// บทที่ 18.9 · ระบบไฟฟ้ากำลังและระบบป้องกัน · Earthing Systems & Shock Protection

การต่อลงดินและการป้องกันไฟดูด: TN-C-S TT IT อิมพีแดนซ์วงรอบ เวลาตัดวงจร RCD และหลักดิน

การต่อลงดินมีสองหน้าที่ที่มักสับสนกัน: (1) ให้ทางกลับที่อิมพีแดนซ์ต่ำแก่กระแสลัดลงดิน เพื่อให้เบรกเกอร์ตัดเร็ว และ (2) ทำให้ทุกอย่างที่คนจับได้อยู่ที่ศักย์ใกล้เคียงกัน หน้านี้เชื่อมทฤษฎีลัดวงจรกับความปลอดภัยของคน ซึ่งเป็นเป้าหมายสุดท้ายของระบบป้องกัน

เขียนโดย อาจารย์มดอัปเดต 13 ต.ค. 2569

TN TT IT อิมพีแดนซ์วงรอบ เครื่องคำนวณ หลักดิน

สรุปใน 30 วินาที

ตัวอักษรแรก: แหล่งจ่ายต่อดิน (T) หรือแยก (I) · ตัวที่สอง: โครงโลหะต่อดินเอง (T) หรือต่อนิวทรัล (N)
TN: $I_f = U_0/Z_s$ สูง → เบรกเกอร์ตัดได้ ต้องให้ $Z_s I_a \le U_0$
TT: กระแสฟอลต์ต่ำ (หลักสิบแอมป์) → ต้องพึ่ง RCD และ $R_A I_{\Delta n} \le 50$ V
สายยาวขึ้น Zs เพิ่ม → มีความยาวสูงสุดที่ยังตัดทัน

ระบบการต่อลงดิน TN TT IT พื้นฐาน

ระบบ	นิวทรัลแหล่งจ่าย	โครงโลหะ	ทางกลับของฟอลต์	ใช้ที่ไหน
TN-S	ต่อดิน	ต่อ PE แยกตลอดทาง	ตัวนำโลหะ (Z ต่ำ)	อาคารที่มีหม้อแปลงเอง
TN-C	ต่อดิน	ใช้ PEN ร่วม	ตัวนำโลหะ	ระบบจำหน่ายแรงต่ำ (สายอากาศ)
TN-C-S	ต่อดิน	PEN แยกเป็น N + PE ที่ตู้เมน	ตัวนำโลหะ	บ้านและอาคารทั่วไปในไทย
TT	ต่อดิน	หลักดินของผู้ใช้เอง	ผ่านดิน (Z สูง)	พื้นที่ชนบท จุดชาร์จรถกลางแจ้ง
IT	แยกหรือผ่านอิมพีแดนซ์สูง	ต่อดิน	ฟอลต์แรกกระแสน้อยมาก	โรงพยาบาล (ห้องผ่าตัด) เหมือง กระบวนการที่ห้ามดับ

E1 TN automatic-disconnection condition เงื่อนไขตัดวงจรอัตโนมัติ (TN)

Z_s \times I_a \le U_0 \qquad I_a = \text{กระแสที่ทำให้อุปกรณ์ตัดภายในเวลาที่กำหนด (0.4 s ที่ 230 V)}

อิมพีแดนซ์วงรอบความผิดพร่อง กลาง

E2 Earth-fault loop impedance อิมพีแดนซ์วงรอบ

Z_s = Z_e + (R_1 + R_2) \qquad R_1 + R_2 = \rho_\theta\,\ell\left(\frac{1}{A_{L}} + \frac{1}{A_{PE}}\right)

E3 Earth-fault current (TN) กระแสลัดลงดิน

I_f = \frac{U_0}{Z_s}

E4 Prospective touch voltage (TN) แรงดันสัมผัสโดยประมาณ

U_t \approx I_f\,R_2 = U_0\,\frac{R_2}{Z_e + R_1 + R_2}

E5 Maximum circuit length ความยาวสายสูงสุดที่ยังตัดทัน

\ell_{max} = \frac{U_0/I_a - Z_e}{\rho_\theta\left(1/A_L + 1/A_{PE}\right)}

ตัวอย่าง E-1

วงจร MCB C32 สาย 6 mm² + PE 4 mm² ยาว 30 m, Z_e = 0.35 Ω

E2: $R_1 + R_2 = 0.0206(30)(1/6 + 1/4) = 0.258\ \Omega$ → $Z_s = 0.608\ \Omega$
E3: $I_f = 230/0.608 = 379$ A · MCB C ต้องการ $10 \times 32 = 320$ A เพื่อตัดทันที ✓
E4: $U_t \approx 379 \times 0.0206(30)/4 = 58$ V — เกิน 50 V จึงต้องตัดเร็ว (ซึ่งผ่านในข้อ 2)
E5: $\ell_{max} = (230/320 - 0.35)/[0.0206(1/6+1/4)] = 43$ m — ถ้าไกลกว่านี้ใช้สายใหญ่ขึ้น เปลี่ยนเป็น MCB B หรือเพิ่ม RCD

เครื่องคำนวณการตัดวงจรอัตโนมัติ (TN-C-S / TT)

ระบบ TT และ RCD กลาง

E6 TT condition เงื่อนไขระบบ TT

R_A\,I_{\Delta n} \le 50\ \text{V} \qquad I_f \approx \frac{U_0}{R_A + R_B}

ระบบ TT มี $R_A + R_B$ หลายโอห์ม กระแสฟอลต์จึงแค่ราว 10–50 A เบรกเกอร์ตามปกติไม่ตัดหรือตัดช้ามาก ขณะที่โครงโลหะมีแรงดันเกือบเต็ม 230 V การป้องกันขึ้นกับ RCD ทั้งหมด ข้อดีคือไม่ได้รับผลจากปัญหาสาย PEN ขาดในระบบจำหน่าย จึงใช้กับจุดชาร์จรถกลางแจ้ง (ดูบทความปลอดภัยการชาร์จ EV)

หลักดินและการวัดค่าดิน กลาง

E7 Single rod electrode (Dwight) หลักดินแท่งเดียว

R = \frac{\rho}{2\pi L}\left[\ln\frac{8L}{d} - 1\right]

E8 Fall-of-potential method การวัดแบบแรงดันตก (กฎ 62 %)

R_E = \frac{V_{EP}}{I_{EC}} \quad \text{เมื่อหลัก P อยู่ที่ } 0.62\,D_{EC}

ต่อหลักกระแส C ห่างจากหลักดิน E ระยะ $D$ อย่างน้อย 5–10 เท่าของความยาวหลักดิน แล้ววัดแรงดันด้วยหลัก P ที่ 62 % ของ D ย้าย P ไป ±10 % ค่าต้องเกือบเท่าเดิม
หลักดินสองหลักขนานกันห่างไม่น้อยกว่าความยาวหลัก ลดค่าลงเหลือราว 55–60 % ของหลักเดียว (ไม่ใช่ 50 % เพราะเขตอิทธิพลซ้อนกัน)
มาตรฐาน วสท. กำหนดค่าความต้านทานหลักดินของระบบไฟฟ้าทั่วไปไม่เกิน 5 Ω (มีข้อผ่อนผันตามเงื่อนไขในมาตรฐาน)
การต่อประสานศักย์ (equipotential bonding): ต่อท่อน้ำโลหะ โครงสร้างเหล็ก และราวโลหะเข้ากับบัสกราวด์ ลดแรงดันระหว่างวัตถุที่มือกับเท้าจับได้พร้อมกัน — สำคัญเท่ากับค่าดินต่ำ

คำถามที่พบบ่อย

สายดินกับสายนิวทรัลต่างกันอย่างไร?

สายนิวทรัล (N) เป็นสายที่มีกระแสใช้งานไหลกลับตามปกติ สายดิน (PE) ปกติไม่มีกระแส มีไว้ให้กระแสลัดลงดินไหลกลับเมื่อมีความผิดพร่อง เพื่อให้อุปกรณ์ป้องกันตัดวงจรได้เร็วและให้โครงโลหะไม่มีแรงดันอันตราย ในระบบ TN-C-S ทั้งสองต่อถึงกันที่จุดเดียวคือตู้เมน หลังจากนั้นห้ามต่อถึงกันอีก

ทำไมเบรกเกอร์ต้องตัดภายใน 0.4 วินาทีเมื่อลัดลงดิน?

เมื่อโครงโลหะของเครื่องใช้มีแรงดันจากการลัดลงดิน คนที่สัมผัสจะได้รับกระแส มาตรฐาน IEC 60364 กำหนดให้วงจรย่อยที่ไม่เกิน 32 A ในระบบ 230 V แบบ TN ตัดภายใน 0.4 วินาที ซึ่งเป็นเวลาที่แรงดันสัมผัสระดับนั้นยังไม่ทำให้หัวใจเต้นผิดจังหวะ เงื่อนไขนี้บังคับว่าอิมพีแดนซ์วงรอบต้องต่ำพอให้กระแสฟอลต์ถึงค่าตัดทันทีของเบรกเกอร์