เก็บตกงานไฟฟ้ากำลัง MO Memoir : Friday 4 April 2557

Memoir ฉบับนี้เป็นการแนะนำให้ผู้เรียนทางวิศวกรรมเคมีให้มีความรู้เกี่ยวกับงานไฟฟ้ากำลังบ้าง เผื่อต้องไปฟังวิศวกรไฟฟ้ากำลังเขาพูดคุยกัน จะได้จับความได้บ้างว่าเขาพูดกันเรื่องอะไรอยู่
  

พลังงานไฟฟ้า (P) นั้นเป็นผลคูณระหว่างกระแส (I) และความต่างศักย์ (V) หรือ P = IV ส่วนพลังงานที่สูญเสีย ในรูปความร้อน) ที่จากความต้านทาน (R) ของสายส่งนั้นจะแปรผันกับความต้านทานของสายส่งบกำลัง 1 และปริมาณกระแสยกกำลัง 2 หรือเป็นไปตามสมการ P_loss = I²R
  

ดังนั้นจะเห็นว่าการส่งพลังงานไฟฟ้าด้วยความต่างศักย์ที่สูง จะทำให้ปริมาณกระแสในสายส่งนั้นต่ำกว่าการส่งพลังงานไฟฟ้าด้วยความต่างศักย์ที่ต่ำกว่า
  

ระบบสายส่งไฟฟ้าของบ้านเรานั้น จากโรงไฟฟ้าไปยังจังหวัดต่าง ๆ ก็จะส่งด้วยความต่างศักย์ 230 kV (สองแสนสามหมื่นโวลต์) เป็นหลัก เว้นแต่บางเส้นทางที่มีการส่งที่ระดับความต่างศักย์สูงถึง 500 kV (ห้าแสนโวลต์) ถ้าเป็นระยะทางที่ใกล้หน่อยก็จะใช้สายส่งที่ระดับความต่างศักย์ 115 kV (หนึ่งแสนหนึ่งหมื่นห้าพันโวลต์)
  

รูปที่ ๑ เสาของสายส่งขนาด 69 kV
   

เคยเห็นบางโรงงานที่มีขนาดใหญ่ใช้ไฟฟ้ามาก จะรับไฟฟ้าที่ระดับแรงดัน 115 kV เข้าโรงงาน แล้วนำไปแปลงเป็นไฟแรงต่ำอีกที ส่วนระบบจ่ายไฟฟ้านั้นยังมีระดับความต่างศักย์ 69 kV (หกหมื่นเก้าพันโวลต์) ที่เห็นกันได้ทั่วไปในตัวเมือง ในบริเวณรอบ ๆ มหาวิทยาลัยของเราก็มี เสาส่งของสาย 69 kV นี้จะมีความสูงที่ระดับดังแสดงในรูปที่ ๑ ในพื้นที่ที่มีอาคารพาณิชย์อยู่ขนาดใหญ่หรืออยู่รวมกันเป็นจำนวนมาก ก็อาจรับไฟฟ้าที่ระดับ 69 kV นี้เข้ามาก่อน แล้วค่อยแปลงไฟให้ลดระดับลงอีกที
   

จากระดับ 69 kVแล้วแปลงให้ลดต่ำลงมาเหลือเท่าใดนั้น ตอนนี้ขึ้นอยู่กับผู้ให้บริการแล้ว ถ้าเป็นการไฟฟ้านครหลวงก็จะแปลงเป็นระดับ 12 kV หรือ 24 kV (หนึ่งหมื่นสองพันโวลต์หรือสองหมื่นสี่พันโวลต์) แต่ถ้าเป็นการไฟฟ้าส่วนภูมิภาพจะแปลงเป็นระดับ 22 kV (สองหมื่นสองพันโวลต์) ยกเว้นบางจังหวัดเช่นระนองจะแปลงเป็น 33 kV (สามหมื่นสามพันโวลต์) เหตุผลที่การไฟฟ้าส่วนภูมิภาคใช้ความต่างศักย์ที่สูงกว่าเพราะผู้ใช้ไฟฟ้าอยู่กระจายกันมากกว่า ทำให้ต้องเดินสายส่งที่ยาวไกลกว่า ดังนั้นถ้าใช้ความต่างศักย์ที่ต่ำก็จะทำให้เกิดการสูญเสียมากขึ้น

   

รูปที่ ๓ เสาของสายส่งก่อนลดระดับลงเหลือ 220V/380V ถ้าเป็นการไฟฟ้านครหลวงจะเป็นความต่างศักย์ 12kV หรือ 24 kV แต่ถ้าเป็นการไฟฟ้าส่วนภูมิภาคจะเป็นความต่างศักย์ 22 kV หรือ 33 kV ในรูปนี้ (1) คือสายส่งที่มาจากการไฟฟ้านครหลวง จะมีฟิวส์ (ก) แยกระหว่างส่วนการไฟฟ้านครหลวงและส่วนของผู้ใช้ไฟฟ้า ผ่านฟิวส์ (ก) แล้วก็เป็นสายส่งด้านฝั่งผู้ใช้ไฟฟ้า (2) พอผู้ใช้ไฟฟ้ามีการดึงไฟจากสายส่งไปยังส่วนต่าง ๆ ก็จะมีการติดตั้งฟิวส์ (ข) และ (ค) เอาไว้ด้วย

สายส่งขนาด 12/24 kV หรือ 22/33 kV ที่เห็นทั่วไปในกรุงเทพคือสายส่งที่มีอยู่ ๓ เส้นที่พาดบนเสาริมที่มีแขนกางออกไปดังรูปที่ ๓ เวลาจะจ่ายไฟเข้าบ้านเรือนก็จะต้องแปลงไฟให้เหลือ 220 V (แรงดันสาย คือวัดเทียบกันดิน) หรือ 380 V (แรงดันเฟส คือวัดเทียบกันระหว่างเฟส) โดยใช้หม้อแปลงที่เราเห็นแขวนอยู่ตามเสาไฟฟ้าต่าง ๆ โดยอาจเป็นหม้อแปลงเฟสเดียวหรือหม้อแปลงสามเฟส แต่ถ้าเป็นการเดินสายไฟยังบริเวณที่มีบ้านคนอยู่ไม่มาก (เช่นตามหมู่บ้านหรือชุมชนต่าง ๆ ในชนบท) เขาก็อาจจะเดินสาย 12/24 kV หรือ 22/33 kV เข้าไปเพียงเฟสเดียวหรือสองเฟส
  

รูปที่ ๓ หน้าตาฟิวส์ที่ติดตั้งอยู่บนเสาที่แสดงในรูปที่ ๒ ภายในแท่งทางกระบอกที่มีลูกศรสีเหลืองชี้จะมีเส้นลวดฟิวส์อยู่ภายใน ถ้าเส้นลวดนี้ขาดแท่งทรงกระบอกก็จะตกลงดังรูปขวา หรือถ้าต้องการตัดไฟก็กระชากห่วงที่อยู่ด้านบนของแท่งทรงกระบอกให้แท่งฟิวส์แยกตัวออกมา ไฟฟ้าที่จ่ายเข้ามาจะเข้าทางด้านบน และออกทางด้านล่าง

 

รูปที่ ๓ เป็นหน้าตาของฟิวส์ (และยังทำหน้าที่เป็นสะพานไฟด้วย) สำหรับระบบไฟ 12/24 kV หรือ 22/33 kV ฟิวส์ตัวนี้เรามักเห็นตรงจุดรอยต่อความรับผิดชอบระหว่างผู้ให้บริการ (การไฟฟ้านครหลวงหรือการไฟฟ้าส่วนภูมิภาค) กับผู้ซื้อไฟฟ้า (เช่นมหาวิทยาลัยของเรา) และยังเห็นได้ตามจุดที่ดึงไฟเข้าหม้อแปลงเพื่อแปลงเป็นไฟ 220/380 V ด้านบนจะเป็นจุดต่อเข้า ด้านล่างจะเป็นจุดขาออก ภายในท่อทรงกระบอกจะมีลวดฟิวส์อยู่ ถ้ามีการดึงกระแสเกินกว่าที่ฟิวส์จะรับไว้ได้ ฟิวส์ก็จะขาดและแท่งทรงกระบอกก็จะหลุดร่วงลงมา หรือถ้าอยากจะตัดไฟก็สามารถใช้การเกี่ยวห่วงที่อยู่ด้านบนแล้วดึงลงมา

ทีนี้เรามาทำความรู้จักกับหม้อแปลงไฟฟ้าที่ใช้แปลงไฟจาก 12/24 kV หรือ 22/33 kV ลงเหลือ 220/380 V กันบ้าง ที่เคยเห็นก็เห็นมีอยู่ ๓ แบบคือ
  

แบบแรกคือหม้อแปลงที่บรรจุน้ำมัน (พวกปิโตรเลียม) เอาไว้ข้างใน (รูปที่ ๔  ๕ และ ๗) น้ำมันนี้ทำหน้าที่ช่วยในการระบายความร้อนออกจากขดลวด ป้องกันไม่ให้ขดลวดภายในหม้อแปลงเจอกับความชื้น และยังทำหน้าที่เป็นฉนวนไฟฟ้า คือป้องกันการเกิดประกายไฟ (spark) กระโดดข้ามระหว่างจุดสองจุดที่มีความต่างศักย์ต่างกันมาก ซึ่งถ้าระหว่างจุดสองจุดนี้เป็นอากาศคั่นกลางก็อาจเกิดประกายไฟกระโดดข้ามได้ แต่ถ้าเป็นน้ำมันคั่นกลางจะต้องใช้ความต่างศักย์ที่สูงขึ้นไปอีก
  

แต่ถ้ามีปัญหาเกิดขึ้นจนทำให้หม้อแปลงระเบิด เราก็จะเห็นมีไฟไหม้ที่หม้อแปลงนี้ได้ ดังนั้นจึงมีข้อกำหนด "ไม่ให้" ติดตั้งหม้อแปลงชนิดใช้น้ำมันนี้ภายในอาคาร ด้วยเหตุนี้หม้อแปลงชนิดนี้จึงเป็นแบบที่เราพบเห็นกันทั่วไปมากที่สุดที่เห็นติดตั้งอยู่ตามเสาไฟฟ้าหรือข้างอาคารต่าง ๆ
  

ในบางอาคารนั้นไม่มีพื้นที่สำหรับตั้งหม้อแปลงข้างอาคาร ก็จะทำการติดตั้งภายในอาคารหรือห้องใต้ถุนอาคารแทน หม้อแปลงแบบที่สองนี้เป็นหม้อแปลงไฟฟ้าแบบแห้ง เป็นแบบที่เรามักจะไม่ได้พบเห็นกัน เพราะมันซ่อนอยู่ในอาคาร

  

รูปที่ ๔ หม้อแปลงแบบใช้น้ำมันขนาด 750 kVA ใช้สำหรับแปลงไฟ 12/24 kV ลงมาเป็น 220/380 V

หม้อแปลงแบบที่สามคือแบบที่บรรจุแก๊ส SF₆ (sulfur hexafluoride) เอาไว้ข้างใน แก๊สตัวนี้มีความเป็นฉนวนที่สูงและไม่ติดไฟ จึงสามารถใช้หม้อแปลงชนิดนี้ในอาคารได้ แต่ดูเหมือนว่าจะไม่ค่อยได้รับความนิยมใช้กันอย่างแพร่หลายเท่าใดนัก คงเป็นเพราะราคาที่สูงกว่าแบบอื่น
  

รูปที่ ๕ หม้อแปลงแบบใช้น้ำมันขนาด 500 kVA ใช้สำหรับแปลงไฟ 24 kV ลงมาเป็น 240/416 V

  

รูปที่ ๖ หม้อแปลงขนาด 1600 kVA ชนิดใช้แก๊ส SF₆ ใช้สำหรับแปลงไฟ 12/24 kV ลงมาเป็น 240/416 V เนื่องจากออกแบบหม้อแปลงเป็นรูปทรงสี่เหลี่ยม แต่อัดแก๊ส SF₆ ให้มีความดันสูงกว่าบรรยากาศ ก็เลยต้องมีการเสริมความแข็งแรงด้วยปลอกเหล็กรัดรอบลำตัว ไม่งั้นลำตัวก็จะโป่งออก
  

รูปที่ ๗ หม้อแปลงแบบใช้น้ำมันขนาด 160 kVA ใช้สำหรับแปลงไฟ 33 kV ลงมาเป็น 230/400 V

  

ท้ายสุดต้องขอขอบพระคุณพี่ถาวร ที่ได้นำพาชมพื้นที่เก็บของและให้ความรู้ต่าง ๆ ที่นำมาเล่าสู่กันฟังใน Memoir ฉบับนี้