Selective Coordination เป็นการออกแบบระบบไฟฟ้ากำลังโดยเซอร์กิตเบรกเกอร์ที่อยู่ก่อนตำแหน่งที่เกิดความผิดพร่อง (Fault) ที่ใกล้ที่สุดทำงานเปิดวงจรเพื่อเคลียร์ความผิดพร่องนี้ โดยไม่ส่งผลใด ๆ ต่อเซอร์กิตเบรกเกอร์ที่อยู่ถัดขึ้นไป จากไดอะแกรมในรูปที่ 1 แสดงแนวความคิดของ Selective Coordination

เมื่อเกิดความผิดพร่องที่สายป้อน L ที่จ่ายพลังงานไฟฟ้าให้กับแผงไฟฟ้า M เมื่อได้ออกแบบ Selective Coordination ที่เหมาะสม เซอร์กิตเบรกเกอร์ L จะเคลียร์ความผิดพร่องที่เกิดขึ้นนี้ ขณะที่เซอร์กิตเบรกเกอร์ G, E และ A จะไม่เปิดวงจร และบัส H และ B จะไม่ได้รับความเสียหายใด ๆ จากความผิดพร่องที่เกิดขึ้นก่อนที่เซอร์กิตเบรกเกอร์ L จะทำงาน

รูปที่ 1 รูปแบบของการออกแบบระบบไฟฟ้ากำลังที่ต้องคำนึงถึง Selective Coordination

เมื่อตรวจสอบรูปกราฟการเปิดวงจรของเซอร์กิตเบรกเกอร์ในรูปที่ 2 จะพบว่าสามารถแบ่งการทำงานของเซอร์กิตเบรกเกอร์เป็น 3 โซน ได้แก่

โซน 1 คือ โซนปลดวงจรทันที (Instantaneous Region) คือโซนที่เซอร์กิตเบรกเกอร์ทำงานปลดวงจรทันที โดยไม่มีการหน่วงเวลา โดยเซอร์กิตเบรกเกอร์จะเคลียร์ความผิดพร่องที่มีค่าสูงมาก (High Level Fault) 

โซน 2 คือ โซนเวลาผกผัน (Inverse Time Region) เซอร์กิตเบรกเกอร์มีการหน่วงเวลาในการปลดวงจร โดยที่การหน่วงเวลานั้นจะลดลงเมื่อกระแสเพิ่มขึ้น กระแสที่ทำให้เซอร์กิตเบรกเกอร์เปิดวงจรในโซนนี้จะต่ำกว่ากระแสในโซนปลดวงจรทันที ปกติเซอร์กิตเบรกเกอร์จะทำงานตั้งแต่ 3 รูปคลื่น จนถึง 30 รูปคลื่นในโซนนี้ 

โซน 3 คือโซน Long–Time Region เซอร์กิตเบรกเกอร์จะทำงานอยู่ระหว่าง 30 รูปคลื่น จนถึงประมาณ 8 นาที เซอร์กิตเบรกเกอร์จะทำงานเปิดวงจรเมื่อมีกระแสไหลผ่านเกินกว่าค่ากระแสที่ถูกตั้งไว้เพื่อปลดวงจร

รูปที่ 2 Trip Curve ทั่วไปของเซอร์กิตเบรกเกอร์

การใช้งานเซอร์กิตเบรกเกอร์ ชนิด Thermal–magnetic Molded–case เพื่อทำ Selective Coordination มีความยุ่งยากมากกว่าฟิวส์ เนื่องจากกราฟกระแสกับเวลา (Time Current Curve) ของเซอร์กิตเบรกเกอร์มักจะไม่ราบเรียบและช่วง Tolerance ของเซอร์กิตเบรกเกอร์ชนิด Molded–case จะไม่แคบเหมือนฟิวส์ รวมถึงไม่สามารถปรับตั้งกราฟกระแส–เวลาของเซอร์กิตเบรกเกอร์ได้

จากตัวอย่างในไดอะแกรมในรูปที่ 1 หม้อแปลงไฟฟ้าลดแรงดัน “F” มีขนาด 75 kVA ที่พิกัดแรงดัน 380/220 VAC จ่ายพลังงานไฟฟ้าให้กับแผงไฟฟ้า H ถ้าหม้อแปลงไฟฟ้านี้มีค่าอิมพีแดนซ์เท่ากับ 2.5% ทำให้เกิดกระแสลัดวงจรด้านทุติยภูมิของหม้อแปลงไฟฟ้า 7,800 แอมแปร์ เซอร์กิตเบรกเกอร์ G ที่กระแสพิกัด 250 แอมแปร์จะมีค่าปลดวงจรทันทีอยู่ระหว่าง 5 ถึง 10 เท่าของกระแสพิกัด หรือ 1,250–2,500 แอมแปร์ ช่วงกว้างนี้ทำให้การทำ Selective Coordination ของเซอร์กิตเบรกเกอร์ชนิด Thermal–magnetic Molded–case มีความยุ่งยาก

อย่างไรก็ตาม ในทางปฏิบัติการทำ Selective Coordination จะใช้วิธีการจับคู่ (Paring) ของเซอร์กิตเบรกเกอร์ โดยใช้ตารางโคออดิเนชั่น (Coordination Table) ซึ่งผู้ผลิตเซอร์กิตเบรกเกอร์จัดทำขึ้นตามตารางที่ 1

ตารางที่ 1 ตารางโคออร์ดิเนชั่น (Coordination Table) ของเซอร์กิตเบรกเกอร์ยี่ห้อหนึ่ง

การใช้เซอร์กิตเบรกเกอร์ชนิด Electronic–trip ก็เป็นอีกทางเลือกหนึ่งในการทำ Selective Coordination เนื่องจากสามารถปรับแต่งกราฟกระแสกับเวลาของเซอร์กิตเบรกเกอร์ชนิดนี้ได้อย่างละเอียด การทำ Selective Coordination จึงทำได้โดยง่าย อย่างไรก็ตามเซอร์กิตเบรกเกอร์ชนิด Electronic–trip จะมีต้นทุนที่แพงกว่าเซอร์กิตเบรกเกอร์ชนิด Thermal–magnetic Molded–case

รวมถึงต้อง “ตั้งค่า” และตรวจสอบค่าที่ตั้งไว้ว่ามีความถูกต้องตามที่ได้ออกแบบไว้โดยช่างผู้ชำนาญเพื่อให้มั่นใจว่าเซอร์กิตเบรกเกอร์ชนิด Electronic–trip ทำงานได้อย่างถูกต้อง

จากวิธีการทำ Selective Coordination ด้วยเซอร์กิตเบรกเกอร์ตามวิธีข้างต้นแล้ว จุดสำคัญที่ต้องพิจารณาก็คือ ต้องทำให้จำนวนลำดับชั้น (Level) ของเส้นทาง (Path) ที่จะทำให้ Selective Coordination เหลือน้อยที่สุด ซึ่งปกติอย่าให้เกิน 3 ลำดับชั้นคือมีเซอร์กิตเบรกเกอร์ที่จะทำ Selective Coordination ไม่เกิน 3 ตัวจะดีที่สุด

วิธีปฏิบัติก็คือ เราสามารถยกเลิก Main Circuit Breaker ที่ติดตั้งอยู่ในแผงไฟฟ้า และใช้ Main Isolator หรือ Non-automatic Breaker ทำหน้าที่เป็นเมนสวิตซ์แทน ในการออกแบบทั่วไปมักจะพบว่าวิศวกรไฟฟ้าออกแบบจะกำหนดให้มี Main Circuit Breaker ในแผง Sub-main Distribution Board และแผง Distribution Board/Load Center ทำให้ต้องมีการทำ Selective Coordination ของเซอร์กิตเบรกเกอร์จำนวน 4–5 ชุด

ในทางปฏิบัติสายป้อนที่จ่ายไฟฟ้ากำลังให้กับแผง Sub-main Distribution Boards จะได้รับการป้องกันจากเซอร์กิตเบรกเกอร์ของสายป้อน (Feeder Circuit Breaker) ที่ติดตั้งอยู่ใน Main Distribution Board (MDB) อยู่แล้ว และเช่นเดียวกัน สายป้อนที่จ่ายไฟฟ้ากำลังให้กับแผง Distribution Board/Load Center จะได้รับการป้องกันจากเซอร์กิตเบรกเกอร์ของสายป้อนที่ติดตั้งอยู่ในแผง Sub–main Distribution Board

การลดจำนวนของเซอร์กิตเบรกเกอร์ลงจะทำให้การทำ Selective Coordination สามารถทำได้โดยง่ายและมีประสิทธิภาพ การเลือกใช้ Main Isolator หรือ Non-Automatic Breaker ต้องคำนึงถึงค่า Icw ของอุปกรณ์ที่เพียงพอด้วย

รูปที่ 3 กราฟกระแส-เวลาของเซอร์กิตเบรกเกอร์ในระบบไฟฟ้ากำลังที่มี Selective Coordination

การออกแบบระบบไฟฟ้ากำลังให้มี Selective Coordination ที่เหมาะสมเป็นสิ่งจำเป็นเพราะมีความเกี่ยวข้องกับความปลอดภัย (Life Safety) ความมั่นคงของระบบ (Reliability) มาตรฐาน NEC ได้กำหนดความต้องการของ Selective Coordination ไว้ในมาตรฐาน ควรตรวจสอบตารางโคออร์ดิเนชั่นของผู้ผลิตเซอร์กิตเบรกเกอร์และปรึกษาผู้ผลิตก่อนการออกแบบเพื่อทำ Selective Coordination ทุกครั้ง

เอกสารอ้างอิง

1. Selective Coordination Using Circuit Breakers, EC&M October 2009
2. www.ecmweb.com
3. มาตรฐานการติดตั้งทางไฟฟ้าสำหรับประเทศไทย พ.ศ. 2545 (ฉบับปรับปรุงครั้งที่ 1 พ.ศ. 2551)
4. Totally Integrated Power by Siemens