ประกาศกระทรวงอุตสาหกรรม

ฉบับที่ ๔๔๘๒ (พ.ศ. ๒๕๕๕)

ออกตามความในพระราชบัญญัติมาตรฐานผลิตภัณฑ์อุตสาหกรรม

พ.ศ. ๒๕๑๑

เรื่อง ยกเลิกมาตรฐานผลิตภัณฑ์อุตสาหกรรมการป้องกันโครงสร้างจากฟ้าผ่า เล่ม 1 หลักการทั่วไป

และกำหนดมาตรฐานผลิตภัณฑ์อุตสาหกรรมการป้องกันฟ้าผ่า เล่ม 1 หลักทั่วไป

-----------------------

โดยที่เป็นการสมควรแก้ไขปรับปรุงมาตรฐานผลิตภัณฑ์อุตสาหกรรมการป้องกันโครงสร้างจากฟ้าผ่า เล่ม ๑ หลักการทั่วไป มาตรฐานเลขที่ มอก. 1586 – 2541

อาศัยอำนาจตามความในมาตรา ๑๕ แห่งพระราชบัญญัติมาตรฐานผลิตภัณฑ์อุตสาหกรรมพ.ศ. ๒๕๑๑ รัฐมนตรีว่าการกระทรวงอุตสาหกรรมออกประกาศยกเลิกประกาศกระทรวงอุตสาหกรรม ฉบับที่ ๒๔๓๑ (พ.ศ. ๒๕๔๑) ออกตามความในพระราชบัญญัติมาตรฐานผลิตภัณฑ์อุตสาหกรรม พ.ศ. ๒๕๑๑ เรื่อง กำหนดมาตรฐานผลิตภัณฑ์อุตสาหกรรมการป้องกันโครงสร้างจากฟ้าผ่า ลงวันที่ ๒๖ สิงหาคม พ.ศ. ๒๕๔๒ และออกประกาศกำหนดมาตรฐานผลิตภัณฑ์อุตสาหกรรมการป้องกันฟ้าผ่า เล่ม ๑ หลักทั่วไป มาตรฐานเลขที่ มอก. 1586 เล่ม 1 - 2555 ขึ้นใหม่ ดังมีรายการละเอียดต่อท้ายประกาศนี้

ทั้งนี้ ให้มีผลเมื่อพ้นกำหนด ๒๗๐ วัน นับแต่วันประกาศในราชกิจจานุเบกษา เป็นต้นไป

 

                                                                  ประกาศ ณ วันที่ ๑๔ กันยายน พ.ศ. ๒๕๕๕

                                                                       หม่อมราชวงศ์พงษ์สวัสดิ์ สวัสดิวัตน์

                                                                       รัฐมนตรีว่าการกระทรวงอุตสาหกรรม

 

มาตรฐานผลิตภัณฑ์อุตสาหกรรม

การป้องกันฟ้าผ่า

เล่ม 1 หลักทั่วไป

1. ขอบข่าย

มาตรฐานผลิตภัณฑ์อุตสาหกรรมนี้เป็นหลักทั่วไปที่ต้องปฏิบัติตามในการป้องกันฟ้าผ่าของ

- โครงสร้างรวมทั้งสิ่งติดตั้งกับโครงสร้างและสิ่งอยู่ภายใน ซึ่งรวมถึงคนด้วย

- สิ่งบริการซึ่งต่อถึงโครงสร้าง

มาตรฐานผลิตภัณฑ์อุตสาหกรรมนี้ไม่ครอบคลุมถึง

- ระบบทางรถไฟ

- ยานพาหนะ เรือ อากาศยาน และสิ่งติดตั้งนอกฝั่ง (offshore installation)

- เส้นท่อความดันสูงใต้ดิน

- เส้นท่อ สายไฟฟ้ากำลังและสายไฟฟ้าสื่อสาร ซึ่งไม่ต่อถึงโครงสร้าง

หมายเหตุ โดยปกติระบบเหล่านี้อยู่ตามกฎระเบียบพิเศษของหน่วยงานเฉพาะหลายหน่วย

2. เอกสารอ้างอิง

เอกสารอ้างอิงที่ระบุนี้ ประกอบด้วยข้อกำหนดที่นำมาอ้างอิงในการกำหนดมาตรฐานผลิตภัณฑ์อุตสาหกรรมนี้เอกสารอ้างอิงฉบับที่ระบุปีที่พิมพ์จะไม่นำเอาเอกสารอ้างอิงฉบับที่แก้ไขเพิ่มเติมหรือแก้ไขปรับปรุงมาใช้ในการอ้างอิง อย่างไรก็ตาม การจะนำเอกสารอ้างอิงฉบับล่าสุดมาใช้ ผู้เกี่ยวข้องอาจร่วมพิจารณาตกลงกันว่าสามารถใช้อ้างอิงได้เพียงใด ส่วนเอกสารอ้างอิงฉบับที่ไม่ได้ระบุปีที่พิมพ์นั้นให้ใช้ฉบับล่าสุด

IEC 62305-2, Protection against lightning – Part 2: Risk management

IEC 62305-3, Protection against lightning – Part 3: Physical damage to structures and life hazard

IEC 62305-4, Protection against lightning – Part 4: Electrical and electronic systems within structures

IEC 62305-5, Protection against lightning – Part 5: Services

3. บทนิยาม

ความหมายของคำที่ใช้ในมาตรฐานผลิตภัณฑ์อุตสาหกรรมนี้ ให้เป็นดังต่อไปนี้

3.1 วาบฟ้าผ่าถึงดิน (lightning flash to earth)

การปล่อยประจุไฟฟ้ากำเนิดในบรรยากาศระหว่างเมฆกับดิน ซึ่งประกอบด้วยช่วงจังหวะ 1 ช่วงหรือหลายช่วง

3.2 วาบลง (downward flash)

วาบฟ้าผ่าซึ่งเริ่มต้นจากกระแสนำลง (downward leader) จากเมฆถึงดิน

หมายเหตุ วาบลงประกอบด้วยช่วงจังหวะสั้นลำดับแรก ซึ่งสามารถตามด้วยช่วงจังหวะสั้นลำดับหลังหลายช่วง ช่วงจังหวะสั้น 1 ช่วงหรือหลายช่วงอาจตามด้วยช่วงจังหวะยาว

3.3 วาบขึ้น (upward flash)

วาบฟ้าผ่าซึ่งเริ่มต้นจากกระแสนำขึ้น (upward leader) จากโครงสร้างต่อกับดินถึงเมฆ

หมายเหตุ วาบขึ้นประกอบด้วยช่วงจังหวะยาวลำดับแรก ซึ่งมีหรือไม่มีช่วงจังหวะสั้นซ้อนทับหลายช่วง ช่วงจังหวะสั้น 1 ช่วงหรือหลายช่วงอาจตามด้วยช่วงจังหวะยาว

3.4 ช่วงจังหวะฟ้าผ่า (lightning stroke)

การปล่อยประจุไฟฟ้า 1 ครั้งในวาบฟ้าผ่าถึงดิน

3.5 ช่วงจังหวะสั้น (short stroke)

ส่วนของวาบฟ้าผ่าซึ่งสมนัยกับกระแสฟ้าผ่าอิมพัลส์ (impulse current)

หมายเหตุ กระแสฟ้าผ่าอิมพัลส์นี้มีเวลาถึงครึ่งค่า T₂ โดยต้นแบบน้อยกว่า 2 มิลลิวินาที (ดูรูปที่ ก. 1)

3.6 ช่วงจังหวะยาว (long stroke)

ส่วนของวาบฟ้าผ่าซึ่งสมนัยกับกระแสฟ้าผ่าต่อเนื่อง (continuing current)

หมายเหตุ ช่วงเวลา T_long (เวลาจากค่าร้อยละ 10 ด้านหน้า ถึง ค่าร้อยละ 10 ด้านท้าย) ของกระแสฟ้าผ่าต่อเนื่องนี้ โดยต้นแบบมากกว่า 2 มิลลิวินาที และน้อยกว่า 1 วินาที (ดูรูปที่ ก. 2)

3.7 ช่วงจังหวะหลายช่วง (multiple stroke)

วาบฟ้าผ่าซึ่งประกอบด้วยช่วงจังหวะเฉลี่ย 3-4 ช่วง มีช่วงเวลาห่างต้นแบบระหว่างช่วงจังหวะประมาณ 50 มิลลิวินาที

หมายเหตุ มีรายงานว่ามีการเกิดได้ถึง 20-30 ช่วงจังหวะ มีช่วงห่างระหว่างช่วงจังหวะตั้งแต่ 10 มิลลิวินาที ถึง 250 มิลลิวินาที

3.8 จุดฟ้าผ่า (point of strike)

จุดซึ่งวาบฟ้าผ่าผ่าโลก (the earth) หรือวัตถุที่ยื่นขึ้นมา (เช่น โครงสร้าง, LPS, สิ่งบริการ และต้นไม้ เป็นต้น)

หมายเหตุ วาบฟ้าผ่าอาจมีจุดฟ้าผ่ามากกว่า 1 จุด

3.9 กระแสฟ้าผ่า (lightning current, i)

กระแสซึ่งไหลที่จุดฟ้าผ่า

3.10  ค่าพีก (peak value, I)

ค่าสูงสุดของกระแสฟ้าผ่า

3.11  ความชันเฉลี่ยหน้าของกระแสช่วงจังหวะสั้น (average steepness of the front of short stroke current)

อัตราการเปลี่ยนแปลงเฉลี่ยของกระแสฟ้าผ่าอิมพัลส์ภายในช่วงเวลาห่าง t2-t1

หมายเหตุ ค่านี้แสดงโดยความต่างกันของค่ากระแสฟ้าผ่าอิมพัลส์ ณ เวลาเริ่มต้นช่วงกับ ณ เวลาสิ้นสุดช่วง i(t₂)-i(t₁)หารด้วยช่วงเวลาห่าง t₂-t₁ (ดูรูปที่ ก.1)

3.12  เวลาหน้าของกระแสช่วงจังหวะสั้น (front time of short stroke current, T₁)

พารามิเตอร์เสมือนซึ่งนิยามเป็น 1.25 เท่าของช่วงเวลาห่างระหว่างขณะที่ถึงร้อยละ 10 กับขณะที่ถึงร้อยละ 90 ของค่าพีก (ดูรูปที่ ก.1)

3.13  จุดกำเนิดเสมือนของกระแสช่วงจังหวะสั้น (virtual origin of short stroke current, O₁)

จุดตัดกับแกนเวลาของเส้นตรงซึ่งลากผ่านจุดอ้างอิงร้อยละ 10 และจุดอ้างอิงร้อยละ 90 ด้านหน้ากระแสช่วงจังหวะสั้น (ดูรูปที่ ก. 1) หรือจุดนำหน้าโดย 0.1 T₁ ซึ่งเป็นขณะที่กระแสช่วงจังหวะสั้นมีค่าร้อยละ 10 ของค่าพีกของกระแสช่วงจังหวะสั้น

3.14  เวลาถึงครึ่งค่าของกระแสช่วงจังหวะสั้น (time to half value of short stroke current, T₂)

พารามิเตอร์เสมือนซึ่งนิยามเป็นช่วงเวลาห่างระหว่างจุดกำเนิดเสมือนของกระแสช่วงจังหวะสั้น O₁ กับขณะที่กระแสช่วงจังหวะสั้นได้ลดลงถึงครึ่งค่าพีก (ดูรูปที่ ก. 1)

3.15  ช่วงเวลาวาบ (flash duration, T)

เวลาซึ่งกระแสฟ้าผ่าไหล ณ จุดฟ้าผ่า

3.16  ช่วงเวลาของกระแสช่วงจังหวะยาว (duration of long stroke current, T_long)

ช่วงเวลาระหว่างที่กระแสฟ้าผ่าในช่วงจังหวะยาวอยู่ระหว่างร้อยละ 10 ของค่าพีกตลอดเวลาของกระแสฟ้าผ่าต่อเนื่องกำลังเพิ่มขึ้น กับ ร้อยละ 10 ของค่าพีกตลอดเวลาของกระแสฟ้าผ่าต่อเนื่องกำลังลดลง (ดูรูปที่ ก. 2)

3.17  ประจุวาบ (flash charge, Q_flash)

อินทิกรัลเวลาของกระแสฟ้าผ่าตลอดช่วงเวลาวาบฟ้าผ่า

3.18  ประจุช่วงจังหวะสั้น (short stroke charge, Q_short)

อินทิกรัลเวลาของกระแสฟ้าผ่าในช่วงจังหวะสั้น

3.19  ประจุช่วงจังหวะยาว (long stroke charge, Q_long)

อินทิกรัลเวลาของกระแสฟ้าผ่าในช่วงจังหวะยาว

3.20  พลังงานจำเพาะ (specific energy, W/R)

อินทิกรัลเวลาของกระแสฟ้าผ่ายกกำลังสองตลอดช่วงเวลาวาบฟ้าผ่า

หมายเหตุ ค่านี้แทนพลังงานกระจายสูญโดยกระแสฟ้าผ่าในความต้านทานหนึ่งหน่วย

3.21  พลังงานจำเพาะของกระแสช่วงจังหวะสั้น (specific energy of short stoke current)

อินทิกรัลเวลาของกระแสฟ้าผ่ายกกำลังสองตลอดช่วงเวลาของกระแสช่วงจังหวะสั้น

หมายเหตุ พลังงานจำเพาะในกระแสช่วงจังหวะยาวไม่ต้องนำมาพิจารณา

3.22  วัตถุที่ต้องป้องกัน (object to be protected)

โครงสร้างที่ต้องป้องกันหรือสิ่งบริการที่ต้องป้องกัน

3.23  โครงสร้างที่ต้องป้องกัน (structure to be protected)

โครงสร้างซึ่งกำหนดให้ต้องมีการป้องกันผลกระทบของฟ้าผ่าตามมาตรฐานนี้

หมายเหตุ โครงสร้างที่ต้องป้องกันอาจเป็นส่วนของโครงสร้างขนาดใหญ่กว่า

3.24  สิ่งบริการที่ต้องป้องกัน (service to be protected)

สิ่งบริการซึ่งต่อถึงโครงสร้างซึ่งกำหนดให้ต้องมีการป้องกันผลกระทบของฟ้าผ่าตามมาตรฐานนี้

3.25  วาบฟ้าผ่าถึงวัตถุ (lightning flash to an object)

วาบฟ้าผ่าซึ่งผ่าวัตถุที่ต้องป้องกัน

3.26  วาบฟ้าผ่าใกล้วัตถุ (lightning flash near an object)

วาบฟ้าผ่าซึ่งผ่าใกล้วัตถุที่ต้องป้องกันซึ่งอาจทำให้เกิดแรงดันเกินอันตราย

3.27  ระบบไฟฟ้า (electrical system)

ระบบซึ่งรวมส่วนประกอบจ่ายไฟฟ้ากำลังแรงต่ำเข้าไว้

3.28  ระบบอิเล็กทรอนิกส์ (electronic system)

ระบบซึ่งรวมส่วนประกอบอิเล็กทรอนิกส์ไวต่อความเสียหายเข้าไว้ เช่น บริภัณฑ์สื่อสาร คอมพิวเตอร์ ระบบวัดคุม ระบบวิทยุ และสิ่งติดตั้งอิเล็กทรอนิกส์กำลัง เป็นต้น

3.29  ระบบภายใน (internal system)

ระบบไฟฟ้าและระบบอิเล็กทรอนิกส์ภายในโครงสร้าง

3.30  ความเสียหายทางกายภาพ (physical damage)

ความเสียหายแก่โครงสร้าง (หรือแก่สิ่งอยู่ภายในโครงสร้าง) หรือแก่สิ่งบริการ เนื่องจากผลกระทบของฟ้าผ่า ทางกล ทางความร้อน ทางเคมี และการระเบิด

3.31  การบาดเจ็บของสิ่งมีชีวิต (injury of living beings)

การบาดเจ็บ รวมทั้งความสูญเสียชีวิตคนหรือสัตว์ เนื่องจากแรงดันแตะและแรงดันก้าวซึ่งเกิดจากฟ้าผ่า

3.32  ความล้มเหลวของระบบภายใน (failure of internal system)

ความเสียหายถาวรของระบบภายในเนื่องจาก LEMP

3.33  อิมพัลส์แม่เหล็กไฟฟ้าฟ้าผ่า (lightning electromagnetic impulse: LEMP)

ผลกระทบแม่เหล็กไฟฟ้าของกระแสฟ้าผ่า

หมายเหตุ ให้หมายความรวมถึงเสิร์จซึ่งถูกนำมา (conducted) และทั้งผลกระทบสนามแม่เหล็กไฟฟ้าอิมพัลส์แผ่รังสี(radiated) ด้วย

3.34  เสิร์จ (surge)

คลื่นชั่วครู่ (transient wave) ซึ่งปรากฏเป็นแรงดันเกินและ/หรือกระแสเกินที่เกิดจาก LEMP

หมายเหตุ เสิร์จที่เกิดจาก LEMP สามารถเกิดขึ้นจากกระแสฟ้าผ่า (บางส่วน), จากผลกระทบการเหนี่ยวนำในวงรอบสิ่งติดตั้ง และเหลือเป็นภัยคุกคามปลายทาง (remaining threat downstream) ของ SPD

3.35  เขตการป้องกันฟ้าผ่า (lightning protection zone: LPZ)

เขตซึ่งถูกนิยามเป็นสภาพแวดล้อมแม่เหล็กไฟฟ้าฟ้าผ่า

หมายเหตุ เส้นแบ่งเขตของ LPZ ไม่จำเป็นต้องเป็นเส้นแบ่งเขตทางกายภาพ เช่น ผนัง พื้น และ เพดาน เป็นต้น

3.36  ความเสี่ยง (risk, R)

ค่าของความสูญเสีย (มนุษย์และสินค้า) โดยเฉลี่ยเป็นรายปีที่น่าจะเป็นเนื่องจากฟ้าผ่า สัมพันธ์กับค่า (มนุษย์และสินค้า) โดยรวมของวัตถุที่ต้องป้องกัน

3.37  ความเสี่ยงคลาดเคลื่อนได้ (tolerable risk, RT)

ค่าสูงสุดของความเสี่ยงซึ่งสามารถคลาดเคลื่อนสำหรับวัตถุที่ต้องป้องกัน

3.38  ระดับการป้องกันฟ้าผ่า (lightning protection level: LPL)

ตัวเลขซึ่งสัมพันธ์กับชุดของพารามิเตอร์กระแสฟ้าผ่าที่สัมพันธ์กับความน่าจะเป็นซึ่งค่าออกแบบสูงสุดร่วมกับค่าออกแบบต่ำสุดจะไม่เกินค่าฟ้าผ่าที่เกิดขึ้นตามธรรมชาติ

หมายเหตุ ใช้ระดับการป้องกันฟ้าผ่าออกแบบมาตรการการป้องกัน ตามชุดสัมพันธ์ของพารามิเตอร์กระแสฟ้าผ่า

3.39  มาตรการการป้องกัน (protection measure)

มาตรการซึ่งนำมาปรับใช้เพื่อลดความเสี่ยงในวัตถุที่ต้องป้องกัน

3.40  ระบบการป้องกันฟ้าผ่า (lightning protection system: LPS)

ระบบสมบูรณ์ซึ่งใช้เพื่อลดความเสียหายทางกายภาพเนื่องจากวาบฟ้าผ่าถึงโครงสร้าง

หมายเหตุ ระบบการป้องกันฟ้าผ่าประกอบด้วยทั้งระบบการป้องกันฟ้าผ่าภายนอกและระบบการป้องกันฟ้าผ่าภายใน

3.41  ระบบการป้องกันฟ้าผ่าภายนอก (external lightning protection system)

ส่วนของ LPS ซึ่งประกอบด้วยระบบปลายทางอากาศ ระบบตัวนำลง และระบบปลายทางดิน

3.42  ระบบการป้องกันฟ้าผ่าภายใน (internal lightning protection system)

ส่วนของ LPS ซึ่งประกอบด้วยส่วนต่อประสานให้ศักย์เท่ากันฟ้าผ่าและ/หรือฉนวนทางไฟฟ้าของ LPS ภายนอก

3.43  ระบบปลายทางอากาศ (air-termination system)

ส่วนของ LPS ภายนอกซึ่งใช้ส่วนย่อยโลหะ (metallic element) เช่น แท่งกลมโลหะ ตัวนำตาข่าย หรือเส้นลวดขึง เป็นต้น ซึ่งมีเจตนาไว้สกัดกั้น (intercept) วาบฟ้าผ่า

3.44  ระบบตัวนำลง (down-conductor system)

ส่วนของ LPS ภายนอกซึ่งมีเจตนานำกระแสฟ้าผ่าจากระบบปลายทางอากาศถึงระบบปลายทางดิน

3.45  ระบบปลายทางดิน (earth-termination system)

ส่วนของ LPS ภายนอกซึ่งมีเจตนานำและกระจายกระแสฟ้าผ่าเข้าในดิน

3.46  ส่วนนำกระแสภายนอก (external conductive part)

ชิ้นส่วนโลหะ (metal item) ซึ่งขยายออกเข้าข้างในหรือออกข้างนอกของโครงสร้างที่ต้องป้องกัน เช่น โครงท่อ, ส่วนย่อยเคเบิลโลหะ, ท่อโลหะ, เป็นต้น ซึ่งอาจนำพากระแสฟ้าผ่าส่วนหนึ่ง

3.47  ส่วนต่อประสานให้ศักย์เท่ากันฟ้าผ่า (lightning equipotential bonding)

ส่วนต่อประสานถึง LPS ของส่วนโลหะที่แยกกัน โดยสิ่งต่อนำกระแส (conductive connections) โดยตรง หรือโดยผ่านอุปกรณ์ป้องกันเสิร์จ เพื่อลดความต่างศักย์ซึ่งเกิดจากกระแสฟ้าผ่า

3.48  ลวดกำบัง (shielding wire)

ลวดโลหะซึ่งใช้เพื่อลดความเสียหายทางกายภาพเนื่องจากวาบฟ้าผ่าถึงสิ่งบริการ

3.49  ระบบมาตรการการป้องกัน LEMP (LEMP protection measure system, LPMS)

ระบบสมบูรณ์ของมาตรการการป้องกันสำหรับระบบภายในต่อ LEMP

3.50  กำบังแม่เหล็ก (magnetic shield)

สิ่งบัง (screen) ต่อเนื่องหรือคล้ายตาข่ายซึ่งเป็นโลหะปิดหุ้มวัตถุที่ต้องป้องกันทั้งหมด หรือ ส่วนของสิ่งบังดังกล่าว ที่ใช้ลดความล้มเหลวของระบบภายใน

3.51  อุปกรณ์ป้องกันเสิร์จ (surge protective device, SPD)

อุปกรณ์ซึ่งมีเจตนาจำกัดแรงดันเกินชั่วครู่และเบี่ยงเบนกระแสเสิร์จ ซึ่งประกอบด้วยส่วนประกอบไม่เป็นเชิงเส้นอย่างน้อย 1 ส่วน

3.52  การป้องกัน SPD ประสาน (coordinated SPD protection)

ชุด SPD ซึ่งได้เลือก ประสาน และติดตั้งอย่างถูกต้อง เพื่อลดความล้มเหลวของระบบภายใน

3.53  แรงดันทนอิมพัลส์ที่กำหนด (rated impulse withstand voltage, UW)

แรงดันทนอิมพัลส์ซึ่งผู้ทำกำหนดสำหรับบริภัณฑ์หรือส่วนของบริภัณฑ์ เพื่อแยกวิสัยสามารถความทนที่ระบุไว้ของฉนวนของบริภัณฑ์นั้นต่อแรงดันเกิน เป็นการเฉพาะ

หมายเหตุ วัตถุประสงค์ของมาตรฐานนี้ พิจารณาเฉพาะแรงดันทนระหว่างตัวนำมีไฟฟ้า (live conductor) กับดินเท่านั้น (IEC 60664-1: 2002)

3.54  อิมพิแดนซ์ดินธรรมดา (conventional earthing impedance)

อัตราส่วนระหว่างค่าพีกของแรงดันปลายทางดิน กับ ค่าพีกของกระแสปลายทางดิน ซึ่งโดยทั่วไปไม่เกิดขึ้นพร้อมกัน

4. พารามิเตอร์กระแสฟ้าผ่า

พารามิเตอร์กระแสฟ้าผ่าซึ่งใช้ในอนุกรมมาตรฐานผลิตอุตสาหกรรมนี้ มีกำหนดให้ไว้ในภาคผนวก ก.

ฟังก์ชันเวลาของกระแสฟ้าผ่าที่ต้องใช้เพื่อการวิเคราะห์ มีกำหนดให้ไว้ในภาคผนวก ข.

ข้อแนะนะสำหรับการจำลองของกระแสฟ้าผ่าเพื่อการทดสอบ มีกำหนดให้ไว้ในภาคผนวก ค.

พารามิเตอร์พื้นฐานที่ต้องใช้ในห้องปฏิบัติการเพื่อจำลองผลกระทบของฟ้าผ่าต่อส่วนประกอบ LPS มีกำหนดให้ไว้ในภาคผนวก ง.

ข้อแนะนำเกี่ยวกับเสิร์จเนื่องจากฟ้าผ่าที่จุดติดตั้งต่างกัน มีกำหนดให้ไว้ในภาคผนวก จ.

5. ความเสียหายเนื่องจากฟ้าผ่า

5.1 ความเสียหายแก่โครงสร้าง

ฟ้าผ่าเป็นผลร้ายต่อโครงสร้างสามารถทำให้เกิดความเสียหายแก่โครงสร้างเอง และแก่ผู้ครอบครองและสิ่งอยู่ภายในโครงสร้าง รวมทั้งความล้มเหลวของระบบภายใน ความเสียหายและความล้มเหลวอาจยังขยายถึงสิ่งอยู่โดยรอบของโครงสร้างและแม้ยังก่อให้เกิดผลร้ายแก่สภาพแวดล้อมบริเวณนั้น สัดส่วน (scale) ของการขยายความเสียหายขึ้นอยู่กับลักษณะเฉพาะของโครงสร้างและลักษณะเฉพาะของวาบฟ้าผ่า

5.1.1 ผลกระทบของฟ้าผ่าต่อโครงสร้าง

ลักษณะเฉพาะอันเป็นสาระสำคัญของโครงสร้างเกี่ยวเนื่องกับผลกระทบฟ้าผ่าให้รวมทั้ง

-  สิ่งสร้าง (เช่น สิ่งสร้างที่ทำด้วยไม้ อิฐ คอนกรีต คอนกรีตเสริมเหล็ก หรือโครงเหล็ก เป็นต้น)

-  สิ่งใช้ประโยชน์ (บ้านอยู่อาศัย สำนักงาน ฟาร์ม โรงมหรสพ โรงแรม โรงเรียน โรงพยาบาล พิพิธภัณฑ์ โบสถ์ เรือนจำ ห้างสรรพสินค้า ธนาคาร โรงงาน โรงงานอุตสาหกรรม พื้นที่เล่นกีฬา)

-  ผู้อยู่อาศัยและสิ่งอยู่ภายใน (คนและสัตว์ การมีวัตถุติดไฟหรือวัตถุไม่ติดไฟ วัตถุระเบิดหรือวัตถุไม่ระเบิด ระบบภายในที่มีแรงดันทนอิมพัลส์ต่ำหรือแรงดันทนอิมพัลส์สูง)

-  สิ่งบริการซึ่งต่ออยู่ (สายไฟฟ้ากำลัง, สายไฟฟ้าสื่อสาร, เส้นท่อ)

-  มาตรการการป้องกันที่จัดให้มีอยู่ (เช่น มาตรการการป้องกันเพื่อลดความเสียหายทางกายภาพและความเสี่ยงอันตรายต่อชีวิต, มาตรการการป้องกันเพื่อลดความล้มเหลวของระบบภายใน เป็นต้น)

-  สัดส่วนของการขยายอันตราย (โครงสร้างมีความยากต่อการอพยพผู้คน หรือ โครงสร้างที่อาจก่อความตื่นตระหนก, โครงสร้างอันตรายแก่สิ่งอยู่โดยรอบ, โครงสร้างอันตรายแก่สภาพแวดล้อม)

ตารางที่ 1 รายงานผลกระทบของฟ้าผ่าตามต้นแบบต่าง ๆ ของโครงสร้าง

ตารางที่ 1 ผลกระทบของฟ้าผ่าต่อโครงสร้างต้นแบบ

(ข้อ 5.1.1)

ต้นแบบของโครงสร้างตาม สิ่งใช้ประโยชน์และ/หรือสิ่งอยู่ ภายใน	ผลกระทบของฟ้าผ่า
บ้านอยู่อาศัย	-  การเจาะทะลุของสิ่งติดตั้งทางไฟฟ้า อัคคีภัย และความเสียหายวัสดุ -  ความเสียหายซึ่งตามปกติจำกัดที่วัตถุซึ่งเปิดโล่งต่อจุดฟ้าผ่าหรือต่อเส้นทางกระแสฟ้าผ่า -  ความล้มเหลวของบริภัณฑ์ไฟฟ้าอิเล็กทรอนิกส์ และระบบที่ติดตั้ง (เช่น เครื่องรับโทรทัศน์ คอมพิวเตอร์ โมเด็ม โทรศัพท์ เป็นต้น)
อาคารฟาร์ม	-  ความเสี่ยงขั้นแรกด้านอัคคีภัยและแรงดันก้าวเสี่ยงอันตราย ทั้งความเสียหายวัสดุอีกด้วย -  ความเสี่ยงขั้นรองเนื่องจากความสูญเสียกำลังไฟฟ้า, และความเสี่ยงอันตรายต่อชีวิตปศุสัตว์เนื่องจากความล้มเหลวของการควบคุมอิเล็กทรอนิกส์ของระบบระบายอากาศและระบบการจ่ายอาหาร และอื่น ๆ
โรงมหรสพ โรงแรม โรงเรียน ห้างสรรพสินค้า พื้นที่เล่นกีฬา	-  ความเสียหายแก่สิ่งติดตั้งทางไฟฟ้า (เช่น ไฟฟ้าส่องสว่าง เป็นต้น) มักก่อความตื่นตระหนก -  ความล้มเหลวของสัญญาณแจ้งเหตุเพลิงไหม้อันเป็นผลให้มาตรการผจญเพลิงล่าช้า
ธนาคาร บริษัทประกันภัย บริษัทธุรกิจ เป็นต้น	เช่นเดียวกับข้างต้น เพิ่มปัญหาอันเป็นผลมาจากความสูญเสียการสื่อสาร ความล้มเหลวของคอมพิวเตอร์ และความสูญเสียข้อมูล
โรงพยาบาล สถานพยาบาล เรือนจำ	เช่นเดียวกับข้างต้น เพิ่มปัญหาของผู้ป่วยในภายใต้การอภิบาลอย่างใกล้ชิด (intensive care) และยากต่อการช่วยชีวิตคนเข้าเฝือกหรือคนเคลื่อนไหวไม่ได้
สถานประกอบการอุตสาหกรรม	ผลกระทบเพิ่มเติมซึ่งขึ้นอยู่กับสิ่งอยู่ภายในโรงงาน ตั้งแต่ความเสียหายเล็กน้อยจนถึงขั้นยอมรับไม่ได้และความสูญเสียการผลิต
พิพิธภัณฑ์และแหล่งโบราณสถาน โบสถ์	ความสูญเสียมรดกทางวัฒนธรรมซึ่งไม่อาจทดแทนได้
ศูนย์โทรคมนาคม โรงไฟฟ้า	ความสูญเสียด้านสิ่งบริการแก่สาธารณะซึ่งยอมรับไม่ได้
โรงงานดอกไม้ไฟ โรงงานยุทโธปกรณ์	ผลต่อเนื่องจากไฟและการระเบิดแก่โรงงานและสิ่งอยู่โดยรอบโรงงาน
โรงงานเคมี โรงกลั่น โรงงานนิวเคลียร์ โรงงานและห้องปฏิบัติการชีวเคมี	ไฟและการทำหน้าที่ผิดของโรงงานด้วยความทรุดโทรมต่อเนื่อง (detrimental consequence) แก่สภาพแวดล้อมเฉพาะถิ่นและเป็นวงกว้าง

 

5.1.2 ต้นกำเนิดและต้นแบบของความเสียหายแก่โครงสร้าง

กระแสฟ้าผ่าเป็นต้นกำเนิดของความเสียหาย ให้คำนึงถึงสถานการณ์ดังต่อไปนี้ซึ่งขึ้นอยู่กับตำแหน่งของจุดฟ้าผ่าสัมพันธ์กับโครงสร้างที่พิจารณา

-  S1: วาบถึงโครงสร้าง

-  S2: วาบใกล้โครงสร้าง

-  S3: วาบถึงสิ่งบริการซึ่งต่อถึงโครงสร้าง

-  S4: วาบใกล้สิ่งบริการซึ่งต่อถึงโครงสร้าง

วาบถึงโครงสร้างสามารถทำให้เกิด

-  ความเสียหายทางกลโดยตรง, ไฟและ/หรือการระเบิดเนื่องจากอาร์กพลาสมาฟ้าผ่าร้อนในตัวเอง, เนื่องจากกระแสฟ้าผ่าทำให้เกิดความร้อนโอห์มของตัวนำ (ตัวนำร้อนเกิน), หรือเนื่องจากประจุทำให้เกิดการกร่อนอาร์ก (โลหะหลอมเหลว)

-  ไฟและ/หรือการระเบิด จุดขึ้นโดยประกายไฟเนื่องจากแรงดันเกินอันเป็นผลมาจากการคู่ควบความเหนี่ยวนำและความต้านทาน และเพื่อการผ่านของกระแสฟ้าผ่าส่วนหนึ่ง

-  การบาดเจ็บแก่ประชาชน เนื่องจากแรงดันแตะและแรงดันก้าวอันเป็นผลมาจากการคู่ควบความเหนี่ยวนำและความต้านทาน

-  ความล้มเหลวระบบภายในหรือการทำหน้าที่ผิดของระบบภายใน เนื่องจาก LEMP

วาบใกล้โครงสร้างสามารถทำให้เกิด

-  ความล้มเหลวระบบภายในหรือการทำหน้าที่ผิดของระบบภายใน เนื่องจาก LEMP

วาบถึงสิ่งบริการซึ่งต่อถึงโครงสร้างสามารถทำให้เกิด

-  ไฟและ/หรือการระเบิด จุดขึ้นโดยประกายไฟเนื่องจากแรงดันเกินและกระแสฟ้าผ่าที่ส่งผ่านสิ่งบริการซึ่งต่ออยู่

-  การบาดเจ็บแก่ประชาชน เนื่องจากแรงดันแตะภายในโครงสร้างอันเป็นผลมาจากกระแสฟ้าผ่าที่ส่งผ่านสิ่งบริการซึ่งต่ออยู่

-  ความล้มเหลวระบบภายในหรือการทำหน้าที่ผิดของระบบภายใน เนื่องจากแรงดันเกินที่ปรากฏแก่สายไฟฟ้าซึ่งต่ออยู่และที่ส่งผ่านถึงโครงสร้าง

วาบใกล้สิ่งบริการซึ่งต่อถึงโครงสร้างสามารถทำให้เกิด

-  ความล้มเหลวระบบภายในหรือการทำหน้าที่ผิดของระบบภายใน เนื่องจากแรงดันเกินที่เหนี่ยวนำบนสายไฟฟ้าซึ่งต่ออยู่และที่ส่งผ่านถึงโครงสร้าง

หมายเหตุ 1. การทำหน้าที่ผิดของระบบภายในไม่ครอบคลุมโดยอนุกรม IEC 62305 อ้างอิงถึง IEC 61000-4-5

หมายเหตุ 2. เฉพาะประกายไฟซึ่งนำพากระแสฟ้าผ่า (ทั้งหมดหรือบางส่วน) เท่านั้นที่สามารถทำให้จุดไฟได้

หมายเหตุ 3. วาบฟ้าผ่าโดยตรงถึงหรือใกล้เส้นท่อขาเข้า ไม่ทำให้เกิดความเสียหายแก่โครงสร้าง ถ้าเส้นท่อขาเข้าถูกต่อประสานถึงตัวนำแท่งศักย์เท่ากัน (equipotential bar) ของโครงสร้างนั้น (ดู IEC 62305-3)

โดยสรุป ฟ้าผ่าสามารถทำให้เกิดความเสียหายพื้นฐานได้ 3 ต้นแบบ ดังนี้

-  D1: การบาดเจ็บของสิ่งมีชีวิต เนื่องจากแรงดันแตะและแรงดันก้าว

-  D2: ความเสียหายทางกายภาพ (เช่น ไฟ การระเบิด การทำลายทางกล การปล่อยสารเคมี เป็นต้น)เนื่องจากผลกระทบทางความร้อนของกระแสฟ้าผ่า รวมทั้งการเกิดประกายไฟ

-  D3: ความล้มเหลวของระบบภายในเนื่องจาก LEMP

5.2 ความเสียหายแก่สิ่งบริการ

ฟ้าผ่าซึ่งเป็นผลร้ายแก่สิ่งบริการสามารถทำให้เกิดความเสียหายแก่ตัวกลางทางกายภาพเอง (สายไฟฟ้าหรือท่อ) ซึ่งใช้เป็นสิ่งบริการ และทั้งบริภัณฑ์ไฟฟ้าอิเล็กทรอนิกส์ซึ่งต่ออยู่ด้วย

หมายเหตุ สิ่งบริการที่ต้องพิจารณา คือ สิ่งต่อทางกายภาพระหว่าง

-   สำหรับสายไฟฟ้าสื่อสาร (TLC): อาคารชุมสายโทรคมนาคม กับ อาคารของผู้ใช้บริการ 1 หลัง หรืออาคารชุมสายโทรคมนาคม 2 หลัง หรือ อาคารผู้ใช้บริการ 2 หลัง

-   สำหรับสายไฟฟ้าสื่อสาร (TLC): อาคารชุมสายโทรคมนาคมหรืออาคารของผู้ใช้บริการ กับ สถานีเชื่อมโยง 1 สถานี หรือ สถานีเชื่อมโยง 2 สถานี

-   สำหรับสายไฟฟ้ากำลัง: สถานีไฟฟ้าย่อยแรงสูง กับ อาคารของผู้ใช้บริการ

-   สำหรับท่อ: สถานีจ่ายไฟฟ้าประธาน กับ อาคารของผู้ใช้บริการ

สัดส่วนของการขยายความเสียหายนี้ขึ้นอยู่กับลักษณะเฉพาะของสิ่งบริการ, กับต้นแบบและการขยายของระบบภายใน และกับลักษณะเฉพาะของวาบฟ้าผ่า

5.2.1 ผลกระทบของฟ้าผ่าต่อสิ่งบริการ

ลักษณะเฉพาะอันเป็นสาระสำคัญของสิ่งบริการเกี่ยวเนื่องกับผลกระทบของฟ้าผ่าให้รวมทั้ง

-  สิ่งสร้าง (สายไฟฟ้า: เหนือศีรษะ, ใต้ดิน, มีสิ่งบัง, ไม่มีสิ่งบัง, เส้นใยนำแสง; ท่อ: เหนือดิน, ฝัง, เป็นโลหะ, เป็นพลาสติก)

-  สิ่งใช้ประโยชน์ (สายไฟฟ้าสื่อสาร, สายไฟฟ้ากำลัง, เส้นท่อ)

-  โครงสร้างซึ่งรับการจ่าย (สิ่งสร้าง, สิ่งอยู่ภายใน, มิติ, ตำแหน่ง)

-  มาตรการการป้องกันที่จัดให้มีอยู่ (เช่น ลวดกำบัง, SPD, ทางซ้ำสำรอง, ระบบเก็บของไหล, ชุดเครื่องกำเนิดไฟฟ้า, ระบบกำลังไฟฟ้าต่อเนื่อง (UPS) เป็นต้น)

ตารางที่ 2 รายงานผลกระทบของฟ้าผ่าตามต้นแบบต่าง ๆ ของสิ่งบริการ

ตารางที่ 2 ผลกระทบของฟ้าผ่าต่อสิ่งบริการต้นแบบ

(ข้อ 5.2.1)

ต้นแบบของสิ่งบริการ	ผลกระทบของฟ้าผ่า
สายไฟฟ้าสื่อสาร	-  ความเสียหายทางกลแก่สายไฟฟ้าสื่อสาร, การหลอมเหลวของสิ่งบังและตัวนำ, การเสียสภาพฉับพลันของฉนวนของเคเบิลและบริภัณฑ์ นำสู่ความล้มเหลวด้วยความสูญเสียของสิ่งบริการทันที เป็นขั้นแรก -  ความล้มเหลวด้านเคเบิลใยนำแสงด้วยความเสียหายของเคเบิลเส้นใยนำแสง แต่ไม่มีความสูญเสียของสิ่งบริการ เป็นขั้นรอง
สายไฟฟ้ากำลัง	ความเสียหายแก่ลูกถ้วยไฟฟ้าของสายไฟฟ้าเหนือศีรษะแรงต่ำ, การเจาะทะลุของฉนวนของสายเคเบิลไฟฟ้า, การเสียสภาพฉับพลันของฉนวนของบริภัณฑ์สายไฟฟ้าและของหม้อแปลงไฟฟ้า, ด้วยความสูญเสียต่อเนื่องของสิ่งบริการ
ท่อน้ำ	ความเสียหายแก่บริภัณฑ์ควบคุมไฟฟ้าและบริภัณฑ์ควบคุมอิเล็กทรอนิกส์ ซึ่งมักจะทำให้เกิดความสูญเสียของสิ่งบริการ
ท่อก๊าซ ท่อน้ำมัน	-  การเจาะทะลุของปะเก็นหน้าแปลนอโลหะ ซึ่งมักจะทำให้เกิดไฟและ/หรือการระเบิด -  ความเสียหายแก่บริภัณฑ์ควบคุมไฟฟ้าและบริภัณฑ์ควบคุมอิเล็กทรอนิกส์ ซึ่งมักจะทำให้เกิดความสูญเสียของสิ่งบริการ

5.2.2 ต้นกำเนิดและต้นแบบของความเสียหายแก่สิ่งบริการ

กระแสฟ้าผ่าเป็นต้นกำเนิดของความเสียหาย ให้คำนึงถึงสถานการณ์ดังต่อไปนี้ซึ่งขึ้นอยู่กับตำแหน่งของจุดฟ้าผ่าสัมพันธ์กับโครงสร้างที่พิจารณา

-  S1: วาบถึงโครงสร้างซึ่งรับการจ่าย

-  S3: วาบถึงสิ่งบริการซึ่งต่อถึงโครงสร้าง

-  S4: วาบใกล้สิ่งบริการซึ่งต่อถึงโครงสร้าง

วาบถึงโครงสร้างซึ่งรับการจ่ายสามารถทำให้เกิด

-  การหลอมเหลวของลวดโลหะและของสิ่งบังเคเบิล เนื่องจากกระแสฟ้าผ่าบางส่วนไหลเข้าในสิ่งบริการ (อันเป็นผลมาจากการเกิดความร้อนความต้านทาน)

-  การเสียสภาพฉับพลันของฉนวนของสายไฟฟ้าและของบริภัณฑ์ซึ่งต่ออยู่ เนื่องจากการคู่ควบความต้านทาน

-  การเจาะทะลุของปะเก็นอโลหะในหน้าแปลนของท่อ และทั้งปะเก็นในข้อต่อฉนวน (insulating joint) ด้วย

หมายเหตุ 1. เคเบิลเส้นใยนำแสงไม่มีตัวนำโลหะ ไม่รับผลร้ายจากวาบฟ้าผ่าผ่าโครงสร้างซึ่งรับการจ่าย

วาบถึงสิ่งบริการซึ่งต่อถึงโครงสร้างสามารถทำให้เกิด

-  ความเสียหายทางกลโดยตรงของลวดโลหะหรือท่อโลหะ เนื่องจากความเค้นพลศาสตร์ไฟฟ้าหรือผลกระทบทางความร้อนซึ่งเกิดจากกระแสฟ้าผ่า (การขาดและ/หรือการหลอมเหลวของลวดโลหะ สิ่งบังโลหะ หรือท่อโลหะ) และเนื่องจากความร้อนของอาร์กพลาสมาฟ้าผ่านั้นเอง (การเจาะทะลุของฝาครอบป้องกันพลาสติก)

-  ความเสียหายทางไฟฟ้าโดยตรงของสายไฟฟ้า (การเสียสภาพฉับพลันของฉนวน) และของบริภัณฑ์ซึ่งต่ออยู่

-  การเจาะทะลุของท่อโลหะบางเหนือศีรษะและของปะเก็นอโลหะในหน้าแปลน ตรงที่ผลต่อเนื่องอาจขยายเป็นไฟและการระเบิดซึ่งขึ้นอยู่กับธรรมชาติของของไหลพาไป

วาบใกล้สิ่งบริการซึ่งต่อถึงโครงสร้างสามารถทำให้เกิด

-  การเสียสภาพฉับพลันของฉนวนของสายไฟฟ้าและของบริภัณฑ์ซึ่งต่ออยู่ เนื่องจากการคู่ควบความเหนี่ยวนำ (แรงดันเกินเหนี่ยวนำ)

หมายเหตุ 2. เคเบิลเส้นใยนำแสงไม่มีตัวนำโลหะ ไม่รับผลร้ายจากวาบฟ้าผ่าผ่าดิน

โดยสรุป ฟ้าผ่าสามารถทำให้เกิดความเสียหายพื้นฐาน 2 ต้นแบบ ดังนี้

-  D2: ความเสียหายทางกายภาพ (เช่น ไฟ การระเบิด การทำลายทางกล การปล่อยสารเคมี เป็นต้น) เนื่องจากผลกระทบทางความร้อนของกระแสฟ้าผ่า

-  D3: ความล้มเหลวของระบบภายในเนื่องจาก LEMP

5.3    ต้นแบบของความสูญเสีย

ความเสียหายเพียงต้นแบบเดียวหรือร่วมเป็นชุดกับความเสียหายอื่น ๆ อาจก่อให้เกิดความสูญเสียต่อเนื่องต่างกันในวัตถุที่ต้องป้องกัน ต้นแบบของความสูญเสียซึ่งอาจเกิดขึ้นขึ้นอยู่กับลักษณะเฉพาะของวัตถุที่ต้องป้องกันนั้นเอง

มาตรฐานนี้มีวัตถุประสงค์พิจารณาต้นแบบของความสูญเสีย ดังนี้

-  L1: ความสูญเสียของชีวิตมนุษย์

-  L2: ความสูญเสียของสิ่งบริการแก่สาธารณะ

-  L3: ความสูญเสียของมรดกทางวัฒนธรรม

-  L4: ความสูญเสียของค่าทางเศรษฐกิจ (โครงสร้างและสิ่งอยู่ภายในโครงสร้าง, สิ่งบริการและความสูญเสียของงานบริการ)

ความสูญเสียต้นแบบ L1, L2, และ L3 อาจพิจารณาเป็นความสูญเสียของค่าทางสังคม ส่วนความสูญเสียต้นแบบ L4 อาจพิจารณาเป็นความสูญเสียทางเศรษฐกิจแท้ ๆ

ความสูญเสียที่อาจปรากฏในโครงสร้าง ได้แก่

-  L1: ความสูญเสียของชีวิตมนุษย์

-  L2: ความสูญเสียของสิ่งบริการแก่สาธารณะ

-  L3: ความสูญเสียของมรดกทางวัฒนธรรม

-  L4: ความสูญเสียของค่าทางเศรษฐกิจ (โครงสร้างและสิ่งอยู่ภายในโครงสร้าง)

ความสูญเสียที่อาจปรากฏในสิ่งบริการ ได้แก่

-  L2: ความสูญเสียของสิ่งบริการแก่สาธารณะ

-  L4: ความสูญเสียของค่าทางเศรษฐกิจ (สิ่งบริการและความสูญเสียของงานบริการ)

หมายเหตุ ความสูญเสียของชีวิตมนุษย์ในสิ่งบริการ ไม่มีการพิจารณาในมาตรฐานนี้

ตารางที่ 3 รายงานความสัมพันธ์ระหว่างต้นกำเนิดของความเสียหาย ต้นแบบของความเสียหาย และต้นแบบของความสูญเสีย, สำหรับโครงสร้าง

ตารางที่ 4 รายงานความสัมพันธ์ระหว่างต้นกำเนิดของความเสียหาย ต้นแบบของความเสียหาย และต้นแบบของความสูญเสีย, สำหรับสิ่งบริการ

ตารางที่ 3 ความเสียหายและความสูญเสียในโครงสร้างตามจุดฟ้าผ่า

(ข้อ 5.3)

จุดฟ้าผ่า	ภาพแสดงจุดฟ้าผ่า	ต้นกำเนิดของ ความเสียหาย	ต้นแบบของ ความเสียหาย	ต้นแบบของ ความสูญเสีย
โครงสร้าง		S1	D1 D2 D3	L1, L4** L1, L2, L3, L4 L1*, L2, L4
ใกล้โครงสร้าง		S2	D3	L1*, L2, L4
สิ่งบริการซึ่งต่อถึง โครงสร้าง		S3	D1 D2 D3	L1, L4** L1, L2, L3, L4 L1*, L2, L4
ใกล้สิ่งบริการ		S4	D3	L1*, L2, L4
*    เฉพาะโครงสร้างมีความเสี่ยงด้านการระเบิด และเฉพาะโรงพยาบาลหรือโครงสร้างอื่น ๆ ตรงที่ความล้มเหลวของระบบภายในเป็นอันตรายต่อชีวิตมนุษย์โดยตรง **   เฉพาะทรัพย์สินตรงที่อาจมีความสูญเสียเกี่ยวกับสัตว์

 

ตารางที่ 4 ความเสียหายและความสูญเสียในสิ่งบริการตามจุดฟ้าผ่า

(ข้อ 5.3 และตารางที่ 7)

จุดฟ้าผ่า	ต้นกำเนิดของความสูญเสีย	ต้นแบบของความเสียหาย	ต้นแบบของความสูญเสีย
สิ่งบริการ	S3	D2 D3	L2, L4
ใกล้สิ่งบริการ	S4	D3
โครงสร้างซึ่งรับการจ่าย	S1	D2 D3

 

ต้นแบบของความสูญเสียอันเป็นผลมาจากต้นแบบของความเสียหายและความเสี่ยงสมนัยมีรายงานไว้ในรูปที่ 1

¹⁾ เฉพาะโครงสร้าง

²⁾ เฉพาะโรงพยาบาลหรือโครงสร้างอื่น ๆ ตรงที่ความล้มเหลวของระบบภายในเป็นอันตรายต่อชีวิตมนุษย์โดยตรง

³⁾ เฉพาะทรัพย์สินตรงที่อาจมีความสูญเสียเกี่ยวกับสัตว์

รูปที่ 1 ต้นแบบของความสูญเสียและความเสี่ยงสมนัยอันเป็นผลมาจากต้นแบบของความเสียหายต่างกัน

(ข้อ 5.3)

6. ความจำเป็นและความเหมาะสมทางเศรษฐกิจสำหรับการป้องกันฟ้าผ่า

6.1    ความจำเป็นสำหรับการป้องกันฟ้าผ่า

ต้องหาค่าความจำเป็นสำหรับการป้องกันฟ้าผ่าของวัตถุที่ต้องป้องกันเพื่อลดความสูญเสียด้านค่าทางสังคม L1, L2 และ L3

เพื่อหาค่าว่าจำเป็นต้องมีการป้องกันฟ้าผ่าของวัตถุหรือไม่ ให้ประเมินความเสี่ยงตามลำดับขั้นตอนตาม IEC 62305-2 โดยคำนึงถึงความเสี่ยงต่อไปนี้ให้สอดคล้องกับต้นแบบของความสูญเสียตามข้อ 5.3

-  R₁: ความเสี่ยงด้านความสูญเสียของชีวิตมนุษย์

-  R₂: ความเสี่ยงด้านความสูญเสียของสิ่งบริการแก่สาธารณะ

-  R₃: ความเสี่ยงด้านความสูญเสียของมรดกทางวัฒนธรรม

จำเป็นต้องป้องกันฟ้าผ่า ถ้าความเสี่ยง R (R₁ ถึง R₃) มีค่าสูงกว่าระดับความเสี่ยงคลาดเคลื่อนได้ R_T

R > R_T

ในกรณีเช่นนี้ ต้องนำมาตรการการป้องกันฟ้าผ่ามาปรับใช้เพื่อลดความเสี่ยง R (R₁ ถึง R₃) ให้ลงถึงระดับความเสี่ยงคลาดเคลื่อนได้ R_T

R ≤ R_T

ถ้าปรากฏว่าอาจมีความสูญเสียมากกว่า 1 ต้นแบบ ในวัตถุที่ต้องป้องกัน ความสูญเสียแต่ละต้นแบบ (L1, L2 และ L3) ต้องเป็นที่น่าพอใจตาม R ≤ R_T

ฟ้าผ่าอาจทำความสูญเสียด้านค่าทางสังคมหลายด้าน จึงสมควรอยู่ในความรับผิดชอบของหน่วยงานระดับชาติที่มีเจ้าหน้าที่ควบคุมค่าของความเสี่ยงคลาดเคลื่อนได้ RT

หมายเหตุ 1. หน่วยงานระดับชาติที่มีเจ้าหน้าที่ควบคุมตามกฎหมายอาจระบุความจำเป็นว่าต้องมีการป้องกันฟ้าผ่าสำหรับการใช้งานจำเพาะอย่างโดยไม่กำหนดการประเมินความเสี่ยง กล่าวคือ หน่วยงานระดับชาติที่มีเจ้าหน้าที่ควบคุมตามกฎหมายจะระบุระดับการป้องกันฟ้าผ่าตามข้อกำหนด แต่ในบางกรณีอาจนำการประเมินความเสี่ยงมาใช้เป็นกลวิธีละเว้นข้อกำหนดเหล่านี้

หมายเหตุ 2. ข้อแนะนำละเอียดด้านการประเมินความเสี่ยงและด้านลำดับขั้นตอนสำหรับการเลือกมาตรการการป้องกันมีรายงานไว้ใน IEC 62035-2

6.2    ความเหมาะสมทางเศรษฐกิจของการป้องกันฟ้าผ่า

6.2.1 นอกจากความจำเป็นสำหรับการป้องกันฟ้าผ่าสำหรับวัตถุที่ต้องป้องกันแล้ว ยังอาจเป็นประโยชน์เพื่อหาค่าผลประโยชน์ทางเศรษฐกิจของมาตรการการป้องกันที่จัดให้มีเพื่อลดความสูญเสียทางเศรษฐกิจ L4

6.2.2 ในกรณีนี้ สมควรประเมินค่าความเสี่ยงด้านความสูญเสียทางเศรษฐกิจ R₄ การประเมินความเสี่ยง R₄ ย่อมหาค่าต้นทุนของความสูญเสียทางเศรษฐกิจทั้งที่มีและไม่มีมาตรการการป้องกันที่นำมาปรับใช้

6.2.3 การป้องกันฟ้าผ่าเป็นความคุ้มค่าการลงทุน ถ้าผลรวมของต้นทุน C_RL ของความสูญเสียตกค้างในการมีมาตรการการป้องกันและต้นทุน C_PM ของมาตรการการป้องกันต่ำกว่าต้นทุน C_L ของความสูญเสียโดยรวมที่ไม่มีมาตรการการป้องกัน

C_RL + C_PM < C_L

หมายเหตุ ข้อแนะนำละเอียดด้านการหาค่าความเหมาะสมทางเศรษฐกิจของการป้องกันฟ้าผ่า มีรายงานไว้ใน IEC 62305-2

7. มาตรการการป้องกัน

อาจรับมาตรการการป้องกันมาปรับใช้เพื่อลดความเสี่ยงตามต้นแบบของความเสียหาย

7.1    มาตรการการป้องกันเพื่อลดการบาดเจ็บของสิ่งมีชีวิตเนื่องจากแรงดันแตะและแรงดันก้าว

มาตรการการป้องกันที่เป็นไปได้ให้รวมทั้ง

-  ฉนวนของส่วนนำกระแสเปิดโล่ง (exposed conductive part) เพียงพอ

-  การทำให้ศักย์เท่ากัน (equipotentialization) ด้วยระบบดินตาข่าย (meshed earthing system)

-  ข้อจำกัดทางกายภาพและประกาศเตือน

หมายเหตุ 1. การทำให้ศักย์เท่ากันไม่มีประสิทธิผลต่อแรงดันแตะ

หมายเหตุ 2. การเพิ่มขึ้นของสภาพความต้านทานพื้นผิว (surface resistivity) ของเนื้อดินภายในและภายนอกโครงสร้างอาจลดความเสี่ยงอันตรายต่อชีวิต (ดู IEC 62035-3 Clause 8)

7.2    มาตรการการป้องกันเพื่อลดความเสียหายทางกายภาพ

มาตรการการป้องกันที่เป็นไปได้ให้รวมทั้ง

(ก) สำหรับโครงสร้าง

-  ระบบการป้องกันฟ้าผ่า (LPS)

หมายเหตุ 1. เมื่อติดตั้ง LPS การทำให้ศักย์เท่ากันเป็นมาตรการสำคัญยิ่งเพื่อลดอัคคีภัยและการระเบิดและความเสี่ยงอันตรายต่อชีวิต ดูรายละเอียดเพิ่มเติมตาม IEC 62035-3

หมายเหตุ 2. สิ่งเตรียม (provision) จำกัดการพัฒนาและการลุกลามของไฟ เช่น ห้องหรือส่วนกั้นแยกทนไฟ (fireproof compartment) เครื่องดับเพลิง หัวดับเพลิง สิ่งติดตั้งแจ้งเหตุเพลิงไหม้และดับเพลิง เป็นต้น อาจลดความสูญเสียทางกายภาพ

หมายเหตุ 3. จัดทางหนีป้องกันไว้ป้องกันคน

(ข) สำหรับสิ่งบริการ

-  ลวดกำบัง

หมายเหตุ 4. สำหรับเคเบิลฝังดิน กำหนดให้ท่อร้อยสายโลหะ เป็น สิ่งป้องกันประสิทธิผลดีมาก

7.3    มาตรการการป้องกันเพื่อลดความล้มเหลวของระบบภายใน

มาตรการการป้องกันที่เป็นไปได้ให้รวมทั้ง

(ก) สำหรับโครงสร้าง

-  ระบบมาตรการการป้องกัน LEMP (LPMS) ต้องใช้มาตรการหนึ่งหรือหลายมาตรการต่อไปนี้

•  มาตรการการต่อประสานและมาตรการการต่อกับดิน

• การกำบังแม่เหล็ก

• การจัดทางเดินสายไฟฟ้า

• “การป้องกัน SPD ประสาน”

(ข) สำหรับสิ่งบริการ

-  อุปกรณ์ป้องกันเสิร์จ (SPDs) ที่ตำแหน่งต่างกันตลอดทางตามความยาวของสายไฟฟ้าและที่สิ่งต่อปลายสายไฟฟ้า (line termination)

-  กำบังแม่เหล็กของเคเบิล

หมายเหตุ 1. สำหรับเคเบิลฝังดิน การจัดให้มีสิ่งบังโลหะต่อเนื่องที่มีความหนาเพียงพอ เป็น สิ่งป้องกันประสิทธิผลดีมาก

หมายเหตุ 2. ทางซ้ำสำรอง, บริภัณฑ์ซ้ำสำรอง, ชุดกำเนิดไฟฟ้ากำลังอิสระ, ระบบกำลังไฟฟ้าต่อเนื่อง (UPS), ระบบเก็บของไหล และระบบตรวจหาความล้มเหลวอัตโนมัติ เป็น มาตรการการป้องกันประสิทธิผลเพื่อลดความสูญเสียการให้บริการของสิ่งบริการ (activity of service)

หมายเหตุ 3. แรงดันทนที่เพิ่มขึ้นของฉนวนของบริภัณฑ์และเคเบิล เป็น มาตรการการป้องกันประสิทธิผลต่อความล้มเหลวเนื่องจากแรงดันเกิน

7.4    การเลือกมาตรการการป้องกัน

ผู้ออกแบบและผู้เป็นเจ้าของต้องเลือกมาตรการการป้องกันให้เหมาะสมที่สุด ตามต้นแบบและปริมาณของแต่ละต้นแบบของความเสียหาย และตามลักษณะทางเทคนิคและลักษณะทางเศรษฐกิจของมาตรการการป้องกันที่ต่างกัน

เกณฑ์สำหรับการประเมินความเสี่ยงและสำหรับการเลือกมาตรการการป้องกันให้เหมาะสมที่สุด มีกำหนดให้ไว้ใน IEC 62035-2

มาตรการการป้องกันเป็นประสิทธิผล ถ้ามาตรการนั้นเป็นไปตามข้อกำหนดตามมาตรฐานเกี่ยวเนื่องและสามารถทนความเค้นซึ่งคาดหมายในสถานที่ติดตั้งมาตรการการป้องกัน ได้

8. เกณฑ์พื้นฐานสำหรับการป้องกันของโครงสร้างและสิ่งบริการ

การป้องกันอุดมคติสำหรับโครงสร้างและสิ่งบริการสมควรต้องห่อหุ้มวัตถุที่ต้องป้องกันไว้ภายในกำบังซึ่งมีความหนาเพียงพอในการนำกระแสต่อเนื่องอย่างสมบูรณ์และต่อกับดิน และโดยการจัดให้มีส่วนต่อประสานเพียงพอของสิ่งบริการซึ่งต่อถึงโครงสร้างเอาไว้ ที่จุดทางเข้าเข้าในกำบังนั้น

การเช่นนี้จึงสามารถป้องกันการเจาะทะลุของกระแสฟ้าผ่าและไม่ให้สนามแม่เหล็กไฟฟ้าที่สัมพันธ์เข้าไปในวัตถุที่ต้องป้องกัน และป้องกันผลกระทบทางความร้อนอันตรายและผลกระทบพลศาสตร์ไฟฟ้าของกระแสฟ้าผ่า และทั้งประกายไฟอันตรายและแรงดันเกินสำหรับระบบภายในด้วย

ในทางปฏิบัติ มักเป็นไปไม่ได้หรือไม่คุ้มค่าการลงทุนที่จะจัดให้มีการป้องกันเหมาะที่สุด (optimum protection)การขาดความต่อเนื่องของกำบังและ/หรือความหนาไม่เพียงพอของกำบังยอมให้กระแสฟ้าผ่าเจาะทะลุกำบัง ทำให้เกิด

-  ความเสียหายทางกายภาพและความเสี่ยงอันตรายต่อชีวิต

-  ความล้มเหลวของระบบภายใน

-  ความล้มเหลวของสิ่งบริการและของระบบซึ่งต่ออยู่

ต้องออกแบบมาตรการการป้องกันเพื่อนำมาปรับใช้ลดความเสียหายและความสูญเสียต่อเนื่องที่เกี่ยวเนื่อง สำหรับชุดของพารามิเตอร์กระแสฟ้าผ่าซึ่งนิยามการป้องกันตามที่กำหนด (ระดับการป้องกันฟ้าผ่า)

8.1    ระดับการป้องกันฟ้าผ่า (LPL)

มาตรฐานนี้มีวัตถุประสงค์นำเสนอระดับการป้องกันฟ้าผ่า 4 ระดับ (I ถึง IV) กำหนดพารามิเตอร์กระแสฟ้าผ่าสูงสุดและพารามิเตอร์กระแสฟ้าผ่าต่ำสุดเป็นชุดตายตัว สำหรับแต่ละ LPL

หมายเหตุ 1. มาตรฐานนี้ไม่ครอบคลุมถึงการป้องกันฟ้าผ่าซึ่งมีพารามิเตอร์กระแสฟ้าผ่าสูงสุดและพารามิเตอร์กระแสฟ้าผ่าต่ำสุดเกินพารามิเตอร์กระแสฟ้าผ่าซึ่งเกี่ยวเนื่องกับ LPL I

หมายเหตุ 2. ความน่าจะเป็นของการเกิดขึ้นของฟ้าผ่ามีพารามิเตอร์กระแสฟ้าผ่าสูงสุดหรือพารามิเตอร์กระแสฟ้าผ่าต่ำสุดนอกพิสัยของค่าซึ่งนิยามสำหรับ LPL I มีค่าน้อยกว่าร้อยละ 2

ค่าสูงสุดของพารามิเตอร์กระแสฟ้าผ่าเกี่ยวเนื่องกับ LPL I จะต้องไม่เกินความน่าจะเป็นร้อยละ 99 ตามอัตราส่วนสภาพขั้วไฟฟ้าสมมุติ (ดูข้อ ก.2) ค่าซึ่งได้มาจากวาบบวกจะมีค่าความน่าจะเป็นน้อยกว่าร้อยละ 10 ขณะที่ค่าซึ่งได้จากวาบลบจะมีค่าความน่าจะเป็นเหลือน้อยกว่าร้อยละ 1 (ดูข้อ ก.3)

ค่าสูงสุดของพารามิเตอร์กระแสฟ้าผ่าเกี่ยวเนื่องกับ LPL I ลดลงเหลือร้อยละ 75 สำหรับ LPL II และเหลือร้อยละ 50 สำหรับ LPL III และ LPL IV (เป็นเส้นตรงสำหรับ I, Q และ di/dt, แต่เป็นกำลังสองสำหรับ W/R) ส่วนพารามิเตอร์เวลาไม่เปลี่ยน

ให้ใช้ค่าสูงสุดของพารามิเตอร์กระแสฟ้าผ่าสำหรับระดับการป้องกันฟ้าผ่าต่างกันมีกำหนดให้ไว้ในตารางที่ 5 เพื่อออกแบบส่วนประกอบการป้องกันฟ้าผ่า (เช่น ภาคตัดขวางของตัวนำ, ความหนาของแผ่นโลหะ, วิสัยสามารถกระแสของ SPDs, ระยะแยกห่าง (separation distance) ต้านการเกิดประกายไฟอันตราย เป็นต้น) และเพื่อนิยามพารามิเตอร์ทดสอบจำลองผลกระทบของฟ้าผ่าต่อส่วนประกอบเช่นนี้ (ดูภาคผนวก ง.)

ให้ใช้ค่าต่ำสุดของแอมพลิจูดกระแสฟ้าผ่าสำหรับ LPL ต่างกัน เพื่อให้ได้มาซึ่งรัศมีทรงกลมกลิ้ง (rolling sphere radius) (ดูข้อ ก.4) เพื่อนิยามเขตการป้องกันฟ้าผ่า LPZ 0_B ซึ่งการผ่าโดยตรง (direct strike) ไม่สามารถถึงได้ (ดูข้อ 8.2 รูปที่ 2 และรูปที่ 3) ค่าต่ำสุดของพารามิเตอร์กระแสฟ้าผ่าพร้อมกับรัศมีทรงกลมกลิ้งที่สัมพันธ์มีกำหนดให้ไว้ในตารางที่ 6 ให้ใช้รัศมีทรงกลมกลิ้งสำหรับหาตำแหน่งของระบบปลายทางอากาศและเพื่อนิยามเขตการป้องกันฟ้าผ่า LPZ 0_B (ดูข้อ 8.2)

ตารางที่ 5 ค่าสูงสุดของพารามิเตอร์ฟ้าผ่าตาม LPL

(ข้อ 8.1 ตารางที่ 7 และภาคผนวก ข.)

ช่วงจังหวะสั้นลำดับแรก			LPL
พารามิเตอร์กระแสฟ้าผ่า	สัญลักษณ์	หน่วย	I	II	III	IV
ค่าพีก	I	kA	200	150	100
ประจุช่วงจังหวะสั้น	Qshort	C	100	75	50
พลังงานจำเพาะ	W/R	MJ/Ω	10	5.6	2.5
พารามิเตอร์เวลา	T1/T2	μs/μs	10/350
ช่วงจังหวะสั้นลำดับหลัง			LPL
พารามิเตอร์กระแสฟ้าผ่า	สัญลักษณ์	หน่วย	I	II	III	IV
ค่าพีก	I	kA	50	37.5	25
ความชันเฉลี่ย	di / dt	kA/μs	200	150	100
พารามิเตอร์เวลา	T1/T2	μs/μs	0.25/100
ช่วงจังหวะยาว			LPL
พารามิเตอร์กระแสฟ้าผ่า	สัญลักษณ์	หน่วย	I	II	III	IV
ประจุช่วงจังหวะยาว	Qlong	C	200	150	100
พารามิเตอร์เวลา	Tlong	s	0.5
วาบ			LPL
พารามิเตอร์กระแสฟ้าผ่า	สัญลักษณ์	หน่วย	I	II	III	IV
ประจุวาบ	Qflash	C	300	225	150

 

1      โครงสร้าง 2      ระบบปลายทางอากาศ 3      ระบบตัวนำลง 4      ระบบปลายทางดิน 5      สิ่งบริการขาเข้า

S1   วาบถึงโครงสร้าง S2   วาบใกล้โครงสร้าง S3   วาบถึงสิ่งบริการซึ่งต่อถึงโครงสร้าง S4   วาบใกล้สิ่งบริการซึ่งต่อถึงโครงสร้าง r       รัศมีทรงกลมกลิ้ง s      ระยะแยกห่างต้านการเกิดประกายไฟอันตราย

ระดับพื้นดิน

ส่วนต่อประสานให้ศักย์เท่ากันฟ้าผ่าโดย SPD

LPZ 0_A     วาบโดยตรง, กระแสฟ้าผ่าเต็ม

LPZ 0_B     ไม่มีวาบโดยตรง, กระแสเหนี่ยวนำหรือกระแสฟ้าผ่าบางส่วน

LPZ 1     ไม่มีวาบโดยตรง, กระแสเหนี่ยวนำหรือกระแสฟ้าผ่าจำกัด

ปริมาตรถูกป้องกันภายใน LPZ 1 ต้องตรงตามระยะแยกห่าง s

รูปที่ 2 LPZ นิยามโดย LPS (IEC 62305-3)

(ข้อ 8.1 ข้อ 8.2 และข้อ 8.3.1)

 

 

 

1      โครงสร้าง (กำบังของ LPZ 1) 2      ระบบปลายทางอากาศ 3      ระบบตัวนำลง 4      ระบบปลายทางดิน 5      ห้อง (กำบังของ LPZ 2) 6      สิ่งบริการซึ่งต่อถึงโครงสร้าง	S1   วาบถึงโครงสร้าง S2   วาบใกล้โครงสร้าง S3   วาบถึงสิ่งบริการซึ่งต่อถึงโครงสร้าง S4   วาบใกล้สิ่งบริการซึ่งต่อถึงโครงสร้าง r       รัศมีทรงกลมกลิ้ง s      ระยะแยกห่างต้านการเกิดประกายไฟอันตราย ds      ระยะห่างปลอดภัยต่อสนามแม่เหล็กสูงเกิน

ระดับพื้นดิน

ส่วนต่อประสานให้ศักย์เท่ากันฟ้าผ่าโดย SPD

LPZ O_A      วาบโดยตรง, กระแสฟ้าผ่าเต็ม, สนามแม่เหล็กเต็ม

LPZ O_B      ไม่มีวาบโดยตรง, กระแสเหนี่ยวนำหรือกระแสฟ้าผ่าบางส่วน, สนามแม่เหล็กเต็ม

LPZ 1         ไม่มีวาบโดยตรง, กระแสเหนี่ยวนำหรือกระแสฟ้าผ่าจำกัด, สนามแม่เหล็กหน่วง

LPZ 2         ไม่มีวาบโดยตรง, กระแสเหนี่ยวนำ, สนามแม่เหล็กหน่วงต่อไป

ปริมาตรป้องกันภายใน LPZ 1 และ LPZ 1 ต้องตรงตามระยะห่างปลอดภัย ds

รูปที่ 3 LPZ นิยามโดย LEMP (IEC 62305-4)

(ข้อ 8.1 และข้อ 8.2)

 

ตารางที่ 6 ค่าต่ำสุดของพารามิเตอร์กระแสฟ้าผ่าและรัศมีทรงกลมกลิ้งที่สัมพันธ์สมนัยกับ LPL

(ข้อ 8.1)

เกณฑ์การสกัดกั้น			LPL
	สัญลักษณ์	หน่วย	I	II	III	IV
ค่าพีกต่ำสุด	I	kA	3	5	10	16
รัศมีทรงกลมกลิ้ง	r	m	20	30	45	60

จากการแจกแจงทางสถิติ (statistical distribution) ซึ่งกำหนดให้ไว้ในรูปที่ ก.5 สามารถกำหนดความน่าจะเป็นถ่วงน้ำหนัก (weighted probability) ได้แน่นอนว่าพารามิเตอร์กระแสฟ้าผ่าเป็นค่าน้อยกว่าค่าสูงสุด และค่ามากกว่าค่าต่ำสุดตามลำดับซึ่งนิยามไว้สำหรับระดับการป้องกันฟ้าผ่าแต่ละระดับ (ดูตารางที่ 7)

 

ตารางที่ 7 ความน่าจะเป็นสำหรับขีดจำกัดของพารามิเตอร์กระแสฟ้าผ่า

(ข้อ 8.1 และข้อ ก.4)

ความน่าจะเป็นซึ่งพารามิเตอร์กระแสฟ้าผ่า	LPL
	I	II	III	IV
มีค่าน้อยกว่าค่าสูงสุดซึ่งนิยามไว้ในตารางที่ 5	0.99	0.98	0.97	0.97
มีค่ามากกว่าค่าต่ำสุดซึ่งนิยามไว้ในตารางที่ 6	0.99	0.97	0.91	0.84

มาตรการการป้องกันที่ระบุไว้ใน IEC 62305-3, IEC 62305-4 และ IEC 62305-5 มีประสิทธิผลต่อฟ้าผ่าซึ่งมีพารามิเตอร์กระแสฟ้าผ่าอยู่ในพิสัยซึ่งนิยามโดย LPL ซึ่งสมมติไว้เพื่อการออกแบบ ดังนั้นประสิทธิภาพของมาตรการการป้องกันจึงสมมุติให้เท่ากับความน่าจะเป็นซึ่งมีพารามิเตอร์กระแสฟ้าผ่าอยู่ภายในพิสัยเช่นนี้

8.2    เขตการป้องกันฟ้าผ่า (LPZ)

ใช้มาตรการการป้องกัน เช่น LPS, ลวดกำบัง, กำบังแม่เหล็ก, และ SDP เป็นต้น กำหนดเขตการป้องกันฟ้าผ่า (LPZ) ได้แน่นอน

ด้านปลายทางของ LPZ ของมาตรการการป้องกันกำหนดลักษณะเฉพาะโดยการลดทอนนัยสำคัญของ LEMP มากกว่าการลดทอนด้านต้นทางของ LPZ

ในเรื่องภัยคุกคามจากฟ้าผ่า (threat of lighting) ได้นิยาม LPZs ไว้ดังนี้ (ดูรูปที่ 2 และรูปที่ 3)

LPZ O_A                    เขตตรงที่ภัยคุกคามเนื่องจากวาบฟ้าผ่าโดยตรงและสนามแม่เหล็กไฟฟ้าฟ้าผ่าเต็ม ระบบภายในอาจต้องรับเสิร์จกระแสฟ้าผ่าเต็มหรือบางส่วน

LPZ O_B                    เขตซึ่งป้องกันวาบฟ้าผ่าโดยตรง แต่ภัยคุกคามเป็นสนามแม่เหล็กไฟฟ้าผ่าเต็ม ระบบภายในอาจต้องรับเสิร์จกระแสฟ้าผ่าบางส่วน

LPZ 1            เขตตรงที่เสิร์จกระแสฟ้าผ่าถูกจำกัด โดยการแบ่งส่วนกระแสฟ้าผ่าและโดย SPDs ที่เส้นแบ่งเขต การกำบังเชิงเว้นระยะแยกห่าง (spatial shielding) อาจลดทอนสนามแม่เหล็กไฟฟ้าฟ้าผ่า

LPZ 2,...,n     เขตตรงที่เสิร์จกระแสฟ้าผ่าอาจถูกจำกัดต่อไป โดยการแบ่งส่วนกระแสฟ้าผ่าและโดย SPDs เพิ่มเติมที่เส้นแบ่งเขต อาจใช้การกำบังเชิงเว้นระยะแยกห่างเพิ่มเติมเพื่อลดทอนสนามแม่เหล็กไฟฟ้าฟ้าผ่าลงอีก

หมายเหตุ 1. โดยทั่วไป ตัวเลขของเขตแต่ละเขตยิ่งสูง พารามิเตอร์สภาพแวดล้อมแม่เหล็กไฟฟ้ายิ่งต่ำ

หลักทั่วไปสำหรับการป้องกัน คือ วัตถุที่ต้องป้องกันต้องอยู่ใน LPZ ตรงที่มีลักษณะเฉพาะแม่เหล็กไฟฟ้าเข้ากันได้กับวิสัยสามารถของวัตถุที่ต้องป้องกันเพื่อทนต่อความเค้นทำให้ความเสียหายให้ลดลง (ความเสียหายทางกายภาพ, ความล้มเหลวของระบบภายในเนื่องจากแรงดันเกิน)

หมายเหตุ 2. ข้อแนะนำเกี่ยวกับระดับความทนสำหรับระบบภายใน โดยมากสามารถหาได้จากผู้ทำ

8.3 การป้องกันของโครงสร้าง

8.3.1 การป้องกันเพื่อลดความเสียหายทางกายภาพและความเสี่ยงอันตรายต่อชีวิต

โครงสร้างที่ต้องป้องกันต้องอยู่ภายใน LPZ 0_B หรือสูงกว่า การนี้ทำให้บรรลุได้โดยระบบการป้องกันฟ้าผ่า (LPS)

LPS ประกอบด้วยทั้งระบบการป้องกันฟ้าผ่าภายนอกและระบบการป้องกันฟ้าผ่าภายใน (ดูรูปที่ 2)

หน้าที่ของ LPS ภายนอก คือ

-  เพื่อสกัดกั้นวาบฟ้าผ่าถึงโครงสร้าง (ด้วยระบบปลายทางอากาศ)

-  เพื่อนำกระแสฟ้าผ่าถึงดินอย่างปลอดภัย (ด้วยระบบตัวนำลง)

-  เพื่อกระจาย (disperse) กระแสฟ้าผ่าเข้าในดิน (ด้วยระบบปลายทางดิน)

หน้าที่ของ LPS ภายใน คือ เพื่อป้องกันการเกิดประกายไฟอันตรายภายในโครงสร้าง โดยการใช้ส่วนต่อประสานให้ศักย์เท่ากันหรือระยะแยกห่าง, s, (และต่อไป คือ การแยกเดี่ยวทางไฟฟ้า) ระหว่างส่วนประกอบ LPS กับส่วนย่อยนำไฟฟ้า (electrically conducting element) อื่นภายในถึงโครงสร้าง

สำหรับระดับชั้นของ LPS (I, II, III, IV) นิยามเป็นชุดหลักการสร้างตามบนพื้นฐาน LPS สมนัย แต่ละชุดมีทั้งหลักการสร้างระดับไม่อิสระ (level-dependent) (เช่น รัศมีทรงกลมกลิ้ง, ความกว้างตาข่าย เป็นต้น) และหลักการสร้างระดับอิสระ (level-independent) (เช่น ภาคตัดขวาง, วัสดุ เป็นต้น)

ตรงที่สภาพความต้านทานเชิงผิวของเนื้อดินภายนอกและของพื้นภายในโครงสร้างไม่สูงเพียงพอ ความเสี่ยงอันตรายต่อชีวิตเนื่องจากแรงดันแตะและแรงดันก้าว ทำให้ลดลงได้ ดังนี้

- ภายนอกโครงสร้าง, โดยฉนวนของส่วนนำกระแสเปิดโล่ง, โดยการทำให้ศักย์เท่ากันของเนื้อดินโดยระบบดินตาข่าย, โดยป้ายเตือน และโดยสิ่งจำกัดทางกายภาพ

-  ภายในโครงสร้าง, โดยส่วนต่อประสานให้ศักย์เท่ากันของสิ่งบริการที่จุดทางเข้าเข้าในโครงสร้าง

LPS ต้องเป็นไปตามข้อกำหนดตาม IEC 62305-3

8.3.2 การป้องกันเพื่อลดความล้มเหลวของระบบภายใน

การป้องกัน LEMP เพื่อลดความเสี่ยงด้านความล้มเหลวของระบบภายใน จำกัดได้ ดังนี้

-  แรงดันเกิน เนื่องจากวาบฟ้าผ่าถึงโครงสร้างอันเป็นผลมาจากการคู่ควบความเหนี่ยวนำและความต้านทาน

- แรงดันเกิน เนื่องจากวาบฟ้าผ่าใกล้โครงสร้างอันเป็นผลมาจากการคู่ควบความเหนี่ยวนำ

- แรงดันเกินส่งผ่านจากสายไฟฟ้าซึ่งต่ออยู่ถึงโครงสร้าง เนื่องจากวาบถึงหรือใกล้สายไฟ

- สนามแม่เหล็กคู่ควบโดยตรงกับระบบภายใน

หมายเหตุ ความล้มเหลวของเครื่องสำเร็จ เนื่องจากสนามแม่เหล็กไฟฟ้าซึ่งแผ่รังสีเข้าในบริภัณฑ์โดยตรงไม่ต้องนำมาพิจารณา ถ้าเครื่องสำเร็จนั้นเป็นไปตามเกณฑ์การทดสอบภูมิคุ้มกันและการปล่อยความถี่วิทยุ (radio frequency (RF) radiated emission and immunity test) ตามนิยามโดยมาตรฐานผลิตภัณฑ์ EMCเกี่ยวข้อง (ดู IEC 62305-2 และ IEC 62305-4)

ระบบภายในที่ต้องป้องกันต้องอยู่ภายใน LPZ 1 หรือสูงกว่า การนี้ทำให้บรรลุได้โดยกำบังแม่เหล็กลดทอนสนามแม่เหล็กเหนี่ยวนำและ/หรือการจัดทางเดินสายไฟฟ้าเหมาะสมโดยการลดวงรอบการเหนี่ยวนำ ต้องจัดให้มีส่วนต่อประสานเอาไว้ที่เส้นแบ่งเขตของ LPZ สำหรับส่วนโลหะและระบบภายในโดยการไขว้ข้ามเส้นแบ่งเขต ส่วนต่อประสานเช่นนี้อาจสำเร็จได้โดยตัวนำต่อประสาน (bonding conductor) หรือโดยอุปกรณ์ป้องกันเสิร์จ (SPDs) ตามความจำเป็น

มาตรการการป้องกันสำหรับ LPZ ต้องเป็นไปตาม IEC 62305-4

การป้องกันประสิทธิผลต่อแรงดันเกินซึ่งทำให้เกิดความล้มเหลวของระบบภายในยังอาจทำให้บรรลุได้โดยการใช้ “การป้องกัน SPD ประสาน” จำกัดแรงดันเกินให้ต่ำกว่าแรงดันทนอิมพัลส์ที่กำหนดของระบบภายในที่ต้องป้องกัน

ต้องเลือกและติดตั้ง SPDs ตามข้อกำหนดตาม IEC 62305-4

8.4    การป้องกันของสิ่งบริการ

สิ่งบริการที่ต้องป้องกันต้องเป็นดังนี้

-  ภายใน LPZ 0_B หรือสูงกว่า เพื่อลดความเสียหายทางกายภาพ การนี้ทำให้บรรลุได้โดยการเลือกการจัดทางเดินสายไฟฟ้าใต้ดินแทนทางอากาศ หรือโดยการใช้ลวดกำบังวางตำแหน่งเพียงพอ ตรงที่ได้ประสิทธิผลตามลักษณะเฉพาะสายไฟฟ้า หรือ, โดยการเพิ่มความหนาท่อให้ได้ค่าเพียงพอและทำให้ความต่อเนื่องทางโลหะของท่อแน่นอน ในกรณีที่เป็นท่อ

- ภายใน LPZ 1 หรือสูงกว่า เพื่อการป้องกันแรงดันเกินซึ่งทำให้เกิดความล้มเหลวของสิ่งบริการ การนี้ทำให้บรรลุได้โดยการลดระดับของแรงดันเกินซึ่งเหนี่ยวนำจากฟ้าผ่าโดยกำบังแม่เหล็กเพียงพอของเคเบิล, การเบี่ยงกระแสเกิน และการจำกัดแรงดันเกินโดย SPDs เพียงพอ

ภาคผนวก ก.

(ข้อแนะนำ)

พารามิเตอร์ของกระแสฟ้าผ่า

(ข้อ 4.)

ก.1 วาบฟ้าผ่าถึงดิน

ก.1.1 วาบพื้นฐานมี 2 ต้นแบบ ดังนี้

- วาบลงเริ่มต้นจากกระแสนำลงจากเมฆถึงดิน

-  วาบขึ้นเริ่มต้นจากกระแสนำขึ้นจากโครงสร้างต่อกับดินถึงเมฆ

วาบลงส่วนมากเกิดขึ้นในอาณาเขตแนวราบและถึงโครงสร้างต่ำกว่า แต่สำหรับโครงสร้างเปิดโล่งและ/หรือโครงสร้างสูงกว่า วาบขึ้นกลับมีลักษณะเด่นชัด ช่วงจังหวะโดยตรง (direct strick) ถึงโครงสร้างมีความน่าจะเป็นเพิ่มขึ้นตามความสูงประสิทธิผล (ดู IEC 65305-2, Annex A) และการเปลี่ยนแปลงของภาวะทางกายภาพ

ก.1.2 กระแสฟ้าผ่าประกอบด้วยช่วงจังหวะต่างกัน 1 ช่วงหรือหลายช่วง

(1)  ช่วงจังหวะสั้นมีช่วงเวลาน้อยกว่า 2 มิลลิวินาที (รูปที่ ก.1)

(2)  ช่วงจังหวะยาวมีช่วงเวลามากกว่า 2 มิลลิวินาที (รูปที่ ก.2)

ดัชนี

O₁           จุดกำเนิดเสมือนของกระแสช่วงจังหวะสั้น

I         ค่าพีก

T₁            เวลาหน้าของกระแสช่วงจังหวะสั้น

T₂            เวลาถึงครึ่งค่าของกระแสช่วงจังหวะสั้น

 

รูปที่ ก.1 คำนิยามของพารามิเตอร์ช่วงจังหวะสั้น

(ตามต้นแบบ T₂ < 2 มิลลิวินาที)

(ข้อ 3.11 ข้อ 3.12 ข้อ ก. 1.2 (1) ข้อ ก. 3.1 และข้อ ก. 3.2)

 

 

 

ดัชนี

T_long            ช่วงเวลาของกระแสช่วงจังหวะยาว

Q_long          ประจุช่วงจังหวะยาว

รูปที่ ก.2 คำนิยามของพารามิเตอร์ช่วงจังหวะยาว

(ตามต้นแบบ 2 มิลลิวินาที < T_long < 1 วินาที)

(ข้อ ก. 1.2 (2))

 

ก.1.3   ช่วงจังหวะยังมีความต่างกันแบ่งแยกได้อีกจากสภาพขั้วไฟฟ้า (บวกหรือลบ) ของช่วงจังหวะและจากตำแหน่งของช่วงจังหวะในระหว่างการวาบ (ลำดับแรก ลำดับหลัง ซ้อนทับ) ส่วนประกอบเป็นไปได้ของช่วงจังหวะมีแสดงไว้ในรูปที่ ก.3 สำหรับวาบลง และในรูปที่ ก.4 สำหรับวาบขึ้น

รูปที่ ก.3 ส่วนประกอบเป็นไปได้ของช่วงจังหวะของวาบลง

(ต้นแบบในอาณาเขตแนวราบและถึงโครงสร้างต่ำกว่า)

(ข้อ ก.1.3)

 

รูปที่ ก.4 ส่วนประกอบเป็นไปได้ของช่วงจังหวะของวาบขึ้น

(ต้นแบบถึงโครงสร้างเปิดโล่งและ/หรือสูงกว่า)

(ข้อ ก.1.3)

ส่วนประกอบเพิ่มเติมในวาบขึ้น คือ ช่วงจังหวะยาวลำดับแรกไม่มีหรือมีช่วงจังหวะสั้นซ้อนทับเป็นจำนวนถึงหลายสิบ แต่พารามิเตอร์ช่วงจังหวะสั้นทุกตัวของวาบขึ้นมีค่าน้อยกว่าพารามิเตอร์ช่วงจังหวะสั้นทุกตัวของวาบลง ยังไม่มีการยืนยันว่าประจุช่วงจังหวะยาวของวาบขึ้นสูงกว่า ดังนั้น พารามิเตอร์กระแสฟ้าผ่าของวาบขึ้นจึงถือว่าถูกครอบโดยค่าสูงสุดซึ่งกำหนดให้ไว้สำหรับวาบลง การหาค่าของพารามิเตอร์กระแสฟ้าผ่าให้แม่นยำยิ่งขึ้นและการขึ้นอยู่กับความสูงของพารามิเตอร์กระแสฟ้าผ่าเกี่ยวกับวาบขึ้นและวาบลงยังอยู่ในระหว่างการพิจารณา

ก.2 พารามิเตอร์กระแสฟ้าผ่า

พารามิเตอร์กระแสฟ้าผ่าตามมาตรฐานนี้มีพื้นฐานมาจากผลลัพธ์ของ International Council on Large Electrical Systems (CIGRE) ดังข้อมูลซึ่งกำหนดให้ไว้ในตารางที่ ก.1 การแจกแจงทางสถิติของพารามิเตอร์กระแสฟ้าผ่าสามารถสมมติได้ว่ามีการแจกแจงปกติเชิงล็อกการิธึม ค่าเฉลี่ยสมนัย μ และการกระจาย σlog มีกำหนดให้ไว้ในตารางที่ ก. 2 และมีฟังก์ชันการแจกแจงแสดงไว้ในรูปที่ ก.5 ด้วยสมมติฐานนี้ความน่าจะเป็นของการเกิดค่าใด ๆ ขึ้นของพารามิเตอร์กระแสฟ้าผ่าแต่ละตัวจึงสามรถกำหนดแน่นอนได้

สมมติว่าอัตราส่วนสภาพขั้วไฟฟ้าวาบบวกเป็นร้อยละ 10 และวาบลบเป็นร้อยละ 90 อัตราส่วนสภาพขั้วไฟฟ้าดังกล่าว คือ ฟังก์ชันของอาณาเขต ถ้าไม่มีข้อแนะนำท้องถิ่นให้ใช้ได้ ก็สมควรใช้อัตราส่วนซึ่งกำหนดให้ไว้ดังนี้

ตารางที่ ก.1 ค่าของพารามิเตอร์กระแสฟ้าผ่าในตารางได้มาจาก CIGRE

(วารสาร Electra ฉบับที่ 41 หรือฉบับที่ 69*) ^[3],[4]

(ข้อ ก.2)

พารามิเตอร์	ค่าตายตัว สำหรับ LPL I	ค่า			ต้นแบบของ ช่วงจังหวะ	เส้นใน รูปที่ ก.5
		95%	50%	5%
I (kA)		4 (98%)	20 (80%)	90	*สั้นลบลำดับแรก	1A + 1B
	50	4.9	11.8	28.6	*สั้นลบลำดับหลัง	2
	200	4.6	35	250	สั้นบวกลำดับแรก (เดี่ยว)	3
Qflash (C)		1.3	7.5	40	วาบลบ	4
	300	20	80	350	วาบบวก	5
Qshort (C)		1.1	4.5	20	สั้นลบลำดับแรก	6
		0.22	0.95	4	สั้นลบลำดับหลัง	7
	100	2	16	150	สั้นบวกลำดับแรก (เดี่ยว)	8
W/R (kJ/Ω)		6	55	550	สั้นลบลำดับแรก	9
		0.55	6	52	สั้นลบลำดับหลัง	10
	10 000	25	650	15 000	สั้นบวกลำดับแรก	11
di/dt max (kA /μs)		9.1	24.3	65	*สั้นลบลำดับแรก	12
		9.9	39.9	161.5	*สั้นลบลำดับหลัง	13
	20	0.2	2.4	32	สั้นบวกลำดับแรก	14
di/dt30/90% (kA /μs)	200	4.1	20.1	98.5	*สั้นลบลำดับหลัง	15
Qlong (C)	200				ยาว
tlong (s)	0.5				ยาว
ช่วงเวลาหน้า		1.8	5.5	18	สั้นลบลำดับแรก
		0.22	1.1	4.5	สั้นลบลำดับหลัง
		3.5	22	200	สั้นบวกลำดับแรก (เดี่ยว)
ช่วงเวลาช่วงจังหวะ (μs)		30	75	200	สั้นลบลำดับแรก
		6.5	32	140	สั้นลบลำดับหลัง
		25	200	2 000	สั้นบวกลำดับแรก (เดี่ยว)
ช่วงเวลาห่าง (ms)		7	33	150	ช่วงจังหวะลบหลายช่วง
ช่วงเวลาวาบโดยรวม (ms)		0.15	13	1 100	วาบลบ (ทั้งหมด)
		31	180	900	วาบลบ (ไม่มีเดี่ยว)
		14	85	500	วาบบวก
หมายเหตุ     ค่า I = 4 kA และ I = 20 kA สอดคล้องกับความน่าจะเป็นร้อยละ 98 และร้อยละ 80 ตามลำดับ

 

ตารางที่ ก.2 การแจกแจงปกติเชิงล็อกการิธึมของพารามิเตอร์กระแสฟ้าผ่า –

ค่าเฉลี่ยμ และการกระจาย σlog ซึ่งคำนวณจากค่าร้อยละ 95 และค่าร้อยละ 5

ที่นำมาจาก CIGRE (วารสาร Electra ฉบับที่ 41 หรือ ฉบับที่ 69) ^[3],[4]

(ข้อ ก.2)

 

หมายเหตุ สำหรับการกำหนดเลขหมายของเส้นกราฟ ดูตารางที่ ก.1 และตารางที่ ก.2

รูปที่ ก. 5 การแจกแจงความถี่สะสมของพารามิเตอร์กระแสฟ้าผ่า (เส้นผ่านค่าร้อยละ 95 และร้อยละ 5)

(ข้อ 8.1 ข้อ ก. 2 ข้อ ก.3.1 และข้อ ก.4)

 

ค่าทุกค่าสำหรับ LPL ซึ่งกำหนดให้ไว้ในมาตรฐานนี้สัมพันธ์กับทั้งวาบขึ้นและวาบลงตายตัว

หมายเหตุ โดยปกติค่าของพารามิเตอร์กระแสฟ้าผ่าได้มาจากการวัดวัตถุทรงสูง การแจกแจงทางสถิติของค่าพีกประมาณซึ่งไม่ถือว่าเป็นผลกระทบของวัตถุทรงสูง ยังวัดจากระบบตำแหน่งฟ้าผ่า (lightning location system) ได้อีกด้วย

ก.3 การกำหนดพารามิเตอร์กระแสฟ้าผ่าสูงสุดตายตัวสำหรับ LPL I

-  ผลกระทบทางกลของกระแสฟ้าผ่า สัมพันธ์กับค่าพีก(I) และกับพลังงานจำเพาะ (W/R)

-  ผลกระทบทางความร้อน สัมพันธ์กับพลังงานจำเพาะ (W/R) เมื่อมีความต้านทานคู่ควบด้วย และกับประจุ (Q) เมื่ออาร์กพัฒนาถึงสิ่งติดตั้ง

-  แรงดันเกินและประกายไฟอันตรายซึ่งเกิดจากการคู่ควบความเหนี่ยวนำ สัมพันธ์กับความชันเฉลี่ย (di/dt) ของหน้ากระแสฟ้าผ่า

พารามิเตอร์กระแสฟ้าผ่าเดี่ยวแต่ละตัว (I, Q, W/R, di/dt) มักมีความสำคัญต่อขบวนการปฏิกิริยาความล้มเหลวแต่ละอย่าง จึงต้องคำนึงถึงการสร้างลำดับขั้นตอนการทดสอบ (test procedure)

ก.3.1 ช่วงจังหวะสั้นลำดับแรกและช่วงจังหวะยาว

ค่า I, ค่า Q และค่า W/R ซึ่งสัมพันธ์กับผลกระทบทางกลและผลกระทบทางความร้อน กำหนดแน่นอนได้จากวาบบวก (เนื่องจากค่าร้อยละ 10 ของวาบบวก สูงกว่า ค่าร้อยละ 1 ของวาบลบสมนัย มาก) จากรูปที่ ก.5 (เส้น 3, เส้น 5, เส้น 8, เส้น 11 และเส้น 14) สามารถได้ค่าต่อไปนี้ซึ่งมีความน่าจะเป็นน้อยว่าร้อยละ 10

I         =    200 kA

Q_flash          =    300 C

Q_short         =    100 C

W/R     =    10 MJ/Ω

di/dt    =    20 kA/μs

สำหรับช่วงจังหวะสั้นลำดับแรกตามรูปที่ ก.1, ค่าเหล่านี้ให้ค่าประมาณแรกสำหรับเวลาหน้าของกระแสช่วงจังหวะสั้น

T₁ = I / (di/dt) = 10 μs (T₁ มีความสำคัญน้อย)

สำหรับช่วงจังหวะลดระดับอย่างเอ็กซ์โปเนนเชียล (exponentially decay stroke), ให้ใช้สูตรต่อไปนี้

สำหรับค่าประจุประมาณและค่าพลังงานจำเพาะประมาณ (T₁ << T₂)

Q_short         =    (1/0.7)⋅I⋅T₂

W/R     =    (1/2)⋅(1/0.7)⋅I₂⋅T₂

สูตรเหล่านี้ พร้อมกับค่าซึ่งกำหนดให้ไว้ข้างบน นำสู่ค่าประมาณแรกสำหรับเวลาถึงครึ่งค่าของกระแสช่วงจังหวะสั้น

T₂                  =    350 μs

สำหรับช่วงจังหวะยาว, ประจุของช่วงจังหวะยาวสามารถคำนวณโดยประมาณจาก

Q_long = Q_flash- Q_short = 200 C

ช่วงเวลาของกระแสช่วงจังหวะยาวตามรูปที่ ก. 2 อาจประมาณค่าจากเวลาช่วงเวลาวาบ

T_long = 0.5 s

ก.3.2 ช่วงจังหวะสั้นลำดับหลัง

ค่าสูงสุดของความชันเฉลี่ย (di/dt) ซึ่งสัมพันธ์กับการเกิดประกายไฟอันตรายซึ่งเกิดจากการคู่ควบความเหนี่ยวนำ กำหนดแน่นอนได้จากช่วงจังหวะสั้นลำดับหลังของวาบลบ (เพราะค่าร้อยละ 1% ของวาบลบ มากกว่า ค่าร้อยละ 1 จากช่วงจังหวะลบลำดับแรก มาก หรือค่าร้อยละ 10 ของวาบบวกสมนัย) จากรูปที่ ก. 5 (เส้น 2 และเส้น 15) สามารถได้ค่าต่อไปนี้ซึ่งมีความน่าจะเป็นน้อยว่าร้อยละ 1

I         =    50 kA

di/dt    =    200 kA/μs

สำหรับช่วงจังหวะสั้นลำดับหลังตามรูปที่ ก.1 ค่าเหล่านี้ให้ค่าประมาณแรกเป็นเวลาหน้าของกระแสช่วงจังหวะสั้นลำดับหลังเป็น

T₁            =   I / (di/dt) = 0.25 μs

เวลาถึงครึ่งค่าของกระแสช่วงจังหวะสั้นลำดับหลัง อาจประมาณค่าได้จากช่วงเวลาช่วงจังหวะของช่วงจังหวะสั้นลำดับหลังลบ

T₂                  =    100 μs (T₂ มีความสำคัญน้อย)

ก.4 การกำหนดพารามิเตอร์กระแสฟ้าผ่าต่ำสุดตายตัว

ประสิทธิภาพการสกัดกั้น (interception efficiency) ของ LPS ขึ้นอยู่กับพารามิเตอร์กระแสฟ้าผ่าต่ำสุดและขึ้นอยู่กับรัศมีทรงกลมกลิ้งที่สัมพันธ์ (related rolling sphere radius) เส้นแบ่งเขตทางเรขาคณิตของพื้นที่ที่ต้องถูกป้องกันวาบฟ้าผ่าโดยตรงสามารถกำหนดแน่นอนได้โดยการใช้วิธีทรงกลมกลิ้ง (rolling sphere method)

ตามแบบจำลองเรขาคณิตไฟฟ้า (electro-geometric model) ต่อไปนี้, รัศมีทรงกลมกลิ้ง r (ระยะห่างกระโดดขั้นสุดท้าย) สหสัมพันธ์กับค่าพีกของช่วงจังหวะสั้นลำดับแรก ในรายงานคณะทำงาน IEEE ฉบับหนึ่งกำหนดความสัมพันธ์ไว้ให้เป็น

                                                   r = 10⋅I^0.65                                                                                                                 (ก.1)

เมื่อ

r    คือ     รัศมีทรงกลมกลิ้ง เป็น m

I    คือ     ค่าพีก เป็น kA

สำหรับรัศมีทรงกลมกลิ้ง r ซึ่งกำหนดให้ไว้นั้น สามารถสมมุติว่า วาบทุกวาบมีค่าพีกสูงกว่าค่าพีกต่ำสุด

สมนัย I จะถูกสกัดกั้นโดยสิ่งต่อปลายทางอากาศธรรมชาติหรือสิ่งต่อปลายทางอากาศเฉพาะงาน (natural or dedicated air terminations) ดังนั้น ความน่าจะเป็นสำหรับค่าพีกของช่วงจังหวะลำดับแรกลบและของช่วงจังหวะลำดับแรกบวกจากรูปที่ ก.5 (เส้น 1A และเส้น 3) จึงสมมุติว่าเป็น ความน่าจะเป็นการสกัดกั้นโดยคำนึงถึงอัตราส่วนสภาพขั้วไฟฟ้ามีวาบบวกร้อยละ 10 และวาบลบร้อยละ 90 ก็จะสามารถคำนวณความน่าจะเป็นการสกัดกั้นโดยรวม (ดูตารางที่ 7)

 

ภาคผนวก ข.

(ข้อแนะนำ)

ฟังก์ชันเวลาของกระแสฟ้าผ่าเพื่อการวิเคราะห์

(ข้อ 4.)

ข.1 รูปคลื่นกระแสฟ้าผ่าของ

-  ช่วงจังหวะสั้นลำดับแรก 10/350 ms

-  ช่วงจังหวะสั้นลำดับหลัง 0.25/100 ms

อาจนิยามเป็น

เมื่อ

I    คือ     ค่าพีก

k   คือ     ตัวประกอบการปรับแก้สำหรับค่าพีก

t    คือ     เวลา

t₁     คือ     ค่าคงตัวเวลาหน้าของกระแสช่วงจังหวะสั้น

t₂     คือ     ค่าคงตัวเวลาท้าย

สำหรับรูปคลื่นกระแสฟ้าผ่าของช่วงจังหวะสั้นลำดับแรกและช่วงจังหวะสั้นลำดับหลัง สำหรับ LPL ต่างกัน ใช้พารามิเตอร์ซึ่งกำหนดให้ไว้ในตารางที่ ข.1 เส้นโค้งวิเคราะห์มีแสดงไว้ในรูปที่ ข.1 ถึงรูปที่ ข.4

 

ตารางที่ ข.1 พารามิเตอร์สำหรับสมการ ข.1

(ข้อ ข.1)

พารามิเตอร์	ช่วงจังหวะสั้นลำดับแรก			ช่วงจังหวะสั้นลำดับหลัง
	LPL			LPL
	I	II	III - IV	I	II	III - IV
I (kA)	200	150	100	50	37.5	25
k	0.93	0.93	0.93	0.993	0.993	0.993
t1 (ms)	19	19	19	0.454	0.454	0.454
t2 (ms)	485	485	485	143	143	143

 

รูปที่ ข.1 รูปคลื่นของส่วนเพิ่มกระแสฟ้าผ่าของช่วงจังหวะสั้นลำดับแรก

(ข้อ ข.1)

รูปที่ ข.2 รูปคลื่นของส่วนท้ายกระแสฟ้าผ่าของช่วงจังหวะสั้นลำดับแรก

(ข้อ ข.1)

รูปที่ ข.3 รูปคลื่นของส่วนเพิ่มกระแสฟ้าผ่าของช่วงจังหวะสั้นลำดับหลัง

(ข้อ ข.1)

รูปที่ ข.4 รูปคลื่นของส่วนท้ายกระแสฟ้าผ่าของช่วงจังหวะสั้นลำดับหลัง

(ข้อ ข.1)

 

ช่วงจังหวะยาวสามารถแสดงได้โดยรูปคลื่นสี่เหลี่ยมผืนผ้ามีกระแสฟ้าผ่าเฉลี่ย I และช่วงเวลาของกระแสช่วงจังหวะยาว T_long ตามตารางที่ 5

จากเส้นโค้งวิเคราะห์, สามารถคำนวณหาความหนาแน่นแอมพลิจูดของกระแสฟ้าผ่า (รูปที่ ข.5)

รูปที่ ข. 5 ความหนาแน่นแอมพลิจูดของกระแสฟ้าผ่าตาม LPL I

(ข้อ ข.1)

 

ภาคผนวก ค.

(ข้อแนะนำ)

การจำลองของกระแสฟ้าผ่าเพื่อการทดสอบ

(ข้อ 4.)

ค.1 ทั่วไป

ถ้าวัตถุถูกฟ้าผ่า, กระแสฟ้าผ่าจะกระจายภายในวัตถุนั้น เมื่อทดสอบส่วนประกอบตามมาตรการการป้องกันแยกเป็นส่วน ๆ ต้องเลือกพารามิเตอร์ทดสอบให้เหมาะสมกับส่วนประกอบแต่ละส่วน ต้องมีการวิเคราะห์ทั้งระบบในขั้นสุดท้าย

ค.2 การจำลองของพลังงานจำเพาะของช่วงจังหวะสั้นลำดับแรกและประจุของช่วงจังหวะยาว

พารามิเตอร์ทดสอบมีนิยามไว้ในตารางที่ ค.1 และตารางที่ ค.2 และตัวอย่างเครื่องกำเนิดไฟฟ้าทดสอบมีแสดงไว้ในรูปที่ ค. 1 อาจใช้เครื่องกำเนิดไฟฟ้านี้เพื่อจำลองพลังงานจำเพาะของช่วงจังหวะสั้นลำดับแรกร่วมเป็นชุดกับประจุของช่วงจังหวะยาว

อาจใช้การทดสอบดังกล่าว เพื่อประเมินผลกระทบที่ปลอดจากการเกิดความร้อนและการหลอมเหลวอันไม่พึงประสงค์ตามสภาพทางกลทั้งระบบไม่แยกส่วน (mechanical integrity)

พารามิเตอร์ทดสอบเกี่ยวเนื่องกับการจำลองของช่วงจังหวะสั้นลำดับแรก (ค่าพีก I, พลังงานจำเพาะ W/R และประจุ Qs) มีกำหนดให้ไว้ในตารางที่ ค.1 พารามิเตอร์ทดสอบเหล่านี้ต้องได้จากอิมพัลส์เดียวกัน ซึ่งสามารถทำให้บรรลุได้โดยการลดระดับกระแสฟ้าผ่าลงแบบเอ็กซ์โปเนนเชียลโดยประมาณด้วย T2 ในพิสัย 350 ไมโครวินาที

พารามิเตอร์ทดสอบเกี่ยวเนื่องกับการจำลองของช่วงจังหวะยาว (ประจุ Qlong และช่วงเวลา T) มีกำหนดให้ไว้ในตารางที่ ค.2

สามารถใช้การทดสอบเดี่ยว ๆ หรือใช้การทดสอบร่วมเป็นชุด สำหรับช่วงจังหวะสั้นลำดับแรกหรือช่วงจังหวะยาว โดยขึ้นอยู่กับชิ้นทดสอบ (test item) และขบวนการปฏิกิริยาความเสียหายที่คาดหมาย (expected damage mechanism) เมื่อช่วงจังหวะยาวตามช่วงจังหวะสั้นลำดับแรกทันที การทดสอบเพื่อการหลอมเหลวจากอาร์ก (arc melting) สมควรทำโดยการใช้สภาพขั้วไฟฟ้าทั้งสองขั้ว

หมายเหตุ ใช้ค่าเหล่านี้กับ LPL I

รูปที่ ค.1 ตัวอย่างเครื่องกำเนิดไฟฟ้าทดสอบสำหรับการจำลองของพลังงานจำเพาะ

ของช่วงจังหวะสั้นลำดับแรกและประจุของช่วงจังหวะยาว

(ข้อ ค.2)

 

ตารางที่ ค. 1 พารามิเตอร์ทดสอบของช่วงจังหวะสั้นลำดับแรก

(ข้อ ค.2)

 

ตารางที่ ค. 2 พารามิเตอร์ทดสอบของช่วงจังหวะยาว

(ข้อ ค.2)

 

ค.3 การจำลองของความชันกระแสฟ้าผ่าหน้าของช่วงจังหวะสั้น

ความชันของกระแสฟ้าผ่าหน้า กำหนดแรงดันเหนี่ยวนำทางแม่เหล็กในวงรอบซึ่งติดตั้งใกล้ตัวนำที่นำพากระแสฟ้าผ่า

ความชันกระแสฟ้าผ่าของช่วงจังหวะสั้นนิยามเป็นการเพิ่มขึ้นของกระแสฟ้าผ่า Δi ในระหว่างเวลาที่เพิ่มขึ้น Δt (รูปที่ ค.2) พารามิเตอร์ทดสอบเกี่ยวเนื่องสำหรับการจำลองของความชันกระแสฟ้าผ่าหน้าเช่นนี้มีกำหนดให้ไว้ตารางที่ ค.3 ตัวอย่างเครื่องกำเนิดไฟฟ้าทดสอบมีแสดงไว้ในรูปที่ ค.3 และรูปที่ ค.4 (ซึ่งอาจใช้จำลองความชันหน้าของกระแสฟ้าผ่าเข้าร่วมกับฟ้าผ่าที่ผ่าโดยตรง) การจำลองดังกล่าวอาจทำขึ้นสำหรับช่วงจังหวะสั้นลำดับแรกและช่วงจังหวะสั้นลำดับหลัง

หมายเหตุ     การจำลองนี้ครอบคลุมความชันกระแสฟ้าผ่าหน้าของช่วงจังหวะสั้น ท้ายของกระแสฟ้าผ่าไม่มีผลกระทบต่อการจำลองชนิดนี้

อาจใช้การจำลองตามข้อ ค.3 อย่างอิสระหรือใช้ร่วมเป็นชุดกับการจำลองตามข้อ ค.2

ข้อแนะนำเพิ่มเติมเกี่ยวกับพารามิเตอร์ทดสอบ ซึ่งจำลองผลกระทบของฟ้าผ่าต่อส่วนประกอบ LPS ตามภาคผนวก ง.

 

ตารางที่ ค.3 พารามิเตอร์ทดสอบของช่วงจังหวะสั้น

(ข้อ ค.3)

 

รูปที่ ค. 2 นิยามสำหรับความชันกระแสฟ้าผ่าตามตารางที่ ค.3

(ข้อ ค.3)

หมายเหตุ ใช้ค่าเหล่านี้กับ LPL I

รูปที่ ค. 3 ตัวอย่างเครื่องกำเนิดไฟฟ้าทดสอบสำหรับการจำลองของความชันหน้า

ของช่วงจังหวะสั้นลำดับแรกสำหรับชิ้นทดสอบขนาดใหญ่

(ข้อ ค.3)

หมายเหตุ ใช้ค่าเหล่านี้กับ LPL I

 

รูปที่ ค.4 ตัวอย่างเครื่องกำเนิดไฟฟ้าทดสอบสำหรับการจำลองความชันหน้า

ของช่วงจังหวะสั้นลำดับหลังสำหรับชิ้นทดสอบขนาดใหญ่

(ข้อ ค.3)

 

ภาคผนวก ง.

(ข้อแนะนำ)

พารามิเตอร์ทดสอบซึ่งจำลองผลกระทบของฟ้าผ่าต่อส่วนประกอบ LPS

(ข้อ 4., ข้อ 8.1 และข้อ ค.3)

ง.1 ทั่วไป

ภาคผนวก ง. นี้กำหนดพารามิเตอร์พื้นฐานที่ต้องใช้ในห้องปฏิบัติการเพื่อจำลองผลกระทบของฟ้าผ่า ภาคผนวกนี้ครอบคลุมส่วนประกอบทุกส่วนของ LPS ซึ่งรับกระแสฟ้าผ่าส่วนมากหรือทั้งหมด และต้องใช้ร่วมกับมาตรฐานซึ่งระบุข้อกำหนดและข้อทดสอบสำหรับส่วนประกอบจำเพาะแต่ละส่วน

หมายเหตุ     พารามิเตอร์เกี่ยวเนื่องกับแนวคิดเชิงระบบ (เช่น เพื่อการประสาน (coordination) ของอุปกรณ์ป้องกันเสิร์จ เป็นต้น) ไม่มีการพิจารณาในภาคผนวกนี้

ง.2 พารามิเตอร์กระแสฟ้าผ่าเกี่ยวเนื่องกับจุดฟ้าผ่า

โดยทั่วไป พารามิเตอร์กระแสฟ้าผ่าซึ่งมีบทบาทเป็นระบบรวมไม่แยกส่วนทางกายภาพ (physical integral) ของ LPS คือ ค่าพีก I, ประจุ Q, พลังงานจำเพาะ W/R, ช่วงเวลา T และความชันเฉลี่ยของกระแสฟ้าผ่า di/dt พารามิเตอร์กระแสฟ้าผ่าแต่ละตัวมักมีความสำคัญต่อขบวนการปฏิกิริยาความล้มเหลวต่างกันตามที่ได้วิเคราะห์ในรายละเอียดต่อไปนี้ พารามิเตอร์กระแสฟ้าผ่าที่ต้องพิจารณาสำหรับการทดสอบ คือ ชุดของค่าเหล่านี้ ซึ่งถูกเลือกเป็นตัวแทนในห้องปฏิบัติการ ในการทดสอบขบวนการปฏิกิริยาความล้มเหลวจริงของส่วนของ LPS เกณฑ์สำหรับการเลือกปริมาณที่ยังไม่ข้อยุติมีกำหนดให้ไว้ในข้อ ง.5

ตารางที่ ง.1 บันทึกค่าสูงสุดของ I, Q, W/R, T และ di/dt ที่ต้องพิจารณาเพื่อการทดสอบ เป็นฟังก์ชันของระดับการป้องกันฟ้าผ่าตามที่กำหนด

 

ตารางที่ ง.1 สรุปพารามิเตอร์ภัยคุกคามฟ้าผ่าที่ต้องพิจารณาในการคำนวณ

ค่าทดสอบสำหรับส่วนประกอบ LPS ต่างกันและสำหรับ LPL ต่างกัน

(ข้อ ง.2 และข้อ ง.7)

ง.3 การแบ่งส่วนกระแสฟ้าผ่า

พารามิเตอร์ซึ่งกำหนดให้ไว้ในตารางที่ ง.3 เกี่ยวเนื่องกับกระแสฟ้าผ่าที่จุดฟ้าผ่า ในความเป็นจริงกระแสฟ้าผ่าไหลถึงดินผ่านเส้นทางมากกว่า 1 เส้นทาง ตามปกติมีตัวนำลงและตัวนำธรรมชาติหลายเส้นใน LPS ภายนอก ยิ่งกว่านั้นโดยปกติยังมีสิ่งบริการต่างกันเดินเข้าโครงสร้างถูกป้องกัน (เช่น ท่อน้ำและท่อแก๊ส, สายไฟฟ้ากำลัง และสายไฟฟ้าสื่อสาร เป็นต้น) สำหรับการกำหนดพารามิเตอร์ของกระแสฟ้าผ่าจริงที่ไหลในส่วนประกอบจำเพาะของ LPS ต้องคำนึงถึงการแบ่งส่วนของกระแสฟ้าผ่า นิยมหาค่าแอมพลิจูดกระแสฟ้าผ่าและรูปคลื่นผ่านส่วนประกอบที่ตำแหน่งจำเพาะของ LPS ถ้าไม่สามารถหาค่าเป็นรายตัวได้ อาจหาค่าพารามิเตอร์กระแสฟ้าผ่าโดยลำดับขั้นตอนต่อไปนี้

สำหรับการหาค่าของการแบ่งส่วนกระแสฟ้าผ่าภายใน LPS ภายนอก, อาจปรับใช้ตัวประกอบโครงแบบ (configuration factor) kc (ดู IEC 62305-3 Annex C) ตัวประกอบนี้ให้ค่าประมาณของการแบ่งส่วนกระแสฟ้าผ่าไหลในตัวนำลงของ LPS ภายนอก ภายใต้ภาวะเลวที่สุด

ส่วนการหาค่าของการแบ่งส่วนกระแสฟ้าผ่าในขณะมีส่วนนำกระแสภายนอก และสายไฟฟ้ากำลังและสายไฟฟ้าสื่อสารซึ่งต่อถึงโครงสร้างถูกป้องกัน อาจนำค่าประมาณของ ke และ k’e ซึ่งพิจารณาตามภาคผนวก จ. มาปรับใช้

แนวอธิบายข้างต้น ใช้ค่าพีกที่ไหลในเส้นทางเฉพาะ 1 เส้นทางถึงดิน การคำนวณหาพารามิเตอร์อื่นของกระแสฟ้าผ่า ทำได้ดังนี้

                                                     I_p    = kI                                               (ง.1)

                                                    Q_p    = kQ                                              (ง.2)

                                                           (W/R)_p    = k² (W/R)                                                  (ง.3)

                                                           (di/dt)_p    = k (di/dt)                                                  (ง.4)

เมื่อ

x_p คือ ค่าของปริมาณที่พิจารณา (ค่าพีก Ip, ประจุ Qp, พลังงานจำเพาะ (W/R)p, ความชันกระแสฟ่าผ่า(di/dt)p) เกี่ยวเนื่องกับเส้นทางโดยเฉพาะถึงดิน “p”

x คือ  ค่าของปริมาณที่พิจารณา (ค่าพีก I, ประจุ Q, พลังงานจำเพาะ (W/R), ความชันกระแสฟ้าผ่า (di/dt)) เกี่ยวเนื่องกับกระแสฟ้าผ่าโดยรวม

K คือ  ตัวประกอบการแบ่งส่วนกระแสฟ้าผ่า (current sharing factor)

K_c คือ  ตัวประกอบการแบ่งส่วนกระแสฟ้าผ่าสำหรับ LPS ภายนอก (ดู IEC 62305-3 Annex C)

k_e , k’_e     คือ  ตัวประกอบการแบ่งส่วนกระแสฟ้าผ่าในกรณีมีส่วนนำกระแสภายนอก สายไฟฟ้ากำลังและสายไฟฟ้าสื่อสารที่ต่อกับโครงสร้างถูกป้องกัน (ดูภาคผนวก จ.)

ง.4 ผลกระทบของกระแสฟ้าผ่าที่ทำให้เกิดความเสียหายซึ่งเป็นไปได้

ง.4.1 ผลกระทบทางความร้อน

ผลกระทบทางความร้อนที่เชื่อมโยงกับกระแสฟ้าผ่าเกี่ยวเนื่องกับการเกิดความร้อนความต้านทาน (resistive heating) ซึ่งเกิดจากการไหลวน (circulation) ของกระแสไฟฟ้า (electric current) ไหลผ่านความต้านทานของตัวนำหรือเข้าใน LPS ผลกระทบทางความร้อนยังเกี่ยวเนื่องกับความร้อนซึ่งเกิดขึ้นในรากของอาร์ก (root of the arc) ที่จุดเชื่อมต่อ และ ในส่วนแยกเดี่ยว (isolated part) ทุกส่วนของ LPS ซึ่งก่อให้เกิดการพัฒนาอาร์กขึ้น (เช่น ช่องว่างประกายไฟ เป็นต้น) อีกด้วย

ง.4.1.1 การเกิดความร้อนความต้านทาน

ความร้อนความต้านทานเกิดขึ้นในส่วนประกอบใดของ LPS ซึ่งนำพาส่วนนัยสำคัญของกระแสฟ้าผ่า พื้นที่หน้าตัดต่ำสุดของตัวนำต้องเพียงพอเพื่อป้องกันการเกิดความร้อนเกินของตัวนำถึงระดับซึ่งอาจมีความเสี่ยงอันตรายจากไฟต่อสิ่งอยู่โดยรอบ แม้ว่าลักษณะทางความร้อน (thermal aspect) มีกล่าวไว้ตามข้อ ง.4.1 แล้ว ก็ต้องพิจารณาเกณฑ์ความคงทนและความทนทางกลสำหรับส่วนซึ่งเปิดโล่งต่อภาวะบรรยากาศและ/หรือการกัดกร่อน บางครั้งจำเป็นต้องหาค่าของการเกิดความร้อนที่ตัวนำเนื่องจากการไหลของกระแสฟ้าผ่า ในกรณีที่อาจมีปัญหาความเสี่ยงด้านการบาดเจ็บของคนและด้านอัคคีภัยหรือการระเบิด

คำแนะนำต่อไปนี้ให้ไว้เพื่อหาค่าอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นของตัวนำซึ่งรับกระแสฟ้าผ่าไหลผ่าน ดังวิธีการวิเคราะห์แสดงไว้ข้างล่างนี้

กำลังไฟฟ้าขณะที่กระจายสูญไปเป็นความร้อนในตัวนำ เนื่องจากกระแสไฟฟ้า แสดงได้เป็น

                                                   P(t) = i²R                                              (ง.5)

พลังงานทางความร้อนซึ่งเกิดขึ้นโดยพัลส์ฟ้าผ่าสมบูรณ์ ก็คือ ความต้านโอห์มของเส้นทางฟ้าผ่า (lightning path) ผ่านส่วนประกอบ LPS ที่พิจารณา คูณด้วย พลังงานจำเพาะของพัลส์ฟ้าผ่า

พลังงานนี้มีหน่วยเป็นจูล (J) หรือ วัตต์ต่อวินาที (W/s) ดังนี้

                                                     W =  R .∫ i²·dt                                                 (ง.6)

ในการปล่อยประจุฟ้าผ่า ช่วงระยะพลังงานจำเพาะสูง (high specific energy phase) ของวาบฟ้าผ่ามีช่วงเวลาสั้นมากจนความร้อนที่เกิดขึ้นในโครงสร้างกระจาย (dispersed) ได้อย่างมีนัยสำคัญปรากฏการณ์เช่นนี้ถือว่าเป็น แอเดียแบติก

อุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นของตัวนำของ LPS สามารถหาค่าได้ดังนี้

เมื่อ

q - q₀ = อุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นของตัวนำ เป็น K

a = สัมประสิทธิ์อุณหภูมิของความต้านทาน เป็น 1/K

W/R = พลังงานจำเพาะของกระแสฟ้าผ่าอิมพัลส์ เป็น J/Ω

r_o = ความต้านทานโอห์มจำเพาะของตัวนำที่อุณหภูมิโดยรอบ เป็น Ωm

q = พื้นที่หน้าตัดของตัวนำ เป็น m2

g = ความหนาแน่นวัสดุ เป็น kg/m3

C_w = ความจุทางความร้อน เป็น J/kgK

q_S = อุณหภูมิหลอมเหลว เป็น ^oC

ค่าลักษณะเฉพาะของพารามิเตอร์ทางกายภาพตามสมการ ง. 7 สำหรับวัสดุต่างกันซึ่งใช้ใน LPS นั้นมีบันทึกไว้ในตารางที่ ง. 2 ส่วนตารางที่ ง.3 เป็นตัวอย่างการใช้สมการ ง. 7 แสดงอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นของตัวนำซึ่งทำจากวัสดุต่างกัน เป็นฟังก์ชันของ W/R และของพื้นที่หน้าตัดตัวนำ

ช่วงจังหวะฟ้าผ่าต้นแบบแยกลักษณะเฉพาะได้โดยช่วงจังหวะเวลาสั้น (เวลาถึงครึ่งค่าเป็นสองสามร้อยไมโครวินาที) และค่าพีกสูง (high current peak value) ภายใต้พฤติการณ์เช่นนี้สมควร คำนึงถึงปรากฏการณ์เชิงผิว (skin effect) ด้วย อย่างไรก็ตามกรณีที่เป็นไปได้ในทางปฏิบัติส่วนมากมักเชื่อมโยงกับส่วนประกอบ LPS, ลักษณะเฉพาะวัสดุ (ความซาบซึมได้แม่เหล็กเชิงพลวัติ (dynamic magnetic permeability) ของ LPS) และโครงแบบทางเรขาคณิต (พื้นที่หน้าตัดของตัวนำ LPS) ก็จะลดการมีส่วนเสริมของปรากฏการณ์เชิงผิวด้านอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นของตัวนำลงเหลือระดับไม่ต้องนำมาพิจารณา

ส่วนประกอบของวาบฟ้าผ่าส่วนมากเกี่ยวเนื่องกับขบวนการปฏิกิริยาการเกิดความร้อน (heating mechanism) นี้ ได้แก่ ช่วงจังหวะย้อนกลับลำดับแรก (first return stroke)

 

ตารางที่ ง. 2 ลักษณะเฉพาะทางกายภาพของวัสดุต้นแบบซึ่งใช้ในส่วนประกอบ LPS

(ข้อ ง.4.1.1 และข้อ ง.4.1.2.2)

ปริมาณ	วัสดุ
	อะลูมิเนียม	เหล็กกล้าละมุน	ทองแดง	เหล็กกล้าไร้สนิม∗
r0 (Ωm)	29 × 10-9	120 × 10-9	17.8 × 10-9	0.7 × 10-6
a (1/K)	4.0 × 10-3	6.5 × 10-3	3.92 × 10-3	0.8 × 10-3
g (kg/ m3)	2 700	7 700	8 920	8 × 103
qS ( oC)	658	1 530	1 080	1 500
CS (J/kg)	397 × 103	272 × 103	209 × 103	-
CW (J/kgK)	908	469	385	500
∗ ออสเตนนิติกไม่เป็นแม่เหล็ก (Austenitic non magnetic)

 

 

ตารางที่ ง. 3 อุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นสำหรับตัวนำมีพื้นที่หน้าตัดต่างกันเป็นฟังก์ชันของ W/R

(ข้อ ง.3 และข้อ ง.4.1.1)

พื้นที่หน้าตัด mm2	วัสดุ
	อะลูมิเนียม			เหล็กกล้าละมุน			ทองแดง			เหล็กกล้าไร้สนิม∗
	W/R (MJ/Ω)			W/R (MJ/Ω)			W/R (MJ/Ω)			W/R (MJ/Ω)
	2.5	5.6	10	2.5	5.6	10	2.5	5.6	10	2.5	5.6	10
4	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-
10	564	-	-	-	-	-	169	542	-	-	-	-
16	146	454	-	1 120	-	-	56	143	309	-	-	-
25	52	132	283	211	913	-	22	51	98	940	-	-
50	12	28	52	37	96	211	5	12	22	190	460	940
100	3	7	12	9	20	37	1	3	5	45	100	190
∗ ออสเตนนิติกไม่เป็นแม่เหล็ก

 

ง.4.1.2 ความเสียหายทางความร้อนจุดเชื่อมต่อ

ความเสียหายทางความร้อนจุดเชื่อมต่อสามารถสังเกตได้ที่ส่วนประกอบทุกส่วนของ LPS ซึ่งเกิดการพัฒนาอาร์กขึ้น เช่น ระบบปลายทางอากาศ ช่องว่างประกายไฟ เป็นต้น

การหลอมเหลวและการกร่อนของวัสดุสามารถเกิดขึ้นที่จุดเชื่อมต่อ อันที่จริงในพื้นที่รากอาร์ก (arc root area) มีความร้อนปริมาณมากเข้าตรงรากอาร์กนั้นเอง และทั้งยังมีความเข้มข้นของการเกิดความร้อนแบบโอห์มเนื่องจากความหนาแน่นกระแสฟ้าผ่าสูงด้วย พลังงานทางความร้อนส่วนใหญ่เกิดขึ้นที่หรือตรงหรือใกล้กับพื้นผิวของโลหะมาก ความร้อนซึ่งเกิดขึ้นในพื้นที่รากโดยตรงมีมากเกินกว่าจะสามารถถูกดูดกลืนเข้าในโลหะโดยการนำและพลังงานส่วนเกินก็ไม่แผ่รังสีหรือสูญเสียไปในการหลอมโลหะหรือทำโลหะให้เป็นไอ ความรุนแรงของกระบวนการดังกล่าวเชื่อมโยงกับแอมพลิจูดกระแสฟ้าผ่าและกับช่วงเวลาของกระแสฟ้าผ่า

ง.4.1.2.1 ทั่วไป

แบบจำลองทางทฤษฎีสำหรับคำนวณผลกระทบทางความร้อนบนพื้นผิวโลหะที่จุดเชื่อมต่อของช่องฟ้าผ่า (lightning channel) ได้พัฒนาขึ้นแล้วหลายแบบ เพื่อประโยชน์ไม่ซับซ้อนทางวิทยาศาสตร์ มาตรฐานนี้จะรายงานแต่แบบจำลองแรงดันตกแอโนด-หรือ-แคโทด (anode-or-cathode voltage drop model) การใช้งานแบบจำลองนี้มีประสิทธิผลโดยเฉพาะสำหรับผิวโลหะบางเท่านั้น ในทุกกรณีจะได้ผลลัพธ์เชิงอนุรักษ์ (conservative result) ตามหลักที่ว่าพลังงานทั้งหมดซึ่งอัดฉีดในจุดเชื่อมต่อฟ้าผ่า (lighting attachment point) ถูกใช้หลอมเหลวหรือทำวัสดุตัวนำให้เป็นไอ การแพร่ความร้อนภายในโลหะไม่ต้องนำมาพิจารณา ให้ใช้แบบจำลองอื่นโดยขึ้นอยู่กับความเสียหายของจุดเชื่อมต่อฟ้าผ่าตามช่วงเวลาของกระแสฟ้าผ่าอิมพัลส์

ง.4.1.2.2 แบบจำลองแรงดันตกแอโนด-หรือ-แคโทด

สมมุติพลังงานเข้า W ที่รากอาร์กตามที่กำหนดให้ไว้จากแรงดันตกแอโนด/แคโทด u_a,c คูณด้วยประจุ Q ของกระแสฟ้าผ่า

ด้วยเหตุที่ u_a,c เป็นค่าค่อนข้างคงตัว ในพิสัยกระแสฟ้าผ่าซึ่งพิจารณาในที่นี้ ประจุของกระแสฟ้าผ่า (Q ) เป็นเหตุสำคัญต่อการแปลงผันพลังงานในรากอาร์ก

แรงดันตกแอโนด-หรือ-แคโทด u_a,c  มีค่ายี่สิบถึงสามสิบโวลต์

สมการ ง. 9 ใช้สมมุติฐานเชิงเดียวว่า พลังงานทั้งหมดซึ่งพัฒนาขึ้นที่รากอาร์กถูกใช้เฉพาะการหลอมโลหะเท่านั้น แต่ทำให้ได้ค่าประมาณของปริมาตรหลอมเหลวมากเกิน

 

เมื่อ

V   คือ  ปริมาตรของโลหะซึ่งถูกหลอมเหลว เป็น m³

u_a,c    คือ แรงดันตกแอโนด-หรือ-แคโทด (สมมติว่าคงตัว) เป็น V

Q   คือ  ประจุของกระแสฟ้าผ่า เป็น C

g   คือ  ความหนาแน่นวัสดุ เป็น kg/ m³

C_W    คือ  ความจุทางความร้อน เป็น J/kgK

q_S  คือ  อุณหภูมิหลอมเหลว เป็น ^oC

q_U คือ  อุณหภูมิโดยรอบ เป็น ^oC

c_S      คือ  ความร้อนแฝงของการหลอมเหลว เป็น J/kg

ค่าลักษณะเฉพาะของพารามิเตอร์ทางกายภาพตามสมการ ง.9 สำหรับวัสดุต่างกันซึ่งใช้ใน LPS นั้นมีบันทึกไว้ในตารางที่ ง. 2

โดยพื้นฐาน ประจุที่ต้องพิจารณา คือ ผลรวมของประจุของช่วงจังหวะย้อนกลับ กับกระแสฟ้าผ่าต่อเนื่อง จากประสบการณ์ในห้องปฏิบัติการแสดงให้เห็น (revealed) ว่า ผลกระทบของประจุช่วงจังหวะย้อนกลับมีผลเล็กน้อยเมื่อเทียบกับผลกระทบของกระแสฟ้าผ่าต่อเนื่อง

ง.4.2    ผลกระทบทางกล

ผลกระทบทางกลซึ่งเกิดจากกระแสฟ้าผ่า ขึ้นอยู่กับแอมพลิจูดและช่วงเวลาของกระแสฟ้าผ่า และทั้งลักษณะเฉพาะช่วงยืดหยุ่นของโครงสร้างทางกลซึ่งได้รับผลร้ายด้วย ผลกระทบทางกลยังขึ้นอยู่กับแรงเสียดทานระหว่างส่วนต่าง ๆ ของ LPS ซึ่งกระทำต่อกันและกัน

ง.4.2.1 ปฏิสัมพันธ์แม่เหล็ก (magnetic interaction)

แรงแม่เหล็กเกิดขึ้นระหว่าง ตัวนำนำพากระแส (current-carrying conductor) 2 เส้น, หรือแม้มีตัวนำนำพากระแสเพียง 1 เส้น ประกอบขึ้นเป็นมุมหรือเป็นวงรอบ

เมื่อกระแสฟ้าผ่าไหลผ่านวงจร, แอมพลิจูดของแรงพลศาสตร์ไฟฟ้าซึ่งพัฒนาขึ้นที่ตำแหน่งต่าง ๆ ของวงจรขึ้นอยู่กับทั้งแอมพลิจูดของกระแสฟ้าผ่าและโครงแบบทางเรขาคณิตของวงจร อย่างไรก็ตามผลกระทบทางกลของแรงเหล่านี้ไม่ขึ้นอยู่แต่เฉพาะแอมพลิจูดของกระแสฟ้าผ่าเท่านั้น แต่ยังขึ้นอยู่กับรูปคลื่นทั่วไปของกระแสฟ้าผ่า, ช่วงเวลา, และทั้งด้านโครงแบบทางเรขาคณิตของสิ่งติดตั้งด้วย

ง.4.2.1.1 แรงพลศาสตร์ไฟฟ้า

แรงพลศาสตร์ไฟฟ้าพัฒนาจากกระแสฟ้าผ่า i ไหลเข้าในตัวนำที่มีส่วนขนานกันยาวซึ่งยาว l และระยะห่าง d (วงรอบที่ยาวและเล็ก) ตามที่แสดงไว้ในรูปที่ ง. 1 สามารถคำนวณค่าประมาณได้โดยสมการต่อไปนี้

เมื่อ

F(t)    คือ        แรงพลศาสตร์ไฟฟ้า เป็น N

i        คือ        กระแสฟ้าผ่า เป็น  A

m₀          คือ        สภาพซาบซึมได้แม่เหล็กของที่ว่างเปล่า (สุญญากาศ) มีค่า 4px10^-7 H/m

l        คือ        ความยาวของตัวนำ เป็น m

d       คือ        ระยะห่างระหว่างส่วนตรงของตัวนำที่ขนานกัน เป็น m

 

รูปที่ ง.1 การจัดวางทั่วไปของตัวนำ 2 เส้นสำหรับการคำนวณแรงพลศาสตร์ไฟฟ้า

(ข้อ ง,4.2.1.1)

ใน LPS กำหนดตัวอย่างต้นแบบให้ไว้โดยการจัดวางตัวนำเป็นรูปแบบมุมสมมาตร 90 องศา มีตัวจับอยู่ตรงตำแหน่งใกล้มุมตามที่แสดงไว้ในรูปที่ ง.2 แผนภาพของความเค้นสำหรับโครงแบบของรูปที่ ง.2 มีรายงานไว้ในรูปที่ ง.3 แรงตามแนวแกนบนตัวนำแนวระดับมีแนวโน้มดึงตัวนำออกจากตัวจับ ค่าตัวเลขของแรงตามตัวนำแนวระดับมีแสดงไว้ในรูปที่ ง.4 ได้มาจากค่าพีก 100 kA และความยาวของตัวนำแนวดิ่ง 0.5 เมตร

รูปที่ ง.2 การจัดวางตัวนำต้นแบบใน LPS

(ข้อ ง.4.2.1.1)

รูปที่ ง.3 แผนภาพของความเค้นสำหรับรูปแบบของรูปที่ ง.2

(ข้อ ง.4.2.1.1)

หมายเหตุ ค่าพีก 100 kA และความยาวของตัวนำแนวดิ่ง 0.5 เมตร

รูปที่ ง.4 แรงต่อหน่วยความยาวตลอดตัวนำแนวระดับของรูปที่ ง.2

(ข้อ ง.4.2.1.1)

ง.4.2.1.2 ผลกระทบของแรงพลศาสตร์ไฟฟ้า

-  ตามเงื่อนไขของแอมพลิจูดของแรงที่ใช้, ค่าขณะหนึ่งของแรงพลศาสตร์ไฟฟ้า F(t) เป็นสัดส่วนกับกำลังสองของกระแสฟ้าผ่าขณะหนึ่ง I2(t)

- ตามเงื่อนไขของการพัฒนาความเค้นขึ้นภายในโครงสร้าง LPS ทางกล, แสดงโดยผลคูณของการผิดรูปในช่วงยืดหยุ่น (elastic deformation) d(t) และค่าคงตัวช่วงยืดหยุ่น (elastic constant) k ของโครงสร้าง LPS, สมควรพิจารณาผลกระทบ 2 ประการ ดังนี้

(1)  ความถี่ทางกลธรรมชาติ (เชื่อมโยงกับพฤติกรรมช่วงยืดหยุ่นของโครงสร้าง LPS)

(2)  การผิดรูปถาวร (permanent deformation) ของโครงสร้าง LPS (เชื่อมโยงกับพฤติกรรมช่วงพลาสติกของโครงสร้าง LPS )

เป็นพารามิเตอร์ที่มีความสำคัญมากที่สุด

-  ยิ่งกว่านั้น ในหลายกรณีพบว่า ผลกระทบของแรงเสียดทานภายในโครงสร้าง LPS ก็มีความสำคัญในระดับมีนัยสำคัญ ด้วย

-  แอมพลิจูดของส่วนสั่นสะเทือนของโครงสร้าง LPS ยืดหยุ่น ที่เกิดจากแรงพลศาสตร์ไฟฟ้าซึ่งพัฒนาขึ้นจากกระแสฟ้าผ่า สามารถหาค่าได้โดยสมการอนุพันธ์อันดับสอง ตัวประกอบหลัก (key factor) ซึ่งเป็นอัตราส่วนระหว่าง ช่วงเวลาของกระแสฟ้าผ่าอิมพัลส์ กับ คาบของการแกว่งไกวทางกลธรรมชาติ (natural mechanical oscillation) ของโครงสร้าง LPS ยืดหยุ่น ภาวะต้นแบบซึ่งพบ (encountered) ในการใช้ LPS ประกอบด้วยคาบการแกว่งไกวธรรมชาติของโครงสร้าง LPS นานกว่าคาบการแกว่งไกวธรรมชาติของแรงที่ใช้มาก (ช่วงเวลาของกระแสฟ้าผ่าอิมพัลส์) ในกรณีเช่นนี้ความเค้นทางกลสูงสุดเกิดขึ้นหลังจากการหยุดไหลของกระแสฟ้าผ่าอิมพัลส์ และมีค่าพีกซึ่งเหลือน้อยกว่าความเค้นทางกลสูงสุดของแรงที่ใช้ ในแทบทุกกรณีความเค้นทางกลสูงสุดไม่ต้องนำมาพิจารณา

-  การผิดรูปในช่วงพลาสติกเกิดขึ้นเมื่อความเค้นดึงเกินขีดจำกัดช่วงยืดหยุ่นของวัสดุ ถ้าโครงสร้าง LPS ประกอบขึ้นจากวัสดุอ่อน เช่น อะลูมิเนียม หรือ ทองแดงอบอ่อน เป็นต้น แรงพลศาสตร์ไฟฟ้าสามารถทำตัวนำให้ผิดรูปหักเป็นมุมหรือขดเป็นวงรอบ ดังนั้นสมควรออกแบบส่วนประกอบ LPS ให้ทนแรงพลศาสตร์ไฟฟ้าเหล่านี้ และเผยให้เห็นพฤติกรรมช่วงยืดหยุ่นตามความจำเป็น (essentially)

-  ความเค้นทางกลโดยรวมซึ่งใช้กับโครงสร้าง LPS ขึ้นอยู่กับอินทิกรัลเวลาของแรงที่ใช้และก็ขึ้นอยู่กับพลังงานจำเพาะร่วมเป็นชุดกับกระแสฟ้าผ่าอิมพัลส์ อีกทั้งยังขึ้นอยู่กับรูปคลื่นของกระแสฟ้าผ่าอิมพัลส์และช่วงเวลาของกระแสฟ้าผ่าอิมพัลส์ (เทียบกับคาบของการแกว่งไกวธรรมชาติของโครงสร้าง LPS) ดังนั้นในระหว่างการทดสอบจึงต้องคำนึงถึงพารามิเตอร์ที่มีผลกระทบ (influencing parameter) เหล่านี้ทุกตัว

ง.4.2.2 ความเสียหายคลื่นเสียงกระแทก

เมื่อกระแสฟ้าผ่าไหลในอาร์กจะเกิดคลื่นกระแทก ความรุนแรงของการกระแทกขึ้นอยู่กับค่าพีกและอัตราการเพิ่มขึ้นของกระแสฟ้าผ่า

โดยทั่วไป ความเสียหายเนื่องจากคลื่นเสียงกระแทกไม่มีนัยสำคัญแก่ส่วนโลหะของ LPS แต่สามารถทำให้เกิดความเสียหายแก่ชิ้นส่วนอยู่โดยรอบได้

ง.4.2.3 ผลกระทบร่วมเป็นชุด

ในทางปฏิบัติ ผลกระทบทางกลและผลกระทบทางความร้อนเกิดขึ้นพร้อมกัน ถ้าการเกิดความร้อนของวัสดุของส่วนประกอบ (เช่น แท่ง ตัวจับ ฯลฯ) มีเพียงพอทำให้วัสดุดังกล่าวอ่อนตัว ก็สามารถเกิดความเสียหายมากกว่ากรณีอื่น ในกรณีรุนแรงที่สุด ตัวนำอาจหลอมเหลวโดยการระเบิดและทำให้เกิดอันตรายมากมายแก่โครงสร้างที่อยู่โดยรอบ ถ้าหน้าตัดของโลหะมีเพียงพอต่อการรับผลกระทบโดยรวมได้อย่างปลอดภัย ก็ให้ตรวจสอบเฉพาะสภาพความสมบูรณ์ทางกลเท่านั้น

ง.4.3 การเกิดประกายไฟ

โดยทั่วไป การเกิดประกายไฟจะมีความสำคัญเฉพาะในสภาพแวดล้อมไวไฟเท่านั้น: ในแทบทุกกรณีที่เป็นไปได้ในทางปฏิบัติ การเกิดประกายไฟไม่ความสำคัญสำหรับส่วนประกอบ LPS

การเกิดประกายไฟสามารถเกิดได้ 2 แบบต่างกัน คือ การเกิดประกายไฟความร้อน และ การเกิดประกายไฟแรงดันไฟฟ้า

-  การเกิดประกายไฟความร้อน เกิดขึ้นเมื่อกระแสฟ้าผ่าสูงมากถูกบังคับให้ข้ามรอยต่อระหว่างวัสดุตัวนำ 2 ชนิด การเกิดประกายไฟความร้อนส่วนมากเกิดขึ้นใกล้ขอบข้างในรอยต่อ ถ้าความดันระหว่างผิวหน้าต่ำเกิน เนื่องจากเริ่มต้นโดย (primarily) ความหนาแน่นกระแสฟ้าผ่าสูงและความดันระหว่างผิวหน้าไม่เพียงพอ และเพราะความเข้มของการเกิดประกายไฟความร้อนเชื่อมโยงกับพลังงานจำเพาะ ช่วงระยะวิกฤติที่สุด (most critical phase) ของฟ้าผ่า คือ ช่วงจังหวะย้อนกลับลำดับแรก

-  การเกิดประกายไฟแรงดันไฟฟ้า เกิดขึ้นในกรณีที่กระแสฟ้าผ่าถูกบังคับให้ไหลผ่านเส้นทางวกวน (convoluted path) เช่น ข้างในรอยต่อ เป็นต้น ถ้าแรงดันไฟฟ้าซึ่งเหนี่ยวนำขึ้นในลักษณะวงรอบสูงเกินแรงดันเสียสภาพฉับพลัน (breakdown voltage) ระหว่างส่วนโลหะทั้งสอง แรงดันเหนี่ยวนำ (induced voltage) เป็นสัดส่วนกับความเหนี่ยวนำในตัวเอง คูณด้วย ความชันของกระแสฟ้าผ่า ดังนั้นส่วนประกอบฟ้าผ่าวิกฤติที่สุดสำหรับการเกิดประกายไฟแรงดันไฟฟ้า ก็คือ ช่วงจังหวะลบลำดับหลัง

ง.5 ส่วนประกอบ LPS, ปัญหาเกี่ยวเนื่อง และ พารามิเตอร์ทดสอบ

ระบบการป้องกันฟ้าผ่า (LPS) ทำจากส่วนประกอบต่างกันหลายส่วน โดยแต่ละส่วนมีหน้าที่จำเพาะภายใน

ระบบการป้องกันฟ้าผ่า โดยธรรมชาติของส่วนประกอบ LPS และความเค้นจำเพาะซึ่งส่วนประกอบ LPS ได้รับจึงจำเป็นต้องมีข้อพิจารณาพิเศษ เมื่อจัดเตรียมการทดสอบห้องปฏิบัติการเพื่อตรวจสอบสมรรถนะของส่วนประกอบ LPS

ง.5.1 สิ่งต่อปลายทางอากาศ

ผลกระทบต่อระบบปลายทางอากาศเกิดขึ้นจากทั้งผลกระทบทางกลและผลกระทบทางความร้อน (ตามที่อธิบายในข้อ ง 5.2 แต่มีข้อสังเกตว่า สัดส่วนของกระแสฟ้าผ่าสูงจะไหลในตัวนำปลายทางอากาศซึ่งถูกผ่า) และในบางกรณียังเกิดผลกระทบการกร่อนอาร์ก โดยเฉพาะในส่วนประกอบ LPS ธรรมชาติ เช่น ผิวหลังคาโลหะบาง (ตรงที่อาจเกิดการเจาะทะลุหรือการเพิ่มอุณหภูมิพื้นผิวด้านหลังขึ้นเกิน) และตัวนำขึง เป็นต้น

สำหรับผลกระทบการกร่อนอาร์ก สมควรพิจารณาพารามิเตอร์ทดสอบประธาน 2 ตัว

-  ประจุของกระแสฟ้าผ่าช่วงเวลายาว (charge of long duration current)

-  ช่วงเวลาของกระแสฟ้าผ่าช่วงเวลายาว

ประจุของกระแสฟ้าผ่าช่วงเวลายาว กำหนดพลังงานเข้าที่รากอาร์ก โดยเฉพาะช่วงจังหวะเวลายาวปรากฏว่ารุนแรงที่สุดสำหรับผลกระทบการกร่อนอาร์กนี้ ในขณะที่ช่วงจังหวะเวลาสั้นไม่ต้องนำมาพิจารณา

ช่วงเวลาของกระแสฟ้าผ่าช่วงเวลายาว มีบทบาทสำคัญในปรากฏการณ์ถ่ายโอนความร้อนเข้าในวัสดุ ช่วงเวลาของกระแสฟ้าผ่าช่วงเวลายาว ซึ่งใช้ในระหว่างการทดสอบต้องใกล้เคียงช่วงเวลาของช่วงจังหวะเวลายาว (0.5 ถึง 1 วินาที)

ง.5.2 ตัวนำลง

ผลกระทบต่อตัวนำลงซึ่งเกิดจากฟ้าผ่า สามารถแบ่งออกได้เป็น 2 ประเภท

-  ผลกระทบทางความร้อน เนื่องจากการเกิดความร้อนความต้านทาน

-  ผลกระทบทางกล ที่เชื่อมโยงกับผลสะท้อนแม่เหล็ก ตรงที่กระแสฟ้าผ่าถูกแบ่งส่วนโดยตัวนำซึ่งอยู่ที่ตำแหน่งใกล้เคียงซึ่งกันและกัน หรือ เมื่อกระแสฟ้าผ่าเปลี่ยนทิศทาง (สิ่งโค้งงอ (bends) หรือสิ่งต่อระหว่างตัวนำกับตัวนำซึ่งอยู่ตรงมุมซึ่งกำหนดให้เทียบกับตัวนำอื่น)

ส่วนมาก ผลกระทบทั้ง 2 ประเภทนี้ไม่ขึ้นแก่กัน และสามารถแยกการทดสอบห้องปฏิบัติการออกจากกันได้เพื่อตรวจสอบผลกระทบแต่ละประเภท สามารถเริ่มต้นปรับใช้ได้ในทุกกรณีที่การเกิดความร้อนซึ่งพัฒนาขึ้นจากกระแสฟ้าผ่าไหล ไม่ทำให้ลักษณะเฉพาะทางกลเปลี่ยนแปลงอย่างมีนัยสำคัญ

ง.5.2.1 การเกิดความร้อนความต้านทาน

การคำนวณและการวัดซึ่งสัมพันธ์กับการเกิดความร้อนของตัวนำมีหน้าตัดต่างกันและวัสดุต่างกัน เนื่องจากกระแสฟ้าผ่าไหลตามเส้นทางตัวนำ ได้ตีพิมพ์โดยผู้เขียนหลายคน ผลลัพธ์ส่วนมาก (main result) เป็นจุดกราฟและสูตรซึ่งสรุปไว้ในข้อ ง.4.1.1 ดังนั้นโดยทั่วไปจึงไม่จำเป็นต้องมีการทดสอบห้องปฏิบัติการเพื่อตรวจสอบพฤติกรรมของตัวนำเทียบกับอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้น

ในทุกกรณีที่กำหนดให้สำหรับการทดสอบห้องปฏิบัติการ ต้องคำนึงถึงดังนี้

-  พารามิเตอร์ทดสอบประธานที่ต้องพิจารณาในกรณีนี้ คือ

• พลังงานจำเพาะ

• ช่วงเวลากระแสฟ้าผ่าอิมพัลส์ (impulse current duration)

-  พลังงานจำเพาะกำหนดอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้น เนื่องจากการเกิดความร้อนจูลซึ่งเกิดจากการไหลของกระแสฟ้าผ่า ค่าตัวเลขที่ต้องพิจารณา คือ ค่าตัวเลขเกี่ยวเนื่องกับช่วงจังหวะลำดับแรก ข้อมูลอนุรักษนิยมได้มาจากการพิจารณาช่วงจังหวะบวก

-  ช่วงเวลากระแสฟ้าผ่าอิมพัลส์ มีผลกระทบฉับพลัน (decisive influence) ต่อกระบวนการการแลกเปลี่ยนความร้อน เทียบกับ ภาวะอุณหภูมิโดยรอบ ๆ ตัวนำที่พิจารณา ส่วนมากช่วงเวลาของกระแสฟ้าผ่าอิมพัลส์มักสั้นจนกระบวนการการเกิดความร้อน ถือว่าเป็น แอเดียแบติก

ง.5.2.2 ผลกระทบทางกล

ดังที่อธิบายในข้อ ง.4.2.1 ผลสะท้อนทางกลพัฒนาขึ้นระหว่างตัวนำกับตัวนำซึ่งนำพากระแสฟ้าผ่า แรงเป็นสัดส่วนกับผลคูณของกระแสฟ้าผ่าซึ่งไหลในตัวนำ (หรือเป็นสัดส่วนกับกำลังสองของกระแสฟ้าผ่า กรณีที่เป็นตัวนำเดียวโค้งงอ) และเชื่อมโยงกับการผกผันของระยะห่างระหว่างตัวนำกับตัวนำ

ตามสถานการณ์ปกติสามารถมองเห็นผลกระทบที่เกิดขึ้นได้ เมื่อตัวนำมีทรงเป็นวงรอบหรือโค้งงอเมื่อตัวนำเช่นนี้นำพากระแสฟ้าผ่าก็จะต้องรับแรงทางกลซึ่งพยายามขยายวงรอบและเหยียดมุมให้ตรงและก็ดัดตัวนำให้โค้งออก ขนาดของแรงนี้เป็นสัดส่วนกับกำลังสองของแอมพลิจูดของกระแสฟ้าผ่าอิมพัลส์ อย่างไรก็ตามสมควรทำให้ชัดเจนว่าระหว่าง แรงพลศาสตร์ไฟฟ้าซึ่งเป็นสัดส่วนกับกำลังสองของแอมพลิจูดของกระแสฟ้าผ่าอิมพัลส์ กับ ความเค้นสมนัยซึ่งขึ้นอยู่กับลักษณะเฉพาะช่วงยืดหยุ่นของโครงสร้าง LPS ทางกล สำหรับโครงสร้าง LPS มีความถี่ธรรมชาติต่ำโดยสัมพัทธ์ความเค้นซึ่งพัฒนาขึ้นภายในโครงสร้าง LPS สมควรต่ำกว่าแรงพลศาสตร์ไฟฟ้ามากทีเดียว ในกรณีเช่นนี้ไม่จำเป็นต้องมีการทดสอบห้องปฏิบัติการเพื่อตรวจสอบพฤติกรรมทางกลของตัวนำซึ่งโค้งงอตรงมุมฉากตราบเท่าที่พื้นที่หน้าตัดเป็นไปตามข้อกำหนดมาตรฐานปัจจุบัน

ในทุกกรณีที่กำหนดให้สำหรับการทดสอบห้องปฏิบัติการ (โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับวัสดุอ่อน) ต้องคำนึงถึงข้อพิจารณาต่อไปนี้ ต้องพิจารณาพารามิเตอร์ 3 ตัว ของช่วงจังหวะย้อนกลับลำดับแรกได้แก่

-  ช่วงเวลาของกระแสฟ้าผ่าอิมพัลส์

-  พลังงานจำเพาะของกระแสฟ้าผ่าอิมพัลส์

-  แอมพลิจูดของกระแสฟ้าผ่าอิมพัลส์ ในกรณีที่เป็นระบบการป้องกันฟ้าผ่าไม่ยืดหยุ่น (rigid system)

ช่วงเวลาของกระแสฟ้าผ่าอิมพัลส์ เทียบกับคาบของการแกว่งไกวทางกลธรรมชาติของโครงสร้าง LPS กำหนดต้นแบบของการตอบสนองทางกลของระบบการป้องกันฟ้าผ่าเป็นการกระจัด

(1)   ถ้าช่วงเวลาของกระแสฟ้าผ่าอิมพัลส์ สั้นกว่าคาบของการแกว่งไกวทางกลธรรมชาติของโครงสร้าง LPS มาก (กรณีปกติสำหรับโครงสร้าง LPS ซึ่งเกิดความเค้นจากกระแสฟ้าผ่าอิมพัลส์) มวลและสภาพยืดหยุ่นของระบบการป้องกันฟ้าผ่าจะป้องกันไม่ให้เกิดการกระจัดอย่างเห็นได้ชัด และความเค้นทางกลเกี่ยวเนื่องจำต้องสัมพันธ์กับพลังงานจำเพาะของกระแสฟ้าผ่าอิมพัลส์ ค่าพีกของกระแสฟ้าผ่าอิมพัลส์มีผลกระทบจำกัด

(2)   ถ้าช่วงเวลาของกระแสฟ้าผ่าอิมพัลส์ ใกล้เคียงกับหรือยาวกว่าคาบของการแกว่งไกวทางกลธรรมชาติของโครงสร้าง LPS การกระจัดของระบบการป้องกันฟ้าผ่าจะไวต่อรูปคลื่นของความเค้นที่ใช้มากกว่า ในกรณีนี้ค่าพีกของกระแสฟ้าผ่าอิมพัลส์และพลังงานจำเพาะของกระแสฟ้าผ่าอิมพัลส์จำเป็นต้องเกิดขึ้นซ้ำระหว่างการทดสอบ

พลังงานจำเพาะของกระแสฟ้าผ่าอิมพัลส์ กำหนดความเค้นซึ่งทำให้เกิดการผิดรูปในช่วงพลาสติกและช่วงยืดหยุ่น (elastic and plastic deformation) ของโครงสร้าง LPS ค่าตัวเลขที่ต้องพิจารณา คือ ค่าตัวเลขเกี่ยวเนื่องกับช่วงจังหวะลำดับแรก

แอมพลิจูดของกระแสฟ้าผ่าอิมพัลส์ กำหนดความยาวของการกระจัดสูงสุดของโครงสร้าง LPS ในกรณีที่เป็นระบบการป้องกันฟ้าผ่าไม่ยืดหยุ่นซึ่งมีความถี่การแกว่งไกวธรรมชาติสูง ค่าตัวเลขที่ต้องพิจารณา คือ ค่าตัวเลขเกี่ยวเนื่องกับช่วงจังหวะลำดับแรก

ง.5.3 ส่วนประกอบการต่อ (connecting component)

ส่วนประกอบการต่อระหว่างตัวนำกับตัวนำประชิดของ LPS เป็นจุดอ่อนทางกลและทางความร้อนได้ตรงที่เกิดความเค้นสูงมาก

ในกรณีที่ตัวต่อ (connector) วางอยู่ในตำแหน่งลักษณะทำให้ตัวนำเดินตามมุมฉาก ผลกระทบอันเป็นสาระสำคัญของความเค้นเชื่อมโยงกับแรงทางกลซึ่งมีแนวโน้มยืดชุดตัวนำให้ตรงและต้านแรงเสียดทานระหว่าง ส่วนประกอบการต่อ กับ ตัวนำซึ่งกำลังดึงการต่อดังกล่าวให้ออกจากกัน มีการพัฒนาอาร์กขึ้นที่จุดต่าง ๆ ของส่วนสัมผัส (contact) ของส่วนต่างกันได้ ยิ่งกว่านั้นผลกระทบทางความร้อนซึ่งเกิดจากความเข้มของกระแสฟ้าผ่าเหนือพื้นผิวส่วนสัมผัสขนาดเล็กมีผลกระทบสังเกตได้

การทดสอบห้องปฏิบัติการแสดงว่าเป็นการยากที่จะแยกผลกระทบแต่ละอย่างออกจากกัน เนื่องจากการเกิดการซ้อนทับซับซ้อน (complex synergism) ความแข็งแรงทางกลรับผลร้ายจากการหลอมเหลวเฉพาะที่ของพื้นที่ของส่วนสัมผัส การกระจัดสัมพัทธ์ระหว่างส่วนกับส่วนของส่วนประกอบการต่อนั้นทำให้เกิดการพัฒนาอาร์กขึ้นและเกิดความร้อนรุนแรงต่อเนื่อง

ในกรณีที่ไม่มีแบบจำลองสมเหตุสมผลยอมรับได้ การทดสอบห้องปฏิบัติการสมควรทำให้ได้ใกล้เคียงเท่ากับพารามิเตอร์เหมาะสมของกระแสฟ้าผ่าในสถานการณ์วิกฤติที่สุดเท่าที่เป็นไปได้ กล่าวคือ ต้องใช้พารามิเตอร์เหมาะสมของกระแสฟ้าผ่าโดยการทดสอบทางไฟฟ้าครั้งเดียวในกรณีนี้ต้องพิจารณาพารามิเตอร์ 3 ตัว

-  ค่าพีกของกระแสฟ้าผ่าอิมพัลส์

-  พลังงานจำเพาะของกระแสฟ้าผ่าอิมพัลส์

-  ช่วงเวลาของกระแสฟ้าผ่าอิมพัลส์

ค่าพีกของกระแสฟ้าผ่าอิมพัลส์ กำหนดแรงสูงสุด หรือ ถ้าและหลังจากแรงดึงพลศาสตร์ไฟฟ้าเกินแรงเสียดทาน ความยาวของการกระจัดสูงสุดของโครงสร้าง LPS ค่าตัวเลขที่ต้องพิจารณา คือ ค่าตัวเลขเกี่ยวเนื่องกับช่วงจังหวะลำดับแรก ข้อมูลอนุรักษนิยมได้มาจากการพิจารณาช่วงจังหวะบวก

พลังงานจำเพาะของกระแสฟ้าผ่าอิมพัลส์ กำหนดการเกิดความร้อนที่พื้นผิวสัมผัสตรงที่กระแสฟ้าผ่าเข้มเหนือพื้นที่ขนาดเล็ก ค่าตัวเลขที่ต้องพิจารณา คือ ค่าตัวเลขเกี่ยวเนื่องกับช่วงจังหวะลำดับแรก ข้อมูลอนุรักษนิยมได้มาจากการพิจารณาช่วงจังหวะบวก

ช่วงเวลาของกระแสฟ้าผ่าอิมพัลส์ กำหนดการกระจัดสูงสุดของโครงสร้าง LPS หลังจากแรงเสียดทานเกินและมีบทบาทสำคัญในปรากฏการณ์การถ่ายโอนความร้อนเข้าในวัสดุ

ง.5.4 สิ่งต่อปลายทางดิน

ปัญหาที่แท้จริงกับอิเล็กโทรดปลายทางดิน (earth termination electrode) เชื่อมโยงกับการกัดกร่อนทางเคมีและความเสียหายทางกลซึ่งเกิดจากแรงอื่นที่ไม่ใช่แรงพลศาสตร์ไฟฟ้า ในทางปฏิบัติการกร่อนของอิเล็กโทรดปลายทางดินที่รากอาร์กมีความสำคัญน้อย แต่ต้องพิจารณาด้านตรงข้ามสิ่งต่อปลายทางอากาศว่า LPS ต้นแบบมีสิ่งต่อปลายทางดินหลายส่วน กระแสฟ้าผ่าจะแบ่งส่วนระหว่างอิเล็กโทรดดินหลายแท่ง ดังนี้จึงทำให้เกิดผลกระทบที่รากอาร์กน้อยมาก

ในกรณีนี้ต้องพิจารณาพารามิเตอร์ทดสอบประธาน 2 ตัว

-  ประจุของกระแสฟ้าผ่าอิมพัลส์ช่วงเวลายาว

-  ช่วงเวลาของกระแสฟ้าผ่าอิมพัลส์ช่วงเวลายาว

ประจุของกระแสฟ้าผ่าอิมพัลส์ช่วงเวลายาว กำหนดพลังงานเข้าที่รากอาร์ก โดยเฉพาะการมีส่วนร่วมของช่วงจังหวะลำดับแรกไม่ต้องนำมาพิจารณา เนื่องจากช่วงจังหวะช่วงเวลายาวปรากฏว่ารุนแรงที่สุดสำหรับส่วนประกอบนี้

ช่วงเวลาของกระแสฟ้าผ่าอิมพัลส์ช่วงเวลายาว มีบทบาทสำคัญในปรากฏการณ์ถ่ายโอนความร้อนเข้าในวัสดุ ช่วงเวลาของกระแสฟ้าผ่าอิมพัลส์ซึ่งใช้ระหว่างการทดสอบต้องเทียบได้กับช่วงเวลาของช่วงจังหวะช่วงเวลายาว (0.5 ถึง 1 วินาที)

ง.6 อุปกรณ์ป้องกันเสิร์จ (SPD)

ผลกระทบของความเค้นต่อ SPD ซึ่งเกิดจากฟ้าผ่าขึ้นอยู่กับแบบของ SPD ว่าเป็นแบบมีช่องว่างหรือแบบไม่มีช่องว่าง

ง.6.1 SPD มีช่องว่างประกายไฟ

ผลกระทบต่อช่องว่างประกายไฟซึ่งเกิดจากฟ้าผ่าสามารถแบ่งได้เป็น 2 ประเภท

-  การกร่อนของอิเล็กโทรดช่องว่างประกายไฟจาก การเกิดความร้อน การหลอมเหลว และการระเหยเป็นไอของวัสดุ

-  ความเค้นทางกล ซึ่งเกิดจากคลื่นกระแทกของการคายประจุ

เป็นการยากอย่างยิ่งที่จะศึกษาค้นคว้าผลกระทบทั้งสองนี้แยกกัน เนื่องจากผลกระทบทั้งสองเชื่อมโยงกับพารามิเตอร์กระแสฟ้าผ่าประธานโดยความสัมพันธ์ซับซ้อน

สำหรับช่องว่างประกายไฟ การทดสอบห้องปฏิบัติการต้องทำให้ได้ใกล้เคียงเท่ากับพารามิเตอร์เหมาะสมของกระแสฟ้าผ่าในสถานการณ์วิกฤติที่สุดเท่าที่เป็นไปได้ กล่าวคือ ต้องใช้พารามิเตอร์เหมาะสมทุกตัวของกระแสฟ้าผ่าโดยความเค้นทางไฟฟ้าครั้งเดียว

ในกรณีนี้ต้องพิจารณาพารามิเตอร์ 5 ตัว

-  ค่าพีกของกระแสฟ้าผ่าอิมพัลส์

-  ประจุของกระแสฟ้าผ่าอิมพัลส์

-  ช่วงเวลาของกระแสฟ้าผ่าอิมพัลส์

-  พลังงานจำเพาะของกระแสฟ้าผ่าอิมพัลส์

-  อัตราการเพิ่มขึ้นของกระแสฟ้าผ่าอิมพัลส์

ค่าพีกของกระแสฟ้าผ่าอิมพัลส์ กำหนดความรุนแรงของคลื่นกระแทก ค่าตัวเลขที่ต้องพิจารณา คือ ค่าตัวเลขเกี่ยวเนื่องกับช่วงจังหวะลำดับแรก ข้อมูลอนุรักษนิยมได้มาโดยการพิจารณาช่วงจังหวะบวก

ประจุของกระแสฟ้าผ่าอิมพัลส์ กำหนดพลังงานเข้า (energy input) ในอาร์ก พลังงานในอาร์กจะทำให้ร้อนขึ้น หลอมเหลว และอาจทำให้ส่วนของวัสดุอิเล็กโทรดที่จุดเชื่อมต่อของอาร์กเป็นไอได้ ค่าตัวเลขที่ต้องพิจารณา คือ ค่าตัวเลขเกี่ยวเนื่องกับวาบฟ้าผ่าทั้งวาบ อย่างไรก็ตามประจุของกระแสฟ้าผ่าช่วงเวลายาวไม่ต้องนำมาพิจารณาในหลายกรณี ซึ่งขึ้นอยู่กับโครงแบบของระบบจ่ายไฟฟ้ากำลัง (TN TT หรือ IT)

ช่วงเวลาของกระแสฟ้าผ่าอิมพัลส์ กำหนดปรากฏการณ์ถ่ายโอนความร้อนเข้าในมวลของอิเล็กโทรดและการแพร่กระจายผลลัพธ์ของหน้าหลอมเหลว

พลังงานจำเพาะของกระแสฟ้าผ่าอิมพัลส์ กำหนดการอัดตัวแม่เหล็กของอาร์กและกายภาพของลำพลาสมาอิเล็กโทรดซึ่งพัฒนาขึ้นที่ระหว่างหน้าสัมผัส ระหว่างพื้นผิวอิเล็กโทรด กับ อาร์กนั้น (ซึ่งสามารถพ่นวัสดุหลอมเหลวปริมาณนัยสำคัญออกมา) ค่าตัวเลขที่ต้องพิจารณา คือ ค่าตัวเลขเกี่ยวเนื่องกับช่วงจังหวะลำดับแรก ข้อมูลอนุรักษนิยมได้มาโดยการพิจารณาช่วงจังหวะบวก

หมายเหตุ สำหรับช่องว่างประกายไฟซึ่งใช้สำหรับระบบจ่ายไฟฟ้ากำลัง, ต้องพิจารณาตัวประกอบความเค้นสำคัญ (important stress factor) ซึ่งเกิดจากอาจมีความถี่ไฟฟ้ากำลังตามหลังแอมพลิจูดของกระแสฟ้าผ่า

ง.6.2 SDP มีตัววาริสเตอร์โลหะออกไซด์ (SDP containing metal-oxide varistor)

ความเค้นต่อตัววาริสเตอร์โลหะออกไซด์ซึ่งเกิดจากฟ้าผ่าสามารถแบ่งได้เป็น 2 ประเภท

- โหลดเกิน

- วาบไฟตามผิวฉนวน (flashover)

แต่ละประเภทมีลักษณะเฉพาะโดยแบบวิธีความล้มเหลว (failure mode) ซึ่งเกิดขึ้นจากปรากฏการณ์ต่างกันและมีกำหนดจากพารามิเตอร์ต่างกัน ความล้มเหลวของ SDP โลหะออกไซด์เชื่อมโยงกับลักษณะเฉพาะอ่อนแอที่สุดของ SDP โลหะออกไซด์ และดังนั้นจึงไม่น่าเกิดการซ้อนทับระหว่างความเค้นพินาศต่างกันขึ้น จึงจำต้องยอมรับว่าสามารถทำการทดสอบแยกกันได้ เพื่อตรวจสอบพฤติกรรมภายใต้ภาวะแบบวิธีความล้มเหลว (failure mode condition) แต่ละภาวะ

โหลดเกินเกิดจากปริมาณพลังงานดูดซับเกินวิสัยสามารถของอุปกรณ์ป้องกันเสิร์จ พลังงานส่วนเกินซึ่งพิจารณาในที่นี้สัมพันธ์กับความเค้นฟ้าผ่าในตัวเอง อย่างไรก็ตามสำหรับ SDPs ที่ติดตั้งในระบบจ่ายไฟฟ้ากำลัง กระแสฟ้าผ่าซึ่งไหลฉีดเข้าในอุปกรณ์ป้องกันเสิร์จโดยระบบไฟฟ้ากำลังโดยตรงหลังจากการหยุดไหลของกระแสฟ้าผ่ายังสามารถมีบทบาทสำคัญในการทำความเสียหายขั้นพินาศ (fatal damage) แก่ SDP โดยสรุป SDP สามารถเสียหายขั้นพินาศจากสภาพไม่เสถียรทางความร้อนภายใต้แรงดันไฟฟ้าที่ใช้งานซึ่งสัมพันธ์กับสัมประสิทธิ์อุณหภูมิลบของลักษณะเฉพาะเป็นโวลต์แอมแปร์ของตัวต้านทาน สำหรับการจำลองโหลดเกินของตัววาริสเตอร์โลหะออกไซด์ ต้องพิจารณาพารามิเตอร์ประธาน 1 ตัว คือ ประจุ

ประจุกำหนดพลังงานเข้า (energy input) เข้าในก้อนตัวต้านทานโลหะออกไซด์ (metal-oxide resistor block) ซึ่งถือว่า แรงดันไฟฟ้าตกค้าง (residual voltage) ของก้อนตัวต้านทานโลหะออกไซด์มีค่าคงตัวค่าตัวเลขที่ต้องพิจารณา คือ ค่าตัวเลขเกี่ยวเนื่องกับวาบฟ้าผ่า

วาบไฟตามผิวฉนวนและรอยแตกร้าว เกิดจากแอมพลิจูดของกระแสฟ้าผ่าอิมพัลส์เกินวิสัยสามารถของตัวต้านทาน โดยทั่วไป ลักษณะความล้มเหลวเช่นนี้เห็นเด่นชัด (evidenced) จากวาบไฟตามผิวฉนวนภายนอกตามรอยต่อวงแหวน (collar) บางครั้งการเจาะทะลุเข้าในก้อนตัวต้านทานทำให้เกิดรอยแตกหรือรูตั้งฉากกับรอยต่อวงแหวน ส่วนมากความล้มเหลวเชื่อมโยงกับการยุบตัวไดอิเล็กตริก (dielectric collapse) ของรอยต่อวงแหวนของก้อนตัวต้านทาน

สำหรับการจำลองของปรากฏการณ์ฟ้าผ่าเช่นนี้ ต้องพิจารณาพารามิเตอร์ประธาน 2 ตัว

- ค่าสูงสุดของกระแสฟ้าผ่าอิมพัลส์

- ช่วงเวลาของกระแสฟ้าผ่าอิมพัลส์

ค่าสูงสุดของกระแสฟ้าผ่าอิมพัลส์ กำหนดผ่านระดับแรงดันไฟฟ้าตกค้างสมนัยว่า ความทนไดอิเล็กตริกสูงสุดบนรอยต่อวงแหวนตัวต้านทานมากเกินหรือไม่ ค่าตัวเลขที่ต้องพิจารณา คือ ค่าตัวเลขเกี่ยวเนื่องกับช่วงจังหวะลำดับแรก ข้อมูลอนุรักษนิยมได้มาโดยการพิจารณาช่วงจังหวะบวก

ช่วงเวลาของกระแสฟ้าผ่าอิมพัลส์ กำหนดช่วงเวลาของการใช้งานของความเค้นไดอิเล็กตริกบนรอยต่อวงแหวนตัวต้านทาน

ง.7 สรุปพารามิเตอร์ทดสอบที่ต้องปรับใช้ในการทดสอบส่วนประกอบ LPS

ตารางที่ ง.1 สรุปเกณฑ์วิกฤติที่สุดของส่วนประกอบ LPS แต่ละส่วน ระหว่างสมรรถนะของหน้าที่ของส่วนประกอบ LPS และกำหนดพารามิเตอร์ของกระแสฟ้าผ่าที่ต้องทำขึ้นใหม่ในการทดสอบห้องปฏิบัติการให้ไว้

ค่าตัวเลขซึ่งกำหนดให้ไว้ในตารางที่ ง.1 เกี่ยวเนื่องกับพารามิเตอร์กระแสฟ้าผ่ามีความสำคัญที่จุดฟ้าผ่า ค่าทดสอบที่ต้องคำนวณโดยพิจารณาการแบ่งส่วนกระแสฟ้าผ่า ซึ่งสามารถแสดงโดยตัวประกอบการแบ่งส่วนกระแสฟ้าผ่าตามข้อ ง.3

ค่าตัวเลขของพารามิเตอร์ที่ต้องใช้ระหว่างการทดสอบ จึงสามารถคำนวณบนพื้นฐานของข้อมูลซึ่งกำหนดให้ไว้ในตารางที่ ง.1 โดยการใช้ตัวประกอบการลดค่าที่เชื่อมโยงกับการแบ่งส่วนกระแสฟ้าผ่า ดังสมการตามข้อ ง.3

ภาคผนวก จ.

(ข้อแนะนำ)

เสิร์จเนื่องจากฟ้าผ่าที่จุดการติดตั้งต่างกัน

(ข้อ 4. และ ข้อ ง.3)

กล่าวโดยสังเขป

เพื่อการกำหนดมิติของตัวนำ, SDPs และเครื่องสำเร็จ สมควรกำหนดภัยคุกคามเนื่องจากเสิร์จที่จุกติดตั้งเฉพาะของส่วนประกอบเหล่านี้ให้แน่นอน เสิร์จสารถเกิดขึ้นจากกระแสฟ้าผ่า (บางส่วน) และจากผลกระทบการเหนี่ยวนำ (induction effect) เข้าในวงรอบสิ่งติดตั้ง ภัยคุกคามเนื่องจากเสิร์จเหล่านี้ต้องต่ำกว่าระดับความทนของส่วนประกอบที่ใช้ (นิยามโดยการทดสอบเพียงพอตามความจำเป็น)

จ.1 เสิร์จเนื่องจากวาบถึงโครงสร้าง (ต้นกำเนิดของความเสียหาย S1)

จ.1.1 เสิร์จไหลผ่านส่วนนำกระแสภายนอกและสายไฟฟ้าซึ่งต่อถึงโครงสร้าง

เมื่อเสิร์จไหลถึงดิน กระแสฟ้าผ่าถูกแบ่งออกระหว่างระบบปลายทางดิน ส่วนนำกระแสภายนอก และสายไฟฟ้า โดยตรงหรือผ่าน SPDs ซึ่งต่อถึงสิ่งดังกล่าว

                                                       I_f = k_eI                                    (จ.1)

I_f คือ   ส่วนของกระแสฟ้าผ่าเกี่ยวเนื่องกับส่วนนำกระแสภายนอกแต่ละส่วนหรือสายไฟฟ้าแต่ละเส้น ดังนั้น k_e ขึ้นอยู่กับ

-  จำนวนของเส้นทางขนาน

-  อิมพีแดนซ์ดินธรรมดา (conventional earthing impedance) ของเสิร์จสำหรับส่วนใต้ดิน หรือความต้านทานดินของเสิร์จ ตรงที่ส่วนเหนือศีรษะต่อถึงใต้ดิน สำหรับส่วนเหนือศีรษะ

-  อิมพีแดนซ์ดินธรรมดาของระบบปลายทางดิน

สำหรับสิ่งติดตั้งใต้ดิน

สำหรับสิ่งติดตั้งเหนือศีรษะ

เมื่อ

Z คือ อิมพีแดนซ์ดินธรรมดาของระบบปลายทางดิน

Z₁ คือ อิมพีแดนซ์ดินธรรมดาของส่วนนำกระแสภายนอกหรือสายไฟฟ้า (ตารางที่ จ. 1) เดินใต้ดิน

Z₂ คือ ความต้านทานดินของการจัดดินซึ่งต่อสายไฟฟ้าเหนือศีรษะถึงดิน ถ้าไม่ทราบความต้านทาน

ดินของจุดดิน อาจใช้ค่า Z₁ ตามตาราง จ. 1 (ตรงที่สภาพความต้านทานเกี่ยวเนื่องถึงจุดดิน)

หมายเหตุ ตามสูตรข้างต้นนี้ สมมุติว่าจุดดินแต่ละจุดมีค่าเดียวกัน ถ้าไม่เป็นเช่นนี้จำเป็นต้องใช้สมการซับซ้อนกว่านี้

n₁ คือ จำนวนโดยรวมของส่วนนำกระแสภายนนอกหรือสายไฟฟ้าเดินใต้ดิน

n₂ คือ จำนวนโดยรวมของส่วนนำกระแสภายนอกหรือสายไฟฟ้าเดินเหนือศีรษะ

I คือ กระแสฟ้าผ่าเกี่ยวเนื่องกับระดับชั้น LPS ที่พิจารณา

ให้เริ่มต้นสมมติว่า ประมาณครึ่งหนึ่งของกระแสฟ้าผ่าไหลในระบบปลายทางดิน และว่า Z2 = Z1, อาจหาค่าของ ke สำหรับส่วนนำกระแสภายนอกหรือสายไฟฟ้าได้ โดย

                                               k_e = 0.5 / (n₁ + n₂)                                       (จ.4)

ถ้าสายไฟฟ้าเดินเข้า (เช่น สายไฟฟ้ากำลัง และ สายไฟฟ้าสื่อสาร เป็นต้น) ไม่มีกำบังหรือไม่เดินในท่อร้อยสายโลหะ ตัวนำแต่ละเส้น (จำนวน n’ เส้น) ของสายไฟฟ้านำพากระแสฟ้าผ่าเป็นส่วนท่ากัน

                                                                k_e’ = k_e / n’                                            (จ.5)

n’ คือ จำนวนตัวนำทั้งหมด

สำหรับสายไฟฟ้ามีกำบังซึ่งถูกต่อประสานที่ทางเข้า ค่าของกระแสฟ้าผ่า ke’ สำหรับตัวนำแต่ละเส้น (จำนวน n’ เส้น) ของสิ่งบริการมีกำบังซึ่งกำหนดให้ไว้โดย

                                                       k_e’ = k_e R_S (n’ R_S + R_C)                                   (จ.6)

เมื่อ

R_S คือ ความต้านทานโอห์มต่อหน่วยความยาวของกำบัง

R_C คือ ความต้านทานโอห์มต่อหน่วยความยาวของตัวนำข้างใน

หมายเหตุ สูตรนี้อาจประมาณข้างน้อยกว่าบทบาทของกำบังในการเปลี่ยนทาง (diverting) กระแสฟ้าผ่าเนื่องจากความเหนี่ยวนำร่วมระหว่างแกนกับกำบัง

 

ตารางที่ จ. 1 ค่าอิมพีแดนซ์ดินธรรมดา Z และ Z1ตามสภาพความต้านทานของเนื้อดิน

(ข้อ จ.1.1)

r (Ωm)	Z1 (Ω)	อิมพีแดนซ์ดินธรรมดาสัมพันธ์กับระดับชั้นของ LPS Z (Ω)
		I	II	III - IV
£100	8	4	4	4
200	11	6	6	6
500	16	10	15	10
1 000	22	10	15	20
2 000	28	10	15	40
3 000	35	10	15	60
หมายเหตุ ค่าตามตารางนี้อ้างถึงอิมพีแดนซ์ดินธรรมดาของตัวนำฝังดินภายใต้ภาวะอิมพัลส์ (10/350 μs)

 

จ.1.2   ตัวประกอบมีผลกระทบต่อการแบ่งส่วนของกระแสฟ้าผ่าในสายไฟฟ้ากำลัง

เพื่อการคำนวณละเอียด ตัวประกอบหลายตัวสามารถมีผลกระทบต่อแอมพลิจูดและรูปคลื่นของเสิร์จเช่นนี้

(1)   ความยาวเคเบิล สามารถมีผลกระทบต่อการแบ่งส่วนกระแสฟ้าผ่าและลักษณะเฉพาะรูปคลื่นเนื่องจากอัตราส่วน L/R

(2)   อิมพิแดนซ์ต่างกันของตัวนำเฟสและตัวนำเป็นกลาง สามารถมีผลกระทบต่อการแบ่งส่วนกระแสฟ้าผ่าระหว่างตัวนำสายไฟฟ้า

หมายเหตุ   ตัวอย่าง ถ้าตัวนำเป็นกลาง (N) มีดินหลายจุด เมื่อเปรียบเทียบแล้ว อิมพีแดนซ์ของตัวนำเป็นกลางต่ำกว่าของ L1 L2 และ L3 ซึ่งอาจทำให้กระแสฟ้าผ่าร้อยละ 50 ไหลผ่านตัวนำเป็นกลางโดยมีที่เหลือ (with the remaining) ร้อยละ 50 ถูกแบ่งส่วนโดยสายไฟฟ้าอื่น 3 เส้น (เส้นละร้อยละ 17) ถ้าN L1 L2 และ L3 มีอิมพีแดนซ์เหมือนกัน ตัวนำแต่ละเส้นจะนำพากระแสฟ้าผ่าประมาณร้อยละ 25

(3)   อิมพีแดนซ์หม้อแปลงไฟฟ้าต่างกัน สามารถมีผลกระทบต่อการแบ่งส่วนกระแสฟ้าผ่า (ผลกระทบเช่นนี้ไม่ต้องนำมาพิจารณา ถ้าหม้อแปลงไฟฟ้าถูกป้องกันโดย SPDs ต่อเบี่ยงอิมพีแดนซ์ของหม้อแปลงไฟฟ้า)

(4)   ความสัมพันธ์ระหว่าง ความต้านดินธรรมดาของหม้อแปลงไฟฟ้า กับ ชิ้นส่วนด้านโหลด สามารถมีผลกระทบต่อการแบ่งส่วนกระแสฟ้าผ่า (อิมพีแดนซ์หม้อแปลงไฟฟ้ายิ่งต่ำ เสิร์จกระแสฟ้าผ่ายิ่งสูงไหลเข้าในระบบไฟฟ้าแรงต่ำ)

(5)   การขนานผู้ใช้ไฟฟ้าทำให้อิมพีแดนซ์ประสิทธิผลของระบบไฟฟ้าแรงต่ำลดลง ซึ่งอาจทำให้กระแสฟ้าผ่าบางส่วนไหลเข้าในระบบไฟฟ้าแรงต่ำนี้เพิ่มขึ้น

จ.2   เสิร์จเกี่ยวเนื่องกับสิ่งบริการซึ่งต่อถึงโครงสร้าง

จ.2.1 เสิร์จเนื่องจากวาบถึงสิ่งบริการ (ต้นกำเนิดของความเสียหาย S3)

สำหรับวาบฟ้าผ่าโดยตรงถึงสิ่งบริการซึ่งต่ออยู่, ต้องคำนึงถึงการแบ่งส่วนของกระแสฟ้าผ่าในทั้งสองทิศทางของสิ่งบริการและการเสียสภาพฉับพลันของฉนวน

สามารถเลือกค่า Iimp ตามกำหนดให้ไว้ในตารางที่ จ.2 ซึ่งเป็นค่าที่นิยมของ Iimp ร่วมเป็นชุดกับระดับการป้องกันฟ้าผ่า (LPL)

ตารางที่ จ. 2 กระแสเกินเสิร์จที่คาดหมายเนื่องจากวาบฟ้าผ่า

(ข้อ จ.2.1 ข้อ จ.2.2 และข้อ จ.3.1)

 

LPL	ระบบไฟฟ้าแรงต่ำ			สายไฟฟ้าสื่อสาร
	วาบถึง สิ่งบริการ	วาบใกล้ สิ่งบริการ	ใกล้หรือบน โครงสร้าง	วาบถึง สิ่งบริการ	วาบใกล้ สิ่งบริการ	ใกล้หรือบน โครงสร้าง
	ต้นกำเนิดของ ความเสียหาย S3 (วาบโดยตรง)	ต้นกำเนิดของ ความเสียหาย S4 (วาบโดยอ้อม)	ต้นกำเนิดของ ความเสียหาย S1 หรือ S2 (กระแสเหนี่ยวนำ เฉพาะ S1)	ต้นกำเนิดของ ความเสียหาย S3 (วาบโดยตรง)	ต้นกำเนิดของ ความเสียหาย S4 (วาบโดยอ้อม)	ต้นกำเนิดของ ความเสียหาย S2 (กระแส เหนี่ยวนำ)
	รูปคลื่น 10/350 μs (kA)	รูปคลื่น 8/20 μs (kA)	รูปคลื่น 8/20 μs (kA)	รูปคลื่น 10/350 μs (kA)	วัดได้ 5/300 μs (ค่าประมาณ 8/20 μs) (kA)	รูปคลื่น 8/20 μs (kA)
III - IV	5	2.5	0.1	1	0.01 (0.05)	0.05
I - II	10	5	0.2	2	0.02 (0.1)	0.1

สำหรับสายไฟฟ้ามีกำบัง, ค่าของกระแสเกินซึ่งกำหนดให้ไว้ในตรารางที่ จ.2 สามารถลดลงโดยตัวประกอบ 0.5

หมายเหตุ   สมมติว่าความต้านทานของกำบังมีค่าประมาณเท่ากับความต้านทานของตัวนำสิ่งบริการทุกเส้นขนานกัน

จ.2.2 เสิร์จเนื่องจากวาบใกล้สิ่งบริการ (ต้นกำเนิดของความเสียหาย S4)

เสิร์จจากวาบใกล้สิ่งบริการมีพลังงานน้อยกว่าเสิร์จร่วมกับวาบถึงสิ่งบริการมาก (ต้นกำเนิดของความเสียหาย S3)

กระแสเกินที่คาดหมายร่วมกับระดับการป้องกันฟ้าผ่าจำเพราะ (LPL) มีกำหนดให้ไว้ในตารางที่ จ.2สำหรับสายไฟฟ้ามีกำบัง, ค่าของกระแสเกินซึ่งกำหนดให้ไว้ในตรารางที่ จ.2 สามารถลดลงโดยตัวประกอบ 0.5

จ.3   เสิร์จเนื่องจากผลกระทบการเหนี่ยวนำ (ต้นกำเนิดของความเสียหาย S1 หรือ S2)

เสิร์จเนื่องจากผลกระทบการเหนี่ยวนำจากสนามแม่เหล็ก ซึ่งเกิดขึ้นทั้งจากวาบฟ้าผ่าใกล้ (ต้นกำเนิดของความเสียหาย S2) หรือจากกระแสฟ้าผ่าไหลใน LPS ภายนอก หรือ กำบังเชิงเว้นระยะแยกห่างของ LPZ 1 (ต้นกำเนิดของความเสียหาย S1) มีรูปคลื่นกระแสต้นแบบ 8/20 μs เสิร์จเช่นนี้ให้ถือว่าใกล้กับหรือที่ขั้วต่อของเครื่องสำเร็จภายในของ LPZ 1 และที่เส้นแบ่งเขตของ LPZ 1/2

จ.3.1 เสิร์จภายใน LPZ 1 ไม่มีกำบัง

ภายใน LPZ 1 ไม่มีกำบัง (เช่น เฉพาะที่ถูกป้องกันโดย LPS ภายนอกเท่านั้น ตาม IEC 62305-3 มีความกว้างตาข่ายใหญ่กว่า 5 เมตร เป็นต้น) ต้องคาดหมายว่ามีเสิร์จสูงโดยสัมพัทธ์ เนื่องจากผลกระทบการเหนี่ยวนำจากสนามแม่เหล็กไม่หน่วง

กระแสเกินที่คาดหมายร่วมกับระดับการป้องกันฟ้าผ่าจำเพาะ (LPL) มีกำหนดให้ไว้ในตารางที่ จ.2

จ.3.2 เสิร์จภายใน LPZ 1 มีกำบัง

ภายในของ LPZs มีการกำบังเชิงเว้นระยะแยกห่างประสิทธิผล (การกำหนดความกว้างตาข่ายต่ำกว่า 5 เมตร ตาม IEC 62035-4 Annex A), การเกิดขึ้นของเสิร์จเนื่องจากผลกระทบการเหนี่ยวนำจากสนามแม่เหล็กลดลงอย่างมาก ในกรณีเช่นนี้เสิร์จต่ำกว่าเสิร์จซึ่งกำหนดให้ไว้ในข้อ จ.3.1 มาก

ภายใน LPZ 1 ผลกระทบการเหนี่ยวนำต่ำกว่า เนื่องจากผลกระทบหน่วงของกำบังเชิงเว้นระยะแยกห่างของ LPZ 1

ภายใน LPZ 2 เสิร์จลดต่อไป เนื่องจากผลกระทบเป็นลำดับ (cascaded effect) ของทั้งกำบังเชิงเว้นระยะแยกห่างของ LPZ 1 และกำบังเชิงเว้นระยะแยกห่างของ LPZ 2

จ.4   ข้อแนะนำทั่วไปสัมพันธ์กับ SPDs

การใช้ SPDs ขึ้นอยู่กับวิสัยสามารถความทนของ SPDs ซึ่งจัดประเภทตาม IEC 61643-1 สำหรับระบบไฟฟ้ากำลัง และตาม IEC 61643-21 สำหรับระบบไฟฟ้าสื่อสาร SPDs ที่ต้องใช้ตามตำแหน่งการติดตั้งของ SPDs ดังนี้

(ก) ที่ทางเข้าสายไฟฟ้าเข้าในโครงสร้าง (ที่เส้นแบ่งเขตของ LPZ 1, เช่น ที่ตู้จ่ายไฟฟ้าประธาน (MB)เป็นต้น)

• SPD ซึ่งทดสอบด้วย Iimp (รูปคลื่นต้นแบบ 10/350, เช่น SPD ซึ่งทดสอบตามประเภท I เป็นต้น);

• SPD ซึ่งทดสอบด้วย In (รูปคลื่นต้นแบบ 10/20, เช่น SPD ซึ่งทดสอบตามประเภท II เป็นต้น)

(ข) ใกล้กับเครื่องสำเร็จที่ต้องป้องกัน (ที่เส้นแบ่งเขตของ LPZ 2 และสูงกว่า, เช่น ที่ตู้จ่ายไฟฟ้าย่อย (SB), หรือที่เต้ารับไฟฟ้า (SA) เป็นต้น)

• SPD ซึ่งทดสอบด้วย In (รูปคลื่นต้นแบบ 10/20, เช่น SPD ซึ่งทดสอบตามประเภท II เป็นต้น);

• SPD ซึ่งทดสอบด้วยคลื่นรวมชุด (รูปคลื่นกระแสต้นแบบ 10/20, เช่น SPD ซึ่งทดสอบตามประเภท III เป็นต้น)

_____________________________________