ตัวป้องกันไฟกระชาก 3 เฟสทำงานอย่างไรในการลดไฟกระชาก?

ในระบบ 3 เฟส การป้องกันไฟกระชากทำงานโดยตรวจจับแรงดันไฟเกินที่ผิดปกติ สลับภายในจากสถานะอิมพีแดนซ์สูงเป็นสถานะอิมพีแดนซ์ต่ำ เปลี่ยนกระแสไฟกระชากไปยังเส้นทางการต่อสายดินหรือพันธะ และจำกัดแรงดันไฟฟ้าที่เข้าถึงอุปกรณ์ที่เชื่อมต่อ ไม่ได้ "ปิดกั้น" กระชาก ช่วยลดแรงดันไฟสูงสุดโดยให้ไฟกระชากควบคุมจากโหลดที่ละเอียดอ่อน ผลที่ได้คือความเค้นทางไฟฟ้าที่ลดลงบนฉนวน แหล่งจ่ายไฟ ไดรฟ์ และอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ควบคุม

ระบบสามเฟสต้องการแนวทางนี้มากกว่าระบบเฟสเดียว เนื่องจากมีเส้นทางไฟกระชากที่เป็นไปได้มากกว่า คลื่นอาจปรากฏขึ้นแบบ line-to-ground (L–G), line-to-line (L–L) และในระบบที่มีกลาง บางครั้งเป็นกลางถึงพื้น (N–G) ดังนั้นอุปกรณ์ป้องกันไฟกระชากแบบ 3 เฟสจึงถูกสร้างขึ้นเพื่อจัดการแรงดันไฟฟ้าเกินหลายโหมดในเวลาเดียวกัน ไม่ใช่แค่เพียงเครื่องเดียว

บทความนี้จะอธิบายวิธีการทำงานของอุปกรณ์ป้องกันไฟกระชากในระบบไฟฟ้าแบบ 3 เฟส วิธีเปลี่ยนและจำกัดแรงดันไฟฟ้าเกินชั่วคราว ประเภท SPD ที่แตกต่างกัน (ประเภท 1 ประเภท 2 และประเภท 3) ถูกนำมาใช้อย่างไร และการจัดวางและการประสานงานส่งผลต่อประสิทธิภาพการลดไฟกระชากในโลกแห่งความเป็นจริงอย่างไร

“กระแสไฟฟ้า” หมายถึงอะไรในระบบ 3 เฟส 

กระแสไฟฟ้าที่เรียกว่าแรงดันเกินชั่วคราวอย่างถูกต้องกว่านั้นคือแรงดันไฟฟ้าที่เพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วและรวดเร็วมาก โดยทั่วไปจะกินเวลาตั้งแต่ไมโครวินาทีถึงไม่กี่มิลลิวินาที แหล่งที่มาที่พบบ่อยที่สุดสองแหล่งคือฟ้าผ่า (ทั้งการกระแทกโดยตรงหรือผลกระทบที่เกิดขึ้นกับเส้นใกล้เคียง) และเหตุการณ์การสลับภายในระบบไฟฟ้า

ในการติดตั้ง 3 เฟสอุตสาหกรรมและเชิงพาณิชย์ ไฟกระชากจำนวนมากถูกสร้างขึ้นภายใน มอเตอร์ขนาดใหญ่ ไดรฟ์ความถี่แปรผัน คอนแทคเตอร์ และธนาคารตัวเก็บประจุล้วนเปลี่ยนพลังงานที่สำคัญ ทุกครั้งที่กระแสไฟถูกขัดจังหวะหรือเปลี่ยนเส้นทาง ตัวเหนี่ยวนำของระบบสามารถสร้างแรงดันไฟฟ้าได้ ซึ่งหมายความว่าแม้ว่าแหล่งจ่ายสาธารณูปโภคภายนอกจะมีเสถียรภาพ แต่สิ่งอำนวยความสะดวกยังคงสามารถประสบกับแรงดันไฟฟ้าเกินชั่วคราวได้บ่อยครั้ง

SPD 3 เฟสทำงานอย่างไร 

อุปกรณ์ป้องกันไฟกระชาก ซึ่งมักเรียกย่อว่า SPD (อุปกรณ์ป้องกันไฟกระชาก) ทำงานบนหลักการที่เรียบง่ายแต่ได้รับการออกแบบมาอย่างดี: จะมองไม่เห็นในระหว่างการทำงานปกติและจะกลายเป็นตัวนำเมื่อแรงดันไฟฟ้ากลายเป็นอันตรายเท่านั้น

พฤติกรรมการติดตามและเกณฑ์

ในสภาวะปกติ องค์ประกอบป้องกันภายในของอุปกรณ์อยู่ในสถานะอิมพีแดนซ์สูง ซึ่งหมายความว่าพวกเขาแทบไม่มีกระแสไฟฟ้าและไม่ส่งผลต่อระบบไฟฟ้า SPD กำลัง "ดู" แรงดันไฟฟ้าอย่างต่อเนื่อง

เมื่อชั่วคราวดันแรงดันไฟฟ้าเหนือระดับเกณฑ์ที่กำหนด พฤติกรรมจะเปลี่ยนไป องค์ประกอบภายในเปลี่ยนอย่างรวดเร็วเป็นสถานะนำไฟฟ้า สวิตช์นี้ไม่ใช่กลไก แต่เกิดขึ้นเนื่องจากคุณสมบัติทางไฟฟ้าของส่วนประกอบภายในอุปกรณ์

การผัน (การเปลี่ยนเส้นทางปัจจุบัน) + การหนีบ

เมื่อ SPD กลายเป็นตัวนำไฟฟ้า มันจะสร้างเส้นทางอิมพีแดนซ์ต่ำที่ควบคุมระหว่างตัวนำที่มีพลังงานกับระบบการต่อสายดินหรือพันธะ กระแสไฟกระชากชอบเส้นทางอิมพีแดนซ์ต่ำนี้แทนที่จะไหลผ่านอุปกรณ์ที่มีความละเอียดอ่อน

ในเวลาเดียวกัน อุปกรณ์จะจำกัดแรงดันไฟสูงสุดที่สามารถปรากฏข้ามโหลดได้ นี้มักเรียกว่า "การหนีบ" สิ่งสำคัญคือต้องเข้าใจว่าแรงดันไฟไม่ลดลงเหลือศูนย์ แรงดันไฟฟ้า "ที่เหลือ" หรือ "ปล่อยผ่าน" บางอย่างยังคงอยู่ เป้าหมายคือเพื่อให้แรงดันไฟฟ้าตกค้างนี้ต่ำพอที่จะทำให้ระบบฉนวนและส่วนประกอบอิเล็กทรอนิกส์ไม่เสียหายหรือเครียดมากเกินไป

การป้องกันหลายโหมดในเครือข่าย 3 เฟส

ในระบบ 3 เฟส ไฟกระชากไม่ได้ปรากฏขึ้นเพียงทางเดียว อุปกรณ์ที่ใช้งานได้จริงต้องจัดการหลายเส้นทางในคราวเดียว:

• เส้นลงดิน (L–G)
  
• บรรทัดต่อบรรทัด (L–L)
  
• ในระบบที่มีความเป็นกลาง บางครั้งเป็นกลางถึงพื้น (N–G)
  

ดังนั้นอุปกรณ์ป้องกันไฟกระชากแบบ 3 เฟสจึงถูกจัดเรียงภายในเพื่อควบคุมโหมดเหล่านี้ร่วมกัน ไม่ได้ทึกทักเอาเองว่าไฟกระชากจะอ้างอิงถึงกราวด์เสมอ ความเสียหายชั่วคราวจำนวนมากในอุปกรณ์ 3 เฟสปรากฏขึ้นระหว่างเฟส

ส่วนประกอบสำคัญภายในอุปกรณ์ป้องกันไฟกระชาก 3 เฟส 

ทันสมัยที่สุด อุปกรณ์ป้องกันไฟกระชาก พึ่งพาส่วนประกอบที่ได้รับการพิสูจน์แล้วจำนวนเล็กน้อย จัดเรียงและประสานงานสำหรับระดับแรงดันและกระแสที่ต้องการ

องค์ประกอบที่ใช้งานบ่อยที่สุดคือ varistor โลหะออกไซด์ (MOV) MOV ทำงานเหมือนความต้านทานสูงมากที่แรงดันปกติและเหมือนความต้านทานต่ำเมื่อแรงดันไฟฟ้าเกินเกณฑ์ คุณสมบัตินี้ทำให้ SPD เปลี่ยนจาก "ไม่ทำอะไรเลย" เป็น "เปลี่ยนเส้นทาง" ในเสี้ยววินาที

เนื่องจาก MOV และองค์ประกอบที่คล้ายคลึงกันอาจทำให้ความร้อนสูงเกินไปหรือเสื่อมสภาพหลังจากคลื่นแรงจำนวนมาก อุปกรณ์ที่ใช้งานได้จริงจึงรวมถึงการตัดการเชื่อมต่อด้วยความร้อนหรือการป้องกันที่คล้ายคลึงกัน สิ่งนี้จะป้องกันไม่ให้ส่วนประกอบที่ล้มเหลวยังคงเชื่อมต่อกับระบบอย่างไม่ปลอดภัย อุปกรณ์จำนวนมากยังมีตัวบ่งชี้อย่างง่าย เช่น หน้าต่างหรือ LED เพื่อแสดงว่าองค์ประกอบการป้องกันยังคงเชื่อมต่ออยู่หรือไม่ การออกแบบบางแบบมีหน้าสัมผัสการเตือนระยะไกลเพื่อให้สามารถตรวจสอบสถานะได้ด้วยระบบควบคุม

ประเด็นสำคัญที่ใช้งานได้จริงคืออุปกรณ์เหล่านี้ไม่ถาวร ทุกครั้งที่ดูดซับพลังงานไฟกระชาก จะใช้ความจุเพียงเล็กน้อย ในหลายเหตุการณ์ พวกเขาค่อยๆ เสื่อมโทรม พฤติกรรม "บริโภค" นี้เป็นเรื่องปกติและเป็นสาเหตุที่ตัวบ่งชี้เงื่อนไขมีอยู่

ประเภท SPD ในระบบ 3 เฟส 

เงื่อนไขสำหรับ ประเภท SPD อธิบายว่าอุปกรณ์ติดตั้งอยู่ในระบบไฟฟ้าที่ไหนและสภาพแวดล้อมแบบกระชากแบบใดที่ออกแบบมาเพื่อเผชิญหน้า ไม่ใช่ระดับคุณภาพ แต่เป็นหมวดหมู่ของแอปพลิเคชัน

• อุปกรณ์ป้องกันไฟกระชากชนิดที่ 1: ติดตั้งที่หรือใกล้ทางเข้าบริการต้นน้ำของการกระจายหลัก มีวัตถุประสงค์เพื่อรองรับคลื่นพลังงานสูงที่มาจากภายนอก เช่น เหตุการณ์ที่เกี่ยวข้องกับฟ้าผ่าบนสายอุปทาน
  
• อุปกรณ์ป้องกันไฟกระชากชนิดที่ 2: ติดตั้งในแผงจำหน่าย ศูนย์ควบคุมมอเตอร์ และแผงภายในที่คล้ายกัน เป็นทางเลือกทั่วไปในการปกป้องแผงอุตสาหกรรมและเชิงพาณิชย์ 3 เฟสจากไฟกระชากทั้งขาเข้าและภายใน
  
• อุปกรณ์ป้องกันไฟกระชากชนิดที่ 3: ติดตั้งใกล้กับอุปกรณ์ที่ละเอียดอ่อน ไม่ได้มีไว้เพื่อจัดการกับพลังงานกระชากขนาดใหญ่ด้วยตัวมันเองและขึ้นอยู่กับอุปกรณ์ต้นน้ำเพื่อลดไฟกระชากหลักก่อนที่จะเห็น

• FDS20C/4-275 คลาส II
• การกำหนด: ประเภท2
• การจำแนกประเภท: ชั้น II
• โหมดการป้องกัน: l → pe , n→pe
• แรงดันระบุ UN: 230 VAC/50(60)เฮิร์ตซ์
• สูงสุด แรงดันไฟฟ้าที่ใช้งานต่อเนื่อง UC (L-N): 275 VAC/50 (60)Hz
• ความสามารถในการทนต่อลัดวงจร: 20 ก
• IC กระแสไฟทำงานต่อเนื่อง: <20 µA
• พีซีใช้พลังงานสแตนด์บาย: ≤25 MVA
• กระแสไฟสูงสุด (8/20μS) IMAX: 40 กา
• กระแสไฟระบาย (8/20μs) ใน: 20 ก
• ระดับการป้องกันแรงดันไฟฟ้าขึ้น: ≤1.3 kV
• ความต้านทานการแยก: ＞ 1000 MΩ
• วัสดุที่อยู่อาศัย: UL94V-0
• ระดับการป้องกัน: IP20

รับใบเสนอราคา

ในระบบที่สมบูรณ์ ประเภทนี้มักจะถูกรวมเข้าด้วยกันเพื่อให้แต่ละประเภทจัดการกับพลังงานไฟกระชากที่เหมาะสมที่สุด

ที่ SPD 3 เฟสลดกระชากมากที่สุด 

การป้องกันไฟกระชาก ทำงานได้ดีที่สุดเมื่อนำไปใช้ในขั้นตอน อุปกรณ์ที่ทางเข้าบริการช่วยลดพลังงานของคลื่นที่เข้ามาขนาดใหญ่ก่อนที่จะแพร่กระจายไปทั่วอาคาร อุปกรณ์ในแผงจำหน่ายจะลดพลังงานที่เหลือและจัดการกับไฟกระชากที่เกิดจากสวิตช์ภายใน สุดท้าย การป้องกัน ณ จุดใช้งานสามารถจัดการกับทรานเซียนต์ที่เล็กกว่าและเร็วกว่าที่ยังคงอยู่

รายละเอียดการติดตั้งทางกายภาพมีความสำคัญมาก การเชื่อมต่อระหว่าง SPD กับบัสบาร์หรือตัวนำควรสั้นและตรงที่สุด ตะกั่วยาวเพิ่มความเหนี่ยวนำ และการเหนี่ยวนำจะสร้างแรงดันไฟฟ้าเพิ่มเติมระหว่างการเปลี่ยนแปลงกระแสที่รวดเร็ว ในทางปฏิบัติ นี่หมายความว่าแม้แต่อุปกรณ์ป้องกันไฟกระชากที่ดีมากก็สามารถทำงานได้ไม่ดีหากติดตั้งด้วยสายไฟแบบยาว

SPD 3 เฟสลดไฟกระชากอย่างไร (ภาพรวมการป้องกันแบบสเตจ)

ตารางนี้แสดงตรรกะของการป้องกันแบบจัดฉาก ไม่มีอุปกรณ์ใดที่คาดว่าจะจัดการทุกอย่าง แต่ละตำแหน่งจะลดส่วนหนึ่งของพลังงานไฟกระชากและแรงดันไฟสูงสุด เมื่อถึงเวลาที่อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่ละเอียดอ่อนชั่วคราวไปถึงอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่มีความละเอียดอ่อน แอมพลิจูดและพลังงานจะต่ำกว่าที่ทางเข้าบริการมาก

ปัจจัยด้านประสิทธิภาพในโลกแห่งความเป็นจริง 

ประสิทธิภาพที่แท้จริงของอุปกรณ์ป้องกันไฟกระชากในระบบ 3 เฟสขึ้นอยู่กับปัจจัยหลายประการ ไม่เพียงแต่บนตัวอุปกรณ์เท่านั้น:

• คุณภาพของระบบการต่อสายดินและพันธะส่งผลกระทบอย่างมากต่อความสามารถในการเปลี่ยนกระแสไฟกระชากออกจากอุปกรณ์ได้ง่าย
  
• ตัวนำการเชื่อมต่อแบบสั้นและตรงช่วยลดแรงดันไฟอุปนัยและปรับปรุงประสิทธิภาพการหนีบ
  
• การประสานงานระหว่างอุปกรณ์ป้องกันไฟกระชากหลายตัวช่วยป้องกันไม่ให้อุปกรณ์หนึ่งเครื่องรับความเครียดและอายุเร็วเกินไป
  
• ในโรงงาน 3 เฟสหลายแห่ง ไฟกระชากที่สร้างขึ้นภายในนั้นเกิดขึ้นบ่อยกว่าเหตุการณ์ที่เกี่ยวข้องกับฟ้าผ่า และต้องพิจารณาในกลยุทธ์การป้องกัน
  

ข้อผิดพลาดทั่วไป 

ข้อผิดพลาดในการติดตั้งและการวางแผนทั่วไปหลายอย่างลดประสิทธิภาพของการป้องกันไฟกระชากในระบบจริง:

• ใช้อุปกรณ์ป้องกันไฟกระชากเพียงเครื่องเดียวสำหรับสิ่งอำนวยความสะดวกทั้งหมด และสมมติว่ามันจะปกป้องทุกอย่างอย่างเท่าเทียมกัน
  
• การติดตั้งอุปกรณ์ให้ห่างจากบัสบาร์หรือตัวนำแบบวนซ้ำที่ยาวซึ่งเพิ่มความเหนี่ยวนำที่ไม่จำเป็น
  
• ไม่สนใจไฟกระชากแบบบรรทัดต่อบรรทัดและเน้นเฉพาะเส้นทางแบบบรรทัดต่อพื้นดินในระบบ 3 เฟส
  
• ใช้อุปกรณ์ประเภท 3 ใกล้อุปกรณ์เท่านั้นโดยไม่มีการป้องกันต้นน้ำประเภท 1 หรือประเภทที่ 2
  
• สมมติว่าตัวบ่งชี้สถานะที่แสดง "ตกลง" หมายความว่าระบบได้รับการปกป้องอย่างสมบูรณ์จากการกระชากที่เป็นไปได้ทั้งหมด
  

บทสรุป 

ในระบบไฟฟ้า 3 เฟส การป้องกันไฟกระชากทำงานโดยตรวจจับแรงดันไฟเกินที่ผิดปกติ เปลี่ยนไปใช้เส้นทางอิมพีแดนซ์ต่ำ เปลี่ยนกระแสไฟกระชากลงกราวด์ และจำกัดแรงดันไฟฟ้าที่ไปถึงอุปกรณ์ ช่วยลดความเครียดทางไฟฟ้าแทนที่จะขจัดไฟกระชากอย่างสมบูรณ์ เนื่องจากระบบ 3 เฟสมีเส้นทางกระชากหลายทาง การป้องกันจึงต้องครอบคลุมโหมดบรรทัดต่อบรรทัดและโหมดบรรทัดต่อพื้นดิน ผลลัพธ์ที่มีประสิทธิภาพมากที่สุดมาจากตำแหน่งที่ถูกต้อง การเชื่อมต่อสั้น ๆ และการประสานงานระหว่าง SPD ประเภทต่างๆ เมื่อใช้อย่างถูกต้อง อุปกรณ์เหล่านี้จะลดอัตราความล้มเหลวและการหยุดทำงานอย่างมาก แม้ว่าจะไม่มีระบบใดสามารถลบผลกระทบจากไฟกระชากได้ทั้งหมด

คำถามที่พบบ่อย