บทที่ 4 อุปกรณ์ป้องกันกระแสเกิน

อปุ กรณ์ป้ องกนั การใช้กระแสเกินพกิ ดั (Over Current Protection)หน้าท่ขี องอุปกรณ์ป้ องกันกระแสเกิน ปลดวงจรออกจากระบบทนั ที เม่ือเกดิ สภาวะผดิ ปกติในระบบไฟฟ้ าอนั เนื่องมาจาก • การใช้โหลดเกิน • กระแสลดั วงจร • กระแสรั่วลงดนิ

ชนิดของอุปกรณ์ป้ องกันกระแสเกิน • ฟิ วส์ (Fuse) • เซอร์กติ เบรกเกอร์ (Circuit Breaker)ฟิ วส์ (Fuse)ขอ้ ดี • ราคาถูก • พกิ ดั กระแสลดั วงจรสูง (Interrupting Capacity)ขอ้ เสีย • ตอ้ งมสี าํ รองไวเ้ ปล่ยี นเสมอ • มโี อกาสทจี่ ะปลดวงจรไม่พร้อมกนั ท้งั 3 เฟส abc

เซอร์กิตเบรกเกอร์ (Circuit Breaker) • พกิ ดั กระแสลดั วงจรต่าํ กว่าฟิ วส์ • ราคาสูงกว่าฟิ วส์ • สามารถตอ่ วงจรเขา้ ใหมไ่ ดท้ นั ที หลงั จากแกป้ ัญหาความ ผดิ ปกติในระบบไดแ้ ลว้วงจรระบบไฟฟ้ า ภาวะปกติ RF = 0.001 ohm 15 A. Fuse 220 V I 24 ohmRin = 0.001 ohmI E  220  220  9.1655 A R 24  0.001 0.001 0.001 24.003

วงจรระบบไฟฟ้ า ภาวะโหลดเกนิ RF = 0.001 ohm 220 V I = 24//24Rin = 0.001 ohm  24 24  12  24  24I E  220  220  18.3288 A R 12  0.001 0.001 0.001 12.003วงจรระบบไฟฟ้ า ภาวะลดั วงจร RF = 0.001 ohm 220 V IRin = 0.001 ohmIE  220  220  73.333 A 0.003R 0  0.001 0.001 0.001

วงจรระบบไฟฟ้ า ภาวะกระแสรั่วลงดนิ สายเฟสชาํ รุด เกดิ สัมผสั กบั ทอ่ โลหะ กระแสรว่ั ลงดิน ฟิ วส์ (Fuse)• ทาํ หนา้ ทเ่ี ชื่อมต่อวงจรไฟฟ้ าในสภาวะปกติ - ปกติจะมีลกั ษณะเป็นกระบอกและมีไส้ฟิ วส์ (fusible) ภายใน - ความตา้ นทานของไส้ฟิ วส์มคี ่าต่าํ มาก - ไส้ฟิ วส์มี 2 ลกั ษณะ คือ 1. Single - element 2. Dual - element• เมอ่ื เกดิ ภาวะกระแสเกนิ ในวงจรไฟฟ้ า ไส้ฟิ วส์จะขาด และ ปลดวงจรออกจากระบบ เพอื่ เป็นการป้ องกนั สายไฟฟ้ าและอุปกรณ์ในระบบ

ฟิ วส์ (ระบบแรงตาํ่ )ประเภทของฟิ วส์แบ่งตามความไวในการปลดวงจร 1. ฟิ วสท์ าํ งานไว (Non-time Delay Fuses) 2. ฟิ วส์หน่วงเวลา (Time Delay Fuses)แบ่งตามความสามารถในการกาํ จัดกระแส 1. ฟิ วส์จาํ กดั กระแส (Current Limiting Fuses) 2. ฟิ วสไ์ มจ่ าํ กดั กระแส (Non Current Limiting Fuses)

ฟิ วส์ทาํ งานไว (Non-time Delay Fuse) • โครงสร้างจะเป็นชนิดที่มี ไส้ฟิ วส์เพยี งชุดเดียว (Single Element Fuse) • ไส้ฟิ วส์จะขาดเมอ่ื เกิดสภาวะโหลดเกินประมาณ 1 – 6 เท่า ของพิกดั กระแสฟิ วส์ • คา่ พิกดั กระแสลดั วงจรประมาณ 10 kAขน้ั ตอนการทํางานของฟิ วส์ทาํ งานไวภาวะโหลดเกิน(Over Load)

ข้นั ตอนการทาํ งานของฟิ วส์ทํางานไวภาวะลัดวงจร(Shot Circuit)ฟิ วส์หน่วงเวลา (Time Delay Fuse) • เป็นฟิ วส์ชนิดทม่ี ี ไส้ฟิ วส์ 2 ชุด (Double element Fuse) ต่ออนุกรมอยู่ ภายในกระบอกฟิ วส์เดียวกนั • ไส้ฟิ วส์จะขาดเม่อื เกิดสภาวะลัดวงจรประมาณ 500 % ของพิกดั กระแส ฟิ วส์ • ไสฟ้ ิ วส์ทีท่ าํ หนา้ ท่ีป้ องกนั เมื่อเกิดสภาวะโหลดเกินจะขาดเม่อื อุณหภมู ิ ภายในตวั ฟิ วส์มีค่าประมาณ 140 oC

ฟิ วส์หน่วงเวลา (Time Delay Fuse)การทํางานของฟิ วส์หน่วงเวลาภาวะโหลดเกิน (Over Load)

การทํางานของฟิ วส์หน่วงเวลา ภาวะลัดวงจร(Shot Circuit) กราฟ Clearing Time

ฟิ วส์จํากดั กระแส (Current Limiting Fuse)• ตดั วงจรไดอ้ ยา่ งรวดเร็ว และ ทนค่าพิกดั กระแสลดั วงจรไดส้ ูงมาก• จาํ กดั กระแสไฟฟ้ ายอดคลื่นขณะลดั วงจรใหไ้ หลผ่านตวั ฟิ วส์ต่าํ กวา่ค่ากระแสลดั วงจรทคี่ วรจะเกิดข้ึนถึงจดุ สูงสุด•** ลดการเกิดพลงั งานในรูปของความร้อน ( )I 2) ⋅ t ( rms A : การปลดวงจรของฟิ วส์หน่วงเวลาขณะเกิดการลัดวงจร B : การปลดวงจรของฟิ วส์จํากดั กระแสขณะเกิดการลัดวงจร

กราฟ Peak Let Through Current Chart ไม่มีการป้ องกนั (กระแสลัดวงจรที่คาดว่าจะเกิด (rms))ตวั อย่าง การดกู ราฟ Peak Let Through Current Chart

ตวั อย่าง การดูกราฟ Peak Let Through Current Chartการใช้ฟิ วส์จํากัดกระแส ฟิ วส์จาํ กัดกระแส 40 kAเกดิ กระแสลดั วงจรสูงสุด 40 kA 40 kA 5 kA 40 kA ใชฟ้ ิ วส์จาํ กดั กระแส ไมใ่ ชฟ้ ิ วส์จาํ กดั กระแส

ตวั อย่างท่ี 1จงหาค่ากระแสลดั วงจร และ ขนาดของกระแสยอดคลื่นขณะลดั วงจรที่จะเกิดข้ึนในวงจรสายป้ อนวงจรหน่ึง ซ่ึงใชฟ้ ิ วส์จาํ กดั กระแสขนาด 800 A เป็นอุปกรณป์ ้ องกนั การลดั วงจร กําหนดให้ กระแสลดั วงจรทีเ่ กิดข้ึนมคี า่ 86 kACharacteristiccurve

Class of Fuse • มาตรฐานสหรัฐอเมริกา • มาตรฐานของกล่มุ ประเทศทางยโุ รป

ฟิ วส์ตามมาตรฐานของสหรฐั อเมรกิ า (NEC)



มาตรฐานฟิ วส์แรงตา่ํ ขนาด 0 - 600 A 15 70 225ท่ีมีผลติ ตามมาตรฐาน ขนาด 601 - 6000 A 20 80 250 25 90 300สหรัฐฯ (หน่วย A) 30 100 350 35 110 400 40 125 450 45 150 500 50 175 600 60 200 601 1350 3000 650 1500 3500 700 1600 4000 800 1800 4500 1000 2000 5000 1200 2500 6000ฟิ วส์ตามมาตรฐานของกลุ่มประเทศทางยุโรป (IEC, DIN) ชนิด g - จะปลดวงจรเมอื่ กระแสไหลผา่ นฟิ วส์มคี ่าเทา่ กบั กระแสพิกดั ชนิด a - จะปลดวงจรเม่อื กระแสไหลผา่ นฟิ วสม์ คี า่ มากกว่า (เป็น จาํ นวนเท่า) กระแสพิกดั

ฟิ วส์ตามมาตรฐานของกลุ่มประเทศทางยุโรป (IEC, DIN)Sub Class L สาํ หรบั ใช้ป้ องกนั สายตวั นาํ M สาํ หรบั การนาํ ไปใชใ้ นระบบติดต้งั R สาํ หรับการนาํ ไปใช้ในการป้ องกนั อปุ กรณ์สารก่งึ ตวั นาํ S สาํ หรับการนาํ ไปใชป้ ้ องกนั โดยทาํ หน้าท่ีเป็นสวิตช์

ขนาดฟิ วส์ที่ผลิตตามมาตรฐานยุโรปพิกดั กระแสมี 2, 4, 6, 10, 16, 20, 25, 32, 35, 40, 50, 63, 80, 100, 125, 160,200, 250, 315, 355, 400, 450, 500, 560, 630, 700, 800, 1000, 1250ขนาดฟิ วส์ ฐานฟิ วส์ (A) ไส้ฟิ วส์ (A) 00 100 0 160 6…100 1 250 6…160 2 400 80…250 3 630 125…400 4 100 315…630 4a 1250 500…1000 500…1250Circuit Breaker (ระบบแรงตาํ่ ) • Air Circuit Breaker (ACB) • Mold Case Circuit Breaker (MCCB) • Miniature Circuit Breaker (MCB)

Air Circuit Breaker (ACB) • นิยมใชเ้ ป็นอุปกรณ์ป้ องกนั สายเมน • มีขนาดต้งั แต่ 600 A, ข้ึนไป • มีราคาแพงมาก • มที ้งั ชนิด Fixed Type และ Draw Out Type • พกิ ดั กระแสลดั วงจรสูงมาก (ใช้กบั งานแรงสูง ,HVAC)Fixed Type

Draw Out Type เป็นเบรคเกอร์ชนิดชกั ออก ซ่ึงตดิ ต้งั บนฐานรางเล่อื น สามารถถอด เปลย่ี น/ซ่อม ไดส้ ะดวกรวดเร็ว เบรคเกอรอ์ กี ชนิดหน่ึง คอื direct current breaker มีใชก้ บั ชนิด draw out เท่าน้นั เพื่อขยายความสามารถ การทนกระแสของเบรคเกอร์

Molded Case Circuit Breaker (MCCB)

Molded Case Circuit Breaker (MCCB)Molded Case Circuit Breaker (MCCB) • นิยมใชม้ ากทส่ี ุด ** • ป้ องกนั สายเมน สายป้ อน และวงจรยอ่ ย • มหี ลายขนาดให้เลอื กใชง้ าน • พกิ ดั กระแสลดั วงจรสูงพอสมควร • ราคาไมแ่ พงมากนกั

Miniature Circuit Breaker (MCB)Miniature Circuit Breaker (MCB) • นิยมใช้ป้ องกนั สายวงจรยอ่ ย ( 5 – 10 kA) • พกิ ดั กระแสลดั วงจรต่าํ • ราคาถูก (100 กว่าบาท) • ติดต้งั ในแผงควบคมุ วงจรยอ่ ย

Miniature Circuit Breaker (MCB)มกั ตดิ ต้งั ใน Consumer UnitMiniature Circuit Breaker (MCB) มกั ติดต้งั ใน Load CenterMain Circuit Breaker Main Lug

สรุป การเลอื กใชช้ นิด CBAir CBMCCB MCCB MCBประเภทการทํางานของ Circuit Breaker • Thermal Trip • Magnetic Trip • Thermal - Magnetic Trip • Solid State Trip

Thermal Trip• แผน่ โลหะไบเมทลั 2 แผน่ ทาํ จากโลหะตา่ งชนิดกนั เกดิ การโกง่ตวั เม่ือเกดิ ความรอ้ นเนื่องจากกระแสไฟฟ้ าไหลผา่ น• เหมาะกบั การใชป้ ้ องกนั สภาวะโหลดเกนิ• ความไวในการทริป ข้ึนกบั ปริมาณกระแส และ ระยะเวลา ที่กระแสไหลผา่ น• ลกั ษณะการทริปแบบ Inverse Time Delay  I  1   t Thermal Trip

Thermal TripMagnetic Trip • การทริปโดยอาํ นาจสนามแมเ่ หลก็ • ทริปทนั ทีท่กี ระแสไหลถงึ จุดทป่ี รับต้งั ไว้ • เหมาะสาํ หรับการป้ องกนั กระแสลดั วงจร

Magnetic TripMagnetic Trip

Thermal - Magnetic Trip • มที ้งั ลกั ษณะการทริปจากความรอ้ นและจากอาํ นาจ สนามแมเ่ หล็ก • เหมาะสมทจ่ี ะนาํ มาใชใ้ นการป้ องกนั โหลดเกนิ และป้ องกนั การลดั วงจร • นิยมใชม้ ากทีส่ ุดThermal - Magnetic Trip

Thermal - Magnetic Tripกราฟคุณสมบตั ขิ อง Thermal - Magnetic Trip Maximum Clearing TimeMinimum Clearing Time

Solid State Trip • นาํ วงจรอิเล็คทรอนิกสม์ าใช้ร่วมกบั เซอรก์ ติ เบรกเกอร์ • มเี ฉพาะเซอรก์ ติ เบรกเกอรข์ นาดใหญ่ • สามารถปรบั ต้งั ค่ากระแสทริป ให้ทาํ งานในยา่ นต่างๆได้Solid State Trip

Circuit Breaker แบบ Solid State Tripการปรับตง้ั Circuit Breaker แบบ Solid State Trip

อุปกรณ์เสริม (Accessory)มีวตั ถุประสงคใ์ นการใช้เพอ่ื : • เพอื่ ความสะดวกในการใชง้ าน • เพ่ือความปลอดภยั

Shunt Trip • เป็นชุดควบคมุ การทริประยะไกล • ใชส้ ง่ั ปลดวงจรจากภายนอกหรือจดุ ห่างจากตวั เซอร์กิตเบรกเกอร์

Under Voltage Trip • ใชต้ ิดต้งั เพ่ือตรวจจบั แรงดนั ทจ่ี า่ ยเขา้ มายงั เบรคเกอร์ • แรงดนั ไฟฟ้ าต่าํ กวา่ ทีก่ าํ หนดกจ็ ะส่ังปลดเบรคเกอร์ทนั ทีAuxiliary Switch• แสดงสถานะของเบรคเกอร์ขณะน้ันวา่ ON หรือ OFF / TRIP

พิกัดกระแสของเซอร์กติ เบรกเกอร์ • พกิ ดั กระแสที่ควรรู้จกั มี 3 ตวั คือ 1. Ampere Trip (AT) 2. Ampere Frame (AF) 3. Interrupting Capacity (IC)Ampere Trip (AT)• พิกดั กระแส handle rating ซ่ึงบอกใหร้ ูว้ า่ สามารถทนกระแสใช้งานในภาวะปกตไิ ดส้ ูงสุดเทา่ ใด• มกั แสดงค่าไวท้ ่ี name plate หรือดา้ มโยกของเบรคเกอร์• มาตรฐานของ NEC 1990 paragraph240-6 กาํ หนดดงั น้ี 15 , 60 , 70 , 80 , 90 , 100 , 110 , 125 , 150 , 175 , 200 ,225 , 250 , 300 , 350 , 400 , 450 , 600 , 700 , 800 , 1000 , 1200 ,1600 , 2000 , 2500 , 3000 , 4000 , 5000 , 6000 A.

Ampere Frame (AF) / พกิ ัดกระแสโครง• พิกดั การทนกระแสสูงสุดของเบรคเกอร์ในรุ่นน้นั ๆ• เซอร์กิตเบรกเกอร์ท่ีมขี นาด AF เดียวกนั จะมีขนาดมิติ (กวา้ ง x ยาว x สูง)เทา่ กนั• สามารถเปล่ียนพิกดั Ampere Trip ไดโ้ ดยท่ขี นาด (มติ ิ) ของเบรคเกอร์ยงั คงเทา่ เดิม• ค่า AF ตามมาตรฐาน NEMA มีดงั น้ี 50 , 100 , 225 , 250 , 400 , 600 , 800 , 1000 , 1200 , 1600 ,2000 , 2500 , 4000 , 5000 AFมาตรฐาน AT และ AF ตามมาตรฐานของสหรัฐอเมริกาAmpere Frame Ampere Trip50 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50100 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50, 60, 70, 80, 90, 100250 70, 80, 90, 100, 110, 125, 150, 175, 200, 225400 125, 150, 175, 200, 225, 250, 300, 350, 400600 125, 150, 175, 200, 225, 250, 300, 350, 400, 450, 500, 600800 250, 300, 350, 400, 450, 500, 600, 700, 8001200 250, 300, 350, 400, 450, 500, 600, 700, 800, 1000, 12001600 400, 450, 500, 600, 700, 800, 1000, 1200, 16003000 2000, 2500, 30004000 40005000 50006000 6000

Interrupting Capacity (IC)• พกิ ดั การทนกระแสลดั วงจรสูงสุดโดยปลอดภยั ของเบรคเกอร์น้นั ๆ• ปกตกิ าํ หนดคา่ การทนกระแสเป็น kA.• ค่า IC บอกใหร้ ู้วา่ เบรคเกอร์ท่ีใช้ มคี วามปลอดภยั มากน้อยเพยี งใด• การเลือกค่ากระแส IC จะตอ้ งรู้คา่ กระแสลดั วงจร ณ. จดุ น้ันๆ ค่ากระแส IC บนตวั อุปกรณ์ป้ องกนั กระแสเกนิ

มาตรฐานขนาด IC ของเซอร์กติ เบรกเกอร์240 Volt 480 Volt 10 kA 14 kA 18 kA 25 kA 22 kA 30 kA 42 kA 35 kA 65 kA 50 kA 65 kA100 kA 150 kA200 kAการระเบดิ เน่อื งจากใช้ค่า IC น้อยกว่ากระแสลดั วงจร Circuit Breaker Fuse

มาตรฐานเซอร์กติ เบรกเกอร์• ว.ส.ท. แนะนาํ ใหใ้ ช้งานตามมาตรฐาน IEC แบ่งเป็น 1. IEC 898 หรือ IEC 60898 • สาํ หรบั บา้ นอยอู่ าศยั และ อาคารทว่ั ไป 2. IEC 947-2 หรือ IEC 60947-2 • สาํ หรบั งานอตุ สาหกรรมตารางเปรียบเทยี บระหวา่ ง IEC 898 กบั IEC 947-2

คําจํากดั ความพิกัดกระแสตามมาตรฐาน IEC • In คอื พิกดั กระแสใชง้ าน • Icn คอื พกิ ดั กระแสลดั วงจร • Icu คือ พิกดั การตดั กระแสลดั วงจรสูงสุด ไมค่ าํ นึงวา่ จะสามารถรบั กระแสใชง้ านปกติหลงั การ ทดสอบไดห้ รือไม่ • Ics คือ พกิ ดั การตดั กระแสลดั วงจรใช้งาน ภายหลงั การทดสอบจะตอ้ งสามารถรับกระแสใชง้ านปกติ หลงั การทดสอบไดอ้ ยา่ งต่อเนื่องThermal Trip• IEC 898 •1.13 ถึง 1.45 In• IEC 947-2 •1.05 ถึง 1.30 In

Magnetic Trip • IEC 898 เส้นโคง้ (curve) B, C, D B ตดั ทนั ที ที่ > 3-5 In C ตดั ทนั ที ที่ > 5 - 10 In D ตดั ทนั ที ที่ > 10 - 50 In • IEC 947-2 - กาํ หนดโดยผผู้ ลิต รายละเอยี ดของเส้นโคง้ (curve) B, C, D

Magnetic Trip IEC 898 Type B ใชส้ าํ หรับวงจรไฟฟ้ าท่ไี มม่ ี กระแสไฟกระโชก (Inrush Current) หรือ เสิรจ์ สวิตชิ่ง (Switching Surge)

IEC 898 Type Cใชส้ าํ หรบั วงจรไฟฟ้ าทว่ั ไปทอ่ี าจมีกระแสไฟกระโชก(Inrush Current) เช่น ไฟแสงสว่างฟลอู อเรสเซนต,์มอเตอร์เล็กๆ,เครื่องปรับอากาศ เป็นตน้IEC 898 Type Dใชส้ าํ หรับวงจรไฟฟ้ าทม่ี ีกระแสไฟกระโชก (InrushCurrent) เช่น เคร่ืองเช่ือม,เครื่องเอกซเรย์ เป็นตน้

IEC 947 - 2ใชส้ าํ หรบั งานอุตสาหกรรมการจดั ลําดบั การทํางานร่วมกัน (Co – Ordination)

การจัดลาํ ดบั การทํางานร่วมกนั (Co – Ordination)มี 2 รูปแบบ คอื 1. ใช้ตาราง 2. ใช้กราฟ1. การจัดลาํ ดบั การทาํ งานร่วมกนั โดยใช้ตาราง • โดยมากใชจ้ ดั การทาํ งานร่วมกนั ของ ฟิ วส์ • บริษทั ผผู้ ลติ จะมีตารางสาํ หรบั การเลือกใช้ทเี่ หมาะสมให้หลกั การ พจิ ารณาขนาดอตั ราส่วนของพกิ ดั กระแสฟิ วส์ดา้ นสายจ่าย(Line Side) และพิกดั กระแสฟิ วส์ดา้ นโหลด (Load Side) ไมใ่ ห้นอ้ ยกวา่ คา่ ท่กี าํ หนด

ตวั อย่างท่ี 2 (1) KRP-C-1000SP (2) LPS-RK-200SPจงพิจารณาระบบไฟฟ้ าดงั รูป มกี าร LPJ - 60SPจดั ลาํ ดบั การทาํ งานร่วมกนั ของฟิ วส์เหมาะสมหรือไม่โดยการใชค้ ่าจากตาราง

จุดที่ 1 KRP-C-1000SP กบั LPS-RK-200SPอตั ราส่วน พิกดั ฟิ วส์ดา้ นสายจา่ ย (Line side) ตอ่ ดา้ นโหลด (Load Side) = 1000 : 200 = 5:1จากตาราง พบวา่ คา่ ท่เี หมาะสมตอ้ งไมน่ อ้ ยกวา่ 2 : 1 การจดั ลาํ ดบั การทาํ งานร่วมกนั  เหมาะสมจดุ ที่ 2 LPS-RK-200SP กบั LPJ - 60SP0 อตั ราส่วน พิกดั ฟิ วส์ดา้ นสายจา่ ย (Line side) ตอ่ ดา้ นโหลด (Load Side) = 200 : 60 = 3.33 : 1 จากตาราง พบวา่ ค่าที่เหมาะสมตอ้ งไมน่ ้อยกวา่ 2 : 1 การจดั ลาํ ดบั การทาํ งานร่วมกนั  เหมาะสม