ระบบป้องกันฟ้าผ่า (Surge Arrester): โซลูชันระบบป้องกันภายนอกและภายในแบบบูรณาการ

​

​1. ภูมิหลังและเป้าหมายของโซลูชัน​

กิจกรรมฟ้าผ่าเป็นปัจจัยสำคัญที่คุกคามความปลอดภัยของอาคาร พนักงาน และอุปกรณ์ภายใน ฟ้าผ่าทำให้เกิดกระแสไฟฟ้าตรงความเข้มสูงและแรงดันไฟฟ้าชั่วขณะ การเหล่านี้ไม่เพียงแต่ทำให้อาคารเสียหายและอุปกรณ์ถูกทำลายทางกายภาพเท่านั้น แต่ยังสามารถแทรกซึมผ่านสายโลหะ เช่น สายไฟฟ้าและสายสัญญาณ ทำให้อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ทำงานผิดพลาด สูญเสียข้อมูล และอาจนำไปสู่ภัยพิบัติรอง เช่น ไฟไหม้ โซลูชันนี้มีเป้าหมายในการสร้างระบบป้องกันแบบครอบคลุมประกอบด้วยระบบป้องกันฟ้าผ่าภายนอก (ELPS) และอุปกรณ์ป้องกันแรงดันไฟฟ้าชั่วขณะ (SPDs) เพื่อทำการรับ นำ ปล่อย และจำกัดพลังงานจากฟ้าผ่าอย่างมีประสิทธิภาพ เพื่อเพิ่มความปลอดภัยทางโครงสร้างของอาคารและรับประกันความต่อเนื่องและความมั่นคงของการทำงานของอุปกรณ์และระบบภายใน

​2. ภาพรวมของส่วนประกอบของระบบป้องกันฟ้าผ่า (LPS)​

ระบบป้องกันฟ้าผ่าแบบครบวงจร (LPS) ที่มีประสิทธิภาพประกอบด้วยสองส่วนหลักที่จำเป็นและเสริมสร้างกัน:

• ​ระบบป้องกันฟ้าผ่าภายนอก (ELPS):​​ ออกแบบมาเพื่อป้องกันการฟ้าผ่าโดยตรง
• ​ระบบป้องกันฟ้าผ่าภายใน (ระบบป้องกันแรงดันไฟฟ้าชั่วขณะ, SPD System):​​ ออกแบบมาเพื่อป้องกันแรงดันไฟฟ้าชั่วขณะ (surges) ที่เกิดจากฟ้าผ่าและเข้าสู่อุปกรณ์ผ่านสายส่ง

​3. แผนการติดตั้งเครื่องป้องกันฟ้าผ่าภายนอก (ป้องกันการฟ้าผ่าโดยตรง)​​

• ​ฟังก์ชันหลัก:​​ รับการฟ้าผ่าโดยตรงและนำกระแสไฟฟ้าขนาดใหญ่จากฟ้าผ่าลงสู่พื้นดินอย่างปลอดภัย เพื่อป้องกันความเสียหายทางกายภาพ (เช่น การเจาะทะลุ ไฟไหม้ การเสียหายทางโครงสร้าง) ที่การฟ้าผ่าโดยตรงสามารถทำให้เกิดขึ้นกับโครงสร้างของอาคารเอง
• ​ส่วนประกอบหลัก:​​
• ​ระบบปลายอากาศ (Lightning rods/strips/meshes):​​ ติดตั้งบนหลังคาหรือจุดสูงสุดของอาคารเพื่อดึงดูดและรับการฟ้าผ่า เลือกประเภทที่เหมาะสม (เช่น แท่ง, ตาข่าย, แถบ) และวางตามรูปร่างและพื้นที่ของอาคาร เพื่อให้การปกคลุมการป้องกันสอดคล้องกับหลักการ "rolling sphere method"
• ​สายนำลง:​​ ใช้นำกระแสไฟฟ้าจากระบบปลายอากาศไปยังระบบปลายดิน ควรเดินทางผ่านเส้นทางที่สั้นและตรงที่สุด มีปริมาณเพียงพอและกระจายอย่างสม่ำเสมอ (ระยะห่างสอดคล้องกับกฎระเบียบ) วัสดุมักจะเป็นเหล็กกล้าเคลือบสังกะสีแบนหรือกลม ควรหลีกเลี่ยงการติดตั้งใกล้กับทางเดินของคนหรือใช้มาตรการป้องกันด้วยฉนวน
• ​ระบบปลายดิน:​​ ปล่อยกระแสไฟฟ้าจากฟ้าผ่าลงสู่พื้นดิน นี่คือแกนกลางและฐานรากของระบบป้องกัน คุณภาพ (ค่าความต้านทานดิน) เป็นสิ่งสำคัญ โดยทั่วไปประกอบด้วยขั้วไฟฟ้า (แท่งแนวตั้ง, คอนดักเตอร์แนวนอน) และคอนดักเตอร์เชื่อมต่อ ใช้วัสดุที่ทนต่อการกัดกร่อน (เช่น เหล็กกล้าเคลือบสังกะสี ทองแดง) รับประกันความลึกในการฝังที่เพียงพอ และสร้างวงแหวนเชื่อมต่อศักย์ไฟฟ้า (การต่อลงดิน) รอบอาคาร ความต้านทานดินควรลดลงให้น้อยที่สุด (โดยทั่วไปต้อง ≤10Ω ข้อกำหนดเฉพาะตามมาตรฐานที่เกี่ยวข้อง)
• ​สถานที่ติดตั้ง:​​
• จุดสูงสุดของหลังคาอาคารและสถานที่ที่มีความเสี่ยงต่อการฟ้าผ่า (มุม, ชายคา, กำแพง, ท่อระบายอากาศ, ปล่องไฟ ฯลฯ)
• โครงสร้างพิเศษ (เช่น หอคอย, แอนเทนา, ขาตั้งแผงโซลาร์) ต้องพิจารณาแยกหรือรวมกัน
• ​ประเด็นสำคัญของแผน:​​
• ​ปฏิบัติตามมาตรฐาน:​​ ปฏิบัติตามมาตรฐานการออกแบบป้องกันฟ้าผ่าของประเทศและอุตสาหกรรม (เช่น GB 50057 "โค้ดการออกแบบป้องกันฟ้าผ่าสำหรับอาคาร" ซึ่งเทียบเท่ากับ IEC 62305 series)
• ​คุณภาพวัสดุ:​​ ใช้วัสดุที่มีคุณภาพสูงและทนต่อการกัดกร่อนตามมาตรฐาน
• ​การเชื่อมต่อศักย์ไฟฟ้า:​​ ทุกส่วนประกอบโลหะ (เช่น ท่อ อุปกรณ์หุ้ม, หลังคาเหล็ก, โครงสร้างเหล็ก) ต้องเชื่อมต่ออย่างเชื่อถือได้กับสายนำลงที่ใกล้ที่สุดหรือระบบปลายดินเพื่อป้องกันการกระพริบข้าง
• ​ระยะห่างความปลอดภัย:​​ รับประกันว่ามีระยะห่างความปลอดภัยเพียงพอระหว่างระบบปลายอากาศกับโครงสร้าง และระหว่างสายนำลงกับบริการ/ท่อส่ง
• ​การเชื่อมต่อที่เชื่อถือได้:​​ จุดเชื่อมต่อทั้งหมดต้องแข็งแรง (การเชื่อมหรือคลิปที่ได้รับอนุมัติ) เพื่อรับประกันความต่อเนื่องทางไฟฟ้าที่ดี

​4. แผนการติดตั้งเครื่องป้องกันฟ้าผ่าภายใน (SPD) (ป้องกันการฟ้าผ่าชั่วขณะ)​​

• ​ฟังก์ชันหลัก:​​ จำกัดแรงดันไฟฟ้าชั่วขณะที่เกิดจากฟ้าผ่าและเข้าสู่สายไฟฟ้า สายสัญญาณ สายสื่อสาร ฯลฯ ควบคุมให้อยู่ในระดับที่อุปกรณ์สามารถทนทานได้ เพื่อป้องกันความเสียหายจากแรงดันไฟฟ้า/กระแสไฟฟ้าสูงเกิน
• ​ส่วนประกอบหลัก: อุปกรณ์ป้องกันแรงดันไฟฟ้าชั่วขณะ (SPD),​​ หรือเรียกว่าเครื่องป้องกันแรงดันไฟฟ้าชั่วขณะ หรือเครื่องป้องกันฟ้าผ่า:
• ​เครื่องป้องกันแรงดันไฟฟ้าชั่วขณะ (TVS):​​ มักใช้สำหรับการป้องกันอุปกรณ์ละเอียดหรือสายสัญญาณ
• ​เครื่องป้องกันแรงดันไฟฟ้าสูง:​​ คำศัพท์ทั่วไปที่ครอบคลุมเทคโนโลยีต่างๆ (เช่น Metal Oxide Varistor MOV, Gas Discharge Tube GDT, เครื่องป้องกันแบบโซลิดสเตต)
• ​SPD สำหรับระบบไฟฟ้า:​​ ติดตั้งที่ระดับต่างๆ ของระบบจำหน่ายไฟฟ้า (แผงจำหน่ายหลัก, แผงจำหน่ายย่อย, ก่อนอุปกรณ์ปลายทาง)
• ​SPD สำหรับสัญญาณ/ข้อมูล:​​ ติดตั้งที่พอร์ตเข้าสำหรับสายโทรศัพท์ สายเครือข่าย (เช่น RJ45) สายโคแอกเซียล (เช่น วิดีโอ CCTV, สัญญาณดาวเทียม) สายควบคุม ฯลฯ
• ​การเชื่อมต่อลงดิน:​​ SPDs ต้อง ต่อลงดินผ่านทางที่มีความต้านทานต่ำเพื่อปล่อยกระแสไฟฟ้าชั่วขณะอย่างมีประสิทธิภาพ สายเชื่อมต่อลงดินควรสั้น เส้นตรง และหนา ("หลักการสั้น-ตรง-หนา")
• ​สถานที่และระดับการติดตั้ง (การป้องกันแบบหลายระดับ - การประสาน)​​
• ​การป้องกันระดับแรก (Class I / Type 1 SPD):​​
• ​สถานที่:​​ แผงจำหน่ายไฟฟ้าหลัก/แผงรับไฟฟ้าหลักของอาคาร (ทั่วไปที่ขอบเขต LPZ 0A/0B → LPZ 1)
• ​ฟังก์ชัน:​​ ปล่อยพลังงานส่วนใหญ่ (รูปคลื่น 10/350μs) จากการฟ้าผ่าโดยตรงหรือใกล้เคียง จำกัดแรงดันไฟฟ้าคงเหลือให้อยู่ในระดับต่ำ ทั่วไปใช้ SPD แบบ spark-gap ที่มีความจุในการปล่อยสูง ต้องมีการต่อลงดินที่เชื่อถือได้
• ​การป้องกันระดับที่สอง (Class II / Type 2 SPD):​​
• ​สถานที่:​​ แผงจำหน่ายไฟฟ้าในชั้น แผงจำหน่ายไฟฟ้าในพื้นที่ แผงสวิตช์หลักในห้องอุปกรณ์ (ที่ขอบเขต LPZ 1 → LPZ 2)
• ​ฟังก์ชัน:​​ จำกัดแรงดันไฟฟ้าคงเหลือที่ผ่านจากระดับแรกและการเกิดแรงดันไฟฟ้าสูงจากการสลับภายใน (รูปคลื่น 8/20μs) ให้การป้องกันอุปกรณ์ในโซน ทั่วไปใช้ SPD แบบ voltage-limiting (เช่น บนพื้นฐานของ MOV)
• ​การป้องกันระดับที่สาม (Class III / Type 3 SPD / การป้องกันที่จุดใช้งาน):​​
• ​สถานที่:​​ ทันทีหน้าอุปกรณ์ ภายในปลั๊กไฟ/ปลั๊กขยาย หรือวงจรภายในอุปกรณ์ (ที่ขอบเขต LPZ 2 → LPZ 3)
• ​ฟังก์ชัน:​​ ควบคุมแรงดันไฟฟ้าคงเหลือ (คลื่นผสม) ที่พอร์ตอุปกรณ์ ให้การป้องกันขั้นสุดท้ายที่ละเอียด สำคัญมากสำหรับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่ไวต่อความเสียหาย (เช่น เซิร์ฟเวอร์, คอมพิวเตอร์, PLCs, อุปกรณ์ทางการแพทย์, อุปกรณ์สื่อสาร) ยังใช้ที่จุดเข้าของสายสัญญาณ
• ​ประเด็นสำคัญของแผน:​​
• ​การประสาน:​​ SPD ที่ระดับต่างๆ ต้องบรรลุการประสานพลังงานและแรงดัน (ใช้ส่วนประกอบการเชื่อมโยง/แยกระหว่างระดับหรือคุณสมบัติการแยกของ SPD เอง) เพื่อให้พลังงานถูกปล่อยออกอย่างค่อยเป็นค่อยไปและแรงดันลดลงทีละขั้น ป้องกันไม่ให้ SPD ระดับต่ำล้มเหลวเนื่องจากพลังงานสูงเกิน
• ​คุณภาพการต่อลงดิน:​​ การต่อลงดินที่มีประสิทธิภาพของ SPD เป็นสิ่งสำคัญต่อประสิทธิภาพของแผนทั้งหมด สายต่อลงดินควรสั้นกว่า 0.5 เมตร และมีพื้นที่ตัดขวางเพียงพอ (ตามคลาสและตำแหน่งของ SPD ทั่วไป ≥6-25mm² สายทองแดง)
• ​การติดตั้งตามมาตรฐาน:​​ ติดตั้งตามคำแนะนำของผลิตภัณฑ์ SPD และมาตรฐานที่เกี่ยวข้อง รับประกันการเชื่อมต่อเฟสและลงดินที่ถูกต้อง
• ​การเชื่อมต่อศักย์ไฟฟ้า:​​ เชื่อมต่อตู้เหล็ก แร็ค รางสายไฟ ฯลฯ เพื่อสร้าง "เอฟเฟกต์ Faraday cage" ลดความแตกต่างศักย์ภายใน
• ​การบำรุงรักษาประจำ:​​ SPD บ่อยครั้งเป็นอุปกรณ์ "สละตัว" ที่ต้องตรวจสอบอย่างสม่ำเสมอ (ตัวบ่งชี้สถานะทางสายตา การตรวจสอบเตือนภัยจากระยะไกล) และทดสอบ ต้องเปลี่ยน SPD ที่เสียหายทันที

​5. ประโยชน์และคุณค่าของการดำเนินการของโซลูชันแบบครบวงจร​

• ​การป้องกันทั่วถึง:​​ ระบบภายนอกป้องกันการฟ้าผ่าโดยตรง ระบบภายในป้องกันแรงดันไฟฟ้าชั่วขณะ (LEMP) สร้างห่วงโซ่การป้องกันที่ครบถ้วน
• ​ความปลอดภัยสูงสุด:​​ ป้องกันโครงสร้างอาคาร ชีวิตมนุษย์ และทรัพย์สินอุปกรณ์ไฟฟ้า/อิเล็กทรอนิกส์ที่มีค่าจากการเสียหาย
• ​รับประกันความต่อเนื่องในการทำงาน:​​ ลดความเสี่ยงของการเสียหายของอุปกรณ์ การหยุดทำงานของระบบ และการสูญเสียข้อมูลจากฟ้าผ่า เพิ่มความน่าเชื่อถือของระบบและความต่อเนื่องทางธุรกิจ
• ​ลดต้นทุนการครอบครองรวม:​​ การลงทุนป้องกันมีประสิทธิภาพทางเศรษฐกิจมากกว่าต้นทุนโดยตรงจากการเสียหายจากการฟ้าผ่า (การเปลี่ยนอุปกรณ์) และต้นทุนทางอ้อม (การหยุดผลิต, การสูญเสียข้อมูล, ผลกระทบต่อชื่อเสียง)
• ​ปฏิบัติตามกฎระเบียบ:​​ สอดคล้องกับกฎระเบียบและมาตรฐานการป้องกันฟ้าผ่าของประเทศด้านความปลอดภัยของอาคารและไฟฟ้า