คู่มือที่ครอบคลุมเกี่ยวกับระบบต่อพื้นดิน

ระบบการต่อกราวด์หรือระบบการต่อภาคพื้นดิน เชื่อมโยงส่วนต่างๆ ของระบบไฟฟ้ากับพื้นดิน โดยทั่วไปคือผิวพื้นดินที่มีความนำไฟฟ้า เพื่อความปลอดภัยและเพื่อการใช้งาน ทางเลือกของระบบการต่อกราวด์สามารถส่งผลต่อความปลอดภัยและความเข้ากันได้ทางแม่เหล็กไฟฟ้าของระบบติดตั้ง การควบคุมสำหรับระบบการต่อกราวด์อาจแตกต่างกันตามประเทศ แต่ส่วนใหญ่จะปฏิบัติตามคำแนะนำของคณะกรรมการระหว่างประเทศว่าด้วยไฟฟ้า (IEC) ในบทความนี้ เราจะอธิบายเกี่ยวกับประเภทต่างๆ ของระบบการต่อกราวด์ ข้อดีและข้อเสีย และวิธีการออกแบบและติดตั้ง

ระบบการต่อกราวด์คืออะไร?

ระบบการต่อกราวด์ถูกกำหนดให้เป็นชุดของสายนำและขั้วต่อที่ให้เส้นทางที่มีความต้านทานต่ำสำหรับกระแสไฟฟ้าไหลสู่พื้นดินในกรณีที่เกิดความผิดปกติหรือการชำรุด เนื่องจากเหตุผลหลายประการ:

• การป้องกันอุปกรณ์: ระบบการต่อกราวด์ช่วยป้องกันอุปกรณ์ไฟฟ้าจากการเสียหายเนื่องจากแรงดันไฟฟ้าสูงเกินหรือการลัดวงจร มันยังป้องกันการสะสมไฟฟ้าสถิตและการกระแทกไฟฟ้าที่เกิดจากฟ้าผ่าหรือการสลับสวิตช์ใกล้เคียง

• การป้องกันผู้คน: ระบบการต่อกราวด์ช่วยป้องกันอันตรายจากการช็อกไฟฟ้าโดยการรับรองว่าส่วนโลหะที่เปิดเผยของระบบติดตั้งไฟฟ้าอยู่ที่ศักย์เดียวกับพื้นดิน มันยังสนับสนุนการทำงานของอุปกรณ์ป้องกันเช่น วงจรตัดไฟ หรืออุปกรณ์ป้องกันกระแสไฟฟ้าตกค้าง (RCDs) ที่สามารถตัดการจ่ายไฟในกรณีที่เกิดความผิดปกติ

• จุดอ้างอิง: ระบบการต่อกราวด์ให้จุดอ้างอิงสำหรับวงจรไฟฟ้าและอุปกรณ์เพื่อให้สามารถทำงานที่ระดับแรงดันไฟฟ้าที่ปลอดภัยเทียบกับพื้นดิน ซึ่งทำให้พลังงานไฟฟ้าที่ไม่ได้ใช้โดยโหลดถูกกำจัดออกไปอย่างปลอดภัยสู่พื้นดิน

ประเภทของระบบการต่อกราวด์

BS 7671 ระบุว่ามีห้าประเภทของระบบการต่อกราวด์: TN-S, TN-C-S, TT, TN-C, และ IT ตัวอักษร T และ N หมายถึง:

• T = พื้นดิน (จากภาษาฝรั่งเศส Terre)

• N = กลาง

ตัวอักษร S, C, และ I หมายถึง:

• S = แยก

• C = รวม

• I = แยก

ประเภทของระบบการต่อกราวด์ถูกกำหนดโดยวิธีการที่แหล่งพลังงาน (เช่น หม้อแปลงไฟฟ้า หรือเครื่องกำเนิดไฟฟ้า) ต่อเชื่อมกับพื้นดิน และวิธีการที่ปลายต่อกราวด์ของผู้บริโภคต่อเชื่อมกับแหล่งพลังงานหรือขั้วต่อภาคพื้นดินท้องถิ่น

ระบบ TN-S

ระบบ TN-S แสดงในรูปที่ 1 มีแหล่งพลังงานกลางต่อเชื่อมกับพื้นดินที่จุดเดียว ที่หรือใกล้แหล่งพลังงานมากที่สุดเท่าที่เหมาะสม ปลายต่อกราวด์ของผู้บริโภคโดยทั่วไปจะต่อเชื่อมกับปลอกโลหะหรือเกราะของสายไฟของผู้จำหน่ายที่เข้าสู่สถานที่

รูปที่ 1: ระบบ TN-S

ข้อดีของระบบ TN-S คือ:

• มันให้เส้นทางที่มีความต้านทานต่ำสำหรับกระแสไฟฟ้าที่เกิดขึ้นเมื่อเกิดความผิดปกติ ซึ่งทำให้อุปกรณ์ป้องกันทำงานได้อย่างรวดเร็ว

• มันหลีกเลี่ยงความต่างศักย์ระหว่างกลางและพื้นดินภายในสถานที่ของผู้บริโภค

• มันลดความเสี่ยงของการรบกวนทางแม่เหล็กไฟฟ้าเนื่องจากกระแสไฟฟ้าร่วม

ข้อเสียของระบบ TN-S คือ:

• ต้องใช้สายนำป้องกัน (PE) แยกต่างหากพร้อมกับสายนำพลังงาน ซึ่งเพิ่มค่าใช้จ่ายและความซับซ้อนในการติดตั้งสายไฟ

• อาจได้รับผลกระทบจากการกัดกร่อนหรือความเสียหายของปลอกโลหะหรือเกราะของสายไฟ ซึ่งอาจทำให้ประสิทธิภาพลดลง

ระบบ TN-C-S

ระบบ TN-C-S แสดงในรูปที่ 2 มีสายกลางของระบบกระจายพลังงานต่อเชื่อมกับพื้นดินที่แหล่งพลังงานและที่ระยะหนึ่งตลอดทาง นี่มักเรียกว่าการต่อกราวด์หลายจุด (PME) ด้วยการจัดเรียงนี้ สายกลางของผู้จำหน่ายยังใช้ในการส่งกลับกระแสไฟฟ้าที่เกิดขึ้นเมื่อเกิดความผิดปกติในระบบติดตั้งของผู้บริโภคให้กลับไปยังแหล่งพลังงานอย่างปลอดภัย ในการทำเช่นนี้ ผู้จำหน่ายจะให้ปลายต่อกราวด์ของผู้บริโภค ซึ่งเชื่อมโยงกับสายกลางขาเข้า

รูปที่ 2: ระบบ TN-C-S

ข้อดีของระบบ TN-C-S คือ:

• ลดจำนวนสายนำที่ต้องการสำหรับการจ่ายไฟ ซึ่งลดค่าใช้จ่ายและความซับซ้อนในการติดตั้งสายไฟ

• ให้เส้นทางที่มีความต้านทานต่ำสำหรับกระแสไฟฟ้าที่เกิดขึ้นเมื่อเกิดความผิดปกติ ซึ่งทำให้อุปกรณ์ป้องกันทำงานได้อย่างรวดเร็ว

• หลีกเลี่ยงความต่างศักย์ระหว่างกลางและพื้นดินภายในสถานที่ของผู้บริโภค

ข้อเสียของระบบ TN-C-S คือ:

• อาจสร้างความเสี่ยงของการช็อกไฟฟ้าหากมีการขาดของสายกลางระหว่างสองจุดต่อกราวด์ ซึ่งอาจทำให้แรงดันที่สัมผัสบนส่วนโลหะที่เปิดเผยเพิ่มขึ้น

• อาจทำให้กระแสไฟฟ้าที่ไม่ต้องการไหลในท่อหรือโครงสร้างโลหะที่ต่อเชื่อมกับพื้นดินที่จุดต่างๆ ซึ่งอาจทำให้เกิดการกัดกร่อนหรือรบกวน

ระบบ TT

ระบบ TT แสดงในรูปที่ 3 มีทั้งแหล่งพลังงานและระบบติดตั้งของผู้บริโภคต่อเชื่อมกับพื้นดินผ่านขั้วต่อภาคพื้นดินแยกต่างหาก ขั้วต่อเหล่านี้ไม่มีการเชื่อมต่อโดยตรงระหว่างกัน ระบบการต่อกราวด์ประเภทนี้สามารถใช้ได้ทั้งสำหรับระบบสามเฟสและระบบเฟสเดียว

รูปที่ 3: ระบบ TT

ข้อดีของระบบ TT คือ:

• ขจัดความเสี่ยงของการช็อกไฟฟ้าเนื่องจากการขาดของสายกลางหรือการสัมผัสระหว่างสายไฟที่มีไฟฟ้าและส่วนโลหะที่ต่อกราวดิน

• หลีกเลี่ยงกระแสไฟฟ้าที่ไม่ต้องการในท่อหรือโครงสร้างโลหะที่ต่อเชื่อมกับพื้นดินที่จุดต่างๆ

• อนุญาตให้มีความยืดหยุ่นในการเลือกตำแหน่งและประเภทของขั้วต่อภาคพื้นดิน

ข้อเสียของระบบ TT คือ:

• ต้องใช้ขั้วต่อภาคพื้นดินท้องถิ่นที่มีประสิทธิภาพสำหรับแต่ละระบบติดตั้ง ซึ่งอาจยากหรือแพงขึ้นอยู่กับสภาพดินและพื้นที่ที่มีอยู่

• ต้องใช้อุปกรณ์ป้องกันเพิ่มเติมเช่น RCDs หรือ ELCBs ที่ควบคุมโดยแรงดันไฟฟ้าเพื่อรับรองการตัดการจ่ายไฟได้อย่างเชื่อถือได้ในกรณีที่เกิดความผิดปกติ

• อาจทำให้แรงดันที่สัมผัสบนส่วนโลหะที่เปิดเผยสูงขึ้นเนื่องจากความต้านทานวงจรภาคพื้นดินสูงขึ้น

ระบบ TN-C

ระบบ TN-C แสดงในรูปที่ 4 มีฟังก์ชันกลางและป้องกันรวมอยู่ในสายนำเดียวตลอดระบบ สายนำนี้เรียกว่า PEN (protective earth neutral) ปลายต่อกราวด์ของผู้บริโภคเชื่อมต่อกับสายนำนี้โดยตรง

รูป