Arc Flash คืออะไร อันตรายแค่ไหน และวิธีป้องกันในตู้ไฟฟ้าโรงงาน

Arc Flash คือการระเบิดของพลังงานไฟฟ้าที่เกิดจากการลัดวงจรภายในตู้ไฟฟ้า สร้างความร้อนสูงถึง 20,000°C ภายในเสี้ยววินาที ร้อนกว่าผิวดวงอาทิตย์ 4 เท่า มีแรงระเบิดที่ผลักผู้ปฏิบัติงานลอยออกไปหลายเมตร และส่งเสียงดังระดับเดียวกับเครื่องบินไอพ่นขึ้น

บทความนี้จะพาคุณไปรู้จักว่า Arc Flash คืออะไร มีระดับความรุนแรงขนาดไหน วิธีคำนวณค่า Incident Energy ตามมาตรฐาน IEEE 1584 ไปจนถึงแนวทางการออกแบบตู้ MDB ให้ลดความเสี่ยงจริง พร้อมข้อแนะนำสำหรับโรงงานและอาคารขนาดใหญ่ที่ต้องการลดอันตรายจาก Arc Flash ในระบบไฟฟ้า

Arc Flash คืออะไร?

Arc Flash คือปรากฏการณ์ที่กระแสไฟฟ้าไหลผ่านอากาศ ระหว่างตัวนำสองตัวที่มีระดับแรงดันต่างกัน ทำให้เกิดพลังงานมหาศาลในรูปของความร้อน แสง เสียง และคลื่นบีบอัดภายในเสี้ยววินาทีเดียว

อุณหภูมิของ Arc Flash สูงถึง 19,400°C ซึ่งร้อนกว่าผิวอาทิตย์ถึง 4 เท่า ความดันจากการระเบิดสามารถสร้างคลื่นกระแทกที่ผลักชิ้นส่วนของตู้ไฟฟ้า สายไฟ และโลหะหลอมไปอัดผู้ที่ยืนอยู่ใกล้ พร้อมคลื่นเสียงที่ดังเกิน 160 เดซิเบล กระทบต่อระบบประสาทถึงขั้นสูญเสียการได้ยินถาวร

Arc Flash เกิดจากสาเหตุอะไรบ้าง

สาเหตุหลักของ Arc Flash มาจากการชำรุดของฉนวน การติดตั้งไม่ได้มาตรฐาน หรือความผิดพลาดของผู้ปฏิบัติงาน โรงงานส่วนใหญ่มักละเลยสาเหตุเหล่านี้ จนกระทั่งเกิดเหตุการณ์ที่ป้องกันยากมาก เมื่อรู้ที่มาแล้ว ก็สามารถวางมาตรการลดความเสี่ยงได้ตั้งแต่ขั้นออกแบบ

1. การสัมผัสบัสบาร์ขณะมีไฟ

ช่างไฟที่ใช้ไขควง หรืออุปกรณ์ที่ไม่ได้มาตรฐาน สัมผัสบัสบาร์หรือขั้วต่อที่มีไฟขณะตู้มีกระแสไฟอยู่ ซึ่งเป็นสาเหตุอันดับหนึ่งของ Arc Flash ในตู้ MDB ของโรงงาน ส่วนใหญ่เกิดจากการรีบทำงาน หรือไม่ได้ตรวจสอบให้แน่ใจว่าตัดไฟแล้วจริง

2. การปล่อยไฟติดงานขณะซ่อมบำรุง

ช่างที่ไม่ตัดไฟก่อนเข้าไปทำงานในตู้ หรือตัดไฟไม่หมด บางจุดยังมีกระแสไหลผ่านอยู่ หากเครื่องมือหรือสกรูหล่นลงไปโดนส่วนที่มีไฟ จะสร้าง Arc Flash ขึ้นทันที พบบ่อยในงานที่ไม่มีระบบ Lockout/Tagout (LOTO) ที่เป็นมาตรฐาน

3. ฝุ่นและความชื้นสะสมภายในตู้

ตู้ที่ติดตั้งในพื้นที่ปริมาณฝุ่นสูง หรือความชื้นสูง เช่น โรงงานปูนซีเมนต์ หรือพื้นที่ไม่มีระบบระบายอากาศ มีโอกาสเกิดไฟรั่วตามผิวฉนวน และลดระยะฉนวนไฟฟ้าระหว่างตัวนำจนทำให้ ไฟกระโดดข้าม ตู้ที่อยู่นอกอาคารที่ไม่มี IP Rating สูงพอจึงเสี่ยงมาก

4. หนูและสัตว์ที่เข้าไปในตู้

รูระบายอากาศหรือช่องสายไฟที่ไม่ได้ปิดมิดชิด อาจกลายเป็นทางเข้าของสัตว์ตัวเล็กอย่างหนู จิ้งจก หรือแมลงสาบ เมื่อสัตว์ไปสัมผัสขั้วไฟ จะเกิด Short Circuit ตามมาด้วย Arc Flash โรงงานที่อยู่ใกล้พื้นที่เปิดต้องระวังจุดนี้เป็นพิเศษ

ระดับความรุนแรง (Incident Energy) ที่ต้องรู้ก่อนติดตั้งตู้ MDB

ความรุนแรงของ Arc Flash วัดจาก Incident Energy มีหน่วยเป็น cal/cm² (แคลอรี่ต่อตารางเซนติเมตร) ค่ายิ่งสูง ผู้ปฏิบัติงานยิ่งต้องสวม PPE ระดับสูง มาตรฐาน NFPA 70E แบ่งระดับออกเป็น 4 PPE Category ตามค่า Incident Energy ที่คำนวณได้ตามมาตรฐาน IEEE 1584

Category 1 – ต่ำกว่า 4 cal/cm²

งานที่มีความเสี่ยง Arc Flash ต่ำ พบได้ในตู้ขนาดเล็ก หรือระบบขนาด 480V ลงมา ผู้ปฏิบัติงานต้องใส่เสื้อหนาขั้นเดียวทนไฟได้ถึง 4 cal/cm² พร้อมหน้ากาก และถุงมือหนัง เป็นระดับ PPE ที่หาซื้อง่ายที่สุดในไทย

Category 2 – ต่ำกว่า 8 cal/cm²

ระดับที่พบบ่อยสุดในตู้ MDB ขนาดกลาง ช่างต้องสวมชุดทนไฟ Arc Rated 8 cal/cm² ขึ้นไป พร้อม Face Shield และ Balaclava (ผ้าคลุมอย่างบาง) ที่มีค่า Arc Rating ตรงตามมาตรฐาน NFPA 70E เป็นระดับมาตรฐานสำหรับงานบำรุงตู้ MDB ในโรงงานทั่วไป

Category 3 – ต่ำกว่า 25 cal/cm²

ระดับที่ต้องใส่ชุด Arc Flash Suit เต็มตัว รวมถึง Flash Hood ที่ครอบคลุมหน้าและลำคอ มักพบในงานบำรุงหม้อแปลงไฟฟ้าขนาดใหญ่ หรือตู้ MDB ที่รับไฟมาจากหม้อแปลงขนาด 1,000 kVA ขึ้นไป น้ำหนักชุดประมาณ 5-8 กิโลกรัม ทำให้ช่างทำงานได้ในเวลาจำกัด

Category 4 – ต่ำกว่า 40 cal/cm²

ระดับสูงสุดของ PPE ที่ผู้ปฏิบัติงานสวมได้ ถ้าค่า Incident Energy เกิน 40 cal/cm² ตามมาตรฐาน NFPA 70E ถือว่างานนั้นมีอันตรายถึงชีวิต ห้ามทำงานขณะระบบมีไฟ ต้อง Shutdown ก่อนทุกครั้ง โดยใช้ระบบ LOTO ปิดล็อกแหล่งจ่ายให้สมบูรณ์

วิธีป้องกัน Arc Flash ในตู้ไฟฟ้าโรงงาน

การป้องกัน Arc Flash ไม่ได้มีวิธีเดียว แต่ต้องทำงานร่วมกันหลายชั้น ตั้งแต่การออกแบบตู้ ไปจนถึงการจัดการบำรุงรักษา และการฝึกอบรมพนักงาน สรุป 6 แนวทางลดความเสี่ยงได้ ดังนี้

1. ออกแบบตู้ตาม IEC 61439 Form 3b ขึ้นไป

Form of Separation ระดับ 3b หรือ 4b ช่วยแยกส่วน Busbar, Functional Unit และ Outgoing Terminal ออกจากกัน ถ้าเกิดไฟลัดวงจรในช่องหนึ่ง ผนังกั้นกระจายแรงไม่ให้ขยายไปช่องอื่น ลดความรุนแรงของ Arc Flash ได้

2. ลดเวลาของ Arc (Arc Duration) ด้วยเบรกเกอร์ตัดไว

เลือกใช้เบรกเกอร์ที่มี Trip Time ไม่เกิน 100 ms จะลดพลังงานได้มาก เพราะ Incident Energy แปรผันตรงกับเวลา ปัจจุบันมีเทคโนโลยี Arc Quenching System ที่ดับ Arc ได้ภายใน 4 ms ซึ่งลดพลังงานเหลือไม่ถึง 1 cal/cm²

3. ติดตั้ง Maintenance Switch ที่ตู้

สวิตช์ที่ปรับ Setting ของเบรกเกอร์ให้ไวขึ้นช่วงช่างทำงานซ่อมบำรุงเข้าไปใกล้ตู้ ช่วยลด Trip Time จาก 500 ms เหลือ 100 ms ซึ่งลด Arc Flash Energy ได้หลายเท่าตัว เปิดใช้เมื่อมีช่างทำงาน แล้วปิดกลับสภาวะปกติเมื่อทำงานเสร็จ

4. ติดตั้ง Arc Flash Relay หรือ Optical Arc Sensor

รีเลย์รุ่นใหม่ ใช้เซนเซอร์ตรวจจับแสงจ้าของ Arc ร่วมกับกระแสไฟ สั่งตัดไฟได้ภายใน 2-4 ms เหมาะสำหรับ Switchgear ขนาดใหญ่ ราคาสูงแต่คุ้มถ้าป้องกันชีวิตผู้ปฏิบัติงาน ในไทยนิยม Schweitzer Engineering, ABB REA และ Siemens 7SR21

5. จัดทำ Arc Flash Study ตาม IEEE 1584

วิศวกรจะคำนวณ Incident Energy ที่แต่ละจุดของตู้ ระบุระดับ PPE ที่ต้องใช้ พร้อมติดป้าย Arc Flash Warning Label ที่ตู้ทุกตัว ระบุ Arc Flash Boundary ระยะปลอดภัยที่ผู้ไม่สวม PPE ห้ามเข้าใกล้ การศึกษานี้ต้องทบทวนทุก 5 ปี

6. ฝึกอบรมทีมบำรุงและใช้ PPE ถูกต้อง

ช่างไฟที่ทำงานในตู้ MDB ต้องผ่านการอบรม NFPA 70E หรือหลักสูตรเทียบเท่าก่อนลงมือทำงาน PPE ต้องตรงกับ PPE Category ที่ระบุบน Arc Flash Label ที่ติดไว้หน้าตู้ ห้ามใช้ชุดป้องกันทั่วไปที่ไม่ตรงกับ Category เพราะอาจถูกเผาไหม้ทั้งตัวขณะเกิดเหตุ

ออกแบบตู้ MDB ยังไงให้ลด Arc Flash Energy

ตู้ MDB ที่ออกแบบให้ลด Arc Flash Energy ตั้งแต่ขั้นออกแบบ ไม่ใช่แค่เลือกเบรกเกอร์ใหญ่ขึ้น แต่ต้องพิจารณาหลายปัจจัยร่วมกัน ตั้งแต่ระยะภายใน การแบ่งช่อง ไปจนถึงระบบ Interlock ที่เคร่งครัด ในการออกแบบเพื่อลดความเสี่ยง Arc Flash สิ่งสำคัญอันดับถัดมาคือ

1. พิจารณาระยะห่างระหว่างอุปกรณ์ภายในตู้

ระยะ Phase-to-Phase และ Phase-to-Ground ต้องได้ตาม IEC 61439 ระยะยิ่งห่างยิ่งลดโอกาสเกิด Arc ข้ามเฟส แต่ก็ต้องไม่ลดขนาด Busbar จนรองรับไม่ไหว วิศวกรต้องคำนวณ Clearance และ Creepage Distance ตามแรงดันใช้งานจริง

2. ใช้ Compartmentalization อย่างเหมาะสม

แบ่งตู้ เป็นช่องย่อยตามหลัก Form of Separation ผนังกั้นต้องหนาพอที่จะทนแรงดันจาก Arc ได้ มีช่อง Vent และปล่อยแรงดันออกทางด้านบนหรือด้านหลังของตู้ ไม่ให้สะบัดไปหาผู้ปฏิบัติงานที่ยืนหน้าตู้

3. ติดตั้งระบบ Interlock ที่สมบูรณ์

ประตูตู้ต้องเปิดไม่ได้ขณะมีไฟ Mechanical Interlock บังคับลำดับการทำงาน ต้องปิดเบรกเกอร์ก่อนจึงจะเปิดประตูได้ จึงไม่มีโอกาสสัมผัสชิ้นส่วนที่มีไฟ ตู้ที่ผลิตตามมาตรฐานสากลจะมีฟีเจอร์นี้เป็นค่ามาตรฐาน

สรุป

Arc Flash เป็นอันตรายที่รุนแรงมากในตู้ไฟฟ้าของโรงงาน สามารถผลักผู้ปฏิบัติงานลอยได้ สร้างความร้อน 19,400°C และส่งเสียงดังถึง 160 dB การป้องกันไม่ได้มีวิธีเดียว ต้องทำร่วมกันหลายชั้น ตั้งแต่การออกแบบตู้ตาม IEC 61439 ใช้เบรกเกอร์ที่ตัดได้ไว ติดตั้ง Arc Flash Relay ไปจนถึงการจัด Arc Flash Study ตาม IEEE 1584 และฝึกอบรมพนักงานพร้อมชุด PPE ที่ถูกต้อง

ถ้าวางแผนออกแบบตู้ MDB ใหม่ หรือรีโนเวตตู้เก่าของโรงงานให้รองรับ Arc Flash Mitigation ควรปรึกษาวิศวกรตั้งแต่ต้น เพราะขั้นตอนการคำนวณและเลือกอุปกรณ์ส่งผลต่อความปลอดภัยของพนักงานโดยตรง

FAQ

หากโรงงานของคุณกำลังมองหาผู้ผลิตตู้ MDB ที่ออกแบบรองรับ Arc Flash ได้จริง หรือต้องการให้ทีมวิศวกรไฟฟ้าช่วยประเมินระบบปัจจุบัน SK Power Electric มีทีมวิศวกรไฟฟ้าที่มีประสบการณ์ด้าน Arc Flash Mitigation พร้อมให้บริการออกแบบตู้ MDB ที่ตรงตามมาตรฐาน IEC 61439

สามารถดูสินค้าเพิ่มเติมได้ที่ สินค้าของเรา

☎️ Tel: 093-596-4288

🟢 Line: sk_powerelectric

📬 Email: sk_project2@hotmail.com

📘 Facebook: SK Power Electric