ความแตกต่างระหว่างอุปกรณ์ป้องกันฟ้าผ่าและอุปกรณ์ป้องกันแรงดันเกิน
อะไรคือเครื่องป้องกันแรงดันไฟฟ้าเกิน?
เครื่องป้องกันแรงดันไฟฟ้าเกินเป็นอุปกรณ์ที่สำคัญในการจำกัดแรงดันไฟฟ้าโดยมักติดตั้งภายในแผงควบคุมของระบบไฟฟ้า มีหน้าที่หลักเพื่อปกป้องฉนวน อุปกรณ์ และเครื่องจักรจากความเสี่ยงทางไฟฟ้าต่างๆ นอกจากการป้องกันความเสียหายจากการถูกฟ้าผ่าแล้ว ยังช่วยป้องกันแรงดันไฟฟ้าเกินชั่วขณะที่เกิดจากเหตุการณ์ต่างๆ เช่น การสลับสวิตช์ การอาร์คไฟ การลดโหลด และความผิดพลาดทางไฟฟ้า เช่น การลัดวงจร
เครื่องป้องกันแรงดันไฟฟ้าเกินมีบทบาทสำคัญในระบบไฟฟ้าโดยจำกัดกระแสและแรงดันไฟฟ้าเกินอย่างมีประสิทธิภาพ การป้องกันนี้ครอบคลุมทั้งอุปกรณ์แรงดันต่ำและแรงดันสูง รวมถึงสายส่งสัญญาณ ทำให้การทำงานของอุปกรณ์เหล่านี้เชื่อมโยงและไม่หยุดชะงัก ประเภทที่ใช้มากที่สุดคือเครื่องป้องกันแรงดันไฟฟ้าเกินที่มีตัวต้านทานออกไซด์โลหะที่ไม่เป็นเชิงเส้นบรรจุอยู่ในโครงกระเบื้องหรือซิลิโคน ติดตั้งขนานกับวงจรที่ต้องการปกป้อง เพื่อให้สามารถเปลี่ยนเส้นทางพลังงานไฟฟ้าเกินไปยังระบบดินได้อย่างปลอดภัย เครื่องป้องกันแรงดันไฟฟ้าเกินทำงานแบบขนานกับวงจรทำให้การทำงานปกติของวงจรไม่ได้รับผลกระทบ แต่ให้การป้องกันทันท่วงทีเมื่อมีแรงดันไฟฟ้าเกินเกิดขึ้น
การพัฒนาคำศัพท์และคำจำกัดความของเครื่องป้องกันแรงดันไฟฟ้าเกิน
ในอดีต คำว่า "เครื่องป้องกันฟ้าผ่า" ถูกใช้ในระบบไฟฟ้าอย่างแพร่หลาย แต่ในปัจจุบันได้ถูกแทนที่ด้วยคำว่า "เครื่องป้องกันแรงดันไฟฟ้าเกิน" ที่ครอบคลุมมากกว่า ในระยะเริ่มต้นของการออกแบบระบบไฟฟ้าที่ยังไม่ซับซ้อน ฟ้าผ่าเป็นสาเหตุหลักของแรงดันไฟฟ้าเกิน แต่ในระบบไฟฟ้าสมัยใหม่ที่ซับซ้อนมากขึ้น มีหลายปัจจัยที่สามารถทำให้เกิดแรงดันไฟฟ้าเกิน เช่น การลดโหลด การเปลี่ยนแปลงโหลดกำลังสูงอย่างกะทันหัน และการสลับสวิตช์ในสถานีไฟฟ้าแรงดันสูง (EHV) ดังนั้น เครื่องป้องกันแรงดันไฟฟ้าเกินจึงถูกนำมาใช้ในสถานีไฟฟ้าแทนที่เครื่องป้องกันฟ้าผ่าแบบเดิม เครื่องป้องกันแรงดันไฟฟ้าเกินถูกออกแบบมาเพื่อปกป้องระบบจากแหล่งแรงดันไฟฟ้าเกินที่หลากหลาย ไม่เฉพาะแค่ฟ้าผ่าเท่านั้น ในสายส่งและกระจายไฟฟ้าแรงดันต่ำและกลาง คำว่า "เครื่องป้องกันสาย" ก็ถูกใช้เพื่ออ้างถึงอุปกรณ์ที่ป้องกันแรงดันไฟฟ้าเกินที่เกิดจากฟ้าผ่าและแหล่งอื่นๆ
อะไรคือเครื่องป้องกันฟ้าผ่า?
เครื่องป้องกันฟ้าผ่าเป็นอุปกรณ์ป้องกันที่สำคัญที่ถูกออกแบบมาเพื่อปกป้องวงจรไฟฟ้าจากการทำลายที่เกิดจากฟ้าผ่า ฟ้าผ่าสร้างแรงดันไฟฟ้าเกินชั่วขณะที่สูงมาก รวมถึงกระแสไฟฟ้าเกินที่เกิดจากฟ้าผ่า การอาร์คไฟ และการแยกไฟฟ้า
หน้าที่หลักของเครื่องป้องกันฟ้าผ่าคือการปกป้องระบบไฟฟ้าโดยเปลี่ยนเส้นทางของแรงดันไฟฟ้าเกินไปยังดิน แม้ว่าสายดินหรือสายดินจะให้การป้องกันบางส่วนสำหรับสายไฟฟ้าเหนือศีรษะและระบบไฟฟ้าจากการถูกฟ้าผ่าโดยตรง แต่อาจไม่เพียงพอในการป้องกันคลื่นเดินทาง คลื่นเหล่านี้สามารถเข้าถึงอุปกรณ์และอุปกรณ์ที่เชื่อมต่อที่ปลายสาย ทำให้เกิดความเสียหายอย่างมาก นี่คือที่เครื่องป้องกันฟ้าผ่ามีบทบาทสำคัญ เครื่องป้องกันฟ้าผ่าถูกออกแบบมาเพื่อปกป้องระบบไฟฟ้าจากแรงดันไฟฟ้าเกินที่เกิดจากความผิดพลาดหรือฟ้าผ่า
เครื่องป้องกันฟ้าผ่าถูกติดตั้งอย่างมีกลยุทธ์ที่จุดสูงสุดของโครงสร้าง เช่น ขั้วเสาส่งไฟฟ้า หอคอย และอาคาร โดยการทำเช่นนี้ จะให้เส้นทางที่ปลอดภัยสำหรับการปล่อยกระแสไฟฟ้าและแรงดันไฟฟ้าที่เกิดจากฟ้าผ่าลงสู่ดิน ทำให้ระบบไฟฟ้าทั้งหมดได้รับการปกป้องจากปัญหาที่เกิดจากฟ้าผ่า รับประกันความสมบูรณ์และการทำงานที่เชื่อถือได้ของอุปกรณ์และโครงสร้างที่เชื่อมต่อ
ความแตกต่างหลักระหว่างเครื่องป้องกันแรงดันไฟฟ้าเกินและเครื่องป้องกันฟ้าผ่า
ตำแหน่งการติดตั้ง：เครื่องป้องกันแรงดันไฟฟ้าเกินมักติดตั้งภายในแผงควบคุม ในขณะที่เครื่องป้องกันฟ้าผ่าติดตั้งภายนอก ความแตกต่างในการติดตั้งนี้มาจากฟังก์ชันการป้องกันที่แตกต่างกัน
ขอบเขตการป้องกัน：เครื่องป้องกันแรงดันไฟฟ้าเกินปกป้องการติดตั้งไฟฟ้าจากภายใน ป้องกันส่วนประกอบภายในจากความรบกวนทางไฟฟ้าต่างๆ ในขณะที่เครื่องป้องกันฟ้าผ่าให้การป้องกันภายนอก ปกป้องอุปกรณ์จากภัยคุกคามทางไฟฟ้าภายนอก
ป้องกันจาก：เครื่องป้องกันแรงดันไฟฟ้าเกินถูกออกแบบมาเพื่อป้องกันระบบจากปรากฏการณ์ไฟฟ้าที่หลากหลาย รวมถึงฟ้าผ่า การสลับสวิตช์ ความผิดพลาดทางไฟฟ้า และแรงดันไฟฟ้าเกินและกระแสไฟฟ้าเกินชั่วขณะ ในขณะที่เครื่องป้องกันฟ้าผ่ามีจุดประสงค์หลักเพื่อรับมือกับฟ้าผ่าและแรงดันไฟฟ้าเกินที่เกี่ยวข้อง
กลไกการกระจายพลังงาน：เครื่องป้องกันแรงดันไฟฟ้าเกินรับแรงดันไฟฟ้าเกินและเปลี่ยนเส้นทางพลังงานที่ไม่ต้องการไปยังสายดิน ในขณะที่เครื่องป้องกันฟ้าผ่าเปลี่ยนเส้นทางการไหลของพลังงานโดยตรงไปยังดินผ่านเครื่องป้องกันเอง สร้างเส้นทางที่มีความต้านทานน้อยที่สุดสำหรับประจุไฟฟ้าที่เกิดจากฟ้าผ่า
การทดแทน：เครื่องป้องกันแรงดันไฟฟ้าเกินสามารถใช้แทนเครื่องป้องกันฟ้าผ่าได้เนื่องจากความสามารถในการป้องกันที่กว้างขวาง แต่เครื่องป้องกันฟ้าผ่าไม่สามารถใช้แทนเครื่องป้องกันแรงดันไฟฟ้าเกินได้เนื่องจากขาดความสามารถในการรับมือกับแรงดันไฟฟ้าเกินที่ไม่เกี่ยวข้องกับฟ้าผ่า
อะไรคือสายฟ้า?
สายฟ้า หรือที่เรียกว่าสายนำฟ้า เป็นแท่งโลหะที่ทำจากวัสดุที่นำไฟฟ้า เช่น ทองแดง อลูมิเนียม หรือวัสดุที่นำไฟฟ้าอื่นๆ ติดตั้งบนยอดของโครงสร้าง รวมถึงเสาส่งและกระจายไฟฟ้า อาคาร และโครงสร้างสูงอื่นๆ หน้าที่หลักคือการปกป้องโครงสร้างเหล่านี้จากการถูกฟ้าผ่าโดยตรง
ฟ้าผ่าเป็นการปล่อยประจุไฟฟ้าสถิตระหว่างเมฆกับโลก เมื่อฟ้าผ่ากระทบสายส่งไฟฟ้าโดยตรง สามารถทำให้แรงดันไฟฟ้าในระบบสูงขึ้นอย่างอันตราย ซึ่งเป็นภัยคุกคามสำคัญต่อการติดตั้งและอุปกรณ์ไฟฟ้า นี่คือที่สายฟ้ามีบทบาทสำคัญ โดยให้เส้นทางที่เหมาะสมสำหรับกระแสไฟฟ้าและประจุไฟฟ้าสถิตที่สูง ทำให้ระบบไฟฟ้า ติดตั้ง อุปกรณ์ และอุปกรณ์ที่เชื่อมต่อได้รับการปกป้องจากการทำลายที่เกิดจากฟ้าผ่าโดยตรง
หนึ่งในข้อดีของสายฟ้าคือราคาที่ต่ำกว่าเมื่อเทียบกับเครื่องป้องกันแรงดันไฟฟ้าเกิน ติดตั้งบนพื้นผิวด้านบนของอาคารหรือเสาส่งไฟฟ้า ให้เส้นทางที่ปลอดภัยสำหรับประจุไฟฟ้าสถิตและกระแสไฟฟ้าที่สูงเพื่อลงสู่ดิน แต่เพื่อให้ทำงานได้อย่างมีประสิทธิภาพ จำเป็นต้องต่อสายดินให้ถูกต้องกับระบบดิน เพื่อให้ประจุไฟฟ้าสถิตได้รับการกระจายอย่างปลอดภัยสู่ดิน
อะไรคือเครื่องป้องกันแรงดันไฟฟ้าเกิน?
เครื่องป้องกันแรงดันไฟฟ้าเกิน หรือที่เรียกว่าเครื่องป้องกันแรงดันไฟฟ้าเกินหรือเครื่องป้องกันแรงดันไฟฟ้าเกินชั่วขณะ เป็นอุปกรณ์ที่สำคัญ มักติดตั้งในแผงควบคุมการกระจายไฟฟ้าในบ้าน มีหน้าที่หลักเพื่อปกป้องการติดตั้งสายไฟฟ้าในบ้านจากแรงดันไฟฟ้าเกินและแรงดันไฟฟ้าเกินจากการสลับสวิตช์
แรงดันไฟฟ้าเกินเหล่านี้สามารถเป็นภัยคุกคามสำคัญต่ออุปกรณ์ไฟฟ้าและระบบไฟฟ้าในบ้าน เช่น เมื่อโหลดอินดักทีฟ เช่น ตู้เย็น เครื่องซักผ้า หรือมอเตอร์ไฟฟ้าถูกปิด สามารถสร้างแรงดันไฟฟ้าเกินในระบบไฟฟ้า ตามกฎหมายของความต้านทานตนเองและการเหนี่ยวนำกลับ (back EMF) เมื่อกระแสไฟฟ้าผ่านโหลดอินดักทีฟลดลงอย่างรวดเร็ว ตัวนำไฟฟ้าพยายามต้านทานการเปลี่ยนแปลงนี้ สร้างแรงดันไฟฟ้าสูงที่อาจสูงกว่าแรงดันไฟฟ้าปกติของระบบ หากไม่มีการแก้ไข แรงดันไฟฟ้าเกินเหล่านี้สามารถทำลายส่วนประกอบอิเล็กทรอนิกส์ที่ไวต่อแรงดันไฟฟ้าภายในอุปกรณ์ ทำให้การทำงานของอุปกรณ์ไฟฟ้าผิดปกติ และอาจนำไปสู่การซ่อมแซมหรือเปลี่ยนแปลงที่มีค่าใช้จ่ายสูง เครื่องป้องกันแรงดันไฟฟ้าเกินเข้ามาเพื่อรับและเปลี่ยนเส้นทางของแรงดันไฟฟ้าเกินเหล่านี้ ทำให้แรงดันไฟฟ้าภายในระบบไฟฟ้าในบ้านอยู่ในระดับที่ปลอดภัยและปกป้องอุปกรณ์ไฟฟ้าที่เชื่อมต่อจากการถูกทำลาย
บทบาทและการทำงานของเครื่องป้องกันแรงดันไฟฟ้าเกิน
แรงดันไฟฟ้าเกินและแรงดันไฟฟ้าเกินชั่วขณะเหล่านี้สามารถทำลายอุปกรณ์ไฟฟ้าที่ไวต่อแรงดันไฟฟ้าได้ ในวงจรที่มีโหลดอินดักทีฟ การสลับคอนแทคเตอร์สามารถสร้างแรงดันไฟฟ้าเกินจากการสลับสวิตช์ แรงดันไฟฟ้าเกินเหล่านี้ไม่เพียงแค่เป็นภัยคุกคามต่อคอนแทคเตอร์เท่านั้น แต่ยังสามารถทำลายอุปกรณ์ที่เชื่อมต่อภายในระบบไฟฟ้าได้ ในการแก้ไขปัญหานี้ เครื่องป้องกันแรงดันไฟฟ้าเกินมักติดตั้งในคอนแทคเตอร์แรงดันต่ำ (LV) หน้าที่คู่ของเครื่องป้องกันแรงดันไฟฟ้าเกินคือการปกป้องคอนแทคเตอร์จากแรงดันไฟฟ้าเกินภายนอกและปกป้องระบบทั้งหมดจากการทำลายที่เกิดจากการสลับสวิตช์ของคอนแทคเตอร์
เครื่องป้องกันแรงดันไฟฟ้าเกินที่ypicalถูกออกแบบเป็นเต้ารับไฟฟ้าที่มีสวิตช์เปิด/ปิดไฟฟ้าแบบรวม พร้อมสายไฟฟ้า 3 สาย ทำให้สามารถเสียบเข้ากับเต้ารับไฟฟ้ามาตรฐานบนผนังได้อย่างสะดวก ทำให้สามารถเชื่อมต่ออุปกรณ์ไฟฟ้าต่างๆ ได้ง่ายและให้การป้องกันทันท่วงทีต่อแรงดันไฟฟ้าที่ผันผวน
แรงดันไฟฟ้ามาตรฐานในบ้าน เช่น 120V AC ในสหรัฐอเมริกา และ 230V AC ในสหราชอาณาจักรและสหภาพยุโรป ระบุเป็นค่า RMS (Root-Mean-Square) หรือค่าที่มีผลเท่ากับแรงดันไฟฟ้า DC ที่ส่งกำลังไฟฟ้าเท่ากันให้กับโหลดต้านทาน สำหรับแรงดันไฟฟ้า 120V RMS (ที่ความถี่ 60Hz) แรงดันไฟฟ้าสูงสุดประมาณ 170Vp ในขณะที่แรงดันไฟฟ้า 230V RMS (ที่ความถี่ 50Hz) แรงดันไฟฟ้าสูงสุดประมาณ 325Vp
อย่างไรก็ตาม ในกรณีที่มีแรงดันไฟฟ้าชั่วขณะเกิดจากปัจจัยต่างๆ เช่น ฟ้าผ่า หรือการสลับสวิตช์ แรงดันไฟฟ้าสูงสุดสามารถพุ่งขึ้นเป็นหลายร้อยโวลต์หรือหลายพันโวลต์ในรูปแบบของชั่วขณะที่ไม่สม่ำเสมอ ชั่วขณะเหล่านี้มีระยะเวลาสั้นมาก ราวๆ ไมโครวินาที (10⁻⁶ วินาที) แม้มีระยะเวลาสั้น แต่สามารถทำลายอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่ไวต่อแรงดันไฟฟ้า ซึ่งมักถูกออกแบบมาให้ทำงานในช่วงแรงดันไฟฟ้าที่แคบ
นี่คือที่เครื่องป้องกันแรงดันไฟฟ้าเกินมีบทบาทสำคัญ เครื่องป้องกันแรงดันไฟฟ้าเกินถูกออกแบบมาเพื่อตรวจสอบแรงดันไฟฟ้าขาเข้าและป้องกันแรงดันไฟฟ้าสูงสุดที่เกินค่าที่กำหนด เช่น เครื่องป้องกันแรงดันไฟฟ้าเกินที่มีอัตรา 250V จะทำงานตามปกติเมื่อแรงดันไฟฟ้าขาเข้าอยู่ที่หรือต่ำกว่า 230V แต่เมื่อแรงดันไฟฟ้าชั่วขณะพุ่งขึ้นเกิน 250V เครื่องป้องกันแรงดันไฟฟ้าเกินจะเปลี่ยนเส้นทางของพลังงานไฟฟ้าส่วนเกินไปยังดินทันที การตอบสนองอย่างรวดเร็วนี้ช่วยปกป้องอุปกรณ์ที่เชื่อมต่อโดยทำให้แรงดันไฟฟ้าที่ได้รับไม่เคยเกินค่าที่ปลอดภัย ทำให้การทำงานของอุปกรณ์ได้รับการรักษาและยืดอายุการใช้งาน
ความแตกต่างระหว่างเครื่องป้องกันแรงดันไฟฟ้าเกินและเครื่องป้องกันแรงดันไฟฟ้าเกิน
ความแตกต่างหลักระหว่างเครื่องป้องกันแรงดันไฟฟ้าเกินและเครื่องป้องกันแรงดันไฟฟ้าเกินคือค่าแรงดันไฟฟ้าและความสามารถในการกระจายพลังงาน เครื่องป้องกันแรงดันไฟฟ้าเกินมักมีค่าแรงดันไฟฟ้าที่ต่ำกว่าค่าแรงดันไฟฟ้าปกติของระบบไฟฟ้าที่บริการ ความสามารถในการกระจายพลังงานก็มีจำกัด ในขณะที่เครื่องป้องกันแรงดันไฟฟ้าเกินมีค่าแรงดันไฟฟ้าที่สูงกว่าค่าแรงดันไฟฟ้าของวงจรอย่างมาก ที่สำคัญคือมีความสามารถในการกระจายพลังงานไฟฟ้าที่สูงกว่า พร้อมทั้งรักษาฉนวนของระบบไฟฟ้าให้ไม่ได้รับผลกระทบ
ประเด็นสำคัญ: ควรทราบว่าเครื่องป้องกันแรงดันไฟฟ้าเกินไม่เหมาะสมในการปกป้องวงจรจากแรงดันไฟฟ้าเกินและแรงดันไฟฟ้าเกินที่เกิดจากฟ้าผ่า การออกแบบและขีดความสามารถของเครื่องป้องกันแรงดันไฟฟ้าเกินไม่เพียงพอในการรับมือกับเหตุการณ์ที่มีพลังงานสูงและแรงดันไฟฟ้าสูงที่เกิดจากฟ้าผ่า ซึ่งต้องการการป้องกันที่แข็งแกร่งจากเครื่องป้องกันแรงดันไฟฟ้าเกิน
