การป้องกันไฟกระชากสำหรับ PLC: แหล่งจ่ายไฟ AC, 24 VDC, สาย I/O และสายเครือข่าย

การป้องกันไฟกระชากสำหรับ PLC เริ่มต้นจากการระบุเส้นทางนำไฟฟ้าทุกเส้นที่ข้ามขอบเขตของตู้ควบคุมหรือโซนป้องกัน ได้แก่ ไฟฟ้า AC ขาเข้า, ไฟเลี้ยง 24 VDC, I/O แบบดิจิทัลและแบบอะนาล็อก, การสื่อสารผ่านสายทองแดง, ชิลด์สายเคเบิล, เสาอากาศ และสายดินป้องกัน อุปกรณ์ป้องกันไฟกระชาก (SPD) ที่จุดรับไฟเข้าตู้จะช่วยจำกัดแรงดันไฟฟ้าชั่วขณะบนเส้นทางจ่ายไฟนั้น แต่อุปกรณ์ดังกล่าวไม่ได้ป้องกันการเดินสายภาคสนามหรือพอร์ตสื่อสารโดยอัตโนมัติ.

ผลลัพธ์ที่ถูกต้องไม่ใช่ชุดอุปกรณ์สามตัวแบบครอบจักรวาล แต่เป็นการออกแบบทีละพอร์ตซึ่งอุปกรณ์ป้องกันแต่ละตัวต้องเข้ากันได้กับการทำงานปกติ จำกัดโหมดไฟกระชากที่เกี่ยวข้องให้อยู่ในระดับที่ประสานกับอุปกรณ์ มีเส้นทางคายประจุที่เชื่อถือได้ และสามารถตรวจสอบและจัดทำเอกสารได้หลังการติดตั้ง.

สิ่งสำคัญที่ต้องจดจำ

• วาดขอบเขตของ PLC ก่อนเลือกใช้ SPD. รวมถึงระบบไฟฟ้า, I/O ภาคสนาม, เครือข่ายสายทองแดง, ชิลด์, เสาอากาศภายนอก และจุดอ้างอิงสายดินระยะไกลทุกจุด.
• แยกภูมิคุ้มกันของอุปกรณ์ออกจากประสิทธิภาพของ SPD. IEC 61000-4-5 กำหนดวิธีการทดสอบภูมิคุ้มกันต่อไฟกระชากที่ทำซ้ำได้ ส่วนมาตรฐานผลิตภัณฑ์ IEC 61643 กำหนดข้อกำหนดสำหรับกลุ่มผลิตภัณฑ์ SPD ที่เกี่ยวข้อง ทั้งสองมาตรฐานนี้ไม่สามารถใช้ทดแทนกันได้.
• ให้ถือว่าระบบไฟฟ้า AC, ระบบไฟฟ้า DC และเครือข่ายสัญญาณเป็นอินเทอร์เฟซที่แตกต่างกัน. อุปกรณ์เหล่านี้ใช้ตัวแปรในการเลือกที่แตกต่างกันและอาจอยู่ภายใต้ส่วนต่างๆ ของอนุกรมมาตรฐาน IEC 61643.
• อย่ากำหนดค่ามาตรฐานสากลให้กับ PLC ทุกเครื่อง. แรงดันไฟฟ้าขณะทำงานที่ยอมรับได้, ภูมิคุ้มกันต่อไฟกระชาก, ระดับการป้องกัน, กระแสโหลด, แบนด์วิดท์ และการต่อลงดิน ขึ้นอยู่กับ PLC, แหล่งจ่ายไฟ, โมดูล I/O, เครือข่าย และโครงการนั้นๆ โดยเฉพาะ.
• ดำเนินการทดสอบการทำงานของเส้นทางทั้งหมดให้สมบูรณ์. หมายเลขชิ้นส่วนที่ถูกต้องไม่สามารถชดเชยการขาดการป้องกันที่ทางเข้าสายเคเบิล, อุปกรณ์ป้องกันสัญญาณที่ไม่เข้ากัน หรือเส้นทางการเชื่อมต่อประสานที่มีประสิทธิภาพต่ำได้.

เริ่มต้นด้วยขอบเขตการป้องกัน PLC

PLC CPU เป็นเพียงองค์ประกอบหนึ่งภายในระบบที่ได้รับการป้องกัน แหล่งจ่ายไฟ, โมดูล I/O, รีโมท I/O, เซนเซอร์, แอคชูเอเตอร์, ส่วนต่อประสานระหว่างมนุษย์กับเครื่องจักร (HMI), สวิตช์อุตสาหกรรม และเกตเวย์การสื่อสาร อาจเชื่อมต่อกับสภาพแวดล้อมทางไฟฟ้าที่แตกต่างกัน ดังนั้นแรงดันไฟฟ้าชั่วขณะจึงสามารถเข้าถึงระบบควบคุมได้โดยไม่ต้องผ่านทางเข้า AC ของตู้ควบคุม.

สร้างภาพวาดขอบเขตโดยมีตู้ควบคุมเป็นศูนย์กลาง เพิ่มสายเคเบิลทุกเส้นที่ข้ามขอบเขตและทำเครื่องหมายจุดปลายทางระยะไกล สายเคเบิลที่ต่อไปยังเครื่องส่งสัญญาณภายนอกอาคาร, อาคารหลังที่สอง, ศูนย์ควบคุมมอเตอร์ หรือเครื่องจักรที่มีการต่อลงดินแยกต่างหาก จำเป็นต้องได้รับการตรวจสอบความเสี่ยงที่แตกต่างจากสายแพตช์ภายในระยะสั้น.

สำหรับแต่ละเส้นทาง ให้ตั้งคำถามสี่ข้อดังนี้:

1. แรงดันไฟฟ้า, กระแสไฟฟ้า, ความถี่ และสัญญาณข้อมูลใดบ้างที่เกิดขึ้นระหว่างการทำงานปกติ?
2. เส้นทางกระแสไฟกระชากแบบ differential-mode และ common-mode ใดบ้างที่มีความเป็นไปได้ที่ขอบเขตนี้?
3. ข้อมูลความทนทานหรือการทนต่อแรงดันไฟฟ้าใดที่ระบุไว้สำหรับอุปกรณ์และพอร์ตที่เชื่อมต่อ?
4. กระแสไฟกระชากที่ถูกเบี่ยงเบนไปจะสามารถไหลกลับได้ที่ไหนโดยไม่ทำให้เกิดแรงดันไฟฟ้าที่เป็นอันตรายข้ามอินเทอร์เฟซอื่น?

ภาพวาดขอบเขตเป็นเพียงแนวคิดเท่านั้น ไม่ใช่แผนผังการเดินสายระดับขั้วต่อ และไม่สามารถใช้แทนคำแนะนำอุปกรณ์ที่ถูกต้องหรือแบบไฟฟ้าของโครงการได้.

เมทริกซ์การป้องกันพอร์ต PLC

ใช้เมทริกซ์นี้ก่อนทำการร้องขอผลิตภัณฑ์ แถวที่มีข้อมูลนำเข้าไม่ครบถ้วนถือเป็นการตัดสินใจทางวิศวกรรมที่ยังไม่เสร็จสิ้น ไม่ใช่การอนุญาตให้เลือกอุปกรณ์ป้องกันโดยพิจารณาจากแรงดันไฟฟ้าปกติเพียงอย่างเดียว.

เส้นทางขอบเขต	ข้อมูลนำเข้าที่ต้องรวบรวม	ความเข้ากันได้ในการทำงานปกติ	หลักฐานประสิทธิภาพการป้องกันไฟกระชาก	การติดตั้งและการตรวจสอบ
แหล่งจ่ายไฟตู้ AC	แรงดันไฟฟ้าปกติและแรงดันไฟฟ้าต่อเนื่องสูงสุด, ความถี่, รูปแบบการต่อลงดิน, SPD ต้นทาง, กระแสลัดวงจรที่ใช้งานได้, อุปกรณ์ป้องกันต้นทาง	Uc/MCOV, โหมดการป้องกัน, ความถี่, พฤติกรรมของกระแสรั่วไหลหรือกระแสตาม (follow-current) ในส่วนที่เกี่ยวข้อง	ประเภทของ SPD/คลาสการทดสอบที่ใช้ได้, ค่า Up และการประกาศค่ากระแสคายประจุบนพื้นฐานการทดสอบเดียวกัน, คำแนะนำสำหรับการลัดวงจรและการป้องกันสำรอง	ที่จุดรับไฟเข้าที่กำหนด โดยมีการตรวจสอบรูปทรงการเชื่อมต่อและการต่อลงดินตามกฎของผู้ผลิตและกฎการติดตั้ง
บัสจ่ายไฟ 24 VDC	ช่วงแรงดันใช้งานเต็มรูปแบบ, ขั้วไฟฟ้า, โทโพโลยีแบบต่อลงดินหรือแบบลอยตัว, กระแสจากแหล่งจ่าย, กระแสโหลด, สาขาภายนอก	Uc, ขั้วไฟฟ้า, กระแสต่อเนื่องสำหรับเส้นทางอนุกรม, การรั่วไหล, แรงดันตกคร่อม และพฤติกรรมเมื่อเกิดความผิดปกติ	การจำกัดแรงดันไฟฟ้าที่ประกาศไว้และภาระกระแสกระชากสำหรับผลิตภัณฑ์ DC และสภาวะของแหล่งจ่ายจริง	ที่ขอบเขตที่กำลังได้รับการป้องกัน; ยืนยันแรงดันบัสปกติ, ขั้วไฟฟ้า, พฤติกรรมการอ้างอิงกับ PE และการทำงานของโหลด
I/O ภาคสนามแบบแยกส่วน	ประเภทอินพุต/เอาต์พุต, แรงดันไฟฟ้าปกติและแรงดันไฟฟ้าสูงสุด, กระแสไฟฟ้าของช่องสัญญาณ, ตัวนำร่วม/ตัวนำอ้างอิง, ฟังก์ชันความปลอดภัย	Uc, กระแสไฟฟ้าต่อเนื่อง, ความต้านทานอนุกรม, การรั่วไหล และความเข้ากันได้ของช่องสัญญาณ	ประสิทธิภาพการจำกัดที่ประกาศไว้ตามโหมดและเงื่อนไขการทดสอบ; หลักฐานการทนทานต่อสัญญาณรบกวนของพอร์ตอุปกรณ์	ที่ขอบเขตของสายเคเบิลที่เปิดโล่ง โดยคำนึงถึงตัวนำและเส้นทางอ้างอิงทุกจุด; จากนั้นให้ทดสอบการทำงานของช่องสัญญาณ
ลูป 4–20 mA หรือ HART	แหล่งจ่ายไฟลูป, กระแสสัญญาณสูงสุด, งบประมาณแรงดันไฟฟ้าของเครื่องส่งสัญญาณ/โหลด, การต่อลงดิน, ความแม่นยำ และข้อกำหนดของ HART	ความต้านทานอนุกรม, การรั่วไหล, แรงดันไฟฟ้าตก, ความจุไฟฟ้า และความเข้ากันได้ของโปรโตคอล	ข้อมูลการจำกัดแรงดันแบบ Differential/common-mode ภายใต้การทดสอบที่กำหนด	ที่ขอบเขตของหน้างานและตู้ควบคุมที่เลือกไว้ ให้ตรวจสอบกระแสลูป แรงดันไฟฟ้าที่ใช้งานได้ และการสื่อสารหลังการติดตั้ง
RS-485 หรือ fieldbus	มาตรฐานสัญญาณ, จำนวนตัวนำ, แรงดันไฟฟ้าสูงสุดแบบ differential/common-mode, โทโพโลยี, อัตราบอด, สายเคเบิล และชีลด์	Uc, ความสมดุลของคู่สาย, ค่าความจุไฟฟ้า, แบนด์วิดท์, ความต้านทานอนุกรม และการต่อลงดิน	ข้อมูลการทดสอบ Signal-SPD ที่ใช้กับพอร์ตและโหมดต่างๆ	ที่จุดตัดผ่านโซนป้องกัน ให้ตรวจสอบขั้ว, การต่อปลายสาย (termination), การไบแอส และการสื่อสาร
Industrial Ethernet หรือ PoE	ประเภทและความเร็วของ Ethernet, ชิลด์, คอนเนคเตอร์, ประเภทและกำลังไฟของ PoE, โทโพโลยีของลิงก์, การเชื่อมต่อระหว่างอาคาร/โซน	อัตราข้อมูล, การสูญเสียจากการแทรก (insertion loss), การสูญเสียจากการสะท้อน (return loss), แรงดัน/กระแสของ PoE และกลยุทธ์ความต่อเนื่องของชิลด์	การจำกัดค่าของ SPD สำหรับเครือข่ายที่เกี่ยวข้องและข้อมูลการส่งสัญญาณ	ที่ขอบเขตทางเข้าที่กำหนด; ตรวจสอบความเร็วที่ตกลงกันไว้, การทำงานของ PoE ในจุดที่มีการใช้งาน และการจัดวางชิลด์/การต่อลงดิน
สายนำสัญญาณเสาอากาศแบบโคแอกเชียล	คอนเนคเตอร์, ย่านความถี่, อิมพีแดนซ์, กำลังส่ง และการต่อลงดินของเสาอากาศ	ช่วงความถี่, การสูญเสียจากการแทรก (insertion loss), ประสิทธิภาพของคลื่นนิ่ง (standing-wave) และความเหมาะสมของคอนเนคเตอร์	ข้อมูลอิมพัลส์ของอุปกรณ์ป้องกันแบบโคแอกเชียลบนพื้นฐานการทดสอบที่ระบุไว้	ที่จุดทางเข้าสายอากาศและขอบเขตการต่อลงดิน ให้ตรวจสอบการทำงานของ RF ด้วยวิธีการที่เหมาะสม
ชีลด์, PE และเส้นทางการต่อลงดิน	การต่อลงดินของตู้, สายดินระยะไกล, การเข้าหัวชีลด์สายเคเบิล, เส้นทางโลหะขนาน	ข้อกำหนดด้านการป้องกันและการทำงานอย่างต่อเนื่อง	หลักฐานการออกแบบการต่อลงดินและการป้องกันฟ้าผ่า/EMC ของโครงการ	ตรวจสอบเส้นทางกระแสที่เบี่ยงเบนทั้งหมดและบันทึกการจัดวางตามสภาพจริง

เมทริกซ์นี้จงใจหลีกเลี่ยงค่า kA, แรงดันแคลมป์ และขนาดตัวนำที่เป็นค่าเริ่มต้น ตัวเลขเหล่านั้นจะมีความหมายก็ต่อเมื่อทราบวงจร, ระดับการสัมผัส, เกณฑ์การทดสอบ, ภูมิคุ้มกันของอุปกรณ์ และกรอบการติดตั้งที่เกี่ยวข้องแล้วเท่านั้น.

ขั้นตอนที่ 1: ยืนยันว่าสัญญาณรบกวนนั้นเป็นไฟกระชาก

ไม่ใช่ว่าการรีเซ็ต PLC หรือข้อผิดพลาดในการสื่อสารทุกครั้งจะเกิดจากปรากฏการณ์ไฟกระชากทิศทางเดียวตามที่ระบุใน IEC 61000-4-5 คอนแทคเตอร์, ไดรฟ์ปรับความเร็วรอบ และอุปกรณ์สวิตชิ่งอื่นๆ ก็สามารถทำให้เกิดสัญญาณรบกวนชั่วขณะทางไฟฟ้า, การสั่นพ้องซ้ำๆ, สัญญาณรบกวนความถี่วิทยุที่นำพามาตามสาย, แรงดันตก, การขัดจังหวะ หรือกระแสโหมดร่วมได้เช่นกัน ส่วนสภาวะแรงดันไฟฟ้าผิดปกติที่เกิดขึ้นอย่างต่อเนื่องนั้นเป็นอีกกรณีหนึ่ง.

ความแตกต่างนี้จะเปลี่ยนวิธีการแก้ไข:

หลักฐานหรืออาการ	แนวทางทางวิศวกรรม
เหตุการณ์ที่สัมพันธ์กับการสัมผัสกับฟ้าผ่าหรือแรงดันเกินจากการสวิตช์ที่ระบุซึ่งเข้ามาทางสายเคเบิล	ตรวจสอบหลักฐานการทดสอบตามมาตรฐาน IEC 61000-4-5 และเส้นทางของกระแสกระชากทั้งหมด
ข้อผิดพลาดที่เกิดขึ้นซ้ำๆ ซึ่งสัมพันธ์กับการทำงานของคอนแทคเตอร์หรือโซลีนอยด์	ตรวจสอบการลดทอนสัญญาณที่คอยล์/โหลด การแยกสายไฟ และปรากฏการณ์การทนต่อแรงดันชั่วขณะที่เกี่ยวข้อง
ข้อผิดพลาดในการสื่อสารที่สัมพันธ์กับการทำงานของ VFD	ตรวจสอบการเดินสายเคเบิล การต่อลงดินของชีลด์ การเชื่อมต่อประสาน กระแสโหมดร่วม และคำแนะนำด้าน EMC ของไดรฟ์ ก่อนที่จะกำหนดให้ใช้ SPD เพิ่มเติม
สภาวะแรงดันเกินระยะเวลานาน หรือความผิดปกติที่นิวทรัล/สายดิน	ให้ถือว่าเป็นปัญหาแรงดันไฟฟ้าผิดปกติหรือปัญหาความผิดปกติของระบบ โดย SPD ไม่ใช่เครื่องปรับแรงดันไฟฟ้า
แรงดันไฟฟ้าตกหรือการหยุดชะงักระหว่างการสตาร์ทโหลด	ตรวจสอบอิมพีแดนซ์ของแหล่งจ่าย ความสามารถในการทำงานต่อเนื่อง (ride-through) และพฤติกรรมด้านคุณภาพไฟฟ้า แทนที่จะคาดหวังให้ SPD รักษาแรงดันไฟฟ้า

มอก.61000-4-5 กำหนดวิธีการทั่วไปสำหรับการประเมินอุปกรณ์เทียบกับรูปคลื่นกระแสกระชากที่ระบุ การจัดวางการเชื่อมต่อ และระดับการทดสอบ โดยไม่ได้จัดประเภทการรบกวนทุกอย่างในตู้ควบคุมอุตสาหกรรมว่าเป็นกระแสกระชาก และไม่ได้แสดงถึงการทดสอบกระแสฟ้าผ่าโดยตรง.

ในกรณีที่การรบกวนเกี่ยวข้องกับไดรฟ์ ให้แยกส่วนอินพุต เอาต์พุตแบบปรับความกว้างพัลส์ (PWM) ส่วนควบคุม 24 VDC และอินเทอร์เฟซสัญญาณออกจากกัน VIOX คู่มือการป้องกันกระแสกระชากสำหรับ VFD เป็นเจ้าของการทบทวนเฉพาะสำหรับไดรฟ์นั้น.

ขั้นตอนที่ 2: กำหนดเป้าหมายภูมิคุ้มกันของอุปกรณ์

อย่าอนุมานแรงดันไฟฟ้าที่ยอมรับได้ของพอร์ต PLC จากแรงดันไฟฟ้าใช้งานปกติ ให้ขอเอกสารข้อมูลของ PLC, แหล่งจ่ายไฟ, I/O, HMI, สวิตช์ และเกตเวย์ที่ถูกต้องแม่นยำ ตรวจสอบมาตรฐานผลิตภัณฑ์ที่ใช้, พอร์ตที่ทดสอบ, โหมดการเชื่อมต่อ, ระดับการทดสอบ, อิมพีแดนซ์ของแหล่งจ่าย, เกณฑ์ประสิทธิภาพ และการป้องกันภายนอกใดๆ ที่จำเป็น.

IEC 61131-2:2017 ครอบคลุมข้อกำหนดด้านการทำงานและความเข้ากันได้ทางแม่เหล็กไฟฟ้า รวมถึงการทดสอบการตรวจสอบที่เกี่ยวข้องสำหรับ PLC, ตัวควบคุมอัตโนมัติแบบโปรแกรมได้ และอุปกรณ์ต่อพ่วงที่เกี่ยวข้อง ขอบเขตดังกล่าวทำให้เป็นจุดเริ่มต้นที่มีประโยชน์ แต่การตัดสินใจของโครงการยังคงขึ้นอยู่กับการประกาศผลิตภัณฑ์ที่ถูกต้องแม่นยำ CPU, อินพุตแหล่งจ่าย 24 VDC, ช่องสัญญาณอะนาล็อก และพอร์ต Ethernet ไม่ควรถูกกำหนดค่าความทนทานเพียงค่าเดียวที่คาดเดาเอาเอง.

สร้างทะเบียนภูมิคุ้มกัน:

รหัสอุปกรณ์	พอร์ตที่ถูกต้องแม่นยำ	ขีดจำกัดทางไฟฟ้าปกติ	การทดสอบไฟกระชากหรือภูมิคุ้มกันที่ประกาศไว้	เกณฑ์ประสิทธิภาพ	การป้องกันภายนอกที่กำหนดโดยผู้ผลิต	การแก้ไขเอกสาร
PLC-01	อินพุตกำลังไฟฟ้าของ CPU
IO-01	กลุ่มอินพุตดิจิทัล
AI-01	ช่องสัญญาณอินพุตแบบอะนาล็อก
NET-01	พอร์ตเครือข่ายทองแดง
PSU-01	อินพุต AC / เอาต์พุต DC

ประสิทธิภาพการป้องกันที่ระบุของ SPD และหลักฐานการทนทานของอุปกรณ์จะต้องใช้โหมดและเงื่อนไขการทดสอบที่เข้ากันได้ก่อนที่จะสามารถประสานการทำงานร่วมกันได้ ตัวเลขค่าต่ำที่พิมพ์อยู่ภายใต้รูปคลื่นหรือโหมดการเชื่อมต่อที่แตกต่างกันไม่ใช่ข้อพิสูจน์ถึงการป้องกัน.

ขั้นตอนที่ 3: ตัดสินใจเลือกโหมดการป้องกันที่จำเป็น

แรงดันเกินแบบดิฟเฟอเรนเชียลโหมด (differential-mode transient) จะปรากฏขึ้นระหว่างตัวนำที่มีกระแสไฟฟ้าของวงจร เช่น L–N, DC+–DC− หรือสายไฟสองเส้นของคู่สายแบบสมดุล ส่วนแรงดันเกินแบบคอมมอนโหมด (common-mode transient) จะปรากฏขึ้นระหว่างตัวนำของวงจรตั้งแต่หนึ่งเส้นขึ้นไปกับจุดอ้างอิง เช่น PE, โครงตู้โลหะ หรือสายดินระยะไกล.

โหมดที่ถูกต้องขึ้นอยู่กับโทโพโลยีของวงจรและการสัมผัสกับแรงดันเกิน การป้องกันเฉพาะสายไฟที่มีกระแสไฟฟ้าสองเส้นอาจทำให้เส้นทางของคอมมอนโหมดไม่ได้รับการแก้ไข การเชื่อมต่อทุกวงจรเข้ากับ PE ผ่านอุปกรณ์ป้องกันอาจเป็นสิ่งที่ผิดเช่นกัน หากการกระทำนั้นไปรบกวนการแยกส่วน (isolation) ทำให้เกิดกระแสรั่วไหล ขัดแย้งกับการออกแบบความปลอดภัยภายใน (intrinsic-safety) หรือเปลี่ยนแปลงระบบที่ตั้งใจให้ลอยตัว (floating system).

บันทึกการตัดสินใจเหล่านี้ไว้อย่างชัดเจน:

• ตัวนำใดบ้างที่เป็นส่วนหนึ่งของวงจรปกติ;
• วงจรมีการต่อลงดิน, ลอยตัว, แยกโดด หรืออ้างอิงทางคาปาซิทีฟ;
• อุปกรณ์ระยะไกลมีการเชื่อมต่อศักย์ไฟฟ้าที่จุดใด;
• ชีลด์ใดบ้างที่เชื่อมต่อที่ปลายด้านเดียว, ทั้งสองด้าน หรือผ่านเครือข่ายเฉพาะของโครงการ;
• อุปกรณ์ป้องกันที่เลือกครอบคลุมการรวมกันของโหมดดิฟเฟอเรนเชียลและคอมมอนโหมดใดบ้าง;
• อุปกรณ์ป้องกันส่งผลต่อการตรวจสอบความเป็นฉนวน, ความปลอดภัยเชิงหน้าที่, ความแม่นยำในการวัด หรือคุณภาพการสื่อสารหรือไม่.

นี่คือเหตุผลที่บาร์ PE ในตู้ไม่ใช่เพียงสัญลักษณ์ปลายทางทั่วไป การออกแบบต้องแสดงเส้นทางกระแสความถี่สูงที่สมบูรณ์และแรงดันไฟฟ้าที่อาจเกิดขึ้นระหว่างอุปกรณ์ที่เชื่อมต่อในระหว่างการคายประจุ.

ขั้นตอนที่ 4: ระบุสเปกของ SPD สำหรับแหล่งจ่ายไฟ AC ในตู้

AC SPD ที่จุดจ่ายไฟของตู้ควบคุมสามารถจำกัดแรงดันไฟฟ้าเกินชั่วขณะที่เข้ามาทางแหล่งจ่ายนั้น และลดแรงดันไฟฟ้าตกค้างที่ผ่านมาจากอุปกรณ์ป้องกันต้นทาง การเลือกใช้งานต้องเริ่มจากระบบไฟฟ้าจริง ไม่ใช่รุ่นของ PLC.

เอกสาร:

• แรงดันไฟฟ้าที่กำหนด, แรงดันไฟฟ้าใช้งานต่อเนื่องสูงสุด, ความถี่ และรูปแบบการต่อลงดิน;
• โหมดการป้องกันที่ต้องการ;
• การสัมผัสกับฟ้าผ่าและการสวิตช์ที่จุดตู้ควบคุม;
• SPD ต้นทางและหลักฐานการประสานการทำงานระหว่างระดับ;
• แรงดันไฟฟ้าที่ยอมรับได้ที่แหล่งจ่ายไฟและอุปกรณ์อื่นที่เชื่อมต่ออยู่;
• กระแสลัดวงจรที่มีอยู่และความเหมาะสมของกระแสลัดวงจรที่ระบุไว้ของ SPD;
• เงื่อนไขของฟิวส์สำรอง, เซอร์กิตเบรกเกอร์ หรืออุปกรณ์ตัดวงจรภายในที่จำเป็น;
• ความยาวของการเชื่อมต่อ การเดินสาย การต่อลงดิน และข้อจำกัดของตู้ควบคุม.

IEC 61643-11:2025 ใช้กับ SPD ที่เชื่อมต่อกับวงจรไฟฟ้าแรงดันต่ำ AC และใช้ร่วมกับข้อกำหนดทั่วไปใน IEC 61643-01 การปฏิบัติตามมาตรฐานผลิตภัณฑ์ไม่ใช่การออกแบบการติดตั้งที่สมบูรณ์ กฎการเดินสายในพื้นที่ การประเมินความเสี่ยงของโครงการ การป้องกันความผิดพร่อง และคำแนะนำของผู้ผลิตยังคงเป็นตัวกำหนดวิธีการใช้งานอุปกรณ์.

สำหรับการตรวจสอบหลายขั้นตอนโดยละเอียด ให้ใช้ VIOX คู่มือการประสานงานและการต่อพ่วง SPD. สำหรับรหัสการติดตั้งและขอบเขตความปลอดภัย ให้ใช้ รายการตรวจสอบข้อกำหนดการติดตั้ง SPD.

ขั้นตอนที่ 5: จัดการบัส 24 VDC ให้เป็นอินเทอร์เฟซพลังงานแยกต่างหาก

แหล่งจ่ายไฟ 24 VDC อาจจ่ายไฟให้กับ PLC, I/O ระยะไกล, เซ็นเซอร์, รีเลย์ และโหลดอื่นๆ แรงดันเกินชั่วขณะอาจมาจากสาขา DC ภายนอกหรือปรากฏขึ้นผ่านการเชื่อมต่อระหว่างวงจร ก่อนที่จะเพิ่มการป้องกัน ให้พิจารณาว่าบัสมีการต่อลงดิน แบบลอยตัว หรือมีการตรวจสอบความต้านทานฉนวน และอุปกรณ์ที่นำเสนอมีการเชื่อมต่อแบบขนานหรือรับกระแสโหลดแบบอนุกรม.

สำหรับวงจรไฟฟ้า DC ทั่วไป, IEC 61643-41:2025 คือขอบเขตมาตรฐานผลิตภัณฑ์ IEC ที่เกี่ยวข้องสำหรับ SPD ที่เชื่อมต่อกับระบบไฟฟ้าแรงดันต่ำ DC โดยจะยกเว้นการใช้งานกับระบบไฟฟ้าโซลาร์เซลล์ไว้อย่างชัดเจน ซึ่งยังคงอยู่ภายใต้ IEC 61643-31 ดังนั้น การทำเครื่องหมายหรือการอ้างอิงมาตรฐานเฉพาะสำหรับ PV ไม่ควรถูกนำมาใช้เป็นหลักฐานโดยอัตโนมัติสำหรับบัสควบคุม 24 VDC ของ PLC.

รวบรวมอินพุต DC เหล่านี้:

1. แรงดันบัสปกติค่าต่ำสุด ค่าพิกัด และค่าสูงสุด รวมถึงค่าความคลาดเคลื่อนของเครื่องชาร์จหรือแหล่งจ่ายไฟ;
2. ขั้วไฟฟ้าและสภาวะการต่อกลับขั้วที่อนุญาต;
3. ตัวนำที่มีการต่อลงดิน การจัดวางแบบลอยตัว หรือวิธีการตรวจสอบความเป็นฉนวน;
4. ขีดความสามารถของแหล่งจ่ายและกระแสลัดวงจร DC ที่คาดการณ์ไว้;
5. กระแสโหลดต่อเนื่องหากอุปกรณ์ที่เลือกมีขั้วต่อแบบอนุกรม;
6. การป้องกันแบบดิฟเฟอเรนเชียลและแบบคอมมอนโหมดที่จำเป็น;
7. ระดับการป้องกันที่ประกาศไว้และเกณฑ์การทดสอบ;
8. พฤติกรรมการทำงานเมื่อเกิดความผิดพลาด การตัดวงจร การแสดงสถานะ และวิธีการเปลี่ยนทดแทน;
9. ผลกระทบต่อเอาต์พุตที่เกี่ยวข้องกับความปลอดภัย ความซ้ำซ้อน และความพร้อมใช้งานของระบบ.

ไม่ต้องระบุ 30 V Uc, 50 V Up หรือค่าพิกัด kA แบบคงที่สำหรับทุกระบบ 24 VDC ค่าเหล่านี้อาจเป็นค่าที่สมเหตุสมผลสำหรับผลิตภัณฑ์หรือวงจรเฉพาะ แต่มีเพียงเอกสารประกอบของอุปกรณ์และอุปกรณ์ป้องกันที่ถูกต้องเท่านั้นที่จะสามารถกำหนดความต้องการของโครงการได้.

ขั้นตอนที่ 6: ป้องกัน I/O ภาคสนามและการสื่อสารผ่านสายทองแดงด้วยอินเทอร์เฟซ

สายเคเบิลภาคสนามสามารถเดินข้ามขอบเขตของตู้ควบคุมได้หลังจากที่แหล่งจ่ายไฟ AC ได้รับการป้องกันแล้ว SPD สำหรับไฟ AC ไม่สามารถควบคุมแรงดันไฟฟ้าชั่วขณะที่เข้ามาถึงอินพุตแบบอะนาล็อก ขั้วต่อ RS-485 หรือหัวต่อ Ethernet ก่อนได้.

IEC 61643-21:2025 ครอบคลุมถึง SPD ที่เชื่อมต่อกับเครือข่ายโทรคมนาคมและเครือข่ายสัญญาณ รวมถึงเครือข่ายที่มีการจ่ายพลังงานไฟฟ้าด้วย. IEC 61643-22:2015 ครอบคลุมถึงการเลือก การใช้งาน ตำแหน่ง และการประสานงาน มาตรฐานเหล่านี้ได้กำหนดกรอบการทำงานไว้ โดยไม่ได้ระบุว่าอุปกรณ์ป้องกันสัญญาณแบบทั่วไปเพียงชนิดเดียวจะเหมาะสมกับทุกอินเทอร์เฟซ.

I/O แบบแยกส่วน

ระบุว่าช่องสัญญาณเป็นอินพุตหรือเอาต์พุต เป็นแบบ sinking หรือ sourcing แรงดันไฟฟ้าปกติและสูงสุด กระแสไฟฟ้าของช่องสัญญาณ ตัวนำร่วม และฟังก์ชันความปลอดภัย อุปกรณ์ป้องกันแบบอนุกรมจะต้องไม่ทำให้เกิดแรงดันไฟฟ้าตก กระแสรั่วไหล หรือการจำกัดกระแสไฟฟ้าที่มากเกินไป หากวงจรภาคสนามเกี่ยวข้องกับความปลอดภัย ส่วนประกอบใดๆ ที่เพิ่มเข้ามาจะต้องได้รับการตรวจสอบภายในการออกแบบความปลอดภัยนั้น.

4–20 mA และ HART

คำนวณงบประมาณแรงดันไฟฟ้าของลูปหลังจากเพิ่มความต้านทานอนุกรมของอุปกรณ์ป้องกันที่กระแสลูปสูงสุด ยืนยันค่ากระแสรั่วไหลและความจุไฟฟ้าเทียบกับข้อกำหนดด้านความแม่นยำและการสื่อสาร บันทึกการต่อลงดินและการจัดการชีลด์ที่อุปกรณ์ภาคสนามและตู้ควบคุม อย่าสันนิษฐานว่าอุปกรณ์ป้องกันที่ติดตั้งไว้ที่ปลายด้านหนึ่งจะช่วยแก้ปัญหาขอบเขตของโซนทั้งหมดได้.

RS-485 และฟิลด์บัสอื่นๆ

จับคู่แรงดันไฟฟ้าใช้งานสูงสุดและแรงดันไฟฟ้าโหมดร่วม จำนวนตัวนำ ความสมดุลของคู่สาย อัตราข้อมูล ความจุไฟฟ้า ความต้านทานอนุกรม และโทโพโลยี ตรวจสอบการต่อปลายสาย (termination) และการไบแอสหลังการติดตั้ง อุปกรณ์ป้องกันที่ทนต่อแรงกระตุ้นสูงได้อาจยังคงไม่เป็นที่ยอมรับหากทำให้สัญญาณปกติเกิดความเสียหาย.

Industrial Ethernet และ PoE

ยืนยันประเภทของ Ethernet และอัตราข้อมูล ตัวเชื่อมต่อ กลยุทธ์การใช้ชีลด์ และสายเคเบิลเส้นเดียวกันนั้นจ่ายไฟแบบ Power over Ethernet หรือไม่ ตรวจสอบพารามิเตอร์การส่งสัญญาณรวมถึงการจำกัดไฟกระชาก ในกรณีที่การเชื่อมต่อด้วยสายทองแดงข้ามอาคารหรือโซนป้องกัน ให้ประเมินทั้งสองฝั่งและความสัมพันธ์ของการเชื่อมต่อประสาน (bonding) สายไฟเบอร์สามารถกำจัดเส้นทางข้อมูลที่เป็นตัวนำไฟฟ้าได้ แต่สำหรับอุปกรณ์ที่ใช้พลังงานและส่วนประกอบที่เป็นโลหะยังคงต้องได้รับการตรวจสอบแยกต่างหาก.

เส้นทางสายอากาศและสายโคแอกเชียล

ตู้ PLC ระยะไกลและตู้โทรมาตรอาจมีสายอากาศแบบเซลลูลาร์ วิทยุ หรือ GNSS ภายนอก ให้เลือกอุปกรณ์ป้องกันโดยพิจารณาจากขั้วต่อ ค่าอิมพีแดนซ์ ย่านความถี่ใช้งาน และกำลังส่ง จากนั้นติดตั้งไว้ที่จุดทางเข้าสายเคเบิลและขอบเขตการต่อลงดินที่กำหนดไว้ SPD สำหรับระบบไฟฟ้าไม่สามารถป้องกันเส้นทางสายโคแอกเชียลได้.

VIOX คู่มือการเลือกอุปกรณ์ป้องกันไฟกระชากสำหรับสายสัญญาณ ให้ขั้นตอนการทำงานเชิงลึกเกี่ยวกับแรงดันไฟฟ้า กระแสไฟฟ้า ความต้านทาน แบนด์วิดท์ และโทโพโลยี หน้า PLC นี้เป็นผู้รับผิดชอบขอบเขตของระบบ ส่วนคู่มือสัญญาณจะเป็นผู้รับผิดชอบการเลือกอุปกรณ์อินเทอร์เฟซโดยละเอียด.

ขั้นตอนที่ 7: ทำให้การจัดวาง การเชื่อมต่อประสาน และการประสานงานสามารถตรวจสอบได้

SPD จะเบี่ยงเบนกระแสไฟฟ้าผ่านลูปที่ติดตั้งไว้ ค่าความเหนี่ยวนำของการเชื่อมต่อ การเดินสายตัวนำ และค่าอิมพีแดนซ์ของการต่อลงดินอาจเพิ่มแรงดันไฟฟ้าให้สูงเกินกว่าระดับการป้องกันที่ระบุไว้ของอุปกรณ์ อย่างไรก็ตาม การกำหนดระยะห่างหรือขนาดตัวนำแบบครอบจักรวาลนั้นไม่ปลอดภัยสำหรับอินเทอร์เฟซไฟฟ้าและสัญญาณทุกประเภท.

สำหรับอุปกรณ์ป้องกันแต่ละตัวที่เลือก ให้ทำเครื่องหมายบนแบบดังนี้:

• ขอบเขตและอุปกรณ์ที่ได้รับการป้องกัน;
• ด้านที่สัมผัสกับภายนอกและด้านที่ได้รับการป้องกันของอุปกรณ์สัญญาณแบบอนุกรมใดๆ;
• ตัวนำที่ได้รับการป้องกันและโหมดการป้องกัน;
• จุดเชื่อมต่อประสานหรือจุดส่งกลับ;
• เส้นทางการเชื่อมต่อที่สมบูรณ์และเส้นทางบายพาสขนานใดๆ;
• SPD ต้นทางและปลายทางที่ต้องการหลักฐานการประสานการทำงาน;
• อุปกรณ์ป้องกันกระแสเกินหรืออุปกรณ์ป้องกันสำรองตามที่ผู้ผลิตกำหนด;
• การเข้าถึงเพื่อตรวจสอบสถานะ การตัดแยก และการเปลี่ยนทดแทน.

ในกรณีที่มีการใช้ SPD หลายระดับ การประสานแรงดัน การประสานพลังงาน ระยะห่าง/การแยกส่วน และการประสานความผิดพร่องถือเป็นการตรวจสอบแยกต่างหาก อย่าทึกทักเอาเองว่าฉลาก Type 1, Type 2 และ Type 3 จะเป็นเครื่องพิสูจน์ถึงการทำงานแบบเรียงลำดับที่ประสานกันแล้ว.

ขั้นตอนที่ 8: ทดสอบการทำงานของระบบป้องกัน PLC

การทดสอบการใช้งานยืนยันว่ามีการติดตั้งตามการออกแบบที่ได้รับอนุมัติและ PLC ยังคงทำงานได้ตามปกติโดยไม่มีประสิทธิภาพลดลง การทดสอบนี้ไม่ได้เป็นการจำลองการทดสอบแรงดันเกินตามมาตรฐานและไม่ได้เป็นการพิสูจน์อายุการใช้งานที่เหลืออยู่ของอุปกรณ์ป้องกัน.

ใช้ลำดับหลักฐานดังนี้:

1. การตรวจสอบเอกสาร: บันทึกผู้ผลิต รุ่น โมดูล และการแก้ไขเอกสารสำหรับจุดป้องกันทุกจุด.
2. การตรวจสอบขอบเขต: ยืนยันว่าสายเคเบิลทุกเส้นที่เปิดเผยในตารางพอร์ตเชื่อมต่อไปยังจุดป้องกันที่กำหนดไว้ก่อนถึงอุปกรณ์ที่ได้รับการป้องกัน.
3. การตรวจสอบทางไฟฟ้า: ยืนยันแรงดันไฟฟ้า ขั้วไฟฟ้า สภาวะการต่อลงดิน/อ้างอิง อุปกรณ์ป้องกัน และการจัดวางตัวนำให้ตรงตามการออกแบบที่ได้รับอนุมัติ.
4. การตรวจสอบสถานะ: ตรวจสอบตัวบ่งชี้ในพื้นที่และหน้าสัมผัสระยะไกลโดยใช้ตารางความจริงของรุ่นนั้นๆ สีเขียว สีแดง NO และ NC ไม่ได้มีความหมายที่เป็นสากล.
5. การจับคู่การทำงาน: ตรวจสอบกำลังไฟของ PLC, สถานะ I/O, ความแม่นยำของสัญญาณอะนาล็อก, การสื่อสารผ่านฟิลด์บัส, ความเร็วของ Ethernet และฟังก์ชัน PoE ในส่วนที่เกี่ยวข้อง.
6. บันทึกตามสภาพจริง (As-built): ถ่ายภาพและจัดทำเอกสารเส้นทางเดินสาย, การเข้าหัวสายชีลด์, จุดต่อลงดิน, ป้ายระบุ และข้อมูลระบุตัวตนของโมดูลที่เปลี่ยนทดแทนได้.
7. การส่งมอบงานบำรุงรักษา: กำหนดเงื่อนไขการตรวจสอบที่ได้รับอนุมัติ, หลักฐานการเปลี่ยนทดแทน และบทบาทผู้รับผิดชอบโดยใช้ขั้นตอนการปฏิบัติงานของผลิตภัณฑ์และหน้างาน.

หากหน้าสัมผัสแห้ง (dry contact) ของ SPD จะต้องรายงานไปยัง PLC หรือระบบบริหารจัดการอาคาร ให้ปฏิบัติตาม คู่มือการแจ้งเตือนระยะไกลของ SPD. การตรวจสอบระยะไกลจะรายงานสถานะหน้าสัมผัสตามที่บันทึกไว้ แต่ไม่ได้เป็นการตรวจสอบอินเทอร์เฟซที่ได้รับการป้องกันทุกจุดหรือวัดความสามารถในการรองรับแรงดันเกินที่เหลืออยู่.

เอกสารใบเสนอราคา (RFQ) สำหรับอุปกรณ์ป้องกันไฟกระชาก PLC ที่พร้อมใช้งาน

ส่งข้อมูลนี้พร้อมกับแบบ Single-line diagram และแบบตู้ควบคุม:

โครงการและตลาด
สถานที่ / เครื่องจักร:
ประเทศปลายทางและกฎระเบียบที่เกี่ยวข้อง:
สภาพการใช้งานภายในอาคาร / ภายนอกอาคาร / พื้นที่อันตราย:
โซนป้องกันฟ้าผ่าหรือข้อมูลการสัมผัสกับฟ้าผ่า:

ไฟฟ้ากระแสสลับ (AC POWER ENTRY)
แรงดันไฟฟ้าปกติและแรงดันไฟฟ้าต่อเนื่องสูงสุด:
ความถี่และการจัดวางระบบสายดิน:
กระแสลัดวงจรที่มีอยู่:
อุปกรณ์ป้องกันต้นทาง:
รุ่นของ SPD ที่มีอยู่ทั้งต้นทางและปลายทาง:
โหมดการป้องกันที่ต้องการและวัตถุประสงค์ในการทนทานของอุปกรณ์:

ไฟฟ้ากระแสตรง 24 VDC
แรงดันไฟฟ้าต่ำสุด / ปกติ / สูงสุด:
การต่อลงดิน, แบบลอย (floating) หรือแบบตรวจสอบฉนวน:
ข้อมูลแหล่งจ่ายและกระแสฟอลต์ที่คาดการณ์:
กระแสโหลดต่อเนื่องผ่านอุปกรณ์อนุกรมใดๆ:
สาขา DC ภายนอกและจุดเชื่อมต่อระยะไกล:

ตารางพอร์ต PLC และภาคสนาม
รุ่นของ PLC / I/O / HMI / สวิตช์ และการแก้ไขเอกสาร:
ประเภทของแต่ละพอร์ตและขีดจำกัดทางไฟฟ้าปกติ:
ความยาวสายเคเบิล, เส้นทางการเดินสาย, การใช้งานภายใน/ภายนอกอาคาร และการสัมผัสระหว่างอาคาร:
อุปกรณ์ระยะไกลและจุดอ้างอิงการเชื่อมต่อ (bonding reference):
การจัดวางชีลด์ (shield):
อัตราข้อมูลที่ต้องการ, ความแม่นยำ, การรองรับ HART หรือ PoE:
หลักฐานการทนทานต่อไฟกระชากของอุปกรณ์ที่ประกาศไว้:

การติดตั้งและหลักฐาน
พื้นที่ราง DIN-rail ที่มีอยู่และข้อจำกัดของตู้ควบคุม:
ตำแหน่งอุปกรณ์ป้องกันที่เสนอและจุดเชื่อมต่อ (bonding point):
การป้องกันสำรองหรือการตัดวงจรที่ต้องการ:
ความต้องการสถานะในพื้นที่ / หน้าสัมผัสระยะไกล:
มาตรฐานผลิตภัณฑ์, รายงานการทดสอบ, คำประกาศ หรือใบรับรองที่ต้องการ:
ข้อกำหนดด้านโมดูลทดแทนและการบำรุงรักษา:

กฎทางวิศวกรรมขั้นสุดท้าย

ระบบควบคุม PLC จะไม่ได้รับการป้องกันเพียงเพราะมี SPD ปรากฏอยู่ในรายการวัสดุของตู้ควบคุม การป้องกันจะสมบูรณ์ก็ต่อเมื่อขอบเขตการนำไฟฟ้าที่เกี่ยวข้องทุกจุดมีการตัดสินใจที่เป็นเอกสาร อุปกรณ์แต่ละชิ้นเข้ากันได้กับการทำงานปกติ ประสิทธิภาพการจำกัดแรงดันที่ประกาศไว้สอดคล้องกับอุปกรณ์และโหมดการทดสอบที่แน่นอน และเส้นทางการคายประจุที่ติดตั้งได้รับการตรวจสอบแล้วเท่านั้น.

หลังจากกรอกแผ่นงานเสร็จสิ้น ให้ตรวจสอบ กลุ่มผลิตภัณฑ์ SPD ของ VIOX และ VIOX การประยุกต์ใช้งานระบบอัตโนมัติทางอุตสาหกรรม. สำหรับเอกสารในระดับรุ่นผลิตภัณฑ์ ให้ส่งตารางพอร์ต ข้อมูลระบบไฟฟ้า แบบตู้ควบคุม ตลาดเป้าหมาย และหลักฐานที่จำเป็นไปที่ [email protected]. หน้าข้อมูลผลิตภัณฑ์รวมหรือบทความทั่วไปไม่ใช่หลักฐานที่ยืนยันว่ารุ่นใดรุ่นหนึ่งเหมาะสมกับโครงการนั้นๆ.

แหล่งข้อมูล

• IEC 61131-2:2017 — ตัวควบคุมแบบโปรแกรมได้: ข้อกำหนดและการทดสอบอุปกรณ์
• IEC 61000-4-5:2014 — วิธีการทดสอบภูมิคุ้มกันต่อไฟกระชาก
• IEC 61643-11:2025 — SPD ที่เชื่อมต่อกับระบบไฟฟ้าแรงดันต่ำ AC
• IEC 61643-41:2025 — SPD ที่เชื่อมต่อกับระบบไฟฟ้าแรงดันต่ำ DC
• IEC 61643-21:2025 — SPD ที่เชื่อมต่อกับเครือข่ายโทรคมนาคมและเครือข่ายสัญญาณ
• IEC 61643-22:2015 — การเลือกและการประยุกต์ใช้งาน SPD สำหรับเครือข่ายสัญญาณ

บทความนี้เป็นกรอบแนวคิดการออกแบบระบบ ไม่ใช่แบบก่อสร้างหรือการอนุมัติสำหรับ PLC, SPD หรือการติดตั้งเฉพาะเจาะจง โปรดปฏิบัติตามคำแนะนำของอุปกรณ์อย่างเคร่งครัด การประเมินความเสี่ยงของโครงการ ข้อกำหนดด้านความปลอดภัยในการทำงาน และกฎระเบียบทางไฟฟ้าที่ใช้บังคับในสถานที่นั้นๆ การปฏิบัติงานภายในอุปกรณ์ควบคุมทางอุตสาหกรรมควรดำเนินการโดยบุคลากรที่มีคุณสมบัติเหมาะสมภายใต้ขั้นตอนการทำงานที่ปลอดภัยซึ่งได้รับการอนุมัติเท่านั้น.