3104 2002 07

หนว่ ยที่ 7 ระบบป้องกนั ฟา้ ผา่ การออกแบบระบบไฟฟ้า จโิ รษม์ วฒั นา แผนกวชิ าชา่ งไฟฟา้ กำลงั วทิ ยาลยั เทคนคิ ลพบรุ ี

หน่วยท่ี 7 ระบบป้องกนั ฟ้าผ่า ฟ้าผ่าเป็ นปรากฏการณ์ธรรมชาติ อนั เป็ นผลของการเกิดดิสชาร์จของประจุไฟฟ้าในกอ้ นเมฆ การ สะสมประจุบนกอ้ นเมฆมีปริมาณมาก ทาให้กอ้ นเมฆมีศกั ยไ์ ฟฟ้าท่ีสูงต้งั แต่ 10 เมกะโวลต์ ถึง 100 เมกะ โวลต์ และเกิดดิสชาร์จระหวา่ งกอ้ นเมฆกบั พ้ืนโลกเกิดเป็นวาบฟ้าผ่า หรือระหวา่ งกอ้ นเมฆกบั กอ้ นเมฆหรือ ภายในก้อนเมฆเดียวกันเกิดเป็ นฟ้าแลบ ฟ้าผ่าและฟ้าแลบมีโอกาสเกิดข้ึนพร้อมกัน โดยธรรมชาติ ปรากฏการณ์ท่ีเกิดข้ ึนส่วนมากจะเป็ นฟ้าแลบ ส่ิงต่างๆ ท้งั หลายในโลกมีท้งั ใหค้ ุณและให้โทษอยใู่ นตวั แต่ฟ้าผา่ ท่ีเกิดข้ึนดูเหมือนว่าจะมีแต่โทษ เนื่องจากกระแสที่ฟ้าผ่ามีค่าสูงมาก เม่ือเกิดฟ้าผ่าข้ึนจะมีกระแสมากมายไหลผ่านตามลาดบั ฟ้าผ่าในช่วง ระยะเวลาท่ีส้ัน โดยเฉล่ียแลว้ กระแสฟ้าผา่ มีค่าประมาณ 20 กิโลแอมแปร์ และความเร็วของลาฟ้าผา่ ประมาณ 30,000 กิโลเมตรต่อวินาที ยอ่ มทาใหเ้ กิดแรงกลบิดและแรงระเบิดไดม้ าก เมื่อฟ้าผา่ ท่ีใดก็มกั จะทาใหส้ ่ิงที่ถูก ฟ้าผ่าเกิดระเบิดเสียหาย นอกจากน้ีแล้วการเปล่ียนแปลงของกระแสฟ้าผ่ามีอัตราสูง จึงทาให้เกิดคล่ืน แม่เหล็กไฟฟ้ากระจายออกไปรบกวนระบบส่ือสาร เกิดแรงดนั เหนี่ยวนาในระบบไฟฟ้าเป็ นแรงดนั เสิร์จ และเป็นแรงดนั เกินว่ิงไปตามสายไฟฟ้าเขา้ สู่อุปกรณ์ไฟฟ้า ก่อใหเ้ กิดความเสียหายแก่อปุ กรณ์อิเลก็ ทรอนิกส์ ท่ีมีความไวต่อแรงดนั ทรานเช้ียนต์ ส่วนกระแสฟ้าผ่าที่ไหลลงสู่ดิน ก็อาจเป็นอนั ตรายแก่สิ่งมีชีวิตท่ีอยู่ใน บริเวณน้นั แมจ้ ะทราบว่าฟ้าผา่ น้นั ทาให้เกิดความเสียหายและเป็นอนั ตรายต่อชีวิต แต่มนุษยก์ ็ไม่สามารถห้าม การเกิดฟ้าผ่าได้ ในทางปฏิบตั ิสามารถทาไดเ้ พียงการป้องกนั มิใหเ้ กิดอนั ตราย อนั เน่ืองมาจากผลของฟ้าผ่า โดยการสร้างระบบป้องกนั แต่การจะออกแบบระบบป้องกนั ไดอ้ ย่างมีประสิทธิภาพน้นั จาเป็นตอ้ งมีความ เขา้ ใจเกี่ยวกับกระบวนการเกิดฟ้าผ่า ลกั ษณะและพฤติกรรมของฟ้าผ่าจึงจะช่วยให้กา รออกแบบระบบ ป้องกนั ฟ้าผา่ มีความเหมาะสม 7.1 กระบวนการเกดิ ฟ้าผ่า โดยทวั่ ไปฟ้าผ่าจะเริ่มตน้ ในกอ้ นเมฆท่ีมีประจุสะสม ระดบั ความสูง 1.5-10 กิโลเมตร เหนือจากพ้ืน โลกซ่ึงมีการกระจายของประจุ ท่ีฐานของกอ้ นเมฆจะเป็ นประจุลบ ส่วนบนของกอ้ นเมฆเป็ นประจุบวก จุดเร่ิมตน้ ของการเกิดฟ้าผา่ ส่วนใหญ่จะเกิดข้ึนที่กลุ่มประจุลบ คือที่ฐานของกอ้ นเมฆประมาณ 10 kV/cm. (ในบรรยากาศที่ระดบั พ้นื โลกความเครียดสนามไฟฟ้ามีคา่ 30 kV/cm.) กจ็ ะเกิดไอออไนเซชนั ตามหลกั การ

ดิสชาร์จในก๊าซ การเกิดไอออไนเซชนั ของอากาศจะเกิดลีดเดอร์ (Leader) หรือหวั นาร่อง ที่มีทิศทางลงสู่พ้ืน โลก เมื่อหวั นาร่องเขา้ มาใกลพ้ ้ืนโลกจะทาใหเ้ กิดประจุเหนี่ยวนาที่พ้ืนโลก ท่ียอดแหลมของอาคาร สิ่งปลูก สร้าง ตน้ ไม้ เป็นตน้ จะเกิดไอออไนเซชนั ที่มีความยาว 1-100 เมตรวิ่งเขา้ หาหวั นาร่อง จนมาพบกนั จะเกิดลา ฟ้าผ่าที่มีแสงจา้ จากพ้ืนโลกวิ่งข้นั ไปหากอ้ นเมฆ การเคลื่อนท่ีของของประจุในลาฟ้าผา่ ก็คือ กระแสฟ้าผ่า นนั่ เอง 7.2 ผลจากฟ้าผ่า ผลจากฟ้าผา่ ที่ก่อใหเ้ กิดความเสียหายหรือเกิดอนั ตรายอาจแยกออกไดเ้ ป็น 3 ประเภท 7.2.1 ผลทางความร้อน เมื่อเกิดฟ้าผา่ จะมีลาแสงจา้ ของฟ้าผ่า ที่บริเวณแกนของลาแสงจะมีอุณหภูมิสูงมากอาจสูงถึง 30,000 องศาเคลวิน อุณหภูมิที่สูงมากน้ีย่อมก่อให้เกิดเพลิงไหมแ้ ก่วสั ดุท่ีติดไฟได้ ถึงแมว้ ่าช่วงระยะเวลา การไหลของกระแสน้ันจะส้ันมากก็ตาม กรณีที่เกิดฟ้าผ่าลงบนโลหะมกั จะมีร่องรอยของการถูกฟ้าผ่าท้งั น้ี เพราะ กระแสฟ้าผา่ เมื่อแปลงเป็นพลงั งานความร้อน จะมีคา่ มากพอที่จะทาใหโ้ ลหะเกิดการหลอมละลายได้ ถา้ ทราบชนิดของโลหะ ก็สามารถคานวณหาปริมาตรของโลหะท่ีหลอมละลายได้ เช่น กระแสฟ้าผ่า 1 แอมแปร์-วินาที จะหลอมทองแดงได้ 5.4 ลูกบาศก์มิลลิเมตร, อะลูมิเนียมได้ 12 ลูกบาศก์มิลลิเมตร, และ เหลก็ ได้ 4.4 ลกู บาศกม์ ิลลิเมตร จากสูตร W = U ∫0∞idt แสดงว่า ถงั โลหะบางท้งั หลายมีโอกาสถูกฟ้าผ่าและหลอมละลายจนทะลุถา้ ความหนาไม่ เพียงพอ ถา้ เป็ นถังเช้ือเพลิงก็ย่อมทาให้เกิดการระเบิดข้ึนได้ ด้วยเหตุผลเดียวกัน การออกแบบระบบ สายลอ่ ฟ้า ซ่ึงตอ้ งใชเ้ สาลอ่ ฟ้าเป็นตวั ล่อ หรือรับใหฟ้ ้าผา่ ลงและมีสายตวั นาตอ่ ลงดินเป็นทางนากระแสฟ้าผา่ ลงดินโดยเร็วท่ีสุด โดยไม่ทาให้สายตวั นาเกิดการหลอมละลาย ดงั น้นั สายตวั นาลงดินจะตอ้ งมีพ้ืนที่หนา้ ตดั ที่โตพอ 7.2.2 ผลทางแรงกล ผลของฟ้าผ่า นอกจากจะเกิดความร้อนแลว้ ในขณะเดียวกนั ยงั เกิดแรงกลระเบิดสองแบบคือ แบบแรก เม่ือกระแสไหลผ่านตวั นาแลว้ ทาให้เกิดแรงบิดข้ึนท่ีตวั นาน้ัน เป็ นแรงดึงดูดหรือแรกผลกั ขนาด ของแรงท่ีเกิดข้ึนจะเป็นสดั ส่วนโดยตรงกบั กระแสกาลงั สองเป็นส่วนกลบั กบั ระยะห่างระหวา่ งตวั นาท้งั สอง ถา้ กระแสฟ้าผา่ ไหลในตวั นาที่เป็นบ่วงหรือวงแหวนจะมีผลทาใหบ้ ่วงหรือวงแหวนน้นั เกิดการขยายตวั ออก ส่วนแรงที่สองเป็ นแรงระเบิด เนื่องจากลาฟ้าผ่ามีอุณหภูมิสูงมากทาให้อากาศบริเวณรอบๆ ขยายตวั ออก อย่างรวดเร็วเป็นผลทาใหเ้ กิดคลื่นความดนั แผก่ ระจายออกไปเกิดเสียงดงั สนนั่ หวนั่ ไหวข้ึนที่เรียกว่าฟ้าร้อง น่นั เอง ในกรณีที่ฟ้าผ่าลงวสั ดุที่เป็ นฉนวนไฟฟ้ากระแสจะวิ่งไปในแนวท่ีมีความตา้ นทานน้อยที่สุด ถา้ มี ความช้ืนอยใู่ นวสั ดุน้นั น้าหรือความช้ืนน้นั จะเปลี่ยนเป็นไอน้า เกิดความดนั ข้ึนอาจทาใหเ้ กิดการระเบิดข้นึ ได้

7.2.3 ผลทางไฟฟ้า ผลทางไฟฟ้าเน่ืองจากฟ้าผา่ มีหลายลกั ษณะ คือ 7.2.3.1 การรบกวนทางแม่เหล็ก ก็คือเกิดคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าแผ่กระจายออกไปรบกวน ระบบสื่อสาร ก่อให้เกิดความเสียหายแก่อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ ท่ีมีความไวต่อสนามแม่เหล็กเกิดแรงดนั เหนี่ยวนาจากสนามแมเ่ หลก็ ไฟฟ้าข้ึนในตวั นา สายดินที่ขึงไวเ้ หนือสายส่งกาลงั ทาหนา้ ท่ีเป็นสายล่อฟ้าป้องกนั มิใหเ้ กิดฟ้าผ่าลงบน สายส่งกาลงั โดยตรง เม่ือเกิดฟ้าผา่ ลงบนสายดิน หากตวั นาลงดิน หรือสายไฟฟ้ามีค่าความเหนี่ยวนาค่าความ ตา้ นทานของรากสายดินมีค่าสูง ย่อมทาให้เกิดแรงดนั เกินสูงพออาจทาให้เกิดวาบไฟตามผิวบนพวงลูกถว้ ย ฉนวนท่ีใชย้ ดึ หรือรองรับสายส่ง อาจทาใหเ้ กิดการเจาะทะลบุ นลูกถว้ นฉนวน 7.2.3.2 อนั ตรายจากฟ้าผ่าที่เกิดแก่คนโดยตรง โดยธรรมชาติฟ้าจะผ่าลงส่ิงท่ีอยู่สูงเด่นกว่า สิ่งอื่น เช่น สิ่งก่อสร้างหรืออาคารสูง ตน้ ไม้ หรือแมแ่ ต่กระท่อมปลายนาท่ีไม่มีตน้ ไม้ หรือคนที่ยนื กลางแจง้ ในที่โล่ง อนั ตรายจากฟ้าผ่าที่เกิดข้ึนแก่คนท่ีอยู่นอกอาคารบา้ นเรือน มีโอกาสเป็ นไปไดห้ ากยืนอยู่ในที่ กลางแจง้ เช่น ตามท่งุ นา ในทะเล หรืออยใู่ นเสน้ ทางผา่ จองกระแสไฟฟ้าเช่น ใตต้ น้ ไมท้ ี่อยกู่ ลางนา ซ่ึงมกั จะ ถูกฟ้าผ่าได้ง่าย ท้ังน้ีเนื่องจากฟ้าผ่าลงตน้ ไม้ กระแสฟ้าผ่าไหลลงมาตามต้นไม้ลงสู่ดิน ทาให้ตน้ ไม้มี ศกั ยไ์ ฟฟ้าสูงมากจึงเกิดการสปาร์กผา่ นอากาศเขา้ หาคน 7.2.3.3 อนั ตรายจากฟ้าผา่ ท่ีเกิดแก่คนโดยตรง โดยธรรมชาติฟ้าจะผา่ ลงสิ่งที่อยสู่ ูงเด่นกวา่ ส่ิงอ่ืน เช่น ส่ิงก่อสร้างหรืออาคารสูง ตน้ ไม้ หรือแมแ้ ตก่ ระทอ่ มปลายนาท่ีไมม่ ีตน้ ไมห้ รือคนท่ียนื กลางแจง้ ในที่โล่ง อนั ตรายจากฟ้าผา่ ท่ีเกิดข้ึนแก่คนที่อยนู่ อกอาคารบา้ นเรือน มีโอกาสเป็นไปไดห้ ากยนื อยใู่ นท่ี กลางแจง้ เช่น ตามทุ่งนา ในทะเล หรืออยใู่ นเสน้ ทางผา่ นของกระแสไฟฟ้า เช่น ใตต้ น้ ไมท้ ี่อยกู่ ลางนา ซ่ึง มกั จะถูกฟ้าผา่ ไดง้ ่าย ท้งั น้ีเรื่องจากฟ้าผา่ ลงตน้ ไม้ กระแสฟ้าผา่ ไหลลงมาตามตน้ ไมล้ งสู่ดิน ทาใหต้ น้ ไมม้ ี ศกั ยไ์ ฟฟ้าสูงมากจึงเกิดการสปาร์กผา่ นอากาศเขา้ หาคน 7.2.3.4 แรงดันเกินในระบบแรงต่า แรงดันที่เกิดข้ึนในลักษณะดังกล่าว อาจมีค่าไม่สูง เหมือนในระบบส่งจ่ายกาลงั สูง แต่ก็มีคา่ พอท่ีจะทาใหเ้ กิดความเสียหายแก่อุปกรณ์ไฟฟ้าท่ีใชใ้ นบา้ น ภายใน อาคารสานกั งาน เพราะอุปกรณ์แรงต่าเหล่าน้ี การฉนวนมีค่าต่าไม่อาจจะทนแรงดนั เกินที่มีค่ามากๆ ไดแ้ ละ ถา้ เป็ นอุปกรณ์อิเลก็ ทรอนิกส์ เช่น คอมพิวเตอร์ เป็ นตน้ ย่ิงมีความไวต่อแรงดนั เกินเป็ นอย่างยิ่งย่อมทาให้ เกิดความเสียหายต่ออปุ กรณ์เหล่าน้นั ไดง้ ่าย

7.3 ระบบป้องกนั ฟ้าผ่า ระบบป้องกนั ฟ้าผ่าน้นั เป็นการลดความเสี่ยงต่อความเสียหายจากการเกิดฟ้าผ่าเท่าน้นั ไม่สามารถ ประกนั ไดว้ า่ จะป้องกนั สิ่งปลูกสร้าง บคุ คลหรือวตั ถตุ ่างๆ ไดอ้ ยา่ งสมบูรณ์ ดงั น้นั การออกแบบและติดต้งั ให้ ถูกตอ้ งและได้ตามมาตรฐานก็จะทาให้การป้องกันมีความสมบูรณ์มากย่ิงข้ึน ส่วนประกอบของระบบ ป้องกนั ฟ้าผา่ น้นั จะมีอยู่ 3 ส่วน คอื 1. ตวั นาล่อฟ้า (Air Terminal) 2. ตวั นาลงดิน (Down Conductor) 3. รากสายดิน (Earth Electrode) รูป ส่วนประกอบระบบป้องกนั ฟ้าผา่ ท่ีมา https://dp32.ru/th/bezopasnost-na-obektah/kak-svoimi-rukami-sdelat-nadezhnyi-molnieotvod-dlya- chastnogo-doma/ 7.3.1 ระบบตวั นาล่อฟ้า ตวั นาลอ่ ฟ้าอาจเป็นแท่งตวั นาหรือสายตวั นายดึ ไวบ้ นยอดสูงสุดของสิ่งปลกู สร้าง หรืออาคาร หรือส่ิงที่ตอ้ งการป้องกนั ตวั นาล่อฟ้ามกั จะนิยมทาปลายยอดใหแ้ หลม เพือ่ ใหเ้ กิดความเครียดสนามไฟฟ้า ณ จุดน้นั มีค่าสูงกวา่ ที่อื่นในบริเวณใกลเ้ คียงสร้างสตรีมเมอร์ไดง้ ่าย ทาหนา้ ท่ีล่อใหฟ้ ้าผา่ ลงที่ตวั นาล่อฟ้าน้นั ถา้ หากจะเกิดฟ้าผา่ ข้ึนในยา่ นน้นั ตาแหน่งที่ติดต้งั ตวั นาลอ่ ฟ้าจะข้ึนอยกู่ บั สิ่งปลูกสร้าง 1) ตวั นาลอ่ ฟ้า 2) สายตงั นาลงดิน 3) รากสายดิน 4) ถงั โลหะ 5) ท่อโลหะ 6) ตอ่ ท่อโลหะในอาคารเขา้ กบั ระบบป้องกนั

สาหรับส่ิงปลกู สร้างท่ีมีขนาดพ้ืนที่ไมใ่ หญม่ ากนกั เช่น เสาอากาศ อาคารหลงั คาทรงสูง เจดีย์ อาจใชต้ วั นาล่อฟ้าเพยี งแท่งเดียวก็สามารถป้องกนั ได้ แต่หากเป็นสิ่งปลูกสร้างท่ีมีขนาดใหญ่กวา่ อาจตอ้ งใช้ ตวั นาล่อฟ้าหลายแท่งติดต้งั กระจายกนั เพื่อใหส้ ามารถครอบคลมุ พ้ืนที่ท่ีตอ้ งการป้องกนั โดยทว่ั ไปแตล่ ะประเทศ จะมีมาตรฐานกาหนดวิธีป้องกนั ฟ้าผา่ ของตวั เอง สาหรับประเทศไทยน้นั ใชม้ าตรฐานต่างประเทศในการอา้ งอิง เช่น IEC NFPA เป็นตน้ รูป ระบบตวั นาลอ่ ฟ้าแบบตา่ งๆ ท่ีมา www.aconplus.co.th/product-review/125-how-to-lightning-protection ซ่ึงตามมาตรฐาน IEC จะมีวิธีติดต้งั ตวั นาลอ่ ฟ้า โดยการออกแบบระบบตวั นาล่อฟ้าน้นั มีอยู่ 3 วิธีคือ 1) วิธีมุมป้องกัน 2) วิธีทรงกลมกลิ้ง 3) วิธีตาข่าย ซ่ึงอาจใช้ร่วมกนั หรือใช้อย่างใดอย่างหน่ึงก็ได้ ขอ้ กาหนดหรือเง่ือนไขการจดั วางตวั นาล่อฟ้าแตล่ ะวิธีน้นั ข้ึนอยกู่ บั ระดบั ป้องกนั รัศมีของทรงกลมกลิง้ และ ขนาดตาข่าย โดยท้งั 3 วิธีมีลกั ษณะการจดั วางตาแหน่งตวั นาลอ่ ฟ้าดงั แสดงในตารางที่ 7.1 รูป การจดั วางตาแหน่งตวั นาล่อฟ้าตามระดบั การป้องกนั ที่มา www.aconplus.co.th/product-review/125-how-to-lightning-protection

7.3.1.1 ระบบตวั นาล่อฟ้าวิธีมุมป้องกนั วธิ ีมมุ ป้องกนั น้นั แท่งตวั นา เสาและสายลอ่ ฟ้า ตอ้ งติดต้งั โดยจดั ตาแหน่งใหต้ วั นาล่อ ฟ้าครอบคลุมทุกส่วนของสิ่งปลูกสร้างท่ีอยู่ภายในบริเวณป้องกนั ซ่ึงสร้างโดยมุมป้องกนั α ที่ฉายไปทุก ทิศทางในแนวด่ิง ซ่ึงพ้นื ที่หรือบริเวณที่ไดร้ ับการป้องกนั น้นั จะอยภู่ ายในกรวยโดยมีมุมเท่ากบั มุมป้องกนั ความสูงของตวั นาล่อฟ้าที่ใช้ในการหาค่ามุมป้องกนั ตามตาราง 7.1 น้ันข้ึนอยู่กบั ตาแหน่งติดต้งั ของตวั นาล่อฟ้าดว้ ยว่าติดต้งั บริเวณใด ดงั แสดงตามตวั อยา่ งในรูปท่ี 7.3 ซ่ึงตวั นาลอ่ ฟ้าตวั ท่ี 2 น้นั จะมีความสูงท่ีใชใ้ นการหาคา่ มมุ ป้องกนั เทา่ กบั h2 ดงั น้นั มุมป้องกนั ที่ไดจ้ ะมีคา่ ไมเ่ ทา่ กนั โดยที่ประสิทธิภาพของตวั นาล่อฟ้าข้ึนอย่กู บั อตั ราการเกิดและความยาวของสตรีม เมอร์จากปลายตวั นาล่อฟ้า หากสตรีมเมอร์เกิดข้ึนไดเ้ ร็ว และขยายตวั ออกไปดว้ ยความเร็ว สตรีมเมอร์ก็มี โอกาสจะข้ึนไปพบกบั หัวนาร่องไดเ้ ร็วข้ึน การล่อฟ้าก็จะมีประสิทธิผลมากข้ึน การขยายตวั และความยาว ของสตรีมเมอร์ข้ึนอยกู่ บั ความตา้ นทานดินของตวั นาลอ่ ฟ้า ถา้ หากตวั นาลอ่ ฟ้ามีความตา้ นทานดินยงิ่ ต่า การ สร้างสตรีมเมอร์ก็ยง่ิ ขยายตวั ไดเ้ ร็วข้ึน จากการศึกษาและวจิ ยั ผลของความตา้ นทานดินมีผลต่อการล่อฟ้าของ ตวั นาลอ่ ฟ้า 7.3.1.2 ระบบตัวนาล่อฟ้าวิธีตาข่าย กรณีที่ส่ิงปลูกสร้างมีพ้ืนที่ดา้ นบนหรือดาดฟ้าท่ีเป็ นลกั ษณะระนาบหรือเรียบ และ ตอ้ งการป้องกนั อาคารเท่าน้นั ไม่ไดม้ ีจุดประสงคเ์ พื่อป้องกนั คน อาจใชว้ ิธีทาเป็นตาข่ายก็ได้ ท้งั น้ีตวั นาล่อ ฟ้า ตวั นาบนหลงั คาตอ้ งติดต้งั ในลกั ษณะท่ีลอ้ มรอบขอบของหลงั คา และระบบตวั นาล่อฟ้าจะสมบูรณ์ได้ หากมีการเพ่ิมตวั นาล่อฟ้าขวางแนวหลงั คาเพ่ือให้จดั เรียงเป็ นตาข่าย มีลกั ษณะดังแสดงในรูปท่ี 7.5 โดย ขนาดตาขา่ ยจะเป็นไปตามตารางท่ี 7.1 7.3.1.3 ระบบตวั นาล่อฟ้าวิธีทรงกลมกลงิ้ กรณีที่อาคารหรือบริเวณป้องกันน้ันมีความซับซ้อน หรือไม่เหมาะที่จะใช้วิธีมุม ป้องกนั สามารถใชว้ ิธีทรงกลมกลิ้ง ซ่ึงรัศมีของทรงกลมกลิ้งจะเป็นไปตามตารางที่ 7.1 ทรงกลมรัศมี R จะ กลิ้งบนและรอบส่ิงปลูกสร้างจนสัมผสั ถึงพ้ืนดินหรือสัมผสั ส่ิงปลูกสร้างหรือโครงสร้างถาวรท่ีอยู่เหนือ พ้ืนดิน เมื่อทรงกลมสัมผสั กบั สิ่งปลูกสร้างที่จุดใดหมายความวา่ จุดน้นั ตอ้ งมีตวั นาล่อฟ้าเพิ่มเติม ท้งั น้ีตวั นา ลอ่ ฟ้าของระบบป้องกนั ฟ้าผา่ จะติดต้งั ในตาแหน่งและส่วนสมั ผสั กบั ทรงกลมกลิ้ง ดงั แสดงในรูปท่ี 7.6 โดย ท่ี A คือบริเวณที่ไดร้ ับการป้องกนั ซ่ึงอยู่ต่ากว่าจุด B หากตอ้ งการเพิ่มตวั นาล่อฟ้าแนวราบ ตอ้ งติดต้งั ไวท้ ี่ ระดบั B เพอื่ ใหบ้ ริเวณดงั กลา่ วไดร้ ับการป้องกนั

7.3.2 ตวั นาลงดนิ ตวั นาลงดินจะต่อทางไฟฟ้าอยา่ งดีกบั ตวั นาล่อฟ้า เมื่อฟ้าผ่าลงบนตวั นาล่อฟ้าแลว้ กระแสจะ ไหลลงสู่พ้ืนดินผา่ นตวั นาลงดินกระจายออกไปในดินอยา่ งรวดเร็วผ่านทางรากสายดิน ตวั นาลงสู่ดิน ซ่ึงต่อ อยรู่ ะหวา่ งตวั นาล่อฟ้ากบั รากสายดินจะตอ้ งมีค่าอิมพีแดนซ์ต่า มีค่าความเหนี่ยวนาน้อย ฉะน้นั ในบางกรณี อาจจาเป็นตอ้ งใชห้ ลายๆ เส้นขนานกนั โดยควรมีจานวนตวั นาอยา่ งนอ้ ย 2 เส้น และวางตรงขา้ มกนั ของส่ิง ปลูกสร้างที่ตอ้ งการป้องกนั เพอ่ื ใหส้ ามารถตรวจวดั คา่ ความตา้ นทานของตวั นาลงดินไดภ้ ายหลงั ติดต้งั เสร็จ เรียบร้อยแลว้ อีกท้งั ในกรณีท่ีตวั นาเส้นหน่ึงชารุดก็ยงั มีสารองอีกเส้นหน่ึง ท้งั น้ีข้ึนอยู่กบั ความกวา้ งของ อาคารแต่หากสิ่งปลูกสร้างมีขนาดพ้ืนท่ีใหญ่มากตวั นาลงดินตอ้ งมีมากกว่า 2 เส้น และตอ้ งต่อเชื่อมโยงถึง กนั ในช่วงกลางของความสูงด้วย โดยแต่ละเส้นวางห่างกันประมาณ 10-20 เมตร เพ่ือให้มีทางไหลของ กระแสมากท่ีสุด และตวั นาลงดินแต่ละเส้นตอ้ งมีระยะห่างเท่ากันตามเส้นรอบสิ่งปลูกสร้างเพื่อเป็ นการ กระจายกระแสฟ้าผา่ อยา่ งสม่าเสมอ ตวั นาลงดินควรอยใู่ กลม้ ุมสิ่งปลูกสร้างมากที่สุดเท่าที่จะทาได้ ในกรณีท่ีส่ิงปลูกสร้างที่ตอ้ งการป้องกนั น้ันสูงมาก ตวั นาลงดินน้นั ควรมีการต่อร่วมโดยใช้ ตวั นาแนวราบเป็นวงแหวนท่ีระดบั ดินและทุกๆ ความสูง 20 เมตร เพ่ือป้องกนั การเกิดประกายไฟดา้ นขา้ ง ลกั ษณะดงั แสดงในรูปที่ 7.8 หลกั การในการออกแบบระบบตวั นาลงดินน้นั จะตอ้ งลดโอกาสเกิดประกาย อนั ตรายขณะท่ีกระแสฟ้าผา่ ไหลลงสู่ดิน การจดั ตวั นาลงดินจากจุดฟ้าผา่ ลงจนถึงดินควรเป็นดังน้ี 1. มีทางไหลของกระแสฟ้าผา่ ขนานกนั หลายชุด 2. ความยาวของเส้นทางไหลของกระแสฟ้าผา่ ใหส้ ิ้นที่สุด 3. ควรทาการประสานใหศ้ กั ยไ์ ฟฟ้าเท่ากนั ในทกุ ๆ จุดท่ีจาเป็น 7.4 การจัดวางตวั นาล่อฟ้า การจดั วางตวั นาลอ่ ฟ้าและตวั นาลงดิน นอกจากจะพิจารณาถึงความปลอดภยั แลว้ ยงั ตอ้ งคานึงถึงแง่ วิศวกรรม และสถาปัตยกรรมดว้ ย คือตอ้ งคานึงถึงความปลอดภยั มนั่ คงแข็งแรง ประหยดั และเหมาะสม สวยงาม การติดต้งั ตวั นาล่อฟ้าในลกั ษณะอย่างไร ข้ึนอยู่กบั ลกั ษณะของหลงั คา หรือสิ่งปลูกสร้างขนาด กวา้ งยาวของอาคาร มีคนหรือสิ่งอื่นใดอยเู่ หนือดาดฟ้าหรือไม่ ตอ้ งจดั วางตวั นาเสาล่อฟ้า ซ่ึงอาจจะเป็ นแท่ง หรือสายตวั นาล่อฟ้าใหเ้ พียงพอ หากมีฟ้าผ่าเกิดข้ึนจะตอ้ งผา่ โดยตรงบนตวั นาลอ่ ฟ้าน้ี ถา้ บนดาดฟ้าไม่มีคน หรือสิ่งอื่นท่ีตอ้ งการจะป้องกนั ก็ออกแบบป้องกนั เฉพาะอาคารเท่าน้นั อาจใชส้ ายตวั นาล่อฟ้าวางขึงเหนือ พ้ืน หรือสันหลงั คาประมาณ 20 เซนติเมตร โดยทาการยดึ กบั หลงั คาทุกๆ ระยะ 2 เมตร ถา้ วางกบั พ้ืนกรวด บนดาดฟ้าควรยึดสายล่อฟ้าทุกระยะ 3-4 เมตร ถา้ วางไวใ้ ตก้ รวดทรายตอ้ งทาแท่งล่อฟ้าโผล่ข้ึนมาเหนือ ระดบั กรวดราว 20 เซนติเมตร ทุกๆ ระยะ 3-4 เมตร ตามแนวท่ีวางตวั นาล่อฟ้า เพื่อใหก้ ารป้องกนั ดว้ ยตวั นา ล่อฟ้ามีประสิทธิผล ระยะห่างระหว่างสายล่อฟ้าที่วางขนานกันในแนวระดับไม่ควรห่างมากเกินไป ดัง ตวั อยา่ งในทางปฏิบตั ิท่ีใชก้ นั ในประเทศต่างๆ ดงั ตารางท่ี 7.3

7.4.1 ระบบรากสายดนิ รากสายดินเป็ นตวั นาฝังอยู่ในดิน เช่น แท่งทองแดงหรือแท่งเหล็กชุบสังกะสีหรือเหล็กหุ้ม ดว้ ยทองแดงเพ่ือช่วยให้ความตา้ นทานของระบบสายดินหรือของระบบป้องกนั ฟ้าผ่ามีค่าต่า เพ่ือสามารถ กระจายกระแสฟ้าผา่ ลงดินไดอ้ ยา่ งรวดเร็ว โดยไม่เกิดแรงดนั ไฟฟ้าเกินและเป็นอนั ตราย โดยรากสายดินน้นั ควรมีคา่ ความตา้ นทานดินต่า ในบางกรณีจาเป็นตอ้ งใชร้ ากสายดินจานวนหลายอนั และฝังใหล้ ึกลงไปในดิน มากข้ึน ระบบรากสายดินที่ดีควรมีค่าความตา้ นทานดินต่า ≤ 2 โอห์ม ท้งั น้ีข้ึนอยู่กบั ความตา้ นทานจาเพาะ ของดิน ขนาดของส่ิงปลูกสร้างที่ตอ้ งการติดต้งั ระบบป้องกนั ฟ้าผ่า โดยคานึงถึงหลกั สองประการคือ ความ ตา้ นทานของระบบสายดินจะตอ้ งไมท่ าใหเ้ กิดสปาร์กดา้ นขา้ งภายในอาคาร อนั เนื่องมาจากแรงดนั ตกคร่อม ความตา้ นทานดงั กล่าวและจะตอ้ งไม่ทาให้เกิดความต่างศกั ยร์ ะหว่างช่วงกา้ ว บนพ้ืนดินรอบๆ อาคาร ซ่ึง เรียกวา่ แรงดนั ช่วงกา้ ว และแรงดนั สัมผสั เกินกวา่ ท่ีกาหนดเพราะจะทาให้เกิดอนั ตรายแก่สิ่งมีชีวิตที่อยู่ใน บริเวณน้นั ประเภทของรากสายดินน้ันมีหลายแบบ อาจเป็ นแบบแนวด่ิง แบบวงแหวนหรือแบบอ่ืนๆ กรณีท่ีเป็นแบบแนวด่ิงคือการฝังตวั นาลงดินหรือหลกั ดินลงไปในดินตามแนวด่ิงน้ันตวั นาลงดินแต่ละเส้น ตอ้ งต่อเขา้ กับรากสายดินท่ีแยกอิสระอย่างน้อย 1 ชุด และจานวนรากสายดินของแต่ละสิ่งปลูกสร้างท่ี ตอ้ งการป้องกันควรมีอย่างน้อย 2 ชุด โดยรากสายดินแนวดิ่งตอ้ งมีความยาวไม่น้อยกว่า 2.4 เมตร ความ ตา้ นทานดินต่ากว่า 10 โอห์ม ลกั ษณะของรากสายดิน แนวดิ่งน้นั สามารถใชแ้ บบเดียวกบั แท่งหลกั ดินของ ระบบไฟฟ้าได้ ระบบป้องกนั ฟ้าผ่าควรใช้ระบบโครงสร้างรากสายดินแบบร่วมชุดเดียวกบั ระบบอ่ืน เช่น ระบบไฟฟ้าแรงต่า ระบบสื่อสาร - รากสายดินแบบแผน่ หรือแบบตะแกรงสามารถใชเ้ ป็นรากสายดินได้ แต่ตอ้ งหลีกเล่ียงการ ใชห้ ากเกิดการผกุ ร่อนโดยเฉพาะที่จุดตอ่ - ตวั นาหลายตวั ท่ีกระจายกนั อย่างเหมาะสมดีกว่าตวั นารากสายดินยาวชุดเดียวเพราะจะ สามารถกระจายกระแสฟ้าผา่ ไดด้ ีกวา่ - รากสายดินแบบฝังลึกใชไ้ ดผ้ ลต่อเมื่อความตา้ นทานจาเพาะของดินลดลง เมื่อความลึก มากข้นึ และดินช้นั ล่างท่ีมีความตา้ นทานจาเพาะอยใู่ นระดบั ที่ลึกกวา่ รากสายดินท่ีใชก้ นั ทว่ั ไป - รากสายดินแบบวงแหวนคือการเดินรากสายดินลอ้ มรอบบริเวณท่ีตอ้ งการป้องกนั โดยมี ความลึกอย่างนอ้ ย 0.5 เมตร และห่างจากกาแพงหรือบริเวณท่ีตอ้ งการป้องกนั มากกว่า 1.0 เมตร ลกั ษณะดงั แสดงในรูปท่ี 7.9

7.5 ชนดิ และขาของตัวนา ดงั ท่ีไดก้ ล่าวแลว้ ว่าตวั นาที่ใชใ้ นระบบป้องกนั ฟ้าผ่าน้นั ตอ้ งเป็ นตวั นาไฟฟ้าที่ดี และตอ้ งทนการผุ กร่อนไดด้ ว้ ย เนื่องจากติดต้งั อยู่ภายนอก โดยชนิดของตวั นาที่ใช้กนั อยู่ทว่ั ไปน้ันมี 3 ชนิด คือ ทองแดง อะลูมิเนียม และเหลก็ ชุบสังกะสี โดยท่ีทองแดงน้ันมีความตา้ นทานจาเพาะต่าเป็ นตวั นาไฟฟ้าท่ีดี แต่ราคา แพง อะลูมิเนียมน้ันมีความตา้ นทานสูงกว่าแต่ใช้ได้เฉพาะส่วนท่ีอยู่ในอากาศหรือเหนือดินเท่าน้ัน ส่วน เหลก็ ชุบสงั กะสีจะทนต่อการกดั กร่อนไดด้ ี แตม่ ีความตา้ นทานจาเพาะสูงกวา่ ชนิดอื่น โดยขนาดท่ีใชใ้ นส่วน ต่างๆ แสดงในตารางท่ี 7.2 7.6 การต่อตวั นาและการจบั ยดึ ส่วนที่มีการต่อกนั ของตวั นาในระบบป้องกนั ฟ้าผ่าจะตอ้ งมีความต่อเน่ืองทางไฟฟ้าที่ดีโดยจุดต่อ ตลอดแนวของตวั นาตอ้ งมีนอ้ ยที่สุด และมีความแน่นหนาโดยการบดั กรีดว้ ยทองเหลือง การเช่ือม การบีบ การยึดดว้ ยสกรูหรือสลกั เป็นตน้ การจบั ยดึ ตวั นาน้นั ตอ้ งมีความแข็งแรงทางกลพอเพียงท่ีจะไมท่ าใหต้ วั นา เกิดการขาดหรือคลายตวั เพราะขณะท่ีเกิดฟ้าผ่าในระบบป้องกนั น้ันจะมีแรงทางกลสูงมากเน่ืองจากไฟฟ้า พลวตั (Electrodynamics) ท่ีมาก เช่น เกิดการส่ัน