มาตรฐานการติดตั้งทางไฟฟ้าสำหรับประเทศไทย พ.ศ. 2545 กำหนดว่าการป้องกันกระแสรั่วลงดินของบริภัณฑ์ (Ground Fault Protection of Equipment) เป็นระบบที่มุ่งหมายเพื่อป้องกันบริภัณฑ์ไม่ให้เสียหายเนื่องจากกระแสรั่วลงดิน โดยทำให้เครื่องปลดวงจรตัดตัวนำที่ไม่ถูกต่อลงดินในวงจรที่กระแสรั่วลงดิน การป้องกันนี้ต้องมีระดับกระแสน้อยกว่าค่าที่อุปกรณ์ป้องกันกระแสเกินของวงจรแหล่งจ่ายไฟทำงาน

เมื่อเกิดกระแสรั่วลงดินเกินค่าที่กำหนดไว้ เครื่องตัดวงจรไฟฟ้าเมื่อกระแสรั่วลงดิน (Ground Fault Circuit Interrupter) ก็จะทำงานเปิดวงจรภายในเวลาที่กำหนด ในกรณีนี้เจ้าหน้าที่ที่รับผิดชอบก็จะรู้ว่าเกิดกระแสรั่วลงดินขึ้นในวงจรไฟฟ้า แต่ปัญหาที่พบบ่อย ๆ ก็คือว่าเกิดกระแสรั่วลงดินที่มีค่าน้อยจนเครื่องตัดวงจรไฟฟ้าไม่ทำงาน ก่อให้เกิดปัญหาอื่น ๆ ตามมาในระบบไฟฟ้า วิธีการที่เหมาะสมก็คือการบำรุงรักษาแบบ Preventive Maintenance โดยการตรวจหาจุดกำเนิดกระแสรั่วลงดิน เพื่อที่เจ้าหน้าที่รับผิดชอบจะได้แก้ไขความผิดพร่องเหล่านี้ให้หมดไปติดตามรายละเอียดได้ในบทความฉบับนี้ครับ

สิ่งที่ควรทำ (Here’s what to do)

สิ่งที่ควรทำก็คือต้องหาจุดกำเนิดของกระแสรั่วลงดิน (Source of Ground Current) โดยการใช้หม้อแปลงกระแส (Current Transformer) และสาย Flexible Current Probe หม้อแปลงกระแสจะตรวจจับกระแสชนิด Common Mode Current กระแสไฟฟ้าชนิดนี้จะสร้างสนามแม่เหล็กรอบสายเคเบิลที่มีกระแสไฟฟ้าไหลผ่าน โดยที่ความเข้มสนามแม่เหล็กเป็นสัดส่วนกับขนาดกระแสไฟฟ้า ขณะที่กระแสไฟฟ้าชนิด Differential Mode จะไม่สร้างสนามแม่เหล็กมาก เนื่องจากกระแสไฟฟ้าที่ไหลอยู่ภายในสายเคเบิลทั้งสองเส้นสวนทางกันเกิดเป็นสนามแม่เหล็กที่หักล้างกันขึ้น

ปรากฏการณ์นี้เรียกว่า Zero–sum Magnetic Field เราใช้ปรากฏการณ์นี้ในการวัดกระแสไฟฟ้าด้วย Clamp–on Ammeter โดยการรวบตัวนำไฟฟ้าที่ประกอบด้วยสายเฟส และสายเส้นศูนย์ (ไม่รวมสายดิน) ผ่าน Clamp–on Aperture กระแสไฟฟ้าที่อ่านได้จากการวัดนี้จะเป็นกระแสไม่สมดุล (Unbalanced Current) หรือกระแสรั่วลงดิน (Ground Leakage Current) อย่างใดอย่าง หนึ่ง ขึ้นอยู่กับสถานการณ์

รูปที่ 1 ไดอะแกรมแสดงหม้อแปลงกระแสที่มีกระแสสมดุล

จากรูปที่ 1 เป็นการวัดขั้นพื้นฐาน โดยมีสายเฟสและสายเส้นศูนย์ของวงจรไฟฟ้าผ่านหม้อแปลงกระแส หนึ่ง ตัว ในกรณีที่กระแสไหลเข้าและกระแสไหลออกสมดุล ผลการวัดที่ได้จะมีค่าเป็นศูนย์ (Zero Output) แต่ในกรณีที่เกิดกระแสไม่สมดุล ผลการวัดที่ได้จะไม่เป็นศูนย์ (Non–zero Output) ซึ่งเป็นตัวชี้วัดว่าเกิดสภาวะไม่พึงประสงค์ขึ้นในตำแหน่ง Downstream ที่อยู่ถัดลงไป เช่นเกิด สายเส้นศูนย์ต่อลงดิน (Neutral to Ground Bond) ขึ้นในระบบไฟฟ้า เรียกการตรวจวัดประเภทนี้ว่า Zero Sum Measurement

รูปที่ 2 การตรวจจัดผลรวมของกระแสไฟฟ้าที่ไหลในตัวนำเฟสที่ตำแหน่งเมนสวิตซ์ของระบบไฟฟ้า

รูปที่ 2 แสดงการวัดแบบ Zero–sum Measurement ที่เมนบัสบาร์ของเมนสวิตซ์ โดยที่สายวัด Flexible Current Probe สีน้ำเงินจะวัดกระแสเฟส ในขณะที่สาย Flexible Current Probe สีแดงจะเป็นการวัดแบบ Zero–sum Measurement ที่บัสบาร์ ถึงแม้ว่าระบบไฟฟ้าดังกล่าวจะเป็นระบบ 3 เฟส แต่ก็ไม่มีปัญหาในการวัดเพราะหลักการของกระแสสมดุลของกระแสไฟฟ้าไหลเข้าและกระแสไฟฟ้าไหลกลับยังคงอยู่ จึงสามารถติดตั้งหม้อแปลงกระแสชนิด Zero CT (ในรูปเป็นสีแดง) โดยรอบบัสบาร์เฟสทั้งสามเฟสและบัสบาร์นิวตรอล

รูปที่ 3 แสดงการวัดแบบ Zero–sum Measurement ที่แผงเมนไฟฟ้า

จากรูปที่ 3 สามารถใช้หม้อแปลงกระแสแต่ละตัวในการวัดกระแสเฟสและวัดแบบ Zero–sum Measurement ตามรูปที่ 2 และ 3 สามารถต่อสายวัด Flexible Current Probe เข้ากับระบบ Power Monitoring System เพื่อตรวจติดตามกระแสไฟฟ้าชั่วขณะที่ไหลในตัวนำเฟสและตัวนำนิวตรอลได้ตลอดเวลาในกรณีโหลดไฟฟ้าที่เป็นปัญหาทำงาน

รูปที่ 4 แสดงการวัดแบบ Zero–sum Measurement ที่แผงไฟฟ้าย่อย

รูปที่ 5 แสดงการวัดสายดิน (Grounding Conductor) โดยใช้สายวัด Flexible Current Probe

รูปที่ 6 แสดงการวัดสายดินเทียบกับการวัดแบบ Zero–sum Measurement

รูปที่ 4 จะเห็นการวัดแบบ Zero–sum Measurement อย่างชัดเจน ซึ่งสามารถทำการวัดได้อย่างรวดเร็ว ในรูปที่ 5 และ รูปที่ 6 เป็นการวัดสายดินเทียบกับการวัดแบบ Zero–sum Measurement ข้อจำกัดในการวัดกระแสในสายดินโดยตรง คือ กรณีที่ หนึ่ง ในบางระบบไม่มีสายดิน กรณีที่สอง กระแสที่วัดได้อาจจะเกิดจากการเหนี่ยวนำ ไม่ใช่กระแสที่เกิดจากการลงดินของสายเส้นศูนย์ (Neutral–ground Bond)

การตรวจวัดหาจุดกำเนิดกระแสรั่วลงดินเป็นวิธีการหนึ่งในการบำรุงรักษาแบบ Preventive Maintenance ซึ่งจะช่วยลดปัญหาที่เกิดจากคุณภาพพลังงานไฟฟ้า (Power Quality: PQ) ลงได้ ก่อนที่ปัญหาอื่น ๆ จะตามมา