อุปกรณ์ป้องกันไฟกระชาก DC คืออะไร และคุณจะเลือกใช้อย่างไรให้เหมาะสม?
อุปกรณ์ป้องกันไฟกระชาก DC (DC SPD) ทำหน้าที่เปลี่ยนทิศทางแรงดันไฟฟ้าเกินชั่วขณะบนบัสไฟฟ้ากระแสตรงลงสู่กราวด์ เพื่อปกป้องอินเวอร์เตอร์ เครื่องชาร์จ และแบตเตอรี่ การเลือกใช้งานต้องพิจารณาจากแรงดันไฟฟ้าต่อเนื่องสูงสุด (Ucpv) ที่ต้องสูงกว่าแรงดันไฟฟ้าในกรณีที่เลวร้ายที่สุดของระบบ เลือกประเภท Type 1 หรือ Type 2 ตามความเสี่ยงต่อฟ้าผ่า และตรวจสอบมาตรฐานที่เกี่ยวข้อง ได้แก่ IEC 61643-31 สำหรับระบบ PV และ IEC 61643-11 สำหรับระบบ EV, BESS และระบบ DC ในงานอุตสาหกรรม.
DC SPD ที่ระบุสเปกมาอย่างถูกต้องไม่สามารถใช้แทนอุปกรณ์ AC ได้ และมาตรฐานที่นำมาใช้จะขึ้นอยู่กับการใช้งานโดยสมบูรณ์ คู่มือนี้จะกำหนดพารามิเตอร์ มาตรฐาน และขอบเขตการใช้งานที่จะเป็นตัวตัดสินว่าอุปกรณ์นั้นจะปกป้องอุปกรณ์ได้อย่างน่าเชื่อถือหรือจะเกิดความล้มเหลวในการใช้งาน.
สิ่งสำคัญที่ต้องจดจำ
- ไฟฟ้ากระแสตรง (DC) ไม่เหมือนกับไฟฟ้ากระแสสลับ (AC). อาร์คไฟฟ้ากระแสตรงจะไม่ดับลงเองที่จุดแรงดันไฟฟ้าศูนย์ ดังนั้น AC SPD จึงไม่สามารถป้องกันระบบบัส DC ได้อย่างปลอดภัยและอาจเกิดความล้มเหลวที่เป็นอันตรายได้ ควรใช้อุปกรณ์ที่ได้รับการรับรองสำหรับระบบ DC และมีขนาดเหมาะสมกับแรงดันไฟฟ้าของบัสเสมอ.
- มาตรฐานจะขึ้นอยู่กับการใช้งาน. มาตรฐาน IEC 61643-31 ครอบคลุมเฉพาะฝั่ง DC ของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์และอินเวอร์เตอร์ที่มีแรงดันสูงสุดไม่เกิน 1500 V DC โดยไม่รวมถึงระบบกักเก็บพลังงานด้วยแบตเตอรี่และตัวเก็บประจุ ดังนั้นอุปกรณ์สำหรับ BESS, EV และระบบ DC ในงานอุตสาหกรรมจึงต้องเป็นไปตามมาตรฐานทั่วไป IEC 61643-11.
- ปัจจัย 5 ประการในการตัดสินใจเลือกอุปกรณ์: Ucpv, In, Imax, Iimp และ Up โดยให้ความสำคัญกับ Ucpv และ Up เป็นอันดับแรก ส่วนค่าที่เหลือคือการประสานงานทางเทคนิค.
- มาตรฐาน IEC Type ไม่เท่ากับ UL Type. ประเภทของ IEC อธิบายถึงระดับการทดสอบแรงดันเกิน (Surge test class) ในขณะที่ประเภทของ UL 1449 อธิบายถึงตำแหน่งการติดตั้งที่อนุญาตเมื่อเทียบกับจุดตัดตอนไฟฟ้า (Service disconnect).
- การติดตั้งเป็นตัวกำหนดประสิทธิภาพ. ความยาวสายไฟที่สั้น รูปแบบการเชื่อมต่อที่ถูกต้องสำหรับระบบสายดิน และการป้องกันกระแสเกินสำรอง มีความสำคัญไม่น้อยไปกว่าพิกัดของอุปกรณ์.
เหตุใดอุปกรณ์ป้องกันไฟกระชากสำหรับไฟฟ้ากระแสตรง (DC) จึงไม่เหมือนกับไฟฟ้ากระแสสลับ (AC)
ในวงจรไฟฟ้ากระแสสลับ กระแสไฟฟ้าจะผ่านจุดศูนย์ 100 หรือ 120 ครั้งต่อวินาที และอาร์คที่เกิดขึ้นระหว่างหน้าสัมผัสที่แยกออกจากกันจะดับลงโดยธรรมชาติที่จุดตัดศูนย์นั้น แต่บัสบาร์ไฟฟ้ากระแสตรงจะไม่ผ่านจุดศูนย์ เมื่อเกิดอาร์คขึ้นภายในอุปกรณ์ที่กำลังเสื่อมสภาพ surge protective device (อุปกรณ์ป้องกันไฟกระชาก), อาร์คจะคงอยู่ต่อไปจนกว่าจะมีสิ่งใดมาขัดขวางเส้นทางพลังงาน ความแตกต่างทางกายภาพเพียงประการเดียวนี้เป็นตัวกำหนดการออกแบบอุปกรณ์ป้องกันไฟกระชาก (SPD) สำหรับไฟฟ้ากระแสตรงทั้งหมด กล่าวคือ วาริสเตอร์ชนิดโลหะออกไซด์ (MOV) จะต้องทนต่อแรงดันไฟฟ้าทิศทางเดียวอย่างต่อเนื่องแทนที่จะเป็นแรงดันไฟฟ้าสลับ และอุปกรณ์จำเป็นต้องมีกลไกการตัดวงจรหรือกลไกดับอาร์คสำหรับไฟฟ้ากระแสตรงในตัว ซึ่งเป็นสิ่งที่อุปกรณ์สำหรับไฟฟ้ากระแสสลับไม่มีให้.
ผลลัพธ์ในทางปฏิบัติมีความชัดเจน การติดตั้ง SPD สำหรับไฟฟ้ากระแสสลับบนสตริงโซลาร์เซลล์ บัสบาร์แบตเตอรี่ หรือเอาต์พุตของเครื่องชาร์จเร็วแบบกระแสตรง ไม่เพียงแต่ให้ประสิทธิภาพที่ไม่เหมาะสมเท่านั้น แต่ยังเป็นความเสี่ยงต่อการเกิดอัคคีภัยอีกด้วย พิกัดแรงดันไฟฟ้า คุณสมบัติทางเคมีของ MOV และพฤติกรรมการตัดวงจรเมื่อสิ้นสุดอายุการใช้งาน ทั้งหมดถูกสร้างขึ้นโดยอ้างอิงจากรูปคลื่นของไฟฟ้ากระแสสลับ ซึ่งวงจรไฟฟ้ากระแสตรงไม่มีทางเกิดขึ้น.
มาตรฐานที่นำมาใช้จริง
ข้อผิดพลาดในการระบุสเปกที่พบบ่อยที่สุดในการป้องกันไฟกระชากสำหรับไฟฟ้ากระแสตรง คือการใช้มาตรฐานที่ไม่ถูกต้องกับงานนั้นๆ ตารางด้านล่างนี้ได้กำหนดขอบเขตไว้อย่างแม่นยำ.
| มาตรฐาน | ขอบเขต | ใช้สำหรับ |
|---|---|---|
| มอก.61643-31 | ข้อกำหนดและวิธีการทดสอบสำหรับ SPD ที่ด้านไฟฟ้ากระแสตรงของระบบโซลาร์เซลล์ ≤ 1500 V DC | แผงโซลาร์เซลล์และอินพุตไฟฟ้ากระแสตรงของอินเวอร์เตอร์ เพียไม่รวมถึงระบบกักเก็บพลังงานด้วยแบตเตอรี่และตัวเก็บประจุ |
| IEC 61643-32 | หลักการคัดเลือกและการประยุกต์ใช้งานอุปกรณ์ป้องกันไฟกระชาก (SPD) สำหรับระบบโซลาร์เซลล์ (การประเมินความเสี่ยง, การต่อลงดิน, การประสานการทำงาน) | การออกแบบและการจัดวางระบบโซลาร์เซลล์ |
| มอก.61643-11 | ข้อกำหนดทั่วไปและวิธีการทดสอบสำหรับอุปกรณ์ป้องกันไฟกระชากในระบบไฟฟ้าแรงดันต่ำ (≤ 1000 V AC / 1500 V DC) | ระบบไฟฟ้ากระแสตรงสำหรับสถานีชาร์จรถยนต์ไฟฟ้า, ระบบกักเก็บพลังงานแบตเตอรี่ (BESS), ระบบไฟฟ้ากระแสตรงในงานอุตสาหกรรมและโทรคมนาคม |
| ม.ล.1449 | มาตรฐานความปลอดภัยของอเมริกาเหนือสำหรับอุปกรณ์ป้องกันไฟกระชาก | อุปกรณ์ป้องกันไฟกระชาก (SPD) ทั้งระบบ AC และ DC ที่จำหน่ายในตลาดภายใต้การกำกับดูแลของ UL |
ข้อยกเว้นที่ระบุไว้ในมาตรฐาน IEC 61643-31 เป็นรายละเอียดที่คู่มือส่วนใหญ่มักมองข้าม นั่นคือ อุปกรณ์ที่ “สอดคล้องกับมาตรฐาน IEC 61643-31” นั้นผ่านการรับรองสำหรับเครื่องกำเนิดไฟฟ้าโซลาร์เซลล์ (PV generator) เท่านั้น ไม่รวมถึงชุดแบตเตอรี่ที่อยู่ข้างเคียง คุณสามารถตรวจสอบขอบเขตได้โดยตรงใน รายการมาตรฐาน IEC 61643-31. จากนั้นมาตรฐาน IEC 61643-32 จะเป็นตัวกำหนด ยังไง การเลือกและติดตั้งอุปกรณ์ป้องกันไฟกระชาก (SPD) สำหรับระบบ PV ซึ่งครอบคลุมถึงการประเมินความเสี่ยง ผลกระทบของการต่อลงดินของระบบที่มีต่อรูปแบบการเชื่อมต่อ และแผนการป้องกันที่ประสานสัมพันธ์กัน.
หมายเหตุเกี่ยวกับหมายเลขประเภท (Type). อุปกรณ์ IEC Type 1 จะถูกทดสอบด้วยกระแสอิมพัลส์ 10/350 µs (Iimp) ซึ่งจำลองการถูกฟ้าผ่าโดยตรง ส่วน IEC Type 2 จะถูกทดสอบด้วยกระแสคายประจุระบุ 8/20 µs (In) ซึ่งแสดงถึงแรงดันเกินที่เกิดจากการเหนี่ยวนำและการสวิตชิ่ง ในขณะที่มาตรฐาน UL 1449 ใช้ตัวเลขเดียวกันแต่มีความหมายต่างกันโดยสิ้นเชิง โดย UL Type 1 สามารถติดตั้งที่ด้านแหล่งจ่ายของอุปกรณ์ตัดตอน (service disconnect) โดยไม่ต้องมีอุปกรณ์ป้องกันกระแสเกินภายนอก ส่วน UL Type 2 จะติดตั้งที่ด้านโหลด และ UL Type 3 เป็นอุปกรณ์สำหรับจุดใช้งาน เมื่อต้องจัดหาอุปกรณ์ข้ามตลาดระหว่าง IEC และ UL โปรดตรวจสอบการกำหนดประเภททั้งสองมาตรฐานให้ชัดเจน โดยการเปรียบเทียบ มาตรฐานอุปกรณ์ป้องกันไฟกระชาก — IEC 61643 เทียบกับ UL 1449 เทียบกับ GB 18802 จะแสดงความสอดคล้องของมาตรฐานเหล่านี้ไว้.
พารามิเตอร์หลักในการเลือกใช้งาน
ค่าพิกัด 5 ประการที่เป็นตัวกำหนดว่า DC SPD จะสามารถใช้งานได้จริงและปกป้องโหลดได้อย่างมีประสิทธิภาพหรือไม่ โปรดอ่านตามลำดับดังนี้.
| พารามิเตอร์ | เครื่องหมาย | ความหมาย | Selection rule |
|---|---|---|---|
| แรงดันใช้งานต่อเนื่องสูงสุด | Uc / Ucpv | แรงดันไฟฟ้ากระแสตรงคงที่สูงสุดที่ SPD สามารถทนได้โดยไม่มีกำหนดเวลา | ≥ แรงดันไฟฟ้าของระบบในกรณีที่เลวร้ายที่สุด สำหรับระบบโซลาร์เซลล์ (PV) ค่ามาตรฐานที่นิยมใช้คือ Ucpv ≥ 1.2 × Voc ของแผงโซลาร์เซลล์ ที่อุณหภูมิหน้างานที่ต่ำที่สุด |
| กระแสไฟดิสชาร์จปกติ | ใน | กระแสกระชาก 8/20 µs ที่อุปกรณ์ป้องกันไฟกระชาก (SPD) สามารถทนได้ซ้ำๆ | ให้สอดคล้องกับความถี่ของกระแสกระชากเหนี่ยวนำที่คาดการณ์ไว้ (โดยทั่วไปคือ 20 kA) |
| กระแสคายประจุสูงสุด | ไอแมกซ์ | กระแสกระชาก 8/20 µs สูงสุดที่อุปกรณ์ประเภท Type 2 สามารถรองรับได้ | เผื่อค่ากระแสไว้สูงกว่าค่า In สำหรับพื้นที่ที่มีความเสี่ยงสูง |
| กระแสอิมพัลส์ (Impulse current) | ไออิมป์ | ประจุจากฟ้าผ่าโดยตรง 10/350 µs สำหรับอุปกรณ์ประเภท Type 1 | จำเป็นต้องมีในกรณีที่มีระบบป้องกันฟ้าผ่า โดยค่าประมาณ 12.5 kA ต่อโพล สามารถครอบคลุมระบบส่วนใหญ่ได้เกือบทั้งหมด |
| ระดับการป้องกันแรงดันไฟฟ้า | ขึ้น | แรงดันไฟฟ้าที่ผ่านขั้วต่อในระหว่างเกิดไฟกระชาก | ต่ำกว่าแรงดันไฟฟ้าทนต่อแรงกระตุ้นของอุปกรณ์ที่ได้รับการป้องกันอย่างน้อย 20% |
พารามิเตอร์สองตัวที่วิศวกรมักเข้าใจผิดบ่อยที่สุดคือ Ucpv—ซึ่งเป็น แรงดันไฟฟ้าใช้งานต่อเนื่องสูงสุด—และ Up หากตั้งค่า Ucpv ต่ำเกินไป อุปกรณ์จะมองว่าแรงดันไฟฟ้าขณะทำงานปกติเป็นความผิดปกติ ส่งผลให้เกิดความร้อนสูงเกินและเสื่อมสภาพก่อนเวลาอันควร กับดักในระบบ PV คืออุณหภูมิ: แรงดันไฟฟ้าวงจรเปิดของโมดูล จะเพิ่มขึ้น เมื่อเซลล์เย็นลง ดังนั้นแรงดันไฟฟ้าของแผงโซลาร์เซลล์ในกรณีที่เลวร้ายที่สุดจะเกิดขึ้นในตอนเช้าที่อากาศเย็นและท้องฟ้าแจ่มใส ไม่ใช่ที่ค่าพิกัดตามป้ายชื่อ หากตั้งค่า Up สูงเกินไป ไฟกระชากจะผ่านไปยังอุปกรณ์ที่ฉนวนไม่สามารถทนทานได้ ในกรณีที่ In และ Imax ถูกนำมาปะปนกัน คู่มือนี้สำหรับ การเปรียบเทียบค่าพิกัด Imax กับ In จะช่วยอธิบายความแตกต่างระหว่างการทำงานซ้ำๆ กับการทำงานแบบครั้งเดียวให้ชัดเจนขึ้น.
การเลือกใช้งานตามความเหมาะสมของแต่ละประเภท
โซลาร์ PV
ระบบโซลาร์เซลล์ (PV) เป็นเพียงหนึ่งในสี่ประเภทการใช้งานที่ครอบคลุมโดยมาตรฐาน IEC 61643-31 และ 61643-32 อย่างสมบูรณ์ โดยปกติอุปกรณ์จะเป็นประเภท Type 2 ซึ่งติดตั้งไว้ที่ กล่องรวมสาย DC และที่จุดรับไฟกระแสตรงของอินเวอร์เตอร์เพื่อจำกัดแรงดันเกินที่เกิดจากการเหนี่ยวนำและการสวิตช์ ในกรณีที่หน้างานมีระบบป้องกันฟ้าผ่าภายนอกหรือมีความเสี่ยงต่อการถูกฟ้าผ่าโดยตรง โดยเฉพาะแผงโซลาร์เซลล์ที่ติดตั้งบนพื้นดิน จำเป็นต้องใช้อุปกรณ์ประเภท Type 1 (หรือแบบผสม Type 1+2) ที่ฝั่งกระแสตรง การตัดสินใจสองประการที่มีความเฉพาะสำหรับระบบ PV คือ การกำหนดขนาด Ucpv ให้รองรับแรงดันไฟฟ้าที่เพิ่มขึ้นจากอุณหภูมิที่ลดลงตามที่กล่าวไว้ข้างต้น และการเลือกโหมดการเชื่อมต่อจาก การต่อลงดินของแผงโซลาร์เซลล์. ระบบที่ไม่มีการต่อลงดิน (Floating/IT) มักต้องใช้อุปกรณ์แบบสามขั้ว (+ / − / PE) ในรูปแบบ Y-configuration ส่วนระบบที่มีการต่อลงดินที่ขั้วใดขั้วหนึ่งมักใช้แบบสองขั้ว (Active / PE) แต่ต้องตรวจสอบสถานการณ์การเกิดฟอลต์ก่อนเสมอ ขั้นตอนการทำงานที่สมบูรณ์สำหรับฝั่ง PV ได้ระบุไว้ในคู่มือ VIOX เรื่อง การเลือก SPD ที่เหมาะสมสำหรับระบบพลังงานแสงอาทิตย์.
การชาร์จ EV
เครื่องชาร์จรถยนต์ไฟฟ้าแบบเร็ว (DC Fast Charger) เป็นสภาพแวดล้อมแบบผสมผสาน ประกอบด้วยแหล่งจ่ายไฟกระแสสลับ (AC), บัสเอาต์พุตกระแสตรงแรงดันสูง (DC), และสายสัญญาณสื่อสารรวมถึงสายวัดค่า ทั้งหมดนี้อยู่ในตู้ภายนอกอาคารที่เสี่ยงต่อฟ้าผ่าและสัญญาณรบกวนจากโครงข่ายไฟฟ้า ดังนั้นการป้องกันจึงต้องเป็นแบบหลายชั้นไม่ใช่จุดเดียว ฝั่งอินพุต AC จะใช้ AC SPD ประเภท Type 1 หรือ Type 2 ส่วนบัสเอาต์พุต DC จะใช้ DC SPD ที่มีพิกัดแรงดันไฟฟ้าตรงกับเครื่องชาร์จ (โดยทั่วไปสูงสุดประมาณ 1000 V) และสายสัญญาณสื่อสารจะใช้ SPD สำหรับสัญญาณที่ตรงกับอินเทอร์เฟซนั้นๆ การป้องกันระบบ DC สำหรับรถยนต์ไฟฟ้าเป็นไปตามมาตรฐาน IEC 61643-11 ไม่ใช่ 61643-31 เนื่องจากบัส DC ของเครื่องชาร์จไม่ใช่เครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบ PV โดยรายละเอียดของแผนผังการป้องกันไฟกระชากและฟิวส์สำหรับอุปกรณ์เหล่านี้ได้ระบุไว้ใน คู่มือการป้องกันสำหรับเครื่องชาร์จเร็วแบบกระแสตรง (DC Fast Charger).
ระบบกักเก็บพลังงานด้วยแบตเตอรี่ (BESS)
นี่คือจุดที่ขอบเขตของมาตรฐานมีความซับซ้อนที่สุด เนื่องจากมาตรฐาน IEC 61643-31 ไม่ครอบคลุมถึงระบบกักเก็บพลังงาน อุปกรณ์ป้องกันไฟกระชาก (SPD) สำหรับระบบ BESS แบบกระแสตรงจึงต้องผ่านการรับรองตามมาตรฐาน IEC 61643-11 ความแตกต่างทางวิศวกรรมนี้ไม่ใช่เพียงเรื่องของระเบียบปฏิบัติ แต่เนื่องจากชุดแบตเตอรี่เป็นแหล่งจ่ายพลังงานที่มีค่าความต้านทานต่ำและมีพลังงานสูง ซึ่งมีกระแสลัดวงจรที่คาดการณ์ไว้สูงมาก ในขณะที่แผงโซลาร์เซลล์ (PV) เป็นแหล่งจ่ายที่มีการจำกัดกระแส ดังนั้น อุปกรณ์ SPD ที่ติดตั้งบนบัสบาร์ของแบตเตอรี่จึงต้องมีความสามารถในการตัดกระแสไหลตาม (Follow-current) ที่เพียงพอ และต้องมีอุปกรณ์ป้องกันกระแสเกินสำรองที่มีขนาดเหมาะสม มิฉะนั้นความผิดปกติที่เริ่มต้นจากเหตุการณ์ไฟกระชากอาจลุกลามรุนแรงขึ้นได้ โปรดระบุค่าความทนทานต่อกระแสลัดวงจรและฟิวส์สำรองที่แนะนำจากเอกสารข้อมูลทางเทคนิคของอุปกรณ์ อย่าทึกทักเอาเองว่าอุปกรณ์ที่ออกแบบมาสำหรับระบบ PV จะสามารถนำมาใช้กับตู้แบตเตอรี่แรงดัน 1500 V ได้ สำหรับการประสานงานด้านการป้องกันระบบกระแสตรง กระแสสลับ และสัญญาณของระบบกักเก็บพลังงาน โปรดดูที่ คู่มือการเลือกอุปกรณ์ป้องกันไฟกระชากสำหรับระบบ BESS.
ระบบกระแสตรงสำหรับงานอุตสาหกรรมและโทรคมนาคม
ระบบกระแสตรงในงานอุตสาหกรรมครอบคลุมถึงระบบควบคุม, ไดรฟ์กระแสตรง (DC Drives), ตู้ PLC และบัสบาร์โทรคมนาคม เช่น -48 V รวมถึงแรงดันควบคุมกระแสตรงที่สูงกว่าอย่าง 110 V และ 220 V ซึ่งทั้งหมดนี้อยู่ภายใต้มาตรฐาน IEC 61643-11 ข้อผิดพลาดที่พบบ่อยคือการเลือก SPD ตามป้ายกำกับ “DC” ทั่วไป แทนที่จะเลือกตามแรงดันบัสจริงและความต้องการด้านความต่อเนื่องของระบบ ให้เลือกค่า Uc ให้ตรงกับรางจ่ายไฟนั้นๆ ใช้ SPD ประเภท Type 2 สำหรับการจ่ายไฟภายในอาคารทั่วไป และใช้ Type 1 เฉพาะในจุดที่สายส่งมีความเสี่ยงต่อการถูกฟ้าผ่าโดยตรงเท่านั้น.
| โปรแกรม | แรงดันไฟฟ้ากระแสตรงสูงสุด | มาตรฐานที่ควบคุม | ประเภทของอุปกรณ์ป้องกันไฟกระชาก (SPD) ทั่วไป | ข้อควรพิจารณาทางวิศวกรรมที่สำคัญ |
|---|---|---|---|---|
| โซลาร์ PV | 1000–1500 โวลต์ | IEC 61643-31 + -32 | ประเภท 2; ประเภท 1+2 สำหรับระบบที่มีระบบป้องกันฟ้าผ่า (LPS) | ค่า Ucpv เทียบกับการเพิ่มขึ้นของแรงดันไฟฟ้าวงจรเปิด (Voc) ในอุณหภูมิต่ำ; รูปแบบการเชื่อมต่อ; การดับอาร์คไฟฟ้ากระแสตรง |
| การชาร์จรถยนต์ไฟฟ้า (DC แบบเร็ว) | สูงสุดประมาณ 1000 โวลต์ | มอก.61643-11 | Type 2 สำหรับ DC; Type 1/2 สำหรับ AC | การป้องกันแบบหลายชั้นสำหรับ AC + DC + สัญญาณ; สำหรับการติดตั้งภายนอกอาคาร |
| ระบบกักเก็บพลังงานแบตเตอรี่ (BESS) | แรงดันไฟฟ้าสูงสุด 1500 V | มาตรฐาน IEC 61643-11 (ไม่ใช่ -31) | Type 2 / Type 1+2 | กระแสลัดวงจรที่คาดการณ์ไว้สูง; กระแสตาม (follow-current) และอุปกรณ์ป้องกันกระแสเกินสำรอง (backup OCPD) |
| ระบบ DC สำหรับงานอุตสาหกรรม / โทรคมนาคม | 48–1500 V | มอก.61643-11 | Type 2 (Type 1 หากติดตั้งในจุดที่สัมผัสกับสภาพอากาศภายนอก) | เลือกค่า Uc ให้เหมาะสมกับแรงดันไฟฟ้าของระบบ และตรวจสอบความต่อเนื่องของการควบคุม |
การติดตั้งและการประสานการทำงาน
อุปกรณ์ที่เลือกมาอย่างถูกต้องอาจทำงานได้ไม่เต็มประสิทธิภาพหากเดินสายไม่ดี กลไกการสูญเสียหลักคือค่าความเหนี่ยวนำของสายนำสัญญาณ (Lead Inductance): ในระหว่างที่เกิดไฟกระชากแบบเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว แม้แต่สายเชื่อมต่อที่มีความยาวเพียงเล็กน้อยก็อาจเกิดแรงดันไฟฟ้าเหนี่ยวนำที่สูงมาก ซึ่งจะไปเพิ่มค่า Up ให้สูงขึ้น ควรเก็บความยาวรวมของสายเชื่อมต่อให้สั้นที่สุด โดยควรน้อยกว่า 0.5 เมตร ในกรณีที่มีการติดตั้ง SPD แบบลดหลั่นกัน (เช่น Type 1 ที่ต้นทาง และ Type 2 ใกล้กับอินเวอร์เตอร์) ควรเว้นระยะห่างของสายเคเบิลระหว่างอุปกรณ์อย่างน้อย 10 เมตร หรือติดตั้งตัวเหนี่ยวนำแยกส่วน (Decoupling Inductor) ขนาดประมาณ 15 µH เพื่อให้อุปกรณ์ทั้งสองทำงานประสานกันแทนที่จะรบกวนกันเอง.
จัดเตรียมอุปกรณ์ป้องกันกระแสเกินสำรอง เช่น ฟิวส์หรือเบรกเกอร์ โดยเลือกขนาดตามเอกสารข้อมูลของ SPD เพื่อให้อุปกรณ์ตัดการทำงานได้อย่างปลอดภัยเมื่อหมดอายุการใช้งาน และตรวจสอบให้แน่ใจว่ามีการต่อลงดินที่มีค่าความต้านทานต่ำ เนื่องจากระบบสายดินที่ไม่ดีจะทำให้ SPD ทำงานไม่ได้ผลและเพิ่มความเสี่ยงต่อแรงดันไฟฟ้าสัมผัส ในตู้รวมไฟ PV นั้น SPD จะทำงานร่วมกับอุปกรณ์ตัดตอนและอุปกรณ์ป้องกันกระแสเกิน ไม่ใช่ทำหน้าที่แทนกัน โดยการแบ่งหน้าที่ของอุปกรณ์เหล่านี้ได้ระบุไว้ใน อธิบายการป้องกันระบบไฟฟ้ากระแสตรง (DC) ในโซลาร์เซลล์: MCB, ฟิวส์ และ SPD เทียบกับ RCD, และขอบเขตระหว่างการตัดแยก (Isolation) กับการตัดวงจร (Interruption) ในการเปรียบเทียบ VIOX ของ อุปกรณ์ตัดแยกไฟฟ้ากระแสตรง (DC isolators) เทียบกับเซอร์กิตเบรกเกอร์ไฟฟ้ากระแสตรง (DC circuit breakers).
การบำรุงรักษาและอายุการใช้งาน
อุปกรณ์ป้องกันไฟกระชาก (SPD) สำหรับไฟฟ้ากระแสตรงคือ อุปกรณ์ที่ยอมสละตัวเอง (sacrificial component): ไฟกระชากแต่ละครั้งที่อุปกรณ์ดูดซับจะทำให้อายุการใช้งานลดลงเล็กน้อย อุปกรณ์คุณภาพสูงส่วนใหญ่จะมีหน้าต่างแสดงสถานะแบบมองเห็นได้ โดยสีเขียวหมายถึงสถานะปกติ และสีแดงหมายถึงหมดอายุการใช้งาน และหลายรุ่นใช้ตลับแบบถอดเปลี่ยนได้ (pluggable cartridge) ทำให้สามารถเปลี่ยนโมดูลที่เสื่อมสภาพได้โดยไม่ต้องเดินสายไฟใหม่ ควรตรวจสอบตัวบ่งชี้ตามกำหนดเวลาอย่างสม่ำเสมอ และเปลี่ยนตลับใหม่เมื่อตัวบ่งชี้แจ้งเตือน หลังจากเกิดเหตุการณ์ไฟกระชากหรือฟ้าผ่าครั้งใหญ่ หรือเมื่อครบอายุการใช้งานตามที่ระบุไว้ โดยทั่วไปอายุการใช้งานจะอยู่ที่ประมาณ 10–15 ปีในสภาพแวดล้อมทั่วไป และสั้นกว่านั้นในพื้นที่ที่มีฟ้าผ่าบ่อยครั้ง ให้ยึดถือตัวบ่งชี้เป็นเกณฑ์ตัดสินหลักแทนการนับตามปฏิทิน.
คำถามที่พบบ่อย
ฉันสามารถใช้ SPD สำหรับไฟฟ้ากระแสสลับ (AC) ในวงจรไฟฟ้ากระแสตรง (DC) ได้หรือไม่?
ไม่ได้ เนื่องจากอาร์กไฟฟ้ากระแสตรงจะไม่ดับลงเองที่จุดตัดศูนย์ (zero-crossing) ดังนั้นอุปกรณ์ที่ไม่มีคุณสมบัติในการตัดวงจรสำหรับไฟฟ้ากระแสตรงอาจเกิดความล้มเหลวที่เป็นอันตรายได้ ควรใช้ SPD สำหรับไฟฟ้ากระแสตรงที่ได้รับการจัดอันดับแรงดันไฟฟ้าให้เหมาะสมกับแรงดันบัสเสมอ.
มาตรฐาน IEC 61643-31 ครอบคลุมถึงระบบกักเก็บพลังงานด้วยแบตเตอรี่หรือไม่
ไม่ครอบคลุม โดยมาตรฐานนี้ใช้เฉพาะกับฝั่ง DC ของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์และอินเวอร์เตอร์ที่มีแรงดันสูงสุดไม่เกิน 1500 V DC เท่านั้น ส่วนระบบกักเก็บพลังงานด้วยแบตเตอรี่และตัวเก็บประจุจะถูกยกเว้นไว้อย่างชัดเจน ดังนั้นอุปกรณ์ป้องกันไฟกระชาก (SPD) สำหรับระบบ BESS ฝั่ง DC จึงต้องผ่านการรับรองตามมาตรฐานทั่วไป IEC 61643-11.
ควรใช้ Type 1 หรือ Type 2 สำหรับระบบโซลาร์เซลล์
ให้ใช้ Type 2 ที่กล่องรวมสาย (Combiner Box) และอินเวอร์เตอร์ฝั่ง DC เพื่อป้องกันไฟกระชากจากการเหนี่ยวนำและการสวิตชิ่ง และให้เพิ่ม Type 1 (หรือ Type 1+2) ในกรณีที่มีระบบป้องกันฟ้าผ่าภายนอกหรือมีความเสี่ยงต่อการถูกฟ้าผ่าโดยตรง การจำแนกความแตกต่างระหว่าง Type 1, Type 2 และ Type 3 อธิบายถึงคลาสการทดสอบที่อยู่เบื้องหลังแต่ละประเภท.
ฉันจะกำหนดค่า Ucpv สำหรับแผงโซลาร์เซลล์ได้อย่างไร
ให้เลือกขนาดที่สูงกว่าแรงดันไฟฟ้าวงจรเปิด (Open-circuit voltage) ในกรณีที่เลวร้ายที่สุดของแผง เนื่องจากค่า Voc ของโมดูลจะสูงขึ้นเมื่ออุณหภูมิลดลง จึงควรใช้อุณหภูมิแวดล้อมที่ต่ำที่สุดที่คาดว่าจะเกิดขึ้น โดยมีหลักการทั่วไปคือ Ucpv ≥ 1.2 × ค่า Voc ของแผงที่สภาวะมาตรฐาน (STC).
อุปกรณ์ป้องกันไฟกระชาก (SPD) สำหรับไฟฟ้ากระแสตรงแบบ 2 ขั้ว หรือ 3 ขั้ว?
ขึ้นอยู่กับการต่อลงดิน ระบบที่ไม่มีการต่อลงดิน (IT) มักต้องใช้แบบ 3 ขั้ว (+ / − / PE) ส่วนระบบที่มีการต่อลงดินที่ขั้วใดขั้วหนึ่งมักใช้แบบ 2 ขั้ว หลังจากตรวจสอบพฤติกรรมการเกิดฟอลต์แล้ว.
สำหรับข้อมูลจำเพาะของ DC SPD, ตัวเลือกประเภท Type 1, Type 2 และ Type 1+2 รวมถึงเอกสารมาตรฐาน IEC/UL สำหรับงานระบบ PV, EV, BESS และงานไฟฟ้ากระแสตรงในภาคอุตสาหกรรม โปรดดูที่ กลุ่มผลิตภัณฑ์อุปกรณ์ป้องกันไฟกระชาก VIOX สำหรับไฟฟ้ากระแสตรงและกระแสสลับ.
