Grounding

การตอลงดิน โดย นายศักดิ์ชัย นรสิงห การไฟฟาสวนภูมิภาค

การตอลงดิน หมายถึง การใชตัวนําตอ ( โดยตั้งใจ

หรือไมก็ตาม ) ระหวางวงจรไฟฟา หรือ บริภัณฑ ไฟฟา หรือ สิ่งปลูกสรางกับพื้นโลกหรือตัวนําอื่นที่มี ขนาดใหญจนรับหนาที่แทนโลกได

การตอลงดิน คือ การตอสวนของระบบไฟฟา หรือ สวนโลหะเขากับดิน เพื่อใหสวนที่ตอ นั้นมีศักดาไฟฟา เทากับศูนย หรือระบบทีม่ ที างเดินของกระแสฟอลตหรือ ฟาผา ใหไหลลงดินโดยผานสายดินและหลักดิน

ระบบที่มีการตอลงดิน (Grounded System)

ระบบไมตอลงดิน (Ungrounded System)

ความปลอดภัย

ปลอดภัยกวาในเรือ่ งของแรงดันเกิน อุปกรณปองกันทํางาน เมื่อเกิดลัดวงจร ครั้งแรก

มีปญหาแรงดันเกินจากฟาผา แรงสูงลง แรงต่ํา restriking overvoltage 5-6 เทา อุปกรณปองกันทํางานเมื่อเกิดลัดวงจร ครั้งที่ 2 และอาจเกิดอารค ที่จุดตางๆ

การบํารุงรักษา

ตรวจหาจุดเกิดฟอลตไดงาย

ตรวจหาไดยากตองดับไฟบางสวนหรือ ทั้งระบบ

เสถียรภาพ แรงดัน

ดี

มีปญหา

คาใชจายรวม

ต่ําสุด

สูง

ความตอเนื่อง ในการใชไฟ

ไฟดับในวงจรทีเ่ กิดฟอลททุกครั้ง

ไฟไมดับ เมื่อเกิดการลัดวงจรลงดินครั้ง แรก

Power transformer

50 MVA, 115/22 kV

N Fundamental voltage(kV)

10

7

0

50

100

150 Time(msec)

200

250

1000 A Neutral Grounding Resistor 12.7 ohm Fundamental voltage(kV)

16

13

0

50

100

150 200 Time(msec)

250

300

Ground fault

จุดประสงคการตอลงดิน 1. 2. 3. 4.

เพื่อความปลอดภัยบุคคล ปองกันอุปกรณไฟฟา เพื่อใหระบบมีคุณภาพไฟฟา เพื่อใหระบบมีความมั่นคงและเชือ่ ถือได

รูปแบบการตอลงดิน 1. การตอลงดินเพื่อการปองกันจากการสัมผัส อุปกรณที่มีกระแสรั่ว เชนอุปกรณเครื่องใชไฟฟา หรือ ตูโลหะ 2. การตอลงดินของระบบไฟฟาเชน กราวดสถานี ไฟฟา กราวดระบบสายสงและจําหนาย หรือ อุปกรณในระบบไฟฟา

รูปแบบการตอลงดิน 3. การตอลงดินของระบบปองกันฟาผาหรือ โครงสรางอาคาร 4. การตอลงดินของระบบอิเลคทรอนิกส

การตอลงดินตามมาตรฐาน IEC 1. สวนทีน่ ํากระแสที่เปดโลงตอกับนิวทรัล TN, TN-C , TN-S , TN-C-S 2. นิวทรัลตอลงดิน TT 3. นิวทรัลไมตอลงดิน IT

การตอลงดินตามมาตรฐาน IEC T = Terre N = Neutral C = Combined S = Separate 49

การตอลงดินตามมาตรฐาน IEC อักษรตัวแรก

อักษรตัวที่สอง

การตอกับนิวทรัล

อักษรตัวที่สาม

การตอกับนิวทรัล

ชนิดของสายดินปองกัน

T= นิวทรัลลงดิน T =นิวทรัลลงดิน I =นิวทรัลไมลงดิน N =นิวทรัล

C = นิวทรัลและสายดิน ปองกันรวมกัน (PEN) S = นิวทรัลและสายดิน ปองกันแยกกัน TN-C หรือ TN-S

TN , TT ,IT

ระบบ TN-C power

Main distributionSub distribution

End device L1 L2 L3 PEN

Device

ระบบ TN-S power

Main distributionSub distribution

End device L1 L2 L3 N PE

Device

ระบบ TN-C-S power

Main distribution Sub distribution

End device L1 L2 L3 N PE

Device

ระบบ TT power

Main distribution Sub distribution

End device L1 L2 L3 N PE

Device

ระบบ IT power

Main distribution Sub distribution

End device L1 L2 L3 PE

Device

การตอลงดินตามมาตรฐานประเทศไทย power

Main distribution Sub distribution

End device L1 L2 L3 N PE

ระบบ TN-C-S Device

ระบบ TN-C

ระบบ TN-C

ระบบ TT

ระบบ TT

ระบบ IT

Grounding diagram for PEA Public LV Distribution System

การตอลงดินระบบแรงต่ําของ กฟภ. H.T. DISTRIBUTION LINE

L.T. DISTRIBUTION LINE

≥ 20 . 00 m

EARTHING DIAGRAM

การตอลงดินระบบแรงต่ําของ กฟภ.

Example of TT-system in PEA network. 3 Phase 50 Hz 380/220 V L1 L2 L3 N RN

RN

RN L1 L2

RN

L3 N M

Example of TT-system in PEA network. 3 Phase 50 Hz 380/220 V L1 L2 L3 N RN

RN

RN L1 L2

RN

L3 N M

แรงสูงลงแรงต่ําของระบบไฟฟาที่มีการตอลงดิน หลักดินแรงสูงแรงต่ํารวมกัน บริภัณฑประธานไมตอ ลงดิน U1

HV

LV

L1

U2

L2 L3 PEN

Im

R

RB

U1 = R × I m + U 0 U2 = U0 Uf = 0

Uf

แรงสูงลงแรงต่ําของระบบไฟฟาที่มีการตอลงดิน หลักดินแรงสูงแรงต่ํารวมกัน บริภัณฑประธานตอลงดิน U1

HV

LV

L1

U2

L2 L3 PEN

Im

R

RB

U1 = R × I m + U 0 U2 = U0 Uf = 0

R A Uf

LP2 N

ไมมกี ารตอถึง กันระหวาง N และ G ตอระหวาง N และ G

G

LP1 N

G

MDB N

G

LP2

ถามีการตอถึง กันระหวาง N และ G ตอระหวาง N และ G

N

G

LP1 N

G

MDB N

G

ไมมกี ารตอถึง กันระหวาง N และ G

LP2 N G

LP1

ไมมกี ระแส ไหลในสาย G

N

G

MDB N

G

ถามีการตอถึง กันระหวาง N และ G

LP2 N G

LP1

มีกระแสไหล ในสาย G

N

G

MDB N

G

Load

กรณีไมมีสายดินตอที่อุปกรณ คนไมปลอดภัย อุปกรณปองกันอาจไมทาํ งาน

G N

กรณีมีการตอหลักดินที่อุปกรณ อุปกรณปองกันอาจไมทาํ งาน G N

กรณีมีสายดินและมีการตอถึงกันกับนิวทรัล คนปลอดภัย อุปกรณปองกันทํางาน

G N

กรณีมีสายดินแตไมมีการตอถึงกันกับนิวทรัล อุปกรณปองกันอาจไมทาํ งาน G N

กรณีใชสายนิวทรัลเปนสายดิน อุปกรณปองกันทํางาน G N

กรณีใชสายนิวทรัลเปนสายดิน คนไมปลอดภัยกรณีทํางานปกติ

G N

ระบบการตอลงดินที่ดี 1. มีความแข็งแรงทางกลเพียงพอ และสามารถทน การกัดกรอนได 2. เปนชนิดติดตั้งถาวรและมีความตอเนื่องทางไฟฟา (ใชวธิ ีการเชื่อมดวยความรอน : Exothermic Welding) 3. สามารถรับความรอนที่เกิดจากกระแสลัดวงจรทุก ชนิดที่อาจเกิดขึ้นโดยไมเสียหาย

ระบบการตอลงดินที่ดี 4. สามารถจํากัดหรือควบคุมแรงดันที่เกิดขึน้ ใน ระบบใหมคี วามปลอดภัยเพียงพอตอการใชงานของ อุปกรณไฟฟาหรือการทํางานของคน , สัตว ที่อยู ใกลเคียง’ 5. ตองมีคาอิมพิแดนซต่ําเพียงพอ เพื่อทําใหอุปกรณ ปองกันทํางานตามที่กําหนด เมื่อมีการลัดวงจรลงดิน

คาความตานทานของระบบการตอลงดิน 1. คาความตานทานของสายตัวนําที่ตอกับหลักดิน (Ground Rod) 2. คาความตานทานของระหวางผิวสัมผัสของหลัก ดินกับดิน 3. คาความตานทานรอบๆหลักดิน สรุป คาความตานทานของระบบการตอลงดินจะ ขึ้นอยูกับคาความตานทานของมวลสารดินลอมรอบ หลักดิน

คาความตานทานจําเพาะของดิน คาความตานทานจําเพาะ หมายถึง คาความตานทาน ทางไฟฟาของวัตถุที่มีรูปทรงลูกบาศกขนาด 1 หนวย คาความตานทานจําเพาะ โอหม-เมตร ทองแดง 1.72 x 10-9 เหล็ก 2.78 x 10-9 ดิน 30 - 2000 คาความตานทานจําเพาะของดินมีคา สูงแตจะมี คาความตานทานต่ําได เนือ่ งจากพื้นที่รับกระแสของ ดินมีขนาดใหญ

คาเฉลี่ยความตานทานจําเพาะของดิน ชนิดของดิน ดินชื้น ดินเหนียว ,ดินเพาะปลูก ทรายชื้น กรวดชืน้ ทรายแหง ,กรวดแหง หิน

โอหม-เมตร 30 100 200 500 1000 2000

ปจจัยทีท่ ําใหคาความตานทานดินสูงหรือต่ํา 1. ชนิดของดิน 2. ความลึก 3. อุณหภูมิ ความชื้น ซึ่งแปรตามฤดูกาล 4. ปริมาณสารในดิน

กฟภ.กําหนดคาความตานทานของระบบการตอลงดิน ดังนี้ 1. แตละจุดไมเกิน 5 โอหม 2.ในพื้นที่ ที่ยากตอการทํากราด เชน ภูเขา ยอมใหแตละจุด ไมเกิน 25 โอหม แตเมื่อตอหลายๆจุดเขาดวยกัน คาความ ตานทานของระบบการตอลงดินรวมตองไมเกิน 2 โอหม 3. คาความตานทานการตอลงดินรวมของสายนิวทรัลใน ระบบจําหนายแรงต่ําของหมอแปลงตองไมเกิน 2 โอหม

ขอแนะนําการทําระบบการตอลงดิน 1. การปกกราวดร็อดควรปกลึกจากพื้นดินมากกวา 0.5 เมตร 2.ในกรณีปกกราวดร็อดขนานกันกราวดร็อดแตละแทง ระยะหางกันตองมากกวา 2 เทาของความยาวของแทงร็อด

การตรวจสอบและการบํารุงรักษาระบบการตอลงดิน 1. วัดคาความตานทานดินอยางนอยปละ 1 ครัง้ โดยเฉพาะในชวงฤดูรอน 2. ตรวจสภาพของสายดิน และจุดตอตางๆ 3. สุมตรวจสอบสภาพของสวนที่ฝงอยูใตดนิ โดย เฉพาะที่มดี นิ เค็มหรือมีการปรับปรุงดิน

มาตรฐานหลักดิน (ขอ 2.4) แทงเหล็ก (Ground Rod) z สามารถตอกลึกไดถึง 30 m. φ12 mm Æ 24 mm แข็งแรงขึ้น 3 เทา ใชคอนไฟฟา 500 W ความเร็วรอบ 1500 ครั้ง/นาที 0.5 – 3.5 ม./นาที

z

z z z z

แทงเหล็ก tensible strength > 600 N/mm2 หุมดวยทองแดงแบน molecularly bonded ความหนา > 0.25 มม. อาบสังกะสีความหนา > 0.075 มม. ขนาด >5/8 นิ้ว ยาว> 2.40 เมตร ผานการทดสอบ UL - 467

วิธีการตอสายตอหลักดิน V V V V

เชื่อมดวยความรอน (Exothermic Welding) ใชหัวตอแบบบีบ ประกับจับสาย (Connector) หามใชวิธีบดั กรีเปนหลัก หามตอสายมากกวา 1 เสนเขากับหลักดิน

ความตานทานระหวางหลักดินกับดิน ปกติ < 5 โอหม พี้นที่ยากในการปฏิบัติ < 25 โอหม ถาเกิน 25 โอหม ปกเพิ่มอีก 1 แทง อยูหางจากหลักดินเดิมไมนอยกวา 2 เทาของความยาวหลักดิน ความตานทานดิน 95% อยูในระยะ 1.1 เทาของความยาวหลักดิน

แสดงการปกแทงหลักดินในดินชั้นเดียว

คาความตานทานจําเพาะของดินและคาความ ตานทานแทงหลักดินในเขตภาคตะวันออก

การศึกษาคาความตานทานจําเพาะของดินเมือ่ กําหนดคาเป าหมาย 10 โอหม

ตัวนําแนวรัศมี ตัวนําแนวดิ่ง ตัวนําวนรอบอาคาร พื้นคอนกรีต

ตัวนําฝงในพื้นคอนกรีต

สายตัวนําลงดินระบบปองกันฟาผา •ตองใหสั้นที่สุด •ตองมีขนาดหนาตัดใหญพอ •จํานวนตัวนําลงดินยิ่งมากยิ่งดี ทองแดง 50 มม.2 อะลูมิเนียม 70 มม.2 เหล็ก 120 มม.2 57

ความเขมสนามแมเหล็กที่จํานวนตัวนําลงดินตางกัน 40 ม. 20 ม.

167

115

2251

142 285

90

159

58

0 95

22

82

503

1091

297

52

150 65

90

503 43

0 43

33

95

65 1091

105

36 43

79

52

150

503

95

177 317

73

33 297

คิดทีก่ ระแสฟาผา 20KA

36 479 0 479

22 43

503 297

33 33 297

ทําไมตองวางตัวนําลงดินหางเทาๆกัน แรงดันตกในสาย E = Z11I1 + Z12I2 + Z13I3 ตัวนําลงดินยิ่งใกลกัน Z12, Z13 มีคามากขึ้น 59

A

ทอ

61

การประสานทําให R ต่ํา ทําให eA = i (RC + RE(ต่ํา)) + L di/dt R ไมมผี ลกับ A แรงดันที่ A ไมสูง

R ต่ํา

A

ทอ

A

R สูง ทําให แรงดันที่ A สูง

R สูง

R

ทอ

A

การไมประสานทํา eA = i (RC + RE(สูใหง)) R+ มีLผdi/dt ลกับ A ทอ

R

R สูง

R ศูนย

R ต่ํา 62

dV

การแกไข

dV

No Equipotential Bonding

A

V

64

1

B

2

Equipotential Bonding

A

V

65

1

B

2

การตอลงดินของระบบปองกันฟาผา

การตอลงดิน SPD สําหรับระบบ TN-C-S Main distribution Sub distribution FI-Schutzschalter

power

Spark Gap

End device L1 L2 L3 N PE

MOV Device protection

104

การตอลงดินของระบบไฟที่ตอแยกตางหาก

การตอลงดินของระบบไฟที่ตอแยกตางหาก

กรณีฟาผาลงสาย OHGW ของสายสงโดยตรง (Direct Stroke) หากคาความตานทาน Tower Footing Resistance (RT) สูงจะทําใหแรงดันปรากฏที่สาย OHGW และสายเฟส สูง ถาแรงดันตกครอมลูกถวยซึ่งมีคาเทากับผลตางของ แรงดันระหวางสายเฟสและสาย OHGW เกินคา CFO ของ ลูกถวย จะทําใหลูกถวยเกิดการแฟลชโอเวอร เรียกวา Back Flashover

คาความตานทานดินของเสาสง

คาความตานทานดินของเสาสง

การตอลงดินของกับดักฟาผาและหมอแปลงไฟฟา

กรณีศึกษา

กรณีศึกษา

กรณีศึกษา การผิดพรอง (Fault) ในระบบไฟฟา อุปกรณในอาคารชํารุดจากแรงดันไฟเกิน

กรณี UPS ชํารุด U1=UL-N+ If . RA HV

LV

MSB

U1

UPS UL-N

R If RA

L N

จะเกิดใน กรณีเดียวกับเมื่อเกิด fault ขึ้นใน ระบบจําหนายของ กฟภ. แลวทําใหตู PABX หรือ UPS ของผูใชไฟเกิดการชํารุด โดยจะเกิด ชํารุดที่ภาคแหลงจายไฟเปนสวนใหญ จาก สาเหตุมีการตอลงดินแยกของอุปกรณแยก ตางหาก

การแกไขระบบการตอลงดินใหม U1=UL-N

HV

LV

MSB

U1

UPS UL-N

If RA

L

N

กรณีท1ี่ อุปกรณของผูใชไฟใน จ.เชียงใหมชํารุด L N HV

G

กรณีที่2 อุปกรณของผูใชไฟใน จ.เชียงใหมชํารุด L N HV

G

กรณี อุปกรณของผูใชไฟใน จ.อุบลราชธานีชํารุด L N HV

การตอลงดินที่ถูกตองตาม มาตรฐาน วสท. (EIT) L N

กรณี HV

อุปกรณสื่อสารของสํานักงานไฟฟา ตั้งอยูใกลสถานีฯชํารุด