การกราวด์(Grounding)
“ทำไมเราต้องดำเนินการกราวนด์”
วัตถุประสงค์หลักของการกราวนด์ คือ เพื่อต้องการรักษาความปลอดภัยให้กับบุคคลและทรัพย์สิน เมื่อระบบงานหรือเครื่องมือ-อุปกรณ์ไฟฟ้ามี
การทำงานที่ผิดปกติไป ดังนั้น เพื่อตีกรอบการทำความเข้าใจให้แคบหรือชัดเจนยิ่งขึ้น ความผิดปกติ
ในที่นี้เราจะอ้างอิงถึงไฟฟ้าช๊อต
ปกติแล้วเมื่อกระแสไฟฟ้าไหลผ่านตัวต้านทานบริสุทธิ์
(Pure Resistor) จะส่งผลให้เกิดความร้อนขึ้นที่ตัวต้านทานออกมาค่าหนึ่ง
ในลักษณะเดียวกันโครงสร้างทางสรีระร่างกายของมนุษย์ ก็เปรียบได้ดั่งตัวต้านทานบริสุทธิ์
ค่าหนึ่ง และหากพิจารณาเข้าไปถึงโครงสร้างภายในร่างกายของมนุษย์แล้ว
จะมีลักษณะเกือบเหมือนน้ำทะเล ซึ่งสิ่งนี้สะท้อนให้เราได้ เห็นเป็นอย่างดีว่า โครงสร้างทางสรีระของมนุษย์
มีความสามารถเป็นตัวนำที่ดีชนิดหนึ่งนั่นเอง
ตัวอย่างการต่อกราวด์เพื่อความปลอดภัย
กราวนด์อิเล็กโทรด
อิเล็กโทรดถูกใช้นิยามเป็นขั้วของแบตเตอรี่
ซึ่งเป็นจุดที่มีการเคลื่อนที่เข้าออกของกระแสไฟฟ้าในแบตเตอรี่ ดังนั้น
ดินหรือโลกก็เปรียบเสมือนแบตเตอรี่ก้อนหนึ่ง อิเล็กโทรดที่ถูกฝังลงไปในดิน
ก็เพื่อเป็นขั้วที่นำกระแสไฟฟ้าลงไปกระจายในดินให้สูญสลายหายไป แบตเตอรี่นั้นมีสองขั้วซึ่งเราทราบว่า
กระแสไฟฟ้าสามารถไหลเข้าออกระหว่างแบตเตอรี่กับโหลดที่ต่ออยู่ได้
อิเล็กโทรดก็เช่นกัน หากเราฝังอิเล็กโทรดมากกว่า1แท่งขึ้นไป
โดยไม่มีการเชื่อมต่อให้ถึงกัน ระบบงานที่ต่ออยู่กับอิเล็กโทรดเหล่านี้
จะกลายเป็นเส้นทางที่กระแสไฟฟ้าไหลย้อนกลับมาทางอิเล็กโทรดได้ เราเรียกว่า Ground
Loop Current ซึ่งเป็นผลมาจาก ความต่างศักย์ไฟฟ้าของทั้งสองขั้วมีไม่เท่ากันนั่นเอง
ระบบกราวด์อิเล็กโทรดจะประกอบด้วยส่วนประกอบหลัก 2 ส่วน คือ
1.
กราวด์อิเล็กโทรด ในส่วนของกราวด์อิเล็กโทรดนี้จะเป็นแท่งตัวนำ เช่น ทองแดง
เหล็กเคลือบทองแดง เป็นต้น ซึ่งส่วนนี้จะสัมผัสกับดินโดยตรง
และจะใช้ระบายกระแสไฟฟ้าลงสู่ดิน
2.
ตัวนำกราวด์(Ground Conductor) หมายถึง
ตัวนำทั้งหมดที่มีการต่อถึงกราวด์อิเล็กโทรด รวมไปถึงกราวด์บาร์ ท่อเดินสาย
อุปกรณ์ไฟฟ้า เป็นต้น
ในทางอุดมคติ ระบบกราวด์ คือ
ตำแหน่งที่ใช้อ้างอิงในเรื่องของแรงดันไฟฟ้าว่าจะต้องมีศักย์เป็นศูนย์(Zero
Potential) แต่ในความเป็นจริงแล้วเป็นไปไม่ได้ เพราะระบบกราวด์จะเกิดศักย์ไฟฟ้าค่าหนึ่งเสมอ
ซึ่งเป็นผลมาจาก ค่าอิมพีแดนซ์ในดินนั่นเอง
ในระบบกราวด์อิเล็กโทรดสิ่งที่ต้องคำนึงถึงเสมอมี 3 เรื่อง คือ
1.
เมื่อทำงานติดตั้งระบบกราวด์อิเล็กโทรด
จะต้องไม่ให้เกิดกระแสไฟฟ้ารั่วไหลเด็ดขาด เพราะอาจเป็นอันตรายต่อผู้ปฏิบัติงานได้
และค่าศักย์ไฟฟ้าที่กราวด์ จะต้องมีค่าเท่ากับศูนย์หรือเข้าใกล้ศูนย์มากที่สุด
2.
วัตถุประสงค์ในการติดตั้งระบบกราวด์อิเล็กโทรด
เพื่อต้องการให้เป็นจุดที่สามารถระบายกระแสไฟฟ้า ให้สูญสลายไปในดินให้เร็วที่สุด
ดังนั้น พื้นที่ที่จะทำการติดตั้งระบบกราวด์อิเล็กโทรด ควรเป็นจุดที่มีค่าอิมพีแดนซ์ต่ำ
ซึ่งจะส่งผลให้กระแสไฟฟ้าสามารถไหลผ่านไปได้ง่ายที่สุด
3.
ค่าอิมพีแดนซ์ของกราวด์อิเล็กโทรดในแต่ละจุด
ต้องมีค่าไม่เท่ากัน
กราวด์ในระบบสื่อสาร
สำหับการกราวด์ในระบบสื่อสาร
หลักปฎิบัติสำคัญที่จะต้องดำเนินการ คือ
1.
ระบบกราวด์จะต้องเป็นจุดเดียว (Single
Point Grounding) ซึ่งหมายความว่า ตัวนำกราวด์ของทุกส่วนงาน ไม่ว่าจะเป็นด้านกำลังไฟฟ้าหรือด้านระบบสื่อสาร
จะต้องมีการต่อถึงกันครบทุกจุด เพื่อไม่ให้เกิดความต่างศักย์ไฟฟ้าที่ระบบกราวด์
ซึ่งจะส่งผลให้เกิดกระแสไหลวนในระบบ หรือที่เรียกกันว่า กราวด์ลูบ (Ground
Loop)
ดังนั้น หากมีจุดที่มีการเชื่อมต่อกันไม่ถึงกัน หรือเชื่อมต่อกันไม่สมบูรณ์
อาจจะก่อให้เกิดปรากฎการณ์อาร์กขึ้นและส่งผลเสียหายต่ออุปกรณ์ไฟฟ้าได้
2.
ตัวถังของอุปกรณ์ไฟฟ้าไม่ควรมีลักษณะเป็นโลหะ
หรือเป็นตัวนำไฟฟ้าที่ดี เพราะหากภายในตัวถังนั้นเป็นวงจร
อิเล็กทรอนิกส์ที่อ่อนไหวง่าย เมื่อมีกระแสไฟฟ้าดิสชาร์จลงสู่เสารับ-ส่งสัญญาณ
จะมีกระแสไหลผ่านตัวนำต่างๆเพื่อลงไปยังกราวด์
และอาจส่งผลให้อุปกรณ์ดังกล่าวเสียหายได้
การกราวด์สัญญาณ
หลักการของการกราวด์สัญญาณนั้น
ไม่ได้มีความแตกต่างจากงานด้านกำลังไฟฟ้ามากนัก โดยการกาวด์สัญญาณถูกแบ่งออกเป็น 3
ลักษณะใหญ่ๆ คือ
1.
การกราวด์แบบจุดเดียว (Single point) สามารถต่อได้ 2 ลักษณะ คือ แบบอนุกรม และแบบขนาน
1.1
แบบอนุกรม จะใช้สายนำกราวด์จากแต่ละวงจร ลง สู่กราวด์ในเส้นทางเดียวกัน
จะเห็นว่ามีค่า อิมพีแดนซ์ เกิดขึ้นในวงจร นั่นคือ
ค่าอิมพีแดนซ์ของสายนำกราวด์นั่นเอง การต่อกราวด์แบบอนุกรมนี้
ไม่ควรนำไปใช้กับวงจรอิเล็กทรอนิกส์ ที่มีค่าระดับแรงดันไฟฟ้าที่ทำงานที่แตกต่างกัน
เพราะถ้าวงจรอิเล็กทรอนิกส์ทำงานผิดปกติ(ความถี่สูง)
จะเกิดความต่างศักย์ของกราวด์แต่ละวงจรแตกต่างกัน
1.2 แบบขนาน การต่อกราวด์แบบขนานจะมีความเหมาะสมกับวงจรอิเล็กทรอนิกส์ที่ทำงาน
ที่ความถี่ต่ำ เพราะจะไม่เกิดการCoupling ข้ามระหว่างกระแสที่ไหลในสายตัวนำกราวด์
ระหว่างวงจรที่เกิดขึ้น
2.
การกราวด์หลายจุด (Multiple Ground)
เหมาะสมกับการนำไปใช้งานกับวงจรอิเล็กทรอนิกส์ที่ทำงานที่ความถี่สูง
เพราะกราวด์แบบหลายจุดจะทำให้อิมพีแดนซ์ของตัวนำกราวด์ที่ต่ำลง
เมื่อค่าความถี่ยิ่งสูงขึ้น เพราะสายตัวนำกราวด์นั้น ต่อขนานกันอยู่ สายตัวนำกราวด์นั้นจะต้องสั้นที่สุดและจะต้องต่อเข้ากับ Ground
Plane หรือ SRG (Signal Reference Grid) โดย Ground Plane จะต้องมีขนาดที่บาง
เพื่อลดค่าอิมพีแดนซ์ของกราวด์ที่ความถี่สูง และลดผลจาก Skin Effect (กระแสไหลตามผิวของตัวนำ)
3.
การกราวด์แบบผสม (Hybrid Ground) เหมาะสำหรับการนำไปใช้กับวงจรอิเล็ฏทรอนิกส์ซึ่งมีความถี่สูงต่ำ
แตกต่างกัน โดยมีสองรูปแบบคือ การนำไปต่อขนานกับ Capacitive Reactant และ Inductive
Reactant ซึ่งมีความเหมาะสมกับงานที่ใช้แตกต่างกัน ดังแสดงในภาพ
ขอบคุณอาจารย์ที่ปรึกษา
อาจารย์ ธวัชชัย ชยาวนิช ภาควิชาวิศวกรรมไฟฟ้า มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีพระจอมเกล้าธนบุรี
ผู้จัดทำ
1. นายพรภวิษย์ เลี้ยงพานิชย์ 2A 55070500431
2. นายอนวัช บัวคำ 2B 55070500451
อ้างอิงจาก
1. Vadim Manassewitsch. Frequency Synthesizers. Third Edition. New York : Wiley Interscience, 1987
2. Stanley Wolf. Student reference manual for electronic. For electronic instrumentation laboratories. New Jersey : Prentice Hall, 1990
3. Walter H. Buchsbaum. Complete guide to digital test equipment. New Jersey : Prentice Hall, 1977
4. รศ.ดร. เอก ไชยสวัสดิ์. (2539). การวัดและเครื่องมือวัดทางไฟฟ้า. กรุงเทพฯ : สมาคมส่งเสริมเทคโนโลยี ไทย-ญี่ปุ่น
5. วัฒนา สุนทรานุรักษ์. (2548). การกราวนด์และระบบไฟฟ้าสื่อสาร. กรุงเทพฯ : บริษัท ออปโป จำกัด
ไม่มีความคิดเห็น:
แสดงความคิดเห็น