เอทิลอะซีเทตระเบิดจากไฟฟ้าสถิตขณะบรรจุใส่ถัง MO Memoir : Tuesday 9 July 2567

การเกิดประกายไฟจากไฟฟ้าสถิตในสภาพแวดล้อมที่เราอาศัยอยู่นั้นขึ้นอยู่กับความชื้นในอากาศ อากาศที่มีความชื้นสูงจะช่วยสะเทินประจุไฟฟ้าสถิตที่เกิด ดังนั้นแม้ว่าเราจะสวมเสื้อผ้าที่ทำจากเส้นใยที่มีความเป็นขั้วต่ำ (เช่นพวกพอลิเอสเทอร์หรือไนลอน) เราก็จะไม่พบปัญหาไฟฟ้าสถิตสะสมบนตัวเรา เว้นแต่จะอยู่ในห้องปรับอากาศเป็นเวลานานพอ (อากาศในห้องปรับอากาศจะแห้ง) ทำให้เมื่อบางครั้งเวลาจะสัมผัสกับราวบันไดที่เป็นเหล็ก ลูกบิดประตู หรือก๊อกน้ำ ก็จะรู้สึกเหมือนไฟดูด นั่นคือการเกิดประกายไฟระหว่างตัวเราและโลหะที่นำไฟฟ้า

ตรงนี้จะต่างจากประเทศเมืองหนาว ที่อากาศจะแห้งกว่ามาก ทำให้ประจุไฟฟ้าสถิตสะสมได้ง่ายและค้างเป็นเวลานาน หลายเหตุการณ์ที่ชี้ให้เห็นว่าอุบัติเหตุจากไฟฟ้าสถิตนั้นมักจะเกิดในช่วงเวลาที่อากาศแห้ง (ช่วงหน้าหน้า)

เรื่องที่นำมาเล่าในวันนี้นำมาจากเอกสารกรณีศึกษาของ CSB เรื่อง "Static Spark Ignites Flammable Liquid during Portable Tank Filling Operation" ที่เผยแพร่ในเดือนกันยายน ค.ศ. ๒๐๐๘ (พ.ศ. ๒๕๕๑) เป็นเหตุการณ์ที่เกิดขึ้นที่โรงงานแห่งหนึ่งในประเทศสหรัฐอเมริกาเมื่อวันที่ ๒๙ ตุลาคม ค.ศ. ๒๐๐๗ (พ.ศ. ๒๕๕๐) โดยเกิดระหว่างการแบ่งบรรจุเอทิลอะซีเทต (Ethyl acetate - H₃CC(O)O-C₂H₅ จุดเดือดประมาณ 77ºC และจุดวาบไฟ -4ºC) ลงในถังเหล็กกล้าความจุ 300 แกลลอน (ประมาณ 1 m³) ดังแสดงในรูปที่ ๑ ข้างล่าง

รูปที่ ๑ สภาพการเติมเอทิลอะซีเทตลงในถังบรรจุที่เกิดเหตุ

ตัวถังบรรจุทำด้วยเหล็กกล้ามีการต่อสายดิน เครื่องชั่งน้ำหนักก็มีการต่อสายดิน ตัวปั๊มที่ใช้จ่ายเอทิลอะซีเทตก็มีการต่อสายดิน และจะว่าไป โมเลกุลเอทิลอะซีเทตเองก็จัดว่าเป็นโมเลกุลมีขั้ว สิ่งที่โอเปอร์เรเตอร์ทำก็คือเอาหัวจ่ายสอดคารูเปิดด้านบน ตัวหัวจ่ายทำจากพอลิเมอร์ไม่นำไฟฟ้า แต่มีลูกบอลเหล็กกล้าไร้สนิมทำหน้าที่เป็นวาล์วติดตั้งอยู่ภายใน ตัวสายยางเองทำจากวัสดุไม่นำไฟฟ้า ตัวน้ำหนักถ่วง (ที่ถ่วงไว้เพื่อป้องกันไม่ให้หัวจ่ายกระเด็นออกมาเวลาจ่ายของเหลว) ก็ทำจากโลหะ โดยชิ้นส่วนที่ทำจากวัสดุนำไฟฟ้าของหัวจ่ายนั้นไม่ได้มีการต่อสายดิน

นอกจากนั้นการเติมยังเป็นแบบปล่อยให้ของเหลวตกอย่างอิสระจากปลายท่อหัวจ่ายลงไปในถัง ซึ่งการเติมแบบนี้จะทำให้ของเหลวที่ตกลงไปนั้นเกิดการกระเด็นกระจาย ซึ่งเป็นการเพิ่มการเกิดไฟฟ้าสถิตและยังทำให้ของเหลวระเหยได้ดีขึ้น (พื้นที่ผิวสูงขึ้นจากการเกิดหยดของเหลวเล็ก ๆ)

พอเริ่มเติมของเหลว โอเปอร์เรเตอร์ก็เดินไปทำงานยังบริเวณอื่น ไม่นานก็ได้ยินเสียงดัง (ภาษาอังกฤษใช้คำว่า "popping sound") ดังมาจากถังแบ่งบรรจุ พอหันกลับไปดูก็พบไฟกำลังลุกท่วมถังแบ่งบรรจุอยู่ ส่วนตัวหัวจ่ายก็กระเด็นตกลงมาบนพื้นโดยที่ยังมีเอทิลอะซีเทตไหลออกมาอยู่ (ตัวการทำให้เพลิงไหม้แผ่ขยายออกไป)

การสอบสวนเชื่อว่าต้นตอของการจุดระเบิดเกิดจากไฟฟ้าสถิตสะสมที่ตัวหัวจ่ายและน้ำหนักถ่วง พอสะสมมากพอก็เกิดประกายไฟกระโดยไปยังตัวถังแบ่งบรรจุที่ทำจากโลหะและมีการต่อสายดิน ประกอบกับบริเวณดังกล่าวมีไอระเหยของเอทิลอะซีเทตไหลออกมาจากช่องสำหรับเติม ก็เลยเกิดเพลิงลุกไหม้ขึ้น

(หมายเหตุ : ในเหตุการณ์นี้เป็นไปได้ว่าด้วยการที่เอทิลอะซีเทตมีจุดเดือดที่ไม่สูง ในระหว่างการเติมเลยมีไอระเหยของเอทิลอะซีเทตไล่อากาศที่อยู่ในถังออกไป ทำให้ภายในถังมีอากาศไม่เพียงพอสำหรับการระเบิด การลุกไหม้จึงเกิดจากไอระเหยที่ระเหยออกมาทางช่องเติม และจากเอทิลอะซีเทตที่ไหลออกมาจากหัวจ่ายที่ตกลงมาที่พื้น ซึ่งถ้าหากในถังนั้นมีอากาศมากพอ เปลวไฟที่วิ่งย้อนเข้าไปในถังก็อาจทำให้เกิดการระเบิดที่ทำให้ถังเสียหายได้)

รูปที่ ๒ ความหมายของการต่อลงดิน (grounding) และการต่อฝาก (bonding) เพื่อถ่ายเทประจุไฟฟ้าสถิตออกไป

รูปที่ ๒ เป็นตัวอย่างแสดงความหมายของการต่อลงดิน (grounding) และการต่อฝาก (bonding) ในระหว่างการเติมของเหลวเข้าถังเพื่อถ่ายเทประจุไฟฟ้าสถิตออกไป การต่อฝากคือการทำให้ชิ้นส่วนนำไฟฟ้าได้ที่อยู่แยกกันนั้น มีการเชื่อมต่อทางไฟฟ้าเข้าด้วยกัน แต่การระบายประจุไฟฟ้าสถิตจะเกิดก็ต่อเมื่อมีชิ้นส่วนนั้นอย่างน้อยหนึ่งชิ้นมีการต่อลงดิน ถ้าไม่มีการต่อลงดินเลย ชิ้นส่วนนำไฟฟ้าเหล่านั้นที่มีการเชื่อมต่อทางไฟฟ้าถึงกัน ก็จะกลายเป็นตัวเก็บประจุขนาดใหญ่

รูปที่ ๓ ตัวอย่างวิธีการเติมที่เหมาะสม

รูปที่ ๓ เป็นตัวอย่างวิธีการเติมที่เหมาะสมคือตัวหัวจ่ายนั้นควรต้องมีการระบายไฟฟ้าสถิตออกไป ไม่ว่าจะด้วยการต่อลงดินโดยตรง หรือต่อฝากเข้ากับถังแบ่งบรรจุที่มีการต่อลงดิน (แต่ตัวถังแบ่งบรรจุต้องทำจากวัสดุนำไฟฟ้าได้ด้วยนะ) นอกจากนี้การเติมของเหลวควรใช่ท่อจุ่ม (dip pipe) คือปลายท่อนั้นอยู่ที่ระดับพื้น (จมอยู่ใต้ผิวของเหลว) และตัวสายยางเองควรมีโครงสร้างที่นำไฟฟ้าได้ (เช่นทำจากพอลิเมอร์ที่มีตาข่ายโลหะฝังอยู่ภายในตลอดทั้งความยาว) เพื่อระบายประจุไฟฟ้าสถิตออกจากตัวสายยาง (ในรูปก็เป็นการผ่านทางหัวจ่ายหรือปั๊ม)

รูปที่ ๔ ภาพจากข่าวปีพ.ศ. ๒๕๖๕

รูปที่ ๔ เป็นภาพข่าวเมื่อวันที่ ๓๐ เมษายน พ.ศ. ๒๕๖๕ ที่ชาวบ้านเอาภาชนะบรรจุไปตุนน้ำมันก่อนน้ำมันขึ้นราคา ในรูปจะเห็นว่าการเติมก็ใช้หัวจ่ายน้ำมันที่ใช้เติมรถยนต์ แต่ถังที่นำมาบรรจุนั้นเป็นถังพลาสติก (วัสดุไม่นำไฟฟ้า) จะว่าไปในบ้านเราก็ได้เห็นการซื้อน้ำมันโดยเอาถังบรรจุใส่ท้ายรถมาเติมที่ปั๊มหลายครั้ง และไม่มีการต่อสายดินใด ๆ เพื่อระบายประจุไฟฟ้าสถิต แต่ที่ไม่ค่อยเกิดอุบัติเหตุอาจเป็นเพราะอย่างแรกคืออากาศบ้านเรามีความชื้นสูง อย่างที่สองคือน้ำมันที่นิยมตุนกันนั้นมักเป็นน้ำมันดีเซลที่มีจุดวาบไฟสูงกว่าอุณหภูมิห้อง แต่ก็มีข่าวบ้างเหมือนกันที่เกิดเพลิงลุกไหม้ขณะทำการเติมน้ำมันหรือรถน้ำมันกำลังเตรียมการถ่ายน้ำมันลงถังเก็บใต้ดินในปั๊มน้ำมัน

รูปที่ ๕ การซื้อน้ำมันใส่ขวดบรรจุนมพาสเจอร์ไรซ์

ส่วนรูปที่ ๕ เป็นข่าวเมื่อปีที่แล้วที่มีคนเอา "ภาชนะบรรจุนมพาสเจอร์ไรซ์ขนาด ๒ ลิตร" ไปซื้อน้ำมันเบนซินที่ปั๊มน้ำมันแห่งหนึ่ง แล้วพบว่าจ่ายค่าน้ำมันไป ๒ ลิตรแต่ได้น้ำมามาไม่ถึงครึ่งภาชนะ

ที่ผมแปลกใจคือ ทำไมพนักงานที่ปั๊มน้ำมันดังกล่าวจึงยอมขายน้ำมันใส่ภาชนะดังกล่าว ทั้ง ๆ ที่มันมีข้อห้ามในการจำหน่ายน้ำมันเรื่องภาชนะที่จะนำมาใช้บรรจุ

ท้ายนี้ก็ขอบันทึกไว้หน่อยว่า เขียน Memoir มาได้ ๑๖ ปีแล้ว ฉบับนี้ก็เป็นฉบับเริ่มต้นปีที่ ๑๗

ทำไมสายดินจึงมีสองสี MO Memoir : Tuesday 5 March 2562

ไฟฟ้ากระแสสลับที่ใช้กันตามบ้านเรือนทั่วไปนั้นจะมีสายไฟฟ้าเข้าบ้านสองสาย สายหนึ่งเป็นสายที่มีไฟที่ภาษาอังกฤษเรียกว่า live (ไลฟ) หรือ line (ไลน์) ซึ่งเรียกได้ทั้งสองแบบ สายนี้ถ้าเอาไขควงเช็คไฟไปตรวจก็จะเห็นหลอดไฟติด อีกสายหนึ่งนั้นเป็นสาย neutral (นิวทรอน) ที่เป็นสายสำหรับให้ไฟฟ้าไหลได้ครบวงจร สายนี้ถ้าเอาไขควงเช็คไฟไปตรวจจะไม่เห็นหลอดไฟติด และยังมีอีกสายหนึ่งที่แต่ละบ้านต้องเดินเองก็คือสายดิน ที่ภาษาอังกฤษเรียกว่าสาย earth (อังกฤษ) หรือ ground (อเมริกา) ที่เอาไว้ป้องกันผู้คนเวลาที่เกิดการรั่วไหลของไฟฟ้าเข้าสู่ตัวโครงสร้างอุปกรณ์

รูปที่ ๑ รูปบนเป็นรูปสี ส่วนรูปล่างใช้โปรแกรม Photoscape ปรับภาพเป็น grayscale
 

ตอนที่ผมไปเรียนที่อังกฤษเมื่อ ๓๐ ปีที่แล้ว เวลาที่ซื้ออุปกรณ์ไฟฟ้ามาใช้ต้องซื้อปลั๊กตัวผู้แยกต่างหากเพื่อมาต่อเข้ากับสายไฟของอุปกรณ์ไฟฟ้า ทั้งนี้เป็นเพราะช่วงนั้น (ซึ่งเริ่มเมื่อใดก็ไม่รู้ แต่น่าจเป็นช่วงหลังสงครามโลกครั้งที่ ๒) อังกฤษอยู่ระหว่างการเปลี่ยนมาตรฐานการเดินสายไฟในอาคารซึ่งส่งผลไปถึงรูปแบบของปลั๊กตัวเมียที่ต้องเปลี่ยนไปด้วย (คือมีการใส่ฟิวส์ที่ปลั๊กตัวผู้ ทำให้ต้องเปลี่ยนปลั๊กตัวเมียให้มีขนาดใหญ่ขึ้นกว่าเดิม) ผู้ผลิตอุปกรณ์ไฟฟ้าก็เลยไม่ติดปลั๊กตัวผู้มาให้กับสายไฟ ผู้ใช้ต้องไปหาซื้อปลั๊กติดเองตามแบบที่บ้านตัวเองใช้ (ว่ายังคงใช้มาตรฐานเก่าหรือเปลี่ยนเป็นมาตรฐานใหม่แล้ว) และสิ่งหนึ่งที่ทำให้มีผู้เสียชีวิตเป็นประจำทุกปีก็คือ การต่อผิด โดยเอาสายดินนั้นไปต่อเข้ากับสาย live
 

ตามมาตรฐาน IEC60446 นั้น สำหรับอุปกรณ์ไฟฟ้าที่ใช้ไฟเฟสเดียว สายที่ฉนวนมีสีเขียว-เหลืองกำหนดให้เป็นสายดิน สาย live ในฉนวนมีสีน้ำตาล และสาย neutral ให้ฉนวนมีสีน้ำเงิน (ปลั๊กตัวขวาในรูปที่ ๑) ซึ่งดูเหมือนว่าตอนนี้สายไฟในบ้านเราก็ใช้สีแบบนี้ (แต่ก่อนจะเห็นใช้สีเทากับดำ)
 

การกำหนดสายดินให้ฉนวนมีสีเขียว-เหลืองนั้นเริ่มต้นเมื่อใดก็ไม่รู้เหมือนกัน แต่ก็น่าจะไม่น้อยกว่า ๕๐ ปีมาแล้ว เพราะไปค้นพบคำถามหนึ่งที่ปรากฏใน ICI Newsletter ฉบับที่ ๒๓ ตุลาคม ค.ศ. ๑๙๗๐ (พ.ศ. ๒๕๑๓) (รูปที่ ๒) ที่มีผู้ถามว่าทำไปมาตรฐานใหม่จึงกำหนดให้สายดินมีสีเขียว-เหลือง ทั้ง ๆ ที่โลกก็ไม่ได้มีสีนี้ และทำไมสาย live จึงมีสีน้ำตาลและสาย neutral จึงมีสีน้ำเงิน

รูปที่ ๒ จาก ICI Newsletter ฉบับที่ ๒๓ ตุลาคม ค.ศ. ๑๙๗๐ (พ.ศ. ๒๕๑๓)

คำตอบที่มีผู้ตอบไว้ค่อนข้างชัดเจนดี คือตอนนั้นในแต่ละประเทศต่างใช้มาตรฐานที่ต่างกัน ทำให้สีของสายแตกต่างกันไปด้วย การเลือกสีที่ประเทศหนึ่งใช้กับสายแบบหนึ่งตามมาตรฐานของเขา แต่กลับมาระบุให้เป็นสายอีกแบบหนึ่งตามมาตรฐานสากลจะทำให้เกิดปัญหาได้ และสีที่เหลืออยู่ให้เลือกก็มีไม่มาก โดยสีน้ำเงินและน้ำตาลก็เป็นตัวเลือกไม่กี่ตัวที่เหลือง โดยปัจจัยหนึ่งที่สำคัญในการพิจารณาเลือกสีสายไฟก็คือ ควรต้องลดความผิดพลาดในการทำงานในสภาพที่มีแสงสว่างไม่มาก และต้องทำให้ "คนตาบอดสี" สามารถแยกแยะสายไฟได้
 

ด้วยเหตุนี้จึงต้องเลือกสีของสาย live และ neutral ให้ตรงข้ามกันในแง่ที่ว่าคนตาบอดสีต้องมองเห็นสีต่างกัน คือสายหนึ่งจะมีสีที่เข้มและอีกสายอื่นจะมีสีที่อ่อน ส่วนสายดินนั้นใช้ให้มันมีสองสีโดยเลือกสีที่คนตาบอดสีนั้นจะมองเห็นเป็นแถบสีเข้ม-อ่อน (สายอื่นจะเห็นเพียงสีเดียว) ตรงนี้ลองพิจารณารูปที่ ๑ ดูเอาเองก็แล้วกัน ตัวสายดินที่มีสองสีนั้นภาพอาจไม่ชัดหน่อย (เพราะขี้เกียจรื้อสายไฟ) แต่น่าจะพอมองเห็นได้ว่าเมื่อปรับภาพจากภาพสีเป็น grey scale แล้วจะมองเห็นสายดินมีสองเป็นแถบสีเข้ม-อ่อน

เก็บตกจากการเดินเล่นรอบโรงงาน MO Memoir : Saturday 4 July 2558

ผมกับอาจารย์อีกท่านหนึ่งถือโอกาสหลบจากการประชุม (ที่มักจะเข้าร่วมในฐานะผู้เข้าฟังและร่วมรับประทานข้าวเที่ยงซะเป็นส่วนใหญ่) ออกมาเดินเล่นอาบแดดช่วงก่อนเที่ยงรอบโรงงาน ด้วยว่าอาจารย์ท่านนั้นท่านไม่เคยมาเยี่ยมโรงงานนี้ผมก็เลยอาสาเป็นไกด์นำเที่ยวเดินชมรอบ ๆ ในขณะเดียวกันก็ตรวจหาดูว่ามีอะไรที่ทำเอาไว้ไม่เรียบร้อย หรือมีการแก้ไขปรับปรุงตามที่แนะนำบ้างหรือไม่ เรื่องบางเรื่องมันดูเหมือนเป็นเรื่องเล็กน้อยใน punch list ที่เอามาเล่าให้ฟังก็เพราะมันไม่มีการสอนกันในมหาวิทยาลัย (คงเป็นเพราะอาจารย์คงไม่รู้จักอุปกรณ์ของจริง หรือรู้แต่เรื่องที่ตัวเองทำวิจัย) แต่เป็นเรื่องสำคัญสำหรับการทำงานปฏิบัติภาคสนามวิศวกร
  

"Punch list" คือรายการของสิ่งที่ควรต้องทำการแก้ไขหลังการก่อสร้างหรือการซ่อมบำรุง รายการนี้มีการแบ่งออกเป็น Major คือต้องทำการแก้ไขก่อนที่จะเริ่มเดินเครื่อง โดยมักจะเกี่ยวข้องกับความปลอดภัยและความราบรื่นของการทำงาน ส่วน Minor นั้นอาจเก็บเอาไว้ภายหลังก็ได้ เรื่องที่นำเสนอวันนี้มีอะไรบ้างก็ติดตามชมได้เลย

๑. กว่าจะยอมแก้แบบ

ปลายปีที่แล้ว (ใน Memoir ปีที่ ๗ ฉบับที่ ๙๐๔ วันศุกร์ที่ ๑๒ ธันวาคม ๒๕๕๗ เรื่อง "เก็บตกงานก่อสร้างถังเก็บน้ำสำรอง") ผมได้เล่าถึงการติดตั้งวาล์วปิด-เปิดน้ำดิบเข้าถังเก็บน้ำสำรองของโรงงาน ที่ตามแบบก่อสร้างนั้นเอาไปติดตั้งไว้ซะบนสุดแถมไม่มีที่ให้ยืนเปิด-ปิดวาล์วอีก ตอนแรกที่มีคนทักท้วงไปนั้น ทางผู้ก่อสร้างก็ยืนยันว่าจะติดตั้งอย่างนี้เพราะแบบมันเขียนเอาไว้อย่างนั้น (รูปที่ ๑ ซ้าย)
  

ตรงนี้ต้องทำความเข้าใจหน่อยก็คือ เป็นเรื่องปรกติที่ผู้ออกแบบกับผู้ก่อสร้างนั้นเป็นคนละกลุ่มกัน ผู้ออกแบบทำหน้าที่ก่อสร้างตามแบบที่ผู้ออกแบบกำหนด เขาจะไม่ทำการแก้ไขแบบ ถ้ามีการตรวจสอบและพบข้อสงสัยว่าแบบนั้นไม่ถูกต้องหรือไม่เหมาะสมในทางปฏิบัติ ผู้ตรวจสอบพบก็อาจจะขอให้ผู้ก่อสร้งทำก็คือหยุดการก่อสร้างตรงนั้นไว้ก่อน และสอบถามไปยังผู้ออกแบบให้ทำการตรวจสอบความถูกต้องและ/หรือแก้ไขแบบให้เหมาะสมกับสภาพการทำงานจริง
  

รายการนี้ก็เช่นกัน กว่าจะคุยกันรู้เรื่องและมีการปรับแก้ให้เหมาะสมกับสภาพการทำงานจริง ด้วยการปรับย้ายวาล์วปิด-เปิดน้ำดิบเข้าถังลงมาไว้ข้างล่าง ก็กินเวลาเข้าไปกว่าครึ่งปี (รูปที่ ๑ ขวา)
  

รูปที่ ๑ ระบบท่อป้อนน้ำดีเข้าถังเก็บ (ซ้าย) ก่อนการปรับปรุง (ขวา) หลังปรับปรุงแล้ว

๒. Machine bolt สั้นไปหน่อย

การยึดด้วยการใช้ bolt (ไม่ว่าจะเป็น machine bolt หรือ stud bolt) ก็ควรที่ใช้ bolt ที่ไม่สั้นเกินไป เพราะจะทำให้ตัว nut ไม่สามารถจับ bolt ได้ครบทุกร่องเกลียว การใช้ bolt ที่ยาวเกินไปมันไม่ทำให้เกิดปัญหาเรื่อง nut จับกับเกลียวที่ตัว bolt ไม่เต็มตัว เพียงแต่มันจะดูเกะกะรกลูกตาหน่อยแค่นั้นเอง (ดูรูปที่ ๔)
  

รูปที่ ๒ และ ๓ แสดงตัวอย่างการประกอบ bolt ที่ไม่ค่อยจะเรียบร้อยของวาล์วตัวหนึ่ง
  

รูปที่ ๒ Globe วาล์วตัวนี้ใช้หน้าแปลนในการเชื่อมต่อกับระบบท่อ โดยใช้ machine bolt เป็นตัวยึด
  

รูปที่ ๓ machine bolt ตัวที่ลูกศรชี้นั้นสั้นเกินไป ทำให้ตัว nut นั้นจับได้ไม่เต็มตัวเหมือนตัวทางด้านขวา (รูปที่ ๒)

หน้าแปลนทางด้านซ้ายที่เป็นทิศทางไหลเข้าของวาล์วนั้นใช้ machine bolt ที่มีขนาดที่เหมาะสม (ไม่สั้นและไม่ยาวเกินไป) ที่ประกอบแล้วทำให้ดูเรียบร้อยดี แต่หน้าแปลนทางด้านขวาที่เป็นด้านไหลออก กลับใช้ machie bolt ที่สั้นเกินไป ทำให้ตัว nut นั้นจับกับตัว bolt ไม่เต็มตัว ดังเห็นได้จากการที่ตัว bolt ไม่โผล่พ้นตัว nut ออกมา

๓. นอกจากซ้าย-ขวา ก็ยังมี บน-ล่าง อีก

steam trap เป็นอุปกรณ์ที่ใช้แยกไอน้ำที่ควบแน่นเป็นของเหลวออกจากระบบท่อไอน้ำ การติตตั้ง steam trap นั้นจะมีทั้งท่อที่ผ่าน steam trap และท่อ bypass (ดูรูปที่ ๔ ประกอบ) ท่อที่ผ่าน steam trap ประกอบด้วยส่วนประกอบต่าง ๆ เรียงลำดับดังนี้คือ block valve ด้านขาเข้า - ตัวกรอง (strainer) - steam trap - block valve ด้านขาออก ส่วนท่อ bypass นั้นมีเพียงแค่ block valve เอาไว้ใช้ในกรณีที่ต้องถอด steam trap ไปซ่อม หรือใช้ในการระบายสิ่งสกปรกออกจากระบบท่อไอน้ำเมื่อเริ่มเดินเครื่อง การทำงานของ steam trap หลายชนิดนั้นใช้แรงโน้มถ่วงด้วย ดังนั้นการติดตั้งจึงต้องทำให้ถูกทั้งทิศทางการไหล (ด้านไหนไหลเข้า-ออก) และทิศทางการวาง (ด้านไหนต้องหันขึ้นด้านบน)
  

ตรงนี้ขอขยายความเพิ่มเติมนิดนึง ท่อไอน้ำสำหรับการใช้งานทั่วไป (ที่ไม่ใช่ท่อไอน้ำความสะอาดสูงเช่นพวกที่ใช้ในอุตสาหกรรมอาหารและยา) จะใช้ท่อเหล็กกล้า และเป็นเรื่องปรกติที่ท่อเหล็กกล้านี้จะขึ้นสนิม เวลาสร้างโรงงานเสร็จ (หรือหลังการปิดระบบท่อไอน้ำเพื่อซ่อมบำรุงใหญ่) ภายในท่อก็จะมีสนิมอยู่ ทีนี้พอท่อร้อนขึ้นจากไอน้ำที่ป้อนเข้าไปในระบบ สนิมเหล็กกับท่อเหล็กต่างก็ขยายตัว แต่ด้วยอัตราการขยายตัวที่ไม่เท่ากัน ทำให้สนิมเหล็กหลุดร่อนออกจากผิวท่อ ดังนั้นไอน้ำที่ควบแน่นในช่วงนี้จะมีสิ่งสกปรกปนเปื้อนมาก (ได้แก่สนิมเหล็กและขยะต่าง ๆ ที่อาจมีอยู่ในท่อหลังการก่อสร้าง) จำเป็นต้องมีช่องทางระบายน้ำที่เกิดจากการควบแน่นของไอน้ำนี้ออกทางท่อ bypass โดยไม่ปล่อยให้ไหลผ่าน steam trap จนกว่าจะเห็นว่าน้ำที่ไหลออกมาจากท่อนั้นสะอาดแล้ว จึงค่อยปิดท่อ bypass และเปิดใช้ steam trap แทน
  

รูปที่ ๔ และ ๕ เป็น steam trap รุ่นเดียวกัน แต่ติดตั้งอยู่คนละส่วนของโรงงาน ตอนที่เดินผ่านก็ไม่รู้สึกอะไร แต่พอเอารูปถ่ายมาดูเปรียบเทียบกันก็พบว่ามันมีความแตกต่างกันอยู่ คือดูเหมือนว่าตัวในรูปที่ ๔ มันติดตั้งผิดทิศ
  

รูปที่ ๔ การติดตั้ง steam trap ตัวหนึ่ง พึงสังเกตหน้าแปลนของท่อ bypass ที่ใช้ machine bolt ที่ยาวมากไปหน่อย bolt ที่ยาวมากไปมันไม่มีปัญหาใด ๆ เพียงแค่อาจจะดูรกลูกตาแค่นั้นเอง
  

รูปที่ ๕ Steam trap รุ่นเดียวกัน แต่ติดตั้งไว้ที่ท่ออีกระบบหนึ่ง จะเห็นชัดว่ามีการระบุว่าด้านไหนต้องหันขึ้นด้านบน
  

๔. Rising stem/Inside stem screw ดูออกไหมครับว่าวาล์วเปิดหรือปิด

stem ของวาล์วคือชิ้นส่วนที่เชื่อมต่อตัว gate หรือ plug ที่ทำหน้าที่ปิดกั้นการไหล กับตัว wheel หรือก้านหมุนที่ใช้ในการปรับตำแหน่งของตัว gate หรือ plug ตัว stem นี้มีแยกเป็นแบบ rising ที่ยกตัวสูงขึ้นให้เห็นเมื่อตำแหน่งของ gate หรือ plug ยกตัวขึ้นเพื่อเปิดวาล์ว และลดตัวต่ำลงเมื่อตำแหน่งของ gate หรือ plug ลดลงเพื่อปิดวาล์ว ถ้าเป็นแบบ non-rising นั้นเราจะมองไม่เห็นการยกตัวสูงขึ้นหรือลดต่ำลงของตัว stem เพราะการเคลื่อนตัวมันอยู่ภายในตัววาล์ว
  

ตัว wheel ก็เช่นกัน วาล์วตัวเล็กนั้นตัว wheel จะยึดติดอยู่กับ stem เมื่อ stem ยกตัวสูงขึ้น ตัว wheel ก็ยกตัวสูงขึ้นตาม แต่สำหรับวาล์วตัวใหญ่ตัว wheel มักจะอยู่กับที่เมื่อเทียบกับตัววาล์ว เวลาหมุน wheel ก็จะเห็นเพียงแค่ตัว stem ปรับเปลี่ยนระดับเท่านั้น แต่ตัว wheel ยังคงอยู่ที่ระดับเดิม
  

รูปที่ ๖ (ซ้าย) เป็นวาล์วสองตัวของระบบท่อ steam trap ที่แสดงในรูปที่ ๔ ที่เป็นชนิด Rising stem/Inside stem screw ที่เอามาให้ดูก็เพื่อจะได้เปรียบเทียบได้ว่าวาล์วตัวไหนอยู่ไหนตำแหน่งเปิดหรือปิด ตรงนี้ต้องอาศัยประสบการณ์ว่าเคยเห็นของจริงและเคยลองหมุนวาล์วของจริงบ้างหรือไม่ ไม่เช่นนั้นก็คงจะบอกไม่ได้ว่าวาล์วอยู่ในตำแหน่งเปิดหรือปิด ส่วนรูปที่ ๖ (ขวา) นั้นเป็นวาล์วของท่อน้ำร้อนท่อหนึ่งที่เป็นชนิด Rising stem/Outside stem screw
  

รูปที่ ๖ (ซ้าย) วาล์วทั้งสองตัวเป็นชนิด Rising stem/Inside stem screw การดูตำแหน่งว่าวาล์วเปิดหรือปิดต้องสังเกตเอาจากระดับความสูงของ wheel (ล้อสำหรับหมุนเปิด-ปิดวาล์ว) เทียบกับตัววาล์ว (ขวา) วาล์วทางด้านขวาเป็นแบบ Rising stem/Outside stem screw ในวงเขียวคือตัว stem ที่เปลี่ยนระดับตามระดับการเปิด-ปิดของวาล์ว (ในรูปคือ gate valve) ในขณะที่ตัว wheel นั้นอยู่ที่ระดับเดิม ไม่ได้ปรับตามระดับการเปิด-ปิดวาล์ว ส่วนในกรอบสีเหลืองเป็นวาล์วแบบ Rising stem/Inside stem screw
   

๕. นอตมันดูสะอาดไปหน่อย

เหล็กเป็นวัสดุที่นำไฟฟ้าได้ ดังนั้นเมื่อใดก็ตามที่มีการติดตั้งโครงสร้างเหล็กที่มีการติดตั้งอุปกรณ์ไฟฟ้าเข้ากับโครงสร้าง (ไม่ว่าจะเป็นโครงสร้างอาคารหรือรั้วกั้น) จึงมักต้องทำการต่อต่อสายดินให้กับโครงสร้างเหล็กเหล่านั้น เพื่อให้กระแสไฟฟ้าที่หากเกิดการรั่วไหลจากอุปกรณ์ที่ติดตั้งอยู่กับโครงสร้าง ไหลลงสายดินแทนที่จะทำอันตรายต่อบุคคลที่สัมผัสอยู่กับโครงสร้างเหล็กนั้น
  

อาคารหนึ่งที่ผมเดินไปดู สร้างจากโครงสร้างเหล็กด้วยการใช้เหล็กรูปตัว H ทำเป็นเสาโครงสร้าง 4 ต้น เสา 4 ต้นนี้วางบนฐานรากคอนกรีตอีกชั้นหนึ่ง (ไม่ได้ฝังลงไปในดิน) ที่ฐานของเสาแต่ละต้นก็มีการต่อสายดินลงไปยังแท่งทองแดงที่ฝังอยู่ข้างเสาลึกลงไปในชั้นดิน
  

ดูตอนแรกงานติดตั้งสายดินตรงนี้มันก็ดูเรียบร้อยดี แต่ดูเหมือนว่ามันจะเรียบร้อยเกินไปหน่อย คือตัว bolt ที่ใช้ในการยึดหางปลาของสายดินเข้ากับโครงสร้างเหล็กนั้นมัน "สะอาดมาก" คือไม่เลอะเทอะสีอะไรเลย ลักษณะเช่นนี้มันเป็นเหมือนกับว่ามีการทาสีโครงสร้างเหล็กก่อน จากนั้นจึงทำการติดตั้งสายดินด้วยการร้อยหางปลาของสายดินเข้ากับนอตร้อยผ่านรูที่ทำขึ้นบนโครงสร้างเหล็ก คำถามที่เกิดขึ้นก็คือเนื่องจากชั้นสีเป็น "ฉนวนไฟฟ้า" การทาสีโครงสร้างเหล็กก่อนแล้วค่อยทำการติดตั้งนอตหางปลาจะมีชั้นสีคั่นอยู่ระหว่างตัวนอตหางปลาและผิวโลหะของโครงสร้าง ทำให้เกิดคำถามขึ้นมาว่าโครงสร้างเหล็กกับสายดินนั้นมีการเชื่อมต่อกันทางไฟฟ้าหรือ (อาจมีได้ถ้าหากส่วนที่เป็นเกลียวของตัว bolt ในรูเจาะนั้นสัมผัสกับผิวโลหะของโครงสร้างเหล็ก)
  

อันที่จริงก็ไม่ได้มีเพียงแค่สีที่เป็นฉนวนไฟฟ้า สนิมเหล็กเองก็เป็นฉนวนไฟฟ้า ด้วยเหตุนี้วิธีการที่เหมาะสมกว่าในการต่อนอตหางปลาเข้ากับพื้นผิวโลหะควรต้องใช้ "tooth washer" เพราะตัวฟันของ tooth washer จะกัดเข้าไปในเนื้อโลหะของทั้งตัวนอตหางปลาและของโครงสร้างเหล็ก ทำให้มีการเชื่อมต่อกันทางไฟฟ้าที่ดีกว่า แม้ว่าจะมีการทาสีทับก็ยังคงรักษาการเชื่อมต่อทางไฟฟ้าเอาไว้ได้ แต่จากที่เดินตรวจดูไม่พบเห็นการใช้ tooth washer สักตำแหน่ง
  

รูปที่ ๗ machine bolt ตัวที่ใช้ยึดหางปลาของสายดินเข้ากับโครงเหล็ก
 

รูปที่ ๘ ด้านหัวของ bolt ที่แสดงในรูปที่ ๗ ที่เป็นตำแหน่งที่ใช้ยึดหางปลาตัว
  

รูปที่ ๙ อีกด้านหนึ่งของ bolt ตัวที่แสดงในรูปที่ ๗ ด้านนี้จะมีแหวนสปริงรองอยู่ ถ้านอตไม่มีการคลายตัวก็จะเห็นรอยตัดของแหวนสปริง (ตรงลูกศรสีเหลืองชี้) วางตัวราบประกบกัน แต่ถ้านอตมีการคลายตัวก็จะเห็นรอยตัดดังกล่าวเผยอขึ้น

มาถึงตรงนี้ก็คงต้องขอจบบทความอีกหนึ่งเรื่องในชุด "วิศวกรรมเคมีภาคปฏิบัติ"

แค่เปลี่ยนเต้ารับก็สิ้นเรื่อง (การทำวิทยานิพนธ์ภาคปฏิบัติ ตอนที่ ๖๐) MO Memoir : Friday 20 December 2556

"ระวังท่อแก๊สแถวนั้นหน่อยนะ เดี๋ยวจะโดนไฟดูด"

เสียงรุ่นพี่เตือนรุ่นน้องขณะที่สอนให้ใช้เครื่อง ChemiSorb 2750 เมื่อวันพุธที่ผ่านมา
 

ผมได้ยินคำเตือนดังกล่าวก็เลยไปหยิบเอาไขควงเช็คไฟมาตรวจสอบ (ควรจะมีเป็นอุปกรณ์ประจำตัวสำหรับแต่ละคนที่ทำการทดลอง) พบว่าไม่ว่าจะจิ้มไปที่ท่อทองแดง regulator ที่หัวถังแก๊ส หรือที่ตำแหน่งโลหะที่ไม่มีสีหุ้ม (เช่นหัวนอต) ของเครื่องวัดพื้นที่ผิว BET ก็พบไฟรั่วทั่วไปหมด (รูปที่ ๑)

เวลาใช้ไขควงเช็คไฟก็ต้องเอานิ้วแตะที่หัวด้านที่มีหลอดไฟด้วยนะ ไม่ใช่แค่เอาไปจิ้มเฉย ๆ ถ้ามีไฟรั่วหลอดไฟจึงจะติด เพราะถ้าไม่เอานิ้วแตะ (ดูรูปที่ ๑) แม้ว่าจะมีไฟรั่ว หลอดไฟก็จะไม่ติด

รูปที่ ๑ (บนซ้าย) ไฟรั่วจากเครื่องผ่านระบบท่อแก๊สที่เป็นท่อทองแดงมาถึงหัวถังแก๊ส (บนขวา) การตรวจวัดที่นอตที่ตัวเครื่องวัดพื้นที่ผิว BET Micromeritics ASAP 2020 ก็พบไฟรั่วเช่นเดียวกัน (ล่างซ้าย) ในวงแดงคือปลั๊กของจอคอมพิวเตอร์ที่ย้ายไปเสียบยังเต้ารับตัวใหม่ที่มีสายดิน (ล่างขวา) ไฟรั่วที่ตรวจพบที่เครื่อง Thermogravimetric analysis
 

ไฟที่จ่ายเข้ามายังเต้ารับของห้องนี้มี ๒ ระบบ ระบบแรกเป็นระบบเดิมของอาคารซึ่งเป็นระบบที่มีสายดินอยู่แล้ว แต่เนื่องจากระบบนี้ไม่สามารถจ่ายไฟฟ้าได้เพียงพอกับความต้องการของอุปกรณ์ที่นำมาติดตั้ง จึงได้มีการเดินสายระบบที่สองเพิ่มขึ้น แต่ปัญหาที่เกิดขึ้นคือระบบที่สองที่เดินใหม่นั้น "ไม่มีสายดิน"
  

เครื่องที่เกิดปัญหาคือ Micromeritics ASAP 2020 ที่ควบคุมด้วยไมโครคอมพิวเตอร์ ในวันที่ผมทราบปัญหานั้นเครื่องก็ยังอยู่ระหว่างการทำงานที่คาดว่ากว่าจะเสร็จก็คงจะอีกนาน ในบ่ายวันนั้นจึงได้ทำการทดสอบอย่างง่าย ๆ ให้กับสมาชิกของกลุ่มได้ดู (ที่บังเอิญอยู่ที่แลปตอนบ่าย ๓ คนคือสาวน้อยจากบ้านสวน สาวน้อยจากเมืองโอ่งมังกร สาวน้อยจากเมืองขุนแผน ส่วนสาวน้อยจากเมืองวัดป่ามะม่วงเดาว่าคงนอนอยู่บ้านเอาแรงหลังจากทำการทดลองข้ามคืน)
 

สิ่งที่ผมทำก็คือตรวจสอบดูก่อนว่ามีเต้ารับตัวไหนบ้างในบริเวณนั้นที่มีสายดิน จากนั้นก็นำเอาเครื่องพิมพ์ (ยืมของกลุ่ม DeNOx มาชั่วคราว) มาเสียบสายต่อเข้ากับเต้ารับตัวนั้น จากนั้นก็ต่อเครื่องพิมพ์เข้ากับคอมพิวเตอร์ที่ควบคุมเครื่อง ASAP 2020 ที่กำลังทำงานอยู่ผ่านสาย USB จากนั้นก็เอาไขควงเช็คไฟตรวจสอบตามตำแหน่งต่าง ๆ ที่เคยพบการรั่วไหลอีกที ก็พบว่าทีนี้หลอดไฟของไขควงเช็คไฟไม่ติดแล้ว แสดงว่าปัญหาเรื่องไฟดูดก็หมดไป ผมสาธิตให้สมาชิกของกลุ่มดูด้วยการถอดสาย USB ของเครื่องพิมพ์ออกก่อน จากนั้นก็ให้เขาใช้ไขควบเช็คไฟตรวจสอบเพื่อให้เห็นว่ามีไฟรั่ว แต่พอเสียบสาย USB หลอดไฟของไขควงที่สว่างอยู่ก็ดับ แต่ถ้าดึงสาย USB ออกมันก็สว่างใหม่ (ไม่จำเป็นต้องเปิดเครื่องพิมพ์นะ)

อุปกรณ์ไฟฟ้าหลายชนิดเวลาที่กำลังทำงานนั้นถ้าเราเอาไขควงเช็คไฟไปตรวจสอบก็จะพบว่ามีไฟติด ตรงนี้มันไม่ใช่ข้อบกพร่องของอุปกรณ์ แต่เกิดจากวิธีการทำงานของอุปกรณ์หรือการออกแบบอุปกรณ์ (เช่นเกิดจากการเหนี่ยวนำ การใช้ตัวถังเป็นระบบกราวน์ (สายดิน)) และโดยปรกติเวลาใช้อุปกรณ์พวกนี้ก็ควรจะต้องใช้กับปลั๊กและเต้ารับที่มีระบบสายดิน อุปกรณ์คอมพิวเตอร์และสายพ่วงเพื่อการส่งผ่านข้อมูลระหว่างคอมพิวเตอร์และอุปกรณ์ต่าง ๆ นั้นมักจะมีสายดินอยู่แล้ว ดังนั้นเมื่อเสียบอุปกรณ์เหล่านี้เข้าด้วยกัน ถ้าไม่มีอุปกรณ์ตัวใดมีการต่อลงระบบสายดินเลย และถ้ามีอุปกรณ์ตัวใดตัวหนึ่งเพียงตัวเดียวมีไฟรั่ว ไฟฟ้าก็จะไหลไปยังอุปกรณ์ทุกตัวหมด อย่างเช่นในกรณีนี้มันออกไปจนตามท่อแก๊สที่เป็นท่อทองแดงไปจนถึงถังแก๊ส
 

ในทางกลับกันถ้ามีอุปกรณ์ชิ้นใดชิ้นหนึ่งนั้นมีการต่อลงระบบสายดิน อุปกรณ์ตัวอื่นแม้ว่าจะไม่ได้เสียบเข้ากับเต้ารับที่มีสายดิน ก็จะถูกต่อลงระบบสายดินไปด้วย (แต่ถ้าจะให้ดีที่สุดคืออุปกรณ์ทุกตัวควรต้องเสียบเข้ากับเต้ารับที่มีระบบสายดิน)
 

ในกรณีที่เล่ามาข้างต้นเป็นการต่อลงระบบสายดินผ่านสาย USB ของเครื่องพิมพ์และสายไฟของเครื่องพิมพ์ที่เสียบเข้ากับเต้ารับที่มีระบบสายดิน
 

การแก้ปัญหาที่ได้กระทำไปเมื่อวันศุกร์ก็คือทำการย้ายปลั๊กของจอคอมพิวเตอร์ให้ไปเสียบยังเต้ารับอีกตัวหนึ่งที่อยู่ใกล้ ๆ ที่มันมีสายดิน (ปลั๊กนี้ต่อพ่วงมาจากเต้ารับเดิมของอาคารที่มีระบบสายดิน) ที่เลือกย้ายปลั๊กจอคอมพิวเตอร์ก็เพราะเวลาปิดจอมันไม่รบกวนการทำงานของเครื่อง ASAP 2020 พอย้ายปลั๊กจอเสร็จเรียบร้อยก็ตรวจสอบไฟรั่วอีกครั้ง ก็พบว่าปัญหาดังกล่าวก็หายไป
 

เรื่องนี้เคยเกิดขึ้นกับเครื่อง centrifuge ตอนนั้นผมก็บอกให้เขาไปเปลี่ยนสายไฟใหม่ จากของเดิมที่ปลั๊กตัวผู้เป็นแบบมี ๒ ขาให้เปลี่ยนเป็นแบบที่ปลั๊กตัวผู้มีขา ๓ ขาทน เพราะเต้ารับที่ใช้อยู่มันก็มีสายดินอยู่แล้ว ปัญหาเรื่องไฟรั่วก็หมดไป

ตอนนี้อุปกรณ์ในห้องนั้นอีกชิ้นหนึ่งที่เห็นมียังปัญหาอยู่ก็คือเครื่อง Thermogravimetric analysis แต่บังเอิญเครื่องนี้เขาใช้ท่อพลาสติกต่อจากถังแก๊สมายังเครื่อง จึงทำให้ไม่มีการรั่วไหลของไฟฟ้าไปยังถังแก๊ส และเครื่องมันก็เคลือบสีไว้อย่างดี แถมบริเวณที่เป็นผิวโลหะเปิด (เช่นข้อต่อท่อแก๊ส) ก็ไปอยู่ในบริเวณที่ปรกติจะต้องเข้าไปยุ่งอะไร ก็เลยคงทำให้ไม่มีใครรู้ว่ามันก็มีปัญหาอยู่เช่นกัน

ไฟฟ้ากระแสสลับแรงดันต่ำ MO Memoir : Tuesday 16 March 2553

กระแสไฟฟ้าที่ใช้กันในอาคารบ้านเรือนหรือห้องปฏิบัติการนั้น จะเป็นระบบไฟฟ้ากระแสสลับ (alternative current) ที่มีแรงดัน (หรือแรงเคลื่อน) ไฟฟ้าต่ำ โดยจะแยกออกเป็น 2 ระบบคือ ระบบแรงเคลื่อนไฟฟ้า 100-120 V และระบบแรงเคลื่อนไฟฟ้า 200-240 V

 

ระบบแรงเคลื่อนไฟฟ้า 100-120 V (คืออาจเป็น 100 V 110 V หรือ 120 V) เท่าที่ทราบก็มีประเทศญี่ปุ่นและสหรัฐอเมริกา การที่ใช้แรงเคลื่อนไฟฟ้าต่ำทำให้เมื่อต้องการพลังงานที่สูง จึงต้องดึงกระแสไฟฟ้าในปริมาณมาก เพราะพลังงาน (P) ที่เครื่องใช้ไฟฟ้าต้องการคือผลคูณระหว่างความต่างศักย์ (V) กับกระแส (I) ตามสมการ P = IV

 

แต่การสูญเสียเนื่องจากความต้านทานนั้นแปรผันตามผลคูณระหว่างกระแสไฟฟ้ายกกำลังสอง (I²) กับความต้านทาน (R) ตามสมการ P(lost) = I²R พลังงานไฟฟ้าที่สูญเสียไปนี้จะกลายไปเป็นพลังงานความร้อนที่สายไฟฟ้า ดังนั้นถ้าเครื่องใช้ไฟฟ้าดึงกระแสมาก การสูญเสียพลังงานไฟฟ้าไปเป็นพลังงานความร้อนก็จะสูงตามไปด้วย

 

หนทางหนึ่งที่จะลดการสูญเสียดังกล่าวคือการใช้ความต่างศักย์ไฟฟ้าที่สูงขึ้น

 

ในบ้านเรานั้นใช้แรงดันไฟฟ้า 220 V (อยู่ในกลุ่ม 200-240 V คือมีประเทศที่ใช้แรงดันไฟฟ้า 200 V 220 V และ 240 V) แรงดันที่กล่าวมานี้เป็นแรงดันที่เรียกว่าแรงดันสาย (วัดเทียบกับสาย neutral หรือวัดเทียบกับสายดิน (คำว่าสายดินหรือต่อลงดินนี้ อเมริกาใช้คำว่าground แต่อังกฤษใช้คำว่า earth))

ไฟฟ้ากระแสสลับที่ส่งออกมาจากเครื่องกำเนิดไฟฟ้านั้นจะเป็นระบบไฟ 3 เฟสที่มีเฟสต่างกัน 120 องศา แรงดันไฟฟ้าที่วัดระหว่างแต่ละเฟสจะเรียกว่าแรงดันเฟส ซึ่งในระบบไฟฟ้า 220 V นั้นถ้าวัดแรงดันเฟสจะได้ 380 V แต่ถ้าเป็นระบบไฟฟ้า 240 V (เช่นที่ประเทศอังกฤษ) จะวัดแรงดันเฟสได้ 418 V

ไหน ๆ เราก็ใช้ไฟฟ้ากันอยู่ทุกวันแล้ว คราวนี้ลองมาทำความรู้จักกับระบบไฟฟ้ากระแสสลับแรงดันต่ำกันบ้าง

 

ระบบไฟฟ้ากระแสสลับแรงดันต่ำที่เห็นใช้กันอยู่ในห้องปฏิบัติการนั้น พอจะแบ่งออกได้เป็น 5 ประเภทคือ

- 1 เฟส 2 สาย

- 1 เฟส 3 สาย

- 3 เฟส 3 สาย

- 3 เฟส 4 สาย และ

- 3 เฟส 5 สาย

 

ต่อไปก็ขอไล่ทีละประเภท

1. ระบบ 1 เฟส 2 สาย

ระบบนี้เรียกได้ว่าเป็นระบบพื้นฐานที่สุด เห็นกันทั่วไปมากที่สุด ระบบนี้ใช้ไฟฟ้า 1 เฟส 220 V ประกอบด้วยสาย line (สายที่มีไฟ) กับสาย neutral (สายที่ให้ไฟฟ้าเดินครบวงจร) ส่วนสายใดจะเป็นสาย line หรือ neutral นั้นใช้ไขควงเช็คไฟตรวจสอบจะดีที่สุด อย่าคาดหวังว่าจะดูได้จากสีฉนวนสายไฟ (บ้านเราเอาแน่เอานอนไม่ได้) ปลั๊กไฟที่ใช้กันก็เป็นแบบ 2 ขา อุปกรณืไฟฟ้าที่ใช้กับระบบไฟแบบนี้คือพวกที่ไม่จำเป็นต้องมีการเดินสายดิน เช่นหลอดไฟฟ้า พัดลม วิทยุ โทรทัศน์ หรืออุปกรณ์ไฟฟ้าบางชนิดเช่นสว่านไฟฟ้าที่ระบุว่าเป็นแบบ double insulator เป็นต้น

ปัญหาหนึ่งที่เห็นเกิดขึ้นกับระบบไฟฟ้าแบบนี้คือสวิตช์ปิด-เปิด (ซึ่งกรณีของสวิตช์ขนาดเล็กที่ใข้กันทั่วไปนั้นจะตัดวงจรเพียงแค่สายเดียว) นั้นต้องอยู่ที่สาย line เพราะเมื่อปิดอุปกรณ์ไฟฟ้าแล้วอุปกรณ์ไฟฟ้าก็จะหยุดการทำงานและไม่มีกระแสไฟฟ้าไหลเข้าตัวอุปกรณ์ แต่ถ้าสวิตช์ปิด-เปิดไปอยู่ที่สาย neutral เมื่อใด แม้จะปิดอุปกรณ์ไฟฟ้าไปแล้ว แต่ถ้ามีใครไปจับต้องอุปกรณ์ไฟฟ้านั้นและกระแสไฟฟ้าสามารถไหลลงดินได้ ผู้ที่จับต้องอุปกรณ์ไฟฟ้านั้นก็จะถูกไฟดูดได้ ดังนั้นเมื่อใดที่ต้องทำการซ่อมอุปกรณ์ไฟฟ้า จึงควรต้องถอดปลั๊กออกจากเต้ารับด้วย อย่าคิดพึ่งแต่สวิตช์

 

ในบางแห่งนั้นอาจพบว่าหลอดฟลูออเรสเซนส์เมื่อปิดไฟแล้วยังมีการเรืองแสงอยู่ นั่นแสดงว่าสวิตช์ที่ใช้เปิด-ปิดหลอดไฟดวงนั้นตัดสาย neutral ไม่ได้ตัดสาย line การแก้ปัญหากระทำโดยการเปลี่ยนสายที่เข้าสวิตช์ปิด-เปิดเสียใหม่ให้กลายเป็นสาย line แทน

รูปที่ 1 (ซ้าย) ตำแหน่งของสวิตช์นั้นต้องอยู่ตัดสาย line (L) ไม่ใช่สาย neutral (N) แต่ถ้าไปตัดสาย neutral ดังรูปขวา ถ้ามีคนไปจับต้องอุปกรณ์ไฟฟ้าเมื่อใด กระแสไฟฟ้าก็จะสามารถไหลผ่านตัวคนลงสู่พื้นดินได้ ทำให้ผู้จับได้รับอันตราย

2. ระบบ 1 เฟส 3 สาย

 

ระบบนี้ยังคงเป็นระบบไฟฟ้า 220 V และเป็นระบบที่ปลอดภัยกว่าระบบแรก สำหรับบ้านในปัจจุบันนั้นการไฟฟ้ากำหนดให้ต้องมีการเดินสายดิน หรือบ้านที่ต้องเปลี่ยนสายไฟฟ้าใหม่ทั้งหลังก็ควรที่จะเดินสายดินด้วย

 

ระบบสายดินนั้นเป็นการต่อสายไฟฟ้าจากตัวอุปกรณ์ไฟฟ้าไปยังแท่งเหล็กอาบทองแดงที่ฝังไว้ ณ ตำแหน่งใดตำแหน่งหนึ่งของตัวบ้าน ความลึกและความยาวของแท่งจะเป็นเท่าใดนั้นขึ้นอยู่กับว่าความชื้นในดินมีเท่าใด

รูปที่ 2 (ซ้าย) การต่อสายไฟของระบบ 1 เฟส 3 สาย สายดิน (E) นั้นจะต่อจากตัวถังอุปกรณ์ส่วนที่เป็นโลหะ เช่นตัวตู้เย็น เครื่องซักผ้า เครื่องทำน้ำร้อน ฯลฯ ไปยังสายไฟที่เชื่อมต่อกับแท่งโลหะที่ฝังดินอยู่ ในกรณีที่มีไฟฟ้ารั่วมายังตัวถัง (ขวา) ถ้าความต้านทานลงสู่พื้นดินผ่านทางสายดินนั้นต่ำกว่าการไหลผ่านตัวคนที่ไปจับ ผู้ที่ไปจับต้องอุปกรณ์ก็จะรอดพ้นจากการถูกไฟฟ้าดูด

บ้านบางหลังมีการติดตั้งอุปกรณ์ป้องกันอันตรายจากไฟฟ้าดูด ซึ่งอุปกรณ์ดังกล่าวจะทำงานเมื่อมีกระแสไฟฟ้าไหลเกินกำหนด (ระดับมิลิแอมป์ mA) ตัวอุปกรณ์ไฟฟ้าบางชนิดหรือสายไฟบางเส้นที่เดินอยู่นอกอาคารอาจมีกระแสไฟฟ้ารั่วไหลอยู่ เมื่อมีการต่อสายดิน (หรือฝนตก) ก็จะทำให้มีกระแสไฟฟ้าส่วนหนึ่งไหลลงสู่พื้นดิน ทำให้อุปกรณ์ป้องกันอันตรายจากไฟฟ้าดูดนั้นทำงานโดยการตัดไฟฟ้า การแก้ปัญหาโดยการเพิ่มอัตราการรั่วไหลที่ยอมรับได้หรือากรปิดการทำงานอุปกรณ์ป้องกันอันตรายนั้นเป็นการแก้ปัญหาแบบชั่วคราว ที่ถูกต้องคือต้องหาว่ามีการรั่วไหลที่ใด และทำการแก้ไขที่อุปกรณ์หรือเปลี่ยนสายไฟฟ้าเส้นที่มีปัญหานั้น

 

อันตรายอย่างหนึ่งที่เกิดกับระบบไฟฟ้าชนิดนี้คือจะเกิดเมื่อตอนที่เปลี่ยนปลั๊กตัวผู้ เหตุการณ์นี้เคยเกิดในแลปเราครั้งหนึ่งโดยนิสิตป.เอกผู้หนึ่ง ทำการเปลี่ยนปลั๊กไฟตู้อบ (vacuum oven) สิ่งที่เกิดขึ้นคือพอเสียบปลั๊กไฟตู้อบแล้ว circuit breaker จะตัดวงจรไฟฟ้าทันที ตอนแรกที่ผมมาเจอนิสิตในแลปบอกว่าเป็นเพราะว่าเสียบกาน้ำร้อนแล้วดึงไฟเยอะ แต่พอตรวจสอบแล้วปรากฏว่าไม่ใช่ เลยไปสอบถามนิสิตป.เอกผู้ที่เปลี่ยนปลั๊กไฟนั้น เขาก็ยืนยันเสียงหนักแน่นว่าเขาเปลี่ยนถูกแน่นอน และไม่ยอมไปตรวจสอบใหม่ด้วย (สาเหตุหนึ่งคงเป็นเพราะเขาไม่ค่อยชอบหน้าผม เพราะเขาต้องการทำแต่งานวิจัยของตัวเองเพื่อให้ตัวเองจบ โดยไม่สนใจที่จะทำงานส่วนกลางของแลปที่แต่ละคนได้รับมอบหมายให้ทำ และอาจารย์ที่ปรึกษาของเขาก็ไม่กล้าลงโทษด้วย จนผมต้องถามอาจารย์ที่ปรึกษาเขาว่าว่าตกลงว่าใครมีอำนาจเหนือใครกันแน่) พอผมไปตรวจสอบก็พบว่าเขาต่อสายไฟผิด โดยเอาสาย live ไปต่อที่ขา ground ของปลั๊กตัวผู้

 

เหตุการณ์นี้นับว่าโชคดีมากที่ circuit breaker ตัดวงจรไฟฟ้า เพราะถ้ามันไม่ทำงานและมีใครไปจับผนังตู้อบเมื่อใด อาจถูกไฟดูดจนเสียชีวิตได้

3. ระบบ 3 เฟส 3 สาย

สำหรับอุปกรณ์ไฟฟ้าที่มีกำลังสูงนั้น การใช้ไฟฟ้าเฟสเดียวจะต้องการกระแสไฟฟ้าที่สูง สายไฟต้องเส้นใหญ่ตามไปด้วย ทางออกทางหนึ่งคือการใช้ระบบไฟฟ้า 3 เฟส ซึ่งทำให้สายไฟในแต่ละเฟสนั้นลดต่ำลง ดังนั้นแทนที่จะใช้สายไฟสายใหญ่เพียงเส้นเดียว ก็กลายเป็นใช้สายไฟเส้นเล็กเพียง 3 เส้นแทน ความต่างศักย์ไฟฟ้าที่ใช้กับอุปกรณ์ประเภทนี้จะเป็น 380 V (แรงดันเฟส) 

 

อุปกรณ์ที่ใช้ไฟฟ้าระบบนี้ที่เห็นกันทั่วไปได้แก่มอเตอร์ไฟฟ้า โดยเฉพาะพวกที่มีมีขนาดมากกว่า 1 แรงม้า พึงระลึกว่าอุปกรณ์ไฟฟ้าพวกมอเตอร์ไฟฟ้านั้นจะใช้หน่วยเป็น VA คือผลคูณระหว่างความต่างศักย์กับกระแส ไม่ได้ใช้หน่วยเป็นวัตต์ (W) ทั้งนี้เพราะกำลังไฟฟ้าที่ได้นั้นจะขึ้นอยู่กับค่าตัวประกอบกำลัง (power factor หรืออาจเขียนว่า cos(θ)) VA จะเท่ากับ W ก็ต่อเมื่อค่าตัวประกอบกำลังเท่ากับ 1

 

สวิตช์ไฟฟ้าที่ใช้กับอุปกรณ์ไฟฟ้า 3 เฟสนั้น เวลาตัดกระแสไฟฟ้าก็จะต้องตัดกระแสไฟฟ้าทั้ง 3 เส้น ปัญหาหนึ่งที่ต้องระวังไม่ให้เกิดขึ้นกับอุปกรณ์ไฟฟ้าที่ใช้ไฟฟ้า 3 เฟส (รวมทั้งพวก 4 สายในข้อ 4 และ 5 สายในข้อ 5 ข้างล่างด้วย) คือการที่กระแสไฟฟ้าขาดหายไปเฟสใดเฟสหนึ่ง เช่นระบบจ่ายไฟฟ้าอาจมีปัญหาจนทำให้กระแสไฟฟ้าหายไป 1 เฟส เหลือจ่ายเพียง 2 เฟส เพราะสิ่งที่จะเกิดตามมาคือตัวมอเตอร์จะดึงกระแสไฟฟ้าจาก 2 เฟสที่เหลือเข้ามาชดเชย เพื่อให้กำลังขาออกคงเดิม ปริมาณกระแสไฟฟ้าที่ดึงเข้ามาในเฟสที่เหลือ 2 เฟสนั้นอาจสูงจนสายไฟฟ้าร้อนจัดจนทนไม่ได้

 

อุปกรณ์อีกชนิดหนึ่งที่เคยเห็นว่าใช้ไฟฟ้าระบบ 3 เฟสคือเตาเผาอุณหภูมิสูงขนาดใหญ่ ซึ่งจะกินกระแสไฟฟ้ามาก การแก้ปัญหาคือใช้ไฟฟ้าระบบ 3 เฟสเพื่อกระจายการดึงกระแสไม่ให้อยู่ที่เฟสใดเฟสหนึ่งเพียงเฟสเดียว

 

สิ่งหนึ่งที่ต้องระวังคือ อย่าสับสนระหว่างระบบไฟฟ้า 3 เฟส 3 สายกับระบบไฟฟ้า 1 เฟส 3 สาย

อุปกรณ์ชิ้นหนึ่งในห้องปฏิบัติการของเราที่กินกระแสสูงแต่ใช้ไฟเฟสเดียวคือเครื่อง XRD เครื่องนี้ใช้ไฟฟ้า 1 เฟสแต่กินกระแส 30 A

4. ระบบ 3 เฟส 4 สาย

ระบบ 3 เฟส 4 สายนี้แตกต่างจากระบบ 3 เฟส 3 สายตรงที่มีการเพิ่มสาย neutral (N) เข้ามา

 

อุปกรณ์ไฟฟ้าพวกมอเตอร์ไฟฟ้านั้น เวลาเริ่มเดินเครื่องจะกินกระแสไฟฟ้ามาก (เคยอธิบายเรื่องนี้เอาไว้แล้วใน memoir ฉบับวันพฤหัสบดีที่ ๑๘ กุมภาพันธ์ ๒๕๕๓ เรื่องฝึกงานภาคฤดูร้อน ๒๕๕๓ ตอนที่ ๖ ระบบ piping ของปั๊มหอยโข่ง) และถ้าความต่างศักย์ที่จ่ายเข้าขดลวดของมอเตอร์นั้นสูงด้วยแล้ว ก็อาจทำให้ขดลวดไหม้ได้

 

การแก้ปัญหาดังกล่าวทำได้โดยการเริ่มต้นเดินเครื่องในขณะที่ต่อวงจรแบบวาย (Y) หรือ star ทำให้ลดปริมาณกระแสที่ไหลผ่านขดลวดในขณะที่ขดลวดเริ่มหมุน และเมื่อมอเตอร์เริ่มหมุนได้รอบแล้วจึงเปลี่ยนวงจรมาเป็นแบบเดลต้า (Δ) ในการต่อวงจรแบบ Y นั้นจำเป็นต้องมีการใช้สาย neutral ซึ่งในขณะที่ต่อวงจรแบบ Y ความต่างศักย์คร่อมขดลวดจะมีค่าเพียง 220 V และเมื่อปรับการต่อวงจรเป็นแบบเดลต้าแล้วความต่างศักย์คร่อมขดลวดจะปรับขึ้นเป็น 380 V

 

สำหรับอุปกรณ์ที่อยู่ในสภาพสมบูรณ์และมีการดุลเฟสเป็นอย่างดีนั้น กระแสไฟฟ้าที่ไหลทางสาย neutral ควรมีค่าเป็นศูนย์ (เกิดจากการหักล้างระหว่างเฟสทั้ง 3 ได้พอดี) ถ้าพบว่ากระแสที่ไหลในสาย neutral มีค่ามากกว่าศูนย์ก็แสดงว่าขดลวดแต่ละขดมีความไม่สมดุล

รูปที่ 3 การต่อวงจรไฟฟ้า 3 เฟสแบบวาย (ซ้าย) ซึ่งความต่างศักย์คร่อมแต่ละขดลวดจะเป็นเพียง 220 V แต่เมื่อเปลี่ยนมาต่อแบบเดลต้า (ขวา) ความต่างศักย์คร่อมขดลวดจะเพิ่มเป็น 380 V

5. ระบบ 3 เฟส 5 สาย

 

ระบบนี้เหมือนกับระบบ 3 เฟส 4 สาย แต่มีสายดินเพิ่มเข้ามาอีก 1 สาย การต่อสายดินก็เป็นการต่อเข้ากับตัวถังอุปกรณ์เพื่อป้องกันอันตรายจากไฟฟ้าดูด

อุปกรณ์ไฟฟ้าอื่นในโรงงานอุตสาหกรรม (เช่นมอเตอร์ขนาดใหญ่) นั้นอาจจะใช้ไฟฟ้าที่ความต่างศักย์สูงกว่านี้ ตัวหนึ่งที่เคยเห็นคือมอเตอร์สำหรับเครื่องปั๊มอากาศขนาดใหญ่ ทื่ใช้ไฟแรงดัน 6.6 kV เพื่อลดกระแส แต่ถึงกระนั้นก็ตามตอนที่เริ่มเดินเครื่อง กระแสไฟที่เข้ามอเตอร์ก็กระโดยไปถึงประมาณ 700 A ก่อนที่จะตกกลับลงมาเหลือประมาณ 100 A เศษเมื่อมอเตอร์หมุนได้ความเร็วรอบปรกติ

 

การที่มอเตอร์กินกระแสไฟฟ้ามากในขณะที่เริ่มเดินเครื่องนั้น ถ้าหากมีการเริ่มเดินเครื่องมอเตอร์หลายตัวพร้อมกันก็อาจทำให้ circuit breaker ของระบบจ่ายไฟฟ้าหลักตัดวงจรไฟฟ้าได้ วิธีที่ดีกว่าคือค่อย ๆ เริ่มเดินเครื่องมอเตอร์ไฟฟ้าทีละตัวจนกว่าจะครบทั้งระบบ

 

เหตุการณ์นี้เคยเกิดขึ้นกับระบบ glove box ของห้องแลป กล่าวคือไฟฟ้าดับและไม่มีใครเข้าไปปิด vacuum pump ต่าง ๆ ของ glove box โดยที่สวิตช์ของ vacuum pump นั้นยังคงค้างอยู่ที่ตำแหน่งเปิด ที่นี้พอกระแสไฟฟ้ากลับคืนเดิม ตัวอุปกรณ์ไฟฟ้าต่าง ๆ ของ glove box ก็ดึงกระแสเข้าพร้อมกันทันที ปริมาณกระแสที่เข้าไปนั้นสูงขึ้นอย่างรวดเร็วจนฟิวส์ทำงาน (ตัดวงจร) ไม่ทัน ทำให้ระบบ UPS เกิดความเสียหายต้องซ่อมใหญ่ นับจากวันนั้นมาก็เลยต้องมีการจัดเวรยามเฝ้า glove box และเวลาเขียนคู่มือการใช้งานเครื่องมือ ต้องมีการวางแผนรองรับด้วยว่าถ้าไฟฟ้าดับจะต้องรีบทำอย่างไร และก่อนที่จะเริ่มเดินเครื่องใหม่ต้องปรับตั้งระบบให้กลับไปอยู่ที่ภาวะใดก่อน