ทำความเข้าใจเกี่ยวกับ Transient และ Surge
Transient (แรงดันสูงชั่วขณะ) และ Surge (ไฟเกิน) เป็นสภาวะที่แรงดันไฟฟ้าและกระแสไฟฟ้าสูงขึ้นในระยะเวลาสั้นๆ ซึ่งเกิดขึ้นในวงจรไฟฟ้า โดยมีค่าแรงดันไฟฟ้าสูงกว่า 2,000 โวลต์และกระแสไฟฟ้าสูงกว่า 100 แอมแปร์ เกิดขึ้นในระยะเวลาประมาณ 1-10 ไมโครวินาที Transient และ Surge จัดว่าเป็นปัญหาทางไฟฟ้าที่มักเกิดขึ้นอยู่เสมอ และผลกระทบจากปัญหาทางไฟฟ้าเหล่านี้สร้างความเสียหายได้อย่างมากมาย ไม่ว่าจะเป็น ทำให้อุปกรณ์ไฟฟ้าหรืออุปกรณ์อิเล็กทรอนิคส์ชำรุดเสียหาย, ระบบหยุดทำงาน, ทำให้สูญเสียข้อมูล, เวลา ตลอดจนโอกาสทางธุรกิจ เป็นต้น

สาเหตุของการเกิด Transient และ Surge มีได้หลายสาเหตุ เช่น

• ปรากฏการณ์ธรรมชาติ เช่น ฝนตกฟ้าคะนอง, พายุ, ฟ้าผ่า และแผ่นดินไหว ฯลฯ
• เกิดความผิดปกติของระบบจ่ายพลังงานไฟฟ้า
• การเปิด-ปิดสวิตช์อุปกรณ์ไฟฟ้าที่มีมอเตอร์ใช้พลังงานไฟฟ้ามาก
• ความต้องการพลังงานไฟฟ้าที่มากเกิน
• สัญญาณรบกวนทางไฟฟ้า
  ฯลฯ

ความหมายของ Surge Protector
ไม่ว่าจะเป็นคำว่า Surge Protection Device (SPD), Surge Suppression Equipment (SSE) หรือ Transient Voltage Surge Suppressor (TVSS) จะหมายถึงอุปกรณ์ชนิดเดียวกันคือ Surge Protector หรือ "อุปกรณ์ป้องกันไฟกระชากแรงดันสูงชั่วขณะ"
อุปกรณ์ป้องกันไฟกระชากแรงดันสูงชั่วขณะ เป็นอุปกรณ์ที่ช่วยลดแรงดันไฟฟ้าและกระแสไฟฟ้าที่สูงขึ้นอย่างรวดเร็วในช่วง เวลาสั้นๆ ได้ ซึ่งพลังงานที่สูงมากเช่นนี้สามารถสร้างความเสียหายต่ออุปกรณ์ไฟฟ้า, อุปกรณ์อิเล็กทรอนิคส์ และเครื่องมือ-เครื่องใช้ในการควบคุมการประมวลผล ฯลฯ

อุปกรณ์ป้องกันไฟกระชากแรงดันสูงชั่วขณะ มีหน้าที่หลักอยู่ 2 ประการ คือ

1. สร้างบริเวณหนึ่งให้มีความต้านทานต่ำ เพื่อให้แรงดันไฟฟ้าและกระแสไฟฟ้าที่สูงขึ้นกลับอยู่ในสภาวะปกติ ได้แก่ สายดิน
2. ทำการเหนี่ยวนำแรงดันไฟฟ้าและกระแสไฟฟ้าที่สูงเกินไปยังบริเวณที่สร้างขึ้น (สายดิน) เพื่อป้องกันความเสียหายที่สามารถเกิดขึ้นได้

ชนิดของ Surge Protector
อุปกรณ์ป้องกันไฟกระชากแรงดันสูงชั่วขณะ แบ่งออกเป็น 2 ชนิดหลักๆ ดังนี้

1. Filter เป็นอุปกรณ์ป้องกันไฟกระชากแรงดันสูงชั่วขณะที่มีลักษณะเป็นตัวกีดขวาง คอยสกัดกั้นพลังงานไฟฟ้าที่มีความถี่สูง (มักจะเป็นสัญญาณรบกวน) ในขณะเดียวกันก็จะปล่อยให้พลังงานไฟฟ้าที่มีความถี่ต่ำไหลผ่านได้โดยสะดวก
2. Transients Diverters เป็นอุปกรณ์ป้องกันไฟกระชากแรงดันสูงชั่วขณะที่มีการสร้างแนวซึ่งมีความต้าน ทานต่ำสำหรับให้แรงดันไฟฟ้าที่สูงขึ้นชั่วขณะไหลไปตามแนวนั้นลงสู่สายดิน
   

หลักการทำงานทั่วไปของ Surge Protector
อุปกรณ์ป้องกันไฟกระชากแรงดันสูงชั่วขณะ ได้รับการออกแบบให้สามารถเหนี่ยวนำแรงดันไฟฟ้าที่สูงขึ้นในช่วงเวลาอันสั้น ออกจากอุปกรณ์ไฟฟ้า โดยสร้างแนวที่มีความต้านทานต่ำเชื่อมต่อไปสู่ตำแหน่งของสายดิน เพื่อให้แรงดันที่สูงขึ้นชั่วขณะไหลไปตามแนวความต้านทานต่ำไปยังสายดิน

ส่วนประกอบของ Surge Protector
การใช้อุปกรณ์ป้องกันไฟกระชากแรงดันสูงชั่วขณะสำหรับแต่ละลักษณะการใช้งาน จะมีความแตกต่างกัน ดังนั้น ชิ้นส่วนที่ประกอบอยู่ภายในอุปกรณ์ก็จะแตกต่างกันด้วย แต่มีจุดมุ่งหมายเช่นเดียวกัน คือ เพื่อป้องกันแรงดันไฟฟ้าและกระแสไฟฟ้าที่สูงขึ้นในระยะเวลาอันรวดเร็วได้ อย่างมีประสิทธิภาพ, เชื่อถือได้ และตอบสนองต่อพลังงานสูงได้อย่างรวดเร็ว ส่วนมากชิ้นส่วนที่ใช้เป็นส่วนประกอบของอุปกรณ์ฯ ที่พบ จะต้องมีหน้าที่ทำให้เกิดความต้านทานต่ำ เช่น MOV (Metal Oxide Varistor), Gas Discharge Tube (GDT) และ Silicon Avalanche Diode (SAD) ฯลฯ หรือรวมเอาชิ้นส่วนของอุปกรณ์เหล่านี้เข้าไว้ด้วยกัน

ชิ้นส่วนที่ใช้เป็นส่วนประกอบของอุปกรณ์แต่ละชนิด มีคุณสมบัติดังต่อไปนี้

• MOV (Metal Oxide Varistor) จะมีการตอบสนองต่อแรงดันไฟฟ้าและกระแสไฟฟ้าที่สูงขึ้นในช่วงเวลาสั้นได้เร็ว (ประมาณ 20 นาโนวินาที) แต่ถ้ารับกระแสไฟฟ้าสูง (100 A) เข้ามา จะทำให้อายุการใช้งานของอุปกรณ์ลดลง ภายใต้สภาวะปกติ MOV จะมีความต้านทานสูง แต่เมื่อมีการรับแรงดันไฟฟ้าสูงเข้ามา ความต้านทานของ MOV จะลดต่ำลงอย่างรวดเร็ว เพื่อสร้างแนวที่มีความต้านทานต่ำสำหรับให้แรงดันไฟฟ้าสูงไหลไปสู่สายดิน นอกจากนี้ MOV ยังมีความสามารถในการควบคุมแรงดันไฟฟ้าและกระแสไฟฟ้าอีกด้วย
• Gas Discharge Tube (GDT) มีความสามารถในการควบคุมแรงดันไฟฟ้าที่สูงมาก (20 kV) และกระแสไฟฟ้าที่สูงมาก (2500 A) แต่มีการตอบสนองต่อแรงดันไฟฟ้าและกระแสไฟฟ้าที่สูงขึ้นในช่วงเวลาสั้นได้ช้า
• Silicon Avalanche Diode (SAD) จะมีการตอบสนองต่อแรงดันไฟฟ้าและกระแสไฟฟ้าที่สูงขึ้นในช่วงเวลาสั้นได้เร็วมาก (ประมาณ 5 นาโนวินาที) และสามารถควบคุมกระแสไฟฟ้าในปริมาณมาก (1000 A) แต่มีความไวต่ออัตราการเพิ่มขึ้นของแรงดันไฟฟ้า (dv/dt) และสภาวะเกิดข้อผิดพลาดเมื่อแรงดันไฟฟ้าสูงสุด (Peak Voltage Failure Modes)
• นอกเหนือไปจากที่กล่าวมาแล้วข้างต้น ก็ได้มีการรวมเอาชิ้นส่วนของอุปกรณ์อื่นๆ เข้าไว้ด้วยกันในอุปกรณ์ป้องกันแรงดันสูงชั่วขณะ เช่น ตัวต้านทาน และตัวเก็บประจุ ฯลฯ
  

ประโยชน์ของ Surge Protector
อุปกรณ์ป้องกันไฟกระชากแรงดันสูงชั่วขณะ ช่วยแก้ไขปัญหาต่างๆ ที่สามารถเกิดขึ้นกับอุปกรณ์ไฟฟ้าและอุปกรณ์อิเล็กทรอนิคส์ โดยเฉพาะคอมพิวเตอร์ได้ เช่น

• ปรากฏการณ์ธรรมชาติ เช่น ฟ้าผ่า
• ปัญหาที่เกิดจากระบบจ่ายพลังงานไฟฟ้าจากการไฟฟ้า
• อุปกรณ์ไฟฟ้าที่มีการเหนี่ยวนำไฟฟ้า
• สัญญาณรบกวนทางไฟฟ้า

การติดตั้ง Surge Protector
อุปกรณ์ป้องกันไฟกระชากแรงดันสูงชั่วขณะ สามารถนำไปติดตั้งในจุดต่างๆ ได้ตามลักษณะการใช้งาน โดยจัดแบ่งออกเป็น 3 ลำดับชั้น (Category) ดังนี้

• Category A ติดตั้งอุปกรณ์ป้องกันไฟกระชากแรงดันสูงชั่วขณะใกล้กับชิ้นส่วนของอุปกรณ์ไฟฟ้าที่มีความไว ต่อคุณภาพไฟฟ้าที่ต้องการป้องกัน เพื่อป้องกันชิ้นส่วนนั้นๆ โดยเฉพาะ เช่น คอมพิวเตอร์, เครื่องชั่ง, เครื่องวัด, อุปกรณ์ควบคุมการประมวลผล และแหล่งจ่ายพลังงานไฟฟ้า DC ฯลฯ
• Category B ติดตั้งอุปกรณ์ป้องกันไฟกระชากแรงดันสูงชั่วขณะที่แผงวงจรควบคุมการจ่าย (Distribution panel board) และแผงสวิตช์ไฟฟ้า (Switchboard) การติดตั้งอุปกรณ์ฯ ที่จุดนี้จะช่วยป้องกันแรงดันไฟฟ้าสูงชั่วขณะจากภายนอก รวมถึงแรงดันไฟฟ้าที่มีการเปลี่ยนแปลงสภาวะตลอดเวลา โดยเฉพาะอย่างยิ่งหากเป็นอุปกรณ์ไฟฟ้าที่มีความไวต่อคุณภาพไฟฟ้าหรือรับ พลังงานไฟฟ้าที่จ่ายจากสถานีไฟฟ้าย่อย
• Category C ติดตั้งอุปกรณ์ป้องกันไฟกระชากแรงดันสูงชั่วขณะที่หน่วยจ่ายพลังงานไฟฟ้าขาเข้า เพื่อเป็นการป้องกันความเสียหายที่เกิดจากความผิดปกติของพลังงานไฟฟ้า การติดตั้งอุปกรณ์ฯ ที่จุดนี้จะช่วยป้องกันกรณีเกิดฟ้าผ่าซึ่งเข้ามาภายในอาคารโดยผ่านทางสายไฟ

การนำไปใช้งาน
อุปกรณ์ป้องกันไฟกระชากแรงดันสูงชั่วขณะ เหมาะสำหรับนำไปใช้ในทุกงานที่ใช้พลังงานไฟฟ้า (ทั้งที่เชื่อมต่อกับสายส่งหรือผลิตพลังงานไฟฟ้าใช้เองเฉพาะสถานที่นั้นๆ), สายโทรศัพท์ (เช่น โมเด็ม, แฟกซ์ และข้อมูล ฯลฯ), สายข้อมูลคอมพิวเตอร์และสายการสื่อสาร เป็นต้น การใช้งานเหล่านี้ล้วนต้องการอุปกรณ์ป้องกันไฟกระชากแรงดันสูงชั่วขณะที่มี ประสิทธิภาพและมีความเชื่อถือได้ทั้งสิ้น เช่น

• ระบบคอมพิวเตอร์และอุปกรณ์ที่เชื่อมต่อ เช่น เครื่องพิมพ์, จอ, ลำโพง และโมเด็ม ฯลฯ
• PABX และอุปกรณ์สื่อสาร ฯลฯ
• เครื่องมือแพทย์, เครื่องมือและอุปกรณ์ภายในห้องผ่าตัด และอุปกรณ์วิทยาศาสตร์ ฯลฯ
• เครื่องชั่ง, เครื่องวัดและเครื่องมือทดสอบ ฯลฯ
• อุปกรณ์ไฟฟ้าทุกชนิด
• ระบบรักษาความปลอดภัย