ระบบสายดิน(Grounding System)

1. กราวด์ระบบ (System Ground)

1.1 เป็นแท่งกราวด์เดี่ยว ที่ทำจากท่อเหล็กอาบสังกะสี (Hot dip galvanize) เส้นผ่าศูนย์กลางประมาณ 1 นิ้ว ฝังลึกลงไปในดิน โดยกำหนดความต้านทานดินน้อยกว่า 0.5 โอห์มซึ่งเป็นค่าความต้านทานที่วัดเทียบกับ remote earth เท่านั้น

การเชื่อมโยงกราวด์แสดงดังรูป

1.2 เป็นแท่งกราวด์ที่ถูกเชื่อมต่อกับ Master Ground Bar (MGB) ด้วยสายทองแดงหุ้มฉนวนสีเขียวขนาด 120 ตร.มม.
1.3 Master Ground Bar (MGB) เป็นแผ่นทองแดงชุบดีบุกมีขนาดเหมาะสม โดยกำหนดให้เป็นจุดรวมในการเชื่อมต่อ กับองค์ประกอบต่างๆ ของระบบข่ายสายดินทั้งหมดกับแท่งกราวด์ของกราวด์ระบบนี้ โดยสายดินทุกเส้นจะมีป้ายชื่อ ระบุตำแหน่งที่มาของสายดินนั้น ลักษณะของ MGB และการเชื่อมต่อแสดงดังรูป

1.4 การต่อเชื่อมสายดินทุกจุดเป็นแบบ exothermic
1.5 ติดตั้งบ่อพักคอนกรีตเสริมเหล็กสำเร็จรูป (Hand hole) พร้อมฝาปิด ณ หัวแท่งกราวด์

การวัดค่าความต้านทานดิน

ในขณะดำเนินการและหลังจากดำเนินการเจาะฝังแท่งกราวด์แล้วเสร็จ จะทำการวัดค่าความต้านทานดินด้วยเครื่องมือ earth tester โดยมีขั้นตอนดังนี้
1. ขณะทำการเจาะฝังแท่งกราวด์ จะทำการวัดความต้านทานดินและจดบันทึกไว้ทุกระยะ 3 เมตร จนถึงความลึกที่ระบุไว้ใน ข้อกำหนดของงาน
2. หลังจากฝังแท่งกราวด์แล้วเสร็จ จะทำการวัดและจดบันทึกไว้โดยความต้านทานดินที่วัดได้จะทำเป็น Grounding Profile และให้ไว้กับทางหน่วยงาน

หมายเหตุ
1. การเชื่อมต่อแท่งกราวด์เพื่อให้ได้ความยาวที่ต้องการ จะเป็นการต่อโดย Coupling สำเร็จรูป จากนั้นเชื่อมปิดรอยต่อ ด้วยไฟฟ้าและทาทับด้วยสีกันสนิม
2. แท่งกราวด์ของฟ้าผ่าและกราวด์ของระบบ ต้องอยู่ห่างกันมากที่สุดเท่าที่จะทำได้ และแยกออกจากกันทางไฟฟ้าโดยเด็ดขาด

Remote Earth
สภาพ ground plane ของโลกที่มีอยู่ในดิน

บทนำ
การทำงานของระบบวงจรไฟฟ้าทั่วไปจะอาศัยการเทียบแรงดันไฟฟ้าระหว่างจุดหนึ่งกับอีกจุดหนึ่ง (ซึ่งทำหน้าที่อ้างอิงแรงดัน) เสมอ หรือการเกิดฟ้าผ่าก็เป็นปรากฏการณ์ ทางไฟฟ้า ซึ่งสามารถเทียบแรงดันไฟฟ้าได้กับแรงดันไฟฟ้าอ้างอิงดิน จะเห็นว่าทุกๆ วงจรไฟฟ้าต้องใช้กฏเกณฑ์นี้

กรณีลายวงจรพิมพ์ (วงจรลายปริ๊นซ์)
หากพิจารณาลายวงจรพิมพ์ของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ต่างๆ สภาพของกราวด์ หรือ ground plane ต้องมีขนาดใหญ่ ครอบคลุม และสอดแทรกไปทุกแห่งบนแผ่นวงจรพิมพ์ กราวด์นี้จะทำให้อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ต่างๆ ในทุกตำแหน่ง บนลายวงจรพิมพ์มาต่อร่วมถึงกันและให้การอ้างอิงแรงดันไฟฟ้าเหมือนกันทั้งหมด สิ่งสำคัญคือตลอดทั้งส่วนของ กราวด์ ต้องมีสภาพแรงดันไฟฟ้าที่เท่ากันตลอดทั้งหมด ศัพท์ทางเทคนิคเรียกว่า การ "Same Potential"

ถ้าไม่มีการ same potential ?
สภาพแรงดันไฟฟ้าที่แตกต่างกันในส่วนของกราวด์ ทำให้อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์บนส่วนต่างๆ ของลายวงจรพิมพ์ทำงานโดยใช้ การอ้างอิงแรงดันไฟฟ้าไม่เหมือนกัน เหตุการณ์ เช่นนี้ทำให้เกิดเป็นการรบกวน (Interference) จากนอยส์ (noise) เข้าไปในวงจรง่ายขึ้น ทำให้ระบบทำงานอย่างไม่มีเสถียรภาพ (ฟังก์ชั่นการทำงานของระบบจะอยู่ใกล้ จุดวิกฤตเกินไป) เห็นได้ว่า การให้ความสำคัญกับส่วนอ้างอิงสัญญาณไฟฟ้าหรือกราวด์นั้นสำคัญเป็นอย่างมาก

กรณีระบบไฟฟ้า
ท่านพบเห็นเป็นปกติว่า ไฟฟ้าที่จ่ายเข้าบ้านมีการใช้สาย 2 เส้นคือ สายไฟ (Hot Line) และสายนิวทรัล (Neutral) หากสังเกตอีกจะพบว่าสายนิวทรัลนั้นมีการต่อลงดินที่ หม้อแปลงไฟฟ้าด้วย สายส่งไฟฟ้าทั่วไปเมื่อวางขนานไปกับพื้นดิน ในระดับสูงจากพื้นดินหรือต่ำกว่าก็ตาม แม้ขณะที่ไม่มีโหลดก็สามารถมีกระแสรั่วไหลจากสายไฟ ผ่านสภาพ ประจุไฟฟ้าร่วม (Mutual capacitance) ระหว่างสายส่งไฟฟ้ากับดิน โดยดินจะทำหน้าที่เป็นตัวนำไฟฟ้าให้ไหลกลับไปครบวงจร ที่แหล่งกำเนิดแรงดันไฟฟ้านั้นได้ จึงได้มีการกำหนดให้มีสายตัวนำเส้นหนึ่งสำหรับเป็นเส้นทางให้กระแสไฟฟ้าไหลกลับ ได้สะดวกสู่แหล่งกำเนิดและง่ายต่อการติดตั้งใช้งานด้วย เช่น หม้อแปลงไฟฟ้าจำเป็น ต้องใช้สายไฟฟ้า 2 เส้นสำหรับจ่ายกระแสไฟฟ้าแบบ 1 เฟส

ระบบไฟฟ้ากำลัง จำเป็นต้องอาศัยการเทียบแรงดันไฟฟ้ากับส่วนอ้างอิงเพื่อทำให้โหลดไฟฟ้าทุกๆ จุดในระบบทำงาน และรับแรงดันไฟฟ้าที่เหมือนกันทั่วทั้งระบบ ด้วยเหตุว่า ดินมีความเหมาะสมทางศักดาไฟฟ้าและสามารถทำหน้าที่เป็นจุดต่อร่วม ของระบบจากจุดหนึ่งไปยังอีกจุดหนึ่งหรือในทุกแห่งที่มีระยะทางไกลออกไปได้ จึงมีการสร้างเป็น ข้อกำหนดว่าสายที่ต่อลงดิน มีชื่อว่า "สายนิวทรัล" เพื่อนำเอาสภาพศักดาไฟฟ้าจากดินมาอ้างอิงใช้งานด้วย

ระบบไฟฟ้ากำลังแบบ 3 เฟส หากเกิดการไม่บาลานซ์เฟสจะมีกระแสไฟฟ้าไหลกลับในสายนิวทรัลไปยังหม้อแปลงไฟฟ้า หรือกรณีไฟฟ้าผิดพร่องลงดิน ตำแหน่งที่ผิดพร่อง จะมีกระแสไฟฟ้าไหลกระจายภายในเนื้อดิน (Gradient Current) ไหลกลับไปครบวงจรยังแหล่งกำเนิดแรงดันไฟฟ้าที่เป็นตัวจ่ายกระแสไฟฟ้าผิดพร่องนั้น โดยทั่วไป เราจะคุ้นเคยกับคำว่า การแผ่กระจายสนามแรงดันไฟฟ้า (Gradient Voltage) มากกว่า ซึ่งทั้งสองสิ่งนี้คือปรากฏการณ์ที่มีลักษณะสอดคล้องกัน

การแผ่กระจายสนามแรงดันไฟฟ้าในดิน จะพบว่ามีรัศมีการแผ่กระจายบนผิวดินระยะหนึ่ง หากเรายืนอยู่นอกรัศมีการกระจาย ก็จะได้รับความปลอดภัย แต่ถ้ายืนอยู่ภายใน รัศมีการกระจายก็เกิดอันตรายขึ้นได้ เหตุการณ์ดังกล่าวแม้ว่าแหล่งกำเนิด ที่จ่ายกระแสไฟฟ้าผิดพร่องและสถานที่เกิดผิดพร่องไฟฟ้า จะมีระยะห่างกันเพียงใดก็ตาม การแผ่ กระจายกระแสไฟฟ้าในดิน ย่อมต้องกลับไปครบวงจรที่แหล่งกำเนิดตัวเอง (อาจเป็น generator หรือหม้อแปลงไฟฟ้ากำลัง) เสมอ

สภาพการไหลและแผ่กระจายกระแสในดินตั้งแต่จุดที่เกิดผิดพร่องจนถึงแหล่งกำเนิดนั้น มีลักษณะอย่างไร ?
สภาพของ Remote Earth
ระบบส่งกำลังไฟฟ้า ระบบข่ายสายโทรศัพท์และชุมสายโทรศัพท์หรืออุปกรณ์ไฟฟ้าต่างๆ ทุกชนิดล้วนแต่เป็นระบบ หรืออุปกรณ์ที่มีการต่อลงดินและทำงานโดยไฟฟ้าทั้งสิ้น สภาพฟ้าผ่า ซึ่งก็คือปรากฏการณ์ธรรมชาติที่มีการถ่ายเทประจุไฟฟ้า จำนวนมหาศาลลงสู่ดิน ที่กล่าวมานี้เกิดขึ้นในชั้นบรรยากาศของโลกและส่งผลทางไฟฟ้ากระทำกับ พื้นดินทั้งสิ้น
จากการศึกษาวิจัยของศูนย์วิจัยระบบป้องกัน องค์การโทรศัพท์แห่งประเทศไทย เพื่อค้นหาว่าเนื้อดินส่วนใด สามารถเป็นตัวอ้างอิงไฟฟ้าที่สามารถใช้เป็น ground plane ผลสรุปได้ว่าเนื้อดินบริเวณผิวโลกยังไม่ให้ความสามารถเป็น ground plane แต่ส่วนเนื้อดินที่ลึกลงไประดับหนึ่งจะมีปริมาตรของเนื้อดินที่มีสภาวะการรวมตัวต่อเชื่อมถึงกัน อย่างต่อเนื่อง ด้วยปริมาตรมหาศาลทำให้เกิดเป็นสภาพดินที่ให้ค่าความนำกระแสไฟฟ้าที่มีค่าสูงเป็นอนันต์ (ความต้านทานมีค่าเป็นศูนย์) ค่าความนำกระแสไฟฟ้าที่สูง ที่สุด ของเนื้อดินส่วนนี้ให้ความสามารถในการเป็น ground plane ได้ เรียกเนื้อดินส่วนนี้ว่า "Remote Earth"

เมื่อเราปักแท่งกราวด์ลงไปในดินจะเกิดเป็นความต้านทานกราวด์ระหว่างแท่งกราวด์กับ remote earth ทันที การลดความต้านทานกราวด์ทำได้โดยการปักแท่งกราวด์ พุ่งเข้า
สู่เนื้อดินบริเวณ remote earth หากว่าแท่งกราวด์ไม่สามารถเข้าถึงเนื้อดินส่วน remote earth ก็จะเกิดเป็นสภาพความต้านทานกราวด์
ปัจจุบันองค์การโทรศัพท์ใช้ระบบกราวด์ที่มีค่าความต้านทานกราวด์อ้างอิงกับ remote earth โดยมีข้อกำหนดว่า ความต้านทานกราวด์ต้องไม่เกิน 0.5 โอห์ม ที่ระดับความลึกไม่เกิน 100 เมตร ซึ่งช่วยลดความเสียหายลงได้ถึง 80%

ข้อมูล :

การเปรียบเทียบคุณสมบัติระหว่าง ระบบกราวด์ลึกและระบบกราวด์ตื้น <<คลิกดูรายละเอียดที่หัวข้อได้เลย
ข้อมูลจาก บทความของ Martin D. Conroy and Paul G. Richard
Computer Power Corporation Omaha, Nebraska/USA
http://www.cpccorp.com/deep.htm
แปลและเรียบเรียงโดย Stabil Technical Support Team