ประกายไฟฟ้านั้นเกิดขึ้นจากตัวนำไฟฟ้าที่เราไม่สามารถควบคุมได้ จนทำให้เกิดกระแสไฟฟ้าไหลผิดปกติ
สุภัทรชัย สิงห์บาง
ประกายไฟฟ้า (Arc Flash) เกิดขึ้นเมื่อกระแสไฟฟ้าไหลผ่านช่องว่างอากาศระหว่างตัวนำ ทั้งนี้ในลักษณะการใช้งานปกติที่ตัวนำไฟฟ้าต่างเฟสกันต้องถูกจัดวางด้วยระยะห่างระหว่างกันอย่างปลอดภัย หากมีการสัมผัสตัวนำด้วยมือ หรือโพรบของเครื่องมือวัดจนเป็นสาเหตุให้เกิดการลัดวงจรระหว่างตัวนำไฟฟ้าขึ้น และเกิดเป็นประกายไฟฟ้าขึ้นมา โดยที่ประกายไฟฟ้านั้นจะมีความจ้าของแสงสูง และมีพลังงานความร้อนเกิดขึ้นในระดับที่ก่อให้เกิดอันตรายได้
หากจะอธิบายในอีกความหมายหนึ่งก็กล่าวได้ว่า ประกายไฟฟ้านั้นเกิดขึ้นจากตัวนำไฟฟ้าที่เราไม่สามารถควบคุมได้ จนทำให้เกิดกระแสไฟฟ้าไหลผิดปกติ เช่น กระแสไฟฟ้าไหลจากเฟสใดเฟสหนึ่งลงดิน (Ground) หรือกระแสไฟฟ้าปริมาณมากไหลจากเฟสสู่เฟสทำให้เกิดการไอออนไนซ์ของอากาศโดยรอบจนเกิดเป็นประกายไฟ และแสงวาบขึ้นมา
พลังงานความร้อนที่เกิดจากการลัดวงจรไฟฟ้า หรือการอาร์ก (Arc) ของอุปกรณ์ไฟฟ้าจะเป็นอันตรายต่อผู้ปฏิบัติงานในบริเวณที่อยู่ใกล้เคียง และอาจทำให้อุปกรณ์ไฟฟ้าสำคัญเกิดความเสียหายได้ การปฏิบัติงานที่มีความเสี่ยงอันตรายทางด้านไฟฟ้าจึงได้มีการกำหนดให้สวมใส่อุปกรณ์ป้องกันส่วนบุคคล โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อต้องทำงานในบริเวณเดียวกันกับอุปกรณ์ไฟฟ้าที่มีไฟเลี้ยงอยู่
บทความนี้จะกล่าวถึงการควบคุมระดับอันตรายที่เกิดจากประกายไฟฟ้า โดยประกอบไปด้วย ตัวเลือกการออกแบบ และวิธีการปฏิบัติซึ่งผู้ออกแบบระบบ หรือผู้ควบคุมงานในโรงงานสามารถนำไปใช้เพื่อลดระดับพลังงานที่เกิดจากประกายไฟฟ้า ยกตัวอย่างเช่น การใช้ฟิวส์ รีเลย์ และเซอร์กิตเบรกเกอร์ ทั้งนี้เมื่อระดับของประกายไฟฟ้าลดลงแล้ว โอกาสที่อุปกรณ์ไฟฟ้าที่จะได้รับความเสียหายก็จะน้อยลง ในขณะที่ระดับความสามารถในการป้องกันส่วนบุคคล และอุปกรณ์ก็จะสูงขึ้น
อันตรายของประกายไฟฟ้า
การลัดวงจร และประกายไฟฟ้า จะกำเนิดความร้อนที่สามารถเผาไหม้เสื้อผ้า และผิวหนังของผู้ที่อยู่ใกล้ในระยะแม้ห่าง 10 ฟุตก็อาจได้รับบาดเจ็บได้ เนื่องจากพลังงานความร้อนที่เกิดขึ้นอาจมีค่าสูงถึง 20,000 องศาเซลเซียส หรือเทียบได้กับ 4 เท่าของอุณหภูมิพื้นผิวดวงอาทิตย์ เป็นอันตราย ต่อบุคคลผู้ซึ่งต้องปฏิบัติงานอยู่ในบริเวณใกล้เคียงในระยะ
ทั้งนี้การสัมผัสเข้ากับประกายไฟฟ้าจะส่งผลให้ได้รับบาดเจ็บทางผิวหนังจากการเผาไหม้ของความร้อน หรือการบาดเจ็บสาหัสได้ ในลักษณะเหมือน ๆ กับการโดนไฟฟ้าซ็อต หรือไฟดูดอย่างแรง นอกจากนี้แสงจ้าจากประกายไฟซึ่งมีส่วนของรังสียูวีความเข้มสูงอาจทำอันตรายกับดวงตาแบบชั่วขณะ หรือแบบถาวรได้
อันตรายที่เกิดจากประกายไฟฟ้านั้นนอกจากจะส่งผลโดยตรงทางร่างกายแล้ว ยังส่งผลต่อตัวอุปกรณ์ไฟฟ้าจนทำให้เกิดความเสียหาย จนต้องหยุดเดินเครื่องจักร เสียเวลา และค่าใช้จ่ายในการซ่อม เพราะอุณหภูมิสูง ๆ จะเปลี่ยนสถานะของตัวนำไฟฟ้าจากของแข็งเป็นไอได้ในทันที ดังนั้นเองไม่ว่าจะเป็นเครื่องมือ ไขควง คีม มิเตอร์ น็อต หรือบัสบาร์ทองแดง ก็จะเสียหายได้โดยง่าย
การเกิดประกายไฟฟ้าจากการลัดวงจรในบางครั้งทำให้อุปกรณ์ถูกแยกชิ้นส่วนกระจัดกระจาย, ทำให้คุณสมบัติการเป็นฉนวนไฟฟ้าของอุปกรณ์ไฟฟ้าเสื่อมสภาพไป แม้ว่าจะผ่านเหตุการณ์ไปแล้วแต่สภาพการใช้งานของอุปกรณ์ดังกล่าวก็ไม่อาจกลับมาดีดังเดิม
การเกิดประกายไฟจากการลัดวงจรไฟฟ้ายังเกิดขึ้นพร้องกับแรงดันอากาศ ทำให้เกิดแรงผลักวัตถุ หรือคนที่อยู่ใกล้จนทำให้รับบาดเจ็บ ตกจากบันได ทำให้กระจกในห้องแตก หรือวัตถุในห้องดังกล่าวเกิดการแตกหัก นอกจากนี้การเกิดประกายไฟฟ้ายังเกิดขึ้นพร้อมกับเสียงดังที่อาจทำลายประสาทหู ทั้งนี้หากเกิดเสียงดังเกิน 140 เดซิเบล ก็จะเป็นอันตรายอย่างมากกับประสาทหู
จากที่กล่าวมาทั้งหมดเกี่ยวกับอันตรายของประกายไฟฟ้าแสดงให้เห็นว่าประกายไฟฟ้าไม่เหมือนการเกิดประกายไฟจากการเผาไหม้เชื้อเพลิงทั่ว ๆ ไป เพราะประกายฟ้ามีความรุนแรงมากกว่า และเป็นไปได้ที่จะสร้างความเสียหายได้มากกว่า ดังนั้นเองสิ่งที่จะกล่าวเป็นลำดับต่อไปก็คือการประเมินระดับของประกายไฟฟ้า และการคำนวณเพื่อระบุขนาดของประกายไฟฟ้าเพื่อที่จะได้รู้ถึงความรุนแรง และสามารถกำหนดแนวทางป้องกันได้ต่อไป
พลังงานอินซิเดนซ์ (Incident Energy)
พลังงานอินซิเดนซ์ เป็นการวัดพลังงานความร้อนในระยะทำงานจากจุดที่เกิดฟอลต์ หรือลัดวงจรในระบบไฟฟ้า โดยมีหน่วยวัดเป็น แคลอรี่ต่อตารางเซนติเมตร ทั้งนี้ระยะการทำงาน (Working Distance) หมายถึงระยะจากจุดที่ผู้ปฏิบัติงานยืนอยู่ในจุดที่เกิดประกายไฟฟ้า โดยปกติระยะที่จะใช้เพื่อทดสอบพลังงานอินซิเดนซ์จะถูกกำหนดเริ่มต้นที่ 18 นิ้ว พลังงานอินซิเดนซ์ที่เกิดขึ้นเป็นฟังก์ชันของแรงดันไฟฟ้าระบบ, กระแสไฟฟ้าลัดวงจร, กระแสอาร์ก และเวลาที่อุปกรณ์ป้องกันจะเริ่มทำงาน
เราสามารถคำนวณระดับพลังงานอินซิเดนซ์ได้หลายวิธีโดยวิธีการหนึ่งก็คือ ใช้สมการของ Ralph Lee ซึ่งได้พัฒนามาเพื่อการคำนวณพลังงานอินซิเดนซ์โดยเฉพาะ และค่าที่ได้จะใช้เพื่อการประเมินความเสี่ยงที่จะเกิดอันตรายจากประกายไฟฟ้า และใช้เพื่อเป็นมาตรฐานในการผลิต และเลือกใช้อุปกรณ์ป้องกันส่วนบุคคล
ทั้งนี้ระดับพลังงานอินซิเดนซ์ที่เกิน 1.2 แคลอรี่ต่อตารางเซนติเมตร (5 จูลต่อตารางเซนติเมตร) มีค่ามากพอที่จะเผาไหม้ผิวหนังได้ในระยะ 18 นิ้ว (เทียบเคียงพลังงาน 1 แคลอรี่ต่อตารางเซนติเมตรได้กับพลังงานที่สร้างขึ้นโดยไฟแช็คจุดบุหรี่ในเวลา 1 วินาที)
นอกจากนี้เรายังอาจใช้สมการตามมาตรฐานของ IEEE 1584 หรือใช้ “แนวทางในการคำนวณค่าพลังงานจากประกายไฟฟ้า” ตามคำแนะนำของ IEEE หรือใช้มาตรฐานของ NFPA 70E ซึ่งเป็นมาตรฐานความปลอดภัยสำหรับผู้ปฏิบัติงาน ทั้งนี้ทุก ๆ วิธีการจะอาศัยการทดสอบ และคำนวณกระแสลัดวงจร หรือกระแสฟอลต์ แรงดันไฟฟ้า และตัวแปรทางฟิสิกส์อื่น ๆ
อย่างไรก็ตามการเลือกวิธีที่เหมาะสมเพื่อคำนวณพลังงานอินซิเดนซ์นั้นอาจยุ่งยาก และทำให้สับสนได้ เพราะแต่ละวิธีใช้ตัวแปร และองค์ประกอบที่ละเอียดต่างกัน ยกตัวอย่างเช่น การคำนวณตามมาตรฐาน IEEE ซึ่งเป็นวิธีการที่นิยมใช้ และให้ค่าที่แม่นยำ เหมาะสำหรับการใช้ในระบบที่มีองค์ประกอบดังนี้
* แรงดันในระบบ 208 โวลต์ ถึง 15,000 โวลต์
* กระแสฟอลต์มีค่าตั้งแต่ 0.7 ถึง 106 KA
* ใช้ระบบกราวด์แบบ Variations
* ระยะห่างระหว่างตัวนำไฟฟ้าอยู่ระหว่าง 13 mm ถึง 152 mm (0.5 to 6 นิ้ว)
แต่จะใช้คำนวณเฉพาะในระบบไฟ 3 เฟสเท่านั้น จึงไม่เหมาะกับการใช้เพื่อศึกษาการลัดวงจรจากสภาวะการไม่สมดุลไฟฟ้า แต่เราสามารถใช้การคำนวณตามหลักการ และสมการคำนวณของ DUKE ได้แทน
การคำนวณระดับพลังงานอินซิแดนซ์
วิศวกรผู้ออกแบบมีทางเลือกที่จะออกแบบระบบไฟฟ้าให้แรงดันไฟฟ้า และกระแสลัดวงจรมีค่าต่ำ ๆ อย่างไรก็ตามวิธีทางตรงและดีที่สุดที่จะช่วยลดอันตรายจากประกายไฟฟ้าได้ก็คือ การลดช่วงเวลาของการลัดวงจร (Fault Clearing Time)
โดยพลังงานที่เกิดจากประกายไฟฟ้าสามารถประเมินและคำนวณได้ด้วยข้อมูลในตาราง NFPA 70E และสมการของ IEEE 1584 หรือใช้สมการของ Ralph Lee (เมื่อใช้กับระดับแรงดันสูงกว่า 15 KV) วิธีการต่าง ๆ ดังกล่าวนี้จะใช้เพื่อคำนวณระดับพลังงานที่จะทำให้เกิดอันตรายจากประกายฟ้า รวมทั้งขอบเขตบริเวณที่จะเกิดอันตรายขึ้นได้
ตัวแปรที่ใช้คำนวณเพื่อหาระดับพลังงานของการเกิดประกายไฟฟ้านั้นใช้ค่ากระแสลัดวงจร (Fault Current), ค่ากระแสลัดวงจรที่ทำให้เกิดการอาร์ก และค่าเวลาของการตัดวงจรของอุปกรณ์ป้องกัน (Clearing Time)
การคำนวณที่ละเอียดยังใช้ตัวแปร ระดับแรงดันใช้งาน (Operating Voltage), ช่องว่างระหว่างหน้าสัมผัส (Gap Length) และชนิดของระบบกราวด์ด้วย โดยที่ตัวแปรทั้ง 3 นี้เราไม่อาจปรับเปลี่ยนได้โดยง่าย ดังนั้นตัวแปรที่จะส่งผลอย่างมากต่อการคำนวณจึงได้แก่ช่วงเวลาการทำงานของอุปกรณ์ตัดวงจร, ระยะห่างจากจุดที่เกิดประกายไฟ และขนาดของกระแสไฟฟ้าลัดวงจร
ดังแสดงในรูปที่ 1, 2 และ 3 แสดงถึงเวลา และระยะห่างซึ่งมีผลต่อการคำนวณ โดยในรูปที่ 1 และ 2 ได้กำหนดระยะห่างจากจุดที่เกิดการลัดวงจรเท่ากับ 18 นิ้วคงที่ ส่วนในรูปที่ 3 มีการปรับเปลี่ยนระยะห่าง ทั้งนี้ข้อมูลในกราฟทั้ง 3 รูปแสดงถึงระดับพลังงานของการอาร์กไฟฟ้า และข้อมูลของ HRC
ในรูปกราฟที่ 1 เราจะเห็นผลกระทบที่เกิดจากการเพิ่มขึ้นของกระแสลัดวงจร โดยสมมุติให้ช่วงเวลาการทำงานของอุปกรณ์ตัดตอนวงจรไฟฟ้าถูกจำกัดอยู่ที่ 0.025 วินาที (ค่ามาตรฐานเวลาการทำงานของเซอร์กิตเบรกเกอร์ชนิดโมลเคสทั่วไป)
ในขณะที่กระแสลัดวงจรเพิ่มขึ้นจาก 5,000 แอมป์ไปถึง 90,000 แอมป์ การวัดระดับความเสี่ยงอันตราย (HRC) ก็จะเพิ่มขึ้นจาก 0 ไปสู่ค่า 1 ดังนั้นหากอุปกรณ์ตัดตอนสามารถทำงานได้อย่างรวดเร็วก็จะทำให้การเพิ่มขึ้นของกระแสลัดวงจรไม่มีผลสำคัญใด ๆ กับค่า HRC เพราะระดับพลังงานจะไม่เพิ่มขึ้นมาก
รูปที่ 1 ถ้าอุปกรณ์ตัดวงจรได้อย่างรวดเร็ว กระแสลัดวงจรสูง ๆ จะไม่ส่งผลอะไรมากกับระดับพลังงานอาร์ก
ส่วนในรูปที่ 2 แสดงให้เห็นว่าผลกระทบจากการเปลี่ยนช่วงเวลาการทำงานของอุปกรณ์ตัดตอนจาก 0.025 วินาทีไปเป็น 0.5 วินาที (ค่านี้เป็นค่าที่เราสามารถปรับตั้งได้มากที่สุดสำหรับเซอร์กิตเบรกเกอร์ทั่วไป) การแสดงข้อมูลจากการคำนวณนี้เป็นการคงค่ากระแสไว้ที่ 30,000 แอมป์ และผลที่เห็นได้ชัดเจนก็คือช่วงเวลา Clearing Time ที่เปลี่ยนไปส่งผลต่อค่า HRC โดยตรง ซึ่งแปรเปลี่ยนตั้งแต่ 0 ไปจนถึงค่า 4 และทำให้ระดับพลังงานสูงขึ้นถึง 40 แคลอรี่ในพื้นที่ 1 ตารางเซนติเมตร
รูปที่ 2 ช่วงเวลาการทำงานของอุปกรณ์ส่งผลโดยตรงกับระดับพลังงานอาร์ก
ข้อมูลในกราฟของรูปที่ 3 แสดงความสัมพันธ์ระหว่างระยะปฏิบัติงาน กับระดับพลังงานที่ทำให้เกิดอันตรายได้ โดยที่กำหนดให้กระแสลัดวงจรกับช่วงเวลาการทำงานของอุปกรณ์ตัดตอนคงที่ แต่มีการปรับเปลี่ยนให้ระยะห่างของผู้ปฏิบัติงาน เปลี่ยนแปลงจาก 18 นิ้วไปเป็น 225 นิ้ว ผลที่ได้แสดงให้เห็นว่าการเพิ่มระยะห่างระหว่างจุดที่เกิดการลัดวงจรกับตำแหน่งของผู้ปฏิบัติงานส่งผลให้ระดับพลังงานน้อยลงไป
รูปที่ 3 การเพิ่มระยะห่างในการปฏิบัติงานกับตำแหน่งที่เกิดการลัดวงจร จะช่วยลดระดับพลังงานลงได้
ในความเป็นจริงนั้นการเปลี่ยนแปลงของกระแสลัดวงจรนั้นส่งผลโดยตรงกับระยะเวลาการตัดวงจรไฟฟ้าของอุปกณ์ป้องกันต่าง ๆ โดยหากกระแสลัดวงจรถูกลดระดับลงต่ำกว่าค่า “Instantaneous Setting” ของเซอร์กิตเบรกเกอร์ หรือต่ำกว่าค่ากระแส “Limiting Threshold” ของฟิวส์ จะทำให้เวลาหน่วงก่อนการตัดวงจรยาวนานขึ้น และหากเป็นเช่นนั้นจริง ๆ ผลที่จะเกิดขึ้นตามมาก็คือระดับพลังงานของการลัดวงจรจะสูงมาก
ปรากฏการณ์อย่างนี้เกิดขึ้นบ่อย ๆ เมื่ออุปกรณ์ไฟฟ้าที่ต่อพ่วงอุปกรณ์สลับวงจรจ่ายไฟอัตโนมัติ (ATS) สลับเปลี่ยนแหล่งจ่ายไฟฟ้าระหว่างเครื่องกำเนิดไฟฟ้ากับแหล่งจ่ายไฟปกติ ระดับพลังงานของอุปกรณ์ ATS นี้อาจเพิ่มสูงขึ้นเมื่ออยู่ในฝั่งวงจรของเครื่องกำเนิดไฟฟ้า สาเหตุเนื่องจากอุปกณ์ตัดตอนวงจรในส่วนต้นทางไปยังเครื่องกำเนิดไฟฟ้าจะทำงานช้าลง จากการที่กระแสไฟฟ้าลัดวงจรของเครื่องกำเนิดถูกลดลง
ทั้งนี้เส้นกราฟในรูปที่ 4 แสดงถึงการลดลงของกระแสไฟฟ้าลัดวงจร ส่งผลต่อการทำงานของอุปกรณ์ตัดตอนไฟฟ้า ทำให้เห็นว่ามีความสำคัญมากเท่าใดที่เราควรคำนวณระดับพลังงานจากการเกิดการลัดวงจร และเป็นสิ่งจำเป็นที่เราต้องรู้ถึงแหล่งที่มาของการลัดวงจร
รูปที่ 4 เส้นกราฟแสดงเวลาการทริปของเซอร์กิตเบรกเกอร์ที่ระดับกระแสลัดวงจรต่าง ๆ
การออกแบบระบบไฟฟ้าที่ดี
การลดขนาดของกะแสลัดวงจรส่งผลดีต่อระดับพลังงานจากการลัดวงจรไฟฟ้า อย่างไรก็ตามมันก็เป็นการยากที่จะลดค่าดังกล่าวได้ตามต้องการในขณะการปฏิบัติงานแต่ละวัน โดยปกติแล้วจะต้องเริ่มมาตั้งแต่ขั้นตอนการออกแบบระบบ และติดตั้งระบบไฟฟ้า ทั้งนี้มีวิธีการโดยทั่วไปเพื่อลดกระแสลัดวงจรนั่นคือการใช้หม้อแปลงขนาดเล็ก ๆ และใช้ระบบจ่ายไฟฟ้าย่อย แทนการจ่ายไฟฟ้าจากระบบหลักเพียงระบบเดียว การทำเช่นนี้ยังช่วยเพิ่มสมรรถนะ และความน่าเชื่อถือของระบบไฟฟ้าได้อีกด้วย
อีกวิธีหนึ่งก็คือ ใช้รีแอคเตอร์จำกัดกระแส (Current-Limiting Reactor) อุปกรณ์นี้จะช่วยลดกระแสลัดวงจร ทำให้เราสามารถเลือกใช้อุปกรณ์ที่มีพิกัดกระแสลัดวงจรต่ำลงได้ อย่างไรก็ตามวิธีการนี้จะต้องลงทุนเพิ่มจึงอาจต้องพิจารณาถึงความคุ้มทุนด้วย
วิธีการที่คุ้มทุน และดีที่สุดก็คือต้องรีบเคลียร์การอาร์กจากการลัดวงจรให้เร็วที่สุดเท่าที่จะสามารถทำได้ ทั้งนี้ฟิวส์จำกัดกระแสเป็นอุปกรณ์ที่ควรเลือกนำมาใช้เพราะสามารถตัดวงจรได้อย่างรวดเร็ว (ถ้าเลือกใช้ฟิวส์ได้ตรงกับย่านการจำกัดกระแส) การเลือกใช้ฟิวส์ยังมีข้อดีที่สามารถติดตั้งง่าย ซ่อมบำรุงง่าย แต่ควรต้องปิดไฟที่จ่ายในระบบก่อนการเปลี่ยนฟิวส์ทุกครั้งเพื่อความปลอดภัย
นอกจากนี้เราอาจเลือกใช้เซอร์กิตเบรกเกอร์ชนิดจำกัดกระแส ที่จะทำงานตัดวงจรในขอบเขต “Instantaneous” และในขอบเขตจำกัดกระแส จะช่วยลดระดับพลังงานการลัดวงจรลงได้ หรือหากเลือกใช้เซอร์กิตเบรกเกอร์ที่สามารถปรับตั้งค่า Setting แบบยาว, สั้น หรือแบบทันทีทันใดได้ก็จะเป็นวิธีการที่ดีที่สุดในการควบคุมระดับพลังงาน
ลัดวงจร ดังแสดงในรูปที่ 5 เป็นฟังก์ชันทริป (Trip) ที่สามารถปรับเปลี่ยนได้ของเซอร์กิตเบรกเกอร์ที่มีชุดทริปด้วยโซลิดสเตท ทำให้เราแน่ใจได้ว่าเซอร์กิตเบรกเกอร์จะตัดวงจรได้อย่างรวดเร็ว ถ้าระดับของการลัดวงจรต่ำกว่าค่า Instantaneous Setting
รูปที่ 5 แสดงฟังก์ชันการปรับการทริปของเซอร์กิตเบรกเกอร์ที่ใช้ชุดวงจรโซลิดสเตท
วิธีการอื่น ๆ ที่จะใช้เพื่อลดระดับพลังงานการลัดวงจรในตำแหน่งซึ่งชุดตัดวงจรโซลิดสเตทจะถูกใช้ คือการใช้ชุด ทริปที่มีฟังก์ชันแบบ “Zone Interlock” ซึ่งสามารถติดต่อสื่อสารระหว่างเซอร์กิตเบรกเกอร์เมน และเซอร์กิตเบรกเกอร์ของสายป้อนแต่ละชุดได้
หากกระแสลัดวงจรเกิดขึ้นในทิศทางออกจากเซอร์กิตเบรกเกอร์ของสายป้อนวงจรย่อย (Feeder Breaker) ก็จะมีการส่งสัญญาณ “Restraint” ไปยังเซอร์กิตเบรกเกอร์เมน และเซอร์กิตเบรกเกอร์อื่น ๆ เพื่อสั่งตัดวงจร ทั้งนี้จะมีการป้อนโปรแกรมที่เรียกว่า LSI Trip Setting เอาไว้ แต่หากกระแสลัดวงจรเกิดขึ้นระหว่างเซอร์กิตเบรกเกอร์เมน กับเซอร์กิตเบรกเกอร์ของวงจรสายป้อน ก็จะมีการส่งสัญญาณ “No Restraint” ไปยังเซอร์กิตเบรกเกอร์เมนเพื่อให้กิดการตัดวงจรที่เร็วขึ้น
นอกจากนี้ยังมีวิธีการที่คล้ายกับที่กล่าวมาคือ การใช้อุปกรณ์ป้องกันหลายชนิด เช่น Differential Relays และหม้อแปลงกระแส (Current Transformer) โดยติดตั้งแยกเป็นโซน ถ้าเกิดการลัดวงจรขึ้นมาในโซนใดรีเลย์จะทำการตัดวงจรได้อย่างรวดเร็ว
ทั้งนี้ผู้ผลิตอุปกรณ์ตัดตอนวงจรไฟฟ้า อย่างเช่น Switch Gear มีการออกแบบระบบเพื่อระบายกระแสลัดวงจรได้รวดเร็วขึ้น โดยเมื่อเกิดกระแสลัดวงจรขึ้นมาพลังงานที่เกิดขึ้นจากการลัดวงจรจะถูกส่งผ่านตัวระบาย (Vent) และบริเวณภายนอกอุปกรณ์เพื่อความปลอดภัย อย่างไรก็ตามตัวเลือกนี้ควรเลือกใช้กับระบบเมนไฟฟ้าสำคัญ ๆ เท่านั้นเนื่องจากมีต้นทุนสูง
วิธีที่น่าสนใจอีกวิธีหนึ่งก็คือ การเลือกใช้เซนเซอร์แสงแฟลช (Flash Sensor) ติดตั้งอยู่กับอุปกรณ์สวิตซ์เกียร์ เพื่อส่งสัญญาณให้สวิตซ์เกียร์ตัดวงจรในทันที่ถ้าเกิดประกายแสงขึ้นจากการลัดวงจร
การลงทุนแก้ไขระบบ
เราอาจเลือกลงทุนเปลี่ยนฟิวส์จำกัดกระแสแบบเก่า ไปใช้เป็นฟิวส์แบบตัดวงจรเร็ว ซึ่งจะตัดวงได้เร็วกว่าด้วยค่า Clearing Time ต่ำ ๆ หรือเปลี่ยนฟิวส์ชนิด Expulsion-Type (กระเปาะแก้วแตกเมื่อกระแสเกิน) ไปใช้เป็นฟิวส์จำกัดกระแส ซึ่งมีข้อดีเหนือกว่า
วิธีการง่าย ๆ อีกอย่างหนึ่งก็คือการลดขนาดกระแสของฟิวส์ลง ยกตัวอย่างเช่น ระบบเมนไฟฟ้าที่ควบคุมด้วยฟิวส์ขนาด 400 แอมป์ แต่จ่ายโหลดเพียง 50% หรือ 200 แอมป์ จะช่วยเพิ่มโอกาสที่จะตัดวงจรได้เร็วขึ้นเมื่อเกิดกระแสลัดวงจรขึ้นมา อย่างไรก็ตามจะต้องตรวจสอบชนิดของโหลดในวงจรเสียก่อนที่จะลดขนาดของฟิวส์ ยกตัวอย่างเช่น หากโหลดเป็นมอเตอร์ไฟฟ้าจะต้องคำนึงถึงกระแสขณะเริ่มเดินเครื่องที่จะสูงกว่ากระแสใช้งานปกติในชั่วขณะ หรือในกรณีที่โหลดเป็นเครื่องเชื่อมไฟฟ้าในทำนองเดียวกันด้วย
ปรับปรุงการทำงาน
วิธีการที่ไม่ต้องลงทุนเพิ่มเพื่อลดพลังงานจากการเกิดอาร์ก ก็คือการปรับเปลี่ยนการทำงาน โดยวิธีการที่ดีที่สุดและปลอดภัยที่สุดก็คือปลดไฟออกจากอุปกรณ์เสียก่อนเมื่อต้องเข้าไปปฏิบัติงานใกล้ ๆ ระบบไฟฟ้า แม้ว่าจะไม่สามารถทำอย่างนั้นได้เสมอไป ถ้าจำเป็นต้องทำงานใกล้กับอุปกรณ์ไฟฟ้า หรือระบบไฟฟ้าที่มีไฟเลี้ยงในวงจรอยู่ ก็ควรที่จะพิจารณา 3 เรื่องหลักต่อไปนี้
* หาวิธีลดกระแสฟอลต์ (Fault Current) ให้ต่ำลง
* เพิ่มระยะห่างการทำงานกับอุปกรณ์ไฟฟ้า
* ลดค่าเวลาทำงาน (Clearing Time) ของอุปกรณ์ตัดตอนวงจร (Clearing Time)
ทั้งนี้การลดกระแสลัดวงจรอาจทำได้โดยการลดการต่อขนานวงจรจากหม้อแปลงไฟฟ้า ทั้งนี้โรงงานบางแห่งใช้ระบบจ่ายไฟฟ้าแบบเครือข่าย หรือใช้ไฟจ่ายสถานีย่อย 2 ฝั่ง (Double-ended Substation) เมื่อเกิดปัญหาในระบบไฟฟ้าขึ้นมากระแสฟอลต์จะสูงกว่าปกติ ในขณะที่การปลดหม้อแปลงบางตัวในวงจรขนานลงจะช่วยลดกระแสลงได้
การปฏิบัติงานกับระบบไฟฟ้าควรเว้นระยะห่างอย่างเหมาะสมเพื่อความปลอดภัย ยกตัวอย่างเช่นการทำงานใกล้กับส่วนวงจรไฟฟ้าตั้งแต่ขดลวดทุติยภูมิของหม้อแปลงไฟฟ้า ตลอดไปยังเซอร์กิตเบรกเกอร์เมนต่าง ๆ เป็นบริเวณที่อันตรายอย่างมาก หม้อแปลงแรงดันสูงสามารถเกิดการวาบไฟมายังตัวเราได้ถ้าเข้าใกล้มาก ๆ และระดับพลังงานจาการเกิดอาร์กจะเกิดขึ้นได้สูงสุดในส่วนบริเวณของระบบจ่ายไฟฟ้าหลัก เพราะเซอร์กิตเบรกเกอร์เมนจะตัดวงจรช้ากว่าเซอร์กิตเบรกเกอร์ในวงจรย่อยถัดไปด้วยค่าหน่วงของเซอร์กิตเบรกเกอร์เอง
และตามที่กล่าวมาตั้งแต่ต้นแล้วนั้น เวลาการทำงานของอุปกรณ์นั้นสำคัญที่สุดที่จะลดพลังงานอาร์กได้ ในขณะที่ปัจจุบันชุดวงจรตัดตอนที่อาศัยโซลิดสเตท และรีเลย์ สามารถตั้งค่า Setting แบบ Group และแบบ Maintenance Settings ซึ่งยอมให้ผู้ใช้สามารถตั้งโปรแกรมตัดวงจรที่รวดเร็วขึ้นได้ และยังมีสวิตซ์ไฟฟ้าภายนอกเอาไว้ให้ผู้ใช้เปิดระบบรีเลย์ หรือระบบทริป แบบระดับต่ำ (Lower Setting)
ทั้งนี้ก่อนการใช้งานผู้ปฏิบัติงานเพียงแค่เปลี่ยนสวิตซ์ไปที่ตำแหน่ง “Maintenance” เมื่อเกิดกระแสฟอลต์ หรือการลัดวงจรขึ้น อุปกรณ์ป้องกันจะสั่งตัดวงจรแบบรวดเร็วกว่าปกติ เพื่อลดระดับพลังงานจากการอาร์กลง
การป้องกันส่วนบุคคล
การสวมอุปกรณ์ป้องกัน เป็นวิธีการที่สะดวก และปลอดภัยสำหรับผู้ปฏิบัติงานในบริเวณที่มีไฟฟ้า ทั้งนี้อุปกรณ์ป้องกันส่วนบุคคล (Personal Protective Equipment: PPE) มีให้เลือกใช้มากมายหลายยี่ห้อ และหลายระดับความต้องการ การเลือกใช้จะต้องให้ได้มาตรฐาน และเหมาะสมกับระดับความเสี่ยงที่อาจเกิดขึ้น อุปกรณ์ที่ใช้สวมใส่ป้องกันประกายไฟฟ้า และกระแสไฟฟ้านั้น ต้องทนทานกับพลังงานความร้อนที่เกิดขึ้น ลดโอกาสที่ผู้สวมใส่จะสัมผัสกับประกายไฟโดยตรง
ทั้งนี้จากที่กล่าวมานั้นพลังงานความอินซิเดนซ์มีหน่วยเป็นแคลอรี่ต่อตารางเซนติเมตร ทำให้การทดสอบหาพิกัดของพลังงานฯ เพื่อระบุหาชนิดของเครื่องมือป้องกันส่วนบุคคลจะทำได้โดยอาศัยมาตรฐาน ASTMF1506 ซึ่งว่าด้วย “Standard Performance Specification for Flame Resistance Textile Materials for Wearing Apparel for Use by Electrical Worker Exposed to Momentary Electric Arc and Related Thermal Hazards”
การเลือกอุปกรณ์ป้องกันที่เหมาะสม เป็นงานอย่างหนึ่งที่ผู้ควบคุมงานจะต้องปฏิบัติเพื่อความปลอดภัยของผู้ปฏิบัติงาน ทั้งนี้ยังสามารถทำได้ใน 2 วิธีทางคือ การอาศัยข้อมูลจากตารางแบ่งชนิดของอันตรายจากประกายไฟฟ้า ตามมาตรฐาน NFPA70E ตารางที่ 130.7(C)(9)(a) ซึ่งจะแสดงรายการชนิดของงานด้านไฟฟ้า ที่ระดับแรงดันไฟฟ้าต่างๆกัน และระบุระดับของอุปกรณ์ป้องกันที่ควรเลือกใช้มาให้ด้วย
ยกตัวอย่างเช่น การทำงานกับสวิตซ์เกียร์ขนาด 600 โวลต์ โดยไม่มีการปิดฝาครอบเครื่อง หรือเป็นอุปกรณ์แบบตัวถังเปิด ตามตารางระบุให้ใช้อุปกรณ์ป้องกันระดับ 3 (Category 3 Protective Clothing System) ซึ่งอุปกรณ์ระดับ 3 นี้สามารถป้องกันพลังงานอินซิเดนซ์ได้ขนาด 25 แคลอรี่ต่อตารางเซนติเมตร
วิธีการที่ 2 ก็คือการเลือกอุปกรณ์ป้องกันโดยการคำนวณเพื่อหาพลังงานอินซิเดนซ์ ทั้งนี้ตามมาตรฐาน IEEE 1584 ได้แนะนำแนวทางเอาไว้ให้ เมื่อเราคำนวณพลังงานอินซิเดนซ์ออกมาได้แล้วเราสามารถนำค่ามาเลือกอุปกรณ์ที่มีความสามารถต้านทานพลังงานฯ สูงกว่าค่าที่คำนวณได้
ระยะปฏิบัติงานที่ปลอดภัย
ระยะปฏิบัติงาน หมายถึงผลรวมของระยะห่างที่ผู้ปฏิบัติงานยืนอยู่หน้าอุปกรณ์ไฟฟ้า กับระยะจากด้านหน้าอุปกรณ์ไปยังตำแน่งที่เกิดการอาร์ก และประกายไฟฟ้าภายในตัวอุปกรณ์นั้น เพราะประกายไฟฟ้าฟ้าสามารถทำอันตรายกับใบหน้า มือ แขนและผิวหนัง ของผู้ที่ยืนอยู่หน้าอุปกรณ์ไฟฟ้าได้ในระยะการทำงานที่ไม่ปลอดภัย อย่างไรก็ตามในบางโอกาสที่เราอาจไม่ได้ระมัดระวัง หรือจำเป็นต้องเข้าใกล้บริเวณที่มีไฟฟ้าแรงสูง ข้อมูลในตารางต่อไปนี้จะเป็นประโยชน์สำหรับการปฏิบัติอย่างปลอดภัย
บทสรุป
อันตรายจากประกายไฟฟ้าเป็นสิ่งที่สามารถป้องกันได้ หรืออย่างน้อยที่สุดก็สามารถทำให้เกิดผลกระทบน้อยที่สุดได้ แม้ว่าเราจะมีอุปกรณ์ที่สวมใส่เพื่อป้องกันส่วนบุคคล แต่สิ่งสำคัญก็คือการแก้ปัญหาที่ต้นเหตุ ยกตัวอย่างเช่นการตรวจสอบระบบกราวด์ที่มีค่าความต้านทานสูงผิดปกติ หรือการตรวจสอบเพื่อซ่อมบำรุงตามตารางเวลาที่กำหนด เป็นต้น
เอกสารอ้างอิง
1. Bob Fuhr,”Ways to reduce Arc flash energy”, EC&M, May, 1, 2008
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
