การเลือกพิกัดทนกระแสลัดวงจรของเบรกเกอร์: ความหมายของ Icu, Ics และ Icw

1. กระแสลัดวงจรและความหมายของพิกัดตัดกระแส

เมื่อเกิดลัดวงจรในระบบแรงต่ำ กระแสที่ไหลจะถูกจำกัดโดยอิมพีแดนซ์ของหม้อแปลงและสายไฟเป็นหลัก โรงงานที่ใช้หม้อแปลงขนาดใหญ่หรือหลายลูกขนานกันอาจมีกระแสลัดวงจร ณ บัสบาร์เมนสูงหลายสิบกิโลแอมแปร์ เบรกเกอร์ทุกตัวที่ติดตั้ง ณ จุดนั้นจึงต้องมีความสามารถตัดกระแสลัดวงจร (Breaking Capacity) ไม่ต่ำกว่าค่ากระแสลัดวงจรคาดหวัง (Prospective Short-Circuit Current) ที่คำนวณได้ มิฉะนั้นเบรกเกอร์อาจตัดวงจรไม่สำเร็จ ระเบิดเสียหาย และไม่สามารถหยุดความเสียหายที่จุดเกิดเหตุได้

มาตรฐาน IEC 60947-2 สำหรับเบรกเกอร์อุตสาหกรรมกำหนดพิกัดที่ต้องเข้าใจให้ถูกต้องสามค่า ได้แก่ Icu (Ultimate Breaking Capacity) คือกระแสลัดวงจรสูงสุดที่เบรกเกอร์ตัดได้สำเร็จตามลำดับทดสอบที่กำหนด โดยไม่รับประกันว่าจะใช้งานต่อได้เต็มสมรรถนะ Ics (Service Breaking Capacity) คือกระแสสูงสุดที่ตัดแล้วยังใช้งานต่อได้ โดยแสดงเป็นร้อยละของ Icu และ Icw (Short-Time Withstand Current) คือกระแสที่เบรกเกอร์ทนได้โดยไม่ตัดเป็นเวลาที่กำหนด ใช้สำหรับการจัดลำดับการป้องกันแบบหน่วงเวลา

2. Icu กับ Ics: ความต่างที่มีผลต่อความต่อเนื่องของระบบ

ความแตกต่างเชิงปฏิบัติระหว่าง Icu และ Ics อยู่ที่สภาพเบรกเกอร์หลังตัดกระแสลัดวงจร การทดสอบ Icu ใช้ลำดับ ตัด–หน่วง–สับตัด (O–t–CO) ส่วนการทดสอบ Ics เพิ่มเป็น ตัด–หน่วง–สับตัด–หน่วง–สับตัด (O–t–CO–t–CO) พร้อมตรวจยืนยันภายหลังว่าเบรกเกอร์ยังทนแรงดัน ทริปตามเส้นโค้ง และรับกระแสพิกัดต่อได้ เบรกเกอร์ที่ Ics เท่ากับ 100 เปอร์เซ็นต์ของ Icu จึงเหมาะกับจุดที่ต้องกลับมาจ่ายไฟเร็วหลังเหตุลัดวงจร เช่น เมนของโรงพยาบาลหรือสายการผลิตต่อเนื่อง

ในทางกลับกัน หากเลือกเบรกเกอร์โดยดูเฉพาะ Icu ที่สูงแต่ Ics เพียงร้อยละ 25 หรือ 50 ของ Icu เมื่อเกิดลัดวงจรรุนแรงใกล้พิกัด เบรกเกอร์อาจตัดสำเร็จแต่ต้องถูกเปลี่ยนหรือตรวจซ่อมใหญ่ก่อนกลับมาใช้งาน ทำให้ระบบหยุดยาวขึ้นโดยไม่จำเป็น การเลือกจึงควรพิจารณาสมดุลระหว่างต้นทุนอุปกรณ์กับมูลค่าความเสียหายจากการหยุดจ่ายไฟของแต่ละวงจร โดยวงจรเมนและวงจรป้อนสำคัญควรใช้ Ics สูง ส่วนวงจรย่อยทั่วไปสามารถผ่อนคลายลงได้ตามความเหมาะสม

• Icu: ตัดกระแสลัดวงจรสูงสุดได้ แต่ไม่รับประกันการใช้งานต่อ
• Ics: ตัดแล้วยังใช้งานต่อได้ แสดงเป็น % ของ Icu (25/50/75/100)
• Icw: ทนกระแสลัดวงจรโดยไม่ตัดตามเวลากำหนด ใช้จัดลำดับการป้องกัน
• วงจรเมนและวงจรป้อนสำคัญควรเลือก Ics ใกล้หรือเท่า 100% ของ Icu

3. การคำนวณกระแสลัดวงจรเพื่อเลือกพิกัด

ขั้นตอนการเลือกพิกัดเริ่มจากคำนวณกระแสลัดวงจรสมมาตรสามเฟส ณ บัสบาร์แต่ละระดับ โดยวิธีประมาณอย่างง่ายที่ใช้แพร่หลายคือการหารกระแสพิกัดของหม้อแปลงด้วยค่าอิมพีแดนซ์ร้อยละ (%Z) ของหม้อแปลง เช่น หม้อแปลงที่มี %Z ต่ำจะให้กระแสลัดวงจรสูง จากนั้นจึงบวกผลของอิมพีแดนซ์สายไฟจากหม้อแปลงถึงตู้ ซึ่งช่วยลดกระแสลัดวงจรลงตามระยะทาง สำหรับระบบที่ซับซ้อน เช่น มีหม้อแปลงขนาน มอเตอร์ขนาดใหญ่ที่ป้อนกระแสย้อนกลับ หรือเครื่องกำเนิดไฟฟ้า ควรคำนวณตามระเบียบวิธีของ IEC 60909 ด้วยซอฟต์แวร์วิเคราะห์ระบบไฟฟ้า

เมื่อได้ค่ากระแสลัดวงจรคาดหวังแล้ว ให้เลือกเบรกเกอร์ที่ Icu (และ Ics ตามระดับความสำคัญ) ไม่ต่ำกว่าค่านั้น ณ แรงดันใช้งานจริง โดยต้องอ่านค่าจากตารางผู้ผลิตที่แรงดันตรงกัน เพราะพิกัดตัดกระแสของเบรกเกอร์ลดลงเมื่อแรงดันสูงขึ้น กรณีต้องการลดต้นทุนอาจใช้เทคนิค Cascading (Back-up Protection) ซึ่งอาศัยเบรกเกอร์ต้นทางจำกัดกระแสช่วยเบรกเกอร์ปลายทาง แต่ต้องใช้คู่อุปกรณ์ตามตารางรับรองของผู้ผลิตเดียวกันที่ผ่านการทดสอบร่วมเท่านั้น

4. ข้อผิดพลาดที่พบบ่อยในการเลือกพิกัด

ข้อผิดพลาดที่พบบ่อยคือการเปลี่ยนหม้อแปลงเป็นขนาดใหญ่ขึ้นหรือขนานหม้อแปลงเพิ่มโดยไม่ทบทวนพิกัดตัดกระแสของเบรกเกอร์เดิม ทำให้กระแสลัดวงจรใหม่สูงเกินพิกัดอุปกรณ์ทั้งตู้โดยไม่มีใครรู้ตัว อีกกรณีคือการอ่านค่า Icu จากแคตตาล็อกที่แรงดันต่ำกว่าแรงดันระบบจริง การละเลยกระแสสมทบจากมอเตอร์ (Motor Contribution) ในโรงงานที่มีมอเตอร์รวมกำลังมาก และการนำเบรกเกอร์ต่างยี่ห้อมาจัด Cascading กันเองโดยไม่มีตารางทดสอบร่วมรับรอง

แนวทางป้องกันคือกำหนดให้การศึกษากระแสลัดวงจร (Short-Circuit Study) เป็นเอกสารควบคุมที่ต้องปรับปรุงทุกครั้งที่มีการเปลี่ยนแปลงหม้อแปลง แหล่งจ่าย หรือโครงสร้างระบบ ติดป้ายแสดงค่ากระแสลัดวงจรคาดหวังไว้ที่ตู้ MDB เพื่อให้ผู้ปฏิบัติงานและผู้ออกแบบรุ่นหลังใช้อ้างอิง และเมื่อจัดซื้อเบรกเกอร์ทดแทนต้องตรวจสอบทั้ง Icu, Ics และความเข้ากันได้ของ Cascading กับอุปกรณ์เดิมทุกครั้ง ไม่ตัดสินจากขนาดกระแสพิกัด (Ampere Frame/Trip) เพียงอย่างเดียว

• ปรับปรุง Short-Circuit Study ทุกครั้งที่หม้อแปลงหรือแหล่งจ่ายเปลี่ยน
• ติดป้ายค่ากระแสลัดวงจรคาดหวังไว้ที่ตู้ MDB
• อ่านพิกัดตัดกระแสที่แรงดันระบบจริงเสมอ
• ใช้คู่ Cascading เฉพาะที่ผู้ผลิตทดสอบร่วมรับรองเท่านั้น