จุดประสงค์การวัดค่าความเป็นฉนวน ของขดลวดมอเตอร์ หรือตัวนำต่าง ๆ ที่มีฉนวนหุ้มคืออะไร ? ข้อมูลที่ได้จากการวัด อาจจะไม่ง่ายสำหรับการเข้าใจ
วัลลภ ลิ้มพลาสุข
จุดประสงค์การวัดค่าความเป็นฉนวน (IR หรือ ค่าเมกะโอห์ม) ของขดลวดมอเตอร์ หรือตัวนำต่าง ๆ ที่มีฉนวนหุ้มคืออะไร ? ข้อมูลที่ได้จากการวัด อาจจะไม่ง่ายสำหรับการเข้าใจ และสนับสนุนการตัดสินใจที่จะดำเนินการต่อไปอย่างไร ไม่ว่าจะเป็น การนำเอาไปใช้งานต่อไป การปรับปรุงสภาพให้ดีขึ้น การเปลี่ยนใหม่ รวมไปถึงการพิจารณาว่าจะมีทดสอบเพิ่มเติมต่อไปหรือไม่ เพราะผลของการวัดค่าความเป็นฉนวนไม่ใช่เป็น
* เกณฑ์ที่จะบอกว่า ผ่าน หรือไม่ผ่าน
* บอกอายุการใช้งานที่เหลืออยู่
* การทดสอบที่ทำให้ฉนวนเกิดความเสียหาย
การทดสอบที่ทำให้ฉนวนเกิดความเสียหาย มีสองความหมาย ความหมายแรก เป็นการทดสอบที่ใช้ความเสียหายของฉนวนเป็นตัวบอกผลการทดสอบ ว่าผลการทดสอบนั้นยอมรับได้หรือยอมรับไม่ได้ โดยผลที่ยอมรับไม่ได้จะมีหลักฐานของร่องรอยความเสียหายของฉนวนสนับสนุนผลการทดสอบ และก่อนนำไปใช้งานต้องถูกนำไปซ่อมแก้ไข หรือพูดในทางตรงกันข้าม
ผลการทดสอบที่ยอมรับได้ ต้องไม่มีร่องรอยความเสียหายที่เกิดขึ้นจากการทดสอบ การทดสอบด้วย DC Hipot เป็นการทดสอบแบบไม่ทำลาย เมื่อเทียบกับการทดสอบแบบ AC Hipot ความเสียหายที่เกิดขึ้นจากการทดสอบจะเกิดขึ้นเล็กน้อยและสามารถซ่อมแซมแก้ไขได้
ความหมายที่สอง คือ ความเสียหายที่เกิดจากการทดสอบ ส่งผลเฉพาะฉนวนที่อ่อนแอ ทำให้อายุการใช้งานที่เหลืออยู่สั้นลง และสิ่งเหล่านี้จะเป็นข้อมูลที่ช่วยให้เราทำการตัดสินใจว่าควรจะดำเนินการต่อไปอย่างไร
จุดประสงค์ที่ความแตกต่างดังกล่าว ไม่ได้อ้างอิงความสัมพันธ์ระหว่าง ค่าแรงดันที่ใช้ในการทดสอบ พิกัดแรงดันของอุปกรณ์ที่จะถูกทดสอบ และค่า Dielectric Withstand ของระบบฉนวน ซึ่งสองค่าหลังนี้ไม่เหมือนกัน มอเตอร์ 230 โวลต์จะใช้ระบบฉนวน 600 โวลต์ หรือมอเตอร์ 4,000 โวลต์จะใช้ระบบฉนวน 4,400 โวลต์
มอเตอร์ใหม่ที่มีพิกัดแรงดันขดลวด 460 โวลต์ อาจจะมีการทดสอบที่โรงงานผลิตถึง 1,920 โวลต์ และมีการทดสอบค่าความเป็นฉนวนที่เป็นขั้นตอนปกติ ที่ 500 โวลต์โดยไม่เกิดความเสียหายใด แต่ในที่สุดเมื่อมีการนำไปใช้งาน การทดสอบค่าความเป็นฉนวนที่แรงดันไม่ถึง 440 โวลต์ก็อาจจะทำให้เกิดความเสียหายได้เช่นกัน
ข้อจำกัดของการทดสอบค่าความเป็นฉนวน (Insulation Resistanc Test)
อะไรเป็นข้อจำกัดของการทดสอบค่าความเป็นฉนวน กรณีมอเตอร์ หรือเครื่องกำเนิดไฟฟ้าเอซี และดีซี IEEE 43 เป็นมาตรฐานที่กำหนดแนวทางการทดสอบค่าความเป็นฉนวน ฉบับปี 2000 กำหนดค่ายอมรับขั้นต่ำไว้ดังนี้
เครื่องจักรส่วนใหญ่ที่พันด้วยลวดกลม และขดลวดแบนที่มีแรงดันต่ำกว่า 1,000 โวลต์
ตารางข้างบนทำให้เกิดคำถามมากมาย ตัวอย่างเช่น มอเตอร์สลิปริง 460 โวลต์ ที่ประกอบไปด้วย ขดลวดชนิดกลมทั้งขดลวดสเตเตอร์ และขดลวดโรเตอร์ ถ้าอ้างอิงจากตารางจะได้ว่า ค่ายอมรับได้สำหรับสเตเตอร์มีค่าเท่ากับ 5 เมกะโอห์ม ส่วนค่ายอมรับได้สำหรับโรเตอร์มีค่าเท่ากับ 2 เมกะโอห์ม
รูปที่ 1 ถ้าการวัดค่าความเป็นฉนวนไม่แปลงค่าไปที่อุณหภูมิอ้างอิงเดียวกัน การนำมาพล๊อตเพื่อดูแนวโน้มก็ไม่มีประโยชน์
นอกจากนั้นไม่ได้มีคำอธิบายเพิ่มเติมของคำว่า “ส่วนใหญ่” และคำว่า “ก่อนและหลังปี 1970” ประการที่สอง โดยปกติค่าความเป็นฉนวนขั้นต่ำที่ยอมรับได้ของอุปกรณ์ไฟฟ้าแรงต่ำควรจะมีค่า 95 เปอร์เซ็นต์ของอุปกรณ์ไฟฟ้าแรงดันปานกลางใช่หรือไม่ และประการสุดท้ายผู้ผลิตมอเตอร์ส่วนใหญ่ไม่ได้ใส่คลาสของฉนวนลงในเนมเพลตของมอเตอร์ที่ผลิตตั้งแต่ปี 1970 ยกเว้นปี 1967 และปี 1975 ที่สามารถพบเห็นได้
อย่างไรก็ดี มีบางคนยินดีที่จะใช้ค่าความเป็นฉนวนต่ำสุดที่ 5 เมกะโอห์มที่แรงดันขดลวด 4,000 โวลต์ โดยไม่คำนึงถึงปีที่ผลิต ทำให้เหลือช่วงของค่าที่ใช้ในการตัดสินใจแคบลง โดยสรุปว่า ค่าสูงกว่า 5.1 เมกะโอห์มเป็นค่าที่ยอมรับได้ และค่าต่ำกว่า 4.9 เมกะโอห์มเป็นค่าที่ไม่ยอมรับใช่หรือไม่ ช่างไฟฟ้าบางคนที่มีประสบการณ์สูงใช้ค่าดังต่อไปนี้ เมื่อทดสอบที่แรงดัน 500 โวลต์ ค่าที่อ่านได้เกิน 100 เมกะโอห์ม สายเพาเวอร์ และอุปกรณ์ต่าง ๆ ในวงจร ถูกพิจารณาว่าปกติ แต่ถ้าค่าที่อ่านได้ต่ำกว่า 30 เมกะโอห์ม จะพิจารณาว่ามีสิ่งผิดปกติที่เลวร้ายเกิดขึ้น
ความยุ่งยากอีกประการหนึ่งคือ ค่าความเป็นฉนวนที่วัดได้ต้องแปลงเป็นค่าที่ถูกต้องเพื่อเปรียบเทียบกับค่าที่อ้างอิงในมาตรฐาน IEEE 43 ซึ่งกำหนดอุณหภูมิอ้างอิงไว้ที่ 40 องศา สำหรับเครื่องจักรกลหมุน รูปที่ 1 แสดงให้เห็นถึงความจำเป็นที่ต้องมีการแปลงค่า เพื่อใช้ในการพิจารณาดูแนวโน้มของค่าความเป็นฉนวน ว่าจะเริ่มเกิดเสื่อมสภาพเมื่อใด ค่าที่วัดได้ต้องนำกลับมาแปลงค่าให้อยู่ในอุณหภูมิอ้างอิงเดียวกัน การนำค่าที่วัดได้ของแต่ละช่วงเวลาและอุณหภูมิ มาพล๊อตกราฟจะไม่สามารถดูแนวโน้มการเสื่อมสภาพได้
ข้อสมมุตฐานเบื้องต้นที่ว่า ทุก 10 องศาที่เพิ่มขึ้นหรือลดลง จะทำให้ค่าความเป็นฉนวนลดลงครึ่งหนึ่ง หรือมีค่าเป็นสองเท่าตามลำดับ ค่าดังกล่าวอาจจะเปลี่ยนแปลง ขึ้นอยู่กับค่าเฉพาะตัวของระบบฉนวน บางชนิดอุณหภูมิลดลงไป 10 องศา แต่ทำให้เกิดค่าความเป็นฉนวนเปลี่ยนแปลงเพิ่มขึ้นเพียง 50 เปอร์เซ็นต์ แทนที่จะเป็น 100 เปอร์เซ็นต์ ดังรูปที่ 2
รูปที่ 2 จากหลายแหล่งข้อมูล, กราฟแสดงค่าความเป็นฉนวนเปลี่ยนแปลงตามค่าอุณหภูมิ (กราฟ A จาก IEEE 43) การเปลี่ยนค่าความเป็นฉนวน ณ ค่าอุณหภูมิใด ๆ ไปที่ 40 องศา ให้นำเอาค่าที่วัดได้ ณ อุณหภูมินั้นคูณกับค่า K ที่อยู่ในกราฟ
อีกประการหนึ่ง อุณหภูมิที่ต้องนำมาพิจารณาต้องเป็นอุณหภูมิของตัวฉนวนเอง ไม่ใช่อุณหภูมิรอบข้าง (Ambient Temp) หรืออุณหภูมิของตัวเครื่องจักร เครื่องจักรไฟฟ้า หรือหม้อแปลงไฟฟ้าชนิดแห้ง (Dry Type Transformer) เมื่อขับโหลดเต็มพิกัดและหยุดทำงาน อุณหภูมิจะลดลงอย่างรวดเร็ว ระยะเวลาที่ใช้ในการวัด 1 นาทีของการวัดค่าความเป็นฉนวน อาจได้ค่าที่ไม่ถูกต้อง เพราะมีการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิของฉนวน
มอเตอร์ประเภท TEFC อุณหภูมิของขดลวดจะเพิ่มขึ้นหลายองศาทันทีหลังการหยุดมอเตอร์ ก่อนที่จะค่อย ๆ เริ่มลดลง ในทางทฤษฏี การวัดควรกระทำในขณะที่มอเตอร์ยังร้อน เพราะพื้นผิวของฉนวนอาจดูดซับความชื้นเข้าไปขณะที่มอเตอร์เริ่มเย็นตัวลง และควรจะต้องนำสิ่งนี้มาพิจารณาร่วมด้วย
รูปที่ 3 เป็นกราฟตัวอย่างของมอเตอร์ขนาดใหญ่ทั่วไป แสดงอุณหภูมิเทียบกับเวลาหลังการหยุดทำงาน สมมุติให้ ค่าความเป็นฉนวนที่วัดได้ครั้งแรกหลังจากหยุดทำงาน วัดที่เวลา 1 นาที ได้ค่า 70 เมกะโอห์ม นำค่ามาแปลงเป็นค่า ณ อุณหภูมิ 40 องศา โดยอ้างอิงอุณหภูมิขณะเครื่องหยุดทำงานที่ 90 องศา (นำไปพล๊อตลงในกราฟที่ 2) จะได้ค่า ณ อุณหภูมิ 40 องศา เท่ากับ 2,100 เมกะโอห์ม และถ้าสมมุติวัดที่ 10 นาที ได้ค่า 150 เมกะโอห์ม
เมื่อนำไปแปลงค่าที่อุณหภูมิ 40 องศา โดยใช้อุณหภูมิอ้างอิงเดียวกันคือ 90 องศาจะได้ค่าความเป็นฉนวนเท่ากับ 4,500 เมกะโอห์ม นำมาหาค่า PI จะได้ 4,500/2,100 = 2.1 กรณีเดียวกัน แต่ถ้าพิจารณาใช้อุณหภูมิขณะวัดค่าแล้วเสร็จมาใช้คำนวณ จะได้ค่าอุณหภูมิวัดครั้งแรก 85 องศา และวัดครั้งที่สองเป็น 80 องศา (ตามกราฟในรูปที่ 3) และเมื่อนำไปพล๊อตในกราฟรูปที่ 2 ทำให้ค่าที่ 1 นาที และ 10 นาทีเปลี่ยนไปเป็น 1,400 และ 1,950 เมกะโอห์มตามลำดับ ส่งผลให้ค่า PI เหลือเพียง 1.4
รูปที่ 3 อุณหภูมิอุปกรณ์ไฟฟ้าที่มีขดลวด เช่นมอเตอร์ไฟฟ้าขนาดใหญ่ จะลดลงตามกราฟหลังจากมีการขับโหลดเต็มพิกัดและหยุดทำงาน
อุณหภูมิของขดลวดที่ยื่นออกมาจากแกนเหล็กจะต่ำกว่าบริเวณที่อยู่ในแกนเหล็กอยู่บ้าง ถ้าค่าที่อ่านได้ถูกแปลงค่าไปยังอุณหภูมิอ้างอิง แน่นอนว่าความแตกต่างอาจจะมีไม่มาก ความไม่ถูกต้องของการไม่พิจารณาตำแหน่งการวัด อาจจะไม่สำคัญ ถ้าค่าความเป็นฉนวนที่อ่านได้มีค่า 200 เมกะโอห์มหรือมากกว่า แต่จะมีผลต่อค่าที่อ่านได้ 5 หรือ 10 เมกะโอห์มเป็นอย่างมาก ฉะนั้น ตำแหน่งของอุณหภูมิที่วัดจะมีผลต่อการพิจารณา
กรณีทั่ว ๆ ไป การวัดค่าความเป็นฉนวนครั้งเดียว (Spot Reading) จะมีประสิทธิผลของค่าที่วัดได้น้อยกว่าการวัดค่าแบบดูแนวโน้ม การรู้ว่ามาจากที่ใด และกำลังจะไปที่ใด ย่อมดีกว่ารู้ว่า ขณะนี้อยู่ที่ใด
การวัดค่า PI ( Polarization Index )
ค่า PI เป็นการทดสอบที่มีประโยชน์อย่างมากสำหรับขดลวดเครื่องจักรไฟฟ้าแรงดันปานกลาง ค่า PI เป็นอัตราส่วนระหว่าง ค่าความเป็นฉนวนที่วัด ณ เวลา 10 นาทีต่อค่าที่วัดได้ ณ เวลา 1 นาที การทดสอบนี้ถูกอธิบายมาตรฐาน IEEE 43 สำหรับระบบฉนวนสมัยใหม่มีแนวโน้มที่จะผลิตระบบฉนวนที่มีค่าความเป็นฉนวนที่สูง
ส่งผลให้ค่า PI ที่วัดได้มีค่าไม่ถึง 1.0 ซึ่งอาจต้องมีการทบทวนเนื้อหาหรือข้อกำหนดต่าง ๆ ในมาตรฐาน และเนื่องด้วยการนำอัตราส่วนของค่าความเป็นฉนวน มาใช้ในการพิจารณา ค่าความเป็นฉนวนที่เวลา 30 และ 60 วินาที อาจจะถูกนำมาใช้ และเปรียบเทียบทำให้ค่า PI ดูมีบทบาทน้อยลง (ดูรูปที่ 4 )
กรณีที่ไม่ใช่เครื่องจักรไฟฟ้าจะพิจารณาอย่างไร ? ลองมาพิจารณาให้กว้างไปกว่านั้น หน่วยงานรัฐที่เป็นผู้นำหน่วยงานหนึ่งระบุว่า เขาใช้กฎ 1 เมกะโอห์ม โดยมีรายละเอียดว่า ค่าความเป็นฉนวนต่ำสุดของอุปกรณ์ไฟฟ้าทั่ว ๆ ไปที่มีแรงดันต่ำกว่า 1,000 โวลต์เท่ากับ 1 เมกะโอห์ม กฎเกณฑ์นี้อาจจะเหมาะกับคนที่ไม่มีประสบการณ์มากในทางปฏิบัติกับการทดสอบระบบฉนวน และไม่อยากมีปัญหาด้านเทคนิคในการลงลึกด้านการทดสอบ ซึ่งอาจจะตรงกับคำแนะนำที่น่าสนใจคือ ยิ่งรู้น้อยเท่าไหร่ ยิ่งจะทำให้ข้อจำกัดน้อยลงขึ้นเท่านั้น
สำหรับเครื่องจักรไฟฟ้าแรงดันเกิน 1,000 โวลต์ จะใช้กฎ ค่าความเป็นฉนวนขั้นต่ำ 1 เมกะโอห์ม ต่อแรงดัน 1,000 โวลต์ โดยทางยุโรปนิยมใช้กฎนี้ ยกตัวอย่างเช่น ถ้าพิกัดแรงดัน 4,000 โวลต์ จะได้ค่าความเป็นฉนวนขั้นต่ำ 4 เมกะโอห์ม ในขณะที่ถ้าเป็นขดลวดเก่า IEEE 43 กำหนด ให้ใช้ค่าความเป็นฉนวนขั้นต่ำ 5 เมกะโอห์ม แต่ก็มีหน่วยงานของรัฐบางแห่งใช้ค่า 1.5 เมกะโอห์มต่อค่าแรงดัน 1,000 โวลต์
รูปที่ 4 ค่า PI ที่ปกติค่าความเป็นฉนวนที่ 10 นาทีจะมีค่ามากกว่าค่าที่ 1 นาทีอย่างเห็นได้ชัด (ยกเว้นฉนวนรุ่นใหม่ที่เป็นอีพ็อกซี่ชนิดค่าความเป็นฉนวนสูง) การใช้อัตราส่วนที่เวลา 60 และ 30 วินาที จะมีประโยชน์ดีกว่า
การแก้ไขกฎว่าด้วย 1 เมกะโอห์มให้เปลี่ยนแปลงไปจากเดิมมักจะมีการเขียนคำอธิบายเพิ่มเติมเข้าไปด้วยโดยมักจะปรากฏข้อความว่า “จากการศึกษาเพิ่มเติมเครื่องจักรชนิดนี้ควรมีค่าความเป็นฉนวนขั้นต่ำ ? เมกะโอห์ม โดยขึ้นอยู่กับชนิดของวัสดุใช้ทำฉนวน และขนาดมิติของเครื่องจักร”
มาตรฐาน NFPA 70 B กำหนดแนวทางในการปฏิบัติสำหรับการบำรุงรักษาอุปกรณ์ไฟฟ้า ค่าที่ถูกระบุแตกต่างไปจากที่ระบุในมาตรฐาน IEEE43 ดังนี้
* สำหรับเครื่องจักรกลไฟฟ้าที่มีแรงดันเท่ากับหรือต่ำกว่า 1,000 โวลต์ให้ใช้ค่า 2 เมกะโอห์ม
* สำหรับเครื่องจักรกลไฟฟ้าที่มีแรงดันมากกว่า 1,000 โวลต์ให้ใช้ค่า 1 เมกะโอห์มต่อ 1,000 โวลต์ บวก 1 ไม่มีการระบุสำหรับอุปกรณ์ไฟฟ้าประเภทอื่น ๆ
ระเบียบหรือข้อกำหนด ของอุปกรณ์ไฟฟ้าที่ไม่เคลื่อนที่ (Stationary Apparatus) จะมีค่าสูงกว่าอุปกรณ์ไฟฟ้าหรือเครื่องจักรที่หมุนเคลื่อนที่ เพราะโครงสร้างของมอเตอร์หรือเครื่องกำเนิดไฟฟ้าไม่สามารถให้ใส่ฉนวนได้หนามาก ซึ่งเกิดจากข้อจำกัดด้านช่องว่างในส่วนต่าง ๆ ของโครงสร้าง
สำหรับหม้อแปลงไฟฟ้าชนิดแห้ง (Dry Type Transformer) ค่าความเป็นฉนวนขั้นต่ำควรที่จะเทียบได้กับเครื่องจักรกลไฟฟ้า ทั้ง ๆ ที่ ไม่มีมาตรฐานกำหนดค่าขั้นต่ำเอาไว้
NETA (The Inter National Electrical Testing Association) ได้กำหนดคำแนะนำทั่ว ๆ ไป สำหรับการทดสอบอุปกรณ์และระบบไฟฟ้า ในหมวด” Maintenance Testing Specifications” มีการกำหนดค่าดังต่อไปนี้รวมอยู่ด้วย (ถูกใช้เมื่อไม่มีค่าที่สอดคล้องและถูกกำหนดในมาตรฐาน)
ค่าเหล่านี้ถูกใช้กับ สวิตช์เกียร์ สวิตช์ และเซอร์กิตเบรกเกอร์ สำหรับหม้อแปลง NETA แนะนำค่าความเป็นฉนวนขั้นต่ำดังนี้
รูปที่ 5 ผลของความยาวของสายเคเบิลที่มีผลต่อค่าความเป็นฉนวน
มาตรฐานชี้ให้เห็นว่าค่าที่ถูกกำหนดขึ้น เปลี่ยนแปลงตามขนาด KVA ของหม้อแปลงโดยมีผลมาจากค่าแรงดันพิกัดของหม้อแปลง อย่างไรก็ดี NETA ไม่ได้ระบุรายละเอียดว่า ในชุดขดลวด 3 เฟส 1 ชุดต้องทำการทดสอบอย่างไร
ข้อกำหนดค่าความเป็นฉนวนขั้นต่ำที่แตกต่างกันออกไป และเป็นข้อกำหนดที่น่าสนใจ ควรที่จะเอามาพิจารณาได้แก่ ข้อกำหนดตามสูตร
IR = CE/
ซึ่ง E คือค่าพิกัดแรงดันของขดลวด
KVA คือกำลังของหม้อแปลง
C คือค่าคงที่ อ้างอิงที่อุณหภูมิ 20 องศา
= 1.5 ถ้าขดลวดจุ่มอยู่ในน้ำมันและถัง
= 30 ถ้าขดลวดไม่ได้อยู่ในถัง หรือเป็น ชนิดแห้ง
ถ้าเป็นการทดสอบขดลวด 3 เฟส E จะเป็นค่าแรงดัน เฟสต่อเฟส ของการต่อขดลวดแบบเดลต้า และจะเป็นค่าแรงดัน เฟสต่อนิวตรอล ของการต่อแบบสตาร์
สมมุติตัวอย่าง หม้อแปลงน้ำมันขนาด 150 KVA เป็นหม้อแปลง 1 เฟส มีพิกัดแรงดัน 2,400 โวลต์ จะได้ค่าความเป็นฉนวนขั้นต่ำจากสูตร = 1.5 x 2,400 / = 300 เมกะโอห์ม โดยประมาณ และถ้าเป็นขนาดเดียวกันแต่เป็นแบบชนิดแห้ง ค่าความเป็นฉนวนขั้นต่ำจะเปลี่ยนไปเป็น 5,800 เมกะโอห์ม
หม้อแปลงแบบแห้งถูกพิจารณาว่า ควรมีค่าความเป็นฉนวนที่สูงกว่าหม้อแปลงชนิดน้ำมัน เพราะมีพื้นที่ผิวสัมผัสของฉนวนกับกราวด์ หรือโครงสร้างทั้งหมดของหม้อแปลงน้อยกว่า แรงดันทดสอบที่จ่ายจะตกคร่อมเฉพาะขดลวดไม่เกี่ยวข้องกับพื้นที่ผิวส่วนใหญ่ของแกนเหล็ก ในขณะที่หม้อแปลงน้ำมัน น้ำมันจะสัมผัสไปทุกส่วนของขดลวด และทำให้เกิดกระแสรั่วไหล (ที่ไหลผ่านน้ำมัน) ถ้าน้ำมันที่ถูกนำมาใช้มีความชื้นปะปนอยู่ด้วย
แหล่งอ้างอิงหลายแห่งกล่าวว่า การทดสอบค่าความเป็นฉนวนมีประโยชน์ในการวิเคราะห์สภาพของสายเคเบิล โดยเฉพาะถูกแนะนำให้ใช้เป็นวิธีวิเคราะห์ปัญหาเบื้องต้น ก่อนที่จะนำไปสู่การทดสอบ Partial Discharge Step Voltage และ Hipot Test ต่อไป โดยไม่มีมาตรฐานกำหนดไว้ว่า ควรจะเลือกวิธีใดในการทดสอบ
การทดสอบอีกวิธีที่นิยมกันคือ การทดสอบ DC Hipot Test แต่หากใช้ค่าความเป็นฉนวน (เมกะโอห์ม) มาใช้พิจารณาค่ากำหนดขั้นต่ำไม่ได้มีกำหนดไว้ และหลากหลายกว่าค่าความเป็นฉนวนของอุปกรณ์ไฟฟ้าเสียอีก ประการแรก ค่าความเป็นฉนวนจะแปรผันตามความยาวของสายเคเบิล ประการที่สองพื้นที่ที่เป็นผิวสัมผัสของฉนวน ด้านหนึ่งจะสัมผัสกับตัวนำไฟฟ้า
แต่อีกด้านหนึ่งจะสัมผัสกับพื้นที่ผิวรอบนอกของฉนวน ซึ่งทั้งสอง จะแปรผันตามขนาดของตัวนำไฟฟ้า และความหนาของฉนวนไฟฟ้าตามลำดับ ดังนั้นหากต้องการหาค่าความเป็นฉนวนขั้นต่ำเบื้องต้น (หน่วยเป็นเมกะโอห์ม) สำหรับความยาวสายเคเบิล 1,000 ฟุต สามารถหาได้จากสูตร
ค่าความเป็นฉนวนต่ำสุด (Min IR) = K. Log10 D/d
เมื่อ K = ค่าคงที่ประจำตัวของประเภทฉนวน
D = ความหนาของฉนวน
D = ขนาดของเส้นผ่าศูนย์กลางตัวนำ
ค่า K จะเปลี่ยนแปลงค่าตั้งแต่ 500 ไปจนถึง 50,000 หรือมากกว่าขึ้นอยู่กับชนิดของฉนวน (ฉนวนของสายเคเบิลหลากหลายชนิดที่ใช้กันอยู่ได้แก่ EPR, XLPE, EPDM, PILC, HDPE, TRPE, PVC และ Silicone ) สารที่เติมเข้าไปในเนื้อฉนวน เพื่อเพิ่มความสามารถในการทนเปลวไฟ จะทำให้คุณสมบัติด้านค่าความต้านทานไฟฟ้าลดลง ไป 5 เท่า สารเติมชนิดอื่น ๆ อาจจะเติมไปเพื่อเพิ่มลดการแทรกซึมหรือกัดเซาะของน้ำ การผสมกันทางเคมีสามารถทำให้เกิดความแตกต่างเป็นร้อย ๆ ชนิดของค่าความต้านทานของฉนวน สำหรับสายเคเบิลที่ใช้แล้วจะมีกฎง่าย ๆ ของการหาค่าความต้านทานขั้นต่ำคือ 200 เมกะโอห์มต่อความยาวเคเบิล 8,000 ฟุต (หรือใช้ค่าที่มากกว่าถ้าความยาวสั้นกว่า)
ณ โรงงานผลิต คุณภาพฉนวนโดยรวมของสายเคเบิ้ล มีการทดสอบโดยการจุ่มสายเคเบิลพร้อมล้อบรรจุ ลงในถังน้ำ จ่ายแรงดันทดสอบเข้าไปที่ตัวนำและถังน้ำ ทำให้ผลการทดสอบที่ได้มีค่าห่างจากการทดสอบวัดค่า ณ สถานที่ใช้งานจริงมาก
หน่วยงานรัฐหน่วยงานหนึ่งกำหนดว่า ถ้าค่าความเป็นฉนวนอยู่ระหว่าง 2 ถึง 50 เมกะโอห์ม ต้องมีการทดสอบหรือหาสาเหตุเพิ่มเติม แต่ถ้าสูงกว่า 50 เมกะโอห์มถือว่าอยู่ในเกณฑ์ปลอดภัย ส่วนอีกแห่งหนึ่งนิยมใช้สูตร (KV+1) กับสายเคเบิล โดยค่าความเป็นฉนวนขั้นต่ำที่ยอมรับได้มีค่า (KV+1) x 1000/ความยาวสายเคเบิลมีหน่วยเป็นฟุต หากค่าที่วัดได้มีต่ำกว่าค่าที่คำนวณได้ต้องมีการตรวจสอบเพื่อหาสาเหตุเพิ่มเติม
เนื่องจากข้อกำหนดหรือเงื่อนไขส่วนใหญ่ กำหนดค่าต่อความยาวไว้ที่ 1,000 ฟุต ทำให้มีช่างไฟฟ้าบางคนเข้าใจว่า ถ้าเคเบิลมีความยาวเป็นสองเท่าของค่าที่คำนวณก็ควรที่จะคูณสองด้วย ซึ่งจริง ๆ แล้วจะเห็นว่ายิ่งความยาวสายเพิ่มมากขึ้น จะส่งผลให้ค่าความเป็นฉนวนลดลงมากยิ่งขึ้น เพราะพื้นที่สัมผัสผิวฉนวนจะเพิ่มขึ้นตามความยาวสาย ฉะนั้นจึงควรที่จะทำความเข้าใจให้ถูกต้องเกี่ยวกับความยาวสายที่ใช้ในการคำนวณที่ 1,000 ฟุต แต่ก็มีสิ่งพิมพ์หลายฉบับ ระบุค่าความเป็นฉนวนต่ำสุดของสายเคเบิลโดยไม่พิจารณาความยาวของสายดังนี้
แต่ความยาวของสายไม่ควรละเลยที่จะพิจารณา เพราะถ้ามีการวัดอย่างถูกวิธี ค่าความเป็นฉนวนของสายจะลดลงครึ่งหนึ่งทุก ๆ ความยาวสายที่เพิ่มขึ้นเท่าตัว และในทางกลับกันจะเพิ่มขึ้นเท่าตัวเมื่อสายสั้นลงครึ่งหนึ่ง ดูความสัมพันธ์นี้ได้จากกราฟรูปที่ 5
สายเคเบิลที่มีหลายตัวนำ (Multple Conductor Cable)
การทดสอบค่าความเป็นฉนวนมักใช้ตรวจสอบกับสายเคเบิลที่มีหลายตัวนำ (Multi Core) โดยการจ่ายแรงดันเข้าไป ระหว่างตัวนำไฟฟ้า ขั้นตอนการทดสอบที่ถูกเปิดเผยไม่ได้มีการแนะนำว่า จะต้องมีการต่อสายวัดของเครื่องมือวัดเข้ากับส่วนที่เป็นฉนวนของสายที่มีตัวนำเส้นเดียวอย่างไร
อย่างไรก็ดีการวัดค่าความเป็นฉนวนของสายเคเบิลไม่สามารถหลีกเลี่ยงผลที่เกิดจากการเพิ่มขยายของพื้นที่ผิวสัมผัสของฉนวนกับกราวด์ ในเครื่องจักรกลไฟฟ้าพื้นที่ผิวตัวนำที่ถูกหุ้มด้วยฉนวน จะดูเหมือนว่าขนาดมีขนาดใหญ่มาก เมื่อเทียบกับพื้นที่ที่ถูกจำกัด และนั่นก็จะทำให้เกิดทางขนานของกระแสรั่วไหลอย่างมากมาย
การเดินสายที่มีความยาวในท่อหรือรางเดินสาย จะมีพื้นที่ผิวฉนวนปริมาณเล็กน้อยสัมผัสกับพื้นที่กราวด์ หน้าสัมผัสที่กล่าวถึง มีค่าแตกต่างกันอย่างมากของสายแต่ละเส้นที่ลากไปด้วยกัน และรวมไปถึงค่าความเป็นฉนวนระหว่างตัวนำของสายแต่ละเส้นที่ลากไปด้วยกัน
ค่าความเป็นฉนวนของสายเคเบิล (หรือส่วนอื่น ๆ ที่ถูกทดสอบ) ที่ได้จากการวัด เพื่อจะนำไปวิเคราะห์สภาพ ต้องมีการปลดหรือแยกอุปกรณ์ต่อพ่วงออก ไม่เช่นนั้นค่าที่อ่านได้ จะแสดงผลเป็นค่าผลรวมของระบบทั้งหมดที่ต่อเข้าด้วยกัน ต้นเหตุและข้อสงสัยว่าสิ่งใดทำให้ค่าความเป็นฉนวนมีค่าต่ำก็ไม่อาจจะรู้ได้ ลองมาพิจารณาดูการทดสอบมอเตอร์ไฟฟ้า โดยทำการวัดค่าความเป็นฉนวนที่ชุดควบคุมหรือตู้คอนโทรล จุดประสงค์เพื่อดูสภาพรวมของอุปกรณ์ทั้งหมดที่ต่อร่วมกันและควรทำเป็นอันดับแรก ถ้าค่าที่อ่านได้มีค่าต่ำ ต้องทำการแยกจุดต่อของอุปกรณ์ต่าง ๆ ออกเพื่อแยกแยะว่า ปัญหาเกิดขึ้นที่จุดใด
สรุป การวัดค่าความเป็นฉนวน (ทั้ง ๆ ที่เป็นการทดสอบที่อยู่ในมาตรฐาน IEEE ที่ว่าด้วยการทดสอบมอเตอร์และเครื่องกำเนิดไฟฟ้า) มีแนวโน้มที่จะเกิดความเข้าใจผิด เพราะมันไม่ใช่วิธีทั้ง การทดสอบที่จะบอกอายุฉนวนได้อย่างแม่นยำ และการทดสอบที่จะบอกสภาพฉนวนว่าอยู่ในสภาพปกติ หรือไม่ปกติ (Pass of Fail) สอดคล้องกับที่หน่วยงานแห่งหนึ่ง ได้ออกมาระบุว่าเป็นไปไม่ได้ ที่จะนำค่าความต้านทานฉนวนมากำหนดว่าจะเกิดความเสียหายขึ้นเมื่อใด
สำหรับสายเคเบิลหม้อแปลงไฟฟ้า และอุปกรณ์ไฟฟ้าอื่น ๆ การทดสอบค่าความเป็นฉนวน มีข้อโต้แย้งเกิดขึ้นมากมาย คำแนะนำในการทดสอบที่ไม่สมบูรณ์ หรือครอบคลุม เหมาะที่จะนำวิธีการทดสอบค่าความเป็นฉนวน (IR) ไปใช้เป็นการทดสอบเพื่อดูแนวโน้ม (Trend) มากกว่านำไปใช้เป็นการทดสอบแบบนำผลครั้งเดียวเพื่อมาวิเคราะห์ (One-Time Diagnostic)
การทดสอบวงจรไฟฟ้าด้วยเมกะโอห์มมิเตอร์มีประโยชน์ แต่การเลือกข้อกำหนดที่เหมาะสม เป็นอะไรที่ต้องตัดสินใจ
เอกสารอ้างอิง
* Electrical Apparatus By Richard L.Nailen, PE, Vol. April 2001
สงวนลิขสิทธิ์ ตามพระราชบัญญัติลิขสิทธิ์ พ.ศ. 2539 www.thailandindustry.com
Copyright (C) 2009 www.thailandindustry.com All rights reserved.
ขอสงวนสิทธิ์ ข้อมูล เนื้อหา บทความ และรูปภาพ (ในส่วนที่ทำขึ้นเอง) ทั้งหมดที่ปรากฎอยู่ในเว็บไซต์ www.thailandindustry.com ห้ามมิให้บุคคลใด คัดลอก หรือ ทำสำเนา หรือ ดัดแปลง ข้อความหรือบทความใดๆ ของเว็บไซต์ หากผู้ใดละเมิด ไม่ว่าการลอกเลียน หรือนำส่วนหนึ่งส่วนใดของบทความนี้ไปใช้ ดัดแปลง โดยไม่ได้รับอนุญาตเป็นลายลักษณ์อักษร จะถูกดำเนินคดี ตามที่กฏหมายบัญญัติไว้สูงสุด
Thailandindustrycom_official
