Category: knowledge

Single MOV (MOV ตัวใหญ่ตัวเดียว) VS Multi MOV (MOV ตัวเล็กหลายตัวต่อขนานกัน)

อย่างไหนดีกว่ากัน ?

การที่เราจะเลือกซื้ออุปกรณ์ AC Line Surge Protector มาใช้ในการป้องกันไฟกระโชกนั้น โดยส่วนใหญ่เรามักจะมองที่ค่าการรับกระแสไฟกระโชกของตัว Surge Protector เป็นหลัก กล่าวคือ ยิ่งมีค่า KA สูงมากเท่าไหร่ก็ยิ่งดี โดยลืมไปว่า จริงๆ แล้วยังมีอะไรที่ควรจะมองลึกลงไปกว่านั้น

สิ่งหนึ่งที่มีความสำคัญเป็นอย่างยิ่ง และมักจะถูกมองข้ามไป  คือเราควรที่จะเลือกใช้ Component ที่ใช้ในการป้องกันไฟกระโชก เป็นชนิด MOV เท่านั้น ทั้งนี้เนื่องจากมีค่า Response time หรือค่าการตอบสนองต่อไฟกระโชกที่เร็วมาก (เร็วที่สุดของ Component ทั้งหลาย) กล่าวคือ 25 nSec. และควรจะเป็นแบบ Single MOV คือใช้ MOV เพียงตัวเดียวในการรับไฟกระโชก ตามขนาดของไฟกระโชกสูงสุดที่ระบุไว้ โดยสามารถพิจารณาจากข้อมูลต่อไปนี้

ยกตัวอย่างเช่น AC Line Surge Protector มีขนาดในการรับไฟกระโชกได้สูงสุด 40 KA ในการผลิตนั้น ผู้ผลิตสามารถเลือกผลิตได้เป็น 2 แนวทางด้วยกันคือ

1) แบบ Single MOV คือใช้ MOV ขนาดใหญ่ 40 KA เพียงตัวเดียวในการรับไฟกระโชก ตามรูปวงจร A
2) แบบ Multi MOV คือใช้ MOV ขนาดเล็ก มาต่อขนานกันหลายตัว เช่น นำ MOV ขนาดตัวละ 10 KA จำนวน 4 ตัว มาต่อขนานกัน เพื่อให้ได้ค่าผลรวมทางพิชคณิตเท่ากับ 40 KA ตามรูป วงจร B

การนำ MOV ขนาดเล็กหลายตัว มาต่อขนานกันนั้น บางครั้งจะทำให้ดูเหมือนกับว่ามีค่าการรับไฟกระโชก คือค่า KA เท่ากับ MOV ขนาดใหญ่เพียงตัวเดียว หรือถึงแม้จะมีค่าการรับไฟกระโชกที่มากกว่า แต่ในความเป็นจริงคุณสมบัติการรับกระแสไฟกระโชกเทียบไม่ได้เลย เมื่อเทียบกับการใช้ MOV แบบ Single MOV

อนึ่งต้นทุนในการผลิตแบบ Multi MOV จะต่ำกว่า Single MOV มาก ที่ขนาดของ Surge Current หรือค่า kA ที่เท่ากัน

ซึ่งในทางปฏิบัตินั้น การใช้ MOV ขนาดเล็ก มาต่อขนานกันหลายตัว แบบ Multi MOV นั้น อุปกรณ์ MOV แต่ละตัวจะมีจุดเริ่มการทำงาน (Vclamp) ที่ต่างกัน เพราะ มีค่า Tolerance   ที่ต่างกันอยู่เล็กน้อย ซึ่งเป็นคุณสมบัติทั่วไปของ Component ที่ใช้ในวงจรอิเล็คทรอนิกส์  ดังนั้น อุปกรณ์ MOV ที่มีค่า Tolerance ที่เป็น ลบ มากสุด (Vclamp ต่ำสุด) จะมีจุดการทำงานในการรับไฟกระโชกก่อน จึงทำให้ไฟกระโชกที่เกิดขึ้นส่วนใหญ่ไหลผ่าน MOV ตัวนั้นเพียงตัวเดียว (ตัวที่มี Vclamp ต่ำสุด) แทนที่ MOV ทุกตัวที่ขนานกันอยู่จะทำงานพร้อมกัน ตามทฤษฏี จึงทำให้เกิดการลุกไหม้ของ MOV ตัวนั้นขึ้น (ตัวที่มีค่า Vclamp ต่ำสุด)เนื่องจากมีการรับไฟกระโชกที่เกินกำลังนั่นเอง

(ดังข้อความตอนหนึ่งในหัวข้อ 2.4.2 Parallel connection ในหนังสือ Siemens Matsushita Metal Oxide Varistor Data Book 1997 published by Siemens Matsushita Components GmbH & Co. KG ได้เขียนไว้ว่า “This means that if unselected varistors are used in this current region, current distributions of up to 1000 : 1 may render the parallel connection useless. In order to achieve the desired result, it is necessary to match voltage and current to the intended operating point.”)

ปัจจุบันอุปกรณ์ป้องกันไฟกระโชกที่มีจำหน่ายทั่วไป ผู้ใช้งานหลายท่านอาจสงสัยว่าอุปกรณ์ป้องกันไฟกระโชกจะมีประสิทธิภาพในการรับไฟกระโชกเป็นเช่นไร ใช้ไปแล้วเป็นเวลาระยะหนึ่งจะมีการเสื่อมประสิทธิภาพเกิดขึ้นบ้างหรือไม่ เพราะเท่าที่เห็นก็จะมีเพียง Indicator บ่งบอกให้ทราบว่าอุปกรณ์ป้องกันไฟกระโชกเสียหายเท่านั้น จึงมีผู้ผลิตอุปกรณ์ป้องกันไฟกระโชกบางรายเริ่มคิดหาวิธีให้อุปกรณ์ป้องกันไฟกระโชกสามารถที่จะแสดงประสิทธิภาพในการทำงานของอุปกรณ์ป้องกันไฟกระโชกได้ โดยที่จะมี Indicator แสดงถึงสถานะเป็นตัวเลข ค่าเปอร์เซนต์ของประสิทธิภาพในการรับไฟกระโชก เช่น ใช้งานในระยะแรก ประสิทธิภาพการรับไฟกระโชก จะอยู่ที่ 100% แต่เมื่อใช้งานเป็นระยะเวลาหนึ่ง อุปกรณ์ป้องกันเกิดการเสื่อมประสิทธิภาพการรับไฟกระโชกลดลงมาอยู่ที่ 80% ทำให้ผู้ใช้งานอุปกณ์ป้องกันไฟกระโชกเข้าใจว่าขณะที่ใช้งานอยู่นี้มีประสิทธิภาพการป้องกันไฟกระโชกที่ระดับใดแล้ว ด้วยเหตุนี้จึงมีคำถามเกิดขึ้นในใจผู้ใช้งานอุปกรณ์ป้องกันไฟกระโชกว่า แท้จริงแล้วเป็นเช่นไร ?

สำหรับอุปกรณ์ป้องกันไฟกระโชกประเภทแสดงสถานะการทำงานเป็นเปอร์เซ็นต์ Percentage สามารถที่จะแสดงประสิทธิภาพในการทำงานของอุปกรณ์ป้องกันไฟกระโชกได้ อุปกรณ์ป้องกันไฟกระโชกลักษณะนี้จะมี หลอดไฟ LED แสดงสถานะการทำงานเป็นเปอร์เซ็นต์ เช่น 100%, 80%, 60%, 40% และ 20% ตัวอย่างเช่น อุปกรณ์ป้องกันไฟกระโชกมีขนาดในการรับกระแสไฟกระโชกที่ 100 kA ที่รูปคลื่น 8/20 Sec หลอดไฟ LED แสดงสถานะการทำงานขณะถูกต่อใช้งานอยู่ที่ 100% หากอุปกรณ์ป้องกันไฟกระโชกได้รับไฟกระโชก จนหลอดไฟ LED แสดงสถานะการทำงานลดลงเหลือ 80% ลักษณะเช่นนี้แสดงว่าอุปกรณ์ป้องกันไฟกระโชกจะไม่สามารถรับกระแสไฟกระโชกได้ 100 kA เช่นเดิม แต่จะสามารถรับกระแสไฟกระโชกได้เพียง 80 kA เท่านั้น ซึ่งก็จะทำให้โหลด หรืออุปกรณ์ที่ท่านต้องการป้องกันมีความเสี่ยงที่จะได้รับความเสียหายเพิ่มขึ้นด้วย แท้ที่จริงโครงสร้างภายในอุปกรณ์ป้องกันฯได้อาศัยหลักการ ของ Multi MOV [รายละเอียดตามบทความ Single MOV (MOV ตัวใหญ่ตัวเดียว) VS Multi MOV (MOV ตัวเล็กหลายตัวต่อขนานกัน) อย่างไหนดีกว่ากัน ?] ตัวอย่างรูปที่ 1 เช่น ใช้ MOV ขนาด 4 kA จำนวน 5 ตัวมาต่อขนานกันจะได้ 20 kA ทำเช่นนี้จำนวน 5 ชุด จะได้ขนาด 100 kA โดยแต่ละชุดจะถูกเชื่อมต่อไปยังวงจรควบคุมเพื่อแสดงผลค่าการรับไฟกระโชก ผ่านหลอด LED อยู่ที่ 100% เมื่อมีความเสียหายเกิดขึ้นกับ MOV ชุดใดก็ตาม วงจรควบคุมจะสั่งให้หลอด LED ดับที่ละดวง ก็จะส่งผลให้หลอดไฟ LED แสดงสถานะเปลี่ยนไปมีค่าเป็น 80% และถ้ามีความเสียหายเกิดขึ้นอีกหลอดไฟ LED ค่าจะเปลี่ยนเป็น 60% เป็นเช่นนี้ทุกครั้งที่ MOV ได้รับความเสียหาย ซึ่งทำให้อุปกรณ์ป้องกันไฟกระโชกประเภทแสดงสถานะการทำงานเป็นเปอร์เซ็นต์ (Percentage) ไม่สามารถรับไฟกระโชกได้เท่ากับขนาดการรับกระแสไฟกระโชกสูงสุดที่ถูกระบุไว้ในอุปกรณ์ป้องกันไฟกระโชกนั้นๆ

 

รูปที่ 1 วงจรภายในของอุปกรณ์ป้องกันฯ ประเภทแสดงสถานะการทำงานเป็นเปอร์เซ็นต์

 

อุปกรณ์ป้องกันไฟกระโชกแท้ที่จริงแล้วการเสื่อมประสิทธิภาพนั้นจะเกิดขึ้นกับ Component ที่ใช้ในการรับไฟกระโชก ประเภท MOV เมื่อ MOV ได้รับไฟกระโชก ตัว MOV จะทำงานโดยรับกระแสไฟกระโชกผ่านตัวมัน ซึ่งหากได้รับไฟกระโชกบ่อยครั้ง ก็จะทำให้ค่าความต้านทานของตัว MOV เปลี่ยนไป เช่น MOV รับไฟกระโชกได้ 100 kA และมีค่าความต้านทาน 1 ล้านโอห์ม มีค่า Leakage current น้อยกว่า 5 mA เมื่อได้รับไฟกระโชกบ่อยครั้ง ค่าความต้านทานจะเปลี่ยนไปเช่น ลดลงเหลือ 8 แสนโอห์ม (แต่ยังคงรับไฟกระโชกได้ 100 kA เหมือนเดิม) และมีค่า Leakage current เพิ่มมากขึ้น เมื่อได้รับไฟกระโชกบ่อยครั้งขึ้น ซึ่งจะส่งผลให้ทุกๆครั้งที่ค่าความต้านทานของตัว MOV เปลี่ยนแปลง ค่า Leakage current ก็จะเปลี่ยนแปลงไปด้วย (แต่ยังคงรับไฟกระโชกได้ 100 kA เหมือนเดิม) เป็นผลทำให้เกิดกระแสรั่วไหลผ่านตัว MOV มากขึ้นตามลำดับ ตัว MOV ก็จะเกิดความร้อน ส่งผลทำให้ MOV ค่อยๆเกิดการเสื่อมสภาพอย่างต่อเนื่องและที่สุดก็จะได้รับความเสียหายจากแรงดันของระบบไฟฟ้าที่ต่อใช้งานอยู่ เหตุเช่นนี้ไม่ได้เกิดขึ้นง่ายกับ Component ที่ใช้ในการรับไฟกระโชก ประเภท MOV จึงทำให้มีอายุการใช้งานหลายปี แต่ถ้าอุปกรณ์ป้องกันฯรับกระแสไฟกระโชกที่มีขนาดเกินกว่าที่อุปกรณ์จะรับได้ก็จะได้รับความเสียหายได้ ในด้านของประสิทธิภาพในการรับกระแสไฟกระโชก ตัวอย่างเช่น อุปกรณ์ป้องกันไฟกระโชกมีขนาดในการรับกระแสไฟกระโชกที่ 100 kA ที่รูปคลื่น 8/20 Sec เมื่อได้รับไฟกระโชกบ่อยครั้ง จนค่าความต้านทานของตัว MOV เปลี่ยนแปลงลดน้อยลง แต่จะไม่ส่งผลให้ประสิทธิภาพในการรับไฟกระโชกลดน้อยลงตาม ซึ่งจะยังคงอยู่ที่ 100 kA เช่นเดิมซึ่งโหลดก็ยังจะได้รับความปลอดภัยสูงสุด จากข้อมูลที่ได้กล่าวมาแล้ว ดังนั้นความเข้าใจที่ว่าอุปกรณ์ป้องกันไฟกระโชกที่สามารถแสดงสถานะเป็นเปอร์เซ็นต์ได้ช่วยทำให้ผู้ใช้งานทราบถึงประสิทธิภาพในการรับไฟกระโชกของอุปกรณ์ตัวนั้น เป็นความเข้าใจที่ไม่ถูกต้อง ซึ่งข้อมูลนี้ก็พอจะเป็นแนวทางให้ผู้ใช้งานอุปกรณ์ป้องกันไฟกระโชก มีความเข้าใจในการเลือกใช้อุปกรณ์ป้องกันไฟกระโชก ได้อย่างถูกต้อง ได้ประสิทธิภาพในการรับกระแสไฟกระโชกได้สูงสุด และโหลดได้รับความปลอดภัยสูงสุดด้วย