สายล่อฟ้า คือ ทุกเรื่องควรรู้ในการป้องกันอันตรายจากฟ้าผ่า

0
2326
สายล่อฟ้า

ฟ้าผ่าเป็นปรากฏการณ์ธรรมชาติซึ่งมนุษย์ที่ไม่สามารถหลีกเลี่ยงได้ แต่สามารถป้องกันอันตรายที่เกิดจากฟ้าผ่าได้ โดยเฉพาะการป้องกันอันตรายที่อาจะเกิดขึ้นกับตัวอาคารบ้านเรือน และ ระบบไฟฟ้าภายในบ้าน ในบทความนี้ Jorportoday จะมาพูดถึง สายล่อฟ้า (ระบบป้องกันฟ่าผ่า) ชนิดของสายล่อฟ้า และการติดตั้ง เพื่อการป้องกันฟ้าผ่าอย่างถูกต้องครับ

สายล่อฟ้า คืออะไร

สายล่อฟ้า (รวมถึงระบบป้องกันฟ่าผ่า) คือ ระบบที่ได้รับการออกแบบมาเพื่อป้องกันบ้านหรืออาคารจากการถูกฟ้าผ่าโดยตรง ทั้งทีสายล่อฟ้าไม่ได้ป้องกันให้ฟ้าผ่า แต่ล่อให้ฟ้าผ่าลงในบริเวณหรือส่วนที่เราต้องการ และทำให้ผลของฟ้าผ่าผ่านไปเร็วที่สุด (กรณีนี้ผ่านลงดิน)

ก่อนจะไปอธิบายถึงรายละเอียดของสายล่อฟ้า และระบบป้องกันฟ้าผ่า ผมจะขออธิบายถึง ปรากฏการฟ้าผ่าก่อนว่าคืออะไร และส่งผลอย่างไรต่อชีวิตและทรัพย์สินของเราบ้าง

ฟ้าผ่า เกิดจากอะไร 

ปรากฏการณ์ฟ้าผ่า เกิดจากการปลดปล่อยประจุไฟฟ้าออกจากเมฆฝนฟ้าคะนอง หรือ เมฆคิวมูโลนิมบัส (cumulonimbus) มีลักษณะเป็นก้อนขนาดใหญ่ บริเวณฐานเมฆจะสูงจากพื้นประมาณ 2 กิโลเมตร และส่วนยอดเมฆอาจสูงถึง 20 กิโลเมตร โดยภายในก้อนเมฆจะมีการไหลเวียนของกระแสอากาศอย่างรวดเร็วและรุนแรง ทำให้หยดน้ำและก้อนน้ำแข็งในเมฆเสียดสีกันจนเกิดประจุไฟฟ้า โดยพบว่าประจุบวกมักจะอยู่บริเวณยอดเมฆ ส่วนประจุลบอยู่บริเวณฐานเมฆ ซึ่งประจุลบที่ฐานเมฆอาจจะเหนี่ยวนำให้พื้นผิวของโลกที่อยู่ใต้เงาของมันมีประจุเป็นบวกด้วย

ฟ้าผ่าแบ่งได้อย่างน้อย 4 แบบหลัก ได้แก่

1. ฟ้าผ่าภายในก้อนเมฆ
2. ฟ้าผ่าจากเมฆก้อนหนึ่งไปยังเมฆอีกก้อนหนึ่ง
3. ฟ้าผ่าจากฐานเมฆลงสู่พื้น เรียกว่า ฟ้าผ่าแบบลบ
4. ฟ้าผ่าจากยอดเมฆลงสู่พื้น เรียกว่า ฟ้าผ่าแบบบวก

สำหรับฟ้าผ่าแบบลบและแบบบวกนั้นจะทำอันตรายต่อคน สัตว์ และสิ่งต่าง ๆ ที่อยู่บนพื้นดินหรือผืนน้ำ โดยฟ้าผ่าแบบลบจะผ่าลงบริเวณใต้เงาของเมฆฝนฟ้าคะนองเป็นหลัก เพราะพื้นที่ดังกล่าวถูกเหนี่ยวนำให้มีสภาพเป็นประจุบวก ส่วนฟ้าผ่าแบบบวกสามารถผ่าได้ไกลออกไปจากก้อนเมฆถึง 40 กิโลเมตร ภายในเวลา 1 วินาที โดยมักจะเกิดในช่วงท้ายของพายุฝนฟ้าคะนองคือหลังจากที่ฝนซาแล้ว

ผลกระทบของฟ้าผ่าต่อโครงสร้างอาคารและสายส่งไฟฟ้า

หลังจากที่ทราบแล้วว่าฟ้าผ่าคืออะไร คำถามถัดมาคือ โอกาสที่ฟ้าผ่าแล้วกระทบโครงสร้างอาคารบ้านเรือนมีอะไรบ้าง ?? คำตอบคือการที่ฟ้าผ่าลงมาที่อาคารขึ้นอยู่กับปัจจัยหลายประการด้วยกันได้แก่ : ความสูงของตัวอาคาร จำนวนอาคารสูงในบริเวณใกล้เคียง และจำนวนของฟ้าผ่าที่ตกลงมา

แต่หากฟ้าผ่าลงมาและโครงสร้างของอาคารนั้นไม่มีสายล่อฟ้า สายฟ้าที่แลบลงมาจะพุ่งไปที่จุดสูดของอาคารและมองหาทางลงสู่ดินในลักษณะที่ไม่สามารถควบคุมได้ ผ่านทางเสาอาคาร โครงสร้างคอนกรีต ท่อหรือสายเคเบิล กระแสไฟนี้อาจทำให้เกิดการแตกหัก ประกายไฟ และความเสียหายต่อผู้คนและอุปกรณ์ภายใน ในกรณีเหล่านี้ อันตรายจะเพิ่มขึ้นเมื่อโครงสร้างประกอบด้วยผลิตภัณฑ์ที่เป็นพิษ สามารถติดไฟ หรือระเบิดได้

ผลกระทบของฟ้าผ่าต่ออุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์

ปรากฏการณ์ฟ้าผ่ามักเป็นเหตุในการสร้างความเสียหายให้กับโครงสร้างอาคารแล้ว ยังส่งผลโดยตรงกับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ด้วยกัน 2 วิธี :

  1. ฟ้าผ่าตรงลงมาที่บ้านโดยตรง : ซึ่งพบเจอได้ไม่บ่อยนัก สายฟ้าที่ฟาดลงมาโดยตรงจะทำให้เกิดความเสียหายอย่างมีนัยสำคัญต่อเครื่องใช้ไฟฟ้าและอุปกรณ์ที่ไม่ใช่เครื่องใช้ไฟฟ้า ในหลายกรณีจะเป็นสาเหตุที่ทำให้เกิดเพลิงไหม้ ซึ่งมักเกิดที่สายไฟในผนังและสายไฟใต้หลังคา อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่เสียบอยู่ในระบบไฟฟ้าที่โดนฟ้าผ่าโดยตรงมักจะไม่สามารถป้องกันด้วยอุปกรณ์ป้องกันไฟกระชากได้
  2. ฟ้าผ่าลงบริเวณใกล้เคียง : ในกรณีที่ฟ้าผ่าลงในบริเวณใกล้ พลังงานจากฟ้าผ่าในบริเวณใกล้เคียงสามารถเดินทางผ่านสายสื่อสาร (เช่น โทรศัพท์ อินเทอร์เน็ต หรือสายเคเบิล) ความเสียหายจากเหตุการณ์ประเภทนี้โดยทั่วไปจะรุนแรงน้อยกว่าการโจมตีโดยตรง

ทั้ง 2 กรณีอาจทำให้เกิดความเสียหายร้ายแรงต่ออุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่ไม่ได้เชื่อมต่อกับอุปกรณ์ป้องกันไฟกระชาก ณ จุดใช้งานอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ เช่น คอมพิวเตอร์ โทรทัศน์ และระบบเกม ซึ่งอ่อนไหวอย่างยิ่งต่อความเสียหายจากแรงดันไฟฟ้า

ดังนั้น เพื่อหลีกเลี่ยงผลที่ตามมาจากฟ้าผ่าบนโครงสร้างโดยตรงและบริเวณใกล้เคียง บ้าน อาคาร รวมถึงโรงงานจำเป็นต้องมีระบบป้องกันฟ้าผ่าที่สมบูรณ์ ซึ่งประกอบด้วยสายล่อฟ้า ตัวนำและอุปกรณ์เสริม อุปกรณ์ป้องกันไฟกระชาก และระบบสายดินที่เพียงพอ

ชนิดของระบบป้องกันฟ้าผ่า

1. ระบบสายล่อฟ้า แบบ Early Streamer Emission (ESE) 

หลักการทำงานของระบบล่อฟ้าแบบ ESE หรือ หัวล่อฟ้าแบบ ESE เมื่อมีลำประจุเริ่มจากก้อนเมฆลงมา ทำให้สนามแม่เหล็กมีค่าสูงขึ้นทำให้หัวล่อฟ้าแบบ ESE นั้นปล่อยประจุออกมา และสร้างลำประจุอย่างรวดเร็วทำให้ฟ้าผ่าลงมาที่หัวล่อฟ้าแบบ ESE โดยหัวล่อฟ้าแบบ ESE นั้นถูกสร้าง ออกแบบ และออกมาตรฐาน โดยประเทศฝรั่งเศส

2. ระบบสายล่อฟ้าแบบ Faraday Cage

หลักการทำงานของระบบสายล่อฟ้าแบบ Faraday Cage มีแท่งแฟรงกลิน เป็นตัวล่อ โดยมีการต่อเชื่อมกันของแท่งแฟรงกลิน ด้วยสายทองแดงเป็นตาราง แท่งแฟรงกลิน แต่ละแท่งนั้นจะห่างกันไม่เกิน 25-30 m ทำให้การติดตั้งระบบสายล่อฟ้าแบบ ฟาราเดย์ นั้นใช้สายทองแดง แท่งแฟรงกลิน และแท่งกราวด์เป็นจำนวนมาก

องค์ประกอบของสายล่อฟ้า (ระบบป้องกันฟ้าผ่า)

1.ตัวนำล่อฟ้า Air Terminal

เป็นแท่งทองแดง ยาวประมาณ 30-60 เซ็นต์หรือมากกว่า ประกอบกับฐานเสา จะติดตั้งบนหลังคา ตามบริเวณจุดสูงสุดของอาคาร มุมบนสุดของอาคาร โดยติดตั้งให้มีระยะห่างไม่เกิน 20 ฟุต (กรณีโครงสร้างไม่ซับซ้อนอะไร)  ที่ฐานเสาจะมีรูสำหรับติดตั้งตัวนำ

2.ตัวนำลงสู่ดิน : Ground connections

ตัวนำลงสู่ดินทั่วไปมักใช้ สายทองแดงเปลือย ขนาดไม่น้อยกว่า 35 ตร.มม. ติดตั้งโดยการเดินสายบนหลังคา หรือจุดสูงสุดของอาคาร เชื่อมต่อตัวนำล่อฟ้าต่างๆเข้าด้วยกันให้ถึงกันทั้งหมด ต้องยึดด้วยอุปกรณ์จับยึดที่แข็งแรงมั่นคง เนื่องจากฟ่าผ่า จะมีแรงทางกลมากอาจทำให้เกิดการสะบัดอย่างรุนแรงได้ ทำให้สายหลุด ขาดเสียหายได้

เมื่อเดินสายเชื่อมกัน ก็ต้องเชื่อตัวนำลงดิน อาคารไม่ใหญ่มาก โครงสร้างง่ายๆ ให้ลง 2 จุด อาจจะเดินสายร้อยด้วยท่อเหล็กเคลือบ (IMC Conduit) หรือ ท่อ PVC เหลือง ขนาด 3/4″

รากสายดินใช้เมือต่อตัวนำลงสู่ดินก็จะต้องมีหลักดินเพื่อทำให้กระแสไฟฟ้าจากฟ้าผ่ากระจายสู่ดินให้เร็วที่สุด หลักดินทั่วไปเป็นหลักดินเหล็กชุบทองแดงหรือเหล็กหุ้มทองแดง ความยาว 3 เมตรขนาด 5/8″ ตอกเป็นกริด สามเหลี่ยม ห่างกัน 6 เมตร เท่าๆกัน พร้อมเชื่อมต่อสายตัวนำถึงกัน

3.Lightning Arrester

อุปกรณ์ส่องสว่างเป็นอุปกรณ์ที่ออกแบบมาเพื่อปกป้องระบบไฟฟ้าและส่วนประกอบจากความเสียหายที่อาจเกิดขึ้นจากกระแสไฟฟ้า ไฟกระชากดังกล่าวอาจเป็นผลมาจากฟ้าผ่าหรือการสลับไฟฟ้าและอาจเป็นอันตรายโดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์เช่นคอมพิวเตอร์ สาธารณูปโภคติดตั้งสายไฟกับตัวป้องกันฟ้าผ่ารวมถึงมาตรการด้านความปลอดภัยอื่น ๆ และอุปกรณ์เหล่านี้ยังสามารถติดตั้งบนกล่องไฟฟ้าส่วนบุคคล

เมื่อกระแสไฟฟ้าพุ่งเข้าชนระบบไฟฟ้าก็จะพยายามทำให้เท่าเทียมกันและกระจายตัวเองโดยใช้เส้นทางที่มีประสิทธิภาพที่สุด อุปกรณ์ป้องกันฟ้าผ่าจัดเตรียมเส้นทางที่มีความต้านทานน้อยที่สุดสำหรับการทำเช่นนี้การกำหนดเส้นทางไฟฟ้าส่วนเกินออกจากระบบและลงสู่พื้นดินที่สามารถกระจายไปโดยไม่ทำอันตรายใด ๆ ตัวต้านทานแสงรวมถึงส่วนประกอบที่ติดกับระบบไฟฟ้าพร้อมตัวนำที่ไปถึงพื้น

สรุป

สายล่อฟ้า ระบบป้องกันฟ่าผ่าคือสิ่งที่จะช่วยให้อาคารของคุณลดความเสียหายจากเหตุผ่าฟ้าได้มากที่สุด จากการชี้นำให้สายฟ้าไหลลงดินตามเส้นทางที่เรากำหนดด้วยความรวดเร็ว ในการติดตั้งผมไม่แนะนำให้ติดตั้งเสาล่อฟ้า สายล่อฟ้าเองครับ ควรปรึกษาวิศวกรครับ (เฉพาะวิศวกรที่ได้รับใบอนุญาติ) เพื่อความปลอดภัยและการใช้งานที่เกิดประสิทธิภาพสูงสุดเพื่อชีวิตและทรัพย์สินของคุณ