบหยุดทำงาน และสูญเสียข้อมูลได้

ในหลายกรณี ค่าใช้จ่ายในการเปลี่ยนหรือซ่อมอุปกรณ์อาจสูงมาก โดยเฉพาะในแอปพลิเคชันที่สำคัญต่อภารกิจ เช่น โรงพยาบาล ศูนย์ข้อมูล และโรงงานอุตสาหกรรม

เบรกเกอร์วงจรและฟิวส์ไม่ได้รับการออกแบบมาเพื่อจัดการกับเหตุการณ์ที่มีพลังงานสูงเหล่านี้ ทำให้จำเป็นต้องมีการป้องกันไฟกระชากเพิ่มเติม

แม้ว่า SPD ได้รับการออกแบบมาโดยเฉพาะเพื่อเบี่ยงเบนแรงดันไฟเกินชั่วขณะออกจากอุปกรณ์ ป้องกันไม่ให้เกิดความเสียหาย และยืดอายุการใช้งาน

สรุปแล้ว SPD มีความจำเป็นในสภาพแวดล้อมทางเทคโนโลยีสมัยใหม่

หลักการทำงานของ SPD

หลักการพื้นฐานเบื้องหลัง SPD คือการให้เส้นทางอิมพีแดนซ์ต่ำลงกราวด์เพื่อจัดการกับแรงดันไฟฟ้าส่วนเกิน เมื่อเกิดไฟกระชากหรือไฟกระชาก SPD จะทำงานโดยเบี่ยงเบนแรงดันไฟฟ้าและกระแสไฟฟ้าส่วนเกินลงกราวด์

วิธีนี้ช่วยลดแรงดันไฟฟ้าขาเข้าให้เหลือระดับที่ปลอดภัยโดยไม่สร้างความเสียหายให้กับอุปกรณ์ที่ติดอยู่

เพื่อให้อุปกรณ์ป้องกันไฟกระชากทำงานได้ จะต้องมีส่วนประกอบที่ไม่เป็นเชิงเส้นอย่างน้อยหนึ่งชิ้น (วาริสเตอร์หรือช่องว่างประกายไฟ) ซึ่งภายใต้เงื่อนไขที่แตกต่างกัน จะเปลี่ยนระหว่างสถานะอิมพีแดนซ์สูงและต่ำ

หน้าที่ของมันคือการเปลี่ยนเส้นทางกระแสคายประจุหรือกระแสพัลส์ และจำกัดแรงดันไฟเกินที่อุปกรณ์ปลายน้ำ

อุปกรณ์ป้องกันไฟกระชากทำงานภายใต้สถานการณ์ 3 ประการดังต่อไปนี้

ก. สภาวะปกติ (ไม่มีไฟกระชาก)

ในกรณีที่ไม่มีภาวะไฟกระชาก SPD จะไม่มีผลกระทบต่อระบบและทำหน้าที่เป็นวงจรเปิด โดยจะยังคงอยู่ในสถานะอิมพีแดนซ์สูง

ข. ขณะเกิดไฟกระชาก

ในกรณีที่มีไฟกระชากหรือไฟกระชาก SPD จะเคลื่อนไปยังสถานะการนำไฟฟ้าและความต้านทานจะลดลง ด้วยวิธีนี้ SPD จะปกป้องระบบโดยเบี่ยงเบนกระแสไฟกระตุ้นลงกราวด์

C. กลับสู่การทำงานปกติ

หลังจากที่แรงดันไฟเกินถูกปล่อยออก SPD จะกลับไปสู่สถานะอิมพีแดนซ์สูงปกติ

อุปกรณ์ป้องกันไฟกระชาก (SPD) เป็นส่วนประกอบสำคัญของเครือข่ายไฟฟ้า อย่างไรก็ตาม การเลือก SPD ที่เหมาะสมสำหรับระบบของคุณอาจเป็นเรื่องยุ่งยาก

แรงดันไฟฟ้าทำงานต่อเนื่องสูงสุด (UC)

แรงดันไฟฟ้าที่กำหนดของ SPD ควรเข้ากันได้กับแรงดันไฟฟ้าของระบบไฟฟ้าเพื่อให้การป้องกันระบบที่เหมาะสม แรงดันไฟฟ้าที่กำหนดต่ำกว่าจะทำให้เครื่องเสียหาย และแรงดันไฟฟ้าที่กำหนดสูงกว่าจะไม่สามารถเปลี่ยนทิศทางของกระแสไฟฟ้าชั่วขณะได้อย่างเหมาะสม

เวลาตอบสนอง

อธิบายได้ว่าเวลาที่ SPD ตอบสนองต่อการเปลี่ยนแปลงชั่วขณะ ยิ่ง SPD ตอบสนองเร็วเท่าไร การป้องกันโดย SPD ก็จะดียิ่งขึ้นเท่านั้น โดยทั่วไปแล้ว SPD ที่ใช้ไดโอดซีเนอร์จะมีการตอบสนองเร็วที่สุด ส่วนประเภทที่เติมแก๊สจะมีเวลาตอบสนองค่อนข้างช้า ในขณะที่ฟิวส์และประเภท MOV จะมีเวลาตอบสนองช้าที่สุด

กระแสไฟคายประจุที่กำหนด (นิ้ว)

ควรทดสอบ SPD ที่รูปคลื่น 8/20μs และค่าทั่วไปสำหรับ SPD ขนาดเล็กสำหรับที่พักอาศัยคือ 20kA

กระแสไฟปลดพัลส์สูงสุด (Iimp)

อุปกรณ์จะต้องสามารถรองรับกระแสไฟกระชากสูงสุดที่คาดว่าจะเกิดขึ้นในเครือข่ายการจ่ายไฟได้ เพื่อให้มั่นใจว่าจะไม่เกิดความล้มเหลวในระหว่างเหตุการณ์ชั่วขณะ และควรทดสอบอุปกรณ์ด้วยรูปคลื่น 10/350μs

แรงดันไฟในการหนีบ

นี่คือระดับแรงดันไฟฟ้าขั้นต่ำ และเหนือระดับแรงดันไฟฟ้าดังกล่าว SPD จะเริ่มควบคุมแรงดันไฟฟ้าชั่วขณะใดๆ ที่ตรวจพบในสายไฟ

ผู้ผลิตและใบรับรอง

การเลือก SPD จากผู้ผลิตที่มีชื่อเสียงซึ่งได้รับการรับรองจากหน่วยงานทดสอบที่เป็นกลาง เช่น UL หรือ IEC ถือเป็นสิ่งสำคัญ การรับรองดังกล่าวจะรับประกันว่าผลิตภัณฑ์ได้รับการตรวจสอบและผ่านข้อกำหนดด้านประสิทธิภาพและความปลอดภัยทั้งหมด

การทำความเข้าใจหลักเกณฑ์การกำหนดขนาดเหล่านี้จะทำให้คุณสามารถเลือกอุปกรณ์ป้องกันไฟกระชากที่ดีที่สุดสำหรับความต้องการของคุณและรับประกันการป้องกันไฟกระชากที่มีประสิทธิภาพ

อุปกรณ์ป้องกันไฟกระชาก (SPD) ได้รับการออกแบบมาเพื่อให้การป้องกันที่เชื่อถือได้ต่อแรงดันไฟเกินชั่วขณะ แต่ปัจจัยบางประการอาจทำให้อุปกรณ์ทำงานล้มเหลวได้ ต่อไปนี้คือสาเหตุเบื้องหลังบางประการที่ทำให้ SPD ทำงานล้มเหลว:

1.ไฟกระชากมากเกินไป

สาเหตุหลักประการหนึ่งที่ทำให้ SPD ล้มเหลวคือแรงดันไฟเกิน แรงดันไฟเกินอาจเกิดขึ้นได้เนื่องจากฟ้าผ่า ไฟกระชาก หรือไฟฟ้าขัดข้องอื่นๆ ตรวจสอบให้แน่ใจว่าติดตั้ง SPD ประเภทที่ถูกต้องหลังจากคำนวณการออกแบบตามตำแหน่งอย่างถูกต้อง

2.ปัจจัยของความชรา

เนื่องจากสภาพแวดล้อมต่างๆ เช่น อุณหภูมิและความชื้น SPD จึงมีอายุการใช้งานจำกัดและอาจเสื่อมสภาพลงเมื่อเวลาผ่านไป นอกจากนี้ SPD ยังอาจได้รับความเสียหายจากไฟกระชากที่เกิดขึ้นบ่อยครั้ง

3.ปัญหาการกำหนดค่า

การกำหนดค่าไม่ถูกต้อง เช่น เมื่อ SPD ที่กำหนดค่าเป็น wye เชื่อมต่อกับโหลดที่เชื่อมต่อผ่านเดลต้า อาจทำให้ SPD เผชิญกับแรงดันไฟฟ้าที่สูงกว่า ซึ่งอาจส่งผลให้ SPD ล้มเหลวได้

4. ความล้มเหลวของส่วนประกอบ

SPD มีส่วนประกอบหลายชิ้น เช่น วาริสเตอร์ออกไซด์โลหะ (MOV) ที่อาจล้มเหลวได้เนื่องจากข้อบกพร่องในการผลิตหรือปัจจัยด้านสิ่งแวดล้อม

5.การต่อสายดินไม่ถูกต้อง

เพื่อให้ SPD ทำงานได้อย่างถูกต้อง จำเป็นต้องมีการต่อลงดิน SPD อาจทำงานผิดปกติหรืออาจกลายเป็นปัญหาความปลอดภัยได้หากต่อลงดินไม่ถูกต้อง