วันอังคารที่ 30 กันยายน พ.ศ. 2557

สายไฟยาวกี่เมตรดี MO Memoir : Tuesday 30 September 2557

ปรกติในโรงงานที่มีการใช้มอเตอร์ไฟฟ้า ไม่ว่าจะเป็นเพื่อการขับเคลื่อน ปั๊ม ใบพัดกวน ฯลฯ เราจะเห็นสวิตฃ์ปิด-เปิดการทำงานของมอเตอร์ไฟฟ้าตัวนั้นอยู่ใกล้กับที่ตั้งของมอเตอร์ตัวนั้น (ดังตัวอย่างในรูปที่ ๑ ข้างล่าง) แต่สวิตช์ปิด-เปิดอุปกรณ์เหล่านี้แตกต่างไปจากสวิตช์ไฟ (ซึ่งอาจเป็นไฟแสงสว่างหรือเครื่องใช้ไฟฟ้า) ตามบ้านทั่วไป สวิตช์ไฟตามบ้านทั่วไปนั้นเป็นสวิตช์ที่ทำหน้าที่ตัดกระแสไฟฟ้าที่จะจ่ายให้กับอุปกรณ์ต่าง ๆ โดยตรง แต่สวิตช์ไฟอุปกรณ์ไฟฟ้าที่ใช้กันในโรงงานดังเช่นตัวอย่างในรูปที่ยกมาให้ดูนั้น ไม่ได้ทำหน้าที่ตัดกระแสไฟฟ้าที่จ่ายให้กับมอเตอร์โดยตรง แต่ทำหน้าที่ไปควบคุมสวิตช์ที่ควบคุมการจ่ายกระแสไฟฟ้าให้กับมอเตอร์ไฟฟ้าตัวนั้นอีกที


รูปที่ ๑ ในกรอบสีส้มคือสวิตช์ปิด-เปิดและสายไฟของสวิตช์ ส่วนกรอบสีเขียวคือสายไฟที่จ่ายไฟให้กับมอเตอร์โดยตรง

ในบ้านเรือนนั้น ไฟฟ้า 220 V ที่การไฟฟ้าจ่ายเข้ามาในบ้านจะผ่านระบบ circuit breaker และ/หรือฟิวส์ ก่อนที่จะแยกย้ายไปยังส่วนต่าง ๆ ของบ้าน สวิตช์ปิด-เปิดไฟแสงสว่างหรือสวิตช์ปิด-เปิดอุปกรณ์ไฟฟ้าต่าง ๆ นั้น (ถ้าที่บ้านเดินสายไฟอย่างมีระบบ) จะควบคุมการเปิด-ปิดวงจรของสาย line ปรกติก็มักจะเพียงสายนี้สายเดียว ไม่ยุ่งอะไรกับสาย neutral (ดูรูปที่ ๒) พอวงจรไฟฟ้าเปิดออก (ด้วยการแยกขั้วสัมผัสที่เป็นโลหะออกจากกัน) ก็จะไม่มีกระแสไฟฟ้าจ่ายให้กับอุปกรณ์ไฟฟ้า
  
มอเตอร์ไฟฟ้าที่ใช้กันในโรงงานนั้นที่เห็นส่วนมากก็จะเป็นมอเตอร์ 3 เฟส ใช้ไฟอย่างน้อยก็ 380 V แต่ถ้าเป็นอุปกรณ์ที่ต้องการกำลังไฟฟ้ามากก็จะใช้ไฟฟ้าที่ความต่างศักย์สูงขึ้นไปอีก (เพื่อลดปริมาณกระแส) ไฟฟ้าที่โรงงานรับเข้ามานั้นจะเป็นไฟฟ้าแรงสูง ดังนั้นทางโรงงานเองก็จะมีการติดตั้งหม้อแปลงเพื่อลดความต่างศักย์ให้เหมาะสมกับความต้องการของอุปกรณ์ต่าง ๆ ที่โรงงานมีอยู่
  
ไฟฟ้าที่ผ่านการลดความต่างศักย์ลงมาแล้วจะผ่านเข้าสู่อุปกรณ์ควบคุมการจ่ายกระแสไฟฟ้า (หรือสวิตช์ปิด-เปิดนั่นแหละ) ที่จะทำหน้าที่ปิดวงจรเพื่อจ่ายกระแสไฟฟ้าให้กับอุปกรณ์หรือเปิดวงจรเพื่อตัดการจ่ายกระแสไฟฟ้าให้กับอุปกรณ์ ชนิดของอุปกรณ์ควบคุมการจ่ายนี้มีหลายชนิดขึ้นกับความต่างศักย์ของไฟฟ้าที่ใช้ สำหรับไฟฟ้าความต่างศักย์สูงแล้ว การตัดกระแสไฟฟ้าด้วยการเปิดวงจรด้วยการแยกขั้วโลหะออกจากกันนั้นอาจไม่สามารถตัดการไหลของกระแสไฟฟ้าได้ เพราะจะมีประกายไฟ (acr) กระโดดข้ามระหว่างขั้วไฟฟ้า ทำให้แม้ว่าส่วนที่เป็นขั้วโลหะจะแยกออกจากกันแล้ว แต่ประกายไฟที่กระโดดข้ามขั้วไฟฟ้าทั้งสองยังทำให้มีกระแสไฟฟ้าไหลผ่านอยู่ ดังนั้นจึงจำเป็นต้องมีระบบสำหรับดับประกายไฟที่เกิดขึ้นด้วย อุปกรณ์ที่ใช้ในการตัดไฟแรงสูงจึงมีความแตกต่างไปจากอุปกรณ์ที่ใช้ในการตัดไฟแรงต่ำ อุปกรณ์นี้มีชื่อเรียกว่า Switchgear

รูปที่ ๒ (บน) ตัวอย่างการจ่ายไฟฟ้าให้กับเครื่องใช้ไฟฟ้าในบ้านเรือน (ล่าง) ตัวอย่างการจ่ายไฟฟ้าให้กับอุปกรณ์ไฟฟ้าในโรงงานอุตสาหกรรม

รูปแบบการตัดกระแสไฟฟ้าให้กับอุปกรณ์ไฟฟ้าของโรงงานแต่ละแห่งอาจแตกต่างกันไปตามชนิดของโรงงานและอุปกรณ์ไฟฟ้าที่ใช้ ดังนั้นอย่าไปยึดถือว่าทุกอย่างต้องเป็นตามที่เขียนไว้ในที่นี้ ที่เขียนไว้ในที่นี้ก็เพื่อให้วิศวกรเคมีที่ยังไม่มีประสบการณ์เกี่ยวกับโรงงานได้มีความรู้พื้นฐานบ้างเกี่ยวกับการจ่ายไฟฟ้าให้กับอุปกรณ์ไฟฟ้าต่าง ๆ ของโรงงาน
  
ที่เคยเห็นในโรงงานปิโตรเคมีนั้น switchgear ของมอเตอร์ไฟฟ้าต่าง ๆ จะติดตั้งอยู่ในอาคารที่เรียกว่า substation (หรือจะแปลว่าสถานีไฟฟ้าย่อยก็คงจะไม่ผิด) อาคารนี้เป็นที่ตั้งของหม้อแปลงไฟฟ้าและ switchgear โดยเป็นอาคารปิดที่มีการรักษาความดันภายในอาคารให้สูงกว่าภายนอก โดยใช้การดูดอากาศจากที่สูงอัดเข้ามาในอาคารและให้รั่วออกสู่ข้างนอก สาเหตุที่ต้องทำเช่นนี้ก็เพราะป้องกันไม่ให้ไอเชื้อเพลิง (ถ้าหากมีการรั่วไหล) เล็ดรอดเข้าไปในอาคาร เพราะอาจเกิดการจุดระเบิดจากอุปกรณ์ไฟฟ้าต่าง ๆ ที่ติดตั้งอยู่ใน substation นี้ได้
  
ในการเปิด-ปิดการทำงานของอุปกรณ์นั้น (เช่นปั๊มที่ขับเคลื่อนด้วยมอเตอร์ไฟฟ้า) จะมีสวิตช์ปิด-เปิดอยู่บริเวณที่ตั้งอุปกรณ์ สวิตช์ตัวนี้ไม่ได้ปิด-เปิดกระแสไฟฟ้าที่จ่ายเข้าตัวอุปกรณ์โดยตรง แต่จะไปควบคุม switchgear ที่ทำหน้าที่ปิด-เปิดการจ่ายกระแสไฟฟ้าให้กับอุปกรณ์นั้นอีกที ในรูปที่ ๑ นั้นจะเห็นว่าสายไฟที่เป็นของสวิตช์สั่งการปิด-เปิดการทำงานของ switchgear (สายไฟในกรอบสีส้ม) นั้นจะมีขนาดเล็กกว่าสายไฟที่จ่ายไฟให้กับมอเตอร์ไฟฟ้า 3 เฟสในรูป (สายไฟในกรอบสีเขียว)
  
สายไฟที่เดินจาก swichgear มายังสวิตช์ควบคุมการปิด-เปิดและตัวมอเตอร์ไฟฟ้าเองนั้นจะใช้สายไฟเส้นเดียว ไม่มีการต่อสายไฟระหว่างทาง ดังนั้นในการออกแบบทางวิศวกรไฟฟ้าจะต้องทราบตำแหน่งที่แน่นอนของ switchgear ที่ติดตั้งใน substation และตำแหน่งที่ตั้งของมอเตอร์ไฟฟ้า และเส้นทางการเดินสายไฟว่าจะเดินในเส้นทางไหน จากนั้นจึงจะสามารถคำนวณได้ว่าต้องใช้สายไฟฟ้ายาวกี่เมตร
เนื่องจากอุปกรณ์แต่ละตัวนั้นแน่นอนว่าต้องติดตั้งในตำแหน่งที่แตกต่างกัน (ก็มันไม่สามารถนำมาวางซ้อนกันบนตำแหน่งเดียวกันได้) ดังนั้นความยาวสายไฟฟ้าสำหรับอุปกรณ์แต่ละตัวจึงแตกต่างกันไป ตรงนี้ทำให้เกิดประเด็นที่ต้องนำมาพิจารณาว่าสายไฟแต่ละม้วนนั้นควรจะยาวเท่ากี่เมตรดี



รูปที่ ๓ (บน) ม้วนสายไฟ (ล่าง) ความยาวสายไฟและน้ำหนักของม้วนสายไฟ
  
สายไฟที่ส่งมานั้นจะมาเป็นม้วนใหญ่พันมากับแกนไม้ ส่วนม้วนจะใหญ่แค่ไหนขึ้นอยู่กับขนาดสายไฟ ถ้าเป็นสายไฟเส้นใหญ่ก็จะเป็นม้วนใหญ่ สายไฟเส้นเล็กก็จะเป็นม้วนเล็ก (ดูตัวอย่างในรูปที่ ๓) แต่ละม้วนสายไฟทางผู้ผลิตก็จะมีการระบุความยาว (ผู้ใช้จะได้รู้ว่าใช้สำหรับอุปกรณ์ตัวไหน) และน้ำหนัก (ข้อมูลสำหรับการขนส่ง) สังเกตดูนะว่าความยาวสายไฟเขาไม่ได้ปัดเป็นตัวเลขกลม ๆ ต้องการยาวเท่าไรทางผู้ผลิตก็จัดให้เท่านั้น
  
สายไฟที่เหลือจากการวางสายนั้นก็ต้องทิ้งไป ไม่มีการนำมาต่อกันเป็นเส้นยาว ๆ เพื่อใช้งานใหม่ ดังนั้นตรงนี้ก็ต้องขึ้นอยู่กับฝีมือวิศวกรไฟฟ้าว่าเผื่อเอาไว้ได้ดีแค่ไหน ถ้าเผื่อมากเกินไปก็จะมีสายเหลือทิ้งมาก นั่นหมายถึงเงินที่ต้องทิ้งไปด้วย แต่ถ้าเผื่อไว้น้อยเกินไป ถ้าหากสายไฟม้วนนั้นมันยาวไม่พอ ก็ต้องทิ้งทั้งม้วนและสั่งม้วนใหม่มา

ลองสมมุติว่าเรามีมอเตอร์ไฟฟ้าสัก ๕๐ ตัว ถ้าเรากำหนดความยาวสายไฟตามที่ตั้งของอุปกรณ์แต่ละตัว เราก็จะต้องการม้วนสายไฟฟ้าที่มีความยาวแตกต่างกัน ๕๐ ขนาด (ความยาวนี้ก็ต้องเผื่อเอาไว้ด้วยนะ) ด้วยวิธีการนี้เราก็จะมีเศษสายไฟเหลือต่ำสุด แต่นั่นหมายความว่าเวลานำสายไฟไปติดตั้งนั้น ต้องไม่นำไปติดตั้งผิดม้วน เพราะถ้าเอาสายไฟม้วนยาวไปติดตั้งกับอุปกรณ์ที่ต้องการเพียงแค่ม้วนสั้น มันก็ติดตั้งได้ แต่จะพบว่ามีเศษเหลือเยอะ เช่นถ้าเรามีอุปกรณ์สองตัว ตัวหนึ่งต้องการสายไฟยาว ๕๑๐ เมตร ในขณะที่อีกตัวหนึ่งต้องการสายไฟยาว ๕๕๐ เมตร ถ้าเราพลาดด้วยการเอาสายไฟม้วนยาว ๕๕๐ เมตรไปใช้กับอุปกรณ์ที่ต้องการสายยาวเพียงแค่ ๕๑๐ เมตร มันก็เดินสายได้ แต่จะมีสายไฟเหลืออีก ๔๐ เมตร ส่วนสายไฟม้วนยาว ๕๑๐ เมตรนั้นจะไม่สามารถนำมาใช้กับอุปกรณ์ที่ต้องการสายไฟยาว ๕๕๐ เมตรได้ เพราะมันสั้นเกินไป และต้องสั่งสายไฟม้วนยาว ๕๕๐ เมตรมาใหม่อีกม้วน

ในอีกทางเลือกหนึ่งนั้นถ้าเราแบ่งกลุ่มอุปกรณ์ออกตามตำแหน่งที่ตั้ง เช่นเราพบว่ากลุ่มอุปกรณ์ที่ต้องการสายไฟยาวในช่วง ๔๕๐-๕๐๐ เมตรนั้นมีอยู่ ๑๐ ตัว อุปกรณ์ที่ต้องการสายไฟยาวในช่วง ๕๐๐-๕๕๐ เมตรมีอยู่ ๘ ตัว เราก็อาจสั่งม้วนสายไฟยาว ๕๐๐ เมตรมาทั้งสิ้น ๑๐ ม้วนเพื่อใช้สำหรับอุปกรณ์ที่ต้องการสายไฟยาวในช่วง ๔๕๐-๕๐๐ เมตร และม้วนสายไฟยาว ๕๕๐ เมตรมาทั้งสิ้น ๘ ม้วนเพื่อใช้สำหรับอุปกรณ์ที่ต้องการสายไฟยาวในช่วง ๕๐๐-๕๕๐ เมตร ซึ่งจะทำให้ลดความวุ่นวายในการจัดเก็บและลดความสับสนในการนำไปใช้งาน แต่นั่นหมายความว่าจะมีเศษสายไฟเหลือมากขึ้น ซึ่งหมายถึงเงินที่ต้องทิ้งไป

ผมเองคงตอบไม่ได้ว่าแบบไหนดีกว่ากัน ระหว่างการกำหนดม้วนสายไฟให้มีความยาวพอดีกับอุปกรณ์แต่ละตัว ซึ่งจะทำให้มีเศษสายไฟเหลือน้อยสุด แต่ต้องระวังความสับสนในการนำไปติดตั้งโดยเฉพาะถ้ามีม้วนสายไฟจำนวนมาก กับการที่สั่งความยาวมาเผื่อไว้เป็นกลุ่ม ๆ ซึ่งจะลดความสับสนในการจัดเก็บและการนำไปติดตั้ง แต่จะมีสายไฟเหลือทิ้งมาก เพราะผมเองก็เคยพบกับวิศวกรไฟฟ้าที่มีมุมมองที่แตกต่างกัน ทั้งนี้คงเป็นเพราะประสบการณ์ของแต่ละคนด้วยว่าเคยพบกับปัญหาแบบไหนมาก่อน
  
ท้ายสุดนี้ต้องขอขอบคุณ บริษัท โอพีจีเทค จำกัด ที่อนุญาตให้เข้าไปถ่ายรูปในโรงงานเพื่อนำเอาเรื่องราวต่าง ๆ มาเล่าสู่กันฟังผ่านทาง Memoir นี้

ไม่มีความคิดเห็น: