การเลือกพิกัด เซอร์กิตเบรกเกอร์ไฟฟ้ากระแสตรง

การเลือกพิกัด เซอร์กิตเบรกเกอร์ไฟฟ้ากระแสตรง (DC Miniature Circuit Breaker: DC MCB / DC MCCB) สำหรับระบบโซลาร์เซลล์ มีเกณฑ์มาตรฐานวิศวกรรมไฟฟ้า (มาตรฐาน วสท. และข้อกำหนดของการไฟฟ้า MEA/PEA) ที่ต้องพิจารณาอย่างเคร่งครัด 2 พารามิเตอร์หลัก คือ พิกัดแรงดันไฟฟ้า (\(V_{rated}\)) และ พิกัดกระแสไฟฟ้า (\(I_{rated}\)) โดยมีรายละเอียด สูตรการคำนวณ ตัวอย่างวิธีทำ และข้อควรระวังดังนี้ครับ

1. เกณฑ์และสูตรการเลือกพิกัด DC Breaker

1.1 การเลือกพิกัดแรงดันไฟฟ้า (\(V_{breaker_rated}\))

แรงดันไฟฟ้ากระแสตรงของสตริงโซลาร์เซลล์จะพุ่งขึ้นสูงสุดเมื่อไม่มีโหลด และอุณหภูมิผิวแผงดิ่งต่ำลงในฤดูหนาว (\(V_{oc_max_string}\)) พิกัดแรงดันของ DC Breaker จึงต้องครอบคลุมแรงดันสูงสุดนี้เสมอ:

• มาตรฐานขนาดในท้องตลาด: พิกัดแรงดัน DC MCB ทั่วไปจะกำหนดเป็น 500 VDC (สำหรับ 2 Pole), 1,000 VDC หรือ 1,500 VDC (สำหรับ 4 Pole)

1.2 การเลือกพิกัดกระแสไฟฟ้า (\(I_{breaker_rated}\))

กระแสไฟฟ้าของแผงโซลาร์เซลล์จะอ้างอิงจากกระแสลัดวงจร (\(I_{sc}\)) ณ สภาวะ STC บนป้าย Nameplate โดยตามมาตรฐานต้องคิดเผื่อตัวคูณความปลอดภัย (Safety Factor = 1.25 เท่า) เพื่อรองรับสภาวะความเข้มแสงแดดเกินพิกัดชั่วขณะ: \[\mathbf{I_{breaker_rated} \ge I_{sc_total} \times 1.25}\]

• หมายเหตุกรณีใช้แผงรับแสงสองหน้า (Bifacial Panel): หากมีแสงสะท้อนจากพื้นผิว (Bifacial Gain) ต้องคำนวณกระแสเพิ่มขึ้นตามสูตร \(I_{sc_max} = I_{sc_STC} \times 1.25 \times (1 + \text{Bifacial Gain}%)\) ก่อนนำไปหารพิกัดเบรกเกอร์

2. ตัวอย่างการแสดงวิธีทำคำนวณจริง

กรณีที่ 1: สตริงแผงโซลาร์เซลล์ 1 สตริง (1 String)

• โจทย์: สตริงแผงโซลาร์เซลล์มีค่ากระแสลัดวงจร \(I_{sc} = 11.5\text{ A}\) และมีแรงดันเปิดวงจรรวม \(V_{oc_string} = 380\text{ V}\)

1. คำนวณพิกัดกระแส (\(I_{breaker}\)): \[I_{breaker} \ge 11.5\text{ A} \times 1.25 = 14.38\text{ A}\]
2. คำนวณพิกัดแรงดัน (\(V_{breaker}\)): \[V_{breaker} \ge 380\text{ VDC}\]

• สรุปการเลือกใช้งานจริง: เลือกใช้ DC MCB ชนิด 2 Pole ขนาดพิกัดกระแส \(16\text{ A}\) (หรือ \(20\text{ A}\)) พิกัดแรงดัน \(500\text{ VDC}\)

กรณีที่ 2: สตริงแผงโซลาร์เซลล์ต่อขนานกัน 2 สตริง (2 Parallel Strings)

• โจทย์: นำแผงโซลาร์เซลล์ขนาด \(550\text{ W}p\) (\(I{sc} = 13.9\text{ A}\), \(V_{oc_string} = 450\text{ V}\)) มาต่อขนานกัน 2 สตริง เข้าสู่ตู้ Combiner Box

1. หากระแสลัดวงจรรวม (\(I_{sc_total}\)): \[I_{sc_total} = 13.9\text{ A} \times 2 = 27.8\text{ A}\]
2. คำนวณพิกัดกระแส (\(I_{breaker}\)): \[I_{breaker} \ge 27.8\text{ A} \times 1.25 = 34.75\text{ A}\]
3. คำนวณพิกัดแรงดัน (\(V_{breaker}\)): \[V_{breaker} \ge 450\text{ VDC}\]

• สรุปการเลือกใช้งานจริง: เลือกใช้ DC MCB ขนาดพิกัดกระแส \(40\text{ A}\) พิกัดแรงดัน \(500\text{ VDC}\) (หรือ \(1,000\text{ VDC}\))

3. ข้อกำหนดความปลอดภัยที่สำคัญที่สุดในการติดตั้ง DC Breaker

1. ห้ามนำ AC Breaker มาใช้ในวงจร DC เด็ดขาด: เนื่องจากไฟฟ้ากระแสตรง (DC) ไม่มีจุดตัดผ่านศูนย์ (Zero-Crossing) เหมือนไฟฟ้ากระแสสลับ (AC) เมื่อเกิดการปลดวงจรขณะมีกระแสไหล ประกายไฟอาร์กจะลากยาว ดับยาก มีอุณหภูมิสูง \(3,000^\circ\text{C} – 10,000^\circ\text{C}\) เบรกเกอร์ AC ไม่สามารถดับอาร์ก DC ได้ และจะระเบิดลุกไหม้เกิิดอัคคีภัยทันที
2. ต้องใช้เบรกเกอร์ที่มีช่องดับอาร์กเฉพาะตัว (Arc Chute): เบรกเกอร์ DC เฉพาะทางจะบรรจุแผ่นแม่เหล็กเป่าอาร์กและรางดับอาร์ก (Arc Chute) สำหรับดับประกายไฟอย่างปลอดภัย
3. เข้าขั้วบวก (+) และขั้วลบ (-) ให้ถูกต้อง: เบรกเกอร์ DC ส่วนใหญ่เป็นชนิดระบุทิศทางขั้ว (Polarity Sensitive) ต้องเข้าสายตามสัญลักษณ์ \(+/-\) บนตัวเครื่องเพื่อให้อุปกรณ์ดับอาร์กทำงานได้เต็มสมรรถนะ
4. ขันจุดต่อสายด้วยประแจปอนด์ (Torque Tightening): จุดเชื่อมต่อสายหลวมเป็นสาเหตุอันดับหนึ่งของการเกิด DC Arc Flash ช่างเทคนิคต้องใช้ประแจปอนด์ขันยึดสกรูตามค่าแรงบิดที่ผู้ผลิตกำหนดเสมอ

💡 หากต้องการให้ช่วยคำนวณสเปก DC Breaker สำหรับโจทย์ที่มีรุ่นแผงหรืออินเวอร์เตอร์เฉพาะ สามารถแจ้งค่า \(V_{oc}, I_{sc}\) เข้ามาเพื่อให้ช่วยแสดงวิธีทำได้เลยครับ!