SURGE PROTECTION SYSTEM

ระบบป้องกันไฟกระโชกจากภายในอาคาร

SURGE (เสิร์จ) หมายถึง ลักษณะการเปลี่ยนแปลงทางไฟฟ้าแบบชั่วคราว มีผลทำให้คุณภาพไฟฟ้าของระบบ เช่น ขนาดของแรงดันไฟฟ้า กระแสไฟฟ้า หรือความถี่ทางไฟฟ้า เกิดความเปลี่ยนแปลงแบบเฉียบพลันในระบบแรงดัน เสิร์จที่เกิดขึ้นจะมีพลังงานสูงมากพอที่จะทำความเสียหายแก่อุปกรณ์เครื่องใช้ไฟฟ้า โดยเฉพาะอุปกรณ์ Electronics ที่มีความไวต่อการเปลี่ยนแปลงของแรงดันเกินและมีความคงทนต่ำ จึงทำให้เกิดความเสียหายและผิดพลาดได้ง่าย โดยสาเหตุของการเกิดเสิร์จมีได้หลายสาเหตุ เช่น ปรากฏการฟ้าผ่า ความผิดปกติของแหล่งจ่ายไฟฟ้า หรือการปิด-เปิดสวิตช์อุปกรณ์ไฟฟ้าที่มีมอเตอร์ใช้พลังงานไฟฟ้ามาก การรับประกันอุปกรณ์ Surge ปกติไม่มีการรัประกัน เนื่องจากตัวอุปกรณ์จะมีอายุการใช้ตามสภาพหน้างาน หากมีไฟกระโชกแรงและบ่อย อาจทำให้อุปกรณ์เสื่อมสภาพเร็วทั้งนี้เราสามารถใช้การออกแบบที่ถูกต้องเพื่อยืดอายุการใช้งานของ Surge ได้ และควรตรวจสอบอุปกรณ์อย่างสม่ำเสมอ

Transient (แรงดันสูงชั่วขณะ) และ Surge (ไฟเกิน) เป็นสภาวะที่แรงดันไฟฟ้าและกระแสไฟฟ้าสูงขึ้นในระยะเวลาสั้นๆ ซึ่งเกิดขึ้นในวงจรไฟฟ้า โดยมีค่าแรงดันไฟฟ้าสูงกว่า 2,000 โวลต์และกระแสไฟฟ้าสูงกว่า 100 แอมแปร์ เกิดขึ้นในระยะเวลาประมาณ 1-10 ไมโครวินาที Transient และ Surge จัดว่าเป็นปัญหาทางไฟฟ้าที่มักเกิดขึ้นอยู่เสมอ และผลกระทบจากปัญหาทางไฟฟ้าเหล่านี้สร้างความเสียหายได้อย่างมากมาย ไม่ว่าจะเป็น ทำให้อุปกรณ์ไฟฟ้าหรืออุปกรณ์อิเล็กทรอนิคส์ชำรุดเสียหาย, ระบบหยุดทำงาน, ทำให้สูญเสียข้อมูล, เวลา ตลอดจนโอกาสทางธุรกิจ เป็นต้น 

สาเหตุของการเกิด Transient และ Surge มีได้หลายสาเหตุ เช่น

• ปรากฏการณ์ธรรมชาติ เช่น ฝนตกฟ้าคะนอง, พายุ, ฟ้าผ่า และแผ่นดินไหว ฯลฯ
• เกิดความผิดปกติของระบบจ่ายพลังงานไฟฟ้า
• การเปิด-ปิดสวิตช์อุปกรณ์ไฟฟ้าที่มีมอเตอร์ใช้พลังงานไฟฟ้ามาก
• ความต้องการพลังงานไฟฟ้าที่มากเกิน
• สัญญาณรบกวนทางไฟฟ้า
  ฯลฯ

ไม่ว่าจะเป็นคำว่า Surge Protection Device (SPD), Surge Suppression Equipment (SSE) หรือ Transient Voltage Surge Suppressor (TVSS) จะหมายถึงอุปกรณ์ชนิดเดียวกันคือ Surge Protector หรือ "อุปกรณ์ป้องกันไฟกระชากแรงดันสูงชั่วขณะ" 
อุปกรณ์ป้องกันไฟกระชากแรงดันสูงชั่วขณะ เป็นอุปกรณ์ที่ช่วยลดแรงดันไฟฟ้าและกระแสไฟฟ้าที่สูงขึ้นอย่างรวดเร็วในช่วงเวลาสั้นๆ ได้ ซึ่งพลังงานที่สูงมากเช่นนี้สามารถสร้างความเสียหายต่ออุปกรณ์ไฟฟ้า, อุปกรณ์อิเล็กทรอนิคส์ และเครื่องมือ-เครื่องใช้ในการควบคุมการประมวลผล ฯลฯ

อุปกรณ์ป้องกันไฟกระชากแรงดันสูงชั่วขณะ มีหน้าที่หลักอยู่ 2 ประการ คือ

1. สร้างบริเวณหนึ่งให้มีความต้านทานต่ำ เพื่อให้แรงดันไฟฟ้าและกระแสไฟฟ้าที่สูงขึ้นกลับอยู่ในสภาวะปกติ ได้แก่ สายดิน
2. ทำการเหนี่ยวนำแรงดันไฟฟ้าและกระแสไฟฟ้าที่สูงเกินไปยังบริเวณที่สร้างขึ้น (สายดิน) เพื่อป้องกันความเสียหายที่สามารถเกิดขึ้นได้

การเข้ามาของแรงดันไฟฟ้าเกินในอาคาร

แรงดันไฟฟ้าเกินที่เข้ามาในอาคารที่เป็นสาเหตุทำให้อุปกรณ์เกิดการชำรุดนั้น ซึ่งเกิดขึ้นจากเหตุการณ์ฟ้าผ่า สามารถเข้ามาในอาคารได้ดังนี้

1. ทางตัวนำสายไฟฟ้า : ที่ใช้สำหรับจ่ายไฟฟ้าให้กับระบบงานคอมพิวเตอร์และสื่อสาร ซึ่งเป็นจุดสำคัญที่เสิร์จจะใช้เป็นทางผ่านเข้ามาในอาคารมากที่สุด โดยมีสาเหตุหลักจากเหตุการณ์ฟ้าผ่า การเกิดฟ้าผ่าอาจเกิดขึ้นโดยตรงหรือใกล้ระบบส่ง-จ่ายหรือจำหน่ายไฟฟ้า ผลทำให้เกิดเสิร์จขนาดใหญ่วิ่งตามสายตัวนำไฟฟ้าเพือ่หาจุดลงดิน หรือมีเหตุการณ์ฟ้าผ่าที่่ตำแหน่งล่อฟ้าใกล้กับตัวอาคาร ซึ่งด้วยผลของสนามไฟฟ้าที่เกิดขึ้นในบริเวณนั้น ทำให้เกิดการเหนี่ยวนำระหว่างกระแสฟ้าผ่ากับสายตัวนำไฟฟ้า ทำให้เกิดเสิร์จที่สายดังกล่าวขึ้นและผ่านเข้าสู่ภายในอาคาร เป็นผลทำให้อุปกรณ์ชำรุดเนื่องจากได้รับแรงดันไฟฟ้าเกินได้
2. ทางสายโทรศัพท์ : สายนำสัญญาณและสายสื่อสารข้อมูล เป็นอีกทางหนึ่งที่กระแสเสิร์จเข้ามาโดยเกิดจากการเหนี่ยวนำเข้ามาของกระแสเสิร์จจากเหตุการฟ้าผ่า เช่นเดียวกับสายตัวนำไฟฟ้าจากสนามแม่เหล็กที่เกิดจากฟ้าผ่าเข้าไปเหนี่ยวนำวงรอบ (Loop) ใดๆในอาคาร เช่น วงรอบระบบไฟฟ้าหรือระบบสื่อสาร เป็นผลทำให้เกิดแรงดันไฟฟ้าเกินในอาคาร
3. จากระบบการต่อลงดิน : ในกรณีระบบมีการต่อลงดินหลายจุด เมื่อมีเหตุการณ์ฟ้า่ผ่าและมีกระแสฟ้าผ่าไหลลงระบบรากสายดินจุดหนึ่ง อาจก่อให้เกิดศักย์ไฟฟ้าของจุดลงดินสูงกว่าอีกจุดหนึ่ง เป็นผลทำให้เกิดกระแสไหลวนขึ้นจากระบบดินจุดหนึ่งผ่านอุปกรณ์ต่างๆไปลงดินอีกจุดหนึ่ง เป็นผลทำให้อุปกรณ์ในระบบเกิดการเสียหายได้

มาตรฐานที่เกี่ยวข้อง

มาตรฐานที่เกี่ยวข้องสำหรับการป้องกันเสิร์จในอาคารที่ทั่วโลกนิยมใช้อ้างอิง คือมาตรฐาน IEC และ IEEE

มาตรฐาน IEC ที่เกี่ยวข้องคือ

• IEC 61024-1 : 1990-03 : Protection of structures against lightning part 1 : General principles
• IEC 61643-1 : 1998 : Protection against lightning electromagnetic impulse
• IEC 61000-4-5 : 1995-02 : Electromagnetic compatibility (EMC) Part 4 : Testing and measurement techniques, Section 5 : Surge immunity test
• IEC 60664-1 : 2000-04 : Insulation coordination for equipment within low voltage systems Part 1 : Principles, Requirement and Tests

 ย่านการป้องกันแรงดันเกินไฟฟ้าจากฟ้าผ่า

ตามมาตรฐาน IEC มีการแบ่งประเภทของอุปกรณ์ป้องกันเสิร์จ ตามลักษณะการทดสอบโดยจำลองคลื่นอิมพัลส์ในรูปกระแสและแรงดันแตกต่างกันออกไป ซึ่งมาตรฐาน IEC 62305-4 (DIN V VDE V 0185 Part 4) ได้กำหนดย่านการป้องกันแรงดันเกินไฟฟ้าจากฟ้าผ่าออกเป็นส่วนต่างๆภายในอาคาร และในแต่ละย่านการป้องกันจะมีการต่อประสานแต่ละย่านการป้องกันเพื่อการลดทอนของสนามแม่เหล็กไฟฟ้า (Electromagnetic field) และทำให้ศักย์ไฟฟ้าในแต่ละย่านการป้องกันเท่ากัน

ซึ่งการกำหนดย่านการป้องกันต่างๆจะเป็นประโยชน์ต่อการออกแบบและการเลือกใช้อุปกรณ์ป้องกันเสิร์จให้เหมาะสมกับขนาดของเสิร์จที่ผ่านเข้ามา การแบ่งโซนดังกล่าวมีรายละเอียดดังนี้ คือ

• LPZ 1 คือ โซนที่มีการ Switching ของอุปกรณ์ภายใน หรือจากการรับกระแสเสิร์จของการเหนี่ยวนำจากฟ้าผ่าเข้ามาตามสายตัวนำไฟฟ้าและสายสัญญาณต่างๆ และจากสนามแม่เหล็กไฟฟ้าเนื่องจากกระแสฟ้าผ่าที่เข้ามาเหนี่ยวนำวงรอบ ที่อยู่ในอาคาร เช่น วงรอบระหว่างระบบไฟฟ้าและระบบสื่อสาร ซึ่งสามารถลดทอนสนามแม่เหล็กดังกล่าวได้ด้วยวิธีการต่อประสาน (Bonding) และการกำบัง (Shielding) ภายในอาคาร
• LPZ 2 คือ โซนที่มีการลดกระแสและสนามแม่เหล็กไฟฟ้ามากกว่า 1 โซน
• LPZ 3 คือ โซนที่มีการลดกระแสและสนามแม่เหล็กไฟฟ้ามากกว่า 2 โซน โดยจะเป็นลักษณะการป้องกันเฉพาะอุปกรณ์

ชนิดของ Surge Protector
อุปกรณ์ป้องกันไฟกระชากแรงดันสูงชั่วขณะ แบ่งออกเป็น 2 ชนิดหลักๆ ดังนี้

1. Filter เป็นอุปกรณ์ป้องกันไฟกระชากแรงดันสูงชั่วขณะที่มีลักษณะเป็นตัวกีดขวาง คอยสกัดกั้นพลังงานไฟฟ้าที่มีความถี่สูง (มักจะเป็นสัญญาณรบกวน) ในขณะเดียวกันก็จะปล่อยให้พลังงานไฟฟ้าที่มีความถี่ต่ำไหลผ่านได้โดยสะดวก
2. Transients Diverters เป็นอุปกรณ์ป้องกันไฟกระชากแรงดันสูงชั่วขณะที่มีการสร้างแนวซึ่งมีความต้านทานต่ำสำหรับให้แรงดันไฟฟ้าที่สูงขึ้นชั่วขณะไหลไปตามแนวนั้นลงสู่สายดิน

หลักการทำงานทั่วไปของ Surge Protector
อุปกรณ์ป้องกันไฟกระชากแรงดันสูงชั่วขณะ ได้รับการออกแบบให้สามารถเหนี่ยวนำแรงดันไฟฟ้าที่สูงขึ้นในช่วงเวลาอันสั้นออกจากอุปกรณ์ไฟฟ้า โดยสร้างแนวที่มีความต้านทานต่ำเชื่อมต่อไปสู่ตำแหน่งของสายดิน เพื่อให้แรงดันที่สูงขึ้นชั่วขณะไหลไปตามแนวความต้านทานต่ำไปยังสายดิน

ส่วนประกอบของ Surge Protector
การใช้อุปกรณ์ป้องกันไฟกระชากแรงดันสูงชั่วขณะสำหรับแต่ละลักษณะการใช้งาน จะมีความแตกต่างกัน ดังนั้น ชิ้นส่วนที่ประกอบอยู่ภายในอุปกรณ์ก็จะแตกต่างกันด้วย แต่มีจุดมุ่งหมายเช่นเดียวกัน คือ เพื่อป้องกันแรงดันไฟฟ้าและกระแสไฟฟ้าที่สูงขึ้นในระยะเวลาอันรวดเร็วได้อย่างมีประสิทธิภาพ, เชื่อถือได้ และตอบสนองต่อพลังงานสูงได้อย่างรวดเร็ว ส่วนมากชิ้นส่วนที่ใช้เป็นส่วนประกอบของอุปกรณ์ฯ ที่พบ จะต้องมีหน้าที่ทำให้เกิดความต้านทานต่ำ เช่น MOV (Metal Oxide Varistor), Gas Discharge Tube (GDT) และ Silicon Avalanche Diode (SAD) ฯลฯ หรือรวมเอาชิ้นส่วนของอุปกรณ์เหล่านี้เข้าไว้ด้วยกัน

ชิ้นส่วนที่ใช้เป็นส่วนประกอบของอุปกรณ์แต่ละชนิด มีคุณสมบัติดังต่อไปนี้

• MOV (Metal Oxide Varistor) จะมีการตอบสนองต่อแรงดันไฟฟ้าและกระแสไฟฟ้าที่สูงขึ้นในช่วงเวลาสั้นได้เร็ว (ประมาณ 20 นาโนวินาที) แต่ถ้ารับกระแสไฟฟ้าสูง (100 A) เข้ามา จะทำให้อายุการใช้งานของอุปกรณ์ลดลง ภายใต้สภาวะปกติ MOV จะมีความต้านทานสูง แต่เมื่อมีการรับแรงดันไฟฟ้าสูงเข้ามา ความต้านทานของ MOV จะลดต่ำลงอย่างรวดเร็ว เพื่อสร้างแนวที่มีความต้านทานต่ำสำหรับให้แรงดันไฟฟ้าสูงไหลไปสู่สายดิน นอกจากนี้ MOV ยังมีความสามารถในการควบคุมแรงดันไฟฟ้าและกระแสไฟฟ้าอีกด้วย
• Gas Discharge Tube (GDT) มีความสามารถในการควบคุมแรงดันไฟฟ้าที่สูงมาก (20 kV) และกระแสไฟฟ้าที่สูงมาก (2500 A) แต่มีการตอบสนองต่อแรงดันไฟฟ้าและกระแสไฟฟ้าที่สูงขึ้นในช่วงเวลาสั้นได้ช้า
• Silicon Avalanche Diode (SAD) จะมีการตอบสนองต่อแรงดันไฟฟ้าและกระแสไฟฟ้าที่สูงขึ้นในช่วงเวลาสั้นได้เร็วมาก (ประมาณ 5 นาโนวินาที) และสามารถควบคุมกระแสไฟฟ้าในปริมาณมาก (1000 A) แต่มีความไวต่ออัตราการเพิ่มขึ้นของแรงดันไฟฟ้า (dv/dt) และสภาวะเกิดข้อผิดพลาดเมื่อแรงดันไฟฟ้าสูงสุด (Peak Voltage Failure Modes)
• นอกเหนือไปจากที่กล่าวมาแล้วข้างต้น ก็ได้มีการรวมเอาชิ้นส่วนของอุปกรณ์อื่นๆ เข้าไว้ด้วยกันในอุปกรณ์ป้องกันแรงดันสูงชั่วขณะ เช่น ตัวต้านทาน และตัวเก็บประจุ ฯลฯ

ประโยชน์ของ Surge Protector
อุปกรณ์ป้องกันไฟกระชากแรงดันสูงชั่วขณะ ช่วยแก้ไขปัญหาต่างๆ ที่สามารถเกิดขึ้นกับอุปกรณ์ไฟฟ้าและอุปกรณ์อิเล็กทรอนิคส์ โดยเฉพาะคอมพิวเตอร์ได้ เช่น

• ปรากฏการณ์ธรรมชาติ เช่น ฟ้าผ่า
• ปัญหาที่เกิดจากระบบจ่ายพลังงานไฟฟ้าจากการไฟฟ้า
• อุปกรณ์ไฟฟ้าที่มีการเหนี่ยวนำไฟฟ้า
• สัญญาณรบกวนทางไฟฟ้า

การติดตั้ง Surge Protector
อุปกรณ์ป้องกันไฟกระชากแรงดันสูงชั่วขณะ สามารถนำไปติดตั้งในจุดต่างๆ ได้ตามลักษณะการใช้งาน โดยจัดแบ่งออกเป็น 3 ลำดับชั้น (Category) ดังนี้

• Category A ติดตั้งอุปกรณ์ป้องกันไฟกระชากแรงดันสูงชั่วขณะใกล้กับชิ้นส่วนของอุปกรณ์ไฟฟ้าที่มีความไว ต่อคุณภาพไฟฟ้าที่ต้องการป้องกัน เพื่อป้องกันชิ้นส่วนนั้นๆ โดยเฉพาะ เช่น คอมพิวเตอร์, เครื่องชั่ง, เครื่องวัด, อุปกรณ์ควบคุมการประมวลผล และแหล่งจ่ายพลังงานไฟฟ้า DC ฯลฯ
• Category B ติดตั้งอุปกรณ์ป้องกันไฟกระชากแรงดันสูงชั่วขณะที่แผงวงจรควบคุมการจ่าย (Distribution panel board) และแผงสวิตช์ไฟฟ้า (Switchboard) การติดตั้งอุปกรณ์ฯ ที่จุดนี้จะช่วยป้องกันแรงดันไฟฟ้าสูงชั่วขณะจากภายนอก รวมถึงแรงดันไฟฟ้าที่มีการเปลี่ยนแปลงสภาวะตลอดเวลา โดยเฉพาะอย่างยิ่งหากเป็นอุปกรณ์ไฟฟ้าที่มีความไวต่อคุณภาพไฟฟ้าหรือรับพลังงานไฟฟ้าที่จ่ายจากสถานีไฟฟ้าย่อย
• Category C ติดตั้งอุปกรณ์ป้องกันไฟกระชากแรงดันสูงชั่วขณะที่หน่วยจ่ายพลังงานไฟฟ้าขาเข้า เพื่อเป็นการป้องกันความเสียหายที่เกิดจากความผิดปกติของพลังงานไฟฟ้า การติดตั้งอุปกรณ์ฯ ที่จุดนี้จะช่วยป้องกันกรณีเกิดฟ้าผ่าซึ่งเข้ามาภายในอาคารโดยผ่านทางสายไฟ
•  

SURGE DIAGRAM

การนำไปใช้งาน
อุปกรณ์ป้องกันไฟกระชากแรงดันสูงชั่วขณะ เหมาะสำหรับนำไปใช้ในทุกงานที่ใช้พลังงานไฟฟ้า (ทั้งที่เชื่อมต่อกับสายส่งหรือผลิตพลังงานไฟฟ้าใช้เองเฉพาะสถานที่นั้นๆ), สายโทรศัพท์ (เช่น โมเด็ม, แฟกซ์ และข้อมูล ฯลฯ), สายข้อมูลคอมพิวเตอร์และสายการสื่อสาร เป็นต้น การใช้งานเหล่านี้ล้วนต้องการอุปกรณ์ป้องกันไฟกระชากแรงดันสูงชั่วขณะที่มีประสิทธิภาพและมีความเชื่อถือได้ทั้งสิ้น เช่น

• ระบบคอมพิวเตอร์และอุปกรณ์ที่เชื่อมต่อ เช่น เครื่องพิมพ์, จอ, ลำโพง และโมเด็ม ฯลฯ
• PABX และอุปกรณ์สื่อสาร ฯลฯ
• เครื่องมือแพทย์, เครื่องมือและอุปกรณ์ภายในห้องผ่าตัด และอุปกรณ์วิทยาศาสตร์ ฯลฯ
• เครื่องชั่ง, เครื่องวัดและเครื่องมือทดสอบ ฯลฯ
• อุปกรณ์ไฟฟ้าทุกชนิด
• ระบบรักษาความปลอดภัย

อุปกรณ์ป้องกันเสิร์จ (SURGE PROTECTION DEVICE :SPD)

อุปกรณ์ป้องกันเสิร์จจะแบ่งเป็น 2 ประเภท ตามลักษณะการใช้งานทางด้าน Power และด้าน Communication และแบ่งตามย่านการติดตั้งใช้งานได้เป็น 2 ชนิด คือ

1. Lightning Current Arrester : คุณสมบัติมีความสามารถ Discharge กระแสฟ้าผ่าบางส่วนที่มีขนาดพลังงานมาก โดยที่ตัวมันเองหรืออุปกรณ์ป้องกันเสิร์จตัวอื่นๆไมไ่ด้รับความเสียหาย ตำแหน่งติดตั้งอยู่ระหว่างย่าน LPZOB กับ LPZO1 จะถูกทดสอบด้วยกระแสอิมพัลส์ 10/350 µs
2. Surge Arrester : คุณสมบัติเพื่อจำกัดแรงดันไฟฟ้าเกิน เพื่อไม่ให้เกินค่าที่จะทำความเสียหายกับอุปกรณ์ในอาคาร ตำแหน่งติดตั้งจะอยู่หลังย่าน LPZO1 ]งมา จะถูกทดสอบด้วยกระแสอิมพัลส์ 8/20 µs และแรงดันอิมพัลส์ 1.2/50 µs

อุปกรณ์ป้องกันเสิร์จทางสายตัวนำไฟฟ้าชนิดต่างๆ

1. AIR SPARK GAP : เป็นอุปกรณ์ป้องกันเสิร์จแบบ Lightning Current Arrest จะติดตั้งที่ตำแหน่งหน้าตู้เมนเซอร์กิตเบรกเกอร์ โดยคุณสมบัติการทำงานของอุปกรณ์เสิร์จดังกล่าวต้องมีความสามารถรับกระแสฟ้าผ่าบางส่วน (Partial Lightning Current) จากย่าน LPZOB และ LPZO1 และมีความสามารถดับ อาร์ค ซึ่งเกิดจาก Main Follow Current ของระบบด้วย และลดแรงดันเกินที่เกิดจากเสิร์จให้เหลือน้อยจนกระทั่งอุปกรณ์ป้องกันเสิร์จตัวถัดไป (Overvoltage Arrester) สามารถทนต่อแรงดันเสิร์จได้ และไม่เกิดความเสียหาย ซึ่งในขณะที่อุปกรณ์ป้องกันเสิร์จดังกล่าวทำงานจะมีกระแสบางส่วนจากระบบไฟฟ้าไหลลงดิน ซึ่งถ้าปล่อยให้ไหลเป็นเวลานานจะทำให้เกิดการลัดวงจรที่มีพลังงานมาก และเซอร์กิตเบรกเกอร์อาจจะทริปได้ ดังนั้นการออกแบบที่ดีจึงจำเป็นต้องควบคุม Spark Gap ให้สามารถดับอาร์คได้ในระดับหนึ่ง หรือต้องติดฟิวส์ป้องกันที่ตำแหน่งหน้าอุปกรณ์ป้องกันเสิร์จดังกล่าว
2. MOV (Metal Oxide Varistor) : จะติดตั้งที่ตำแหน่งหน้าตู้เมนเซอร์กิตเบรกเกอร์ หรือแผงเมนย่อยไฟฟ้า ป็นอุปกรณ์ป้องกันเสิร์จแบบ Overvoltage Arrester ประกอบด้วย Zinc - Oxide - Varistor (ZnO) ทำหน้าที่จำกัดแรงดันไฟฟ้าเกินไม่ให้เกินค่าที่อุปกรณ์ป้องกันเสิร์จตัวถัดไปทนได้ หรือเกินค่าที่อุปกรณ์ (ประเภทอิเล็กทรอนิกส์) ทนได้ จะติดตั้งในย่าย LPZO1 และ LPZO2 และในกรณีเมื่อมีการเสื่อมของ ZnO จะมีกระแสรั่วไหลผ่านอุปกรณ์ป้องกันเสิร์จดังกล่าวลงสู่สายดิน หรือในกรณีที่ไม่ได้ติดตั้งอุปกรณ์ป้องกันเสิร์จแบบ Lightning Current Arrester เมื่อเกิดเสิร์จเข้ามาจนทำให้เกิดการ Overload ขึ้นที่ ZnO จากทั้งสองกรณีข้างต้น อุปกรณ์ป้องกันเสิร์จดังกล่าวจะต้องมี Thermal Disconnected Switch เพื่อนทำหน้าที่ตัดออกจากระบบ บางครั้งมีการออกแบบให้เป็นชนิด Plug-in Module
3. Hybrid Solid Stage Device : จะประกอบด้วย Zener Diode, Gas Tube และอาจจะมี Filter รวมอยู่ด้วยโดยจะติดตั้งอยู่ที่หน้าอุปกรณ์ต่างๆ เช่น อุปกรณ์คอมพิวเตอร์หรืออุปกรณ์สื่อสาร

ลักษณะของลูกคลื่นที่เกิดจากฟ้าผ่า ที่ส่งผลกระทบต่อระบบไฟฟ้าและทางสายสัญญาณ

 ลักษณะลูกคลื่น

1. ลูกคลื่นที่ 10/350 µs คือ ลูกคลื่นขนาดใหญ่ ที่เกิดจากการ Discharge ประจุครั้งแรกของฟ้าผ่า โดยมีช่วงเวลาหน้าคลื่นที่ 10 µs และช่วงเวลาที่คายประจุลงไป 50% ที่ 350 µs ลักษณะของลูกคลื่นประเภทนี้จะมีพลังงานสูงมาก
2. ลูกคลื่นที่ 8/20 µs คือ ลูกคลื่นที่เกิดจากการเหนี่ยวนำทางแม่เหล็กไฟฟ้าจากฟ้าผ่า มีลักษณะลูกคลื่นเล็กกว่าลูกคลื่นแรก เพราะพลังงานถูกลดทอนลงไปบางส่วนแล้ว มีช่วงเวลาหน้าคลื่น 8 µs และช่วงเวลาที่ 50% ของลูกคลื่นที่ 20 µs ลักษณะของลูกคลื่นประเภทนี้จะมีขนาดพลังงานลดลงจากประเภทแรก เนื่องจากการป้องกันมาก่อนจากอุปกรณ์ Lighting Protection zone จึงจะทำให้การป้องกันมีประสิทธิภาพสูงที่สุด

แนวคิดหรือหลักเกณฑ์ที่สําคัญในการเลือกอุปกรณ์ป้องกันไฟกระชากภายในอาคาร

• ในสภาวะปกติแล้ว อุปกรณ์ป้องกันจะต้องไม่ก่อให้เกิดผลที่ผิดปกติหรือเลวร้ายต่อระบบไฟฟ้า เช่น ไม่ก่อให้เกิดสภาพไฟตก (จนผิดปกติ) หรือเกิดฮาร์โมนิคที่ไม่พึงประสงค์
  
• ในสภาวะวิกฤติที่มีไฟกระชากเกิดขึ้นแล้วอุปกรณ์ป้องกันทํางาน แรงดันที่ไปปรากฏต่อระบบงานต้องไม่สูงเกินกว่าขีดจํากัด (Surge Withstand Rating) ที่ระบบงานหรืออุปกรณ์ในระบบงานจะทนได้ (ผู้ใช้ต้องมีความรู้ต่อระบบงานและอุปกรณ์ในระบบงานว่ามีขีดจํากัดทางไฟฟ้าอย่างไรบ้าง ซึ่งแน่นอนว่าข้อมูลพวกนี้สามารถหาได้จากคู่มือเครื่องหรือจากผู้ผลิตเอง) พารามิเตอร์ของอุปกรณ์ป้องกันที่ช่วยบ่งชี้การผ่านหลักเกณฑ์ในข้อนี้คือ ค่าระดับแรงดันปล่อยผ่าน (Let Through Voltage)หรือที่เรียกว่า แรงดันตกค่า ง (Residual Voltage) หรือแรงดันแคล็มป์ (Clamping Voltage) ซึ่งในกรณีที่พิจารณาอุปกรณ์ป้องกันไฟกระชากภายในอาคารหรือใน Cat B ตามมาตรฐาน IEEE C62.41 แล้ว เมื่อทดสอบด้วยรูปคลื่น 6000V (1.2/50us) 3000A (8/20us) และวัดค่าแรงดันปล่อยผ่านของอุปกรณ์ป้องกัน จะต้องได้ตามค่าที่ต้องการ โดยทั่วไปอุปกรณ์ทาง ไฟฟ้าในอาคารจะถูกออกแบบให้ทนต่อ แรงดันปล่อยผ่านที่เหมาะสมสําหรับการ ป้องกันไฟกระชากในระดับที่ต่างกัน ซึ่งควรมีค่าไม่เกิน 200-300% ของแรงดันปกต ิ หรือ 622-933Vpeak สําหรับระบบไฟฟ้า 220Vrms ที่มีใช้ในบ้านเรา สรุปโดยรวมคืออุปกรณ์ ไฟฟ้าที่ทนค่าแรงดันปล่อยผ่านได้สูง เราสามารถเลือกใช้อุปกรณ์ป้องกันที่มีค่า แรงดันปล่อยผ่านสูง และในทางกลับกัน อุปกรณ์ไฟฟ้าที่ทนค่าแรงดันปล่อยผ่านได้ไม่มากนักเช่น อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่มีความละเอียดอ่อน จะต้องใช้อุปกรณ์ป้องกันที่มีคุณภาพและราคาที่สูงกว่า(ค่าแรงดันปล่อยผ่านที่ต่ํากว่า)หรือมิเช่นนั้นก็ต้องจัดหาอุปกรณ์ป้องกันเพื่อกรองค่าแรงดันปล่อยผ่านในส่วนที่เกินอีกชั้นหนึ่ง 
• ความเร็วในการตอบสนอง (Response Time) เป็นอีกปัจจัยหนึ่งที่บ่งชี้ถึงการป้องกันที่ทันท้วงทีกับไฟกระชากที่มีรูปคลื่นที่เร็วมาก อุปกรณ์ป้องกันแต่่ละประเภทมีความเร็วในการตอบสนองต่อไฟกระชากที่เข้ามาแตกต่างกัน เช่น MOV อยู่ในระดับของ 25 nsec ในขณะที่ SASD อยู่ในระดับตั้งแต่ 100 psec–5 nsec ส่วนแก๊สดิสชาร์จอยู่ในระดับ 500 nsec ซึ่งในช่วงเวลาที่อุปกรณ์ ป้องกันเหล่านี้ยังไม่ตอบสนองต่อไฟกระชากที่เข้ามา ส่วนของไฟกระชากบางส่วนจะหลุดเข้าไปในระบบงานโดยที่ยังไม่มีการป้องกัน (โดยเฉพาะประเภทแก๊สดิสชาร์จซึ่งตอบสนองได้ช้าเกินไปสําหรับแรงดันรูปคลื่น 1.2/50us)และเ มื่อเกิดไฟกระชากที่มีความรุนแรง เชน ในบางกรณีที่มีฟ้าผ่าตรงในบริเวณที่ใกล้เคียงมาก ๆ รูปคลื่นของไฟกระชากอาจมีหน้าคลื่นที่เร็วมากกว่ารูปคลื่นมาตรฐานที่ใช้ในการทดสอบ ดังนั้น จึงจําเป็นต้องเลือกอุปกรณ์ที่มีความเร็วในการตอบสนองที่เร็วที่สุดเท่าที่จะทําได้ อย่างไรก็ตาม จะเห็นได้ว่าการเลือกความเร็วในการตอบสนองนั้นมีผลกระทบโดยตรงต่อชนิดของอุปกรณ์ป้องกันหลัก (และแน่นอนที่สุด ค่าแรงดันปล่อยผ่าน) 
• การพิจารณาคุณสมบัติของอุปกรณ์ป้องกันไฟกระชากนั้น ผู้พิจารณาจําเป็นที่จะต้องมีความรู้เกี่ยวกับระบบงานที่ต้องการการป้องกันเพื่อเป็นข้อมูลสําคัญในการเลือกระดับค่าแรงดันปล่อยผ่านที่ยอมรับได้ จึงจะสามารถกําหนดคุณสมบัติของอุปกรณ์ป้องกันได้เหมาะกับการลงทุนที่สุด การทดสอบกับรูปคลื่นทดสอบโดยใช้ขั้นตอนการทดสอบของมาตรฐานสากล จะสามารถช่วยสร้างความมั่นใจในการตัดสินใจของผู้พิจารณได้เป็นอย่างดี 

ภาพตัวอย่างการติดตั้งระบบ SURGE PROTECTION จากสถานที่จริง

"กรมอุทกศาสตร์ กองทัพเรือสัตหีบ"