พื้นฐานการต่อลงดินและความปลอดภัยในระบบไฟฟ้าอุตสาหกรรม

พื้นฐานการต่อลงดินและความปลอดภัยในระบบอุตสาหกรรม

การต่อลงดินเป็นส่วนหนึ่งของระบบอุตสาหกรรมที่มองเห็นได้น้อยที่สุด แต่มีบทบาทโดยตรงต่อความปลอดภัยและความน่าเชื่อถือในการทำงานของอุปกรณ์ภายใต้สภาวะขัดข้องที่เกิดขึ้นจริง

ตั้งแต่ความปลอดภัยของผู้ปฏิบัติงาน การป้องกันอุปกรณ์ ไปจนถึงการควบคุมไฟฟ้าสถิต การต่อลงดินถือเป็นพื้นฐานของการออกแบบระบบไฟฟ้าในสภาพแวดล้อมระบบอัตโนมัติสมัยใหม่

รูปที่ 1 ตัวนำต่อลงดินที่เชื่อมต่อกับบัสบาร์ภายในตู้ควบคุมอุตสาหกรรม

การต่อลงดินเพื่อความปลอดภัยของบุคลากร

ในสภาพแวดล้อมอุตสาหกรรม ความปลอดภัยเป็นปัจจัยสำคัญอันดับแรกในการออกแบบระบบเสมอ

ระบบต่อลงดินช่วยให้มั่นใจว่ากระแสไฟฟ้าจากความขัดข้องที่ไม่พึงประสงค์จะไม่ไหลผ่านผู้ปฏิบัติงานในระหว่างที่อุปกรณ์เกิดความเสียหาย

ความขัดข้องส่วนใหญ่มักเกิดขึ้นที่จุดเชื่อมต่อ เช่น ขั้วต่อ คอนเน็กเตอร์ หรือบล็อกจ่ายไฟ

เมื่อสายตัวนำที่มีกระแสไฟฟ้าสัมผัสกับตัวเครื่องโลหะ เครือข่ายต่อลงดินจะจัดให้มีเส้นทางความต้านทานต่ำเพื่อกระตุ้นอุปกรณ์ป้องกันให้ตัดวงจรทันที

กลไกนี้ช่วยป้องกันไม่ให้กระแสไฟฟ้าที่เป็นอันตรายไหลผ่านบุคลากร และลดความเสี่ยงจากไฟฟ้าช็อตถึงแก่ชีวิต

การป้องกันอุปกรณ์และเสถียรภาพของระบบ

การต่อลงดินยังช่วยรักษาเสถียรภาพของระบบอุตสาหกรรมในระหว่างเกิดเหตุการณ์ทางไฟฟ้าชั่วขณะ

เหตุการณ์เหล่านี้อาจเกิดจากการสวิตช์มอเตอร์ โหลดเหนี่ยวนำ หรือปรากฏการณ์ภายนอก เช่น แรงดันกระชากจากฟ้าผ่า

หากไม่มีเส้นทางต่อลงดินที่เหมาะสม พลังงานชั่วขณะอาจไหลเข้าสู่วงจรอิเล็กทรอนิกส์ควบคุมที่ไวต่อความเสียหาย และทำให้วงจรภายในเสียหาย

ในระบบอัตโนมัติที่ใช้แพลตฟอร์ม PLC และ DCS เช่น ABB 800xA & AC 800M ความสมบูรณ์ของระบบต่อลงดินส่งผลโดยตรงต่อระยะเวลาการทำงานต่อเนื่องและความน่าเชื่อถือของระบบ

รูปที่ 2 ระบบขั้วต่อลงดินที่เชื่อมต่อโครงสร้างพื้นฐานทางไฟฟ้าของสถานประกอบการเข้ากับดิน

เครือข่ายต่อลงดินและเส้นทางของกระแสไฟฟ้าจากความขัดข้อง

ระบบต่อลงดินที่ออกแบบอย่างเหมาะสมช่วยให้มั่นใจว่ากระแสไฟฟ้าจากความขัดข้องจะไหลตามเส้นทางที่ควบคุมได้กลับไปยังแหล่งจ่าย

เส้นทางที่ควบคุมได้นี้ช่วยจำกัดการเพิ่มขึ้นของแรงดันไฟฟ้าบนพื้นผิวโลหะที่สัมผัสได้ และช่วยให้อุปกรณ์ป้องกันตัดแหล่งจ่ายไฟได้อย่างรวดเร็ว

หากไม่มีเส้นทางดังกล่าว พลังงานอาจระบายผ่านลายวงจร PCB หรือโมดูลควบคุม ส่งผลให้อุปกรณ์เสียหายถาวรและระบบหยุดทำงาน

ไฟฟ้าสถิตและการควบคุม ESD

การคายประจุไฟฟ้าสถิตเป็นประเด็นสำคัญในสภาพแวดล้อมที่เกี่ยวข้องกับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ ผงวัสดุ หรือสารไวไฟ

แม้ความต่างศักย์เพียงเล็กน้อยระหว่างพื้นผิวนำไฟฟ้าสองพื้นผิวก็สามารถทำให้เกิดการคายประจุได้

แม้กระแสไฟฟ้าอาจมีปริมาณน้อย แต่การปลดปล่อยพลังงานก็ยังสามารถจุดติดวัสดุที่ไวต่อการลุกไหม้หรือทำให้ชิ้นส่วนเซมิคอนดักเตอร์เสียหายได้

การต่อลงดินช่วยปรับศักย์ไฟฟ้าให้เท่ากันทั่วทั้งองค์ประกอบนำไฟฟ้าในสภาพแวดล้อม

ซึ่งรวมถึงโครงอุปกรณ์ สถานีงาน ผู้ปฏิบัติงาน และระบบเครื่องมือ

ระบบควบคุม ESD เช่น สายรัดข้อมือและพื้นต่อลงดิน ช่วยขยายการป้องกันไปยังจุดที่มนุษย์มีปฏิสัมพันธ์กับอุปกรณ์

 

รูปที่ 3 สายรัดข้อมือ ESD ช่วยรักษาศักย์ไฟฟ้าให้เท่ากันระหว่างผู้ปฏิบัติงานกับอุปกรณ์

 

มาตรฐานอุตสาหกรรมและ NEC Article 250

การออกแบบระบบต่อลงดินต้องเป็นไปตามกรอบข้อกำหนดด้านกฎระเบียบที่เข้มงวด ซึ่งกำหนดโดยมาตรฐานต่าง ๆ เช่น NEC Article 250 และ UL 508A

มาตรฐานเหล่านี้กำหนดวิธีการติดตั้งตัวนำต่อลงดิน ระบบบอนดิ้ง และการเชื่อมต่อกับดินในงานติดตั้งอุตสาหกรรม

นอกจากนี้ยังระบุขนาดตัวนำ วิธีการเชื่อมต่อ และข้อกำหนดด้านการป้องกันความขัดข้อง เพื่อให้ระบบทำงานได้อย่างคาดการณ์ได้

ในระบบอัตโนมัติขนาดใหญ่ที่ใช้แพลตฟอร์ม เช่น GE Fanuc RX3i / RX7i PACSystems การปฏิบัติตามมาตรฐานเหล่านี้ช่วยรับรองความปลอดภัยในการใช้งานระยะยาวและความพร้อมด้านการรับรองมาตรฐาน

บทสรุป

การต่อลงดินไม่ใช่องค์ประกอบเสริมของการออกแบบ

แต่เป็นตัวกำหนดขอบเขตด้านความปลอดภัยระหว่างการทำงานปกติกับสภาวะขัดข้องทางไฟฟ้า

ตั้งแต่การป้องกันบุคลากร เสถียรภาพของระบบ ไปจนถึงการควบคุม ESD การต่อลงดินช่วยให้ระบบอัตโนมัติอุตสาหกรรมทำงานได้อย่างคาดการณ์ได้ภายใต้ทุกสถานการณ์การใช้งาน

การทำความเข้าใจบทบาทของการต่อลงดินเป็นสิ่งสำคัญต่อการออกแบบระบบควบคุมที่ปลอดภัยและเชื่อถือได้ในสภาพแวดล้อมอุตสาหกรรมสมัยใหม่