ทำไมบ้านโซล่าเซลล์ถึงต้องการ SPD ฝั่ง AC มากกว่าบ้านทั่วไป
บ้านที่ต่อระบบโซล่าเซลล์เข้ากับการไฟฟ้ามีเส้นทางที่ surge เดินทางเข้าบ้านได้มากกว่าปกติ ทั้งจากสายการไฟฟ้าและจากระบบโซล่าเองฝั่ง DC ก่อนจะข้ามมาฝั่ง AC ผ่านอินเวอร์เตอร์
เส้นทาง surge ในบ้านโซล่าเซลล์มีกี่ทาง
บ้านทั่วไปที่ไม่ได้ติดโซล่าเซลล์มีประตูเปิดรับ surge หลักทางเดียวคือสายไฟจากเสาการไฟฟ้า แต่พอติดแผงโซล่าบนหลังคา ก็เพิ่มประตูอีกทางทันที เพราะแผงที่อยู่กลางแจ้งบนหลังคาเป็นเสาอากาศขนาดใหญ่ที่รับพลังงานแม่เหล็กไฟฟ้าจากฟ้าผ่าได้โดยตรง แม้ฟ้าจะไม่ได้ผ่าลงแผงตรงๆ ก็ตาม
surge ที่วิ่งเข้ามาทางสาย DC ของแผงยังสามารถข้ามไปฝั่ง AC ได้ผ่านวงจรภายในอินเวอร์เตอร์ ซึ่งมีส่วนประกอบที่เชื่อมสองฝั่งเข้าหากัน รวมกับ surge ที่วิ่งมาจากสายการไฟฟ้าฝั่ง AC อีกทาง ก็เท่ากับอินเวอร์เตอร์ถูกกดดันจากสองด้านพร้อมกันในเหตุการณ์ฟ้าผ่าครั้งเดียว
อินเวอร์เตอร์เสียหายจากไฟกระชากได้ยังไง
อินเวอร์เตอร์เต็มไปด้วยวงจรอิเล็กทรอนิกส์ที่ทำงานที่แรงดันต่ำมาก ส่วนประกอบอย่าง MOSFET, IGBT หรือ capacitor ในวงจรแปลงไฟมีค่าทนแรงดันที่จำกัด surge แม้เพียงไม่กี่ไมโครวินาทีก็พอทำให้ breakdown ได้ทันที
ที่น่ากลัวกว่าคือแบบสะสม ฟ้าผ่าใกล้ๆ บ้านหลายครั้งในหน้าฝน ทุกครั้งที่มี surge เล็กๆ วิ่งเข้ามาโดยไม่มีตัวกั้น วงจรภายในก็เสื่อมลงทีละนิด อินเวอร์เตอร์อาจทำงานได้ปกติอีกหลายเดือนก่อนจะเสียกะทันหัน และเมื่อเปิดซ่อมก็ไม่มีทางพิสูจน์ได้ว่าเกิดจาก surge เพราะไม่มีรอยไหม้ชัดเจน ช่างมักบอกว่า "วงจรเสื่อม" แล้วคิดค่าซ่อมเต็มราคา
เส้นทางที่ surge ใช้และกลไกที่ทำให้อินเวอร์เตอร์เสียหายนี้เองที่ทำให้การเลือก SPD ให้ถูกประเภทและถูกตำแหน่งสำคัญกว่าแค่ "ซื้อมาติดไว้"
SPD Type 1, Type 2, Type 3 ต่างกันยังไง และบ้านโซล่าต้องใช้ตัวไหน
SPD ไม่ได้มีแค่ตัวเดียว มีการแบ่งประเภทตามมาตรฐาน IEC 61643 ซึ่งบอกว่าควรติดตรงไหนในระบบและรับ surge ขนาดไหนได้ การเลือกผิดประเภทเท่ากับไม่ได้ป้องกันอะไรเลย
Type 1 สำหรับจุดเข้าอาคาร Type 2 สำหรับตู้เมน
ภาพง่ายๆ คือ surge จากฟ้าผ่าโดยตรงมีพลังงานมหาศาล Type 1 ถูกออกแบบมาให้รับ surge ก้อนใหญ่นี้ได้ที่จุดแรกที่ไฟเข้าอาคาร ก่อนที่จะกระจายเข้าระบบไฟบ้าน บ้านที่มีสายล่อฟ้าและสายดินที่ดีจะติด Type 1 ที่จุดนี้
แต่บ้านโซล่าเซลล์ทั่วไปในไทยที่ไม่ได้ติดสายล่อฟ้าแยกต่างหาก Type 2 คือขั้นต่ำที่ต้องมี ติดในตู้เมนหรือตู้ย่อยใกล้อินเวอร์เตอร์ Type 2 รับ surge ที่ผ่าน Type 1 มาแล้ว หรือ surge ที่วิ่งมาตามสายการไฟฟ้าในระยะทางปกติ ความต่างหลักของทั้งสองแบบ:
- Type 1 — ทนกระแส surge ได้สูงมาก (Iimp วัดเป็น kA แบบ 10/350 μs), ติดหน้าตู้เมนหรือจุดเข้าอาคาร, มักต้องใช้ร่วมกับระบบสายล่อฟ้า
- Type 2 — ทนกระแส surge แบบ 8/20 μs, ติดในตู้เมนหรือตู้ย่อย, เหมาะกับบ้านทั่วไปที่ไม่มีสายล่อฟ้า
- Type 3 — ป้องกันระดับปลายทาง ติดใกล้อุปกรณ์ที่ต้องการป้องกันเป็นพิเศษ ใช้เสริม Type 2 ไม่ใช่แทน
ค่า kA (Imax และ In) คืออะไร อ่านตัวเลขบนกล่องยังไง
ตัวเลขที่เห็นบนกล่อง SPD มักมีสองค่าที่สำคัญ ค่าแรกคือ Imax คือกระแส surge สูงสุดที่ SPD ทนได้โดยไม่พัง แต่ทนได้ ครั้งเดียว หลังจากนั้น MOV ภายในอาจเสื่อมลงมากจนป้องกันได้น้อยลง ค่าที่สองคือ In คือกระแส surge ที่ SPD ทนได้ซ้ำๆ หลายครั้งโดยยังทำงานได้ปกติ In จะน้อยกว่า Imax เสมอ
สำหรับบ้านโซล่าเซลล์ในไทยที่ต่อระบบ on-grid กับการไฟฟ้า แนวทางที่ใช้กันในหน้างานคือ:
- Imax ไม่ต่ำกว่า 40 kA สำหรับ Type 2 ที่ติดในตู้เมนหลัก
- In ไม่ต่ำกว่า 20 kA เพื่อให้ทนซ้ำได้หลายครั้งในหน้าฝน
- พื้นที่ที่ฝนตกหนักและฟ้าผ่าบ่อย เช่น ภาคเหนือหรืออีสาน ควรเลือก Imax 65-80 kA ขึ้นไป
ติด SPD ตรงไหนในตู้เมนถึงจะป้องกันอินเวอร์เตอร์ได้จริง
ตำแหน่งที่ถูกต้องคือต่อ SPD เข้ากับ busbar หลักในตู้เมน ระหว่างจุดที่ไฟการไฟฟ้าเข้ามากับเมนเบรกเกอร์ หรือถ้าตู้ไม่มีพื้นที่ก็ต่อขนานกับเมนเบรกเกอร์ได้ สายที่ต่อจาก SPD ลงสายดินต้องสั้นที่สุดเท่าที่ทำได้ เพราะนี่คือเส้นทางที่ surge จะระบายออก
สิ่งที่เห็นบ่อยในหน้างานคือช่างติด SPD ไว้ในตู้แต่ต่อสายดินยาวเป็นเมตร วนไปมาในตู้ให้ดูเรียบร้อย ผลคือ SPD มีอยู่แต่ป้องกันได้น้อยกว่าที่ควรจะเป็น เพราะสายยาวมีอิมพีแดนซ์ที่ทำให้แรงดัน surge ยังวิ่งผ่านไปยังอุปกรณ์ได้บางส่วน
เลือก SPD AC สำหรับบ้านโซล่าเซลล์ให้ถูกตัว
ของในตลาดมีตั้งแต่ราคาไม่กี่ร้อยบาทไปถึงหลักพัน ตัวเลข kA บนกล่องไม่ได้บอกทุกอย่าง มีจุดที่ต้องดูเพิ่มก่อนตัดสินใจซื้อ
สเปกที่ต้องดูนอกจาก kA
kA บอกว่า SPD รับ surge ได้แค่ไหน แต่ไม่ได้บอกว่าจะป้องกันอุปกรณ์ได้ดีแค่ไหน สเปกอื่นที่ต้องดูเพิ่มบนกล่อง:
- Uc (Maximum Continuous Operating Voltage) — แรงดันที่ SPD ทนได้ต่อเนื่องโดยไม่เสื่อม ต้องสูงกว่าแรงดันไฟบ้านที่ใช้งาน สำหรับไฟ 220V ของไทย Uc ควรอยู่ที่ 275V ขึ้นไป
- Up (Voltage Protection Level) — แรงดัน surge สูงสุดที่จะยังวิ่งผ่าน SPD ไปถึงอุปกรณ์ได้ ยิ่งต่ำยิ่งดี ควรไม่เกิน 1.5 kV สำหรับป้องกันอินเวอร์เตอร์
- สัญลักษณ์มาตรฐาน — มองหา IEC 61643-11 หรือ EN 61643-11 บนกล่อง ถ้าไม่มีตัวเลขมาตรฐานนี้ให้ระวัง
ของถูกที่ไม่มีมาตรฐานกับของแพงที่ผ่านการทดสอบ ต่างกันยังไงในทางปฏิบัติ
ปัญหาของ SPD ราคาถูกที่ไม่ผ่านมาตรฐาน IEC ไม่ใช่แค่ว่าทน kA ได้น้อยกว่าที่อ้าง แต่อยู่ที่ ไม่มีทางรู้ว่ามันตายไปแล้วหรือยัง SPD ทำงานด้วย MOV (Metal Oxide Varistor) ซึ่งเมื่อรับ surge แรงๆ ครั้งหนึ่ง MOV จะเสื่อมหรือพังไปเลย แต่ SPD ยังดูปกติภายนอก ไฟยังติด ไม่มีกลิ่นไหม้
SPD ที่ผ่านมาตรฐานจะมี หน้าต่างแสดงสถานะ (indicator window) สีเขียวหรือสีแดงบอกว่า MOV ยังทำงานอยู่หรือถูกเผาไปแล้ว ของถูกที่ไม่มี indicator นี้ทำให้คิดว่าระบบยังป้องกันอยู่ทั้งที่จริงๆ ติด SPD เปล่าๆ ไว้ในตู้โดยไม่มีประโยชน์ ความแตกต่างนี้สำคัญมากสำหรับบ้านโซล่าที่อยู่ในพื้นที่ฟ้าผ่าบ่อย เพราะ SPD อาจถูกใช้งานหนักในหน้าฝนแรกแล้วตายไปเงียบๆ
จุดพลาดที่ทำให้ SPD ป้องกันไม่ได้แม้ติดถูกตำแหน่ง
ซื้อ SPD มาติดแล้วแต่ยังโดนฟ้าผ่าเสียหาย เคสแบบนี้เกิดจากข้อผิดพลาดในการติดตั้งมากกว่าตัว SPD เอง
สายดินสั้นและตรงคือหัวใจของ SPD
SPD ทำงานโดยเบี่ยง surge ออกทางสายดินก่อนที่จะวิ่งเข้าอุปกรณ์ ถ้าเส้นทางสายดินยาวหรือคดเคี้ยว สายนั้นมีอิมพีแดนซ์ที่สูงพอจะทำให้แรงดัน surge ยังวิ่งผ่านไปถึงอินเวอร์เตอร์ได้บางส่วน แม้จะมี SPD อยู่ในวงจร
กฎที่ใช้ในหน้างานคือสายจาก SPD ถึง ground busbar ต้องสั้นที่สุดเท่าที่ทำได้ ถ้าตู้เมนออกแบบมาดี SPD จะติดอยู่ใกล้ busbar พอที่สายดินจะสั้นกว่า 30 ซม. ถ้าสายดินยาวกว่านี้มากๆ ให้คิดว่าประสิทธิภาพการป้องกันลดลงตามความยาวสาย
ระบบกราวด์บ้านต้องดีก่อน SPD ถึงจะทำงานได้
นี่คือจุดที่หลายบ้านมองข้ามมากที่สุด SPD ระบาย surge ลงดินผ่านสายกราวด์ ถ้าดินบ้านมีค่าความต้านทานสูง surge ก็ไม่มีทางออก แทนที่จะระบายลงดิน มันจะวิ่งกลับเข้าหาอุปกรณ์แทน ผลคือ SPD ราคาหลายพันบาทแทบไม่ได้ช่วยอะไร
มาตรฐานทั่วไปกำหนดให้ค่าความต้านทานดิน (earth resistance) ไม่เกิน 5 โอห์ม สำหรับระบบไฟฟ้าที่พักอาศัย บ้านที่ดินเป็นดินทราย ดินลูกรัง หรืออยู่บนที่สูง มักมีค่าสูงกว่านี้ ควรให้ช่างวัดค่าความต้านทานดินก่อน แล้วค่อยพิจารณาว่าต้องตอกแท่งกราวด์เพิ่มหรือไม่
แท่งกราวด์ทองแดง 2.4 ม. ที่บทความระบุชัดว่าระบบกราวด์บ้านคือปัจจัยหลักที่กำหนดว่า SPD จะทำงานได้จริงหรือไม่ — ถ้าดินแย่ ติด SPD แพงแค่ไหนก็ช่วยได้น้อย
ดูสินค้าการตอกแท่งกราวด์เพิ่มและต่อขนานกับแท่งเดิมเป็นวิธีที่ใช้ได้จริงในการลดค่าความต้านทานดิน แต่ต้องวัดค่าหลังตอกด้วยเพื่อยืนยันว่าถึงเกณฑ์แล้วจริงๆ งานในตู้เมนและงานกราวด์ที่ถูกต้องควรให้ช่างไฟที่มีใบอนุญาตเป็นคนทำ เพราะต้องทำงานในตู้ที่มีไฟเข้าตลอดเวลา ไม่ใช่งานที่ควรลองทำเองเพื่อประหยัดค่าแรง
ดูเพิ่มที่: spd ac ออนกริด