ทำความรู้จักกับ Surge Protector

Surge Protector คือ อุปกรณ์ป้องกันไฟกระชากแรงดันสูงชั่วขณะ 
แต่เราอาจจะเคยได้ยินคำเรียกชื่ออุปกรณ์ชนิดนี้แตกต่างกันออกไป แต่ไม่ว่าจะเป็นคำว่า Surge Protection Device (SPD), Surge Suppression Equipment (SSE) หรือ Transient Voltage Surge Suppressor (TVSS) ก็ล้วนมีความหมายเดียวกัน นั่นเอง

ประโยชน์ของ Surge Protector
อุปกรณ์ป้องกันไฟกระชากแรงดันสูงชั่วขณะ มีประโยชน์ในด้านการปกป้องอุปกรณ์ไฟฟ้าและอิเล็กทรอนิคส์ ที่มีสาเหตุมาจากสภาวะ Transient และ Surge  (อ่านบทความเรื่อง Transient & Surge ได้ที่นี่) เช่น ปัญหาทางไฟฟ้าที่เกิดจากปรากฏการณ์ธรรมชาติ เช่น ฟ้าผ่า , ปัญหาที่เกิดจากระบบจ่ายพลังงานไฟฟ้าจากการไฟฟ้า, อุปกรณ์ไฟฟ้าที่มีการเหนี่ยวนำไฟฟ้าม สัญญาณรบกวนทางไฟฟ้า เป็นต้น

อุปกรณ์ป้องกันไฟกระชากแรงดันสูงชั่วขณะ เป็นอุปกรณ์ที่ช่วยลดแรงดันไฟฟ้าและกระแสไฟฟ้าที่สูงขึ้นอย่างรวดเร็วในช่วงเวลาสั้นๆ ได้ ซึ่งพลังงานที่สูงมากเช่นนี้สามารถสร้างความเสียหายต่ออุปกรณ์ไฟฟ้าภายในบ้านได้

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 เป็นอุปกรณ์ป้องกันไฟกระชากแรงดันสูงชั่วขณะที่มีการสร้างแนวซึ่งมีความต้านทานต่ำสำหรับให้แรงดันไฟฟ้าที่สูงขึ้นชั่วขณะไหลไปตามแนวนั้นลงสู่สายดิน

หลักการทำงานทั่วไปของ Surge Protector
อุปกรณ์ป้องกันไฟกระชากแรงดันสูงชั่วขณะ ได้รับการออกแบบให้สามารถเหนี่ยวนำแรงดันไฟฟ้าที่สูงขึ้นในช่วงเวลาอันสั้นออกจากอุปกรณ์ไฟฟ้า โดยสร้างแนวที่มีความต้านทานต่ำเชื่อมต่อไปสู่ตำแหน่งของสายดิน เพื่อให้แรงดันที่สูงขึ้นชั่วขณะไหลไปตามแนวความต้านทานต่ำไปยังสายดิน

ส่วนประกอบของ Surge Protector
การใช้อุปกรณ์ป้องกันไฟกระชากแรงดันสูงชั่วขณะสำหรับแต่ละลักษณะการใช้งาน จะมีความแตกต่างกัน ดังนั้น ชิ้นส่วนที่ประกอบอยู่ภายในอุปกรณ์ก็จะแตกต่างกันด้วย แต่มีจุดมุ่งหมายเช่นเดียวกัน คือ เพื่อป้องกันแรงดันไฟฟ้าและกระแสไฟฟ้าที่สูงขึ้นในระยะเวลาอันรวดเร็วได้อย่างมีประสิทธิภาพ, 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