ในบทความก่อน เราได้ทำความเข้าใจกันไปแล้วว่า เสิร์จ (Surge) คือ ภาวะแรงดันไฟฟ้าสูงเกินปกติอย่างฉับพลันกระทันหัน ซึ่งสามารถเกิดได้จากหลายสาเหตุปัจจัย ทั้งจากภายในหรือภายนอก เช่น ฟ้าผ่า การลัดวงจรในระบบสายส่งไฟฟ้ากำลัง หรือเกิดจากสภาวะผิดพร่อง (Faults) ในระบบของการไฟฟ้า ทำให้เกิดการเหนี่ยวนำสนามแม่เหล็กจากสายส่งไฟฟ้ากำลังหรือหม้อแปลงไฟฟ้าเข้ามาสู่ระบบภายในของเรา รวมทั้งสามารถเกิดได้จากกระบวนการสวิชชิง (Switching Operation) ภายในระบบของเราเอง เช่น การปิด-เปิดอุปกรณ์ไฟฟ้า (Loads) ที่มีกำลังขนาดใหญ่ เป็นต้น
ความเสียหายอันเนื่องมาจากเสิร์จ สามารถป้องกันได้โดยการติดตั้ง Surge Protector ซึ่งวันนี้เราจะพาทุกท่านมาทำความรู้จักกับอุปกรณ์ชนิดนี้ ว่ามีหลักการทำงานอย่างไร และมีส่วนประกอบอย่างไรบ้าง
Surge Protector คืออะไร?
“Surge Protector” หรือที่เรียกในภาษาไทยว่า “อุปกรณ์ป้องกันไฟกระชาก” เป็นอุปกรณ์ที่ช่วยลดแรงดันเกินที่เกิดจากเสิร์จ (Surge Voltage) ไม่ให้ไหลไปสู่สายไฟและสายสัญญาณในระบบ เพื่อป้องกันอุปกรณ์ (Loads) ต่าง ๆ ที่สำคัญและมีราคาแพง เช่น เครื่องจักรกลไฟฟ้า, มอเตอร์ไฟฟ้า, เครื่องคอมพิวเตอร์ ไม่ให้เสียหายจากกระแสไฟฟ้าแรงดันสูงในช่วงที่เกิดเสิร์จนั่นเอง
Surge Protector สามารถเรียกได้หลายชื่อ ไม่ว่าจะเป็น
– Surge Protection Device (SPD)
– Transient Voltage Surge Suppressor (TVSS)
– Surge Suppression Equipment (SSE)
– Surge Suppressor
– Surge Diverter
– Spike Suppressor
ทั้งหมดหมายถึงอุปกรณ์ชนิดเดียวกัน ซึ่งในบทความนี้จะเรียกว่า “Surge Protector” หรือ “อุปกรณ์ป้องกันไฟกระชาก”
หน้าที่และหลักการทำงานของ Surge Protector
แนวความคิดหลักในการป้องกันผลกระทบหรือความเสียหายจาก Surge คือการหาเส้นทางลัดวงจร (Bypass) ที่สั้นที่สุด โดยสร้างแนวที่มีความต้านทานต่ำเชื่อมต่อไปสู่ตำแหน่งของสายดิน เพื่อให้กระแสไฟฟ้าเหนี่ยวนำที่สูงขึ้นจาก Surge ชนิดต่าง ๆ ไหลไปตามแนวความต้านทานต่ำและลงดินไป โดยไม่ผ่านอุปกรณ์ไฟฟ้าและอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่สำคัญและมีราคาแพงที่ติดตั้งอยู่ในอาคาร
ดังนั้น หน้าที่ของอุปกรณ์ป้องกันไฟกระชาก คือการตรวจจับระดับแรงดันไฟฟ้าที่สูงผิดปกติ รองรับพลังงานไว้บางส่วน และทำการเบี่ยงเบน (divert) ให้กระแสเสิร์จ (Surge Current) เปลี่ยนทิศทางวิ่งผ่านตัวมันเองและไหลลงสู่ระบบกราวด์
หลักการทำงานคือ ในสภาวะปกติอุปกรณ์ป้องกันไฟกระชาก จะมีค่าความต้านทานสูงมาก ๆ (High Impedance) แต่หากมีแรงดันไฟฟ้าตกคร่อมตัวมันสูงผิดปกติ ตัวอุปกรณ์ป้องกันไฟกระชากจะเปลี่ยนสภาวะจากค่าความต้านทานที่สูงมาก ๆ ไปสู่สภาวะความต้านทานที่ต่ำมาก ๆ (Low Impedance) ด้วยความรวดเร็ว เพื่อเหนี่ยวนำให้แรงดันไฟฟ้าที่สูงผิดปกติเปลี่ยนทิศทางมาวิ่งผ่านตัวมันเองและไหลลงไปสู่ระบบกราวด์ภายในเวลาอันสั้น แทนที่จะเข้าไปทำลายอุปกรณ์ในระบบ ในขณะเดียวกันแรงดันคร่อมตัวอุปกรณ์ป้องกันไฟกระชากจะถูกจำกัดไว้ไม่ให้สูงเกินไปจนเป็นอันตราย จากนั้นเมื่อแรงดันเสิร์จผ่านลงกราวด์ไปแล้ว ก็จะเปิดวงจรกลับมาสู่สถานะปกติ
เทคโนโลยีที่ใช้ป้องกันไฟกระชาก
เทคโนโลยีที่ใช้ป้องกันความเสียหายจากไฟกระชาก (Surge) มีการพัฒนามาอย่างต่อเนื่องยาวนาน ในบทความนี้แบ่งออกเป็น 2 กลุ่มสำคัญ คือ
- เทคโนโลยีด้านวัสดุ
ที่นิยมนำมาใช้เป็นส่วนประกอบหรือชิ้นส่วนสำคัญใน Surge Protector ซึ่งจะแบ่งออกเป็น 2 ประเภท คือ
– ประเภทลัดวงจรไฟฟ้า (Crowbar)
– ประเภทควบคุมแรงดันไฟฟ้า (Clamping) - เทคโนโลยีด้านวงจรฟิลเตอร์ (Filtering Circuit) ชนิดวงจรกรองความถี่ต่ำผ่าน (Low-pass Filter)
ซึ่งนำมาใช้งานร่วมกับ Surge Protector เพื่อเสริมประสิทธิภาพในการป้องกันความเสียหายจากไฟกระชาก (Surge)
เทคโนโลยีด้านวัสดุที่ใช้เป็นส่วนประกอบ ของอุปกรณ์ป้องกันไฟกระชาก
อุปกรณ์ป้องกันไฟกระชากที่ใช้งานกันอยู่ในปัจจุบัน ทำงานโดยหลักการเบี่ยงถ่าย (divert) พลังงานเสิร์จลงสู่ดิน เพื่อไม่ให้ผ่านเข้าไปสู่อุปกรณ์ไฟฟ้าหรืออุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่ต้องการป้องกัน โดยอาศัยความสามารถของชิ้นส่วนหรือส่วนประกอบ (Components) ซึ่งเป็นวัสดุสารที่มีโครงสร้างทางฟิสิกส์ที่เหมาะสม
ทั้งนี้เราสามารถแยกพฤติกรรมการทำงานของของชิ้นส่วนที่นิยมใช้เป็นส่วนประกอบในอุปกรณ์ป้องกันไฟกระชาก ได้เป็น 2 ประเภท ได้แก่ ส่วนประกอบประเภทลัดวงจรไฟฟ้า (Crowbar) และส่วนประกอบประเภทควบคุมแรงดันไฟฟ้า (Clamping)
1. ส่วนประกอบประเภทลัดวงจรไฟฟ้า (Crowbar)
- หลักการทำงานของส่วนประกอบประเภทนี้เป็นไปในลักษณะของการลัดวงจร (Short Circuit)
- ส่วนประกอบประเภท Crowbar ในสภาวะปกติจะเป็นดั่งฉนวนไฟฟ้า มีกระแสไฟฟ้ารั่วไหลผ่านตัวมันต่ำมาก แต่เมื่อมีแรงดันตกคร่อมตัวมันสูงเกินกว่าระดับค่าแรงดันพลังทลายประจำตัว (Breakdown Voltage) จะทำงานโดยเปลี่ยนคุณสมบัติของตัวเองจากค่าความต้านทานสูง (ฉนวน) เป็นค่าความต้านทานต่ำมาก (จนเกือบเป็นตัวนำ) เพื่อให้กระแสเสิร์จ (Surge Current) ลัดวงจรลงดิน
- ลักษณะการนำมาใช้งานจะต่อขนาน (Parallel) อยู่ในโหมดที่จะดำเนินการป้องกัน
ข้อดี สามารถรองรับพลังงานไฟกระชากได้มาก ทนทาน ใช้งานได้นาน
ข้อเสีย
– เมื่อทำงานแล้วจะลัดวงจรไฟฟ้าไปชั่วขณะ (ประมาณครึ่งลูกคลื่น) ซึ่งในระหว่างนั้นกระแสตาม (Follow-on Current) ซึ่งเกิดจากแรงดันไฟปกติที่มีต่อค่าอิมพีแดนซ์ลัดวงจร (Short-circuit Impedance) ของตัวป้องกัน จะทำความเสียหายให้เกิดแก่ตัวเองได้ ดังนั้นในทางปฏิบัติสำหรับวงจรไฟฟ้าแล้วเราจะไม่ใช้อุปกรณ์นี้ตามลำพัง แต่จะใช้ร่วมกับอุปกรณ์ที่สามารถจำกัดกระแสตามดังกล่าวได้
– ความเร็วตอบสนอง (Response time) ต่ำ และค่าแรงดันผ่านมีค่าสูง (High let-through voltage)
- ตัวอย่างของวัสดุในกลุ่ม Crowbar ได้แก่ สปาร์คแกป (Spark Gap), แก็สดิสชาร์จ (Gas Discharge Tube : GDT), Silicon Controlled Rectifier (SCR) เป็นต้น
– Spark Gap เป็นวัสดุลดทอนไฟกระชากประเภท Crowbar จัดอยู่ในตระกูล Carbon Block ซึ่งอาศัยหลักการทำงานของช่องว่างอากาศ ในสภาวะปกติ Spark Gap จะมีค่าอิมพีแดนซ์ที่สูงมาก (ฉนวนไฟฟ้า) แต่เมื่อระดับแรงดันไฟฟ้าเปลี่ยนแปลงสูงขึ้นถึงจุดหนึ่ง (จุดระดับการทำงาน) จะเปลี่ยนแปลงพฤติกรรมเกือบกลายมาเป็นตัวนำทางไฟฟ้า
เทคโนโลยีของวัสดุในตระกูล Carbon Block มีจุดด้อยอยู่ตรงช่องว่างอากาศที่แคบ เมื่อเกิดการอาร์กขึ้นบ่อยครั้ง จะส่งผลให้ผิวของบริเวณช่องอากาศซึ่งเคลือบด้วยสารคาร์บอนเสื่อมสภาพไปเรื่อย ๆ ทำให้จุดระดับการทำงานมีการเปลี่ยนแปลง ตลอดถึงช่องว่างอากาศที่เกิดการอาร์กกันบ่อยครั้ง สามารถทำให้เกิดการลัดวงจรต่อถึงกันได้
ส่วนการดูแลบำรุงรักษาเป็นไปด้วยความยากลำบาก ส่วนใหญ่จะเกิดปัญหาในเรื่องของการอาร์กติดกัน เป็นผลให้มีการลัดวงจรเกิดขึ้น ดังนั้นการนำไปใช้งานจึงต้องใช้ฟิวส์ต่อร่วมอยู่ด้วย
– Gas Discharge Tube (GDT) เป็นเทคโนโลยีที่พัฒนาโครงสร้างต่อยอดมาจากวัสดุลดทอนไฟกระชากตระกูล Carbon Block โดยใช้ Gas แทนอากาศ รูปลักษณ์ของ GDT อาจจะมี 2 ขา หรือ 3 ขาก็ได้
แม้หลักการทำงานยังคงเดิม แต่พฤติกรรมของ GDT จะมีค่าอิมพีแดนซ์ที่สูงมากอยู่ในย่าน Giga-ohms จึงหมดปัญหาเรื่องกระแสไฟฟ้ารั่วไหล (Leakage Current)
พฤติกรรมของตัว GDT จะเปลี่ยนแปลงไปเมื่อเงื่อนไขทางแรงดันไฟฟ้ามีการเปลี่ยนแปลงสูงเกินจุดระดับการทำงาน ส่งผลให้เกิดการสร้างไอออนขึ้นภายในตัวและกลายเป็นตัวนำทางไฟฟ้า
คุณสมบัติเด่นของ Gas Discharge Tube คือ สามารถรองรับค่ากระแสไฟกระชาก (Surge Current) ได้สูงกว่าวัสดุป้องไฟกระชากประเภทอื่น ๆ (เปรียบเทียบบนพารามิเตอร์พื้นหลักเดียวกัน)
นอกเหนือจากความสามารถในการรองรับกระแสไฟกระชากได้สูงแล้ว ตัวป้องกัน GDT ยังมีค่าคาปาซิแตนซ์แฝงต่ำอีกด้วย (1 pF – 5 pF) จึงเหมาะสมอย่างยิ่งสำหรับการป้องกันไฟกระชากในระบบงานที่มีความถี่สูง ตัวอย่างเช่น ทำหน้าที่เป็นตัวป้องกันทางด้านสายสัญญาณดาวเทียม สายสัญญาณวิทยุ เป็นต้น
2. ส่วนประกอบประเภทควบคุมแรงดันไฟฟ้า (Clamping)
- หลักการทำงานของอุปกรณ์ประเภทนี้เป็นไปในลักษณะควบคุมแรงดัน (Regulation)
- ส่วนประกอบประเภท Clamping ในสภาวะปกติจะแสดงตัวเป็นเสมือนฉนวน แต่เมื่อมีแรงดันตกคร่อมตัวมันสูงเกินกว่าระดับค่าแรงดันแคล็มป์ (Clamping Voltage หรือ Let-through Voltage) จะปรับเปลี่ยนสภาพจากค่าความต้านทานสูง (ฉนวน) เป็นค่าความต้านทานต่ำ เพื่อเบี่ยงเบน (divert) กระแสเสิร์จให้ไหลผ่านตัวมัน แต่ไม่ถึงกับลัดวงจร
- ลักษณะการนำมาใช้งานจะต่อขนาน (Parallel) เข้าไปในโหมดการป้องกันที่ต้องการ
ข้อดี ไม่ลัดวงจรไฟฟ้า, ความเร็วตอบสนองสูง, แรงดันผ่านต่ำกว่า
ข้อเสีย ความสามารถในการรองรับพลังงานต่ำกว่าประเภท Crowbar และจะเสื่อมสภาพลงทุกครั้งที่รองรับไฟกระชาก
- ตัวอย่างของวัสดุในกลุ่ม Clamping ได้แก่ Metal Oxide Varistor (MOV), Silicon Avalanche Diode (SAD) เป็นต้น
– Metal Oxide Varistor (MOV) มีพฤติกรรมการทำงานเป็นไปในลักษณะ Voltage Dependent Resistor การเปลี่ยนแปลงค่าความต้านทาน (Impedance) จะเป็นไปในลักษณะไม่เชิงเส้น (Non-Linear) โครงสร้างการทำงานของ Varistor เหมือนกับการทำงานของ Zener Diode จำนวนสองตัวต่อหลังชนหลังกัน เพื่อทำหน้าที่ป้องกันไฟกระชากทั้งบวกและลบ
โดยปกติแล้ว Varistor จะมีค่าความต้านทานหรืออิมพีแดนซ์ที่สูงมาก เสมือน Open Circuit แต่เมื่อมีแรงดันเสิร์จปรากฏขึ้นสูงเกินจุดระดับแรงดันทำงาน ตัว Varistor จะมีการปรับเปลี่ยนค่าความต้านทานหรืออิมพีแดนซ์ของตัวมันให้มีค่าที่ต่ำลงมา เสมือนการ Short Circuit เพี่อนำกระแสไฟฟ้าในช่วงที่เกิดแรงดันไฟฟ้าเกินชั่วขณะหรือแรงดันไฟกระชาก
MOV มีความสามารถในการตอบสนองต่อการปรากฏขึ้นของไฟกระชากได้เร็ว (เร็วกว่าวัสดุชนิด Crowbar) มีประสิทธิภาพในการรองรับกระแสไฟกระชากได้ในระดับสูง (แต่หากเปรียบเทียบกับวัสดุชนิด Crowbar ที่มีพารามิเตอร์ใกล้เคียงกัน MOV จะรองรับกระแสไฟกระชากได้ต่ำกว่า)
– Silicon Avalanche Diode (SAD) ความเป็นมาของ SAD เริ่มต้นมาจากการที่เทคโนโลยีทางด้าน Silicon Rectifier ได้มีการพัฒนาต่อยอดให้ Zener Diode มีขีดความสามารถในการลดทอนแรงดันไฟกระชากได้สูงขึ้น นำไปสู่การถือกำเนิดของ Silicon Avalanche Diode (SAD)
SAD คือไดโอดชนิดหนึ่งในตระกูล Transient Voltage Suppression diode (TVS diode) เป็นวัสดุสารกึ่งตัวนำ (Semiconductor) ที่ทำหน้าที่ในการ regulate แรงดันไฟฟ้า มีพฤติกรรมการทำงานเช่นเดียวกับ Zener Diode
SAD มีประสิทธิภาพในเรื่องของแรงดันปล่อยผ่าน (Clamping Voltage) ใกล้เคียงกับวัสดุป้องกันไฟกระชากในทางอุดมคติเป็นอย่างมาก
แต่ทว่าเมื่อกระแสไฟกระชากไหลผ่าน จะทำให้เกิดความร้อนขึ้นตรงบริเวณรอยต่อหรือ PN Junction จึงกลายเป็นข้อจำกัดในด้านการนำกระแส การนำ SAD มาใช้งานจึงต้องประยุกต์ใช้ร่วมกับวัสดุป้องกันไฟกระชากตัวอื่น ๆ เช่น MOV หรือ Gas Discharge Tube
อย่างไรก็ตาม องค์ประกอบของโครงสร้างอุปกรณ์ป้องกันไฟกระชากบางรุ่นในปัจจุบัน อาจเป็นแบบ Hybrid คือมีการประยุกต์ใช้ทั้งส่วนประกอบประเภท Crowbar และประเภท Clamping ร่วมกัน หรืออาจมีการออกแบบวงจรฟิลเตอร์ไว้ภายใน โดยมีตัวต้านทาน, ตัวเก็บประจุ ฯ เป็นองค์ประกอบ
การใช้เทคโนโลยีด้านวงจรฟิลเตอร์ (Filtering Circuit) เพื่อลดทอนไฟกระชาก
เนื่องจากไฟกระชากเป็น Impulse ซึ่งมีองค์ประกอบของความถี่สูงอยู่มาก คือ อยู่ในช่วงความถี่ 5 ถึง 50 กิโลเฮิรตซ์ ซึ่งทำให้หน้าคลื่น (Wavefront) มีช่วงเวลาสั้น หรือ Rate of rise (dV/dt) มีค่าสูง ซึ่งเป็นอันตรายต่ออุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์
แม้ว่าการประยุกต์ใช้งานวัสดุสารกึ่งตัวนำ (Semiconductor) ในงานป้องกันไฟกระชากจะช่วยลดระดับแรงดันไฟฟ้าให้ต่ำลง แต่ไม่สามารถลดค่า dV/dt ลงได้ หรืออาจจะลดลงไปบ้างด้วยค่าความจุแอบแฝงภายในตัว (Stray Capacitance) ที่มีอยู่ค่าหนึ่งเสมอตรงรอยต่อ PN Junction ซึ่งก็ยังไม่เพียงพอต่อการป้องกันไฟกระชากที่มีค่า dV/dt สูง นอกจากนั้น ค่า dV/dt ยังสร้างความเสียหายหรือการเสื่อมสภาพในโครงสร้างของวัสดุ Semiconductor นั้นด้วย
ดังนั้นเพื่อความปลอดภัยสำหรับระบบงานอิเล็กทรอนิกส์ จึงมีการประยุกต์ใช้เทคโนโลยีวงจรกรองความถี่ (Filtering Circuit) มาใช้ในเครื่องอุปกรณ์ป้องกันไฟกระชากด้วย
- วงจรกรองความถี่ (Filtering Circuit) หรือที่เรียกกันว่าวงจรฟิลเตอร์ เป็นวงจรที่ยอมให้ความถี่ของสัญญาณไฟฟ้าผ่านได้บางช่วงเท่านั้น ความถี่อื่นๆ จะถูกลดทอนหรือตัดออกไปเพื่อให้ได้เฉพาะช่วงความถี่ที่ต้องการ
วงจรกรองความถี่ สามารถแยกตามลักษณะการใช้งานออกเป็น 4 ประเภท คือ
– วงจรกรองความถี่ต่ำผ่าน (Low-pass Filter : LPF หรือ High-cut Filter)
– วงจรกรองความถี่สูงผ่าน (High-pass Filter : HPF)
– วงจรกรองสัญญาณช่วงความถี่ (Band-pass Filter : BPF)
– วงจรลดทอนสัญญาณช่วงความถี่ (Band-reject Filter : BRF หรือ Band-stop Filter)
ซึ่งสำหรับการใช้งานในด้านการลดทอนไฟกระชาก เราจะใช้วงจรฟิลเตอร์ชนิดกรองความถี่ต่ำผ่าน (Low Pass Filter) หรือ LPF มาช่วยตัดสัญญาณไฟฟ้าที่มีความถี่สูงกว่าความถี่ที่กำหนดทิ้งไปนั่นเอง
– วงจรกรองความถี่ต่ำผ่าน (Low-pass Filter : LPF)
วงจรกรองความถี่ต่ำผ่าน (Low Pass Filter หรือเรียกได้อีกอย่างว่า High-cut Filter) เป็นวงจรที่ยอมให้สัญญาณความถี่ตั้งแต่ 0 Hz จนถึงความถี่ที่กำหนดผ่านไปได้ (ความถี่ที่กำหนดจะถูกเรียกว่าความถี่ตัดผ่าน) ส่วนความถี่ที่สูงกว่านั้นจะถูก bypass ลงกราวด์ หรือถูกลดทอนออกไปตามลำดับ
การนำวงจรกรองความถี่ต่ำผ่านมาใช้งานด้านการลดทอนไฟกระชาก มีวัตถุประสงค์หลักอยู่ด้วยกัน 2 ประการ คือ
1. ลดค่าความชันหน้าคลื่นของไฟกระชาก
2. ทำหน้าที่ Decoupling หรือหน่วงเวลาให้ช้าลง เพื่อจัดลำดับการทำงานขององค์ประกอบต่าง ๆ ในเครื่องป้องกันไฟกระชาก ซึ่งประกอบไปด้วยวัสดุลดทอนไฟกระชากต่างชนิดต่างคุณสมบัติกันทำงานสนับสนุนกัน เพื่อให้แรงดันไฟกระชากที่หลุดผ่านเครื่องป้องกันไฟกระชากไปยังระบบงานมีค่าต่ำที่สุด
วงจรกรองความถี่ต่ำผ่าน (Low-pass Filter) มีคุณสมบัติในการลดค่า dV/dt และ dI/dt ได้เป็นอย่างดี การประยุกต์ใช้วงจร LPF จึงเป็นอีกส่วนหนึ่งที่จะช่วยให้ลดความรุนแรงของไฟกระชากลง อย่างไรก็ตามการออกแบบ LPF สำหรับการป้องกันไฟกระชากนี้แตกต่างจาก การออกแบบ LPF สำหรับงานป้องกันด้าน RFI (Radio frequency interference) เนื่องจากจะต้องออกแบบให้สามารถรองรับกำลังงานไฟฟ้าขนาดใหญ่ได้โดยไม่เสียสภาพ ซึ่งรูปแบบของวงจร LPF ที่เหมาะสมกับการป้องกันไฟกระชาก สามารถจำแนกได้ 3 รูปแบบ คือ
รูปแบบที่ 1 วงจรกรองความถี่ต่ำผ่านรูปตัวพาย (π Filter หรือ Pi Filter) ให้ประสิทธิภาพดีที่สุดสำหรับการป้องกันไฟกระชาก แต่ข้อเสียก็คือ ตัวเก็บประจุด้านอินพุต (Input Capacitor) มีโอกาสสูงที่จะถูกทำลายจากไฟกระชากที่เข้ามา
รูปแบบที่ 2 วงจรกรองความถี่ต่ำผ่านรูปตัวแอล (L Filter) ให้ประสิทธิภาพการป้องกันอยู่ในเกณฑ์ดี ไม่มีความเสี่ยงต่อตัวเก็บประจุด้านอินพุต (Input Capacitor) โดยเป็นการทำงานร่วมกันระหว่างตัว Inductor กับ Capacitor ข้อด้อยคือความไม่สมมาตร กล่าวคือ ให้การป้องกันในทิศทาง Line-to-Equipment มากกว่า อย่างไรก็ตาม จัดได้ว่าเหมาะสมที่สุดหากเทียบข้อดีและข้อด้อยของวงจร LPF รูปแบบอื่น
รูปแบบที่ 3 วงจรกรองความถี่ต่ำผ่านรูปตัวที (T Filter) เป็นวงจรที่ออกแบบในลักษณะสมมาตร (Bi-directional) มีการป้องกัน 2 ทิศทาง แต่ทว่ามีข้อเสียคือ หากเกิดการลัดวงจรไฟฟ้า หรือเกิดไฟกระชากขึ้นทางด้าน Output (Equipment) เช่น เกิดแรงดันกระชากจากการเดินเครื่องจักรไฟฟ้าขนาดใหญ่ ฯ ค่าไฟกระชากที่เกิดขึ้นจะไม่ถูกลดทอนลงอย่างที่ควรจะเป็น แต่จะถูกสะท้อนกลับจากวงจรกรองความถี่ต่ำ (Inductor หลังตัว Capacitor) ทำให้เป็นอันตรายต่อระบบงานอิเล็กทรอนิกส์ที่อยู่บนวงจรไฟฟ้าเดียวกันกับเครื่องจักรดังกล่าว
นอกเหนือจากรูปแบบของวงจรแล้ว ประสิทธิภาพในการลดทอนไฟกระชากของวงจรกรองความถี่ต่ำผ่าน ยังขึ้นอยู่กับคุณสมบัติของขดลวดเหนี่ยวนำ (Inductor) ที่นำมาใช้งานด้วย
อย่างดีทราบกันดีว่า ตัว Inductor สามารถมีแกน (Core) ได้หลากหลายประเภท แต่ทว่าในงานป้องกันไฟกระชาก อินดักเตอร์ที่เหมาะสมที่สุดจะต้องเป็นแกนอากาศ (Air Core) เท่านั้น เนื่องจากแกนแประเภทอื่น อาทิเช่น แกน Ferrite ที่มีอำนาจแม่เหล็กสูง เมื่อกระแสไฟกระชากไหลผ่านตัวอินดักเตอร์ จะส่งผลให้เกิดการอิ่มตัวทางสนามแม่เหล็กของแกน (Core Saturation) ส่งผลให้ตัวอินดักเตอร์อยู่ในสภาวะลัดวงจรไฟฟ้า และคงเหลือเพียงตัวคาปาซิเตอร์ลำดับในวงจรกรองความถี่ต่ำผ่าน ทำให้การลดค่า dV/dt และ dI/dt ไม่เป็นผล
ดังนั้น อำนาจทางแม่เหล็กของตัวอินดักเตอร์สำหรับงานป้องกันไฟกระชาก จะต้องเกิดจากผลของขดลวดเพียงเท่านั้น ไม่ควรอาศัยคุณสมบัติของแกนเพื่อเพิ่มอำนาจแม่เหล็ก และด้วยเหตุที่ตัวอินดักเตอร์จะต้องเป็นแกนอากาศ ทำให้อุปกรณ์ป้องกันไฟกระชากที่มีวงจรกรองความถี่ต่ำผ่านเพิ่มเข้ามาจึงมีขนาดใหญ่ (ขึ้นอยู่กับพิกัดของกระแสไฟฟ้าที่จ่ายเลี้ยงระบบงาน)
จุดติดตั้งอุปกรณ์ป้องกันไฟกระชาก
อุปกรณ์ป้องกันไฟกระชาก สามารถนำไปติดตั้งในจุดต่าง ๆ ได้ตามลักษณะการใช้งาน โดยจัดแบ่งออกเป็น 3 ลำดับชั้น (Category) ดังนี้
- Category A
ติดตั้งใกล้กับ Sensitive Loads ที่ต้องการป้องกัน เช่น คอมพิวเตอร์, เครื่องชั่ง, เครื่องวัด, อุปกรณ์ควบคุมการประมวลผล, แหล่งจ่ายพลังงานไฟฟ้า DC ฯลฯ เพื่อป้องกันส่วนนั้นโดยเฉพาะ - Category B
ติดตั้งที่แผงวงจรควบคุมการจ่าย (Distribution Panel Board) และแผงสวิตช์ไฟฟ้า (Switchboard) เพื่อป้องกันเสิร์จจากภายนอก รวมถึงแรงดันไฟฟ้าที่มีการเปลี่ยนแปลงสภาวะตลอดเวลา โดยเฉพาะอย่างยิ่งหากเป็นอุปกรณ์ไฟฟ้าที่มีความไวต่อคุณภาพไฟฟ้า หรือรับพลังงานไฟฟ้าที่จ่ายจากสถานีไฟฟ้าย่อย - Category C
ติดตั้งที่หน่วยจ่ายพลังงานไฟฟ้าขาเข้า เพื่อเป็นการป้องกันความเสียหายที่เกิดจากความผิดพร่องของพลังงานไฟฟ้า และช่วยป้องกันกรณีกระแสเสิร์จเหนี่ยวนำจากฟ้าผ่าที่จะเข้ามาภายในอาคารโดยผ่านทางสายไฟ
หลังจากอ่านบทความนี้แล้วหากคุณมีข้อส่งสัยเกี่ยวกับอุปกรณ์ในการติดตั้ง สามารถติดต่อขอรายละเอียดเพิ่มเติม และรับคำปรึกษาฟรี ได้ที่
บริษัท โฟคอมม์ (ประเทศไทย) จำกัด
โทร : 02-973-1966
Admin : 063-239-3569
E-mail : info@focomm-cabling.com