การวิเคราะห์ระบบป้องกันไฟฟ้ารั่วในระบบจำหน่ายไฟฟ้าต่ำแรงดันสำหรับศูนย์ข้อมูล
วงจรจ่ายไฟฟ้าแรงดันต่ำถูกใช้งานอย่างแพร่หลายในหลากหลายอุตสาหกรรม และสภาพแวดล้อมในการกระจายมีความซับซ้อนและหลากหลาย วงจรเหล่านี้ไม่เพียงแต่ถูกเข้าถึงโดยผู้เชี่ยวชาญเท่านั้น แต่ยังถูกเข้าถึงบ่อยครั้งโดยบุคคลที่ไม่ได้เป็นผู้เชี่ยวชาญ ทำให้ความเสี่ยงของการเกิดข้อผิดพลาดเพิ่มสูงขึ้น การออกแบบหรือติดตั้งที่ไม่เหมาะสมสามารถนำไปสู่การช็อตไฟฟ้า (โดยเฉพาะการสัมผัสทางอ้อม) การเสียหายของสายไฟ หรือแม้กระทั่งไฟไหม้
ระบบกราวด์เป็นส่วนประกอบสำคัญของระบบเครือข่ายการกระจายไฟฟ้าแรงดันต่ำ—เป็นองค์ประกอบทางวิศวกรรมที่มีความซับซ้อนและสำคัญในเรื่องความปลอดภัย ประเภทของระบบกราวด์มีความเกี่ยวข้องอย่างใกล้ชิดกับประสิทธิภาพของการป้องกันข้อผิดพลาดจากการกราวด์
ปัจจุบัน ระบบการกระจายไฟฟ้าแรงดันต่ำในศูนย์ข้อมูลทั่วประเทศจีนส่วนใหญ่ใช้การกำหนดค่ากราวด์แบบ TN-S ระบบเหล่านี้ประกอบด้วยอุปกรณ์การกระจายไฟฟ้าแรงดันต่ำจำนวนมากและสายเคเบิลที่กว้างขวาง ซึ่งเป็นการลงทุนทุนทรัพย์ที่มาก หากเกิดข้อผิดพลาดและไม่ได้รับการแก้ไขอย่างรวดเร็ว อาจส่งผลให้เกิดการบาดเจ็บของบุคลากรและการสูญเสียทรัพย์สินอย่างมาก ดังนั้นจึงต้องการความน่าเชื่อถือที่สูงมากจากระบบการกระจายไฟฟ้า
เพื่อให้คำอธิบายที่ครอบคลุมและเป็นระบบมากขึ้นเกี่ยวกับการป้องกันข้อผิดพลาดจากการกราวด์ในระบบการกระจายไฟฟ้าแรงดันต่ำ ส่วนต่อไปจะนำเสนอการวิเคราะห์เปรียบเทียบระหว่างการกำหนดค่ากราวด์ต่างๆ และวิธีการป้องกันข้อผิดพลาดที่สอดคล้องกัน
ข้อกำหนดทั่วไปสำหรับการป้องกันข้อผิดพลาดจากการกราวด์
- ระบบป้องกันข้อผิดพลาดจากการกราวด์ควรได้รับการออกแบบเพื่อป้องกันการช็อตไฟฟ้าทางอ้อมของบุคลากร และเหตุการณ์อื่น ๆ เช่น ไฟไหม้และเสียหายของสายไฟ
- ส่วนนำไฟฟ้าที่เปิดเผยของอุปกรณ์ไฟฟ้าควรเชื่อมต่อกับสายนำป้องกัน (PE conductor) ตามเงื่อนไขเฉพาะของระบบ ส่วนนำไฟฟ้าที่สามารถสัมผัสได้จากภายนอกและอาจถูกสัมผัสพร้อมกันควรเชื่อมต่อกับระบบกราวด์เดียวกันเพื่อรักษาความเท่าเทียมของศักย์
- หากการป้องกันข้อผิดพลาดจากการกราวด์ของระบบไฟฟ้าไม่สามารถตอบสนองความต้องการในการตัดวงจรข้อผิดพลาดโดยอัตโนมัติภายในเวลาที่กำหนด ควรดำเนินการเชื่อมต่อศักย์เท่าเทียมภายในพื้นที่ท้องถิ่นเพื่อลดแรงดันสัมผัสและเพิ่มความปลอดภัย
การป้องกันข้อผิดพลาดจากการกราวด์ในระบบ TN
ในระบบ TN คุณสมบัติการทำงานของการป้องกันข้อผิดพลาดจากการกราวด์สำหรับวงจรการกระจายไฟฟ้าควรมีลักษณะตรงตามเงื่อนไขต่อไปนี้:
Zs × Ia ≤ Uo
โดยที่:
- Zs — อิมพีแดนซ์รวมของวงจรลูปข้อผิดพลาดจากการกราวด์ (Ω);
- Ia — กระแสที่จำเป็นในการทำให้อุปกรณ์ป้องกันตัดวงจรข้อผิดพลาดโดยอัตโนมัติภายในเวลาที่กำหนด (A);
- Uo — แรงดันระหว่างเฟสกับกราวด์ (V).
ตามที่แสดงในภาพด้านล่าง เมื่อเกิดข้อผิดพลาดจากการกราวด์บนเฟส L3 กระแสข้อผิดพลาด (Id) จะไหลผ่านสายนำเฟส L3 โครงสร้างโลหะของอุปกรณ์ และสายนำป้องกัน PE สร้างวงจรป้อนกลับ Zs แทนอิมพีแดนซ์รวมของวงจรเฟสกับสายนำป้องกัน และ Uo เป็น 220V.
ข้อกำหนดเวลาในการตัดวงจรข้อผิดพลาดจากการกราวด์ในระบบ TN
สำหรับวงจรการกระจายไฟฟ้าในระบบ TN ที่มีแรงดันระหว่างเฟสกับกราวด์ที่ระบุไว้ 220V เวลาระบุสำหรับการป้องกันข้อผิดพลาดจากการกราวด์เพื่อตัดวงจรข้อผิดพลาดควรปฏิบัติตามข้อกำหนดต่อไปนี้:
- สำหรับวงจรการกระจายไฟฟ้าหรือวงจรปลายทางที่จ่ายไฟฟ้าให้อุปกรณ์ไฟฟ้าที่ติดตั้งอยู่คงที่ เวลาระบุไม่ควรเกิน 5 วินาที;
- สำหรับวงจรที่จ่ายไฟฟ้าให้อุปกรณ์ที่ถือหรือเคลื่อนย้ายได้ หรือวงจรเต้าเสียบ เวลาระบุไม่ควรเกิน 0.4 วินาที.
การเลือกวิธีการป้องกันข้อผิดพลาดจากการกราวด์ในระบบ TN:
a. เมื่อสามารถตอบสนองข้อกำหนดเวลาตัดวงจรข้างต้นได้ สามารใช้การป้องกันกระแสเกินเพื่อทำหน้าที่เป็นการป้องกันข้อผิดพลาดจากการกราวด์;
b. เมื่อการป้องกันกระแสเกินไม่สามารถตอบสนองข้อกำหนดได้ แต่การป้องกันกระแสลำดับศูนย์สามารถทำได้ ควรใช้การป้องกันกระแสลำดับศูนย์ ค่าการตั้งค่าควรมากกว่ากระแสไม่สมดุลสูงสุดภายใต้ภาวะการทำงานปกติ;
c. เมื่อวิธีการทั้งสองข้างต้นไม่สามารถตอบสนองข้อกำหนดได้ ควรใช้การป้องกันด้วยการป้องกันกระแสตกค้าง (RCD หรือ "การป้องกันกระแสรั่ว").
การป้องกันข้อผิดพลาดจากการกราวด์ในระบบ TT
คุณสมบัติการทำงานของการป้องกันข้อผิดพลาดจากการกราวด์ในวงจรการกระจายไฟฟ้าในระบบ TT ควรมีลักษณะตรงตามเงื่อนไขต่อไปนี้:
RA × Ia ≤ 50 V
โดยที่:
- RA — ผลรวมของความต้านทานขั้วกราวด์ของส่วนนำไฟฟ้าที่เปิดเผยและความต้านทานกราวด์ของสายกลาง (N) (Ω);
- Ia — กระแสที่จำเป็นในการทำให้อุปกรณ์ป้องกันตัดวงจรข้อผิดพลาดได้อย่างเชื่อถือ (A).
ตามที่แสดงในภาพด้านล่าง เมื่อเกิดข้อผิดพลาดจากการกราวด์บนเฟส L3 กระแสข้อผิดพลาด (Id) จะไหลผ่านสายนำเฟส L3 โครงสร้างโลหะของอุปกรณ์ ความต้านทานขั้วกราวด์ของอุปกรณ์ ดิน และกลับไปยังแหล่งกำเนิดผ่านความต้านทานกราวด์ของจุดกลางกลาง สร้างวงจรข้อผิดพลาด ค่า 50 V แทนขีดจำกัดความปลอดภัยของแรงดันสัมผัส เพื่อให้แน่ใจว่าแรงดันที่บุคคลอาจสัมผัสได้ในระหว่างข้อผิดพลาดไม่เป็นอันตราย
การเลือกวิธีการป้องกันข้อผิดพลาดจากการกราวด์สำหรับระบบ TT:
- เมื่อใช้อุปกรณ์ป้องกันกระแสเกิน กระแส Ia ควรเป็นค่าที่ทำให้วงจรข้อผิดพลาดถูกตัดภายใน 5 วินาที;
- เมื่อใช้อุปกรณ์ป้องกันกระแสเกินที่ทำงานทันที Ia ควรเป็นกระแสขั้นต่ำที่ทำให้มีการตัดวงจรทันที;
- เมื่อใช้อุปกรณ์ป้องกันกระแสตกค้าง (RCD หรือ "การป้องกันกระแสรั่ว") Ia ควรเป็นกระแสตกค้างที่กำหนดค่า.
การป้องกันข้อผิดพลาดจากการกราวด์ในระบบ IT
ภายใต้การดำเนินงานปกติ กระแสรั่วในแต่ละเฟสของระบบ IT ประกอบด้วยกระแสคาปาซิทีฟกับดิน—ระบุว่า Iac, Ibc, Ica—และผลรวมเวกเตอร์ของกระแสคาปาซิทีฟสามเฟสกับดินเป็นศูนย์ ดังนั้น แรงดันที่จุดกลางกลางสามารถถือว่าเป็น 0V.
เมื่อเกิดข้อผิดพลาดจากการกราวด์ครั้งแรก แรงดันระหว่างเฟสกับดินของเฟสที่ไม่มีข้อผิดพลาดเพิ่มขึ้นเป็น √3 เท่า นี่แสดงว่าระบบ IT มีความต้องการระดับฉนวนที่สูงกว่าระบบ TN และ TT อย่างไรก็ตาม เนื่องจากกระแสในข้อผิดพลาดครั้งแรกมีขนาดเล็กมาก (ส่วนใหญ่เป็นกระแสคาปาซิทีฟ) ระบบสามารถดำเนินการต่อได้ อย่างไรก็ตาม ต้องติดตั้งอุปกรณ์ตรวจสอบฉนวนเพื่อให้สัญญาณเตือนเมื่อตรวจพบข้อผิดพลาดครั้งแรก เพื่อให้บุคลากรการดำเนินงานและบำรุงรักษาสามารถหาและแก้ไขข้อผิดพลาดได้ทันท่วงที
- เมื่อส่วนนำไฟฟ้าที่เปิดเผยถูกกราวด์แยกต่างหาก การตัดวงจรข้อผิดพลาดในข้อผิดพลาดครั้งที่สองบนเฟสที่ต่างกันควรปฏิบัติตามข้อกำหนดการป้องกันข้อผิดพลาดจากการกราวด์ของระบบ TT;
- เมื่อส่วนนำไฟฟ้าที่เปิดเผยเชื่อมต่อกับระบบกราวด์ร่วม การตัดวงจรข้อผิดพลาดในข้อผิดพลาดครั้งที่สองบนเฟสที่ต่างกันควรปฏิบัติตามข้อกำหนดการป้องกันข้อผิดพลาดจากการกราวด์ของระบบ TN;
- ระบบ IT ไม่ควรมีสายกลาง (N line) ที่ถูกนำมาใช้.
สรุปแล้ว ระบบกราวด์การจ่ายไฟฟ้าที่แตกต่างกันมีลักษณะข้อผิดพลาดจากการกราวด์ที่แตกต่างกัน ต้องทำความเข้าใจพฤติกรรมข้อผิดพลาดของแต่ละระบบอย่างครบถ้วนจึงจะสามารถออกแบบแผนการป้องกันข้อผิดพลาดจากการกราวด์ที่เหมาะสมและเข้ากันได้ ทำให้ระบบจ่ายไฟฟ้าและใช้งานทำงานอย่างปลอดภัยและน่าเชื่อถือ
แนะนำ
