บทที่ 12
การต่อลงดิน

 

วัตถุประสงค์
1. เพื่อให้นักศึกษาสามารถปรับปรุงค่าตัวประกอบกำลังในระบบไฟฟ้าได้
2. เพื่อให้นักศึกษาทราบถึงพื้นฐานเกี่ยวกับตัวประกอบกำลัง
3. เพื่อให้นักศึกษาสามารถอธิบายความสัมพันธ์ระหว่างกระแสแอ็กทีฟและรีแอ็กทีฟ
4. เพื่อให้นักศึกษารู้ตำแหน่งการติดตั้งคาพาซิเตอร์

 

 ในระบบไฟฟ้า  การต่อลงดินนั้นจะมีด้วยกัน  2  ชนิดคือ  กราวด์ของระบบ  (System Grounding)  และกราวด์ของอุปกรณ์  (Equipment  Grounding)  แต่ทั้งสองชนิดก็มีวัตถุประสงค์อย่างเดียวกัน คือต้องการให้มีความปลอดภัยในการใช้งานระบบไฟฟ้ามากที่สุด  โดยที่กราวด์ ของระบบนั้นจะเป็นการต่อลงดินของส่วนที่เกี่ยวข้องกับกระแสไฟฟ้า  เช่น  ในระบบจ่ายไฟหรือในระบบการเดินสายภายใน  เป็นต้น   ยกตัวอย่างเช่น  ในหม้อแปลงที่มีการต่อเป็นแบบ  Y  นั้น  จุดเป็นกลาง  (Neutral)  จะถูกต่อลงดิน  ในขณะที่กราวด์ของอุปกรณ์นั้นจะเป็นการต่อลงดินของส่วนที่ไม่เกี่ยวกับการนำไฟฟ้า  เช่น  โครงของอุปกรณ์  โดยอาจจะต่อลงดินมากกว่า  1  จุดก็ได้  และในลักษณะการต่อลงดินของอุปกรณ์นั้น  อุปกรณ์ไฟฟ้าที่มีโครงสร้างเป็นโลหะทั้งหมดและไม่เกี่ยวข้องกับการนำกระแสไฟฟ้า ในระบบนั้น  จะสามารถต่อลงดินได้ โดยไม่จำเป็นว่าเป็นการตั้งใจหรือโดยบังเอิญก็ได้  อุปกรณ์เหล่านั้นก็คือ  ตัวนำทองแดง  เปลือกโลหะของ สายเคเบิล  และบัสเวย์

 

12.1 ข้อเสนอแนะในการต่อลงดินของอุปกรณ์ไฟฟ้า
การที่ต้องต่ออุปกรณ์หรือบริภัณฑ์ไฟฟ้าลงดิน  ก็เนื่องจากเหตุผลดังต่อไปนี้คือ
1.  เพื่อเป็นการป้องกันอันตรายอาจเกิดจากแรงดันไฟฟ้าไปปรากฏอยู่บนตัวอุปกรณ์ไฟฟ้า  ซึ่งถ้ามนุษย์ไปสัมผัสเข้ากับอุปกรณ์ไฟฟ้า  ก็ย่อมจะทำให้เกิดอันตรายได้โดยตรง
2.  เพื่อต้องการให้การต่อลงดินเป็นการนำหรือเป็นทางเดินของกระแสไฟฟ้าที่ผิดปกติลงสู่ดิน  เพราะกระแสฟ้าจะไหลลงสู่ดินได้ง่าย  เช่น  ในกรณีของกระแสไฟฟ้า ที่เกิดการผิดปกติเนื่องจากการลัดวงจรลงดิน  กระแสนี้ก็จะไหลลงสู่ดินโดยอาศัยเส้นทางการต่อลงดิน  และกระแส ที่เกิดขึ้นนี้จะมีอยู่ตราบเท่าที่อุปกรณ์ไฟฟ้ายังไม่เปิดวงจรออก

ในรูปที่  12.1  เป็นการแสดงกราวด์ของระบบและสายดินของ อุปกรณ์ไฟฟ้า

 

รูปที่ 12.1 แสดงกราวน์ของระบบและสายดินของอุปกรณ์ไฟฟ้า โดยที่ N หรือสายนิวทรัล (Neutral)

ซึ่งก็คือกราวน์ของระบบ ส่วนท่อก็คือสายดินของอุปกรณ์ไฟฟ้า

 

 

ในรูปที่ 12.2 เป็นการแสดงการลดอันตรายที่จะเกิดกับ บุคคลโดยการติดตั้งสายดินของอุปกรณ์
พร้อมกับแสดงการไหลของกระแสลัดวงจร ลงดิน

 

รูปที่ 12.2 (ก) แสดงการต่อสายดินของมอร์เตอร์ (ข) ในกรณีที่ใช้ท่อเป็นสายดินของอุปกรณ์ไฟฟ้า

 

รูปที่ 12.2 (ก) แสดงการต่อสายดินของมอร์เตอร์ เมื่อมอเตอร์รั่ว ศักย์ที่ปรากฎที่มอเตอร์จะเท่ากับศูนย์ ก็จะทำให้ปลอดภัย
(ข) ในกรณีที่ใช้ท่อเป็นสายดินของอุปกรณ์ไฟฟ้า เมื่อเกิดลัดวงจรลงดินขึ้น กระแสลัดวงจรลงดินจะไหลจากแหล่งจ่าย ไปยังจุดที่เกิดลัดวงจรลงดิน และจะอาศัยท่อเป็นทางเดินเพื่อไหลลงดินกลับมายังแหล่งจ่าย ดังนั้นเมื่อติดตั้ง อุปกรณ์ป้องกันการลัดวงจรลงดิน ก็จะสามารถตรวจจับ และสั่งเปิดวงจรได้

 

12.2 การต่อลงดินของระบบส่งจ่ายกำลังไฟฟ้า
ตามมาตรฐานวิศวกรรมสถานแห่งประเทศไทย (วสท.) ได้กำหนดให้ระบบไฟฟ้ากระแสสลับ จะต้องมีการต่อลงดินหรือสร้างกราวน์ ของระบบตามข้อกำหนดดังนี้

  1. ระบบ 1 เฟส 2 สาย กำหนดให้สายนิวทรัลต้องต่อลงดิน
  2. ระบบ 1 เฟส 3 สาย กำหนดให้สายนิวทรัลต้องต่อลงดิน
  3. ระบบ 3 เฟส 3 สาย กำหนดให้สายตัวนำเส้นใดเส้นหนึ่งต้องต่อลงดิน
  4. ระบบ 3 เฟส 4 สาย กำหนดให้สายนิวทรัลต้องต่อลงดิน

 

12.3 การต่อลงดินเพื่อกำจัดแรงดันไฟฟ้ารั่วบนอุปกรณ์ไฟฟ้า
  ตามที่ได้กล่าวมาแล้วในหัวข้อเกี่ยวกับกราวด์ของอุปกรณ์  คือในการสร้างระบบลงดิน  วัตถุประสงค์ก็คือ  ต้องการให้ส่วนที่ไม่เกี่ยวข้อง กับทางเดินของกระแสในวงจรการทำงานมีศักย์ไฟฟ้าเป็นศูนย์  เพราะถ้าบุคคลไปแตะ หรือสัมผัสกับส่วนที่ไม่เกี่ยวข้องกับทางเดินของกระแส แต่กลับมีศักย์ไฟฟ้าเกิดขึ้นนั้น  จะทำให้เกิดอันตรายต่อผู้ที่มาสัมผัส  หลักการที่จะทำให้ศักย์ไฟฟ้าเป็นศูนย์นั้นก็เพียงแต่ต่อส่วนที่เป็นโลหะนั้นเข้ากับระบบดินของวงจรไฟฟ้า  ตัวอย่างเช่น  กรณีที่บุคคลไปยืน  ณ  ตำแหน่งที่มีศักย์ไฟฟ้าเป็นศูนย์  และอุปกรณ์ไฟฟ้าได้ถูกทำให้มีศักย์ไฟฟ้าเป็นศูนย์ที่ตำแหน่งนั้นแล้วด้วย  ก็จะไม่มีอันตรายใดๆ  เกิดขึ้นกับบุคคลนั้นเลย  เนื่องจากทั้ง  2  จุดมีศักย์ไฟฟ้าเท่ากัน  ดังนั้นในทางปฏิบัติมักนิยมที่จะต่อเฟรมของมอเตอร์  สวิตช์เกียร์  อุปกรณ์ที่เกี่ยวข้องกับระบบจ่ายไฟ  และอื่นๆ  รวมเข้ากับตัวนำและต่อตัวนำนี้ลงดินอีกที

 

12.4 การต่อกราวด์
  ในความหมายทางวิชาไฟฟ้าแล้ว  คำว่า  กราวด์  นั้นจะมีความหมายคนละอย่างกับคำว่า  ลงดิน  (Earth) ยกตัวอย่างในกรณีของ  กราวด์บัส  ซึ่งจะหมายถึงว่าในระบบไฟฟ้า นั้นจะมีการนำส่วนที่ต้องการจะต่อลงดินมาต่อร่วมกัน  โดยอาจจะเป็นจุดเดียวกัน หรือหลายจุดเพื่อพร้อม ที่จะต่อลงดินต่อไป


  โดยธรรมชาติแล้ว  การต่อลงดินจะไม่ใช่ตัวนำไฟฟ้าที่ดี  ทั้งนี้เพราะค่าสภาพความต้านทานของดิน  (Resistivity)  จะมีค่าประมาณ  1  พันล้านเท่าของทองแดง  เช่น  กราวด์ร็อด  (Ground  Rod)  ยาว  8  ฟุต  ที่มีส้นผ่านศูนย์กลางขนาด  ?  นิ้ว  เมื่อถูตีฝังลงในดินแล้ว จะพบว่ามีค่าความต้านทานประมาณ  25  โอห์ม  (เป็นลักษณะของดินในสภาวะหนึ่ง)  ดังนั้นในกรณีที่ต้องให้ค่าความต้านทานมีค่าน้อยกว่า  25  โอห์ม  จึงจำเป็นต้องใช้กราวด์ร็อด จำนวนหลายๆ  ชุดนั่นเอง  กราวด์ร็อดโดยทั่วๆ  ไปเหมาะที่จะใช้เป็นระบบกราวด์ได้เป็นอย่างดี   ทั้งนี้เพราะ ประหยัด  และโดยปกติแล้วกราวด์ร็อดจะทำด้วยทองแดง  แต่อาจจะห่อหุ้มด้วยกัลป์วาไนซ์ (Galvanized)  หรือมีทองแดงหุ้มเหล็กอีกทีหนึ่ง  และตามความนิยมแล้วจะเรียกร็อดนี้ว่า  คอปเปอร์แคลต  (Copper  Clad)


  เนื่องจากว่าประมาณ  93%  ของแรงดันไฟฟ้าตกทั้งหมดจะเกิดขึ้นได้ถ้ารัศมีของร็อด  (ที่เป็นกลุ่ม)  ห่างกัน  1.8  m  และถ้าเป็นกรณี  82%  ของแรงดันไฟฟ้าตกทั้งหมด จะเกิดจากรัศมี 3  m  ดังนั้นในทางปฏิบัติแล้ว จะนิยมให้รัศมีของร็อดห่างกัน  3  m  ในรูปของสามเหลี่ยม  ดังแสดงในรูปที่  12.3


 

รูปที่ 12.3 แสดง Typical ของกราวน์ร็อดหรือหลักดิน

 

และตามมาตรฐานของ NEC กำหนดให้ค่าความต้านทาน ของร็อดจะต้องน้อยกว่า 25 โอห์ม   ดังนั้นในกรณีที่ทำการออกแบบระบบกราวน์ ดังแสดงในรูปที่ 12.3 และไม่สามารถทำให้ค่าความต้านทานน้อยกว่า 2.5 โอห์มได้ จะต้องทำการเพิ่มกราวน์ร็อดเข้าไป ให้เป็นในลักษณะของ สามเหลี่ยมเรื่อยๆ จนกระทั่งค่าความต้านทานมีค่าต่ำกว่า 25 โอห์ม ซึ่งในทางปฏิบัติแล้ว จำเป็นต้องมีการทดสอบระบบกราวน์ด้วย ดังนั้น จึงมีวิธีการในการติดตั้งกราวน์ร็อดเป็นดังรูปที่ 12.4

 

 

รูปที่ 12.4 แสดงวิธีการเดินสายต่อหลักดินไปยังหลักดินเพื่อใช้เป็นจุดทดสอบระบบกราวน์

 

 

12.5 การต่อสายในระบบสายดิน

  การต่อสายต่อหลักดินเข้ากับหลักดิน หรือการต่อสายดินเข้ากับอุปกรณ์ไฟฟ้า จะต้องใช้วิธีเชื่อมด้วยความร้อน (Exothermic Welding) ดังแสดงในรูปที่ 12.5   และห้ามต่อโดยการบัดกรีเป็นเด็ดขาด

 

 

รูปที่ 12.5 แสดงวิธีการเทอร์มิตสายในการต่อระบบกราวน์

 

12.6 สายดินอุปกรณ์ไฟฟ้า (Equipment Grounding Conductor)ในระบบแรงดันไฟฟ้าต่ำกว่า 600 V
  สายดินอุปกรณ์ไฟฟ้าคือตัวนำที่ใช้เชื่อมต่อถึงกันระหว่างส่วนโลหะ ที่เป็นเปลือกหุ่มอุปกรณ์ไฟฟ้าที่อยู่ในระบบ หรือเอ็นโคลเซอร์ ตลอดจน โครงเหล็กโลหะที่เกี่ยวข้อง ท่อร้อยสายไฟฟ้า กล่องหรือรางโลหะที่ใช้เป็นทางเดินสายไฟฟ้า ตู้แผงสวิตช์ เป็นต้น ซึ่งโดยในสภาวะปกติแล้ว โครงเหล็กโลหะเหล่านี้ จะต้องไม่มีกระแสไฟฟ้าไหลผ่าน ทั้งนี้การเชื่อมต่อถึงกันนี้ จะต้องเชื่อมถึงกันโดนตลอดอย่างมั่นคง แข็งแรง ด้วยตัวนำ ไฟฟ้าที่มีขนาดเหมาะสมเพียงพอ ที่จะนำกระแสไฟฟ้าอันเกิดจากการผิดปกติหรือลัดวงจรสู่ดิน (Ground Fault) แล้วไหลย้อนกลับไปยัง ขั้วกราวด์ร็อด ที่แหล่งกำลังจ่ายไฟฟ้าได้*สาเหตุที่ต้องทำการต่อหรือต้องมีสายดินอุปกรณ์ไฟฟ้า ก็เพื่อป้องกันไม่ให้เกิดความแตกต่าง ของความต่างศักดิ์ไฟฟ้าบนโลหะ เปลือกหุ้มอุปกรณ์ หรือวัสดุอื่นๆ ที่เกี่ยวข้องกับสภาวะที่เกิดการผิดปกติแล้วก่อเหตุร้ายตามมา เช่น ไฟฟ้าดูด การรั่วของกระแส และอื่นๆ ที่เป็นอันตรายต่อชีวิตและทรัพย์สิน แต่ตามมาตรฐานของ วสท. จะห้ามไม่ให้ใช้อุปกรณ์ดังกล่าวเป็นสายดิน และต้องมีตัวนำสีเขียวเดินตลอดแทน(ขนาดพิจารณาจากตารางที่ 12.1)


  สายดินอุปกรณ์ไฟฟ้าที่ดีจะต้องแข็งแรงทนทาน มีความยาวต่อเนื่องกันโดยคลอด และค่าอิมพีแดนซ์ด่ำ เพื่อให้เป็นเส้นทางไหลย้อนกลับ ของกระแสไฟฟ้าที่เปลือกหุ้ม อุปกรณ์ไฟฟ้าอันเกิดจากการผิดปกติ ไหลผ่านโลหะหรือวัสดุโลหะที่เป็นทางเดินของสายไฟฟ้าไหลย้อนกลับไป เข้าที่จุดขั้วกราวด์ร็อดของแหล่งจ่ายกำลังไฟฟ้าของระบบ ซึ่งคือที่หม้อแปลงหรือเครื่องกำเนิดไฟฟ้า โดยปกติแล้วพื้นดินจริงๆที่เราสัมผัสทุกวัน ยังไม่เหมาะที่จะเป็น ตัวนำที่ดีในการนำกระแสที่เกิดจากการผิดปกติได้ ทั้งนี้เพราะ อิมพีแดนซ์มีค่าสูงซึ่งก็ขึ้นอยู่กับสภาพดินด้วยเมื่อเป็นเช่นนี้ จึงทำให้เป็นอุปสรรค ต่อการไหลกลับของกระแสไฟฟ้าผิดปกตินั้น ซึ่งจะทำให้อุปกรณ์ ป้องกันไม่สามารถทำงานได้
จุดสิ้นสุดของสายดินอุปกรณ์ไฟฟ้า จะสิ้นสุดที่จุดขั้วกราวด์ร็อด ของสายศูนย์ของแหล่งจ่ายกำลังไฟฟ้าในกรณีที่การต่อลงดิน ของระบบแหล่ง จ่ายกำลังไฟฟ้า เป็นแบบผ่านตรง(Solid Ground) แต่ถ้าการต่อลงดิน ของระบบหรือแหล่งจ่ายกำลังไฟฟ้าเป็นแบบต่อด้านหัวด้านทานไฟฟ้าหรือ ไม่ต่อลงดิน สายดินอุปกรณ์ไฟฟ้าจะต้องมาสิ้นสุดลงที่จุดต่อลงดินของโครงโลหะหุ้มหม้อแปลง หรือเครื่องกำเนิดไฟฟ้าเท่านั้น

 

12.6.1 คุณสมบัติของสายดินอุปกรณ์ไฟฟ้า
  สายดินอุปกรณ์ไฟฟ้าจะต้องต่อเชื่อมโยงถึงกันโดยตลอดระหว่างโลหะ เปลือกหุ้มอุปกรณ์ไฟฟ้า หรือโครงโลหะ เพื่อจุดประสงค์สำคัญ 2 ประการคือ
  1.เพื่อจำกัดค่าความต่างศักดิ์ไฟฟ้าที่เกิดขึ้นในส่วนที่เป็นโลหะหุ้มอุปกรณ์ไฟฟ้า ซึ่งในสภาวะปกติจะไม่มีกระแสไฟฟ้าไหล ให้มีค่าอยู่ในขีดจำกัดที่ปลอดภัย เมื่อเกิดการผิดปกติแบบไลน์ ทูกราวด์ฟอลต์
  2.เพื่อป้องกันความเสียหายของวัสดุอุปกรณ์ไฟฟ้าที่ติดตั้งใช้งาน โดยสายดินอุปกรณ์ไฟฟ้าที่ติดตั้งใช้งาน โดยสายดินอุปกรณ์ไฟฟ้า จะต้องมี ความสามารถในนำกระแสไฟฟ้าที่เกิดขึ้น ในขณะที่เกิดการผิดปกติได้ดี และมีขนาดพอเหมาะ ที่จะทำให้อุปกรณ์ป้องกันวงจร สามารถทำงาน เพื่อขจัดความผิดปกติได้อย่างรวดเร็วและทันต่อเหตุการณ์ได้


ข้อกำหนดของสายดินอุปกรณ์ไฟฟ้า อุปกรณ์เชื่อมต่อสายดิน และวิธีการต่อสายดิน มีดังนี้


1.สายดินอุปกรณ์ไฟฟ้าและการเชื่อมต่อของสายระหว่างอุปกรณ์ไฟฟ้าต่างๆ จะต้องมีค่าอิมพีแดนซ์ด่ำทั้งนี้ เพื่อที่จะจำกัดให้มีค่าความต่างศักดิ์ ไฟฟ้า ที่เกิดขึ้นบนส่วนที่เป็นโลหะของเปลือกหุ้มอุปกรณ์ไฟฟ้า หรือส่วนที่เป็นโลหะอื่นๆให้อยู่ในขีดจำกัดที่ปลอดภัยในขณะที่เกิดการผิดปกติ โดยสายดินอุปกรณ์ไฟฟ้า และจุดเชื่อมต่อของสายดินดังกล่าวจะต้องมีความสามารถ ในการนำกระแสไฟฟ้าในขณะที่เกิดการผิดปกติได้อย่าง เพียงพอ ที่จะให้อุปกรณ์ป้องกันวงจร ทำงานได้ไว ทันต่อเหตุการณ์ภายในระยะเวลาที่ปลอดภัย


2.สายดินอุปกรณ์ไฟฟ้าและจุดเชื่อมต่อของสายดิน จะต้องสามารถนำกระแสไฟฟ้าในขณะที่เกิดการผิดปกติ และสามารถทนกระแสนั้นได้ ภายในระยะเวลาอันจำกัดช่วงหนึ่งได้ เพื่อเปิดโอกาสให้อุปกรณ์ป้องกัน วงจรทำงานเพื่อขจัดการผิดปกตินั้น โดยที่สายดิน และจุดต่อเชื่อม ไม่ได้รับความเสียหายอันเนื่องมาจากความร้อนที่สูงขึ้น


3.สายดินอุปกรณ์ไฟฟ้าและจุดเชื่อมต่อสายดิน จะต้องมีความทนต่อแรงกล ทนต่อการชนหรือถูกกระแทก หรือถูกดึงให้ขาดออกจากกันได้ ทุกสภาพอากาศแวดล้อมโดยไม่บุบสลายหรือเกิดการหลวมหรือเสียหายได้


4.สายดินและอุปกรณ์เชื่อมต่อสายดิน จะต้องทำด้วยสารที่ป้องกันหรือทนต่อการผุกร่อนหรือเป็นสนิมได้


5.การเชื่อมต่อของสายดิน จะต้องให้แน่นและมั่นคงตลอดอายุการใช้งานของอุปกรณ์ไฟฟ้า 


  สายดินอุปกรณ์ไฟฟ้าและจุดเชื่อมต่อของสายดินจะต้องไม่มี กระแสไฟฟ้าไหลผ่าน ยกเว้นที่เกิดการผิดปกติขึ้นและในทางปฏิบัติ สายดินอุปกรณ์ไฟฟ้าในวงจรย่อย ให้ใช้สายที่มีฉนวนหุ้มเป็นสีเขียวหรือสีเขียวแถบเหลืองหรือสายเปลือย ขนาดของ สายดินอุปกรณ์ไฟฟ้า ในส่วนต่างๆของวงจรไฟฟ้าหรือระบบ ให้เป็นไปตามขนาดของที่ตั้งหรือข้อกำหนดขนาดของอุปกรณ์ป้องกันวงจรหรือระบบ ซึ่งจะสามารถ แสดงได้ในตารางที่ 12.1

 

 

ตารางที่ 12.1 ขนาดของสายดินอุปกรณ์ไฟฟ้าตามข้อกำหนดของ วสท.ที่ 4-2

 

12.6.2 ตัวอย่างการออกแบบระบบสายดินอุปกรณ์ไฟฟ้า
  ในรูปที่  12.6  จนถึงรูปที่  12.11  เป็นการแสดงการต่อลงดินของระบบไฟฟ้า  (  แหล่งจ่ายกำลังไฟฟ้า  )  และการต่อลงดินของอุปกรณ์ไฟฟ้า  โดยเป็นวงจรของสายดินอุปกรณ์ไฟฟ้าในระบบไฟฟ้าแบบ  3  เฟต  3  สาย  และระบบ  3  เฟต  4  สาย  จากหม้อแปลงที่มีตู้เหล็กคลุมอยู่  และในรูปที่  12.9  จะเป็นการแสดงลักษณะวงจรสายดิน  อุปกรณ์ไฟฟ้าในระบบแรงต่ำแบบ  3  เฟต  4  สาย  ส่วนรูปอื่นๆ  จะเป็นแบบระบบ  3  เฟต  3  สาย  นอกจากนี้ในรูปที่   12.6  ถึงรูปที่  12.9  ยังเป็นการแสดงการต่อลงดินของระบบโดยตรง  และในรูปที่  12.10  เป็นการแสดงการต่อลงดินแบบผ่านตัวต้านทานไฟฟ้า  (Resistance  Ground)  ส่วนรูปที่  12.11  จะแสดงลักษณะการไม่ต่อลงดินของระบบ
  ทุกระบบที่กล่าวมาข้างต้นจะต้องมีระบบสายดินอุปกรณ์ไฟฟ้า  และสายดินของระบบไฟฟ้าจะต้องไม่ต่อรวมกับสายดินอุปกรณ์ไฟฟ้า  ยกเว้นที่สวิตช์เกียร์หรือแผงเมนแรงต่ำของสถานีจ่ายไฟฟ้าย่อยตรงจุดที่สายศูนย์ต่อลงดิน

 จากรูปที่   12.6  ถึงรูปที่  12.11  ซึ่งแสดงการต่อ ลงดินของอุปกรณ์ไฟฟ้า  จะเป็นการต่อแบบต่อเนื่อง  เพื่อให้กระแสไฟฟ้าที่เกิด ในขณะที่เกิดการผิดปกติในระบบไฟฟ้า  (ความผิดปกติแบบ ลัดวงจรลงดินที่เปลือกโลหะหุ้มอุปกรณ์ไฟฟ้า  ท่อ  และรางโลหะเดินสาย)  ไหลลงสู่กราวด์ร็อดที่หม้อแปลง
  ตามรูป ที่ 12.6 ถึงรูปที่ 12.11 จะพบว่า ตามข้อกำหนดของ  NEC  อนุญาตให้มีการใช้ท่อเป็นสายดินอุปกรณ์ไฟฟ้าได้  แต่ตามมาตรฐาน ของวิศวกรรมสถานแห่งประเทศไทยนั้น  ห้ามใช้ท่อรางเคเบิลเป็นตัวนำสำหรับต่อลงดิน  ดังนั้นในรูปที่  12.6  ถึงรูปที่  12.11  ส่วนใดที่เป็นท่อ หรือรางเคเบิลจะต้องเปลี่ยนไปใช้สายเดินตลอดแนวซึ่งจะต้องมีขนาดตามตารางที่  12.11
  การต่อลงดินของระบบไฟฟ้าแบบผ่านตรง  ( รูปที่  12.6  ถึงรูปที่  12.11)  สายดินอุปกรณ์ไฟฟ้าทั้งหมดจะถูกนำมาต่อรวมกันที่ขั้วกราวด์ร็อด หรือจุดต่อลงดินของสายศูนย์  XO  ที่หม้อแปลง  (  ผ่านการเชื่อมต่อของจุด  G  ไปยังจุด  N  ในสวิตช์เกียร์หรือแผงเมนแรงต่ำ  )  ซึ่งการจัดวงจรสายดินแบบนี้จะทำให้ค่าอิมพีแดนช์ของสายดินอุปกรณ์ไฟฟ้ามีค่าต่ำในขณะนำกระแสไฟฟ้าในสภาวะที่เกิดการผิดปกติที่จุดใดๆ  ในระบบ  แล้วไหลย้อนกลับมาสู่ขั้วจุดศูนย์ของหม้อแปลง  ดังแสดงในรูปที่  12.7


  

รูปที่  12.6  แสดงการต่อลงดินของระบบไฟฟ้าแบบผ่านตรงเพื่อป้องกันการลัดวงจรลงดิน  (ระบบ 3 เฟต 3 สาย )

 

 

 

 

รูปที่ 12.7 ทิศทางการเดินของกระแสไฟฟ้าในขณะที่เกิดการลัดวงจรลงดินในระบบไฟฟ้า

ที่มีการต่อลงดินแบบผ่านตรง(ระบบ 3 เฟส 3 สาย)

 

 

 

 

รูปที่ 12.8 แสดงการต่อตัวนำเพื่อเป็นการเพิ่มสายดินอุปกรณ์ไฟฟ้า

โดยการนำสายตัวนำมาต่อขนานในระบบไฟฟ้าที่มีการต่อลงดินแบบผ่านตรง (ระบบ 3 เฟส 3 สาย)

 

 

 

 

 

รูปที่ 12.9 แสดงการต่อลงดินของอุปกรณ์ไฟฟ้าสำหรับป้องกันการลัดวงจรลงดินในระบบต่อผ่านตรง (ระบบ 3 เฟส 4 สาย)

 


 

รูปที่ 12.10 แสดงการต่อลงดินของอุปกรณ์ไฟฟ้าสำหรับป้องกันการลัดวงจรลงดิน

ในระบบไฟฟ้าที่ต่อลงดินแบบผ่านตัวความต้านทานไฟฟ้า (ระบบ 3 เฟส 3 สาย)

 

 

 

 

รูปที่ 12.11 แสดงการต่อลงดินของอุปกรณ์ไฟฟ้าสำหรับป้องกัน

การลัดวงจรลงดินในระบบไฟฟ้าที่ (ระบบ 3 เฟส 3 สาย)

 

 

  ค่าอิมพิแดนซ์ของสายดินอุปกรณ์ไฟฟ้าที่ครบวงจรดังแสดงในรูปที่ 12.7จะต้องมีค่าต่ำพอที่จะนำกระแสไฟฟ้าในขณะที่เกิดการผิดปกติ เพื่อให้อุปกรณ์ป้องกันวงจรทำงานได้ไวทันต่อเหตุการณ์และภายในระยะเวลาที่กำหนด นอกจากนี้จะต้องมีค่าต่ำพอที่จะทำให้ค่าความต่างศักย์ ไฟฟ้า ที่โลหะเปลือกหุ้มอุปกรณ์ไฟฟ้าอยู่ในขีดจำกัดที่ปลอดภัย
  ทางเดินที่แยกส่วนของกระแสไฟฟ้าใน ขณะที่เกิดการ ผิดปกติขึ้นในระบบไฟฟ้าตามแนวทางที่แสดงในรูปที่ 12.8 นั้น จะเป็นลักษณะของ วงจรขนานกับสายดินอุปกรณ์ไฟฟ้า โดยกระแสที่ไหลผ่านในวงจรขนานนี้จะมีปริมาณน้อยกว่ากระแสไฟฟ้าที่ไหลในสายดินอุปกรณ์ไฟฟ้า โดยตรง ทั้งนี้เนื่องจากว่าค่าอิมพิแดนซ์ของทางเดินกระแสไฟฟ้าบนวงจรขนานมีค่าสูงกว่า นอกจากนี้สัตถุประสงค์ในการเชื่อมต่อถึงกัน ก็เพื่อนำกระแสของส่วนที่เป็นโลหะหุ้มอุปกรณ์ไฟฟ้าไหลลงสู่ดินจริงๆ หรือต่อเข้ากับโลหะที่อยู่ในดิน เช่น โครงเหล็กฐานรากของโครงสร้าง ตึกนั้น นอกจากนั้นยังต้องการให้แรงดันไฟฟ้าหรือความต่างศักย์ไฟฟ้าเมื่ออยู่ในสภาวะเกิดการผิดปกติในระบบไฟฟ้าบนเปลือกโลหะหุ้ม อุปกรณ์ไฟฟ้า และโลหะส่วนที่นำไฟฟ้าของอุปกรณ์ไฟฟ้าในบริเวณใกล้เคียงมีค่าเท่ากันหรือแตกต่างกันให้น้อยที่สุด รวมถึงการเชื่อมต่อกัน แบบนี้ จะช่วยให้ประจุไฟฟ้าและความต่างศักย์ไฟฟ้าเกิดขึ้นในสภาวะที่ถูกฟ้าผ่ามีค่าเม่ากันด้วย แต่ตามมาตรฐานของ วสท. จะต้องมีชุดวงจร ขนานเสมอ เพื่อวัตถุประสงค์เป็นสายดินของอุปกรณ์ไฟฟ้า
  ค่าอิมพิแดนซ์ของท่อร้อยสาย กล่อง หรือรางเดินสาย อาจจะมีค่าสูงเกินไปจนไม่เหมาะสำหรับนำมาเป็นสายดินอุปกรณ์ไฟฟ้า ดังนั้นใน การติดตั้ง ที่แท้จริง ในระบบ 3 เฟส 4 สาย จึงได้มีการเพิ่มสายดินอุปกรณ์ไฟฟ้าดังแสดงในรูปที่ 12.9 โดยสายที่เพิ่มขึ้นนี้จะทำการต่อขนาน เข้ากับ ท่อร้อยสาย กล่อง หรือรางเดินสาย เพื่อให้เป็นทางเดินของกระแสไฟฟ้าในสภาวะที่เกิดการผิดปกติในระบบไฟฟ้า ซึ่งสายดินที่ทำการ เพิ่ม ขนานขึ้นนี้ จะมีค่าอิมพีแดนซ์ต่ำซึ่งเป็นไปตามหลักการ การออกแบบดังในรูปที่ 12.9 นี้จะเหมาะสำหรับวงจรสายป้อนที่มีระยะไกลๆ และสอดคล้องตามข้อกำหนดของ วสท.
  จากรูปที่ 12.6 ถึงรูปที่ 12.11 จะเห็นว่าสายดินอุปกรณ์ไฟฟ้าที่เป็นโลหะหุ้มหม้อแปลงอยู่นั้น จะต่อเข้ากับปหล่งจ่ายกำลังไฟฟ้าที่จ่าย ให้แก่หม้อแปลง ทั้งนี้เพื่อป้องกันวงจรเมื่อเกิดการผิดปกติทางด้านแรงสูงหรือที่ตัวหม้อแปลงเอง การใช้ท่อร้อยสาย กล่อง และทางเดินสาย เป็นสายดินอุปกรณ์ไฟฟ้าตามที่แสดงในรูปที่ 12.12 และรูปที่ 12.13 นั้น จะเห็นว่ารูปที่ 12.12 จะเป็นลักษณะเดียวกับรูปที่ 12.8 และรูปที่ 12.13 จะเป็นลักษณะเดียวกับรูปที่ 12.9 ยกเว้นเพียงแต่มีสายดินอุปกรณ์ไฟฟ้าต่อขนานเพิ่มขึ้น ดังแสดงในรูปที่ 12.13 ในขณะที่การเชื่อมต่อท่อร้อยสาย ราง กล่องเดินสาย และกราวด์บัส (Ground Bus) จะทำให้ทางเดินของกระแสไฟฟ้าในสายดินอุปกรณ์ไฟฟ้า เป็นไปอย่างต่อเนื่องถึงกัน หลังจากนั้นจึงต่อเข้ากับจุดต่อลงดินของสายศูนย์ XO ที่หม้อแปลงไฟฟ้า


 

 

รูปที่ 12.12 ชนิดของการต่อลงดินเพื่อป้องกันการลัดวงจรลงดิน โดยการใช้ท่อร้อยสายไฟและเคเบิลเทรย์เป็นตัวนำบริภัณฑ์ที่ต่อลงดิน (หรือเป็นตัวนำลัดวงจรลงดิน) ในระบบที่เป็นแบบต่อลงดินโดยตรงในระบบไฟฟ้า 3 เฟส 3 สาย

 

 

 

 

 

 

รูปที่ 12.13 ชนิดของการต่าลงดินเพื่อป้องกันการลัดวงจรลงดิน โดยการใช้ท่อร้อยสายไฟและเคเบิลเทรย์เป็นตัวนำบริภัณฑ์ที่ต่อลงดิน แต่ไม่ถือเป็น EGC (ตามข้อกำหนดของ วสท.) แต่จะต้องเดินตัวนำขนานกับช่องทางเดินสายทั้งหมด ซึ่งเป็นระบบที่ใช้ในประเทศไทย โดยเป็นระบบต่อลงดินโดยตรง 3 เฟส 4 สาย และถุกต้องตามข้อกำหนดของ วสท.

 

   ในรูปที่ 12.13ขั้วกราวด์ร็อดของสายดินอุปกรณ์ไฟฟ้าและขั้งกราวด์ร็อดของสายศูนย์จะไม่อยู่รวมกัน หรือไม่แตะถึงกัน จุดศูนย์ของหม้อแปลงจะถูกต่อลงดินในสวิตช์เกียร์หรือแผงเมนแรงต่ำโดยการเชื่อมบัสศูนย์ N (Neutral Bus) เข้ากับ
บัสดิน G (Ground Bus) ที่ต่อลงดิน หรืออาจจะมีการออกแบบอีกลักษณะหนึ่งดังแสดงในรูปที่ 12.14 คือจุดศูนย์ของหม้อแปลงและสายดินอุปกรณ์ไฟฟ้าต่างต่อเข้ากับบัสดินในสวิตช์เกียร์หรือแผงเมนแรงต่ำโดยตรง แต่ว่าบัสดินในสวิตช์เกียร์หรือแผงเมนแรงต่ำนั้นถูกต่อเชื่อมเข้ากับโครงตู้โลหะอยู่ ดังนั้นระบบนี้จึงไม่เป็นที่นิยมเพราะว่ามีโอกาสที่กระแสไฟฟ้าในสายศูนย์อาจจะไหลลงสู่ตู้แผงได้ แต่ระบบนี้ค่าอิมพีแดนซ์ของบัสดินจะมีค่าต่ำมากเมื่อเทียบกับค่าอิมพีแดนซ์ของตัวตู้ ทำให้กระแสที่ไหลในตู้มีค่าน้อยหรืออาจจะไม่มีกระแสไหลในตัวตู้เลยก็ได้ อีดทั้งยังมีปัญหาการสับสนของ N กับ G จึงไม่เป็นที่นิยมใช้กัน

 

 

 

 

รูปที่ 12.14 ตัวนำวงจรที่ต่อลงดินสำหรับระบบ 3 เฟส 4 สาย และนิวทรัลของหม้อแปลงถูกต่อเข้ากับกราวด์บัส

 

12.6.3 ขนาดของสายต่อหลักดินในระบบไฟฟ้ากระแสสลับ

ขนาดของสายต่อหลักดินหรือสายตัวนำที่ใช้ต่ออุปกรณ์ไฟฟ้าหรือวงจรที่ต้องต่อลงดินเข้ากับหลักดิน (พิจารณาได้จากรูปที่ 12.4) จะต้องมีขนาดไม่เล็กกว่าค่าที่กำหนดในตารางที่ 12.2 นี้
ตารางที่ 12.2 แสดงขนาดต่ำสุดของสายต่อหลักดินของระบบไฟฟ้ากระแสสลับเปรียบเทียบกับขนาดสายตัวนำประธานตามข้อกำหนดของ วสท. ตารางที่ 4-1


 

 

12.6.4 การต่อลงดินสำหรับแผงสวิตช์แรงสูง
   อุปกรณ์แรงสูงที่กล่าวถึงในหัวข้อนี้เป็นอุปกรณ์ป้องกันที่ทำหน้าที่ตัดตอนระบบก่อนเข้าหม้อแปลง อาจจะเป็นประเภท RMU หรือ Metal Enclosed ซึ่งอุปกรณ์เหล่านี้จะต้องมี Cu-Ground Bar มีขนาดไม่น้อยกว่า 20 * 5 mm2 โดยในกรณี RMU จะเป็นอุปกรณ์ที่ผู้ผลิตทำการออกแบบ Cu-Ground Bar ส่วนสายต่อหลักดินหรือ Grounding Conductor ให้ใช้สายทองแดงแบบอ่อน
มีขนาดไม่น้อยกว่า 70 mm2  ต่อระหว่างกราวด์บัสและอุปกรณ์ไฟฟ้า (RMU หรือ Metal Enclosed หรือ HV Metering) และกราวด์บัสของอุปกรณ์ไฟฟ้าเข้าสู่หลักดิน ซึ่งสามารถพิจารณาการวางผังอุปกรณ์แผงสวิตช์แรงสูงและสายดินได้จากแผ่น E-06


12.6.5 ตัวอย่างการออกแบบระบบสายดิน
พิจารณาวันไลน์ไดอะแกรมในรูปที่ 12.15 จะสามารถพิจารณาและหาขนาดของสายดินได้ดังนี้


 

รูปที่ 12.15 แสดงตัวอย่างวันไลน์ไดอะแกรมระบบสายดิน