การเลือกใช้สายทนไฟให้เหมาะสมกับระบบ และมาตราฐานการทนไฟของสายไฟฟ้า

เรามาทำความรู้จักกับสายทนไฟกันก่อนนะครับว่า คือสายอะไร ต้องพิจารณาอย่างไร และมาตราฐานในการทดสอบเป็นอย่างไร และที่สำคัญเราจะออกแบบอย่างไร

1. สายทนไฟ คืออะไร

สายทนไฟ คือ สายไฟฟ้าที่เปลือกตัวหุ้มทองแดงได้รับการออกแบบเป็นพิเศษ ให้ตัวนำทองแดงสามารถจ่ายกระแสไฟฟ้าได้ต่อเนื่องสักพักหนึ่งในช่วงเวลา 2-3 ชั่วโมง แม้ตัวเปลือกที่เป็นฉนวนจะถูกไฟไหม้ไปแล้ว สายทนไฟเหมาะสมกับอุปกรณ์ที่มีความต้องการใช้ไฟฟ้าขณะเกิดเพลิงไหม้ เช่น พัดลมอัดอากาศบันไดหนีไฟ, พัดลมดูดควันเพลิงไหม้, ลิฟท์สำหรับพนักงานดับเพลง เป็นตัน

2. หลักพิจารณาเลือกว่าสายไฟฟ้าชุดใดควรจะใช้สายทนไฟบ้าง

เนื่องจากสายทนไฟมีราคาสูงมากเมื่อเปรียบเทียบกับสายไฟฟ้าธรรมดาทั้วไป การเลือกกำหนดว่าสายไฟฟ้าส่วนใหนจำเป็นต้องเป็นสายทนไฟบ้าง เพื่อเป็นการประหยัดค่าใช้จ่าย โดยรวมพอจะแยกเป็นข้อๆดังนี้

* ความจำเป็นที่จะเลือกว่าสายไฟฟ้าชุดใดของแต่ละอุปกรณ์ หรืองานแต่ละประเภทตามตัวอย่างที่ได้กล่าวถึงมาแล้ว คงเป็นหลักการเบื้องต้นเพื่อนำไปใช้ในการพิจารณาเลือกใช้ ทั้งนี้ คงต้องอยู่ที่การพิจารณาของผู้ออกแบบและงบประมาณของเจ้าของโครงการอีกด้วย เพื่อให้เกิดความปลอดภัยสูงสุดกับอาคาร และผู้ใช้อาคาร

3. การออกแบบ ติดตั้ง และใช้งานสายไฟฟ้าทนไฟ

การออกแบบและการคำนวณโหลดและลักษณะการติดตั้งจะเหมือนกับสายไฟฟ้าแรงต่ำและแรงสูง เพียงแต่การเลือกใช้สายทนไฟนี้จะมีจุดประสงค์ที่แตกต่างกัน

การเลือกใช้ควรเลือกให้เหมาะสมกับบริเวณหรือพื้นที่มีความเสี่ยงต่อการเกิดอัคคีภัย และต้องเป็นไปตามมาตราฐาน ว.ส.ท. หรือของงการไฟฟ้า โดยส่วนใหญ่จะนำมาใช้กับวงจรช่วยชีวิตหรือระบบ Emergency lifr safety system ซึ่งแยกออกคนละชุดกับระบบจ่ายไฟฟ้าหลัก MDB หรือ EMDB เพื่อให้ระบบดังกล่าวสามารถยังคงทำงานได้อยู่เป็นเวลานานพอที่จะเคลื่อนย้ายคนและสิ่งของที่จำเป็นต่างๆ ออกได้ทันเมื่อเกิดไฟไหม้ขึ้น ดังรูป

3.1 ระบบวงจรช่วยชีวิต หรือ Emergency lifr safety system ประกอบด้วยระบบต่างๆที่สำคัญดังต่อไปนี้

- ระบบสัญญาณเตือนอัคคีภัย (Fire Alarm)

- ระบบเครื่องสูบน้ำ และ ดับเพลิงอัตโนมัติ (Fire Pump)

- ระบบไฟฟ้าแสงสว่างฉุกเฉิน (Emergency Lighting)

- ระบบลิฟผจญเพลิง (Emergency Lift)

- ระบบอัดอากาศเพื่อดูดควันทิ้ง (Air Pressurization)

- ระบบโทรทัศน์วงจรปิด (CCTV System)

- ระบบควบคุมหลัก (Main Control System)

4. รายละเอียดหัวข้อการทดสอบของสายทนไฟที่สำคัญ

4.1 การทดสอบ Flame Retardant Test ตามมาตราฐาน IEC 60332-1 หรือ BS EN 50265-1

(ดังรูป)เป็นการทดสอบการลุกลามของเปลวไฟ สำหรับสายตัวอย่างทดสอบที่มีความยาวประมาณ 600 มม. จำนวน 1 ท่อนที่วางติดตั้งในตู้เผาขนาดเล็กในลักษณะแนวตั้ง (Single Vertical Cable)

Pig. 4.1 Frame Retardant Test (IEC 60332-1, BS EN 50265-1)

(ดังรูป)เป็นระยะเวลาการทดสอบ ขึ้นอยู่กับขนาดเส้นผ่าศูนย์กลางของสายตัวอย่างทดสอบ

Pig. 4.2 ระยะเวลาการทดสอบตามมาตราฐาน IEC 60332-1

ค่าความต้องการของการทดสอบคือ

ระยะการลุกลามของเปลวไฟ จะต้องไม่เกิน 425 มม.

4.2 การทดสอบ Flame Retardant Test ตามาตราฐาน IEC 60332-3 หรือ BS EN 50266-2

เป็นการทดสอบการลุกลามของเปลวไฟ สำหรับสายตัวอย่างทดสอบที่มีความยาวประมาณท่อนละ 3.5 ม. จำนวน 1 ท่อน หรือมากกว่า ขึ้นอยู่กับประเภท Catagory ที่ต้องการทดสอบและปริมาตรของวัสดุอโลหะของสายไฟฟ้านั้น โดยติดตั้งแบบแนวตั้งภายในตู้เผาขนาดใหญ่ที่มีขนาด ความกว้าง x ยาว x สูง เท่ากับ 1 ม. x 2 ม. x 4 ม. โดยประมาณ สายไฟฟ้าจะถูกผูกยึดติดไว้กับบันไดทดสอบ ดังรูปที่ 4.3 และ 4.4 ระยะเวลาในการทดสอบ ต้องเป็นไปตามมาตราฐานกำหนด ดังตารางในรูปที่ 4.5

Pig. 4.3 Flame Retardant Test ตามาตราฐาน IEC 60332-3 หรือ BS EN 50266-2

Pig. 4.4 ระยะเวลาการทดสอบตามมาตราฐาน IEC 60332-3

ขณะทำการทดสอบเผาจะต้องควบคุมอัตราไหลของลมและแก๊ส ดังต่อไปนี้

• Air Flow Rate 77.7 +/- 4.8 LPM. ที่อุณหภูมิ 20 องศาเซลเซียล และความดันที่ 1 บาร์

• Gas (Propane) Flow Rate 13.5 +/-0.5 LPM. ที่อุณหภูมิ 20 องศา และความดันที่ 1 บาร์

• Air Inlet Flow Rate 5000 +/- 500 LPM ที่อุณหภูมิ 20+/- 10 องศาเซลเซียล

Pig. 4.5 ตู้เผา (Test Chamber)

ค่าความต้องการของการทดสอบคือ

ระยะการลุกลามของเปลวไฟ จะต้องไม่เกิน 2.5 ม.

4.3 การทดสอบ Smork Density Test ตามาตราฐาน IEC 61034 หรือ BS EN 50268-2

เป็นการทดสอบวัดปริมาณความหนาแน่นของควันที่เกิดขึ้นจากการเผาสายตัวอย่างทดสอบภายในห้องทดสอบทึบแสงขนาด 27 ลูกบาศก์เมตร (กว้างxยาวxสูง = 3x3x3ม.) ที่ใช้หลักการส่องผ่านลำแสง (Light Transmission) ดังรูปที่ 4.6 ผ่านกลุ่มควันที่เกิดจากการเผาไหม้ชิ้นตัวอย่างด้วยเมทานอล (Methanol) 4+/-1% น้ำ 6+/-1% และจำนวนชิ้นตัวอย่างที่ใช้เผา ขึ้นอยู่กับขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางของสาย ดังตารางรูปที่ 4.7

Pig. 4.6 ผังบริเวณการจัดวางอุปกรณ์ทดสอบและชิ้นตัวอย่างสายทดสอบ

Pig. 4.7 จำนวนชิ้นตัวอย่างทดสอบ Smork Density

ในการทดสอบนั้นต้องใช้พัดลม ที่มีขนาดอัตราไหลของลม ระหว่าง 7-15 M3/Min ในการกระจายควันที่เกิดจากการเผาไหม้ทั่วทั้งตู้ทดสอบ

Pig. 4.8 ตู้ทดสอบ (Test Chamber)

ค่าความต้องการของการทดสอบคือ

ค่าต่ำสุดของ % Light Transmittance จะต้องมีค่าไม่ต่ำกว่าที่มาตราฐานกำหนด หรือไม่ต่ำกว่า 60%

4.4 การทดสอบ Resistance to Fire Alone ตามาตราฐาน BS 6387 (D2)

เป็นการทดสอบความต้านทานต่อการลุกไหม้ของเปลวไหม้ของสายไฟฟ้าหรือสายเคเบิล ขณะที่มีการจ่ายแรงดันและกระแสไฟฟ้าต่อเนื่องในตู้เผาดังรูปที่ 4.9 และ 4.10 อุณหภูมิของเปลวไฟและระยะเวลาที่ทดสอบ จะแบ่งตามประเภทหรือสัญญลักษณ์ ดังที่แสดงในตารางรูปที่ 4.11

Pig. 4.9 ตู้เผา Ffire Alone Test

Pig. 4.10 การทดสอบ Ffire Alone Test

ในขณะทดสอบ จะต้องจ่ายแรงดันไฟฟ้าทดสอบตามแรงดันพิกัดของสายไฟ และกระแสโหลดโดยประมาณ 0.25A (แรงดันพิกัดของสายไฟ เช่น 300/500V or 450/750V or 600/1000V)

Pig. 4.11 ประเภทและเงื่อนไขการทดสอบ Fire Alone Test

ค่าความต้องการของการทดสอบคือ

จะต้องไม่เกิดการลัดวงจรขึ้นในเฟสใดๆภายใต้สภาวะเงื่อนไขและระยะเวลาตามที่มาตราฐานกำหนด

4.5 การทดสอบ Resistance to Fire with water Spray ตามาตราฐาน BS 6387 (D3)

เป็นการทดสอบความต้านทานต่อการลุกไหม้ของเปลวไหม้ของสายไฟฟ้าหรือสายเคเบิล ขณะที่มีการจ่ายแรงดันและกระแสไฟฟ้าต่อเนื่องและมีการเสปย์น้ำหลังจากที่เกิดจากการเผาไหม้ไปที่เวลาที่กำหนดในการทดสอบ ดังรูปที่ 4.12 และ 4.13 โดยขณะที่สเปรย์น้ำ ก็ยังคงจ่ายแรงดันกระแสไฟฟฟ้า และเชื้อเพลิงที่ใช้ในการเผาไหม้ต่อเนื่องเช่นกัน อุณหภูมิของเปลวไฟและระยะเวลาทดสอบจะเป็นไปตามที่กำหนด ดังที่แสดงในตารางรูปที่ 4.14

Pig. 4.11 ตู้เผา Ffire Spray Test

Pig. 4.11 การทดสอบ Fire Spray Test

Pig. 4.11 ประเภทและเงื่อนไขการทดสอบ Fire Spray Test

การทดสอบ ต้องใช้อัตราการฉีดหรือสเปรย์น้ำมีค่าอยู่ระหว่าง 0.25-0.30 l/m2.sec และมีความดันน้ำ 250-350 kPa ขณะทดสอบจะต้องจ่ายแรงดันไฟฟ้าทดสอบตามแรงดันพิกัดของสายไฟ และกระแสโหลด โดยประมาณ 0.25A (300/500V or 450/750V or 600/1000V)

ค่าความต้องการของการทดสอบคือ

จะต้องไม่เกิดการลัดวงจรเกิดขึ้นในเฟสใดๆภายใต้สภาวะเงื่อนไขและระยะเวลาตามที่มาตราฐานกำหนด

4.6 การทดสอบ Resistance to Fire with Mechanical shock ตามาตราฐาน BS 6387 (D4)

เป็นการทดสอบความต้านทานต่อการลุกไหม้ของเปลวไหม้ของสายไฟฟ้าหรือสายเคเบิล ขณะที่มีการจ่ายแรงดันและกระแสไฟฟ้าต่อเนื่องและมีแรงมากระทำทุกๆครึ่งนาที อุณหภูมิของเปลวไฟและระยะเวลาที่ทดสอบ จะแบ่งตามประเภทหรือสัญลักษ์ ดังที่แสดงในตารางรูปที่ 4.15

Pig. 4.15 การติดตั้งเผาสายชิ้นตัวอย่างทดสอบ Mechanical shock test

Pig. 4.16 การทดสอบ Mechanical shock test

Pig. 4.17 ประเภทและเงื่อนไขการทดสอบ Mechanical shock test

การติดตั้งสายตัวอย่างทดสอบจะมีลักษณะการโค้งงอแบบตัว Z หรือ U ตามที่มาตราฐานกำหนด และในการทดสอบนี้ ต้องใช้อัตราของแรงที่มากระทำ ประมาณ 30+/-2 วินาทีต่อครั้ง

ค่าความต้องการของการทดสอบคือ

จะต้องไม่เกิดการลัดวงจรเกิดขึ้นในเฟสใดๆภายใต้สภาวะเงื่อนไขและระยะเวลาตามที่มาตราฐานกำหนด

4.7 การทดสอบหาปริมาณก๊าซฮาโลเจนตามาตราฐาน IEC 60754-1 หรือ BS EN 50267-1

เป็นการทดสอบหาปริมาณของก๊าซฮาโลเจนที่เกิดจากการเผาวัสดุอโลหะที่เป็นองค์ประกอบของเคเบิล ภายในเตาเผาแบบปิด ขนาดความยาว 500 - 600 มม. ดังรูปที่ 4.18 ด้วยอุณหภูมิความร้อนในช่วง 800+/- 10 องศาเซลเซียล ภายในระยะเวลาทดสอบ 20 นาที ซึ่งก๊าซฮาโลเจนที่เกิดขึ้นนี้เป็นก๊าซพิษจะถูกส่งผ่านไปยังขวดแก้วที่บรรจุสารละลายมาตราฐาน 0.1 ม. Sodium hydroxide และสามารถหาปริมาณก๊าซฮาโลเจน ในรูปของกรดฮาโลเจนด้วย วิธีไตเตรท ดังรูปที่ 4.19

***วิธีการทดสอบนี้ใช้ในกรณีที่วัสดุนั้นมีปริมาณกรดฮาโลเจน มากกว่าหรือเท่ากับ 5 มม. / กรัม ของตัวอย่าง ***

Pig. 4.18 เตาเผาแบบปิด

Pig. 4.19 เครื่องมือทดสอบหาปริมาณกรดฮาโลเจน โดยวิธีการไตเตรท

ค่าความต้องการของการทดสอบคือ

ค่าปริมาณก๊าซฮาโลเจน จะต้องไม่เกิน 0.5% ของปริมาณตัวอย่าง ตามที่กำหนดในมาตราฐาน IEC 60502-1 :2004

หมายเหตุ : สำหรับวัสดุที่ใช้ในการผลิตสายไฟฟ้าประเภททนไฟนี้ มักจะเป็นชนิด Halogen free หรือ Zero halogen นั่นคือจะต้องไม่มี ฮาโลเจนเป็นองค์ประกอบในวัสดุ ดังนั้นหัวข้อทดสอบนี้จึงไม่สามารถทดสอบได้ จะต้องใช้หัวข้อทดสอบ ข้อ 4.8 ที่จะกล่าวต่อไป

4.8 การทดสอบหาค่า pH and Conductivity ตามาตราฐาน IEC 60754-2 หรือ BS EN 50267-1

เป็นการทดสอบหาค่าความเป็นกรดของก๊าซฮาโลเจนที่เกิดจากการเผาวัสดุอโลหะที่เป็นองค์ประกอบของเคเบิล ภายในเตาเผาแบบปิด เช่นเดียวกันกับข้อที่ 4.7 แต่จะใช้อุณหภูมิความร้อนที่เผาไม่ต่ำกว่า 935 องศาเซลเซียล และใช้ระยะเวลาทดสอบเผา 30 นาที ก๊าซฮาโลเจนที่เกิดขึ้นของเผาจะถูกส่งผ่านไปยังขวดแก้วที่บรรจุน้ำไว้ ซึ่งก๊าซฮาโลเจนเมื่อทำปฏิกิริยากับน้ำจะเปลี่ยนคุณสมบัติเป็นกรด นำสารละลายที่ได้นี้ไปทดสอบหาค่า pH (ค่าความกรด - ด่าง)และค่า Conductivity (ค่าความนำไฟฟ้า) ด้วยเครื่องมือทดสอบดังรูปที่ 4.20

***วิธีการทดสอบนี้ใช้ในกรณีที่วัสดุนั้นมีปริมาณกรดฮาโลเจน มากกว่าหรือเท่ากับ 5 มม. / กรัม ของตัวอย่าง ***

Pig. 4.20 เครื่องมือทดสอบหาค่า pH & ค่า Conductivity

ค่าความต้องการของการทดสอบคือ

ค่า pH ต้องไม่ต่ำกว่า 4.3 และค่า Conductivity ต้องไม่เกินกว่า 10 microsiemen / mm.

4.9 การทดสอบหาค่าปริมาณออกซิเจน(Oxygen Index) ตามาตราฐาน ASTM D 2863 หรือ ISO 4589

เป็นการทดสอบหาค่าออกซิเจนที่ต่ำที่สุดที่จะทำให้เกิดการลุกไหม้ วิธีการทดสอบนี้มักใช้ในการเลือกวัสดุที่จะนำมาใช้เป็นองค์ประกอบในการผลิตสายไฟฟ้าประเภททนไฟ อาจจะเป็นฉนวนหรือ เปลือกนอก หรืออื่นๆ โดยการเริ่มเผาวัสดุในสภาวะบรรยากาศปกติ ซึ่งจะมีปริมาณออกซิเจน 21% และไนโตรเจน 79% ว่าเกิดการลุกไหม้ได้หรือไม่ หากวัสดุนั้นไม่เกิดการ ลุกไหม้ หรือติดไหได้ ก็ให้เพิ่มปริมาณออกซิเจนเข้าไปจนกระทั่งถึงปริมาณออกซิเจนที่ทำให้วัสดุนั้นสามารถติดไฟได้ ซึ่งวัสดุที่ใช้ปริมาณออกซิเจนมากในการลุกไหม้ จะเป็นวัสดุที่สามารถติดไฟได้ยากกว่าวัสดุที่ใช้ปริมาณออกซิเจนน้อยในการลุกไหม้ และเหมาะที่จะนำมาใช้ในการผลิตสายไฟฟ้าประเภททนไฟ

Pig. 4.21 เครื่องมือทดสอบหาค่า Oxygen Index

ค่าความต้องการของการทดสอบคือ

ค่า Oxygen Index (OI) จะต้องมีค่าไม่น้อยกว่า ค่าที่มาตราฐานกำหนด หรือ ปกติจะต้องไม่น้อยกว่า 30%

ที่มา :

1. มาตรฐานการติดตั้งทางไฟฟ้าสำหรับประเทศไทย 2556

2. คู่มือการเลือกใช้สายไฟฟ้าสำหรับงานออกแบบและติดตั้ระบบไฟฟ้า

https://paper.dropbox.com/folder/show/1.-e.1gg8YzoPEhbTkrhvQwJ2zzxTKYUCaQnNQrxOFGsM1n3Ki8unbJ73