ความรู้เชิงเทคนิค

การหาไมท์ตี้มิลลิวัตต์

ก้าวต่อไปของเทคโนโลยี

บทคัดย่อ : มิลลิวัตต์สามารถเปลี่ยนไปเป็น “ไมท์ตี้วัตต์” เมื่อความต้านทานเพิ่มมากขึ้นโดยเฉพาะเมื่อเกิดปัญหาในการเชื่อมต่อหรือข้อต่อบัสหลวม หากตรวจไม่พบค่าไมท์ตี้วัตต์และปล่อยให้ค่าสูงขึ้น จะสามารถกลายมาเป็นพลังงานเมกะวัตต์ซึ่งก่อให้เกิดความผิดพลาดอย่างร้ายแรง การยกกำลังจากมิลลิวัตต์สู่เมกะวัตต์จะเสร็จสมบูรณ์ภายในไม่กี่วินาที แต่ Milliwatt energy signature อาจจะแตกต่างไปกว่าสถานการณ์นี้เพราะค่าอยู่ในระดับต่ำเกินกว่าจะถูกตรวจจับด้วยมาตรวัดทั่วไป ทางเดียวที่จะตรวจจับไมท์ตี้วัตต์ได้คือเมื่ออุณหภูมิความร้อนที่ข้อต่อหรือการเชื่อมต่อสูงขึ้นซึ่งสามารถตรวจจับโดยการใช้ประโยชน์จากความไวและความจำเพาะและความเชื่อมั่น (sufficient sensitivity & reliability) ของเซ็นเซอร์อินฟราเรดที่ไม่สัมผัสหน้า

การตรวจสภาพด้วยภาพความร้อนจะดำเนินการเพียง 1 หรือ 2 ครั้งต่อปี ซึ่งเป็นสิ่งที่ต้องพึ่งโชคอย่างมากและมีเงื่อนไขข้อกำหนดที่หลากหลาย ดังนั้นการซ่อมบำรุงทุกๆ 1 > 3 ปี ยังเป็นสิ่งจำเป็น สำหรับองค์กรที่ได้รับความเสียหายจากการดาวน์ไทม์สูง (เช่น Datacentres), เทคโนโลยีอินฟราเรดรุ่นใหม่สามารถตรวจจับความร้อนของอุปกรณ์ที่สำคัญได้อย่างต่อเนื่องตลอด 24 ชั่วโมง 7 วัน และยังสามารถติดตั้งได้ภายในแผงเพื่อเป็นการลดค่าใช้จ่ายไปด้วย อีกทั้งระบบที่ได้รับการพัฒนานี้สามารถใช้ได้กับระบบจัดการอาคาร (BMS) และระบบสกาด้า (SCADA), เว็ปไซต์ ซึ่งให้ข้อมูลแบบเรียลไทม์

เครื่องมือในการตรวจหาที่ดีที่สุดคือเทคโนโลยีที่วัดหาค่าความร้อนและเป็นแบบหน้าไม่สัมผัส เครื่องมือดังกล่าวได้รับการยอมรับอย่างสากลในการตรวจจับความผิดพลาดของอุปกรณ์ไฟฟ้า

การตรวจพบดังกล่าวสำคัญมากต่อองค์กรที่ได้รับความเสียหายไปกับการดาวน์ไทม์ เช่น องค์กรเกี่ยวกับการให้บริการด้านการเงิน, การสื่อสารโทรคมนาคม, ดาต้าเซ็นเตอร์ (Data Center), โรงงานผลิตที่มีสเกลการผลิตขนาดใหญ่,งานสื่อสาร, ขนส่ง และระบบคมนาคมในเมือง อุตสาหกรรมที่หลากหลายนี้ล้วนมีตัวหารร่วม (Denominator) เดียวกันคือ “พลังงาน” แล้วไมท์ตี้มิลลิวัตต์คืออะไร และสอดคล้องอย่างไรกับสถานการณ์ที่อธิบายข้างต้น? การสูญเสียพลังงานเพียงน้อยนิดสามารถเปลี่ยนอุปกรณ์ที่มีพลังงานไฟฟ้าสูงไปเป็นความร้อนโดยมักจะร้อนที่ข้อต่อหรือจุดเชื่อมต่อและทำให้อุณหภูมิสูงขึ้นเหนืออุณหภูมิโดยรอบ 0.0001 วัตต์ที่เกิดจากการสูญเสียพลังงานของค่าความต้านทานของวงจรเป็นตัวแทนของยกกำลังตั้งแต่กิโลวัตต์ถึงเมกะวัตต์ซึ่งมีค่าน้อยกว่า 0.0001 ของพลังงานที่ส่งผ่าน

1. Calculation

ภาพตัวอย่างที่ 1 แสดงให้เห็นว่าค่ามิลลิวัตต์เกิดจากการเชื่อมต่อต่อ 1 ตารางนิ้วและ 1 องศาฟาเรนไฮซึ่งร้อนกว่าอุณหภูมิโดยรอบ เห็นได้ชัดเลยว่าค่าพลังงานมีแค่ 2 มิลลิวัตต์ มิลลิวัตต์เกิดจากความร้อนที่เพิ่มขึ้นจากการเชื่อมต่อหลวม

ภาพตัวอย่างที่ 2 แสดงการคำนวณสำหรับสายเคเบิลกระแสไฟ 100 แอมป์

ตรวจโดยระบบมาตรวัดทั่วไปไม่พบ

อย่างไรก็ตาม “ไมท์ตี้มิลลิวัตต์” จะถูกกล่าวถึงเมื่อกระแสไฟและความต้านทานเพิ่มขึ้น เช่น หากการเชื่อมต่อหลวม ความต้านทานจะเพิ่มขึ้นถึง 1 ? จากนั้น...

เมื่อการสูญเสียพลังความต้านทานเพิ่มมากขึ้นเกินขีดจำกัดอุณหภูมิส่งผลให้เกิดความต้านที่เพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วและไม่สามารถยับยั้งได้ ซึ่งก่อให้เกิด Positive Feedback ที่สามารถคำนวณระดับยกกำลังของพลังงานได้ ดูภาพตัวอย่างที่ 3

2. Evolution

พลังงานที่สูญเสียให้แก่ความต้านทานที่รัศมี 50 % และอีก 50 % โดยสภาพแวดล้อมภายนอกของการเชื่อมต่อ อย่างไรก็ตามรัศมีของอุปกรณ์สามารถตรวจจับได้เมื่ออุณภูมิเพิ่มขึ้นเหนืออุณหภูมิโดยรอบโดยอิงทฤษฎีความไวและความจำเพาะและความเชื่อมั่น (Sufficient Sensitivity & reliability) อุณหภูมิที่เพิ่มมากขึ้นมีนัยสำคัญมากต่อกระแสโหลด เมื่อกระแสโหลดเปลี่ยนโดยปัจจัยข้อที่ 3

การเกิดดาวน์ไทม์ที่เพิ่มขึ้นทำให้องค์กรณ์จำเป็นต้องใช้การตรวจจับความร้อนอย่างต่อเนื่องซึ่งลดความเสี่ยงที่จะเกิดความผิดพลาดทางระบบไฟฟ้าได้ ด้วยเทรนข้อมูลจากกราฟและระยะการบำรุงรักษาที่ขยายไปด้วยความมั่นใจ ช่วยประหยัดค่าใช้จ่ายการดาวน์ไทม์ หากเราเริ่มด้วยกระดาษเปล่าเพื่อเขียนข้อกำหนดของการตรวจจับความร้อนอย่างต่อเนื่องสามารถสรุปได้ดังนี้

ดังนั้นเราจึงได้กำหนดให้ไมท์ตี้มิลลิวัตต์เป็นขั้นแรกในการเฝ้าระวัง ซึ่งหากปล่อยให้ค่าไมท์ตี้มิลลิวัตต์เพิ่มมากขึ้นจะส่งผลให้เกิดความผิดพลาดร้ายแรงและค่าไมท์ตี้มิลลิวัตต์สามารถตรวจพบได้เพียงการใช้เครื่องวัดความร้อนอินฟราเรดแบบหน้าไม่สัมผัส (การตรวจสอบเป็นระยะอาจตรวจเจอปัญหาแต่ค่อนข้างพึ่งดวงและความหลากหลายของ site specific) มาดูวิธีของ "ก้าวต่อไปของเทคโนโลยี" กันดีกว่าว่าเกี่ยวข้องกันอย่างไร

ใช้เครื่องตรวจจับเป็นระยะแบบไม่มีสวิตซ์ช่วยให้เครื่องมือช่างวัดอุณหภูมิในแผงอุปกรณ์และบอกได้ว่าอุปกรณ์ผิดปกติหรือไม่ บ่อยครั้งวิธีนี้ก็ใช้ได้ แต่เห็นได้ชัดว่าวิธีนี้ไม่ได้รับการยอมรับสำหรับอุปกรณ์ระดับ Mission Critical ในสภาพแวดล้อมที่ได้รับความเสียหายจากการดาวน์ไทม์สูง

การนำเทคโนโลยีการถ่ายภาพความร้อนอินฟราเรดเป็นระยะมาใช้ทำให้อุปกรณ์ตรวจสอบแบบไม่มีการปิดสวิตซ์ดำเนินการตามวัตถุประสงค์มากขึ้นแต่ในขณะเดียวกันประสิทธิภาพการตรวจสอบยังคงขึ้นอยู่กับทักษะและประสบการณ์ของผู้ปฏิบัติงานซึ่งแสดงให้เห็นถึงความสำคัญของการก้าวหน้าทางเทคโนโลยีต่อไป แต่ทว่าวิธีนี้ยังไม่สามารถแก้ไขประเด็นที่สำคัญได้ นั่นก็เพราะการตรวจแบบเป็นระยะจะตรวจเพียง 1 หรือ 2 วัน จาก 365 วัน ซึ่งเป็นการพึ่งดวงอย่างมาก เนื่องจากวิธีนี้จะพัฒนาเฉพาะจุดที่ตรวจไม่ใช่จุดที่เกิดการผิดพลาด ปัญหาดังกล่าวเกิดเพราะเป็นการตรวจสอบด้านนอก Enclosure หรือการตรวจสอบภายนอกพื้นผิวของแผง แทนที่จะตรวจที่ตัวอุปกรณ์ภายในแผง โดยตรงเพราะฉะนั้นจึงต้องการความเกี่ยวเนื่องกันระหว่างอุณหภูมิของอุปกรณ์ภายในและภายนอกซึ่งอาจแตกต่างกันอย่างมีนัยสำคัญตามแต่ความต่างทางอุณหภูมิ) และอุปกรณ์

3. Evolution cont...

การนำเทอร์โมวินโดวส์ (thermal windows) มาใช้มีแบบหน้าจอ (Mesh/screen) และแบบกระจก (Crystal) ในขณะที่การส่งผ่านอินฟราเรดที่รับการพัฒนานี้ตาข่ายจะกระจายความร้อน – ให้นึกถึงหลักการของFire guard.อินฟราเรดระบุเพียงพื้นที่ของปัญหามากกว่าเจาะจงตำแหน่งปัญหา

เทอร์โมวินโดวส์แบบกระจกแตกต่างออกไป,แต่จะตัดการส่งสัญญาณประมาณ 30-70% ถ้าจำเป็นต้องเลือกแบบกระจกจะดีกว่าเพราะเป็นวัสดุที่ละเอียดกว่า

แต่ถึงอย่างนั้นเทอร์โมวินโดวส์ทั้งสองแบบต้องใช้สายตรงไปยังเป้าหมาย จึงเป็นการเพิ่มค่าใช้จ่ายอย่างมีนัยสำคัญ และยังคงเป็นการตรวจสอบแบบเป็นระยะมากกว่าตรวจสอบแบบต่อเนื่อง

บทสรุปก็คือการตรวจด้วยภาพความร้อนเป็นระยะเป็นความก้าวหน้าครั้งสำคัญที่ให้ผลอย่างตรงไปตรงมามากกว่า, บันทึกข้อมูลเก็บไว้ได้, ตรวจสอบแบบไม่ต้องปิดสวิตซ์ และ เทอร์โมวินโดวส์มอบก้าวต่อไปของเทคโนโลยีที่ทำให้การตรวจสอบแม่นยำมากยิ่งขึ้น

เทอร์โมวินโดวส์ทั้งสองแบบยังคงเป็นแบบเชิงป้องกัน เช่น ตรวจสอบ ณ เวลานั้น ไม่ได้เป็นเชิงคาดการณ์ เช่น การตรวจสอบแบบต่อเนื่องช่วยให้การวิเคราะห์และการแจ้งเตือนง่ายขึ้นที่จะการคาดการณ์ความผิดพลาดได้ก่อนล่วงหน้า แล้วเครื่องตรวจความร้อนแบบต่อเนื่องจำเป็นจริงๆหรือ? หากดูที่ค่าใช้จ่ายที่เสียไปกับการดาวน์ไทม์ องค์กรตั้งใจที่จะหลีกเลี่ยงความล้มเหลวทางระบบไฟฟ้า เราสามารถเห็นได้ว่าการตรวจสอบอื่นๆประกอบไปด้วย:

• โอเวอร์สเปคจากการออกแบบโหลด (พบบ่อยเกิน 50%)
• การทำงานซ้ำซ้อน
• มี UPS มากกว่า 1
• การตรวจจับความร้อน/การดับเพลงอัตโนมัติ

แม้อุปกรณ์ทั้งหมดนี้อยู่ภายใต้การดูแลโดยระบบ Safe Guards เป็นเรื่องปกติที่องค์กรยังคงตรวจจับความร้อนแบบเป็นระยะ 1 ถึง 2 ครั้งต่อปี เห็นได้ชัดว่าความเสี่ยงลดลงโดยการใช้การตรวจจับความร้อนแบบต่อเนื่องกับอุปกรณ์ที่อยู่ในระดับ Mission Critical

การนำเทอร์โมคัปเปิลชนิดอินฟราเรดมาใช้ (IRt / cTM) คุณสมบัติที่สำคัญที่สุดของอุปกรณ์นี้คือขับเคลื่อนด้วยตัวเอง อุปกรณ์ IR อื่น ๆ ต้องจ่ายพลังงานไปยังเซ็นเซอร์ เนื่องจากระดับสัญญาณมีขนาดเล็กมาก (ไมโครโวลต์) อุปกรณ์ IR จึงจำเป็นต้องใช้ Amplifier เพื่อหลีกเลี่ยงไม่ให้ระดับสัญญาณขนาดเล็กถูกใช้พลังงานมากเกินไป

ตัวขยายสัญญาณ (Amplifier) อาจทำให้เกิด Electrical drift เพราะฉะนั้นการคาลิเบท (Calibrate)จะต้องได้รับการตรวจสอบเป็นประจำ สิ่งนี้มีความสำคัญอย่างยิ่งสำหรับองค์กรที่มีระบบมาตรฐานคุณภาพ ISO เทอร์โมคัปเปิลชนิดอินฟราเรดขับเคลื่อนด้วยตัวเอง (เช่นเดียวกับเทอร์โมคัปเปิลมาตรฐาน) ดังนั้นจึงไม่ต้องใช้เครื่องขยายสัญญาณและไม่ต้องคาลิเบทตลอดอายุการใช้งาน เซ็นเซอร์อินฟราเรดเทอร์โมคัปเปิลเป็นอุปกรณ์ขนาดเล็ก แบบพลาสติก ต้นทุนต่ำ เชื่อถือได้ และไม่สัมผัสหน้า ซึ่งวัดการเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิโดยรอบและได้รับการรับรองมาตรฐานยุโรป (UL)

นอกจากนี้ยังมีเซ็นเซอร์พลาสติกขนาดเล็กที่ออกแบบมาเพื่อวัดความเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิโดยรอบ ซึ่งเซ็นเซอร์นี้สามารถใช้ในกรณีที่มีข้อต่อสายเคเบิลซึ่งต่างจากบัสบาร์ทองแดง ดังนั้นจึงไม่ต้องใช้แบบไม่สัมผัสหน้า การเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิซึ่งเป็นผลมาจากความต้านทานที่เพิ่มขึ้นจากการเชื่อมต่อที่มีปัญหา จะนำความร้อนจากเคเบิลไปยังเซ็นเซอร์ซึ่งโดยปกติจะตรวจพบความร้อนภายในระยะไม่กี่นิ้วบริเวณข้อต่อ/การเชื่อมต่อ

ระบบ DAC สามารถรับอินพุตแบบผสม (เคเบิล IRt / c ) ได้ 8 ช่องและติดตั้งราง DIN ไว้ใน Encloser สำรองที่มีอยู่ภายในแผงควบคุมหรือภายนอกตัว Encloser วิธีนี้ช่วยแก้ปัญหาการติดตั้งสายเคเบิลที่ขนาดใหญ่เกินไปภายในแผงควบคุมและให้ประโยชน์สำหรับการทำเครื่องหมายให้กับสายเคเบิลที่ถูกต้องชัดเจน ระบบ DAC ต่อ 1 แผงเชื่อมโยงผ่านสายข้อมูล 485 (โดยทั่วไปจะใช้สาย CAT 5 ที่หุ้มฉนวนคุณภาพดี)

4.Solution

มีทางเลือกมากมายสำหรับซอร์ฟแวร์/การอินทิเกรท

Option 1 : เชื่อมต่อการ์คข้อมูล (Data cards) ทั้งหมดในระบบและเชื่อมต่อกลับไปยัง โฮสคอมพิวเตอร์ (Host Computer) โดยใช้ซอฟต์แวร์กรรมสิทธิ์

Option 2 : เหมือนทางเลือกที่ 1 เพียงเพิ่ม Alarm relay เพื่อใช้งานกับระบบการจัดการอาคาร (BMS)

Option 3 : ใช้ Protocol Conversion Hardware (อุปกรณ์แปลงระบบการรับ-ส่งข้อมูลของอุปกรณ์ต่างชนิดกัน) กับHost Computer จะทำให้ระบบสามารถทำงานร่วมกับระบบจัดการอาคาร(BMS)/ระบบสกาด้า (SCADA)ได้มากถึง 400 ระบบ

Option 4 : ใช้ความสามารถของ DAC เพื่อเตรียมโปรโตคอลเอาต์พุตใน Modbus Probus, BACnet, Devicenet, Ethernet ให้สามารถเชื่อมต่อแผงควบคุมแต่ละแผงกับสายเคเบิลบัสระบบโฮสต์โดยตรงและรวมเข้ากับระบบโฮสต์ในภายหลัง

เทคโนโลยีตรวจสอบความร้อนแบบต่อเนื่องนี้สามารถออกแบบให้เหมาะกับการติดตั้งใหม่หรือการติดตั้งแบบเก่าเมื่อเกิดการปิดระบบในกรณีที่ไม่สามารถปิดระบบทั้งหมดได้เช่นในดาต้าร์เซ็นเตอร์หรือการผลิตขนาดใหญ่ระบบจะเข้ากันได้ดีกับระบบการทำงานบางส่วน ในการเลือกสิ่งที่จะตรวจสอบบางทีคำถามแรกที่ถามคืออะไรคือภาพความร้อนเป็นระยะนั่นคือสิ่งที่นำไปสู่คำถามว่าแล้วอะไรควรได้รับการตรวจสอบแบบต่อเนื่อง ก็คงจะเป็นในส่วนของข้อต่อหรือการเชื่อมต่อต่างๆในอุปกรณ์ไฟฟ้าที่สำคัญ

1. สามารถขยายอายุการใช้งานถึงประมาณ 20 % สำหรับสินทรัพย์หลักตาม Data Trends

2. ขยายการบำรุงรักษาแบบเดิมออกไปประมาณ 2 ถึง 3 ปีจึงช่วยประหยัดค่าใช้จ่ายจากการดาวน์ไทม์ซึ่งเปรียบเสมือนสามารถบริหารจัดการเงินไปเองในระยะเวลาอันสั้น

3. ในกรณีที่การถอดแผงการถ่ายภาพออกจะเป็นการลดความเสี่ยงด้านความปลอดภัยของบุคลากร

4. ค่าใช้จ่ายการติดตั้งเครื่องตรวจสอบคิดเป็นเปอร์เซ็นต์ของค่าใช้จ่ายด้านการทำงานโดยทั่วไปจะอยู่ที่ 1-2% ซึ่งสามารถหักลบออกขึ้นอยู่กับอายุการใช้งานของอุปกรณ์

เทคโนโลยีอินฟราเรดรุ่นใหม่นี้ช่วยให้สามารถตรวจสอบความร้อนได้อย่างต่อเนื่องตลอด 24 ชั่วโมง 7 วันสำหรับอุปกรณ์ที่มีความสำคัญและยังสามารถติดตั้งภายใน Enclosure ทำให้สามารถคาดการณ์ความผิดพลาดล่วงหน้าได้

อ้างอิงข้อมูลจาก : Pompi F. PhD (President Exergen Corp), Kennedy R. (C.E.O. QHi Group Ltd), (2006), Hunting The Mighty Milliwatt : The next Technology Step, EXERTHERM 24X7 Themal Monitoring, 7x24 Exchange National Conference Orlands, Florida, Available on PDF

อ้างอิงรูปภาพจาก : Available on PDF