ความแตกต่างระหว่างอุปกรณ์ป้องกันไฟกระชาก (SPD) แบบ 3 โพล และ 4 โพล ไม่ใช่เพียงแค่ขนาดหรือจำนวนตัวนำที่ป้องกันได้มากกว่าเท่านั้น ในการติดตั้งระบบไฟฟ้ากระแสสลับสามเฟส การเลือกรูปแบบที่ถูกต้องขึ้นอยู่กับว่าระบบมีการกระจายนิวทรัลหรือไม่ นิวทรัลและสายดินมีการรวมหรือแยกกัน จุดที่แยกกันอยู่ที่ไหน และจำเป็นต้องมีการป้องกันแบบ Common-mode และ Differential-mode หรือไม่.
สำหรับจุดเริ่มต้นในทางปฏิบัติ:
- ระบบ TN-C โดยปกติจะใช้การกำหนดค่าแบบ 3+0 ระหว่าง L1, L2, L3 และ PEN.
- ระบบ TN-S อาจใช้แบบ 4+0 หรือ 3+1, ขึ้นอยู่กับกฎระเบียบของประเทศ วัตถุประสงค์ในการป้องกัน และการออกแบบผลิตภัณฑ์.
- ระบบ TT โดยปกติจะใช้แบบ 3+1, โดยมีเส้นทางการป้องกันระหว่างสายไลน์กับสายนิวทรัล 3 เส้นทาง และเส้นทางระหว่างสายนิวทรัลกับสายดิน (PE) แยกต่างหาก.
- ระบบ TN-C-S จะต้องได้รับการประเมิน ณ จุดติดตั้งก่อนจุดแยกสาย PEN จะมีลักษณะการทำงานแบบ TN-C และหลังจากจุดแยกจะมีลักษณะการทำงานแบบ TN-S.
ดังนั้น อุปกรณ์ป้องกันไฟกระชาก (SPD) แบบ 4 โพล จึงไม่ได้มีความปลอดภัยหรือดีกว่าแบบ 3 โพลโดยอัตโนมัติ อุปกรณ์จะต้องสอดคล้องกับโครงสร้างของระบบไฟฟ้า.
ขอบเขต: บทความนี้กล่าวถึงการติดตั้งระบบไฟฟ้ากระแสสลับสามเฟสแรงดันต่ำตามมาตรฐาน IEC เท่านั้น ไม่ได้ให้กฎการเลือกใช้งานทั่วไปสำหรับระบบไฟฟ้ากระแสตรงจากโซลาร์เซลล์ ระบบแบตเตอรี่ ระบบเดลต้า/ไฮเลกของอเมริกาเหนือ หรือเครือข่ายระบบ IT เฉพาะทาง.
สิ่งสำคัญที่ต้องจดจำ
- จำนวนโพลของ SPD ไม่เทียบเท่ากับจำนวนโพลของเบรกเกอร์ โดย SPD จะถูกต่อแบบขนานและโดยปกติแล้วจะไม่ได้ทำหน้าที่ตัดกระแสไฟฟ้าของโหลด.
3+0,4+0, และ3+1อธิบายถึงเส้นทางการป้องกันหรือรูปแบบการเชื่อมต่อ ไม่ใช่เพียงแค่ความกว้างของตัวอุปกรณ์ที่ติดตั้งบนราง.- SPD แบบ 3+1 และ 4+0 อาจใช้พื้นที่ติดตั้งบนราง DIN เท่ากันคือ 4 โมดูล แต่ให้โหมดการป้องกันภายในที่แตกต่างกัน.
- ระบบ TN-C มีตัวนำ PEN ดังนั้นจึงไม่มีเส้นทาง N-PE แยกจากกัน ณ จุดนั้น การจัดวางแบบ 3+0 จึงเป็นจุดเริ่มต้นที่นิยมใช้ทั่วไป.
- หลังจากแยก N และ PE ออกจากกันแล้ว การออกแบบจะต้องคำนึงถึงความเป็นกลาง (Neutral) รวมถึงการป้องกันโหมดร่วม (Common-mode) และโหมดต่าง (Differential-mode) ที่จำเป็น.
- การจำแนกประเภท Type 1, Type 2 หรือ Type 1+2 นั้นไม่ขึ้นอยู่กับการจัดวางจำนวนขั้ว (Pole configuration).
- การเลือกขั้นสุดท้ายยังคงต้องพิจารณาถึง
ยูซี,ขึ้น,ใน,ไอแมกซ์หรือไออิมป์, พฤติกรรมเมื่อเกิดไฟฟ้าลัดวงจร การป้องกันสำรอง และการตรวจสอบความยาวในการติดตั้ง.
การเปรียบเทียบโดยย่อ: 3-Pole, 4-Pole, 3+0, 4+0 และ 3+1
| คำศัพท์ในแคตตาล็อก | รูปแบบการป้องกันทั่วไป | จุดเริ่มต้นการใช้งานทั่วไป | ข้อจำกัดที่สำคัญ |
|---|---|---|---|
| อุปกรณ์ป้องกันไฟกระชาก (SPD) แบบ 3 โพล | มักมีเส้นทางการป้องกัน 3 เส้นทางที่เกี่ยวข้องกับ L1, L2 และ L3 | ระบบไฟฟ้าสามเฟสที่ไม่มีเส้นทางการป้องกันสายนิวทรัลแยกต่างหาก ณ จุดนั้น | “คำว่า ”3 โพล” เพียงอย่างเดียวไม่สามารถระบุตัวนำอ้างอิงหรือวงจรภายในได้ |
| อุปกรณ์ป้องกันไฟกระชาก (SPD) แบบ 4 โพล | มักมีเส้นทางการป้องกันจากตัวนำที่มีกระแสไฟฟ้าลงดิน 4 เส้นทาง | ระบบไฟฟ้าสามเฟสที่มีการกระจายสายนิวทรัล ซึ่งอนุญาตให้ใช้การออกแบบแบบ 4+0 ได้ | ไม่ได้ให้พฤติกรรมโหมดผลต่าง (differential-mode) เหมือนกับแบบ 3+1 โดยอัตโนมัติ |
| 3+0 | L1-PEN, L2-PEN, L3-PEN ในการใช้งานระบบ TN-C ทั่วไป | ระบบ TN-C หรือส่วนที่เป็น TN-C ของระบบ TN-C-S | ไม่ใช่ค่าเริ่มต้นหลังจากที่มีการแยก PEN ออกเป็น N และ PE แล้ว |
| 4+0 | โดยทั่วไปคือ L1-PE, L2-PE, L3-PE และ N-PE | การใช้งานระบบ TN-S บางประเภท | ต้องตรวจสอบองค์ประกอบและโหมดการป้องกันที่แน่นอนจากแผนผังวงจร |
| 3+1 | L1-N, L2-N, L3-N รวมกับ N-PE | ระบบ TT และการใช้งานแบบ TN-S จำนวนมาก | องค์ประกอบ N-PE และความสามารถในการตัดกระแสตาม (follow-current) ต้องเหมาะสมกับระบบและมาตรฐานผลิตภัณฑ์ |
ผู้ผลิตไม่ได้ใช้คำว่า “ขั้ว” (pole) หรือ “โมดูล” (module)” 3พี+เอ็น, 3+1, และ 4P อย่างสม่ำเสมอ แผนผังวงจรที่พิมพ์อยู่บนผลิตภัณฑ์หรือในเอกสารข้อมูลทางเทคนิคมีความน่าเชื่อถือมากกว่าชื่อเรียกสั้นๆ ในแคตตาล็อก.
ขั้นแรกต้องทำความเข้าใจความหมายของคำว่า “ขั้ว” (pole) บนอุปกรณ์ป้องกันไฟกระชาก (SPD)
สำหรับเซอร์กิตเบรกเกอร์ จำนวนขั้วมักจะบอกให้ทราบว่ามีตัวนำที่มีกระแสไฟฟ้ากี่เส้นที่ถูกตัดวงจรหรือป้องกันโดยกลไกของเบรกเกอร์ แต่อุปกรณ์ SPD มีการทำงานที่แตกต่างออกไป โดยจะเชื่อมต่อแบบขนานกับแหล่งจ่ายไฟและสร้างเส้นทางที่มีความต้านทานต่ำชั่วคราวในระหว่างที่เกิดแรงดันไฟฟ้าเกินชั่วขณะ.
สำหรับอุปกรณ์ SPD ผู้ผลิตอาจใช้คำว่า “ขั้ว” เพื่ออธิบายถึง:
- จำนวนของตัวนำที่มีกระแสไฟฟ้าที่ได้รับการป้องกัน;
- จำนวนตลับที่สามารถเปลี่ยนได้;
- จำนวนเส้นทางการป้องกันภายใน;
- จำนวนโมดูล DIN;
- หรือชื่อเรียกกลุ่มผลิตภัณฑ์เชิงพาณิชย์.
คำอธิบายเหล่านี้อาจตรงกัน แต่ไม่ได้รับประกันว่าจะตรงกันเสมอไป ชุดอุปกรณ์แบบ 3+1 ขนาดกะทัดรัดอาจรวมองค์ประกอบการป้องกันหลายอย่างไว้ในตลับที่มองเห็นได้น้อยกว่า ในขณะที่การออกแบบอื่นอาจใช้หนึ่งตลับต่อหนึ่งโหมด.
ก่อนที่จะเลือกตามจำนวนขั้ว (pole) ให้ตรวจสอบแผนผังสำหรับการเชื่อมต่อจริงระหว่าง L1, L2, L3, N, PE และ PEN.
3+0, 4+0 และ 3+1 หมายถึงอะไร?
การกำหนดค่า SPD แบบ 3+0
รูปแบบทั่วไป 3+0 การจัดวางให้เส้นทางการป้องกันสามทาง:
- L1 ถึง PEN;
- L2 ถึง PEN;
- L3 ถึง PEN.
สิ่งนี้สอดคล้องกับระบบ TN-C ซึ่งฟังก์ชันนิวทรัลและฟังก์ชันป้องกันถูกรวมไว้ในตัวนำ PEN เนื่องจาก N และ PE ยังไม่ได้ถูกแยกออกจากกัน ณ จุดนั้น จึงไม่มีเส้นทางการป้องกัน N-PE แบบอิสระ.
“+0” ไม่ได้หมายความว่าระบบไม่มีการเชื่อมต่อสายดิน แต่หมายความว่าไม่มีองค์ประกอบป้องกันนิวทรัลต่อสายดินเพิ่มเติมแยกต่างหากในชุดอุปกรณ์.
การกำหนดค่า SPD แบบ 4+0
รูปแบบทั่วไป 4+0 การจัดวางนี้ให้เส้นทางโหมดร่วม (common-mode) สี่เส้นทาง:
- L1 ไปยัง PE;
- L2 ไปยัง PE;
- L3 ไปยัง PE;
- N ไปยัง PE.
การจัดวางนี้สามารถใช้ได้ในระบบสามเฟสสี่สายแบบ TN-S ที่เหมาะสม โดยขึ้นอยู่กับการออกแบบผลิตภัณฑ์และกฎการติดตั้งที่เกี่ยวข้อง เส้นทางทั้งสี่มักจะใช้ส่วนประกอบจำกัดแรงดันไฟฟ้า แต่ต้องตรวจสอบเทคโนโลยีภายในที่แน่ชัดแทนการคาดเดา.
สถาปัตยกรรมแบบ 4+0 มีความแข็งแกร่งในการป้องกันโหมดร่วมโดยตรงจากตัวนำที่มีกระแสไฟฟ้าไปยังสายดิน แรงดันไฟฟ้าโหมดต่าง (differential-mode) ระหว่างไลน์และนิวทรัลอาจถูกจำกัดโดยอ้อมผ่านอุปกรณ์ป้องกันสองตัวที่ต่ออนุกรมกัน ขึ้นอยู่กับการออกแบบ ซึ่งไม่เหมือนกับการมีอุปกรณ์ป้องกัน L-N โดยเฉพาะ.
การกำหนดค่า SPD แบบ 3+1
รูปแบบทั่วไป 3+1 การจัดวางใช้วิธีการดังนี้:
- เส้นทางจำกัดแรงดันไฟฟ้าสามเส้นจาก L1, L2 และ L3 ไปยัง N;
- เส้นทางป้องกันแบบสวิตชิ่งหนึ่งเส้นจาก N ไปยัง PE ซึ่งโดยทั่วไปจะใช้เทคโนโลยีช่องว่างประกายไฟ (spark gap) หรืออุปกรณ์ปล่อยประจุแก๊ส (gas discharge).
วิธีนี้สร้างการป้องกันแบบดิฟเฟอเรนเชียลโหมด (differential-mode) โดยตรงระหว่างสายไลน์กับนิวทรัล และสร้างเส้นทางระบายประจุแบบคอมมอนโหมด (common-mode) ระหว่างนิวทรัลกับกราวด์ที่ประสานกัน อุปกรณ์ N-PE ยังช่วยป้องกันไม่ให้เกิดเส้นทางนำไฟฟ้าต่อเนื่องตามปกติระหว่างนิวทรัลและ PE.
เทคโนโลยีของส่วนประกอบที่แน่นอน พฤติกรรมเมื่อเกิดแรงดันไฟฟ้าเกินชั่วขณะ ความสามารถในการรองรับกระแสไหลตามความถี่ไฟฟ้า และการประสานงานภายในชุดอุปกรณ์นั้นขึ้นอยู่กับผู้ผลิตแต่ละราย “3+1” เป็นเพียงการระบุรูปแบบโครงสร้าง (topology) เท่านั้น ไม่ได้เป็นเครื่องพิสูจน์คุณลักษณะด้านประสิทธิภาพทุกประการด้วยตัวมันเอง.
คอมมอนโหมดเทียบกับดิฟเฟอเรนเชียลโหมด: ความแตกต่างทางวิศวกรรมที่แท้จริง
จำนวนโพลเป็นเพียงตัวบ่งชี้เบื้องต้นเท่านั้น วัตถุประสงค์ที่แท้จริงคือการควบคุมแรงดันไฟฟ้าที่ปรากฏบนฉนวนและขั้วต่อของอุปกรณ์.
แรงดันไฟฟ้ากระชากแบบคอมมอนโหมด
แรงดันไฟฟ้าแบบคอมมอนโหมด (Common-mode voltage) เกิดขึ้นระหว่างตัวนำที่มีกระแสไฟฟ้ากับสายดิน:
- L1-PE;
- L2-PE;
- L3-PE;
- และในกรณีที่มีการจ่ายสายนิวทรัล จะรวมถึง N-PE ด้วย.
แรงดันกระชากที่เกิดจากฟ้าผ่ามักมีผลกระทบแบบคอมมอนโหมดเป็นหลัก ดังนั้นการติดตั้งอุปกรณ์ป้องกันไฟกระชาก (SPD) พื้นฐานจึงจำเป็นต้องมีเส้นทางระบายกระแสที่เชื่อถือได้จากตัวนำที่มีกระแสไฟฟ้าไปยังสายดิน (PE) หรือสายดินรวมกับนิวทรัล (PEN).
แรงดันกระชากแบบดิฟเฟอเรนเชียลโหมด (Differential-mode surge voltage)
แรงดันไฟฟ้าแบบดิฟเฟอเรนเชียลโหมดเกิดขึ้นระหว่างตัวนำที่มีกระแสไฟฟ้า โดยเฉพาะอย่างยิ่ง:
- L1-N, L2-N และ L3-N;
- หรือระหว่างตัวนำสายไลน์.
ในระบบ TN-S และ TT การต่อลงดินของนิวทรัลและความไม่สมดุลของอิมพีแดนซ์สามารถเปลี่ยนเหตุการณ์โหมดร่วม (common-mode) บางส่วนให้กลายเป็นแรงดันไฟฟ้าแบบผลต่าง (differential voltage) ได้ ดังนั้นโหลดที่มีความไวสูงซึ่งเชื่อมต่อแบบไลน์ถึงนิวทรัลจึงอาจต้องการมากกว่าแค่การสันนิษฐานง่ายๆ ว่าทรานเซียนต์ทุกตัวจะอ้างอิงกับกราวด์เพียงอย่างเดียว.
การจัดวางแบบ 3+1 ให้เส้นทาง L-N โดยตรง ส่วนการจัดวางแบบ 4+0 จะให้เส้นทางจากตัวนำที่มีกระแสไฟฟ้าไปยัง PE เป็นหลัก แม้ว่าการป้องกันอุปกรณ์ที่สมบูรณ์จะขึ้นอยู่กับวงจรภายในและแรงดันไฟฟ้าที่เกิดขึ้นที่ขั้วโหลดแต่ละจุดก็ตาม.
การเลือกตามระบบการต่อลงดิน
ตารางด้านล่างนี้เป็นเพียงกรอบแนวทางเบื้องต้น ไม่สามารถใช้แทนการนำมาตรฐาน IEC 60364 มาปรับใช้ในระดับประเทศ แผนภาพของผู้ผลิตอุปกรณ์ป้องกันไฟกระชาก (SPD) หรือการศึกษาด้านการป้องกันของโครงการได้.
| ระบบการต่อลงดินและตำแหน่งการติดตั้ง SPD | ตัวนำที่มีอยู่ | การกำหนดค่าเริ่มต้นทั่วไป | เหตุผลทางวิศวกรรม |
|---|---|---|---|
| ทีเอ็น-ซี | L1, L2, L3, PEN | 3+0 | PEN รวมฟังก์ชันนิวทรัลและฟังก์ชันป้องกันไว้ด้วยกัน ไม่มีเส้นทาง N-PE แยกต่างหาก |
| TN-C-S ก่อนจุดแยก PEN | L1, L2, L3, PEN | 3+0 | ส่วนนี้เป็นไปตามหลักการ TN-C ทางไฟฟ้า |
| TN-C-S หลังจุดแยก PEN | L1, L2, L3, N, PE | ให้ถือว่าเป็น TN-S: ประเมินแบบ 4+0 หรือ 3+1 | N และ PE เป็นตัวนำที่แยกจากกันในปัจจุบัน |
| ทีเอ็น-เอส | L1, L2, L3, N, PE | 4+0 หรือ 3+1 ขึ้นอยู่กับกฎระเบียบในท้องถิ่น | ต้องพิจารณาทั้งการป้องกันแบบคอมมอนโหมด (Common-mode) และแบบดิฟเฟอเรนเชียลโหมด (Differential-mode) ในกรณีที่จำเป็น |
| TT | L1, L2, L3, N, PE พร้อมระบบสายดินสำหรับการติดตั้งในพื้นที่ | โดยทั่วไปคือ 3+1 | การป้องกัน L-N โดยตรงร่วมกับเส้นทางการสลับ N-PE ที่ประสานกันนั้นเหมาะสมกับการจัดวางระบบสายดินแบบแยกส่วน |
| มัน | แตกต่างกันไปตามการกระจายตัวของนิวทรัลและอิมพีแดนซ์ของแหล่งจ่าย | เฉพาะสำหรับโครงการนั้นๆ | พฤติกรรมของแรงดันไฟฟ้าเทียบกับดินจะเปลี่ยนไปเมื่อเกิดความผิดปกติครั้งแรก กฎทั่วไปแบบ 3P/4P จึงไม่ปลอดภัย |
สำหรับคำอธิบายเพิ่มเติมเกี่ยวกับโครงข่ายเหล่านี้ โปรดดู ระบบสายดินแบบ TN เทียบกับ TT เทียบกับ IT.
TN-C: เหตุใดจึงนิยมใช้แบบ 3+0
ในระบบ TN-C ตัวนำ PEN ทำหน้าที่ทั้งเป็นสายดินป้องกันและสายศูนย์ (Neutral) โดยปกติแล้วอุปกรณ์ป้องกันไฟกระชาก (SPD) จะถูกเชื่อมต่อจากตัวนำสายไลน์แต่ละเส้นเข้ากับ PEN.
การเพิ่ม “ขั้วสายศูนย์” แยกต่างหากนั้นถือว่าผิดหลักการหากไม่มีตัวนำสายศูนย์ที่เป็นอิสระในจุดนั้น ที่สำคัญกว่านั้นคือ ห้ามปฏิบัติกับตัวนำ PEN เหมือนสายศูนย์ทั่วไปที่สามารถตัดวงจรได้เด็ดขาด เพราะหน้าที่ในการป้องกันของ PEN มีความสำคัญสูงสุด.
คำถามที่ถูกต้องไม่ใช่ “การใช้ 4 ขั้วจะให้การป้องกันที่มากกว่าหรือไม่” แต่คือ “มีตัวนำและเส้นทางฉนวนใดบ้างที่จุดนี้ของโครงข่าย” สำหรับระบบ TN-C คำตอบทั่วไปจะนำไปสู่โหมดการป้องกันแบบ Line-to-PEN จำนวน 3 ชุด.
TN-S: แบบ 4+0 หรือ 3+1?
ระบบ TN-S มีการแยกตัวนำสายศูนย์และสายดินป้องกันออกจากกันตลอดทั้งส่วนของการติดตั้งที่เกี่ยวข้อง ซึ่งหมายความว่าการออกแบบ SPD จะต้องพิจารณาถึงความเค้นทางไฟฟ้าในโหมด L-PE, N-PE และอาจรวมถึง L-N ด้วย.
ทั้งรูปแบบ 4+0 และ 3+1 พบได้ในระบบ TN-S:
- เลือกการออกแบบแบบ 4+0 ที่เหมาะสม ในกรณีที่กฎระเบียบที่เกี่ยวข้องอนุญาต และให้ความสำคัญกับการป้องกันโหมดร่วม (common-mode) โดยตรงจากตัวนำที่มีกระแสไฟฟ้าทุกเส้นไปยังสายดิน (PE).
- เลือกการออกแบบแบบ 3+1 ที่เหมาะสม ในกรณีที่ต้องการหรือจำเป็นต้องมีการป้องกันโหมดต่าง (differential-mode) ระหว่างสายไลน์กับสายนิวทรัลโดยตรง และต้องการเส้นทางการสลับสับเปลี่ยนระหว่างสายนิวทรัลกับสายดิน (N-PE) แยกต่างหาก.
การตัดสินใจต้องคำนึงถึงการจัดวางอุปกรณ์ตัดไฟรั่ว (RCD) ของการติดตั้ง แรงดันเกินชั่วขณะ การประสานฉนวน และอุปกรณ์ที่ต้องการการป้องกันด้วย อย่าตีความว่า “4P” เป็นการอัปเกรดแบบครอบจักรวาลเหนือกว่า “3+1” เนื่องจากทั้งสองแบบมีวิธีการจัดการเส้นทางของกระแสชั่วขณะที่แตกต่างกัน.
TT: ทำไม 3+1 ถึงเป็นตัวเลือกทั่วไป
ในระบบ TT สายนิวทรัลของแหล่งจ่ายจะถูกต่อลงดิน และส่วนที่เป็นโลหะที่เข้าถึงได้จะถูกเชื่อมต่อกับหลักดินในพื้นที่ ดังนั้นสายดินของแหล่งจ่ายและสายดินของการติดตั้งจึงไม่ใช่เส้นทางตัวนำป้องกันเดียวกันกับในระบบ TN.
SPD แบบ 3+1 จะติดตั้งอุปกรณ์จำกัดแรงดันไฟฟ้าไว้ระหว่างแต่ละเฟสกับนิวทรัล โดยมีอุปกรณ์ประเภทสวิตชิ่งแยกต่างหากติดตั้งอยู่ระหว่างนิวทรัลกับสายดิน (PE) ซึ่งการจัดวางรูปแบบนี้:
- ให้การป้องกัน L-N โดยตรงสำหรับอุปกรณ์ที่ใช้แรงดันไฟฟ้าระหว่างเฟสกับนิวทรัล;
- สร้างเส้นทางการคายประจุระหว่าง N-PE ในระหว่างที่เกิดไฟกระชาก;
- หลีกเลี่ยงกระแสรั่วไหลปกติผ่านเส้นทาง N-PE เมื่อมีการใช้อุปกรณ์สวิตชิ่งที่เหมาะสม;
- และรองรับการประสานการทำงานร่วมกับระบบป้องกันแบบ TT เมื่อมีการเลือกและติดตั้งอย่างถูกต้อง.
ตำแหน่งของ SPD เมื่อเทียบกับ RCD, รูปแบบความล้มเหลวของ SPD และการป้องกันสำรอง ต้องเป็นไปตามกฎการติดตั้งที่เกี่ยวข้อง “การใช้ 3+1” เป็นเพียงโครงสร้างพื้นฐานเริ่มต้น ไม่ใช่ข้อกำหนดที่สมบูรณ์.
TN-C-S: ต้องระบุให้ชัดเจนเสมอว่าคุณอยู่ฝั่งใดของจุดแยกสาย PEN
ระบบ TN-C-S ทำให้เกิดข้อผิดพลาดในการเลือกเบรกเกอร์แบบ 3 โพลเทียบกับ 4 โพลอยู่บ่อยครั้ง เนื่องจากในการติดตั้งเดียวกันมีรูปแบบตัวนำที่แตกต่างกันสองแบบอยู่รวมกัน.
ด้านต้นทางของจุดแยก:
- ระบบเป็นแบบ TN-C;
- สายศูนย์ (Neutral) และสายดิน (Protective Earth) รวมเป็นสาย PEN;
- การจัดวางแบบ 3+0 เป็นจุดเริ่มต้นตามปกติ.
ด้านปลายทางของจุดแยก:
- ระบบเป็นแบบ TN-S;
- สาย N และสาย PE ต้องแยกจากกัน;
- ประเมินการใช้แบบ 4+0 หรือ 3+1 ตามโหมดการป้องกันที่ต้องการและกฎระเบียบในพื้นที่.
ห้ามสรุปประเภทของ SPD ที่ถูกต้องจากคำอธิบายของระบบสาธารณูปโภคเพียงอย่างเดียว ให้ตรวจสอบจุดติดตั้งจริงในแบบ Single-line diagram และตรวจสอบจุดที่ตัวนำ PEN แยกออกเป็นตัวนำ N และ PE.
กรอบแนวคิดการคัดเลือก 3 ขั้นตอน
ขั้นตอนที่ 1: ระบุประเภทตัวนำและการจัดวางระบบสายดิน ณ จุดติดตั้ง SPD
บันทึก:
- ว่ามีการกระจายสายนิวทรัลหรือไม่;
- ว่าตัวนำป้องกันเป็นแบบ PE หรือ PEN;
- ว่า SPD ติดตั้งอยู่ก่อนหรือหลังจุดแยก PEN;
- ว่าการติดตั้ง ณ จุดนั้นเป็นระบบ TN-C, TN-S, TT, TN-C-S หรือ IT.
ขั้นตอนนี้จะเป็นตัวกำหนดว่า 3+0, 4+0, หรือ 3+1 มีความหมายในทางไฟฟ้าหรือไม่.
ขั้นตอนที่ 2: กำหนดโหมดการป้องกันที่จำเป็น
ระบุเส้นทางความเป็นฉนวนของอุปกรณ์ที่ต้องได้รับการป้องกัน:
- สายไลน์ (Line) ต่อสายดิน (PE/PEN);
- สายศูนย์ (Neutral) ต่อสายดิน (PE);
- สายไลน์ (Line) ต่อสายศูนย์ (Neutral);
- สายไลน์ (Line) ต่อสายไลน์ (Line) ในกรณีที่เกี่ยวข้อง.
จากนั้นเปรียบเทียบข้อกำหนดเหล่านี้กับแผนผังวงจร SPD ที่ผู้ผลิตให้มา อย่าสรุปโหมดการป้องกันจากจำนวนขั้ว (Pole) เพียงอย่างเดียว.
ขั้นตอนที่ 3: ตรวจสอบข้อมูลจำเพาะของอุปกรณ์ป้องกันไฟกระชาก (SPD) ให้ครบถ้วน
หลังจากเลือกรูปแบบการเชื่อมต่อ (Topology) แล้ว ให้ตรวจสอบดังนี้:
- ประเภทที่ 1, ประเภทที่ 2 หรือประเภทผสม 1+2, โดยพิจารณาจากระดับความเสี่ยงต่อฟ้าผ่า ระบบป้องกันฟ้าผ่าภายนอก ตำแหน่งการติดตั้ง และวิธีการออกแบบที่เกี่ยวข้อง;
ยูซี, โดยให้เหมาะสมกับแรงดันไฟฟ้าต่อเนื่องสูงสุดในแต่ละโหมดการป้องกันและรูปแบบการต่อลงดิน;ขึ้น, โดยให้สอดคล้องกับระดับแรงดันไฟฟ้าทนต่อแรงกระตุ้น (Impulse withstand) ของอุปกรณ์ที่ต้องการป้องกัน;ใน,ไอแมกซ์, และในกรณีที่เกี่ยวข้องไออิมป์;- กระแสลัดวงจรที่คาดว่าจะเกิดขึ้นและพฤติกรรมการทำงานของ SPD เมื่อเกิดการลัดวงจร;
- ฟิวส์สำรองหรือเซอร์กิตเบรกเกอร์ที่จำเป็น;
- ความสามารถในการทนกระแสตามความถี่ไฟฟ้า (power-frequency follow-current) ในกรณีที่มีการใช้อุปกรณ์สวิตชิ่ง;
- ข้อกำหนดด้านการแสดงสถานะและการแจ้งเตือนระยะไกล;
- ขนาดหน้าตัดของตัวนำ แรงบิดของขั้วต่อ และระดับการป้องกันตามสภาพแวดล้อม.
สำหรับความแตกต่างของพารามิเตอร์ ให้ใช้คู่มือ VIOX เพื่อ Uc เทียบกับ Up ในอุปกรณ์ป้องกันไฟกระชาก (SPD) แล้ว Imax เทียบกับ In ใน SPD.
จำนวนโพลไม่ได้เป็นตัวกำหนดประเภทของ SPD
ข้อผิดพลาดทั่วไปในการระบุสเปกคือการสันนิษฐานว่า:
- three-pole หมายถึง Type 1;
- four-pole หมายถึง Type 2;
- หรือจำนวนโมดูลที่มากขึ้นหมายถึงพิกัดกระแสกระชากที่สูงขึ้น.
สิ่งเหล่านี้เป็นคุณลักษณะที่แยกจากกัน.
| ขนาดที่ใช้ในการเลือก | สิ่งที่อธิบาย | ตัวอย่าง |
|---|---|---|
| จำนวนขั้ว/การกำหนดค่า | ตัวนำและโหมดที่เชื่อมต่อโดย SPD | 3+0, 4+0, 3+1 |
| ประเภทของ SPD/คลาสการทดสอบ | หน้าที่ในการรับแรงดันกระชากและบทบาทในการติดตั้ง | ประเภทที่ 1, ประเภทที่ 2, ประเภทที่ 3, ประเภทที่ 1+2 |
| พิกัดแรงดันไฟฟ้า | แรงดันไฟฟ้าต่อเนื่องและระดับการป้องกัน | ยูซี, ขึ้น |
| คะแนนปัจจุบัน | ความสามารถในการคายประจุหรือกระแสกระชาก | ใน, ไอแมกซ์, ไออิมป์ |
| รูปแบบทางกล | พื้นที่การติดตั้งและวิธีการซ่อมบำรุง | ขนาดกะทัดรัด, แบบหลายโมดูล, แบบถอดเปลี่ยนได้, แบบติดตั้งถาวร |
การประกอบแบบ 3+1 สามารถเป็นประเภทที่ 1, ประเภทที่ 2 หรือประเภทที่ 1+2 แบบผสมได้ เช่นเดียวกับแบบ 3+0 และ 4+0 หากผู้ผลิตนำเสนอและผ่านการรับรองการออกแบบเหล่านั้น โปรดดู อุปกรณ์ป้องกันไฟกระชาก (SPD) ประเภทที่ 1 เทียบกับ ประเภทที่ 2 เทียบกับ ประเภทที่ 3 สำหรับการตัดสินใจจำแนกประเภทแยกต่างหาก.
รายละเอียดการติดตั้งอาจทำให้ข้อได้เปรียบของโทโพโลยีที่ถูกต้องหมดไป
แม้แต่การกำหนดค่าแบบ 3+0, 4+0 หรือ 3+1 ที่ถูกต้อง ก็อาจให้การป้องกันที่ไม่ดีหากติดตั้งอย่างไม่เหมาะสม.
รักษาความยาวของตัวนำเชื่อมต่อให้สั้นที่สุด
กระแสกระชากมีการเปลี่ยนแปลงอย่างรวดเร็ว แรงดันไฟฟ้าเหนี่ยวนำจะเกิดขึ้นตามแนวตัวนำเชื่อมต่อของอุปกรณ์ป้องกันไฟกระชาก (SPD) และเพิ่มเข้าไปในแรงดันไฟฟ้าตกค้างของ SPD ดังนั้น สายไฟที่ยาว เป็นวง หรือเดินสายไม่ดี อาจเพิ่มแรงดันไฟฟ้าที่อุปกรณ์ได้รับจริงได้.
เชื่อมต่อกับจุด PE, PEN และนิวทรัลที่ถูกต้อง
ห้ามสร้างจุดเชื่อมต่อ N-PE ที่ไม่ได้รับอนุญาตเพื่อให้การเดินสาย SPD ดูสะดวกขึ้น ในระบบ TN-C-S ตำแหน่งของการแยก PEN คือจุดกำหนดระบบ ไม่ใช่ความสะดวกในการเดินสาย.
ติดตั้งอุปกรณ์ป้องกันสำรองตามที่ระบุไว้
SPD ไม่ใช่อุปกรณ์ป้องกันกระแสเกิน ผู้ผลิตอาจกำหนดให้ต้องใช้ฟิวส์หรือเซอร์กิตเบรกเกอร์ที่ต้นทางตามค่ากระแสลัดวงจรที่คาดว่าจะเกิดขึ้นของระบบและการป้องกันที่ต้นทางที่มีอยู่เดิม.
การประสานการทำงานร่วมกับ RCD และอุปกรณ์ปลายทาง
การติดตั้ง SPD สัมพันธ์กับการป้องกันกระแสไฟฟ้ารั่วไหลส่งผลต่อการทำงานที่ผิดพลาดและการเกิดความเสียหาย ควรปฏิบัติตามกฎการติดตั้งที่เกี่ยวข้องและคำแนะนำในการประสานการทำงานจากผู้ผลิต SPD/RCD.
สำหรับความเสี่ยงในการติดตั้งเชิงปฏิบัติ โปรดดู ข้อผิดพลาดในการติดตั้งอุปกรณ์ป้องกันไฟกระชาก (SPD): ความยาวสายนำ, การต่อลงดิน, รูปแบบการเดินสาย และตัวบ่งชี้สถานะ.
ข้อผิดพลาดในการเลือกทั่วไป
ข้อผิดพลาดที่ 1: การสันนิษฐานว่าอุปกรณ์แบบ 4 โพลให้การป้องกันที่ดีกว่าเสมอ
โมดูลทางกายภาพ 4 โมดูลไม่ได้ดีกว่าโดยอัตโนมัติ หากการกำหนดค่าไม่ตรงกับระบบสายดิน โมดูลที่เพิ่มเข้ามาอาจไม่มีความจำเป็น หรือเส้นทางการป้องกันอาจไม่เหมาะสมกับโหลด.
ข้อผิดพลาดที่ 2: การมองว่าแบบ 4+0 และ 3+1 สามารถใช้แทนกันได้
ทั้งสองแบบอาจมีองค์ประกอบการป้องกัน 4 ส่วนเหมือนกัน แต่เส้นทางการเชื่อมต่อแตกต่างกัน ควรเปรียบเทียบจากแผนผังวงจร ไม่ใช่แค่ความกว้างของผลิตภัณฑ์เท่านั้น.
ข้อผิดพลาดที่ 3: การละเลยการแยกสาย PEN ในระบบ TN-C-S
ผลิตภัณฑ์ที่เหมาะสมก่อนจุดแยก ไม่ได้หมายความว่าเป็นโครงสร้างที่ถูกต้องโดยอัตโนมัติหลังจากที่สาย N และ PE แยกออกจากกันแล้ว.
ข้อผิดพลาดที่ 4: การเลือกจำนวนขั้ว (Pole) ก่อนทำการตรวจสอบ ยูซี
โครงสร้างที่ถูกต้องแต่มีแรงดันใช้งานต่อเนื่องที่ไม่เหมาะสม ยังคงสามารถทำให้เกิดการเสื่อมสภาพก่อนกำหนดหรือการป้องกันที่ไม่เพียงพอได้. ยูซี ต้องตรวจสอบสำหรับแต่ละโหมดการป้องกันและสภาวะของเครือข่าย.
ข้อผิดพลาดที่ 5: การใช้กฎโครงสร้างระบบ AC กับระบบ DC หรือระบบ IT
สตริงโซลาร์เซลล์ (PV strings), ระบบแบตเตอรี่, เครือข่าย DC แบบไม่มีการลงกราวด์ และระบบ IT แบบลงกราวด์ผ่านความต้านทาน มีพฤติกรรมของกระแสลัดวงจรและแรงดันเกินชั่วขณะที่แตกต่างกัน จึงจำเป็นต้องใช้มาตรฐานผลิตภัณฑ์และการวิเคราะห์การเลือกใช้งานที่แยกต่างหาก.
ข้อผิดพลาดที่ 6: การลืมดูแผนผังวงจรของผู้ผลิต
คำศัพท์ในแคตตาล็อกอาจมีความแตกต่างกัน แผนภาพการเชื่อมต่อและโหมดการป้องกันที่ระบุไว้ถือเป็นหลักฐานชี้ชัดว่าอุปกรณ์นั้นทำงานอย่างไร.
รายการตรวจสอบข้อมูลจำเพาะ
ก่อนอนุมัติการใช้งานอุปกรณ์ป้องกันไฟกระชาก (SPD) แบบสามเฟส ให้บันทึกข้อมูลทั้งหมดดังต่อไปนี้:
- แรงดันไฟและความถี่ของระบบ
- ระบบสายดิน ณ จุดติดตั้งจริง
- การจัดวางตัวนำ L1/L2/L3/N/PE/PEN
- รูปแบบการกำหนดค่าที่ต้องการ: 3+0, 4+0 หรือ 3+1
- เส้นทางการป้องกันแบบ Common-mode และ Differential-mode ที่ต้องการ
- ประเภทของ SPD และมาตรฐานผลิตภัณฑ์ที่เกี่ยวข้อง
ยูซีสำหรับแต่ละโหมดการป้องกันขึ้น,ใน,ไอแมกซ์, และไออิมป์ในกรณีที่สามารถประยุกต์ใช้ได้- กระแสลัดวงจรที่คาดว่าจะเกิดขึ้น
- การป้องกันสำรองที่จำเป็น
- ความสามารถในการตัดกระแสตาม (Follow-current capability) ในส่วนที่เกี่ยวข้อง
- การประสานการทำงานของอุปกรณ์ป้องกันกระแสไฟฟ้ารั่ว (RCD coordination)
- การเดินสายตัวนำเชื่อมต่อและความยาว
- การแสดงสถานะและการส่งสัญญาณระยะไกล
- แผนผังวงจรและหลักฐานการรับรองจากผู้ผลิต
หากซัพพลายเออร์ไม่สามารถจัดเตรียมแผนผังการเชื่อมต่อภายในที่ชัดเจนได้ ห้ามอนุมัติอุปกรณ์ป้องกันไฟกระชาก (SPD) โดยพิจารณาจากชื่อผลิตภัณฑ์ที่ระบุว่า “3P” หรือ “4P” เพียงอย่างเดียว.
คำตอบสุดท้าย
ใช้ SPD แบบ 3 โพล หรือ 3+0 เมื่อจุดติดตั้งมีตัวนำสามเฟสและใช้สาย PEN ร่วมกัน เช่นในระบบ TN-C หรือส่วน TN-C ของระบบ TN-C-S ในกรณีที่สาย Neutral และ PE แยกจากกัน เช่นในระบบ TN-S ให้ประเมินการใช้แบบ 4+0 และ 3+1 โดยพิจารณาจากความต้องการในการป้องกันแบบ Common-mode และ Differential-mode รวมถึงกฎระเบียบของประเทศที่เกี่ยวข้อง สำหรับระบบ TT การกำหนดค่าเริ่มต้นที่นิยมใช้คือแบบ 3+1.
ลำดับขั้นตอนการเลือกมีดังนี้:
- ระบุระบบสายดินและการจัดวางตัวนำ ณ จุดติดตั้ง.
- กำหนดโหมดการป้องกันที่ต้องการ.
- เลือกแบบ 3+0, 4+0 หรือ 3+1.
- ตรวจสอบข้อกำหนดด้านแรงดันไฟฟ้า, กระแสคายประจุ, กระแสลัดวงจร, การป้องกันสำรอง และข้อกำหนดในการติดตั้งทั้งหมด.
SPD ที่ถูกต้องไม่ใช่รุ่นที่มีจำนวนโพลมากที่สุด แต่เป็นรุ่นที่มีเส้นทางการป้องกันภายในสอดคล้องกับแรงดันไฟฟ้าที่อาจเกิดขึ้นจริงในโครงข่ายนั้นๆ.
สำหรับการประเมินผลิตภัณฑ์ ให้ตรวจสอบ กลุ่มผลิตภัณฑ์อุปกรณ์ป้องกันไฟกระชาก VIOX และโปรดระบุแผนภาพเส้นเดี่ยว (Single-line diagram), การจัดวางระบบสายดิน, แรงดันไฟฟ้าของระบบ, ตำแหน่งการติดตั้ง, บริบทของการป้องกันฟ้าผ่า และค่ากระแสลัดวงจรที่คาดการณ์ไว้ (Prospective short-circuit current).
คำถามที่ถูกถามบ่อย
อุปกรณ์ป้องกันไฟกระชาก (SPD) แบบ 4 โพล ดีกว่าแบบ 3 โพลหรือไม่?
ไม่ใช่ อุปกรณ์ป้องกันไฟกระชากแบบ 4 โพลถูกออกแบบมาเพื่อการจัดวางตัวนำที่แตกต่างกัน โดยปกติแล้ว SPD แบบ 3+0 จะเหมาะสมสำหรับจุดเชื่อมต่อระบบ TN-C ที่มีตัวนำ PEN ในขณะที่การจัดวางแบบ 4 เส้นทางอาจจำเป็นในกรณีที่สาย N และสาย PE แยกออกจากกัน ความเหมาะสมในการใช้งานมีความสำคัญมากกว่าจำนวนโพล.
อุปกรณ์ป้องกันไฟกระชากแบบ 4+0 และ 3+1 มีความแตกต่างกันอย่างไร?
โดยทั่วไป SPD แบบ 4+0 จะให้เส้นทางการป้องกันแบบ L1-PE, L2-PE, L3-PE และ N-PE ส่วน SPD แบบ 3+1 จะให้เส้นทางจำกัดแรงดันไฟฟ้าแบบ L1-N, L2-N และ L3-N รวมกับเส้นทางการสลับสัญญาณ N-PE แยกต่างหาก โปรดตรวจสอบวงจรที่แน่นอนจากผู้ผลิต.
โดยปกติแล้ว SPD แบบใดที่ใช้สำหรับระบบ TN-C?
การจัดวางแบบ 3+0 ที่เชื่อมต่อจาก L1, L2 และ L3 ไปยัง PEN เป็นจุดเริ่มต้นที่ใช้กันทั่วไป เนื่องจากระบบ TN-C ไม่มีตัวนำ N และ PE แยกจากกันในตำแหน่งดังกล่าว.
โดยปกติแล้ว SPD แบบใดที่ใช้สำหรับระบบ TN-S?
ระบบ TN-S อาจใช้การป้องกันแบบ 4+0 หรือ 3+1 ขึ้นอยู่กับโหมดการป้องกันที่ต้องการ ข้อกำหนดท้องถิ่น ความไวของอุปกรณ์ การจัดวาง RCD และการออกแบบผลิตภัณฑ์ของผู้ผลิต.
SPD แบบใดที่นิยมใช้สำหรับระบบ TT?
SPD แบบ 3+1 เป็นโซลูชันทั่วไปสำหรับระบบ TT สามเฟส ซึ่งประกอบด้วยเส้นทางการป้องกันระหว่างสายไลน์กับสายนิวทรัลสามชุด และเส้นทางการสลับระหว่างสายนิวทรัลกับสายดิน (PE) ที่ประสานการทำงานกัน.
ควรใช้อุปกรณ์ใดในระบบ TN-C-S?
ให้กำหนดตำแหน่งของ SPD โดยอ้างอิงจากจุดแยกสาย PEN ก่อนจุดแยกให้ใช้ตรรกะแบบ TN-C และโดยปกติจะประเมินเป็นแบบ 3+0 ส่วนหลังจุดแยกให้ถือว่าส่วนนั้นเป็นระบบ TN-S และประเมินเป็นแบบ 4+0 หรือ 3+1.
3P+N เหมือนกับ SPD แบบ 4 โพลหรือไม่?
ไม่จำเป็นเสมอไป แคตตาล็อกบางแห่งใช้คำอธิบายทั้งสองแบบอย่างไม่เคร่งครัดนัก แต่ 3พี+เอ็น อาจหมายถึงโครงสร้างภายในแบบ 3+1 ในขณะที่ “4P” อาจหมายถึงแบบ 4+0 ควรตรวจสอบแผนผังการเชื่อมต่อและโหมดการป้องกันเปรียบเทียบกันเสมอ.
อุปกรณ์ป้องกันไฟกระชาก (SPD) แบบ 4 โพล สามารถป้องกันไฟกระชากระหว่างเฟสต่อเฟส (Phase-to-Phase) ได้หรือไม่?
ไม่สามารถป้องกันได้โดยตรงผ่านส่วนประกอบ L-L โดยเฉพาะ การป้องกันอาจเกิดขึ้นทางอ้อมผ่านเส้นทางภายในหลายทาง แต่ระดับการป้องกันที่ได้จะขึ้นอยู่กับวงจรของ SPD นั้นๆ โปรดตรวจสอบโหมดการทำงานที่ระบุไว้และ ขึ้น ค่าพารามิเตอร์ต่างๆ แทนที่จะอนุมานว่ามีการป้องกันแบบ L-L โดยตรง.
ฉันสามารถใช้กฎการเลือกจำนวนโพลแบบเดียวกับ SPD สำหรับระบบโซลาร์เซลล์กระแสตรง (DC) ได้หรือไม่?
ไม่ได้ SPD สำหรับระบบ PV DC จะต้องเลือกโดยพิจารณาจากแรงดันไฟฟ้ากระแสตรง การต่อลงดินของแผงโซลาร์เซลล์ สภาวะความผิดพร่อง และมาตรฐานที่เกี่ยวข้อง เช่น IEC 61643-31 โดยไม่สามารถนำคำศัพท์ของระบบไฟฟ้ากระแสสลับ (AC) เช่น TN-C 3+0 มาใช้กับระบบ PV String ได้โดยตรง.
