สายเมนละลายเป็นจุด ๆ วินิจฉัยฟีดเดอร์เกินพิกัดจากรอบทำงานจริง

พอดีมีคนตามผมไปดูระบบไฟฟ้าของอาคารบริการแห่งหนึ่ง อาการที่แจ้งมาคือช่างเห็นฉนวนของสายเมนหลอมละลายเป็นจุด ๆ ตามแนวสาย แต่เครื่องจักรในห้องซักรีดยังเดินได้ทุกวัน ไม่มีเบรกเกอร์ทริป ไม่มีใครบ่นไฟตก ผมเลยลงไปเก็บข้อมูลเองทั้งชุด ตั้งแต่ป้าย nameplate ของเครื่องทีละตัว ไปจนถึงจับเวลารอบการทำงานจริง เพราะะโจทย์แบบนี้ตัวเลขจากกระดาษกับพฤติกรรมหน้างานมันไม่ตรงกันเสมอ บทความนี้ผมเอาวิธีไล่วินิจฉัยมาเล่าให้ครบ ตั้งแต่ตัวเลขแรกที่ทำให้ผมสะดุด ไปจนถึงคำอธิบายว่าทำไมระบบที่เกินพิกัดขนาดนี้ถึง "ดูเหมือนใช้ได้"

อาการหน้างาน กับตัวเลขที่ไม่เข้ากัน

สภาพที่เจอคือสายทองแดง 95 ตร.มม. เส้นเดียวเดินจากตู้เมนของอาคาร จ่ายต่อเนื่องไปหกโซนตามลำดับ ห้องซักรีด หน่วยจ่ายกลาง ห้องยา หอผู้ป่วย แผนกกายภาพ แล้วจบที่ฝ่ายบริหาร ระยะสายรวมเกือบ 290 เมตร ต่อสายที่เสาทุกต้น จุดที่ฉนวนละลายกระจายอยู่ช่วงต้นสาย

ลักษณะความเสียหายสำคัญมากกับการวินิจฉัย ฉนวนที่ละลาย กระจายเป็นจุด ๆ ตลอดแนว ไม่ใช่ไหม้รวมที่จุดเดียว แบบนี้อ่านได้ว่าเป็นความร้อนสะสมจากการรับกระแสเกินพิกัดซ้ำ ๆ เป็นเวลานาน ไม่ใช่ความเสียหายจากเหตุลัดวงจรครั้งเดียว ถ้าเป็นลัดวงจรมันจะพังหนักที่จุดเกิดเหตุแล้วเบรกเกอร์ตัด ส่วนความร้อนสะสมมันจะกินฉนวนไปเรื่อย ๆ ทั้งเส้นโดยไม่มีสัญญาณเตือน

เก็บ nameplate ให้ครบก่อน อย่าเดาจากขนาดเครื่อง

งานวินิจฉัยแบบนี้ผมเริ่มจากป้ายพิกัดเสมอ ไม่เริ่มจากมิเตอร์ เพราะมิเตอร์บอกได้แค่ "ตอนนี้กินเท่าไร" แต่ป้ายบอกว่า "มันมีสิทธิ์กินได้สูงสุดเท่าไร" ห้องนี้มีเครื่องหกตัว เครื่องไหนป้ายไม่บอกกระแสผมคำนวณจากกำลังไฟฟ้าที่ระบุด้วยสูตรสามเฟสตรง ๆ

I = P / (sqrt(3) x V x pf)          ระบบ 3 เฟส 380 V

SPE-50 ฮีตเตอร์ 24 kW  ->  24000 / (1.732 x 380) = 36.5 A
IM50   ฮีตเตอร์ 30 kW  ->  30000 / (1.732 x 380) = 45.6 A

หมายเหตุ: โหลดฮีตเตอร์เป็นความต้านทานล้วน ตัวประกอบกำลังราว 1.0
ถ้าเป็นมอเตอร์ต้องหารด้วย pf จริงของเครื่อง ไม่ใช่ 1.0

371.5 A ของซักรีด กับ 482 A ของทั้งเส้น

พอเอาโหลดซักรีด 371.5 A ไปบวกกับโหลดโซนอื่นที่เกาะสายเส้นเดียวกัน ทั้งเครื่องนึ่งฆ่าเชื้อของหน่วยจ่ายกลาง แอร์ของหอผู้ป่วย กายภาพ ห้องยา และสำนักงาน ตัวเลขรวมทางทฤษฎีของสายเส้นนี้ขึ้นไปที่ 482 A ขณะที่สายทองแดง 95 ตร.มม. เส้นนั้นรับได้ 180 A ตามวิธีติดตั้งที่ใช้อยู่จริง

เกินพิกัด 2.7 เท่า ตัวเลขนี้ถ้าเอาไปเล่าให้ใครฟังเขาจะถามกลับทันทีว่าแล้วทำไมยังไม่ไหม้ ตรงนี้แหละคือส่วนที่สนุกของงานวินิจฉัย เพราะคำตอบไม่ได้อยู่ที่ตัวเลขบนกระดาษ มันอยู่ที่ตำแหน่งจุดต่อกับจังหวะการทำงานของกระบวนการ ผมไล่ได้สามข้อ

ข้อแรก โหลดหนักเกาะอยู่ที่ต้นสาย

ข้อนี้คนพลาดกันเยอะที่สุด พอเห็นสายยาว 289 เมตรแล้วเดาว่าเครื่องซักรีดอยู่ปลายสาย ความจริงคือห้องซักรีดแยกออกจากสายเมนที่ระยะราว 40 เมตรแรก แปลว่าเครื่องที่ไวต่อแรงดันตกที่สุดในระบบ บังเอิญไปอยู่ในตำแหน่งที่ปลอดภัยที่สุดของสาย แรงดันตกสะสม ณ จุดนั้นมีแค่ราว 1.4% ส่วนแรงดันตกก้อนใหญ่ 2.9% ไปโผล่ที่ปลายสายซึ่งเป็นโซนสำนักงาน

# ประมาณแรงดันตกด้วยความต้านทานล้วน เพื่อดูอันดับของตัวเลข
RHO_CU = 0.0175        # โอห์ม x ตร.มม. / เมตร  ค่ามาตรฐานทองแดงที่ 20 C
V_LL   = 380.0

def vd_percent(i_amp, length_m, area_mm2):
    r_per_m = RHO_CU / area_mm2          # โอห์มต่อเมตร ต่อเส้น
    v_drop  = 1.732 * i_amp * length_m * r_per_m
    return round(v_drop, 1), round(v_drop / V_LL * 100, 2)

print(vd_percent(482, 40,  95))     # จุดต่อห้องซักรีด อยู่ต้นสาย
print(vd_percent(120, 289, 95))     # ปลายสาย เหลือเฉพาะโหลดสำนักงาน

ค่าที่ได้จากสคริปต์นี้เป็นค่าประมาณหยาบ ๆ นะครับ ของจริงในรายงานผมใช้ค่า R กับ X ที่อุณหภูมิใช้งานจากตารางผู้ผลิต แล้วคิดกระแสที่ลดหลั่นลงตามช่วงสาย ผลที่ออกมาคือ 1.4% ที่จุดต่อซักรีด และ 2.9% ที่ปลายสาย สคริปต์ข้างบนมีไว้ให้เห็นว่าตัวแปรที่คุมทุกอย่างคือ กระแส คูณ ระยะ หารด้วยพื้นที่หน้าตัด เท่านั้นเอง

ข้อสอง กระบวนการบังคับไม่ให้ฮีตเตอร์ทับกัน

ข้อนี้คือหัวใจของทั้งเคส กำลังไฟของเครื่องซักรีดเกือบทั้งหมดอยู่ที่ฮีตเตอร์ ไม่ใช่มอเตอร์ เครื่องซักใช้ฮีตเตอร์เฉพาะช่วงต้มน้ำราว 15 นาทีแรกของรอบ ส่วนเครื่องอบใช้ฮีตเตอร์เกือบตลอดรอบอบ และผ้าต้องซักกับปั่นหมาดเสร็จก่อนถึงจะย้ายเข้าเครื่องอบได้ ลำดับงานนี้บังคับให้ฮีตเตอร์สองกลุ่มไม่ทำงานพร้อมกันโดยธรรมชาติ

ข้อสาม อาการไฟตกไปโผล่ที่ปลายสาย

โหลดที่อยู่ปลายสายมีแค่แอร์กับคอมพิวเตอร์สำนักงาน แอร์ทนแรงดันตกชั่วครู่ได้ อย่างมากคอมเพรสเซอร์ตัดแล้วรีสตาร์ทเอง ส่วนคอมพิวเตอร์มีเครื่องสำรองไฟรองรับอยู่แล้วทุกตัว บวกกับแรงดันของระบบเต็มเฟสวิ่งเกือบ 250 V ตกไป 2.9% แล้วยังเหลือระดับที่อุปกรณ์รับได้สบาย อาการที่เกิดขึ้นจริงเลยถูกกลบจนไม่เคยมีใครแจ้ง

พูดง่าย ๆ คือระบบนี้รอดมาได้เพราะความบังเอิญสามชั้นซ้อนกัน โหลดหนักบังเอิญอยู่ต้นสาย กระบวนการบังเอิญบังคับไม่ให้ฮีตเตอร์ทับกัน และโหลดที่รับแรงดันตกเต็ม ๆ บังเอิญเป็นโหลดที่ทนได้ ไม่มีข้อไหนเลยที่เป็นผลจากการออกแบบ

จำลองกระแสรายนาทีทั้งวัน แล้วนับเวลาที่เกินพิกัด

ผมไม่อยากเถียงกันด้วยความรู้สึก เลยเขียนแบบจำลองรายนาทีของทั้งวันทำงาน ใส่รอบซักตามที่จับเวลามาจริง ใส่พฤติกรรมเทอร์โมสตัทของเครื่องอบที่ตัดราวสองนาทีทุกสิบนาที แล้วบวกโหลดพื้นของโซนอื่นตามช่วงเวลา จากนั้นค่อยนับว่ากราฟโผล่เหนือเส้น 180 A รวมกี่นาที

# แบบจำลองกระแสรวมบนสายเดิม รายนาที ตลอดวันทำงาน
WASH_HEAT = 170.4     # ฮีตเตอร์เครื่องซัก 3 ตัวรวม
DRY_HEAT  = 201.1     # ฮีตเตอร์เครื่องอบ 3 ตัวรวม
LIMIT     = 180       # พิกัดสายเดิม 95 ตร.มม.

def base_load(minute):                 # แอร์ จ่ายกลาง สำนักงาน ตามช่วงเวลา
    hour = minute // 60
    return 105 if 9 <= hour <= 15 else 60

def laundry(minute, start=8*60):       # รอบเดียวต่อวัน เริ่ม 08:00
    t = minute - start
    if 0 <= t < 15:                    # ต้มน้ำ
        return WASH_HEAT
    if 15 <= t < 40:                   # ซัก ล้าง ปั่นหมาด เหลือแต่มอเตอร์
        return 24.7
    if 40 <= t < 80:                   # อบ เทอร์โมสตัทตัด 2 นาทีทุก 10 นาที
        return 0 if (t - 40) % 10 >= 8 else DRY_HEAT
    return 0

series = [base_load(m) + laundry(m) for m in range(24 * 60)]
over   = [m for m, i in enumerate(series) if i > LIMIT]
print('peak      ', max(series))
print('average   ', round(sum(series) / len(series)))
print('over limit', len(over), 'minutes')

ผลที่บันทึกไว้จากแบบจำลองของไซต์นี้

  พีคสูงสุด                301 A   (ช่วงอบ ฮีตเตอร์ 3 เครื่องพร้อมกัน)
  กระแสเฉลี่ยทั้งวัน        115 A
  เวลารวมที่เกิน 180 A      1.0 ชม./วัน  (11% ของวัน)
  ช่วงเกินต่อเนื่องยาวสุด    15 นาที
  ค่าทางทฤษฎีที่ไม่เคยเกิด   482 A

ตัวเลขชุดนี้อธิบายทุกอย่างพอดี กระแสเฉลี่ยทั้งวันแค่ 115 A จากพิกัด 180 A สายไม่ได้ร้อนตลอดเวลา แต่มันโดนพัลส์เกินพิกัดวันละหนึ่งชั่วโมง ยาวครั้งละไม่เกิน 15 นาที ซึ่งสั้นเกินกว่าจะทำให้อะไรพังให้เห็นทันที แต่ยาวพอที่ฉนวนจะร้อนขึ้นแล้วเสื่อมลงทีละนิด วันแล้ววันเล่า

พลังงานต่อวัน 755 หน่วย ซักรีดกินไปครึ่งหนึ่ง

อีกมุมที่ช่วยให้เจ้าของงานเห็นภาพคือดูสัดส่วนพลังงาน ผมประมาณจากกำลังไฟของแต่ละโซนคูณชั่วโมงใช้งานจริง โหลดปรับอากาศคิดที่ตัวประกอบใช้งาน 0.7 ส่วนซักรีดคิดจากรอบทำงานที่จับเวลามา

โหลดก้อนเดียวที่กินไฟครึ่งหนึ่งของทั้งอาคาร แล้วยังนั่งอยู่บนตัวนำเส้นเดียวกับอีกห้าโซน ตรงนี้ผมว่าไม่ต้องคำนวณอะไรต่อก็ตอบได้แล้วว่ามันควรมีฟีดเดอร์กับมิเตอร์ของตัวเอง ทั้งเรื่องความปลอดภัยและเรื่องการคิดต้นทุนแยกรายแผนก

1. เก็บ nameplate ทุกเครื่องให้ครบ ถ่ายรูปป้ายไว้ด้วย เครื่องที่ไม่มีค่ากระแสให้คำนวณจาก kW แล้วทำหมายเหตุว่าเป็นค่าคำนวณ ไม่ใช่ค่าป้าย
2. เขียนลำดับกระบวนการจริงออกมาเป็นไทม์ไลน์ อย่าเชื่อคำว่า "เปิดพร้อมกันหมด" จนกว่าจะไปยืนดูเองสักหนึ่งรอบเต็ม
3. วัดตำแหน่งจุดต่อจริงบนสาย ระยะจากตู้เมนถึงแต่ละโซน ตัวเลขนี้เปลี่ยนคำอธิบายอาการทั้งหมด
4. ทำแบบจำลองรายนาที แล้วนับ "เวลาที่เกินพิกัด" ไม่ใช่ดูแค่ค่าพีค เพราะความเสียหายมันมาจากเวลาสะสม
5. ถ่ายรูปหลักฐานความเสียหายให้ชัดว่ากระจายเป็นจุดหรือรวมที่จุดเดียว มันแยกความร้อนสะสมออกจากลัดวงจรได้

สรุปการวินิจฉัย

ต้นเหตุหลักของเคสนี้คือ ตัวนำเส้นเดียวแบกโหลดเกินพิกัด และหลักฐานคือฉนวนที่ละลายไปแล้ว ส่วนเรื่องเฟสไม่สมดุลกับจุดต่อหลวมเป็นตัวซ้ำเติม ไม่ใช่ตัวต้นเรื่อง สองอย่างนี้ห้ามเอามาใช้แทนกัน การไล่ขันย้ำจุดต่อใหม่ทั้งแนวทำให้ระบบกลับมาใช้ได้จริง แต่ตราบใดที่โหลดยังเกินอยู่ จุดต่อพวกนั้นจะกลับมาหลวมอีก มันคือการยืดเวลา ไม่ใช่การแก้

ทางแก้ที่ผมเสนอคือแยกโหลดซักรีดออกไปอยู่ฟีดเดอร์ใหม่ของตัวเอง สายเดิมจะเหลือภาระราว 98 A หรือ 54% ของพิกัด กลับมาอยู่ในสภาวะปลอดภัยและยังเหลือที่ให้ขยายอีก ส่วนวิธีเลือกขนาดสายกับเบรกเกอร์ของฟีดเดอร์ใหม่ ผมแยกไปเล่าใน ตอนเรื่องพิกัดกระแสกับวิธีติดตั้ง เพราะมันยาวพอตัว ส่วนปัญหาระดับต้นทางที่ทำให้บาลานซ์เฟสไม่ได้ตั้งแต่แรก อยู่ใน ตอนเรื่องนิวทรัลพ่วงข้ามหม้อแปลง

ใครเจอเคสคล้ายกัน ผมแนะนำให้เริ่มจากสองคำถามนี้ก่อนเลยครับ หนึ่งคือโหลดหนักที่สุดเกาะอยู่ตรงไหนของสาย สองคือกระบวนการผลิตบังคับให้อะไรทำงานไม่พร้อมกันบ้าง สองข้อนี้ตอบได้เมื่อไร ตัวเลขที่ดูขัดกันมันจะเข้าที่เอง ตรงไหนผมอธิบายตกหล่นหรือมีเคสที่รูปแบบโหลดไม่เหมือนนี้ เดี๋ยวกลับมาแก้เพิ่มให้ภายหลังครับ