การป้องกันฟ้าผ่าสำหรับสถานีวิทยุสมัครเล่น



ช่วงนี้เข้าหน้าฝนของปี 2560 อย่างสมบูรณ์แล้ว ฝนฟ้าตกเป็นประจำในหลายพื้นที่ บางครั้งแถมด้วยน้ำท่วมน้ำขังในส่วนต่างๆ ของประเทศไทยไม่เว้นแม้แต่ในกรุงเทพที่มีพื้นที่ประจำเดิมๆ ที่ท่วมกันบ่อยอยู่แล้ว เราที่เป็นนักวิทยุสมัครเล่นก็ต้องเตรียมอุปกรณ์และสถานีให้พร้อมสำหรับการสื่อสารในกรณีที่เกิดเหตุภัยพิบัติ อันเป็นหนึ่งในหน้าที่ของนักวิทยุสมัครเล่นคือเป็นข่ายสำรองยามฉุกเฉินของประเทศด้วย

นอกจากเรื่องของฝนและน้ำแล้ว ลมอันแรงที่พาเมฆฝนมาก็มักเป็นบ่อเกิดของสิ่งที่ทำให้บรรดานักวิทยุสมัครเล่นที่มีเสาอากาศใหญ่ๆ ติดตั้งสายอากาศสูงๆ ต้องอกสั่นขวัญผวาไปตามๆ กันก็คือ "ฟ้าผ่า" ซึ่งถ้าเกิดกับสถานีของใครแล้วก็มักจะนำพาเอาความเสียหายติดตามมาด้วย ตั้งแต่สายอากาศเสียหาย สายนำสัญญาณไหม้ ไปจนกระทั่งอุปกรณ์วิทยุ เครื่องจ่ายไฟ และรวมสิ่งที่ไม่เกี่ยวกับสถานีวิทยุแต่อยู่ในบ้านเดียวกัน เช่น ทีวี คอมพิวเตอร์ ให้เสียหายไปด้วย ในฐานะที่เป็นนักวิทยุสมัครเล่นเราควรมีความรู้พอที่จะหลีกเลี่ยงและ/หรือป้องกันความเสียหายเหล่านี้ได้ ค่อยๆ มาดูกันครับ

ฟ้าแลบฟ้าผ่าเกิดจากอะไร

ก่อนที่จะทำอะไร เราจะต้องเข้าใจที่มาที่ไปของของสิ่งนั้นเสียก่อน สิ่งแรกคือฟ้าแลบ เกิดจากการเคลื่อนที่ของกระแสไฟฟ้า หมายความว่ามีการถ่ายเทประจุระหว่างของสองอย่าง ในกรณีนี้ก็คือระหว่างก้อนเมฆนั่นเอง ก่อนที่จะเกิดฟ้าแลบ พื้นดินจะอุ่นกว่าอากาศด้านบน ทำให้อากาศเหนือพื้นดินมีอุณหภูมิสูงและลอยสูงขึ้น ขณะที่อากาศลอยขึ้น ไอน้ำจะมีอุณหภูมิต่ำและรวมตัวกลายเป็นเมฆ เมื่ออากาศลอยขึ้นอีก ก้อนเมฆจะใหญ่ขึ้น ด้านบนของก้อนเมฆจะเย็นมากจนอุณหภูมิต่ำกว่าจุดเยือกแข็งและไอน้ำกลายเป็นเกร็ดน้ำแข็ง เกร็ดน้ำแข็งเหล่านี้จะเสียดสีกันและเกิดการแลกเปลี่ยนประจุซึ่งกันและกัน ทำให้เกิดการสะสมของประจุไฟฟ้า

จนในที่สุด ก้อนเมฆทั้งก้อนก็เต็มไปด้วยประจุไฟฟ้า ด้านบนของก้อนเมฆจะเป็นอนุภาคที่เบากว่าและมีประจุบวก ในขณะที่ด้านล่างจะมีอนุภาคที่หนักกว่าและมีประจุลบ จนกระทั่งความหนาแน่นของประจุทั้งสองหนาแน่นมาก ก็จะเกิดการกระโดดของกระแสไฟฟ้า (spark) มีการถ่ายเทประจุระหว่างก้อนเมฆเกิดเป็นฟ้าแลบ ดูภาพที่ 1

ภาพที่ 1 การสะสมประจุระหว่าง

ก้อนเมฆ เมื่อมากพอจะมีการถ่ายเท

ประจุและทำให้เกิดฟ้าแลบ



การถ่ายเทประจุส่วนใหญ่จะเกิดระหว่างก้อนเมฆเองและเกิดฟ้าแลบ แต่บางทีก็เกิดการถ่ายเทระหว่างก้อนเมฆกับพื้นดินด้านล่าง ซึ่งเกิดเมื่อมีการสะสมประจุบวกที่พื้นดิน (ที่จะสะสมอยู่ตามยอดแหลมต่างๆ ต้นไม้ ปลายแหลมของสายล่อฟ้า หรือแม้แต่มนุษย์) ในบริเวณด้านล่างของก้อนเมฆ จะดึงดูดกับประจุลบของก้อนเมฆด้านล่าง หนักเข้าก็จะมีการนำกระแสระหว่างประจุบวกด้านล่างกับประจุลบด้านบนกลายเป็นฟ้าผ่า ดูภาพที่ 2

ภาพที่ 2 ถ้ามีการสะสมประจุบวก

ที่ฝั่งพื้นดินมากพอ จะเกิดการถ่ายเท

ประจุระหว่างก้อนเมฆและดิน กลาย

เป็นฟ้าผ่าและทำอันตรายกับเราได้



ธรรมชาติของฟ้าผ่า

จากภาพที่สอง เมื่อประจุไฟฟ้ารวมตัวกันมากขึ้น จนมีความต่างศักย์มากพอ ก็จะเกิดฟ้าผ่าลงมายังพื้นดิน ความต่างศักย์นี้อาจจะมีค่าสูงได้กว่า 3ล้านโวลท์ กระแสที่เกิดขึ้น (หรือเส้นทางของการถ่ายประจุไฟฟ้า) จะวิ่งผ่านเส้นทางที่ความต้านทานน้อยที่สุดเพื่อลงไปยังพื้นดิน เรียกว่าถ้าเราไม่ทำอะไรมันก็พยายามไปที่ชอบๆ ของมันด้วยตัวเองซึ่งอาจจะเกิดอันตรายได้ การป้องกันฟ้าผ่าคือให้มันวิ่งในทางที่เราเตรียมไว้ให้ (ให้ฟ้าชอบ) โดยไม่ผ่านโครงสร้างของ ตัวบ้าน ตึก อาคาร หรือเครื่องใช้ไฟฟ้าของเรานั่นเอง
การป้องกันฟ้าผ่า

ก่อนอื่นต้องเข้าใจก่อนว่า เราไม่สามารถป้องกัน หรือหยุดฟ้าไม่ให้ผ่าได้ และ ไม่สามารถกะเกณฑ์ให้ฟ้าไปผ่าตรงไหนได้อย่างมีประสิทธิภาพ สิ่งที่เราทำได้คือการพยายามป้องกันของของเราไม่ให้เสียหาย ด้วยระบบป้องกันฟ้าผ่า ซึ่งโดยพื้นฐานแล้วประกอบไปด้วย

1. โลหะปลายแหลมที่ติดตั้งไว้บนยอดหลังคาของอาคาร
2. สายไฟฟ้าสำหรับต่อจากโลหะปลายแหลมมายังด้านล่าง 
3. ระบบกราวด์ ประกอบด้วยแท่งโลหะและ/หรือโครงโลหะฝังลงในดิน ที่ทดสอบแล้วว่ามีความต้านทานต่ำพอ

ดูภาพที่ 3

ภาพที่ 3 ระบบป้องกันฟ้าผ่าสำหรับ

อาคารบ้านเรือน ประกอบไปด้วย

(1) โลหะปลายแหลม

(2) ตัวนำไฟฟ้า ต่อลงยัง

(3) แท่งตัวนำที่ฝังลงในดิน



เมื่อเกิดฟ้าผ่า ระบบป้องกันฟ้าผ่า (หรือที่อยากจะเรียกให้ถูกต้องกว่าก็คือ ระบบป้องกันหรือพยายามลดความเสียหายจากการเกิดฟ้าผ่า) จะนำพาเอาประจุทั้งหมดถ่ายเทลงดินผ่านจากโลหะปลายแหลม สายไฟฟ้า ไปสู่ระบบกราวด์ การที่เราเตรียมเส้นทางสำหรับกระแสไฟฟ้าจำนวนมากให้ไหลผ่านได้ดีเช่นนี้ จะทำให้ไม่เกิดความร้อนสูงมากนักเมื่อมันไหลผ่าน ต่างจากการปล่อยให้กระแสไฟฟ้าไหลผ่านตึก อาคาร หรือโครงไม้ จะทำให้เกิดความร้อนและเสียหายได้ (นึกถึงต้นไม้ที่ถูกฟ้าผ่า ว่ามีสภาพเป็นเช่นไร)

อย่างไรก็ตาม ระบบป้องกัน(ลดอันตรายจาก) ฟ้าผ่านี้ ก็ไม่มีความสามารถ "ดึงดูด" ให้ฟ้ามาผ่าที่ตัวเองได้ เรียกว่ามันจะผ่าตรงไหนจะไปห้ามก็คงไม่ได้ และระบบนี้ก็ไม่สามารถ "ห้าม" ไม่ให้ฟ้าผ่าโดยการถ่ายประจุออกไปจากยอดแหลมนั้นได้ นอกจากนั้นก็ไม่สามารถป้องกันการกระชาก (surge) ทางไฟฟ้าได้ ดังนั้นแม้จะมีระบบป้องกันฟ้าผ่าแล้วก็ตาม การป้องกันเครื่องใช้ไฟฟ้าที่ดีที่สุดก็คือ ปลดมันออกจากระบบไฟฟ้า (ถอดปลั้ก) ออกให้หมดด้วยนั่นเอง

การป้องกันฟ้าผ่าสำหรับสถานีวิทยุสมัครเล่น

คราวนี้มาถึงเรื่องสำคัญของเรา คือ เราจะต่อระบบป้องกัน (ความเสียหายจากการเกิด) ฟ้าผ่ากับระบบสื่อสารของเราอย่างไร ก็ดูตามภาพที่ 4 ได้เลย หลักการคือเราจะต่อของทุกอย่างลงไปที่ "จุดกราวด์ร่วม" (คือที่หัวของแท่งทองแดงที่ปักลงในดิน ① ในภาพ)  โดยสำหรับสายสัญญาณต่างๆ (สายนำสัญญาณของวิทยุ, สายโทรศัพท์, สายสัญญาณคอมพิวเตอร์ เป็นต้น) จะต่อผ่านอุปกรณ์ป้องกันฟ้าผ่าลง "แผงกราวด์ร่วม" ② เดียวกันที่เรียกว่า SPGP (Single Point Ground Panel) ซึ่ง SPGP นี้จะต้องอยู่นอกอาคาร เช่นอยู่ผนังด้านนอกของอาคาร (บางคนเอาไปไว้โคนเสาอากาศก็ได้) ถ้าติดตั้งไว้กับผนังด้านนอกของบ้านก็เป็นไปตามรูปสี่เหลี่ยมจัตุรัสสีส้ม ติดกับตัวบ้านในภาพที่ 4

ภาพที่ 4 ระบบป้องกันอันตรายจากฟ้าผ่า

สำหรับสถานีวิทยุสมัครเล่น เราจะต่อสาย

ไฟฟ้ามาลงกราวด์ที่จุดเดียวกันเพียงจุดเดียว

 

โดยแผงกราวด์ร่วม SPGP ที่ว่าอาจจะเป็นแผ่นโลหะทองแดงขนาดกว้างยาวประมาณ 1 ฟุต (ดูภาพที่ 5) โดยใช้แผ่นโลหะทองแดงนี้เป็นจุดยึดด้านกราวด์ของอุปกรณ์ป้องกันฟ้าผ่า (lightning arrestor - ภาพที่ 6) ที่ต่อเข้ากับสายนำสัญญาณต่างๆ และ

1. ต่อสายไฟขนาดใหญ่จาก SPGP (②) ลงแท่งกราวด์ (①)
2. ต่อสายไฟขนาดใหญ่จากแท่งกราวด์ร่วมที่โต๊ะวิทยุ ③ มาลงที่แท่งกราวด์ (①)
3. ต่อสายไฟจากเสาอากาศ (tower) ④ มาลงที่แท่งกราวด์ (①)
4. ถ้าเป็นไปได้ควรติดตั้งสาอากาศให้ต่ำกว่าจุดสูงสุดของทาวเวอร์และ/หรือต่อสายทองแดงจากจุดสูงสุดของทาวเวอร์ ⑤ ลงแท่งกราวด์ (①)
5. เดินสายไฟจากแผงไฟฟ้าของบ้าน ⑥ มาลงที่แท่งกราวด์ (①)
6. ถ้าอาคารมีสายล่อฟ้าของตัวเอง ⑦ ก็เดินสายไฟมาลงที่แท่งกราวด์ (①) ด้วย
7. ต่อสายนำสัญญาณ ⑧ จากสายอากาศมายัง Lightning arrestor ⑨ บนแผง SPGP
8. ถ้าสามารถต่ออุปกรณ์ช่วยลงกราวด์ (grounding kit) ⑩ ที่เปลือกของสายนำสัญญาณได้ จะทำให้ระบบปลอดภัยขึ้น (ดูภาพที่ 9)

ภาพที่ 5 แผงกราวด์ร่วม (SPGP)

② ที่อยู่ภายนอกผนังอาคาร

(สี่เหลี่ยมสีส้มในภาพที่ 4)

จะมี lightning arrestor ⑨

ติดตั้งอยู่ ตัวถังของมันจะต่อเชื่อมทาง

ไฟฟ้ากับแผ่นทองแดงของแผงกราวด์นี้

 

ภาพที่ 6 อุปกรณ์ดักจับฟ้าผ่า ⑨

Lightning Arrestor ที่จะ

ติดบนแผ่นกราวด์ร่วม (SPGP)

 

จะเห็นว่าเรานำกราวด์ทั้งหมดมารวมไว้จุดเดียวกัน ทำให้เมื่อเกิดฟ้าผ่ากระแสไฟฟ้าจะไม่พยายามไหลลงดินในหลายจุดซึ่งทำให้เกิดความต่างศักย์และทำอันตรายได้ โดยจุดสำคัญคือ

• ต้องมีจุดกราวด์จุดเดียว หรือโยงใยเป็นโครงข่ายเดียว อย่าลงดินหลายจุดสะเปะสะปะ เพราะมีข้อเสียมากกว่าข้อดี และบางกรณีอาจจะอันตรายมากกว่าไม่ทำอะไรเลยเสียอีก
• ถ้าเป็นไปได้ จุดกราวด์เดียว (①) นี้ควรอยู่นอกอาคาร (อย่าอยู่ใต้อาคาร)
• แผงกราวด์ร่วมหรือ SPGP (②) จะต้องอยู่นอกอาคาร อย่านำไปไว้ในอาคาร
• ถ้าเป็นไปได้ พยายามให้มีวัตถุโลหะอื่นอยู่สูงเหนือสายอากาศที่สูงที่สุดเอาไว้ (⑤)
• ควรคำนึงถึง Step voltage ด้วย เมื่อเกิดฟ้าผ่า กระแสจำนวนมากจะไหลลงพื้นดินผ่านแท่งกราวด์และกระจายไปรอบๆ ทำให้มีความต่างศักย์ในจุดต่างๆ บนพื้นดิน เพื่อให้ดีขึ้น เราอาจจะตอกแท่งกราวด์เป็นโครงตาข่าย (เช่น 3-5 แท่ง) แล้วต่อเชื่อมเข้าด้วยกัน และต่อสายกราวด์ของเราลงไปเพียงจุดเดียวบนโครงตาข่ายนั้น

ภาพที่ 7 แสดงแผงกราวด์ร่วม (SPGP)

ในอีกรูปแบบหนึ่งที่สามารถประยุกต์ใช้ได้

โดยจะต้องติดตั้งไว้ภายนอกอาคารเช่นกัน

 

ภาพที่ 8 อุปกรณ์ช่วยกราวด์สายนำสัญญาณ

⑩ ช่วยกันทำงานกับ lightning arrestor

 

ภาพที่ 9 นอกจากการต่อระบบตามภาพ 4

เราสามารถใช้อุปกรณ์ช่วยกราวด์สายนำ

สัญญาณ (Grounding Kit ⑩)

ต่อที่ชีลด์ของสายนำสัญญาณด้านโคน

เสาอากาศ และ/หรือ ด้านก่อนเข้าแผง

กราวด์ร่วม (SPGP ②) จะช่วยให้

ระบบป้องกันฟ้าผ่าของเราทำงานดีขึ้น



 

อย่างไรก็ตาม แม้ว่าระบบดังกล่าวจะช่วยลดอันตรายจากฟ้าผ่าลงได้ แต่อาจจะไม่สามารถป้องกันตัวเราได้หากเรายังใช้งานระบบอยู่ในขณะที่เกิดฟ้าผ่า ดังนั้นเมื่อเกิดฟ้าคะนอง หลักปฏิบัติที่ดีที่สุดคือการหยุดใช้ระบบสื่อสาร และถอดปลั้กไฟฟ้าของเครื่องใช้ไฟฟ้าต่างๆ ออก ก็จะช่วยให้อุ่นใจและปลอดภัยได้มากขึ้น และอย่าลืมหมั่นตรวจสอบระบบป้องกันนี้ทั้งระบบอย่างสม่ำเสมอ (เลือกวันที่ไม่มีฝน ไม่มีฟ้าคะนอง นะ) โดยเฉพาะอย่างยิ่งคอยตรวจสอบว่าจะต้องเปลี่ยนชิ้นส่วน (gas tube) หรือแม้แต่เปลี่ยนตัว Lightning arrestor ใหม่ทดแทนที่เสียหายหรือไม่ด้วย

ขอให้ทุกท่านโชคดีกับหน้าฝนนี้ และทุกๆ หน้าฝนที่จะตามมาครับ สำหรับวันนี้ต้องบอกว่า
QRU 73 de HS0DJU / KG5BEJ (จิตรยุทธ จุณณะภาต)