การป้องกันวงจรไฟฟ้าเป็นหัวข้อสำคัญที่ต้องคำนึงในการออกแบบระบบไฟฟ้า เพราะเป็นสิ่งที่ช่วยเพิ่มความปลอดภัยและสร้างความน่าเชื่อถือในระบบเมื่อนำไปใช้ เป็นหนึ่งในพารามิเตอร์หลักที่ใช้ประเมินอุปกรณ์ป้องกัน โดยมีฟิวส์ หรือ ค่า I²t: Ampere Squared Seconds (แอมแปร์ยกกำลังสองวินาที) แสดงพลังงานความร้อนที่อุปกรณ์สามารถทนได้ก่อนใช้งาน การรับรองประสิทธิภาพของการป้องกันวงจรได้นั่้นต้องให้ความสำคัญกับการทดสอบและการตรวจสอบค่า I²t  ซึ่งประกอบไปด้วยรากฐานทฤษฎี วิธีการทดสอบ มาตรฐานอุตสาหกรรม และการใช้งานจริง โดยต้องให้ความสำคัญกับการวัด I²t ให้แม่นยำเพื่อใช้ป้องกันความเสียหายของอุปกรณ์ การเพิ่มความปลอดภัย และการปฏิบัติตามข้อกำหนดด้านกฎระเบียบ

วงจรไฟฟ้าอาจจะอยู่ในสภาวะกระแสไฟฟ้าเกินได้ เนื่องจากสาเหตุเช่น กระแสไฟฟ้าลัดวงจร กระแสไฟกระชาก หรือโหลดเกิน ดังนั้นอุปกรณ์ป้องกันอย่างฟิวส์และเบรกเกอร์ของวงจร ต้องตอบสนองทันทีเพื่อป้องกันความเสียหายที่เกิดขึ้น  ด้วยเหตุนี้ ค่า I²t จึงเป็นหน่วยวัดสำคัญ ในการกำหนดพลังงานความร้อนที่จะปล่อยผ่าน รวมถึงมีอิทธิพลต่อความเร็วในการทำงานของ อุปกรณ์ป้องกันภายใต้สภาวะที่ผิดปกติ โดยหัวข้อที่กล่าวถึงประกอบไปด้วย

• พื้นฐานของ I²t และบทบาทของ I²t ในการป้องกันวงจร
• วิธีทดสอบที่ใช้ยืนยันค่า I²t
• มาตรฐานอุตสาหกรรมที่ควบคุมการวัด I²t
• ความท้าทายและการนำไปใช้เพื่อเป็นแนวทางในการปฏิบัติที่ดีที่สุดในการยืนยัน I²t

ความรู้พื้นฐานเรื่องการใช้ I²t ในการป้องกันวงจร

ความหมายของค่า I²t แสดงถึงพลังงานความร้อนที่ฟิวส์หรืออุปกรณ์ป้องกันสามารถรับมือได้ก่อนการลงมือแก้ไขข้อผิดพลาด ตามกฎของจูล โดยที่:

E = I² R t

แทนที่สมการด้วยความต้านทานที่กำหนด (R) พลังงาน (E) จะแปรผันตาม I²t ฟิวส์จะได้รับการออกแบบให้ละลายเมื่อ I²t เกินค่าที่กำหนดเพื่อให้แน่ใจว่ากระแสไฟฟ้า ที่ผิดพลาดจะถูกตัดออกทันที

ความหมายของ Pre-Arc I²t vs. Total I²t

I²t Pre-Arc (ก่อนเกิดอาร์ก): พลังงานที่ดูดซับก่อนฟิวส์จะละลาย

I²t Arcing (ตอนเกิดอาร์ก): พลังงานที่สูญเสียไประหว่างการอาร์ก ก่อนกระแสไฟฟ้าขาด

I²t Total (ผลรวมทั้งหมด): ผลรวมของ I²t ตอนเกิดอาร์กและก่อนเกิดอาร์ก แสดงถึง พลังงานทั้งหมด ที่ปล่อยผ่าน

วิธีทดสอบ I²t

1. ตั้งค่าการทดสอบในห้องปฏิบัติการ

• เครื่องกำเนิดพัลส์กระแสไฟฟ้าสูง: จำลองสภาวะความผิดพลาด
• ออสซิลโลสโคปและเครื่องบันทึกข้อมูล: บันทึกรูปคลื่นกระแสไฟฟ้าและแรงดันไฟฟ้า
• ถ่ายภาพความร้อน: ประเมินการกระจายความร้อนในอุปกรณ์ป้องกัน

2. ขั้นตอนการทดสอบในแต่ละขั้นตอน

• เตรียมตัวอย่างสำหรับทดสอบ: เลือกฟิวส์หรือเบรกเกอร์ที่ทราบค่าพิกัด
• จ่ายกระแสไฟฟ้า: จ่ายกระแสไฟฟ้าลัดวงจรที่ควบคุมได้
• วิเคราะห์รูปคลื่น: วัด I²t จากโปรไฟล์เทียบกับเวลาปัจจุบัน
• ตรวจสอบเทียบกับมาตรฐาน: เปรียบเทียบผลลัพธ์กับข้อกำหนดของ IEC, UL หรือ IEEE

3. ความท้าทายในการทดสอบ I²t

• ผลกระทบชั่วคราว: ฟิวส์ที่ทำงานเร็วต้องใช้การวัดความเร็วสูง
• ปัจจัยด้านสิ่งแวดล้อม: อุณหภูมิและความชื้นส่งผลต่อผลลัพธ์
• อายุการใช้งานของอุปกรณ์: การทดสอบซ้ำหลายครั้งอาจทำให้คุณลักษณะของฟิวส์เปลี่ยน แปลงไป

มาตรฐานทางด้านอุตสาหกรรม

• IEC 60269: ประสิทธิภาพของฟิวส์และข้อกำหนด I²t
• UL 248: มาตรฐานความปลอดภัยสำหรับฟิวส์ในอเมริกาเหนือ
• IEEE C37.47: แนวทางการทดสอบฟิวส์แรงดันสูง

ตัวอย่างการนำไปใช้งาน

1. ป้องกันอุปกรณ์ไฟฟ้าเช่น อินเวอร์เตอร์และตัวแปลงใช้ฟิวส์ที่มีค่าพิกัด I²t เพื่อป้องกันอุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์จากกระแสไฟเกิน
2. ระบบยานยนต์และ EV เช่น ยานยนต์ไฟฟ้าใช้ฟิวส์ที่มีค่าพิกัด I²t เพื่อปกป้องระบบแบตเตอรี่
3. ป้องกันมอเตอร์อุตสาหกรรมในวงจรสตาร์ทมอเตอร์ด้วยการประสานงาน I²t เพื่อป้องกันการสะดุด

นอกจากนี้ยังมีการใช้งานต่างๆ ที่มีความเหมาะสมต่อการนำเอาพารามิเตอร์ I²t มาใช้เช่น การใช้เป็นเครื่องมือที่ผ่านการสอบเทียบเพื่อวัดให้แม่นยำ หรือการใช้จำลองสภาพจริงอย่างการเปลี่ยน แปลงอุณหภูมิ อีกทั้งยังใช้บันทึกขั้นตอนการทดสอบเพื่อเป็นการตรวจสอบย้อนกลับได้ด้วย

สรุป

การทดสอบและการตรวจสอบ I²t เป็นสิ่งสำคัญในการป้องกันวงจรที่เชื่อถือได้ โดยยึดตามวิธีการทดสอบมาตรฐานและระเบียบข้อบังคับของอุตสาหกรรม ทำให้ผู้ใช้เพิ่มประสิทธิภาพของรูปแบบการป้องกัน เพิ่มความปลอดภัยของระบบ และป้องกันความล้มเหลวร้ายแรงที่อาจจะเกิดขึ้น ในอนาคต เทคโนโลยีการทดสอบ จะปรับปรุงความแม่นยำในการวัด I²t ให้ดียิ่งขึ้น ซึ่งจะช่วยสนับสนุนระบบไฟฟ้า และวงจรไฟฟ้าต่อไปในอนาคต

‍