กราวด์ (ไฟฟ้า)
ลิงก์ข้ามภาษาในบทความนี้ มีไว้ให้ผู้อ่านและผู้ร่วมแก้ไขบทความศึกษาเพิ่มเติมโดยสะดวก เนื่องจากวิกิพีเดียภาษาไทยยังไม่มีบทความดังกล่าว กระนั้น ควรรีบสร้างเป็นบทความโดยเร็วที่สุด |
กราวด์ (อังกฤษ: ground) ในด้านวิศวกรรมไฟฟ้า หมายถึงจุดๆ หนึ่งในวงจรไฟฟ้าที่ใช้เป็นจุดอ้างอิงในการวัดแรงดันไฟฟ้า หรือใช้เป็นเส้นทางกลับร่วมกันของกระแสไฟฟ้าจากหลายๆที่ หรือจุดเชื่อมต่อทางกายภาพโดยตรงกับพื้นดิน
สายไฟที่ลงดิน (สายดิน) จะต้องถูกกำหนดเป็นมาตรฐานให้ใช้สีที่แน่นอนเพื่อป้องกันการใช้ที่ไม่ถูกต้อง
วงจรไฟฟ้าอาจจะถูกเชื่อมต่อกับพื้นดิน (พื้นโลก) ด้วยเหตุผลหลายประการ ในอุปกรณ์ไฟฟ้าที่ใช้ไฟ AC เมนส์ ชิ้นส่วนโลหะที่ผู้ใช้สัมผัสได้จะถูกเชื่อมต่อกับพื้นดินเพื่อป้องกันผู้ใช้ไม่ให้สัมผ้สกับแรงดันไฟฟ้าที่เป็นอันตรายในกรณีที่ฉนวนไฟฟ้าล้มเหลว การเชื่อมต่อกับพื้นดินจะจำกัดกระแสไฟฟ้าสถิตที่ถูกสร้างขึ้นในการรับมือกับผลิตภัณฑ์ที่ติดไฟง่าย หรืออุปกรณ์ที่มีความไวต่อไฟฟ้าสถิต
ในบางวงจรโทรเลขและบางระบบส่งกำลังไฟฟ้า แผ่นดินหรือผิวโลกเองสามารถถูกนำมาใช้เป็นหนึ่งในตัวนำสายส่งของวงจร ซึ่งจะเป็นการประหยัดค่าใช้จ่ายในการติดตั้งตัวนำสายส่งที่เป็นสายรีเทินที่แยกต่างหากไปหนึ่งเส้น (ดูระบบสายดินกลับ(อังกฤษ: single-wire earth return))
สำหรับวัตถุประสงค์ในการวัด กราวด์ทำหน้าที่เป็นจุดที่มีค่าความดันคงที่(พอสมควร) ที่สามารถถูกใช้เป็นจุดอ้างอิงสำหรับการวัดแรงดันที่จุดใดๆในวงจรได้ ระบบสายกราวด์ไฟฟ้าควรจะมีความสามารถในการเคลื่อนกระแสที่เหมาะสมในการทำหน้าที่เป็นแรงดันไฟฟ้าระดับอ้างอิงเป็นศูนย์ ในทางทฤษฎีวงจรอิเล็กทรอนิกส์ "กราวด์" ในทางอุดมคติมักจะเป็นแหล่งจ่ายประจุหรือแหล่งระบายประจุที่ไม่มีที่สิ้นสุด ที่สามารถดูดซับกระแสได้ไม่จำกัดจำนวนโดยไม่มีการเปลี่ยนแปลงแรงดันที่จุดนั้น ในขณะที่การเชื่อมต่อกับพื้นดินที่แท้จริงมักจะมีความต้านทานเกิดขึ้น ดังนั้นแรงดันของดินที่ใกล้เคียงกับศูนย์จึงไม่สามารถทำได้ แรงดันไฟฟ้ากระจัดกระจายหรือผลกระทบของแรงดันดินจะเกิดขึ้น ซึ่งอาจสร้างการรบกวนในสัญญาณต่างๆ หรือถ้าผลกระทบนั้นมีขนาดใหญ่พอ การรบกวนนั้นอาจจะสร้างอันตรายจากการช็อก(อังกฤษ: shock)ไฟฟ้าได้
การใช้คำว่ากราวด์เป็นเรื่องธรรมดาในเครื่องใช้ไฟฟ้าและอิเล็กทรอนิกส์ที่ใชัในอุปกรณ์แบบพกพาเช่นโทรศัพท์มือถือ และเครื่องเล่นสื่อในยานพาหนะที่อาจจะพูดว่ามี"กราวด์" โดยไม่ได้มีการเชื่อมต่อที่เกิดขึ้นจริงกับดินแต่อย่างใด โดยปกติจะเป็นแค่สายไฟตัวนำขนาดใหญ่ที่ต่ออยู่กับ ด้านใดด้านหนึ่งของแหล่งจ่ายไฟ (เช่น"ground plane" ในแผงวงจรพิมพ์) ซึ่งทำหน้าที่เป็น เส้นทางกลับร่วมกันสำหรับกระแสจากชิ้นส่วนต่างๆหลายจุดในวงจร
ประวัติ
ระบบโทรเลขแม่เหล็กไฟฟ้าตั้งแต่ปี ค.ศ. 1820 เป็นต้นมา ใช้สายสัญญาณสองสายหรือมากกว่า เพื่อส่งสัญญาณไปและรับกลับ จากนั้นนักวิทยาศาสตร์ชาวเยอรมัน คาร์ล เอากุสท์ ฟอน ชไตน์ไฮล์ (เยอรมัน: Carl August von Steinheil) ได้ค้นพบในปี ค.ศ. 1836–1837 ว่าพื้นดินสามารถถูกใช้เป็นเส้นทางกลับเพื่อให้ครบวงจรได้ ทำให้สายกลับเป็นสิ่งที่ไม่จำเป็น อย่างไรก็ตาม มีหลายปัญหากับระบบนี้ สัญญาณรบกวนถูกขยายมากขึ้นบนสายโทรเลขข้ามทวีปที่ถูกสร้างขึ้นใน ปี 1861 โดยบริษัทเวสเทิร์นยูเนียน ระหว่างเมืองเซนต์โยเซฟ รัฐมิสซูรี กับเมืองแซคราเมนโต รัฐแคลิฟอร์เนีย ในระหว่างสภาพอากาศแห้ง การเชื่อมต่อกับพื้นดินมักจะเกิดความต้านทานสูง ที่จำเป็นต้องมีน้ำมาเทลงบนแท่งดิน (อังกฤษ: ground rod) เพื่อให้โทรเลขหรือโทรศัพท์ใช้งานได้
ต่อมาเมื่อโทรศัพท์เริ่มมาแทนที่โทรเลข พบว่ากระแสในผิวโลกที่เกิดจากระบบไฟฟ้า, รถไฟ ไฟฟ้า, วงจรโทรศัพท์และโทรเลขอื่น ๆ และแหล่งธรรมชาติรวมทั้งฟ้าผ่าทำให้เกิดการรบกวนที่ยอมรับไม่ได้สำหรับสัญญาณเสียง ดังนั้นระบบสองสายหรือระบบวงจรโลหะได้ถูกนำมาใช้อีกครั้งในราวปี ค.ศ. 1883
การสื่อสารทางวิทยุ
การเชื่อมต่อไฟฟ้าไปยังพื้นโลกสามารถใช้เป็นศักย์อ้างอิงสำหรับสัญญาณคลื่นความถี่วิทยุ สำหรับเสาอากาศบางชนิด ส่วนที่ติดต่อกับดินโดยตรงหรือ "ขั้วดิน"สามารถจะเป็นแท่งโลหะธรรมดาที่ปักลงไปในดินหรือเชื่อมต่อกับท่อน้ำโลหะที่ฝังอยู่ใต้ดิน (ท่อจะต้องเป็นตัวนำ) เนื่องจากว่าสัญญาณความถี่สูงสามารถไหลไปยังโลกอันเนื่องมาจากผลกระทบทาง capacitative, ค่าความจุกับดินจึงเป็นปัจจัยที่สำคัญในประสิทธิภาพของการลงดินของสัญญาณ ด้วยเหตุนี้ระบบที่ซับซ้อนของแท่งดินและสายดินต้องทำอย่างมีประสิทธิภาพ การลงดินของสัญญาณในอุดมคติจะทำให้เกิดศักย์ที่คงที่ (ศูนย์) โดยไม่คำนึงถึงปริมาณกระแสไฟฟ้าที่ไหลลงสู่พื้นดินหรือขึ้นจากพื้นดิน ความต้านทานต่ำ(ที่ความถี่ของสัญญาณ)ของการเชื่อมต่อไฟฟ้าระหว่างขั้วดินกับดินเป็นตัวกำหนดคุณภาพของมัน และคุณภาพที่ดีขึ้นสามารถทำได้โดยการเพิ่มพื้นที่ผิวของขั้วดินในการสัมผัสกับพื้นโลก หรือเพิ่มความลึกในการฝังแท่งดิน หรือโดยการปักแท่งดินหลายๆแท่ง หรือการเพิ่มปริมาณความชื้นของดิน หรือการปรับปรุงเนื้อดินให้มีความเป็นตัวนำมากขึ้น และการเพิ่มพื้นที่ครอบคลุมระบบดินให้กว้างขึ้น
บางระบบของเสาอากาศใน VLF, LF, MF และช่วง SW ที่ต่ำกว่าจะต้องมีสายดินที่ดีในการ ทำงานอย่างมีประสิทธิภาพ ตัวอย่างเช่นเสาอากาศขั้วเดียวแนวตั้งต้องใช้พื้นที่ราบที่มักจะ ประกอบด้วยเครือข่ายที่เชื่อมต่อกันของสายเคเบิลที่วิ่งอยู่ในวงรอบห่างจากฐานของเสาอากาศประมาณเท่ากับความสูงของเสาอากาศนั้น บางครั้งคานของเสาเองจะถูกใช้เป็นพื้นระนาบดินที่วางอยู่บนพื้นดิน
การติดตั้งสายไฟ AC
ในการติดตั้งสายไฟสายเมนส์(ไฟ AC) คำว่าสายกราวด์มักจะหมายถึงสายตัวนำสามชนิดหรือระบบตัวนำสามระบบตามที่ระบุไว้ด้านล่าง
สายกราวด์ของอุปกรณ์ใช้เชื่อมต่อทางไฟฟ้าระหว่างชิ้นส่วนของอุปกรณ์ที่เป็นโลหะที่ไม่มีกระแสไหลกับพื้นดินตามรหัสไฟฟ้าแห่งชาติสหรัฐ (NEC) เหตุผลในการทำเช่นนี้เพื่อการจำกัดแรงดันไฟฟ้าที่เกิดจากฟ้าผ่า, ไฟกระชาก และการสัมผัสกับสายไฟฟ้าแรงสูง สายตัวนำกับอุปกรณ์มักจะเชื่อมต่อถึงกันด้วยการใช้วิธี bonding (ดูด้านล่าง)
อุปกรณ์ที่ทำการบอนดิ้งเข้าด้วยกันทำให้เส้นทางไหลของกระแสไฟฟ้าระหว่างชิ้นส่วนโลหะที่ไม่มีกระแสไหลของอุปกรณ์หลายๆส่วนกับแท่งดินมีความต้านทานต่ำมาก เพื่อที่ว่าหากส่วนหนึ่งของชิ้นส่วนนั้นมีกระแสไหลผ่านด้วยเหตุผลใดๆก็ตาม เช่นสายไฟชำรุด การลัดวงจรจะเกิดขึ้นและทำให้เซอร์กิตเบรกเกอร์หรือฟิวส์ทำงานเพื่อตัดการเชื่อมต่อกับวงจรที่ทำงานผิดพลาด โปรดสังเกตว่า ดินเองไม่ได้มีบทบาทในกระบวนการล้างความผิดพลาดนี้ เนื่องจากกระแสต้องไหลกลับไปยังแหล่งที่มาของมันเอง ไม่ได้กลับไปที่ดินตามที่เข้าใจกันในบางครั้ง (ดู กฎของวงจร Kirchhoff) โดยการบอนดิ้ง(เชื่อมต่อ)โลหะที่ไม่มีกระแสไหลทั้งหมดเข้าด้วยกัน จุดเหล่านั้นควรจะอยู่ใกล้จุดที่มีศักย์เดียวกันซึ่งจะช่วยลดโอกาสของการช็อก นี้เป็นสิ่งสำคัญโดยเฉพาะอย่างยิ่งในห้องน้ำ ที่คนคนหนึ่งอาจจะสัมผ้สกับหลายระบบโลหะที่แตกต่างกัน เช่น ท่อจ่ายน้ำและท่อระบายน้ำ และฝาเครื่องใช้ไฟฟ้าอื่นๆ ตัวนำที่ทำการบอนดิ้งมักจะถูกใช้เป็นสายกราวด์(อังกฤษ: grounding electrode conductor)ด้วย (ดูด้านบน)
สายกราวด์เชื่อมต่อขาข้างหนึ่งของระบบไฟฟ้า(สายนิวทรัล)เข้ากับขั้วดิน(อังกฤษ: ground electrode)หนึ่งขั้วหรือหลายขั้ว สิ่งนี้เรียกว่า "ระบบกราวด์" และ ระบบไฟฟ้าส่วนใหญ่จะต้อง มีการต่อสายกราวด์. NEC ของสหรัฐอเมริกา และ BS 7671 ของสหราชอาณาจักร มีรายชื่อของระบบที่จะต้องมีการต่อสายกราวด์ นอกจากนี้ สายกราวด์ยังมักจะยึดติดกับท่อน้ำและโครงสร้างเหล็กในโครงสร้างอาคารขนาดใหญ่ ตามที่กำหนดไว้ใน NEC วัตถุประสงค์ของการต่อสายกราวด์ให้ระบบไฟฟ้าก็คือการจำกัดแรงดันไฟฟ้าเมื่อเทียบกับดินในกรณีที่เกิดฟ้าผ่าและกรณีที่มีการสัมผ้สกับสายไฟฟ้าแรงสูง และยังมีวัตถุประสงค์ในการคงแรงดันไฟฟ้าเมื่อเทียบกับดินให้คงที่ในระหว่างการดำเนินการตามปกติ ในอดีตที่ผ่านมาท่อน้ำประปามักจะถูกนำมาใช้เป็นขั้วดิน แต่ต่อมาไม่ได้รับอนุญาตให้ใช้เมื่อท่อพลาสติกเป็นที่นิยมใช้ สายกราวด์ชนิดนี้ใช้กับเสาอากาศวิทยุและระบบป้องกันฟ้าผ่า
อุปกรณ์ไฟฟ้าที่ติดตั้งอย่างถาวรมักจะมีการเชื่อมต่ออย่างถาวรกับสายกราวด์ อุปกรณ์ไฟฟ้าแบบพกพาที่มีภาชนะใส่เป็นโลหะอาจจะมีสายกราวด์เชื่อมต่อกับพื้นดินด้วยขาในปลั๊กเชื่อมต่อ (ดูปลั๊กและซ็อกเก็ตไฟฟ้ากระแสสลับในท้องถิ่น) ขนาดของสายกราวด์มักจะถูกควบคุมโดยระเบียบขนาดสายไฟระดับท้องถิ่นหรือระดับชาติ
ระบบส่งกำลังไฟฟ้า
ในระบบจำหน่ายไฟฟ้า AC สายเดี่ยว (อังกฤษ: Single Wire Earth Return) หรือ SWER ค่าใช้จ่ายจะสามารถประหยัดได้โดยใช้เพียงตัวนำไฟฟ้าแรงสูงเพียงสายเดียวต่อเข้ากับพาวเวอร์กริด ในขณะที่กระแส AC ที่ไหลกลับมาจะใช้ทางพื้นดิน ระบบนี้ส่วนใหญ่จะใช้ในพื้นที่ชนบท ที่ซึ่ง กระแสไฟฟ้าในแผ่นดินขนาดใหญ่จะไม่เป็นอย่างอื่นที่ทำให้เกิดอันตราย
บางระบบส่งกำลังแรงดัน DC สูง (HVDC ) จะใช้พื้นดินเป็นตัวนำที่สอง นี้เป็นเรื่องธรรมดาโดยเฉพาะอย่างยิ่งในโครงการสายเคเบิลใต้น้ำ เพราะน้ำทะเลเป็นตัวนำที่ดี ขั้วดินที่ฝังใต้ดินจะถูกเชื่อมต่อกับพื้นดิน สถานที่ของขั้วดินเหล่านี้จะต้องถูกเลือกอย่างระมัดระวังเพื่อป้องกันการกัดกร่อนด้วยเคมีไฟฟ้าในโครงสร้างใต้ดิน
ความกังวลอย่างหนึ่งในการออกแบบสถานีไฟฟ้าคือการที่ศักย์ของดินมีค่าสูงขึ้น เมื่อกระแสผิดพลาดขนาดใหญ่มากรั่วลงไปในดิน บริเวณรอบจุดรั่วอาจมีศักย์สูงขึ้นเมื่อเทียบกับจุดที่ห่างออกไป นี้เกิดจากการนำกระแสที่จำกัดของชั้นของดินในโลก การไล่ระดับของแรงดันไฟฟ้า(แรงดันเปลี่ยนไปตามระยะทาง)อาจจะสูงมากจนทำให้จุดสองจุดบนพื้นดินอาจมีความต่างศักย์มากอย่างมีนัยสำคัญ ซึ่งจะสร้างอันตรายกับทุกคนที่ยืนอยู่บนพื้นดินในบริเวณนั้น ท่อ, ราง, หรือ สาย สื่อสารทั้งหลายที่เข้าสถานีย่อยอาจจะมีศักย์ของดินที่แตกต่างกันทั้งในและนอกสถานีย่อย ซึ่งสร้างแรงดันอันตรายเมื่อสัมผ้ส
อิเล็กทรอนิคส์
Signal ground ทำหน้าที่เป็นเส้นทางกลับของสัญญาณและกำลังไฟฟ้า (ที่แรงดันไฟฟ้าต่ำมากๆ ประมาณน้อยกว่า 50 V) ที่ทำงานภายในอุปกรณ์ และในการเชื่อมต่อสัญญาณระหว่างอุปกรณ์กับหลายๆอุปกรณ์ หรือ อุปกรณ์เดียว.การออกแบบอิเล็กทรอนิกส์จำนวนมากแสดงเส้นทางกลับเส้นเดียวที่ทำหน้าที่เป็นต้วอ้างอิงสำหรับสัญญาณทั้งหมด กราวด์ของกำลังไฟฟ้าและกราวด์ของสัญญาณมักจะเชื่อมต่อถึงกันผ่านทางกล่องโลหะที่ใส่อุปกรณ์
Ground ในวงจร เมื่อเทียบกับ earth
แรงดันไฟฟ้าเป็นปริมาณที่แตกต่างกัน การวัดแรงดันไฟฟ้าที่จุดใดๆ จุดอ้างอิงจะต้องถูกเลือกให้วัดเทียบกับจุดนั้น จุดอ้างอิงร่วมกันนี้เรียกว่า "กราวด์" และถือว่ามีแรงดันไฟฟ้าเป็นศูนย์ กราวด์สัญญาณนี้อาจจะไม่ได้เชื่อมต่อกับกราวด์ของไฟฟ้า ระบบที่ระบบกราวด์ไม่ได้เชื่อมต่อ กับวงจรอื่นหรือต่อเข้ากับดิน (แม้ว่าจะมีอาจจะยังคงมี AC coupling) มักจะถูกเรียกว่าเป็นระบบกราวด์ลอย
การแยกกราวด์สัญญาณต่ำออกจากกราวด์สัญญาณรบกวน
ในสถานีโทรทัศน์, สถานีบันทึกสตูดิโอ และสถานีอื่นๆที่คุณภาพเสียงเป็นสิ่งสำคัญ กราวด์สัญญาณพิเศษที่เรียกว่า"กราวด์ทางเทคนิค" (หรือ"technical earth", "special earth" และ "audio earth") มักจะถูกติดตั้งเพื่อป้องกันไม่ให้เกิดกราวด์ลูป โดยพื้นฐานแล้ว สิ่งนี้เป็นสิ่งเดียวกับ AC power ground แต่ไม่มีสายดินของเครื่องใช้ไฟฟ้าทั่วไปได้รับอนุญาตให้เชื่อมต่อเข้ากับมัน เพราะพวกมันอาจนำพาการรบกวนทางไฟฟ้ามาด้วย ตัวอย่างเช่นมีเพียงเครื่องเสียงเท่านั้นที่เชื่อมต่อกับ technical ground ในสตูดิโอบันทึก. ในกรณีส่วนใหญ่ ชั้นวาง อุปกรณ์โลหะของสตูดิโอทั้งหมดจะถูกเชื่อมเข้าด้วยกันด้วยสายทองแดงขนาดใหญ่ (หรือท่อ แบนหรือบัสบาร์ทองแดง ) และ technical ground ก็จะถูกเชื่อมต่อแบบเดียวกัน ต้องมีการดูแลอย่างดีว่าจะไม่มี chassis ground ของเครื่องใช้ไฟฟ้าทั่วไปจะถูกวางไว้บนชั้นวาง เพราะการเชื่อมต่อ AC ground กับ technical ground จะทำลายประสิทธิภาพของงานนี้ สำหรับการใช้งานที่มีความต้องการโดยเฉพาะ technical ground หลักอาจประกอบด้วยท่อทองแดงหนัก ในกรณีที่จำเป็นอาจติดตั้งโดยการเจาะผ่านพื้นคอนกรีตหลายๆชั้น เพื่อที่ว่า technical ground ทั้งหมดอาจจะถูกเชื่อมต่อกันด้วยเส้นทางที่สั้นที่สุดที่เป็นไปได้ไปยังแท่งดินอันหนึ่งอยู่ในห้องใต้ดิน
ระบบป้องกันฟ้าผ่า
ระบบป้องกันฟ้าผ่าได้รับการออกแบบเพื่อลดผลกระทบจากฟ้าผ่าผ่านการเชื่อมต่อไปยังระบบ สายดินที่ทำการเชื่อมต่อด้วยพื้นที่ผิวขนาดใหญ่กับแผ่นดิน พื้นที่ขนาดใหญ่มีความจำเป็นเพื่อการกระจายกระแสที่สูงของสายฟ้าฟาดโดยไม่ทำลายตัวนำของระบบจากความร้อนส่วนเกินมหาศาล เนื่องจากสายฟ้าฟาดเป็นพลังงานช่วงสั้นๆจำนวนมากที่มีหลายส่วนประกอบของความถี่สูงมาก ระบบกราวด์เพื่อป้องกันฟ้าผ่ามักจะใช้ตัวนำที่ตรงและสั้นเพื่อลดผลกระทบที่เหนี่ยวนำตัวเองและ skin effect
ระบบสายดิน
บทความหลัก: Earthing system
ในระบบการผลิตไฟฟ้า, ระบบสายดิน (ระบบกราวด์) จะกำหนดศักย์ไฟฟ้าของตัวนำเมื่อเทียบกับศักย์ของตัวนำที่พื้นผิวของโลก ทางเลือกของระบบสายดินจะมีผลกระทบต่อความปลอดภัยและ ความเข้ากันได้ทางแม่เหล็กไฟฟ้าของแหล่งจ่ายไฟ โปรดสังเกตว่ากฎระเบียบสำหรับระบบสายดินจะแตกต่างกันมากในแต่ละประเทศ
การต่อลงดินแบบฟังชั่นมีจุดมุ่งหมายอื่นนอกเหนือจากการให้การป้องกันไฟฟ้าช็อก ในทางตรงกันข้ามกับการต่อลงดินแบบป้องกัน การต่อลงดินแบบฟังชั่นอาจนำกระแสในระหว่างการดำเนินงานปกติของอุปกรณ์ หรือมันเป็นสิ่งจำเป็นสำหรับอุปกรณ์เช่นอุปกรณ์ป้องกันไฟกระชาก และตัวกรองบางชนิดที่เข้ากันได้กับแม่เหล็กไฟฟ้า, เสาอากาศและเครื่องมือวัดบางชนิด โดยทั่วไปแล้ว การต่อลงดินแบบป้องกันยังสามารถถูกใช้เป็นการต่อลงดินแบบฟังชั่นได้อีกด้วย ถึงแม้ว่าสิ่งนี้จะ ต้องมีการดูแลในบางสถานการณ์อย่างใกล้ชิด
การบอนดิ้ง
ถ้าจะพูดให้ชัด คำว่าการต่อกราวด์หรือการลงดินมีความหมายถึงการเชื่อมต่อไฟฟ้ากับกราวด์หรือพื้นดิน การบอนดิ้งคือการจงใจเชื่อมต่อทางฟฟ้ากับวัตถุที่เป็นโลหะทั้งหมดที่ไม่ได้ถูกออกแบบมาเพื่อให้กระแสไฟฟ้าไหลผ่าน วิธีนี้จะทำให้ทุกรายการของวัตถุดังกล่าวที่ถูกบอนดิ้งนั้นมีศักย์ไฟฟ้าเดียวกันเพื่อการป้องกันไฟฟ้าช็อต จากนั้นวัตถุที่ถูกบอนด์เข้าด้วยกันเหล่านั้นจะสามารถเชื่อมต่อกับพื้นดินเพื่อนำพวกมันให้มีศักย์ของโลก
แผ่นกราวด์(ดิน)
แผ่นกราวด์(ดิน)หรือแผ่นการกราวด์ (การลงดิน) เป็นแผ่นแบนยืดหยุ่นที่ใช้สำหรับการทำงานกับ อุปกรณ์ที่มีความไวต่อไฟฟ้าสถิต โดยทั่วไปทำจากพลาสติกนำไฟฟ้าหรือตาข่ายโลหะที่ปกคลุมพื้นผิวซึ่งจะต่อทางไฟฟ้าไปที่กราวด์ (ดิน) สิ่งนี้จะช่วยปลดปล่อยประจุไฟฟ้าที่ติดอยู่กับที่ซึ่งคนทำงานเป็นผู้สร้างขึ้น เช่นเดียวกับประจุคงที่ที่เกิดบนเครื่องมือหรือส่วนประกอบอื่นๆที่เปิดเผยกับประจุโดยผ่านทางแผ่นกราวด์นั้น แผ่นดังกล่าวเป็นที่นิยมใช้มากที่สุดในการซ่อมคอมพิวเตอร์ และยังพบบนรถบรรทุกน้ำมันเชื้อเพลิงและรถบรรทุกทั่วไป ซึ่งเป็นฉนวนจากกราวด์(ดิน) ที่พวกเขาทำ ได้มีเพียงการต่อทางกายภาพกับยางและอากาศเท่านั้น เห็นได้ชัดว่าการปล่อยประจุในระหว่างการดำเนินการถ่ายโอนน้ำมันเชื้อเพลิงจะเป็นสิ่งที่ไม่อยากให้เกิดขึ้น ในทำนองเดียวกันใน การเติมน้ำมันอากาศยาน สายกราวด์(ดิน)จะเชื่อมต่อเรือบรรทุก(รถบรรทุกหรือเครื่องบิน)เข้ากับยานที่ต้องการเติมเชื้อเพลิงเพื่อกำจัดความแตกต่างของประจุก่อนที่จะมีการเติมน้ำมันเชื้อเพลิง
ในสถานีไฟฟ้าย่อย แผ่นกราวด์(ดิน)เป็นตาข่ายของวัสดุนำไฟฟ้าที่ติดตั้งในสถานที่ที่ผู้ปฏิบัติงานจะยืนในการทำงานกับสวิทช์หรืออุปกรณ์อื่นๆ มันจะถูกบอนด์เข้ากับโครงสร้างโลหะในพื้นที่นั้น และเพื่อสนับสนุนการจัดการกับสวิตช์เกียร์เพื่อให้ผู้ปฏิบัติการจะไม่ได้สัมผัสกับความต่างศักย์ที่ สูงเนื่องจากความผิดพลาดในสถานีย่อย
การแยกออกจากกัน
การแยกออกเป็นกลไกที่จะเอาชนะการกราวด์ มันมักจะถูกใช้กับอุปกรณ์ผู้บริโภคที่ใช้พลังงานต่ำ และเมื่อวิศวกรอิเล็กทรอนิกส์หรือมือสมัครเล่นหรือช่างซ่อมกำลังทำงานกับวงจรที่ปกติจะ ทำงานโดยใช้แรงดันไฟฟ้า AC การแยกสามารถทำได้โดยเพียงแค่การวางหม้อแปลงไฟฟ้าที่มีอัตราส่วนของลวดระหว่างไฟ AC กับอุปกรณ์เป็น 1:1 แต่สามารถนำไปใช้กับชนิดของ หม้อแปลงไฟฟ้าที่ใช้ขดลวดสองขดขึ้นไปและเป็นฉนวนไฟฟ้าจากกันและกัน
สำหรับอุปกรณ์ที่ถูกแยกออก การสัมผัสตัวนำที่มีไฟเพียงเส้นเดียวจะไม่ก่อให้เกิดการช๊อกอย่างรุนแรง เนื่องจากไม่มีเส้นทางกลับไปที่ตัวนำอีกเส้นหนึ่งผ่านทางสายกราด์ อย่างไรก็ตามการช็อกและการถูกไฟฟ้าดูดอาจจะยังคงเกิดขึ้นได้ถ้าทั้งสองขั้วของหม้อแปลงไฟฟ้ามีการสัมผัสกับ ผิวหนังเปลือย ก่อนหน้านี้มีข้อแนะนำให้ช่างซ่อม "ทำงานด้วยมือข้างหนึ่งไว้ข้างหลัง" เพื่อหลีกเลี่ยงการสัมผัสสองส่วนของอุปกรณ์ภายใต้การทดสอบในเวลาเดียวกัน ซึ่งเป็นการป้องกันวงจรจากการข้ามผ่านหน้าอกและขัดจังหวะการเต้นของหัวใจ/ก่อให้เกิดภาวะหัวใจหยุดเต้น
โดยทั่วไปทุกหม้อแปลงไฟ AC ทำหน้าที่เป็นหม้อแปลงแยกและทุกขดลวดสเต๊ปอัพและสเต๊ปดาวน์มีศักยภาพที่จะทำตัวเป็นวงจรแยก อย่างไรก็ตาม การแยกนี้จะป้องกันไม่ให้อุปกรณ์ที่เสีย ไม่ให้ฟิวส์ขาดเมื่ออุปกรณ์นี้ถูก shorted เข้ากับสายกราวด์ การแยกที่สร้างขึ้นโดยแต่ละหม้อแปลงจะไม่เป็นผลถ้ามีขาข้างหนึ่งของหม้อแปลงลงกราวด์เสมอทั้งสองด้านของขดลวด input และ output ของหม้อแปลง สายไฟเมนส์มักจะกราวด์ที่สายเฉพาะเจาะจง สายใดสายหนึ่งที่ทุกเสาไฟฟ้า เพื่อให้แน่ใจว่า การทำให้เกิดการเท่าเทียมกันของกระแสไฟฟ้าจากเสาหนึ่งไปยังอีกเสาหนึ่งถ้ามีการช็อดกับกราวด์เกิดขึ้น
ในอดีตที่ผ่านมา เครื่องใช้ที่มีกราวด์จะถูกออกแบบให้มีการแยกภายในในระดับที่ยอมให้ทำการปลดการเชื่อมต่อกับกราวด์ได้อย่างง่ายๆโดยปลั๊กแบบสิบแปดมงกุฎโดยไม่มีปัญหาที่ชัดเจน(เป็นการปฏิบัติที่เป็นอันตรายอย่างหนึ่ง เนื่องจากความปลอดภัยของอุปกรณ์ที่ลอยจะขึ้นอยู่กับฉนวนในหม้อแปลงไฟฟ้าของมันเอง) อย่างไรก็ตาม เครื่องใช้ไฟฟ้าที่ทันสมัยมักจะมี โมดูลพลังงานที่ได้รับการออกแบบเจตนาให้มี capacitive coupling ระหว่างสายไฟ AC และแท่นเครื่อง เพื่อลดการรบกวนทางแม่เหล็กไฟฟ้า สิ่งนี้ส่งผลให้เกิดการรั่วไหลอย่างมีนัยสำคัญ จากสายไฟไปที่กราวด์ ถ้ากราวด์ถูกตัดการเชื่อมต่อโดยปลั๊กสิบแปดมงกุฎหรือโดยอุบัติเหตุ ผลที่เกิดจากการรั่วไหลของกระแสสามารถทำให้เกิดการช็อกที่ไม่รุนแรง ถึงแม้ว่าจะไม่มีความผิดปกติใดๆในอุปกรณ์. แม้แต่กระแสรั่วไหลขนาดเล็กก็จะมีความกังวลอย่างมีนัยสำคัญในการใช้งานทางการแพทย์ เพราะการขาดการเชื่อมต่อกับกราวด์อย่างอุบัติเหตุสามารถทำให้กระแสเหล่านี้ ไหลเข้าส่วนสำคัญของร่างกายมนุษย์ ผลก็คือแหล่งจ่ายไฟทางการแพทย์จะถูกออกแบบให้มี ค่าความจุไฟฟ้าที่ต่ำ เครื่องใช้ไฟฟ้าชั้นสองและอุปกรณ์ไฟฟ้า Class II (เช่นเครื่องชาร์จโทรศัพท์มือถือ) ไม่ได้มีการเชื่อมต่อใดๆกับกราวด์และได้รับการออกแบบให้แยกเอ้าท์พุทออกจากอินพุท ความปลอดภัยสามารถมั่นใจได้โดยการ double-insulation เพื่อที่ว่าความล้มเหลวของฉนวนพร้อมกันสองครั้งจึงจะทำให้เกิดการช็อก
ชนิดของระบบการกราวด์อุตสาหกรรม
ระบบการกราวด์อุตสาหกรรมแบ่งออกเป็น
- Solidly grounded systems.
- Low-resistance grounding systems.
- High-resistance grounding (HRG) systems.
Low-resistance grounding systems จะใช้ neutral grounding resistor (NGR) หนึ่งตัวเพื่อจำกัดกระแสผิดพลาดไว้ที่ 25 A หรือมากกว่า และจะมี time rating (ประมาณ 10 วินาที) ที่จะบอกว่าตัวต้านทานจะสามารถนำพากระแสผิดพลาดได้นานเท่าไรก่อนที่จะร้อนจัด รีเลย์ที่ใช้ป้องกันความผิดพลาดของกราวด์ต้องไปทริบเซอร์กิตเบรกเกอร์เพื่อป้องกันวงจรก่อนการ้อนจัดจะเกิดขึ้น
High-resistance grounding (HRG) systems จะใช้ NGR หนึ่งตัวเพื่อจำกัดกระแสผิดพลาดไว้ที่ 25 A หรือน้อยกว่า ระบบนี้มีอัตราใช้งานที่ต่อเนื่องและถูกออกแบบให้ทำงานที่ความผิดพลาดของกราวด์ครั้งเดียว ซึ่งหมายความว่าระบบจะไม่ทริบโดยทันที่ที่เกิดความผิดพลาดของกราวด์เป็นครั้งแรก ถ้าความผิดพลาดเกิดเป็นครั้งที่สอง รีเลย์ที่ใช้ป้องกันความผิดพลาดของกราวด์ต้องไปทริบเซอร์กิตเบรกเกอร์เพื่อป้องกันวงจร. sensing resistor ต้วหนึ่งจะถูกใช้เพื่อเฝ้าดูการต่อเชื่อมระบบอย่างต่อเนื่อง ถ้าตรวจพบการ open-circuit (เช่น เนื่องจากรอยเชื่อมแตกหักบน NGR) อุปกรณ์ที่เฝ้าดูจะส่งแรงดันไฟฟ้าผ่านทาง sensing resistor และทริบเบรกเกอร์ ถ้าไม่มี sensing resistor ระบบสามารถทำงานต่อไปได้โดยไม่มีการป้องกันกราวด์ (เนื่องจากสภาวะ open circuit จะบดบังความผิดพลาดของกราวด์) และสภาวะแรงดันเกินชั่วคราวสามารถเกิดขึ้นได้
อ้างอิง
- The Electromagnetic Telegraph
- Casson, Herbert N., The History of the Telephone, public domain copy at manybooks.net: '"At last," said the delighted manager [J. J. Carty, Boston, Mass.], "we have a perfectly quiet line."'
- Jensen Transformers. Bill Whitlock, 2005. Understanding, Finding, & Eliminating Ground Loops In Audio & Video Systems. Retrieved February 18, 2010.
- Swallow D 2011, Live Audio, The Art of Mixing, Chap 4. Power and Electricity, pp. 35-39
- IEEE Std 1100-1992, IEEE Recommended Practice for Powering and Grounding Sensitive Electronic Equipment, Chapter 2: Definitions
- http://news.cnet.com/8301-17938_105-9852716-1.html
- (PDF). คลังข้อมูลเก่า เก็บจาก แหล่งเดิม (PDF) เมื่อ 2015-05-01. สืบค้นเมื่อ 2014-02-18.
- Beltz, R. ; Cutler-Hammer, Atlanta, GA, USA ; Peacock, I. ; Vilcheck, W. (2000). "Application Considerations for High Resistance Ground Retrofits in Pulp and Paper Mills." Pulp and Paper Industry Technical Conference, 2000.