Oct. 8, 2015

การเลือกใช้ SPD

 

การเลือก SPD นั้น คำถามแรก DC SPD และ AC SPD ใช้ด้วยกันได้ไหม ก่อนอื่นต้องไปดูคุณสมบัติของ SPD ก่อนว่ามีหน้าที่อะไร คำตอบคือป้องกันไฟกระโชก ทำให้ได้ชื่อว่า Surge Protection Deviece หรือเรียกย่อๆว่า SPD โดยสภาวะปกตินั้น SPD จะมีค่าความต้านทานที่สูงมากๆๆ แต่เมื่อเกิดไฟกระโชกเข้ามา ซึ่งพฤติกรรมของไฟกระโชกนั้นจะมีแรงดันที่สูงมากๆในช่วงระยะเวลาสั้น แล้ว SPD มันจะเปลี่ยนคุณสมบัติจากเดิมที่ค่าความต้านทานสูงมากๆ กลายเป็นค่าความต้านทานต่ำทันที ทำให้ไฟกระโชกที่เข้ามาในระบบ ไหลลงกราวด์ไป คราวนี้มาดูต่อว่าข้างใน ของ SPD มีอะไรบ้าง เพื่อไปหาคำตอบกัน

 

ส่วนประกอบของ SPD ที่ใช้งานกันจะมีแบบ MOV (Metal Oxide Varistor), Gas Discharge Tube (GDT) และ Silicon Avalanche Diode (SAD) เป็นต้น แต่ที่เอามาใช้ในระบบไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์หลักๆ จะนิยมแบบ MOV เนื่องจากว่า สามารถตอบสนองต่อแรงดันไฟฟ้าและกระแสไฟฟ้าที่สูงขึ้นในช่วงเวลาสั้นได้เร็ว (ประมาณ 20 ns)

ภายใต้สภาวะปกติ MOV จะมีความต้านทานสูง แต่เมื่อมีการรับแรงดันไฟฟ้าสูงเข้ามา ความต้านทานของ MOV จะลดต่ำลงอย่างรวดเร็ว เพื่อสร้างแนวที่มีความต้านทานต่ำสำหรับให้แรงดันไฟฟ้าสูงไหลไปสู่สายดิน

 

กรณี DC SPD และ AC SPD ที่ใช้งานทั่วไปในระบบผลิตไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์นั้น จะไม่สามารถใช้ร่วมกันได้ อันดับแรก มาพิจารณาพฤติกรรม ของแรงดันกระโชกที่เข้ามาก่อน จากรูปจะเห็นได้ว่า ด้าน AC นั้นเวลามี Surge เข้ามา(รูปสองเส้นสีดง) จะทำให้แรงดันในระบบสูงมาก หากไม่มี SPD แรงดันในระบบเกิน อุปกรณ์อาทิเช่นเครื่องใช้ไฟฟ้า อินเวอร์เตอร์พังงงง

 

แรงดันเหนี่ยวนำจากฟ้าผ่ารอบๆบริเวณที่ติดตั้งระบบไฟฟ้า V(t) = Ldi/dt หรือแรงดันย้อนกลับจากอุปกรณ์พวกโหลดที่เป้นมอเตอร์ ไรแบบนี้ รูปที่สามจะเป็นกราฟรูป DC SPD

 

อ่ออออ แล้วไงต่อ ก็ลักษณะกราฟก็ต่างกันละครับ ด้าน AC เกิด Surge ที ยอดคลื่นมันจะลงไวกว่าด้าน DC มาก เอา AC ไปใช้ด้าน DC ไม่ได้เลยที่ระดับแรงดันเท่าๆกัน ถึงแม้จะทำมาจาก MOV คล้ายๆกัน

 

อ่ออีกประเด็นหนึ่ง แรงดันปกติถ้าไปดูคุณสมบัติของ AC SPD ที่วางขายจะประมาณ 240 VAC ในระบบ 1 เฟส ซึ่งปกติแล้วด้าน DC ในระบบโซล่าเซลล์เราจะผลิตที่แรงดันสูง เช่น 600VDC , 1000VDC เป็นต้น ทำให้ไม่สามารถใช้งานได้เลย แต่ถ้าเอาไปใช้ต่ำๆสัก 120VDC แบบ AC พอจะทดแทนได้อยู่ครับ

 

ลักษณะการป้องกันของ SPD จะเห็นได้ว่า Surge จากฟ้าผ่าไหลลงกราวด์ผ่าน SPD ส่วนโหลดอื่นๆ รอดเพราะว่า SPD ค่าความต้านทานต่ำสุดในวงจร ทำให้กระแสส่วนใหญ่ไหลไปทาง SPD มันเลยเป็นเหมือนผู้เสียสละในระบบไฟฟ้า ถ้าไม่มีมัน อุปกรณ์อื่นๆในระบบก็อาจจะพังได้

 

คราวนี้มาดูวิธีเลือกใช้ ผมขอแบ่งออกเป็น 3 เลเวล (บางที่แบ่งเป็น 5 เลเวล) แต่หลักๆผมนิยมใช้ EN/IEC 61643-11 เพราะติดปาก และเข้าใจง่าย แต่บางคนไปเจอมาตรฐานอื่นๆเช่น VDE ก็เอาไปเปรียบเทียบได้เลย ดังตาราง

 

คราวนี้มาดูวิธีเลือกใช้ ผมขอแบ่งออกเป็น 3 เลเวล (บางที่แบ่งเป็น 5 เลเวล) แต่หลักๆผมนิยมใช้ EN/IEC 61643-11 เพราะติดปาก และเข้าใจง่าย แต่บางคนไปเจอมาตรฐานอื่นๆเช่น VDE ก็เอาไปเปรียบเทียบได้เลย ดังตาราง

 

คราวนี้ผมขอแนะนำการเลือกใช้งาน SPD คร่าวๆดังนี้

1.ให้ดูว่าแรงดันในระบบของเราที่จะใช้งานเป็นเท่าไร เช่น แรงดันระบบในด้านกระแสตรงเราคือ 800VDC ก็ให้เลือก SPD ที่มี Voltage Norminal มากกว่า 800VDC เช่น 1000VDC เป็นต้น

2.Type หรือ Class สามารถเลือกเบื้องต้นได้ดังนี้

2.1 ถ้าติดตั้งระบบไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์ แล้วแผงโซล่าหรือระบบอยู่ใกล้เสาล่อฟ้ามากๆ ควรเลือก Type I,Class I

2.2 ถ้าไม่มีล่อฟ้าบนอาคาร ก็เลือก Type II , Class II ก็พอแล้วครับ

2.3 ถ้า Inverter อยู่ในอาคารที่มีโอกาสโดนฟ้าผ่าน้อยมากๆ ก็สามารถเลือก Type III,Class III ได้เลยครับ แต่ให้ใช้ได้เฉพาะด้าน AC เท่านั้นนะ แต่ด้าน DC ใช้ไม่ได้เนื่องจากว่าแผงโซล่าเซลล์อยู่บนหลังคามีโอกาสมากๆที่จะเกิดแรงดันกระโชกเข้ามาในระบบเต็มๆ ผมเลยแนะนำว่าด้าน DC ควรเลือก Type II อย่างต่ำ แต่ด้าน AC บางพื้นที่ผมว่า Type III ก็พอละ

ส่วนพิกัด Current Discharge (kA) ของ SPD มันถูกแปรผันตามคลาสอยู่แล้วครับ ผมไม่ค่อยให้ประเด็นเรื่องนี้มากเพราะจะใหคำนวณจริงๆก็ยากและไม่ค่อยมีประโยชน์ในการใช้งานจริงๆตามความเห้นผม

 

มาดูกราฟนะครับ Uc คือแรงดันสูงสุดที่ SPD ยังมีสภาวะความต้านทานสูงมากๆ (Maximum Continuous Operating DC Voltage) และก็ Un คือแรงดันสูงสุด (จาก Surge) ที่สามารถป้องกันได้ (Voltage Protection Level)

 

มาดูกราฟนะครับ Uc คือแรงดันสูงสุดที่ SPD ยังมีสภาวะความต้านทานสูงมากๆ (Maximum Continuous Operating DC Voltage) และก็ Un คือแรงดันสูงสุด (จาก Surge) ที่สามารถป้องกันได้ (Voltage Protection Level)

 

จากรุปเป็น DC SPD จะมี Uc = 1000Vและ Up = 3600V

จากรูปจะเป็น AC SPD จะมี Uc = 275 V และ Up = 1500 V

 

Up ทั้งสองแบบของ DC SPD , AC SPD ต่างกัน ถ้าเอา DC SPD ไปใช้ในด้าน AC พอได้ครับ แต่เหมือนกับขี่ช้างจับตั๊กแตน แต่ AC SPD ไปใช้ด้าน DC นี่ พังตั้งแต่ติดตั้งระครับ ถ้าไปใช้ในระบบที่แรงดันด้าน DC สูงๆ

 

คราวนี้มาดูต่อว่าติด SPD ตัวเดียว มันจบไหม คำตอบคือไม่จบครับ ขึ้นอยู่กับระยะทางของอุปกรณ์ที่เราต้องการป้องกัน ตัวอย่างเช่น ถ้าในอินเวอร์เตอร์มี DC SPD ในตัวอยู่แล้ว ตัวอินเวอร์เตอร์จะถูกป้องกันจากไฟกระโชก และถ้าแผงโซล่าเซลล์ใกล้อินเวอร์เตอร์ซึ่งติดตั้ง SPD ไม่เกิน 10m มันจะถูกป้องกัน แต่ถ้าเกินกว่า 10 m ควรติด SPD ใกล้ๆ แผงโซล่าเซลล์ครับ เพราะยิ่งระยะทางจากโหลดกับ SPD มากแค่ไหน แรงดันตกคร่อมโหลดจะยิ่งมากขึ้นตามระยะทาง การติด SPD ที่ดีที่สุดควรติดใกล้ๆโหลดที่จะทำการป้องกัน (ในรูปแนะนำระยะ 10m ที่ขนาดสายกราวด์ 4 sq.mm ผมแนะนำระยะ 15m ที่ขนาดสายกราวด์ 6 sq.mm ที่ต่อ SPD เพราะยิ่งขนาดสายใหญ่ แรงดันตกคร่อมมันจะยิ่งลดลงตามความต้านทานที่ลดลงครับ)

 

Feature ของ SPD เท่าที่ผู้ผลิตเสริมเข้ามา จะมี Remote signal connector ตัวสีเขียวๆ ที่ติด SPD จะมีอยู่ 3 ขา คือ NO ,Common ,NC ครับ ซึ่งกรณีที่ SPD สภาวะปกติมันจะเป็น NO อาจจะต่อหลอดไฟหน้าตู้สีเขียวแสดงว่ามันปกตินะ ไว้สำหรับ Visualization แบบไม่เปิดตู้ ก็ได้ครับ หรือไปคอนโทรลอื่นๆก็ได้ อาทิเช่นในโซล่าฟาร์มอาจจะต่อระบบ scada ก็ได้ครับ เวลามันพังก็ส่งข้อมูลไปที่ศูนย์บัญชาการเลย

 

คราวนี้มาดูกันครับ ต่อ SPD หน้าหรือหลังอุปกรณ์ป้องกันกระแส เช่นฟิวส์ หรือ เซอรฺกิตเบรกเกอร์ หากมองจากด้านแหล่งจ่าย ถ้าเอาแบบฟังค์ชั่นการใช้งานนะครับ SPD ต่อที่ไหนก็ได้ จะหน้าหรือหลัง เซอร์กิตเบรกเกอร์ได้หมดครับ SPD ทำงานหมด แต่....

 

รณีติดตั้ง SPD หน้าเซอร์กิตเบรกเกอร์ แน่นอนว่า SPD จะป้องกันทั้งระบบเลย รวมถึง Circui breaker ด้วย แต่ว่าเมื่อ SPD เกิดการลัดวงจรเกิดขึ่้น จะไม่มีอุปกรณ์ป้องกันกระแสใดๆ มาป้องกันกระแสที่ไหลเกินจากสายไฟเลย อาจจะทำให้สายไฟไหม้ได้ หาก SPD ไม่มีอุปกรณ์ป้องกันกระแสอาทิฟิวส์ต่ออนุกรมอยู่ หรือSPD บางรุ่นจะมีอุปกรณ์ป้องกันกระแสอยู่ในตัวให้ แต่ถ้าติด SPD หลัง Circuit Breaker ตัว Circuit breaker เอง จะเป็นตัวป้องกันกระแสที่ไหลเกินบนสายไฟ หาก SPD ลัดวงจรอันเนื่องจากสาเหตุใดๆก็ตามเป็นเวลานานมากพอ Circuit Breaker จะสามารถตัดระบบได้ แต่ Circuit Breaker จะเป็นตัวเจอ Surge ก่อน SPD แต่จากการออกแบบและทดสอบจากผู้ผลิต Circuit Breaker จะสามารถทน Surge ได้ ทำให้ Circuit Breaker ไม่พัง ก่อนที่ SPD จะทำงาน