การออกแบบระบบไฟฟ้า เรื่องการป้องกันฟ้าผ่า

หนังนัสือสือิเล็กทรอนิกนิส์ (E-BOOK) การออกแบบระบบไฟฟ้า เรื่องการป้องกันฟ้าผ่า การออกแบบระบบไฟฟ้า เรื่องการป้องกันฟ้าผ่า 14-121-309

คำนำ หนังสืออิเล็กทรอนิกส์เล่มนี้จัดทำ ขึ้นเพื่อเป็นส่วนหนึ่งของ วิชาการออกแบบระบบไฟฟ้าระดับชั้นปริญญาตรีเพื่อให้ได้ ศึกษาหาความรู้ในเรื่องเรื่องการป้องกันฟ้าผ่าและได้ศึกษา อย่างเข้า ใจเพื่อเป็นประโยชน์กับการเรียนผู้จัดทำ หวังว่า รายงานเล่มนี้จะเป็นประโยชน์กับผู้อ่าน หรือนักเรียน นักศึกษา ที่กำ ลังหาข้อมูลเรื่องนี้อยู่หากมีข้อแนะนำ หรือข้อผิดพลาด ประการใดผู้จัดทำ ขอน้อมรับไว้และขออภัยมาณ ที่นี้ด้วย ผู้จัดทำ

สารบัญ ชื่อเรื่อง หน้า การเกิดฟ้าผ่า 1 อันตรายจากฟ้าผ่า 2 ระบบป้องกันฟ้าผ่าภายนอก 3 ระบบตัวนำ ล่อฟ้า 4 วิธีมุมป้องกัน 5 รายละเอียดการออกแบบ 9 วิธีตาข่าย 15 ระบบตัวนำ ลงดิน 21 การคำ นวณหาจำ นวนของสายตัวนำ ลงดิน 23 ระบบรากสายดิน 25 การหาค่า เฉลี่ย 26 การจัดวางระบบรากสายดินในสภาพทั่วไป 28 การอยู่ใกล้เคียงของสิ่งติดตั้งกับระบบฟ้าผ่า 35 การคำ นวณหาค่าระยะปลอดภัย S 42 การบำ รุงรักษาและตรวจสอบระบบป้องกันฟ้าผ่า 45

1.การเกิดฟ้าผ่า ปรากฏการณ์ฟ้าผ่า เกิดจากการปลดปล่อยประจุไฟฟ้าออกจากเมฆฝนฟ้า คะนอง หรือ เมฆคิวมูโลนิมบัส (CUMULONIMBUS) มีลักษณะเป็นก้อนขนาด ใหญ่ บริเวณฐานเมฆจะสูงจากพื้นประมาณ 2 กิโลเมตร และส่วนยอดเมฆอาจสูง ถึง 20 กิโลเมตร โดยภายในก้อนเมฆจะมีการไหลเวียนของกระแสอากาศอย่าง รวดเร็วและรุนแรง ท้า ให้หยดน้้าและก้อนน้้าแข็งในเมฆเสียดสีกันจนเกิดประจุไฟฟ้า โดยพบว่าประจุบวกมักจะอยู่บริเวณยอดเมฆ ส่วนประจุลบอยู่บริเวณฐานเมฆ ซึ่ง ประจุลบที่ฐานเมฆอาจจะเหนี่ยวน้า ให้พื้นผิวของโลกที่อยู่ใต้เงาของมันมีประจุเป็น บวกด้วยโดยเกิดขึ้นได้ 4 ลักษณะ คือ (1) การเกิดดิสชาร์จในก้อนเมฆ (INTRA CLOUD) (2) การเกิดดิสชาร์จระหว่างก้อนเมฆกับพื้นดิน (CLOUD TO GROUND) (3) การเกิดดิสชาร์จระหว่างก้อนเมฆที่แรงดันไฟฟ้าต่างกัน (CLOUD TO CLOUD) (4) การเกิดดิสชาร์จระหว่างก้อนเมฆกับอากาศ (CLOUD TO AIR เรื่องการป้องกันฟ้าผ่า ระบบป้องกันฟ้าผ่า (LIGHTNING PROTECTION SYSTEM) เป็น ระบบทางวิศวกรรมที่มีความสำ คัญ ช่วยลดความเสียหาย จากปรากฏการณ์ฟ้าผ่าที่ อาจเกิดกับโครงสร้างของอาคาร ชีวิตและทรัพย์สินที่อยู่ภายในอาคารนั้น หากไม่ ได้มีการติดตั้งระบบป้องกันฟ้าผ่าที่ครอบคลุมหรือมีการติดตั้งที่ไม่ได้เป็นไปตาม มาตรฐานหรือขาดการตรวจสอบบำ รุงรักษาอย่างสม่ำ เสมอ ก็อาจทำ ให้อาคารนั้นๆ มีความเสี่ยงหรือได้รับความเสียหายจากปรากฏการณ์ฟ้าผ่า อาจทำ ให้เกิดความสูญ เสียทั้งต่อชีวิตและทรัพย์สินได้ 1

สำ หรับฟ้าผ่าแบบลบและแบบบวกนั้นจะทำ าอันตรายต่อคน สัตว์ และสิ่งต่าง ๆ ที่อยู่บนพื้นดินหรือผืนน้ำ โดยฟ้าผ่าแบบลบจะผ่าลงบริเวณใต้เงาของเมฆฝนฟ้า คะนองเป็นหลัก เพรา ะพื้นที่ดังกล่าวถูกเหนี่ยวนำ ให้มีสภาพเป็นประจุบวก ส่วน ฟ้าผ่าแบบบวกสามารถผ่า ได้ไกลออกไปจากก้อนเมฆถึง 40 กิโลเมตร ภายในเวลา 1วินาที โดยมักจะเกิดในช่วงท้ายของพายุฝนฟ้าคะนองคือหลังจากที่ฝนซาแล้ว ในกรณีที่ไม่มีอุปกรณ์หรือเครื่องมือช่วยตรวจวัดความเสี่ยงของการเกิด ฟ้าผ่า หากมีเมฆฝนฟ้าคะนองอยู่เหนือศีรษะ แล้วเส้นขนบนผิวหนังลุกขึ้นหรือ เส้นผมบนศีรษะลุกตั้งขึ้น แสดงว่ากำ ลังเสี่ยงต่อการถูกฟ้าผ่า หรือหากเกิดพายุฝน ฟ้าคะนองใกล้ตัวในระยะประมาณ 16 กิโลเมตร แล้วมีฟ้าแลบหรือฟ้าผ่า และได้ยิน เสียงฟ้าร้องหลังฟ้าแลบน้อยกว่า 30 วินาที แสดงว่าอยู่ใกล้เขตเสี่ยงฟ้าผ่า ซึ่งทุก คนจะต้องป้องกันอันตรายจากฟ้าผ่า 2.อันตรายจากฟ้าผ่า อันตรายที่เกิดจากฟ้าผ่า เราสามารถจําแนกได้เป็น 4 แบบ ดังนี้ (1) ฟ้าผ่า โดยตรง (DIRECT STRIKES) เมื่อคนถูกผ่า โดยตรง ร่างกายของ คนจะเป็นเส้นทางที่ กระแสไฟฟ้า ไหลผ่านลงสู่พื้นดินและทำ ให้เกิดแรงดันไฟฟ้าตก คร่อมร่างกายเป็นเหตุให้เกิดการเผา ไหม้ ของร่างกายได้ (2) ฟ้าผ่าด้านข้าง (SIDE FLASH) โดยธรรมชาติแล้วฟ้าผ่าจะลงสิ่งที่สูงเด่น กว่าสิ่งอื่นทั้งนี้ เนื่องจากฟ้าผ่าลงต้นไม้กระแสไฟฟ้า ไหลลงมาตามต้นไม้ลงสู่ดินนั้น ทำ ให้ต้นไม้มีศักย์ไฟฟ้าสูงเพียง พอที่จะทำ ให้เกิดการเบรกดาวน์ผ่านช่องว่างอากาศ ระหว่างต้นไม้กับคน ส่วนใหญ่จะเป็นที่บริเวณศีรษะ ซึ่งเป็นลักษณะของฟ้าผ่าด้าน ข้างไปสู่คน (3) แรงดันไฟฟ้าช่วงก้าว (STEP VOLTAGE) เมื่อกระแสไฟฟ้า ไหลลงสู่พื้นดิน แพร่กระจายออกไป ในดินซึ่งมีความต้านทานจะทำ ให้เกิดความต่างศักย์ระหว่างจุด บนพื้นดิน โดยที่จุดสองจุดนั้นมีระยะห่าง เท่ากับช่วงก้าวของคนหรือสัตว์จะเกิด ความต่างศักย์ระหว่างเท้าซ้ายกับเท้าขวา ในขณะก้าว เป็นสา เหตุ ที่ทำ ให้สัตว์มีความ รู้สึกไวต่อแรงดันไฟฟ้าช่วงก้าวมากกว่ามนุษย์เนื่องจากสัตว์มีช่วงขากว้าง ประกอบ กับมีขนาดร่างกายใหญ่โตกว่ามนุษย์จึงทำ ให้มีความต้านทานของร่างกายต่ำ (4) แรงดันไฟฟ้าสัมผัส (TOUCH VOLTAGE) หมายถึง ความต่างศักย์ระหว่าง โลหะตัวนํา หรือ โครงสร้างที่นำ กระแสไหลผ่านลงไปสู่ดินที่คนหรือสัตว์จะมีโอกาส สัมผัสถึงกับดินที่ยืนอยู่ 2

3.ระบบป้องกันฟ้าผ่าภายนอก การใช้งานระบบป้องกันฟ้าผ่าภายนอก ระบบป้องกันฟ้าผ่าภายนอกดักรับวาบฟ้าผ่า โดยตรงลงสิ่งปลูกสร้าง รวม ทั้งวาบฟ้าผ่า เข้าสู่ ด้านข้างสิ่งปลูกสร้าง และนำ กระแสฟ้าผ่าจากจุดฟ้าผ่าลงสู่ดิน ระบบป้องกันฟ้าผ่าภายนอกยังมีหน้าที่ กระจายกระแสไฟฟ้านี้ลงสู่ดินโดยไม่เกิด ความเสียหายทางกลและทางความร้อน รวมทั้งไม่ทำ ให้เกิด ประกายอันตรายที่ อาจจุดชนวนให้เกิดไฟไหม้หรือระเบิด การเลือกระบบป้องกันฟ้าผ่าภายนอก โดยส่วนใหญ่ระบบป้องกันฟ้าผ่าภายนอกอาจจะยึดติดกับสิ่งปลูกสร้างที่จะ ป้องกันระบบป้องกันภายนอกแบบแยกอิสระควรพิจารณา เลือกใช้เมื่อผลของ ความร้อนหรือระเบิด ณ จุดฟ้าผ่า หรือ บนตัวนําที่มีกระแสฟ้าผ่าอาจก่อความเสีย หายต่อสิ่งปลูกสร้างหรือสิ่งที่อยู่ภายใน ตัวอย่างเช่น สิ่งปลูก สร้างซึ่งมีสิ่ง ปกคลุมที่ติดไฟได้สิ่งปลูกสร้างที่มีผนังที่ติดไฟได้และบริเวณที่มีความเสี่ยงต่อการ เกิดเพลิง ไหม้หรือการระเบิด การใช้องค์ประกอบโดยธรรมชาติ องค์ประกอบโดยธรรมชาติที่ทำ จากวัสดุตัวนําซึ่งคงอยู่ภายในหรือบนสิ่งปลูก สร้างตลอดเวลา และจะไม่มีการดัดแปลง (เช่น เหล็กเสริมแรงที่ต่อถึงกัน โครง โลหะของสิ่งปลูกสร้าง ฯลฯ) อาจใช้เป็น ส่วนของระบบป้องกันฟ้าผ่า ได้ 3

ให้ใช้วิธีทรงกลมกลิ้งและตาข่ายเมื่อ H > R R รัศมีของทรงกลมกลิ้ง H ความยาวของแท่งตัวนำ ล่อฟ้าแนวดิ่ง หรือ ความสูงของตัวนำ ล่อฟ้าแนวราบ Α มุมป้องกัน(องศา )ตามระดับการป้องกันในแนวตารางที่ 1 ของมาตรฐาน การจัดวางตำ แหน่งระบบตัวนําล่อฟ้า ส่วนประกอบของตัวนําล่อฟ้าที่ติดตั้งบนสิ่งปลูกสร้างต้องวางในตำ แหน่ง หัวมุม จุดที่เปิดโล่ง และริมขอบ (โดยเฉพา ะระดับบนของส่วนปิดหน้าอาคาร) วิธีที่ ยอมรับในการหาตำ แหน่งระบบตัวนําล่อฟ้า ได้แก่วิธีหนึ่งหรือหลายวิธีดังต่อไปนี้ - วิธีมุมป้องกัน - วิธีทรงกลมกลิ้ง - วิธีตาข่าย รูปที่ 1 บริเวณป้องกัน 4.ระบบตัวนำ ล่อฟ้า วัตถุประสงค์ในการออกแบบตัวนำ ล่อฟ้าที่ถูกต้อง คือ เพื่อลดโอกาสของ ลำ ฟ้าผ่าที่ทะลุบริเวณป้องกัน ระบบตัวนำ ล่อฟ้าอาจประกอบไปด้วยการร่วมกัน ของสิ่งต่างๆ ดังต่อไปนี้ 1) แท่งงตัวนำ 2) สายตัวขึง 3) ตัวนำ แบบตาข่าย 4

A คือ จุดยอดของทางตัวนำ ล่อฟ้า B คือ ระนาบอ้างอิง OC คือ รัศมีของบริเวณป้องกัน คือ ความสูงของแท่งตัวนำ ล่อฟ้า เหนือระนาบอ้างอิงของบริเวณที่จะป้องกัน ก) วิธีมุมป้องกัน แท่งตัวนำ เสา และสายล่อฟ้า ต้องติดตั้งโดยจัดตำ แหน่งให้ตัวล่อฟ้า ครอบคลุมทุกส่วนของสิ่งปลูกสร้างที่อยู่ภายในบริเวณป้องกันซึ่งโดยมุมป้องกัน Α ที่ฉายไปทิศทางในแนวดิ่งโดยมุมป้องกันกำ หนดไว้ในตารางที่ 1 รูปที่ 2 ปริมาตรที่ป้องกันโดยตัวนำ ล่อฟ้าแนวดิ่ง รูปที่ 3 ปริมาตรที่ป้องกันโดยระบบสายตัวนำ ล่อฟ้า 5

รูปที่ 4 ปริมาตรป้องกันโดยแท่งตัวนำ ล่อฟ้าแนวดิ่ง รูปที่ 5 ปริมาตรที่ป้องกันโดยตัวนำ ขึงอากาศแบบแยกอิสระร่วมกับตาข่ายเป็นไปตามวิธีมุมป้องกัน รูปที่ 6 ปริมาตรที่ป้องกันโดยตัวนำ ขึงอากาศแบบไม่แยกอิสระร่วมกับตาข่ายเป็นไปตามวิธีมุมป้องกัน 6

วิธีมุมป้องกันเหมา ะต่ออาคารที่มีรูปร่างแบบง่ายๆ แต่วิธีนี้มีข้อจำ กัดทางความสูงดิ่ง ตารางที่ 1 การจัดวางตำ แหน่งตัวนำ ล่อฟ้าตามระดับการป้องกัน รูปที่ 7 กราฟการจัดวางตำ แหน่งตัวนำ ล่อฟ้าตามระดับการป้องกัน ทรงกลมกลิ้ง หรือตาข่าย หมายเหตุ 1) ค่ากราฟแทนที่ด้วย • ไม่สามารถใช้วิธีมุมป้องกันได้ กรณีให้ใช้วิธีทรงกลมกลิ้งหรือวิธี ตาข่าย 2) H คือ ความสูงของแท่งตัวนำ ล่อฟ้า เหนือพื้นที่ที่ป้องกัน 7

ตัวอย่างที่ 1 จากรูปแปลนที่กำ หนดให้รายละเอียดดังต่อไปนี้ ลักษณะอาคาร : เป็นอาคารเลี้ยงเด็ก ขนาด :ยาว 23 เมตร กว้าง 30 เมตร ความสูงริมอาคาร 3 เมตร และ 6 เมตร ความสูงสันหลังคา 8.5 เมตร งานก่อสร้าง : งานหิน หลังคา :ไม้คลุมด้วยอิฐ รูปที่ 7 อาคารเลี้ยงเด็ก เพื่อใช้เป็นตัวอย่างในการออกแบบ หลังคา : ไม้คลุมด้วยอิฐ ระบบรากสายดิน : ชนิด ข 8

วิธีทำ ใช้วิธีมุมป้องกัน จากรูปแบบแปลน ส่วนสูงสุดของอาคาร = 5 + 35 = 8.5 เมตร จากตารางที่ 1 H = 8.5 เมตร ลากเส้นไปทางระดับป้องกันที่ 3 จะได้มุมประมาณ 63 องศา รายละเอียดการออกแบบ ใช้วิธีมุมป้องกัน 1) ใช้วิธีตาข่าย 15 X 15 (ระดับป้องกัน 3) ประกอบ 2) หลังคาด้านซ้ายมือ - ไม่มีแท่งล่อฟ้า เพรา ะว่าอุปกรณ์อยู่ในตำ แหน่งย่านป้องกัน (มุม - -------------------ป้องกัน63 องศา ) - ไม่มีสายนำ ลง เพรา ะว่า ไม่มีการต่อทางโลหะกับหลังคาด้านขวา 3) หลังคาด้านขวา - มีตัวนำ สันหลังคาสูง - มีระบบแท่งล่อฟ้าบนหลังคา - มีตัวนำ ลงดิน 3 เส้น 9

4) ต่อรางระบาย โลหะฐานด้านประสานศักย์ให้เท่ากันหรือต่อเข้ากับระบบรากสายดิน ข) วิธีทรงกลมกลิ้ง วิธีนี้จะใช้ทรงกลมเหมือนลูกบอลที่เหมือนกับการทาสีแล้วกลิ้งไปตามสิ่งปลูก สร้างกลิ้งไปบนส่วนของอาคาร ในการออกแบบจึงต้องติดตั้งระบบป้องกันฟ้าผ่า ชนิดที่เป็นหลักล่อฟ้าหรือสายตัวนำ ขึงเสียก่อน และกลิ้งบอล ส่วนใดของอาคารที่ผิว บอลสัมผัสหรือส่วนที่อาคารเปื้อนสีจะถือว่า เป็นส่วนที่ไม่ได้รับการป้องกัน ซึ่งวิธีนี้มัก ใช้กับอาคารสิ่งปลูกสร้างที่มีโครงสร้างซับซ้อน รูปที่ 8 ตัวอย่างการออกแบบระบบป้องกันฟ้าผ่าอาคารเลี้ยงเด็กโดยวิธีมุมป้องกัน 10

ปลูกสร้างที่สูงกว่ารัศมีของทรงกลมกลิ้ง ( R ) วาบฟ้าผ่าลงด้านข้างของ สิ่งปลูกสร้างอาจ เกิดขึ้นทุกจุดบนด้านข้าง อย่างไรก็ดีความน่าจะเป็นของวาบฟ้าผ่า ลงด้านข้างมีน้อย ไม่ต้องนํามาคิด สำ หรับสิ่งปลูกสร้างที่มีความสูงต่ำ กว่า 60 เมตร กรณีสิ่งปลูกสร้างที่สูงกว่า ส่วนใหญ่ของวาบฟ้าผ่าทั้งหมดจะผ่าส่วนบนสุด ขอบที่ยื่นออกไปใน แนวระดับ และมุมของสิ่งปลูกสร้าง มีเพียงร้อยละ 2-3 ของวาบ ฟ้าผ่าทั้งหมดจะผ่าที่ด้านข้างของสิ่ง ปลูกสร้างค่าพารามิเตอร์ของกระแสค่ายอดต่ำ สุดใช้สำ หรับประสิทธิภาพการตัดตัวนำ ล่อฟ้าของลำ ฟ้าผ่า จากสูตร R = 10 R = รัศมีทรงกลมกลิ้ง (M) I = กระแสค่ายอด (KA) รูปที่ 9 วิธีทรงกลมกลิ้ง ตัวอย่างที่ 2 ในระดับป้องกัน 1 กระแสค่ายอดต่ำ สุดเท่ากับ 2.9 KA จงหารัศมีทรง กลมกลิ้ง วิธีทำ R = 10 I^0.65 = 10 X 〖(2.9)〗^0.65 = 10 X 1.988 = 19.98 ≈ 20 เมตร ตอบ 1 1

ส่วนรัศมีทรงกลมกลิ้งของระดับป้องกันอื่นๆ (2,3 และ 4) สามารถหาค่า ได้จากสูตร ข้างต้น ตามตารางที่ 1 ในกรณีของการใช้ตัวนำ ล่อฟ้าแนวราบขนาน 2 ชุด ติดตั้งเหนือระนาบ อ้างอิงดังแสดงในรูปที่ 10 การคำ นวณหาระยะล่วงล้ำ P ของทรงกลมกลิ้งให้ระดับ ของตัวนำ ในบริเวรป้องกัน สามารถคำ นวณได้ดังนี้ รูปที่ 10 การคำ นวณหาระยะล่วงล้ำ P D ต้องมีค่าน้อยกว่า หลังคา โลหะที่มีลักษณะไม่ตรงตามตารางที่ 1 ต้องจัดให้อยู่ ใต้ตัวนำ ล่อฟ้าผ่าอย่างน้อยเป็นระยะ P 12

ตัวอย่างที่ 3 จากรูปที่ 11 แปลนกำ หนดให้รายละเอียดดังต่อไปนี้ ลักษณะอาคาร : เป็นอาคารเลี้ยงเด็ก ขนาด : ยาว 23 เมตร กว้าง 30 เมตร ความสูงริมอาคาร 3 เมตร และ 6 เมตร ความสูงสันหลังคา 8.5 เมตร งานก่อสร้าง : งานหินผสม หลังคา : ไม้คลุมด้วยอิฐ ระบบรากสายดิน : ชนิด ข ระดับป้องกัน : 3 รางระบายน้ำ : ทำ จากโลหะ จงออกแบบระบบตัวนำ ล่อฟ้าและระบบสายนำ ลง โดยวิธีทรงกลมกลิ้ง รูปที่ 11 รูปแปลนอาคารเลี้ยงเด็ก 13

วิธีทำ คำ นวณหา เส้นทแยงมุมหลังคา เส้นทแยงมุมประมาณ จากสูตร ระดับป้องกัน 3 ใช้ R = 45 เมตร 14

ค) วิธีตาข่าย อุปกรณ์ประเภทนี้เหมา ะต่อการใช้ทั่วไป โดยมาคำ นึงถึงความสูงของอาคาร ตัวนำ ตาข่ายมีขนาด 10 X 20 M. ใช้ติดตั้งบนหลังคา ตำ แหน่งของแต่ละช่องของ ตาข่ายไม่มีจุดบนผิวหลังคา ห่างจากจัดตัด 5 M. นิยมใช้สันหลังคาและสันนอกและ ส่วนประกอบโลหะเป็นอุปกรณ์การตัด ดูรูปที่ 12 รูปที่ 12 ตัวอย่างการวางแบบตาข่าย 15

ตัวนำ การตัดลำ ฟ้าผ่าด้านขอบนอกของส่วนหนึ่งของอาคารต้องติดตั้งโดยตรงที่ ขอบถ้า เป็นไปได้โครงสร้างหลังที่ไม่เป็นวัสดุนำ กระแสไฟฟ้า ให้ถือว่ามีการป้องกันที่ เพียงพอ ถ้า ไม่ยื่นออกจากตาข่ายในแนวราบเกิน 0.3 M. ดูรูปที่ 13 รูปที่ 13 วัสดุไม่ยื่นออกจากตาข่าย โครงสร้างหลังคา เป็นโลหะ (ไม่ได้ต่อกับส่วนประกอบอื่นที่ต่อลงดิน) ไม่ต้องต่อกับอุปกรณ์ การตัดลำ ฟ้าผ่าถ้าหากอยู่ในขอบกำ หนดเหล่านี้ 16

A.ไม่ยื่นออกจากตาข่ายในแนวราบมากกว่า 0.3 M. ดูรูปที่ 14 B.ห่างจากตัวนำ ตาข่ายในแนวราบเกิน 0.5 M. จากอุปกรณ์กรตัดลำ ฟ้าผ่า ดูรูปที่ 13B C.มีพื้นที่ปิดล้อมสูงสุด 1M (หน้าต่างหลังคา ) หรือความยาวสูงสุง2M. (ส่วนครอบ ที่เป็นโลหะ) การต่อไม่จำ เป็นต้องมีถ้า ไปเป้นตามข้อกำ หนด การต่อต้องต่อถ้าข้อ กำ หนดหนึ่งไม่สามารถทำ ได้ รูปที่ 14 ตัวอย่าง A และ ตัวอย่าง B ตัวนำ ล่อฟ้า ตัวนำ บนหลังคา ต้องติดตั้งในลักษณะที่ล้อมรอบขอบของหลังคา ระบบ ตัวนำ ล่อฟ้า จะสมบูรณ์ได้หากมรการเพิ่มตัวนำ ล่อฟ้าขวางแนวหลักคา เพื่อให้จัดเรียง บนตาข่ายสำ หรับความกว้างของตาข่ายแต่ละด้านต้องปฏิบัติ 2 17

ตัวอย่างที่ 4 โรงงานซึ่งมีการก่อสร้างตามรายละเอียดดังต่อไปนี้ ลักษณะอาคาร : โรงงาน ขนาด : ยาว 60 เมตร กว้าง 30 เมตร ความสูงด้านต่ำ 10 เมตร ความสูงของสันหลังคา 15 เมตร งานก่อสร้าง : งานหินผสม หลังคา : ไม้เป็นตัวรับแรงมีแผนอิฐคลุม ระบบรากสายดิน : ชนิด ข ระดับป้องกัน : 3 รางระบายน้ำ : ทำ จากโลหะ (ทองแดง) จงออกแบบระบบรากสายลงดินและระบบสายนำ ลงดิน การอยู่ใกล้เคียงของสิ่งติด ตั้งกับระบบป้องกันฟ้าผ่า ในโจทย์ข้อนี้ไม่นำ มาคิด รูปที่ 15 รูปแบบโรงงานเพื่อการออกแบบระบบป้องกันฟ้าผ่า 18

สมมุติมีรัศมี 2.5 เมตร มีเส้นรอบวง = 15.7 เมตร ดังนั้น ระยะแต่ละแท่งล่อฟ้า = เมตร (ต้องติดตั้งระยะห่างไม่เกิน 2 เมตร ตาม NFPA 780) วิธีทำ 1) โรงงานใช้ตาข่าย 10 X 10 เมตร (ระดับป้องกัน 2) 2) ติดตั้งสายนำ ลงทุกระยะ 15 เมตร และรางระบายน้ำ ด้วย 3) ปล่องไฟ - มีตัวนำ ลง 2 เส้น - มีตัวนำ ต่อรอบปล่องไฟที่ 15 เมตร (ใช้ทรงกลมกลิ้งรัศมี 30 เมตร) - ที่ระยะ 40 เมตร มีตัวนำ ล่อฟ้าแบบวงแหวนรบปล่องไฟ (แบบตาข่ายระดับ 10 X 10 เมตร ที่ระดับป้องกัน 2) - มีแท่งล่อฟ้า 8 จุด ที่ยอดปล่องไฟ รูปที่ 16 การออกแบบระบบป้องกันฟ้าผ่าแบบวิธีตาข่าย 19

ถ้าหลังคาทำ ด้วยวัสดุติดไฟระยะห่างระหว่างที่ติดไฟได้ของหลังคาและตัวนำ ล่อฟ้า ต้องไม่น้อยกว่า 0.4 เมตร จากระบบล่อฟ้าที่เป็นแท่งตัวนำ หรือลวดตัวนำ หรือ ตาข่าย รูปที่ 18 การออกแบบระบบป้องกันฟ้าผ่าแบบวิธีตาข่าย รูปที่ 17 การป้องกันฟ้าผ่าด้านข้างของอาคารที่สูงกว่า 60 เมตร ตัวนำ ล่อฟ้าป้องกันฟ้าผ่าด้านข้างของอาคารที่สูงกว่า 60 เมตร 20

5. ระบบตัวนำ ลงดิน หมายเหตุ การประสานให้ศัห้ ศักย์เย์ท่ากันควรทำ ที่ระดับดัพื้นพื้และทุกทุ ๆ ความสูงสู 20 เมตร 1) ตำ แหน่งน่ของตัวนำ ลงดินดิระบบป้อป้งกันฟ้าฟ้ผ่าผ่ภายนอกไม่แม่ยกอิสระ ตัวนำ ลงดินดิควรมีกมีารต่อ ส่วส่นร่วร่มโดยใช้ตัช้ ตัวนำ แนวราบเป็นป็วงแหวนที่ระดับดัดินดิและเพิ่มพิ่วงแหวนทุกทุ ๆช่วช่ง 20 เมตร ในแนว ดิ่งดิ่ รูปที่ 19 แสดงการทำ การประสานให้ศักย์เท่ากันทุกๆ ความสูง 20 เมตร รูปที่ 20 ระยะห่างระหว่างตัวนำ ลงดินระดับป้องกัน 21

ตารางที่ 2 ระยะเฉลี่ยระหว่างตัวนำ ลงดินตามระดับการป้องกัน การคำ นวณหาจำ นวนของสายตัวนำ ลงดิน จำ นวนของสายตัวนำ ที่ต้องการคำ นวณได้โดยอยู่บนพื้นฐานของเส้นรอบรูปด้าน นอกของหลังคา ซึ่งก็คือเส้นฉายพื้นที่ของหลังคา รูปที่ 21 เส้นฉายพื้นที่บนหลังคา 22

จากรูปเส้นรอบรูป = U = 2×L + 2B บรรทัดฐานการใช้ 1. อาคารที่มีเส้นรอบรูปด้านนอกหลังคา ไม่เกิน 20 เมตร ใช้ตัวนำ ลงดินหนึ่ง เส้นก็พอ 2. อาคารที่มีเส้นรอบรูปด้านนอกของหลังคามากกว่า 20 เมตร ให้ติดตั้งตัวนำ ลงดินทุกๆ 20 เมตรของเส้นรอบรูป จำ นวนของเส้นรอบรูป คำ นวณได้ดังสูตร จำ นวนที่คำ นวณได้ต้องเป็นจำ นวนเต็มให้ปัดเศษขึ้นถ้าผลหารมากกว่า 0.5 และจำ นวนเต็มให้ปัดเศษลงถ้าน้อยกว่า 0.5 ตัวอย่างที่ 5 สมมุติเส้นรอบรูปยาว 88 เมตร จำ นวนเส้นรอบรูป จำ นวนเต็ม 4 (ปัดเศษลง) จำ นวนเป็นตัวกำ หนดในการพิจารณา โดยวิธีการดังกล่าวขึ้นอยู่กับข้อพิจารณาดังต่อไปนี้ A. อาคารที่สมมาตร 1) ถ้าจำ นวนที่คำ นวณได้เป็นเลขคู่ จำ นวนนี้ไม่เปลี่ยน 2) ถ้าจำ นวนที่คำ นวณได้เป็นเลขคี่ จำ นวนนี้ต้องเพิ่มอีกหนึ่งเส้น จากตัวอย่างดังกล่าว ต้องการนำ ลงดิน 3) เส้นมาตรการนี้ใช้สำ หรับอาคารทั่วไป สำ หรับระบบป้องกันฟ้าผ่าของอาคารที่ สมมาตร B. อาคารที่ไม่สมมาตร 1) จำ นวนของตัวนำ พิจารณาจากเศษเหลือที่ปัดเศษดังกล่าวข้างบน C. อาคารที่มีสันหลังคาที่มีความกว้างหรือยาวไม่เกิน 12 เมตร 1) ถ้าจำ นวนที่คำ นวณได้เป็นเลขคู่ จำ นวนนี้ไม่เปลี่ยน 2) ถ้าจำ นวนที่คำ นวณได้เป็นเลขคี่ จำ นวนนี้ต้องเพิ่มอีกหนึ่งตัวนำ 23

ตารางที่ 3 จำ นวนของสายตัวนำ ลงดิน 24

6. ระบบรากสายดิน ระบบรากสายดินทำ หน้าที่กระจายกระแสฟ้าผ่าลงสู่ดินขณะเดียวกับการลดการ เกิดแรงดันเกินอันตรายใด ๆ ให้น้อยที่สุด เกณฑ์ที่สำ คัญ คือ รูปร่างและมิติ ของระบบรากสายดิน เมื่อทำ การเกี่ยวข้องกับการกระจายกระแสฟ้าผ่าลงสู่ดิน (มีลักษณะความถี่สูง) ขณะเดียวกับการลดการเกิดแรงดันเกินอันตรายใด ๆ ให้น้อยที่สุด เกณฑ์ที่สำ คัญ คือ รูปร่างและมิติของระบบรากสายดิน โดยทั่วไป แนะนํา ให้ใช้ความต้านทานดินต่ำ (ถ้า เป็นไปได้ควรมีค่าต่ำ กว่า 10 โอห์ม เมื่อวัด ที่ความถี่ต่ำ ) ระบบการป้องกันของทุกคนของทุกระบบต้องเป็นระบบเดียวกัน(การป้องกัน ฟ้าผ่า ระบบโทรคมนาคม ระบบไฟฟ้ากําลัง) ระบบรากสายดินต้องมีการ ประสานศักย์ตามข้อกําหนด รูปที่ 22 รากสายดินแบบ ก รูปที่ 23 รากสายดินแบบ ข 25

รากสายดินแบบฐานราก แบบ ข ที่มีขั้วสำ หรับการป้องกันฟ้าภายนอกขั้วต่อสาย ยาวสำ หรับการป้องกันฟ้าผ่ายาวอย่างน้อย 1.5 ม. แถบเหล็กแบน 30×3.5 มม. ที่ป้องกันการกัดกร่อน เหล็กกลม 10 มม. อาบพีวีซี เหล็กไร้สนิมกลม 10 มม. ขั้วต่อลงดินต่อถาวร การหาค่า เฉลี่ย พื้นที่ปกคลุมด้วยรัศมีเฉลี่ย R ของรากสายดินแบบวงแหวน หรือรากสายดินแบบ ฐานรากจะต้องไม่น้อยกว่า L_1 26 รูปที่ 24 การคำ นวณหาค่ารัศมีเฉลี่ยของรากสายดินแบบ ข

ตัวอย่าง จงหารัศมีเฉลี่ยของพื้นที่รากสายดินวงแหวนที่ล้อมรอบอาคาร รูปที่ 25 ตัวอย่างจงหารัศมีเฉลี่ยของพื้นที่รากสายดินวงแหวนที่ล้อมรอบอาคาร 27

การจัดวางระบบรากสายดินในสภาพทั่วไป ระบบสายดินมีการจัดวางแบบพื้นฐาน 2 แบบ 1. การจัดระบบรากสายดินแบบ ก การจัดวางแบบนี้ประกอบด้วยรากสายดินตามแนวรัศมีหรือแนวดิ่ง ติดตั้งด้าน นอกสิ่งปลูกสร้างที่จะป้องกัน และต่อเข้ากับตัวนำ ลงดินแต่ละเส้น หรือรากสายดิน ฐานรากโดยไม่ทำ ให้เกิดเป็นวงรอบปิด 1.1 รากสายดินแนวดิ่ง รากสายดินแนวดิ่ง ได้แก่รากสายดินแบบแท่ง เป็นแท่งเหล็กชุบ ทองแดงขนาด 5/8 นิ้ว ยาว 2.4-3 เมตร ติดตั้งในแนวดิ่งหรือแนวเอียง ซึ่งเป็น ที่นิยมใช้กันมาก สะดวกและง่ายต่อการติดตั้งแต่บางครั้งก็มีปัญหา เนื่องจาก ดิน แข็งไม่สามารถตอกในแนวดิ่งได้ก็ต้องหาทางตอกในแนวดียว ดังแสดงในรูป รูปที่ 26 รากสายดินแนวดิ่ง กับรากสายดินแนวเอียง แต่ถ้า ไม่สามารถตอกในแนวดิ่งหรือแนวเอียงได้ก็ต้องสร้างรากสายดินด้วย วิธีการอื่นแทนระบบรากสายดินแนวดิ่งใช้กับอาคารหรือบ้านอยู่อาศัยขนาด เล็กที่ต้องการให้มีการต่อลงดินของระบบไฟฟ้า รูปที่ 27 รากสายดินแนวดิ่ง กับอาคารหรือสิ่งปลูกสร้าง 28

1.2 รากสายดินแนวรัศมี รากสายดินแนวรัศมี ได้แก่ รากสายดินแบบตัวนําติดตั้งในแนวราบ ใช้ในกรณีที่ ติดตั้งรากสายดินใน แนวดิ่งได้ลําบาก เช่น บริเวณที่พื้นดินแข็ง หรือเป็นบริเวณ หินกรวด เป็นต้น โดยทั่วไปความยาวของรากสายดินในแนวราบจะต้องยาว ประมาณสองเท่าของรากสายดินในแนวดิ่ง จึงจะให้ผลลัพธ์ที่ใกล้เคียงกัน เช่น รากสายดินแนวดิ่งใช้ความยาว 3 เมตร รากสายดินในแนวราบให้ใช้ 6 เมตร เป็นต้น รูปที่ 28 รากสายดินแนวรัศมีหรือในแนวราบ ระบบรากสายดินแนวรัศมีใช้กับอาคารหรือบ้านอยู่อาศัยขนาดเล็กที่มีพื้นสวนใหญ่ เป็นหินกรวด ซึ่งไม่สามารถติดตั้งระบบรากสายดินแนวดิ่งได้นอกจากนี้ระบบราก สายดินแนวรัศมียังใช้กับเสาสูงที่ติดตั้งบนเขาหรือบนพื้นหินกรวดซึ่งสามารถติด ตั้งระบบรากสายดินแนวรัศมีที่สามารถฝงตัวนํา ได้ยาวในพื้นที่ของตนเอง รูปที่ 29 รากฐานแบบ ก สำ หรับการป้องกันฟ้าผ่าระดับ 3+4 29

2. การจัดระบบรากสายดินแบบ ข รากสายดินวงแหวนเป็นรากสายดินที่มีตัวนําวนรอบเป็นวงแหวนหรือวนตัวนํารอบ อาคารทําหน้าที่ให้ความต้านทานดินต่ำ นอกจากนี้ทํา ให้แรงดันอย่างก้าวน้อยลง (STEP VOLTAGE) สําหรับคนที่ก้าวออกจากตัวอาคารในขณะที่เกิดฟ้าผ่าหรือ เกิดลัดวงจรระบบไฟฟ้าลงดิน รูปที่ 30 การจัดระบบสายดินแบบ ข ระบบรากดินวงแหวนรอบอาคารมักใช้กับอาคารขนาดใหญ่ที่มีการติดตั้งระบบป้องกัน ฟ้าผ่าด้วยเพื่อรองรับการต่อสายตัวนําลงดินของระบบปองกันฟ้าผ่า เข้ากับรากสายดิน แบบนี้ดังแสดงในรูป รูปที่ 31 การจัดระบบสายดินแบบ ข 30

การประยุกต์ใช้แผ่นเหล็กแบนหรือเหล็กกลมบนเหล็กเสริมฐานราก รูปที่ 32 แนวทางการเดินรากสายดิน 31

ตัวอย่าง จงพิจารณา เพิ่มรากสายดินต่อตัวนำ ลงดิน ก) ตามแนวราบ ข) ตามแนวดิ่ง ของหอโทรคมนาคมมรเส้นผ่าศูนย์กลาง 16 เมตร มีความต้านทานดินเฉพา ะ 1500 โอห์มเมตร มีระดับป้องกัน 1 รูปที่ 33 ตัวอย่างจงพิจารณา เพิ่มรากสายดินต่อตัวนำ ลงดิน 32

รูปที่ 34 รูปตามมาตรฐาน ความยาว1 ของรากสายดินตาม ระดับการป้องกันระดับการป้องกันที่2ถึง4ไม่ขึ้นกับความต้านทาน จำ เพา ะของดิน รูปที่ 35 รูปความยาวของสายดินตามระดับป้องกัน 33

รูปที่ 36 รากสายดินแบบ ข ต้องยาวอย่างน้อย 80% ของความยาวรากสายดินจะต้อบสัมผัสกับดิน 34

การอยู่ใกล้เคียงของสิ่งติดตั้งกับระบบป้องกันฟ้าผ่า เพื่อหลีกเลี่ยงการเกิดประกายอันตรายเมื่อไม่สามารถติดตั้งให้มีการประสานให้ศักย์เท่า กันระยะห่าง S ระหว่างระบบป้องกันฟ้าผ่าและสิ่งติดตั้งโลหะเช่นเดียวกันกับระยะห่าง ระหว่างชิ้นส่วนตัวนำ ที่ไม่เกี่ยวข้องกับสายไฟฟ้าต้องเพิ่มระยะห่างให้มากกว่าระยะ ปลอดภัย D หมายเหตุ ในกรณีสิ่งปลูกสร้างคอนกรีดเสริมเหล็กมีเหล็กเสริมเชื่อมต่อและในกรณีที่ สิ่งปลูกสร้างโครงเหล็กหรือสิ่งปลูกสร้างที่มีสมรรถะการกำ บังที่เทียบเท่ากรงฟารา เคย์ ความต้องการในการประสานสิ่งที่อยู่ใกล้เคียงถือว่าสมบูรณ์แล้ว รูปที่ 37 สิ่งติดตั้งโลหะหรือสายตัวนำ 35

รูปที่ 38 การกำ หนดค่า ค่าสัมประสิทธิ์ ในกรณีของระบบสายตัวนำ แบบขึงและระบบรากสายดินแบบ A รูปที่ 39 การหาค่า 36

รูปที่ 40 ตัวอย่างจงคำ นวณค่าของ ตัวนำ ล่อฟ้าและระบบการต่อลงดินแบบ ข จงคำ นวณค่าของ สำ หรับความยาวตัวนำ ลงดิน C มีขนาดความยาว 9 เมตร และ ความยาวของตัวนำ ล่อฟ้า F เท่ากับ 12 เมตร 37

ค่าสัมประสิทธิ์ ในกรณีของระบบตัวนำ ล่อฟ้า และระบบรากสายดินแบบ ข รูปที่ 41 ค่าสัมประสิทธิ์ ในกรณีของระบบตัวนำ ล่อฟ้า และระบบรากสายดินแบบ ข N = จำ นวนของตัวนำ ลงดิน C = ระยะจากตัวนำ ลงดินใกล้สุด N = ระยะระหว่างตัวนำ วงแหวน รูปที่ 42 ในกรณีของระบบตัวนำ ล่อฟ้า และระบบรากสายดินแบบ ข ค่าของสัมประสิทธิ์ ในกรณีระบบตัวลำ ล่อฟ้า เป็นตาข่ายและระบบรากสายดินเป็นชนิด ข. N คือ จำ นวนตัวนำ ลงดิน คือ ระยะห่างจากตัวนำ ลงลงดินที่ใกล้สุด คือ ระยะห่างจากตัวนำ ลงดินด้านตรงข้าม H คือ ระยะห่างระหว่างตัวนำ วงแหวน 38

รูปที่ 43 ในกรณีของเครือข่ายตัวนำ ล่อฟ้าและรากสายดินแบบ B จงหาค่าสัมประสิทธิ์ ในกรณีของเครือข่ายตัวนำ ล่อฟ้าและรากสายดินแบบ B N = 16 จำ นวนตัวนำ ลงดิน C = 10M ระยะช่วงของตัวนำ ลงดิน N = 10M ความสูงหรือระยะของตัวนำ วงแหวน สูตรระยะปลอดภัย 39

จงคำ นวณหาระยะความปลอดภัย S เมื่อใช้สายตัวนำ ล่อฟ้า และระบบรากสายดิน ข รูปที่ 44 การหาระยะความปลอดภัย S เมื่อใช้สายตัวนำ ล่อฟ้า และระบบรากสายดิน ข กำ หนดให้ C = ความยาวตัวนำ ลงดินยาว 12 เมตร F = ความยาวตัวนำ ล่อฟ้า 10 เมตร = 3 เมตร = 10 เมตร วิธีทำ คำ นวณหาระยะความปลอดภัย 40

แท่งนำ ล่อฟ้า 1 แท่ง จงคำ นวณหาระยะปลอดภัย S รูปที่ 45 แท่งนำ ล่อฟ้า 1 แท่ง หาระยะปลอดภัย S 41

จากสูตร = 0.6 เมตร ตัวอย่างการคำ นวณหาค่าระยะปลอดภัย S กำ หนดให้อาคารหลังหนึ่งมีลักษณะดังรูปและกำ หนดสูตรเพื่อหาระยะความปลอดภัย ดังต่อไปนี้ รูปที่ 46 การกำ หนดสูตรเพื่อหาระยะปลอดภัย 42

จากโจทย์ได้กำ หนดค่าระยะต่างๆ ตามรูป การคำ นวณหาค่าระยะปลอดภัย รูปที่ 47 การคำ นวณหาค่าระยะปลอดภัย 43

จากโจทย์ได้กำ หนดค่าระยะต่างๆ ตามรูป การต่อประสานเพื่อป้องกันการเกิดการวาบไฟด้านข้าง รูปที่ 48 การต่อประสานเพื่อป้องกันการเกิดการวาบไฟด้านข้าง 44

รูปที่ 50 ตรวจสอบหัวล่อฟ้าและปลายแหลม แท่งตัวนำ ล่อฟ้าของหลังคาที่มีวัสดุหลังคาติดไฟได้ รูปที่ 49 แท่งตัวนำ ล่อฟ้าของหลังคาที่มีวัสดุหลังคาติดไฟได้ การบำ รุงรักษาและตรวจสอบระบบป้องกันฟ้าผ่า ตรวจสอบระบบป้องกันฟ้าผ่า 1.ตรวจสอบหัวล่อฟ้าและปลายแหลม LIGHTNING AIR-TERMINAL ตรวจสอบ หัวล่อฟ้าตัวนำ โลหะไฟฟ้า ได้ดีทนต่อการหลอมละลายและการกัดกร่อน เช่นแท่ง ทองแดง แท่งสเตนเลส แท่งทองแดง ชุบดีบุก แท่งเหล็ก หรือตัวนำ ชุบดีบุก 45

2.ตรวจตัวนำ ลงดิน DOWN CONDUCTOR/DOWN LEAD ตรวจสอบการติตตั้ง สายนำ ลงดินการนำ ไฟฟ้า การเชื่อมต่อทั้งการใช้แคมป์รัด หรือการหลอมละลาย ทั้ง สายไฟ THW ,ทองแดง เปลือย ,สายเหล็ก หรือสายตัวนำ อื่นๆ ที่มีหน้าตัดไม่น้อยกว่า 50 มม. ตรวจสอบแนวเดินสายที่ เชื่อมโยงเข้าหากันทั้งอาคาร รูปที่ 51 การตรวจตัวนำ ลงดิน 3. ตรวจสอบตัวยึดสายนำ ลงดิน ตรวจสอบตัวยึดและอุปกรณ์ SUPPORT ทั้งหมด การเสื่อมสภาพ การเกิดสนิม ความเสียหายจากการกัดกร่อน การยึดติดแน่นของ สกรูหรือน๊อต และวัสดุต่างๆที่ นำ มาติดตั้ง รูปที่ 52 ตรวจสอบตัวยึดสายนำ ลงดิน 46