การปรับค่าตัวประกอบกำลังหลอดฟลูออเรสเซนต์ MO Memoir : Thursday 2 October 2568

ตอนเด็ก ๆ เคยเห็นโคมหลอดฟลูออเรสเซนต์ที่บ้านญาติที่ต่างจังหวัดมีวัตถุทรงกระบอกอันใหญ่ ๆ (เทียบกับขนาดหลอด) ติดตั้งอยู่ ซึ่งตอนนั้นก็ไม่รู้ว่ามันคืออะไรเพราะที่บ้านที่กรุงเทพไม่มี มารู้เอาตอนโตขึ้นว่ามันคือตัวเก็บประจุที่เอาไว้ปรับค่าตัวประกอบกำลัง (power factor ที่ย่อว่า pf บ้าง PF บ้าง) ในยุคสมัยนั้น (ก็กว่า ๔๐ ปีที่แล้ว) เป็นยุคสมัยที่กำลังการผลิตไฟฟ้าของไทยจะเรียกว่าไม่ค่อยพอเพียงก็ได้ ตอนหัวค่ำต้องประหยัดไฟกันทั้งประเทศ ไฟถนนต้องเปิดดวงเว้นดวง สถานีโทรทัศน์ต่าง ๆ งดออกรายการช่วง ๑๘.๓๐ ถึง ๒๐.๐๐ น (เพื่อให้ทุกบ้านปิดโทรทัศน์ จะได้ประหยัดไฟ ซึ่งตอนนั้นยังไม่มีเครื่องเล่นวิดิทัศน์)

ชุดหลอดฟลูออเรสเซนต์เป็นอุปกรณ์ที่มีค่าตัวประกอบกำลังต่ำตัวหนึ่ง สำหรับบ้านพักอาศัยทั่วไปที่ไม่ได้ติดตั้งหลอดชนิดนี้จำนวนมาก ค่าตัวประกอบกำลังที่ต่ำนี้ก็ไม่ได้ส่งผลต่อปริมาณกระแสไฟที่ต้องไหลเข้าบ้านมากเท่าใดนัก แต่ในอาคารพาณิชย์ที่มีการใช้หลอดฟลูออเรสเซนต์เป็นจำนวนมาก และมีการเปิดใช้งานจำนวนมากในเวลาเดียวกัน ปริมาณกระแสที่ต้องจ่ายเพิ่มขึ้นเนื่องจากค่าตัวประกอบกำลังที่ต่ำนั้นจัดว่าสูงอยู่เหมือนกัน

วิธีการลดปริมาณกระแสที่ต้องจ่ายทำได้ด้วยการติดตั้งตัวเก็บประจุขนานเข้ากับวงจรหลอดฟลูออเรสเซนต์ ตัวเก็บประจุจะทำให้ค่าตัวประกอบกำลังเพิ่มสูงขึ้น (เฟสของความต่างศักย์และกระแสใกล้เคียงกันมากขึ้น) ตัวอย่างที่แสดงในรูปที่ ๑ ข้างล่างเป็นของโคมไฟของชั้นที่ผมทำงานอยู่ ชั้นนี้ติดตั้งโคมชนิด ๓ หลอด (บางชั้นติดตั้งโคมชนิด ๔ หลอด) ซึ่งตอนนี้โคมเหล่านี้อายุการใช้งานมันก็มากแล้ว ถ้าชั้วหลอดยังใช้ได้อยู่เขาก็เปลี่ยนเป็นหลอดแอลอีดีแทน แต่ถ้าขั้วหลอดมันเปราะหมดแล้วก็จะเปลี่ยนทั้งโคม ตัวสีส้มที่เห็นในรูปที่ ๑ ข้างล่าง (รวมทั้งในกรอบสี่เหลี่ยมด้วย) ก็คือตัวเก็บประจุที่ติดตั้งมาเพื่อปรับค่าตัวประกอบกำลังให้เข้าใกล้ 1.0

รูปที่ ๑ ตัวสีส้มที่เห็นคือตัวเก็บประจุที่ใช้สำหรับปรับค่าตัวประกอบกำลังให้กับโคมหลอดฟลูออเรสเซนต์

รูปที่ ๒ เป็นวงจรการต่อหลอดฟลูออเรสเซนต์ที่มีการติดตั้งตัวเก็บประจุ (C2) ในรูปแบบขนานกับวงจรหลอด เพื่อทำหน้าที่ปรับค่าตัวประกอบกำลังให้สูงขึ้น ตัวหลักที่ทำให้ค่าตัวประกอบกำลังของหลอดฟลูออเรสเซนต์มีค่าต่ำก็น่าจะเป็นตัวบัลลาสต์ (ballast) ที่โครงสร้างเป็นขดลวดพันอยู่บนแกนเหล็ก ส่วนตัวเก็บประจุ C1 นั้นในความเป็นจริงมันไม่มี มันเป็นค่าของตัวสตาร์ทเตอร์ (starter) ที่เขาเขียนแยกออกมาเพื่อให้เห็นภาพชัดเจนขึ้น เพราะตัวสตาร์ทเตอร์เองเมื่อหลอดติดแล้วตัวขั้วโลหะจะแยกออกจากกัน ทำให้มีคุณสมบัติเป็นเหมือนตัวเก็บประจุที่เก็บประจุได้นิดหน่อย

 

รูปที่ ๒ วงจรการต่อหลอดฟลูออเรสเซนต์ที่มีการติดตั้งตัวเก็บประจุ (C2) ด้วยการต่อขนานกับตัวหลอด

ด้วยการที่ได้ซื้อ micro power monitor จาก shopee มาเล่นกว่าปี มาวันนี้ก็เลยทดลองนำเครื่องดังกล่าวมาวัดค่าตัวประกอบกำลังของหลอดไฟที่มีอยู่ในบ้าน ๔ ชนิด ชนิดแรกคือหลอดไส้หรือ incandescent lamp ขนาด 40วัตต์ที่เป็นหลอดยุคเก่าและที่บ้านยังมีอยู่ ซึ่งผลออกมาก็คือตัวประกอบกำลังมีค่าเป็น 1.00

ทีนี้พอลองวัดค่าของหลอดคอมแพคฟลูออเรสเซนต์หรือที่เราเรียกว่าหลอดตะเกียบขนาด 11 วัตต์ดูบ้าง ก็วัดค่าตัวประกอบกำลังได้ประมาณ 0.71 และพอเปลี่ยนเป็นหลอดแอลอีดีขนาด 7 วัตต์ ก็ได้ค่าตัวประกอบกำลังประมาณ 0.64

รูปที่ ๓ ค่าตัวประกอบกำลังของ (ซ้าย) หลอดฟลูออเรสเซนต์ (กลาง) หลอดแอลอีดี และ (ขวา) หลอดคอมแพคฟลูออเรสเซนต์

หลอดสุดท้ายที่ทำการทดสอบคือโคมฟลูออเรสเซนต์ 18 วัตต์ที่ยังใช้บัลลาสต์แบบเก่าอยู่ (ที่ไม่ใช่ชนิด low loss) ก็วัดค่าตัวประกอบกำลังได้เพียงแค่ประมาณ 0.33 และกินไฟอยู่ที่ประมาณ 30 วัตต์ แสดงว่าการสูญเสียที่ตัวบัลลาสต์นั้นอยู่ที่ประมาณ 10 วัตต์ ซึ่งน่าจะเป็นเข่นนั้น เพราะชนิด low loss นั้นการสูญเสียอยู่ที่ประมาณ 5 วัตต์

นั่นแสดงว่าการเปลี่ยนจากหลอดฟลูออเรสเซนต์มาเป็นหลอดแอลอีดีนั้น แม้ว่าจะสามารถลดการสูญเสียพลังงานลงได้มากจากการที่ได้ความสว่างเท่าเดิมแต่ใช้พลังงานไฟน้อยลง แต่เราก็ยังสามารถลดการสูญเสียนี้ลงไปได้อีก (ถ้าต้องการ แต่จะคุ้มหรือเปล่าก็ไม่รู้) ด้วยการติดตั้งตัวเก็บประจุเข้าไป โคมหลอดแอลอีดี 10 วัตต์ที่นำมาใช้แทนหลอดฟลูออเรสเซนต์ 18 วัตต์ก็มีค่าตัวประกอบกำลังอยู่ที่ประมาณ 0.6

ตัวโคมสำหรับติดตามบ้านที่เห็นขายกันอยู่นั้นไม่เห็นมีการติดตั้งตัวเก็บประจุ เป็นเพียงแค่ฐานเปล่า ๆ สำหรับติดหลอด แต่ถ้าเป็นโคมสำหรับติดฝ้าเพดานในอาคารต่าง ๆ นั้นก็ไม่รู้เหมือนกันว่ามีการติดตั้งตัวเก็บประจุมาให้ด้วยหรือเปล่า เพราะยังไม่มีโอกาสไปรื้อดู

การประหยัดพลังงานของโคมไฟแสงสว่างก็เห็นเปลี่ยนมาเรื่อย ๆ จากยุคของการใช้หลอดไส้มาเป็นหลอดตะเกียบ จากยุคของการใช้หลอดฟลูออเรสเซนต์แบบเดิมที่อ้วนมาเป็นขนาดปัจจุบันที่เรียกว่าหลอดผอม (หลอดกินไฟลดลง 40 วัตต์เหลือ 36 วัตต์ และจาก 20 วัตต์เหลือ 18 วัตต์) และการเปลี่ยนบัลลาสต์เป็นชนิด low loss (การสูญเสียลดลงจาก 10 วัตต์เหลือ 5 วัตต์) ถ้าเป็นอาคารที่ใช้โคมไฟจำนวนมากก็จะมีการใช้โคมที่มีการติดตั้งตัวเก็บประจุเพื่อปรับค่าตัวประกอบกำลัง จนเข้าสู่ยุคปัจจุบันที่หลอดฟลูออเรสเซนต์แบบเดิมถูกแทนที่ด้วยหลอดแอลอีดี

ภาพล่างสุดไม่เกี่ยวอะไรกับบทความนี้ เป็นบรรยากาศการสอบ (ที่ต้องไปคุมสอบ) วิชาของตัวเองเมื่อวันศุกร์ที่ ๒๖ ตุลาคม ๒๕๖๘ ที่ผ่านมา ขอเอามาบันทึกไว้สักหน่อย เพราะปีการศึกษาหน้าก็คงจะไม่ต้องเข้าคุมสอบแล้ว

รูปที่ ๔ บรรยากาศการคุมสอบเมื่อบ่ายวันศุกร์ที่ ๒๖ กันยายนที่ผ่านมา

ไฟฟ้ากระแสสลับ ตัวประกอบกำลัง ความร้อนที่เกิด MO Memoir : Thursday 25 April 2556

ขอทบทวนพื้นฐานไฟฟ้ากำลังกัน ก่อนที่จะต่อไปยังเหตุการณ์คืนวันศุกร์ที่ ๑๒ เมษายน ๒๕๕๖

สิ่งหนึ่งที่ไฟฟ้ากระแสสลับต่างจากไฟฟ้ากระแสตรงคือการที่ไฟฟ้ากระแสสลับมีมุมเฟส (θ) ระหว่างเฟสกระแสไฟฟ้า (I) กับเฟสความต่างศักย์ (V) ทำให้เกิดค่าที่เรียกว่า "ตัวประกอบกำลัง - power factor" ซึ่งเท่ากับ cos(θ) เราสามารถใช้ค่ามุม θ นี้จำแนกอุปกรณ์ไฟฟ้าออกเป็น ๓ ประเภทคือ
 

(ก) พวกมุมเฟสของกระแสและความต่างศักย์เปลี่ยนแปลงไปพร้อม ๆ กัน หรือค่า θ เป็นศูนย์ อุปกรณ์ในกลุ่มนี้ได้แก่พวกที่มีแต่ความต้านทานอย่างเดียว เช่นเตาให้ความร้อน หลอดไฟแบบมีไส้ 
   

(ข) พวกที่มุมเฟสของกระแสจะตามหลังเฟสของความต่างศักย์ เรียกว่ามีตัวประกอบกำลังแบบตาม (lagging power factor) อุปกรณ์ในกลุ่มนี้ได้แก่พวกที่มีขดลวดเหนี่ยวนำ เช่นเครื่องใช้ไฟฟ้าที่มีมอเตอร์ หลอดฟลูออเรสเซนต์ 
   

(ค) พวกที่มุมเฟสของกระแสนำหน้าเฟสของความต่างศักย์ เรียกว่ามีตัวประกอบกำลังแบบนำ (leading power factor) ได้แก่พวกที่มีตัวเก็บประจุ (capacitor หรือ condenser) 
  

ถ้าอุปกรณ์ไฟฟ้ามีทั้งความต้านทาน ขดลวดเหนี่ยวนำ และตัวเก็บประจุรวมกันอยู่ ค่า θ จะขึ้นอยู่กับว่าชิ้นส่วนไหนให้ผลที่เด่นกว่ากัน ภาพโดยรวมก็คืออุปกรณ์ไฟฟ้าที่ใช้กันส่วนใหญ่ในบ้าน อาคารพาณิชย์ และในโรงงานจะเป็นแบบ (ก) และ (ข)

อุปกรณ์ไฟฟ้าหลักที่ก่อให้เกิดปัญหา lagging power factorเห็นจะได้แก่มอเตอร์ไฟฟ้ากับหลอดฟลูออเรสเซนต์ ตัวมอเตอร์ไฟฟ้านั้นค่อนข้างจะชัดเจนอยู่แล้ว ส่วนตัวหลอดฟลูออเรสเซนต์นั้นตัวที่ก่อปัญหาคือตัวบัลลาสต์
  

บัลลาสต์แบบแกนขดลวดมีข้อดีคือมันทนดี ไม่เสียง่าย แต่ก็มีข้อเสียคือมีค่าตัวประกอบกำลังที่ต่ำ (ประมาณ 0.3) และมีการสูญเสียพลังงานค่อนข้างสูง คิดประมาณง่าย ๆ คือบัลลาสต์ธรรมดาสำหรับหลอด 36 W จะมีการสูญเสียพลังงานที่ตัวบัลลาสต์ประมาณ 10 W แต่ถ้าเป็นชนิด low loss ก็อาจจะสูญเสียพลังงานประมาณ 5 W การลดการสูญเสียที่บัลลาสต์ได้ 5 W ต่อไฟ 1 ดวง ถ้าคิดจำนวนหลอดไฟทั้งอาคารจะเห็นว่าเป็นปริมาณมาก ดังนั้นในบางอาคารจึงได้มีการประหยัดไฟด้วยการเปลี่ยนบัลลาสต์แบบธรรมดาให้กลายเป็นชนิด low loss ทั้งหมด ส่วนบัลลาสต์อิเล็กทรอนิกส์แม้จะให้ค่าตัวประกอบกำลังที่สูงกว่า (ที่เคยเห็นคือตั้งแต่ 0.5-0.8) และพลังงานสูญเสียต่ำกว่าแต่มีราคาสูงกว่ามากและไม่ค่อยอึดเท่าไรนัก ผมเคยซื้อมาใช้ปรากฏว่ามันพังก่อนหลอด ผมว่ามันเหมาะกับโคมไฟที่ต้องเปิดต่อเนื่องทั้งวันทั้งคืนมากกว่า
  

สำหรับอาคารบ้านเรือนแต่ละหลังนั้น คงไม่ได้มีการเปิดไฟพร้อมกันทุกดวงทั้งหลัง ดังนั้นปัญหาที่เกิดจากค่า power factor ต่ำนั้นจึงไม่เด่นชัด แต่ในส่วนอาคารสำนักงานที่มีการเปิดไฟใช้งานพร้อม ๆ กันจำนวนมาก หรือในโรงงานที่มีการเดินเครื่องมอเตอร์พร้อมกันจำนวนมาก พลังงานสูญเสียที่เกิดจากค่า power factor ต่ำนั้นจะสูงมาก ดังนั้นจึงมีการออกกฎหมายควบคุมให้ต้องมีการคุมค่า power factor ไว้ไม่ให้ต่ำเกินไป วิธีการที่ทำกันก็คือติดตั้งตัวเก็บประจุ (capacitor) เข้าไป ซึ่งอาจเป็นการติดตั้งเข้ากับอุปกรณ์แต่ละตัวหรือติดตั้งที่ระบบจ่ายไฟฟ้าเข้าโรงงาน/อาคารสำนักงาน ในอดีตนั้นเวลาไปเยี่ยมญาติที่ต่างจังหวัด จะเห็นว่าที่หลอดฟลูออเรสเซนต์แต่ละดวงจะต้องมีการติดตั้งตัวเก็บประจุเอาไว้ (ไม่รู้ว่าเป็นข้อกำหนดของการไฟฟ้าส่วนภูมิภาคในสมัยนั้นหรือเปล่า) เพราะสมัยนั้นโรงผลิตไฟฟ้าของบ้านเรายังมีไม่มาก การลดความสูญเสียจึงจำเป็นมาก แต่ในปัจจุบันไม่เห็นต้องทำเช่นนั้นกันแล้ว
  

ในกรณีของกระไฟฟ้ากระแสตรงนั้น เราเรียนมากันว่าพลังงาน (P) หน่วยเป็นวัตต์ (W) มีค่าเท่ากับผลคูณของกระแสกับความต่างศักย์หรือ P = IV แต่เนื่องจากความต่างศักย์คำนวณได้จากสูตร V = IR ดังนั้นเราจะได้อีกสูตรสำหรับคำนวณค่าพลังงานคือ P = I²R
  

แต่สำหรับไฟฟ้ากระแสสลับนั้น เนื่องจากทั้งกระแสไฟฟ้าและความต่างศักย์มีการเปลี่ยนแปลง พลังงานไฟฟ้าที่ได้ ณ จังหวะเวลาใด ๆ จึงเป็นผลคูณระหว่างกระแสและความต่างศักย์ที่จังหวะเวลานั้น ถ้าจังหวะใดที่ค่ากระแสเป็นศูนย์หรือความต่างศักย์เป็นศูนย์ (ไม่จำเป็นต้องเป็นศูนย์ทั้งสองตัวพร้อมกัน) ค่าพลังงานไฟฟ้าที่ได้ ณ จังหวะเวลานั้นก็จะเป็นศูนย์ 
   

สำหรับกรณีที่กระแสและความต่างศักย์คงที่ ค่าพลังงานไฟฟ้าเฉลี่ยจะมีค่ามากที่สุดเมื่อจังหวะเวลาที่กระแสเป็นศูนย์และความต่างศักย์เป็นศูนย์เกิดขึ้นพร้อมกัน (หรือค่ามุม θ เป็นศูนย์) สูตรคำนวณค่าพลังงานไฟฟ้า P = IV ที่ใช้กับไฟฟ้ากระแสตรงจึงใช้ไม่ได้ ในกรณีของไฟฟ้ากระแสสลับค่าพลังงานไฟฟ้าจะคำนวณได้จากสูตร P = IVcos(θ) มีหน่วยเป็นวัตต์ (W) ส่วนค่า P = IV นั้นจะใช้หน่วยเป็น VA (โวล์ต-แอมแปร์) มักจะใช้เป็นตัวบอกขนาดของกำลังไฟฟ้าที่หม้อแปลงจ่ายให้ได้ หรือพลังงานไฟฟ้าที่อุปกรณ์ไฟฟ้าต้องการ

ในกรณีของอุปกรณ์ไฟฟ้ากระแสสลับนั้น พลังงานไฟฟ้าที่อุปกรณ์ต้องการคือ พลังงานไฟฟ้าที่อุปกรณ์นำไปใช้งานได้จริง และพลังงานไฟฟ้าที่อุปกรณ์รับเข้ามาและส่งคืนกลับระบบไป ส่วนที่เราจ่ายค่าไฟฟ้าคือพลังงานที่อุปกรณ์นำไปใช้งานได้จริง ส่วนพลังงานไฟฟ้าที่อุปกรณ์รับเข้ามาและส่งคืนกลับระบบไปนั้นถือเป็นพลังงานสูญเสียของระบบส่ง เช่นอุปกรณ์ไฟฟ้าตัวหนึ่งมีค่า cos(θ) = 0.8 ถ้าอุปกรณ์ตัวนี้กินกระแส 1 A ที่ 220 V พลังงานไฟฟ้าระบบจ่ายไฟฟ้าต้องจ่ายให้กับอุปกรณ์คือ 220 W (ได้จากผลคูณระหว่าง I กับ V) แต่ตัวอุปกรณ์จะผลิตพลังงานได้เพียง 176 W (ผลคูณระหว่าง I กับ V และ cos(θ) ส่วนที่เหลืออีก 44 W เป็นส่วนที่ต้องส่งคือระบบจ่ายไฟฟ้ากลับไป

แต่พลังงานความร้อน (หน่วยเป็นวัตต์) ที่เกิดขึ้นจากความต้านทานของตัวนำไฟฟ้าในระบบไฟฟ้ากระแสสลับนั้นยังเป็นไปตามสูตร P = I²R อยู่ (แปรผันตามกระแสกำลังสอง) จากสูตร P = IVcos(θ) จะเห็นว่าสำหรับอุปกรณ์ที่กินพลังงานไฟฟ้าเท่ากัน อุปกรณ์ตัวที่มีค่าตัวประกอบกำลังสูงกว่าจะใช้กระแสไฟฟ้าต่ำกว่า และเมื่อปริมาณกระแสไฟฟ้าที่ใช้ลดต่ำลง จะทำให้ความสูญเสียพลังงานไปเป็นความร้อน (คำนวณได้จากสูตร P = I²R) ลดต่ำลงไปด้วย นอกจากนี้เมื่อความต้องการกระแสไฟฟ้าลดต่ำลงยังทำให้สามารถใช้สายไฟฟ้าที่มีขนาดพื้นที่หน้าตัดเล็กลงได้ด้วย ถือได้ว่าเป็นการประหยัดค่าใช้จ่ายในการเดินสายไฟ (พลังงานความร้อนที่เกิดขึ้นนี้ ทางผู้ใช้ไฟเป็นคนจ่ายค่าไฟในส่วนนี้ด้วย)
  

ด้วยเหตุนี้สำหรับอุปกรณ์ไฟฟ้าที่ต้องการกำลังไฟฟ้ามาก จึงมักเป็นอุปกรณ์ไฟฟ้าที่ต้องการความต่างศักย์ที่สูงขึ้น เพราะจะไปลดความต้องการกระแสไฟฟ้าให้น้อยลง การสูญเสียไปเป็นพลังงานความร้อนจากความต้านทานภายในอุปกรณ์ (คำนวณจากสูตร P = I²R) ก็จะลดต่ำลงไปได้ เช่นมอเตอร์ที่มีแรงม้าสูงขึ้น จึงมักเป็นมอเตอร์ 3 เฟสใช้ไฟ 380 V แทนที่จะเป็นมอเตอร์เฟสเดียวใช้ไฟ 220 V เพราะความต่างศักย์ของไฟฟ้า 3 เฟสที่สูงกว่าทำให้การใช้กระแสไฟฟ้าลดลง และยังเป็นการกระจายปริมาณกระแสไฟฟ้าดังกล่าวออกไปยังสายไฟฟ้า 3 เส้น (เฟสละเส้น) แทนที่จะรวมกันอยู่ในสายไฟเส้นใหญ่เส้นเดียวเช่นในกรณีของไฟฟ้าเฟสเดียว

จากประสบการณ์ส่วนตัวที่เคยพบเจอนั้น ปัจจัยภายนอกที่เกิดจากระบบจ่ายไฟฟ้าที่สามารถทำให้เกิดความเสียหายต่ออุปกรณ์ไฟฟ้าหรือเพลิงไหม้ได้มีอยู่ ๒ ปัจจัยคือ "ไฟตก" และ "ไฟดับ"

"ไฟตก" ในที่นี้คือเหตุการณ์ที่ความต่างศักย์ไฟฟ้าที่มีอยู่ในระบบนั้นลดต่ำลงกว่าปรกติ คือในสายไฟฟ้ายังมีไฟฟ้าไหลอยู่ แต่แทนที่จะมีความต่างศักย์ 220 V กลับลดต่ำลงกว่า 220 V ส่วนสาเหตุจะเกิดจากอะไรบ้างนั้นผมก็ไม่รู้เหมือนกัน รู้แต่ว่าเวลาที่มีความต้องการใช้ไฟฟ้าในระบบสูงเกินกว่ากำลังที่ระบบจ่ายไฟฟ้า (เช่นโรงไฟฟ้าหรือหม้อแปลง) จะจ่ายให้ได้ ก็จะเกิดเหตุการณ์ทำนองนี้ขึ้นได้
  

ถ้าเป็นอุปกรณ์พวกที่ใช้ขดลวดความร้อนหรือความต้านทาน เช่นหลอดไส้ เวลาเกิดไฟตกจะพบว่าหลอดนั้นจุดติด คือเห็นไส้หลอดลุกส่องสว่าง แต่ความสว่างที่ได้จะต่ำผิดปรกติ ถ้าเป็นหลอดฟลูออเรสเซนต์ก็จะพบว่าไม่สามารถเปิดให้ติดได้ (ยกเว้นว่าใช้บัลลาสต์อิเล็กทรอนิกส์ จะพบว่ามันจุดติดได้ เพราะมันรองรับไฟตกได้ดีกว่าพวกบัลลาสต์แกนขดลวด)
  

แต่ถ้าเป็นอุปกรณ์ที่ใช้มอเตอร์ เช่น พัดลม เราจะพบว่ามันหมุนช้าลง
  

อุปกรณ์ไฟฟ้าที่มีมอเตอร์เป็นองค์ประกอบ (เช่น พัดลม คอมเพรสเซอร์ของเครื่องปรับอากาศและตู้เย็น) จะมีปัญหามากเวลาที่ไฟตก เช่นในกรณีของตู้เย็นนั้น ความต้องการการใช้พลังงานในการอัดสารทำความเย็นยังคงเท่าเดิมแม้ว่าจะมีปัญหาไฟตกเกิดขึ้น สิ่งที่มอเตอร์จะทำก็คือดึงกระแสเข้ามาชดเชย (V ลดลงก็ต้องดึง I เข้ามาชดเชยเพื่อให้ได้ P เท่าเดิม) ผลที่ตามมาคือตัวขดลวดจะร้อนขึ้น (ความร้อนแปรผันตามปริมาณกระแสยกกำลัง 2) โดยอาจจะเริ่มจากมอเตอร์ไหม้ก่อน (เกิดจากน้ำยาที่เคลือบลวดทองแดงเอาไว้เสื่อมสภาพจากความร้อน) และอาจลามไปถึงวัสดุที่ใช้เป็นส่วนประกอบของอุปกรณ์ไฟฟ้าชนิดนั้นด้วย ถ้าวัสดุนั้นลุกติดไฟได้ก็มีโอกาสที่จะเกิดไฟไหม้ขึ้น ด้วยเหตุนี้เวลาที่เกิดเหตุการณ์ไฟตกเขาจึงมักบอกให้รีบถอดปลั๊กตู้เย็นและปิดแอร์

เชื่อว่าพอได้ยินว่าเหตุการณ์ "ไฟดับ" สามารถทำให้เกิดความเสียหายต่ออุปกรณ์ไฟฟ้าหรือเพลิงไหม้ได้หลายคนคงแปลกใจไม่น้อย ถ้าเป็นอุปกรณ์ไฟฟ้าที่ใช้ไฟเฟสเดียวเมื่อเกิดเหตุการณ์ไฟดับอุปกรณ์ก็จะหยุดการทำงาน เป็นเหมือนกับการที่เราไปปิดเครื่องมัน ที่มันจะมีปัญหาคือการที่ไฟดับ "เพียงบางเฟส" และเรามีการใช้อุปกรณ์ไฟฟ้าที่ใช้ไฟฟ้า 3 เฟส (เช่นมอเตอร์และคอมเพรสเซอร์ของเครื่องปรับอากาศขนาดใหญ่ของอาคาร) อุปกรณ์ไฟฟ้าที่ใช้ไฟฟ้า 3 เฟสนี้แม้ว่าไฟจะขาดหายไปบางเฟส อุปกรณ์ก็จะยังคงทำงานต่อไป โดยจะไปดึง "กระแสเพิ่มเติม" จากเฟสที่ยังมีไฟฟ้าอยู่
  

ปัญหามันเกิดตรงนี้แหละ เช่นไฟฟ้าดับไป 1 เฟส มอเตอร์ก็จะดึงกระแสเพิ่มจาก 2 เฟสที่เหลือ ทำให้ขดลวดและสายไฟของเฟสที่เหลืออีกสองเฟสร้อนขึ้น โดยปรกติตัวมอเตอร์เองมันก็จะทนได้ในระดับหนึ่ง ประมาณว่าให้เวลารู้ตัวและปิดอุปกรณ์ได้ทันเวลา แต่ไม่ได้หมายความว่าสามารถปล่อยให้มันทำงานได้ต่อไปเรื่อย ๆ เหตุการณ์นี้เคยเกิดขึ้นกับอาคาร ๔ ของคณะเรา ที่แต่ละชั้นมีเครื่องปรับอากาศส่วนกลางขนาดใหญ่ ๔ เครื่องสำหรับแต่ละมุมของอาคาร เครื่อปรับอากาศเหล่านี้ใช้ไฟฟ้า 3 เฟส มีวันหนึ่งไฟฟ้าหายไป 1 เฟส ไฟแสงสว่างก็มีติดบ้างไม่ติดบ้าง ปลั๊กไฟบางปลั๊กก็มีไฟบางปลั๊กก็ไม่มี ผู้ที่ทำงานอยู่ในอาคารก็ไม่รู้ว่าควรต้องทำอย่างไร กว่าช่างประจำอาคารจะทราบเรื่องและไล่ปิดเครื่องปรับอากาศได้ก็ปรากฏว่าเกิดความเสียหายไปหลายเครื่องแล้ว

จากประสบการณ์ส่วนตัวที่ผ่านมานั้น เหตุการณ์ที่ทำให้เกือบเกิดเพลิงไหม้ในแลปมักจะมีสาเหตุมาจากการใช้อุปกรณ์ไฟฟ้าไม่ถูกวิธี (จะโดยไม่รู้หรือไม่สนใจก็ตามแต่) มากกว่าที่จะเกิดจากไฟฟ้าที่จ่ายมามีความบกพร่อง ปัญหาที่เกิดจากไฟฟ้าที่จ่ายมามีความบกพร่องมักทำให้อุปกรณ์เสียหายมากกว่าที่จะทำให้เกิดเพลิงไหม้ เพราะเรามักรู้ว่ามีไฟฟ้ามีปัญหาก่อนเกิดเพลิงไหม้ ไม่เหมือนกับการใช้ไม่ถูกวิธี ซึ่งจะมารู้ก็ตอนกำลังจะหรือได้เกิดเพลิงไหม้ขึ้นแล้ว 
   

เรื่องการใช้อุปกรณ์ไฟฟ้าไม่ถูกวิธีนี้เคยเล่าเอาไว้เมื่อเกือบ ๕ ปีที่แล้วตั้งแต่ตอนกลุ่มเราเริ่มออก Memoir ลองไปอ่านย้อนหลังดูได้จาก Memoir ปีที่ ๑ ฉบับที่ ๓ วันศุกร์ที่ ๑๑ กรกฎาคม ๒๕๕๑ เรื่อง "นานาสาระเรื่องไฟฟ้ากำลัง วางเพลิงแลปไม่ใช่เรื่องยาก" ดูเอาเองก็แล้วกัน

บริเวณจุดสัมผัสระหว่างขาปลั๊กตัวผู้และขั้วโลหะที่อยู่ในปลั๊กตัวเมียเป็นตำแหน่งที่มีโอกาสที่จะมีความต้านทานไฟฟ้าสูง ขึ้นอยู่กับการสัมผัสกันระหว่างขาปลั๊กตัวผู้และขั้วโลหะที่อยู่ในปลั๊กตัวเมีย ถ้ามีการสัมผัสกันดี กระแสไฟฟ้าไหลผ่านได้สะดวก ก็จะไม่มีปัญหาอะไร แต่ถ้าสัมผัสกันไม่ดี เช่นปลั๊กหลวม มีการสัมผัสกันเพียงบางจุด จะทำให้ตัวโลหะนำไฟฟ้าเกิดความร้อนสูง จนทำให้พลาสติกที่เป็นโครงสร้างของตัวปลั๊กหลอมเหลวหรือไหม้ได้ (ขึ้นกับชนิดพลาสติกที่ใช้ทำ ดูรูปที่ ๑ ข้างล่าง) และถ้าความร้อนนั้นสูงจนกระทั่งทำให้ฉนวนหุ้มสายไฟหลอมหรือไหม้จนสายไฟสัมผัสกันโดยตรง ก็จะทำให้เกิดกระแสไฟฟ้าลัดวงจรขึ้นได้ ดังนั้นเพื่อป้องกันปัญหาดังกล่าว การต่อไฟฟ้าเข้ากับอุปกรณ์ที่กินกระแสสูงจึงควรใช้การต่อถาวรผ่าน circuit breaker จะดีกว่าใช้การเสียบปลั๊ก

รูปที่ 1 เต้ารับชนิด 3 ขา (มีสายดิน) (1) รอยไหม้ที่เกิดจากการเสียบปลั๊กไม่แน่น (2) (3) รูสำหรับเสียบปลั๊กชนิดขาแบน พึงสังเกตว่าความยาวของรู 2 และ 3 ไม่เท่ากัน เพราะปลั๊กตัวผู้แบบสองขาแบนบางชนิดออกแบบมาให้ขาสองข้างกว้างไม่เท่ากันอยู่ ดังนั้นถ้าเสียบไม่ลงให้ลองสลับข้างเสียบดู รูปนี้นำมาจาก Memoir ปีที่ ๑ ฉบับที่ ๓ ที่กล่าวถึงข้างบน

หวังว่าเมื่ออ่านเรื่องนี้จนหมดแล้ว พวกคุณคงมีพื้นฐานความเข้าใจเรื่องไฟฟ้ากำลังก่อนที่จะเข้าสู่เรื่องต่อไป

วงจรหลอดฟลูออเรสเซนต์ MO Memoir : Saturday 9 June 2555

เวลาจะลองภูมิกัน ก็ลองกันด้วยเรื่องง่าย ๆ นั่นแหละ ทำนองว่าเรื่องง่าย ๆ แค่นี้ยังทำไม่เป็น

หลายต่อหลายรายเอาแต่เรียนสูง ๆ เรียนแต่เรื่องที่มันดูซับซ้อน ล้ำหน้า ทันสมัย (ที่อาจหาที่ใช้ในชีวิตประจำวันหรือในโลกนี้ไม่ได้) พูดจาแต่ละอย่างคนที่ไม่มีความรู้ด้านนั้นก็นึกว่าเป็นคนเก่ง แต่พอเจอเข้ากับเรื่องง่าย ๆ ในชีวิตประจำวันกลับทำอะไรไม่เป็น

คำถามหนึ่งที่ใช้ทดสอบความรู้พื้นฐานทางไฟฟ้าของวิศวกร (ซึ่งทุกสาขาต้องเรียนอยู่แล้ว) ก็คือให้เขียนแผนผังวงจรหลอดฟลูออเรสเซนต์

หลอดไฟฟ้าที่ให้แสงสว่างที่ใชักันตามบ้านเรือนจะมีอยู่ ๒ ชนิดคือหลอดไส้ (incandescent lamp) ซึ่งมีราคาถูก (ราคาประมาณ ๒๐ บาทต่อหลอด) หลอดชนิดนี้เวลาทำงานจะร้อนจัดมาก (อย่าเผลอเอามือเปล่าจับนะ) พลังงานไฟฟ้าส่วนใหญ่ถูกเปลี่ยนไปเป็นพลังงานความร้อน มีเพียงส่วนน้อยเท่านั้นที่กลายเป็นแสง ปริมาณแสงที่ได้ต่อพลังงานไฟฟ้าที่ใช้ (ลูเมนต่อวัตต์) มีค่าต่ำ

มีงานอยู่ประเภทหนึ่งที่ยังต้องใช้หลอดไส้อยู่คืองานให้ความอบอุ่น เช่นพวกฟักไข่หรือเลี้ยงไก่

หลอดไส้จะให้แสงออกโทนสีเหลือง หลอดไส้ชนิดใสเวลามองดูจะรู้สึกแสงจ้ามาก ก็เลยมีการทำหลอดไส้ชนิดขุ่นออกมา แต่ถ้าต้องการให้แสงเป็นสีขาวก็ต้องไปหาซื้อหลอด day light ซึ่งเป็นหลอดไส้ที่ตัวหลอดเป็นแก้วสีน้ำเงิน

หลอดอีกชนิดหนึ่งที่ใช้กันคือหลอดฟลูออเรสเซนต์ (fluorescent lamp) หรือหลอดเรืองแสง แต่คนทั่วไปชอบเรียกว่าหลอดนีออน ทั้ง ๆ ที่หลอดนีออนนั้นเป็นหลอดอีกชนิดหนึ่ง (พวกหลอดไฟให้แสงสีต่าง ๆ ที่นำมาขดเป็นตัวหนังสือหรือภาพโฆษณา) หลอดฟลูออเรสเซนต์นี้ทำงานโดยการกระตุ้นให้แก๊สในหลอดเปล่งรังสีอัลตร้าไวโอเล็ตออกมา โฟตอนของรังสีอัลตร้าไวโอเล็ตดังกล่าวจะถูกดูดกลืนด้วยสารที่เคลือบไว้ที่ผนังด้านในของหลอดแก้ว จากนั้นสารเคลือบจะคายพลังงานที่ดูดกลืนไว้ออกมาในรูปของโฟตอนที่มีพลังงานต่ำกว่า คืออยู่ในช่วงแสงที่ตามองเห็น (ปรากฎการณ์เรืองแสง) หลอดชนิดนี้ให้ปริมาณแสงที่ได้ต่อปริมาณไฟฟ้าที่ใช้สูงกว่าหลอดไส้ แต่หลอดฟลูออเรสเซนต์ใช้แล้วถือว่าเป็น "ขยะพิษ"

รูปที่ ๑ แผนผังวงจรหลอดฟลูออเรสเซนต์ (Fluorescent lamp)

หลอดชนิดนี้เวลาทำงานจะไม่ร้อนจัดเหมือนหลอดไส้ จะรู้สึกว่าหลอดอุ่น (ยังสามารถเอามือจับได้) 

แสงที่ออกมานั้นเวลาดูด้วยตาเปล่าจะเห็นเป็นแสงขาว แต่ถ้าถ่ายรูปด้วยกล้องโดยไม่ใช้แฟลชจะพบว่าแสงจะออกโทนสีเหลือง

หลอดฟลูออเรสเซนต์นั้นต้องมีอุปกรณ์ช่วยในการทำงานได้แก่บัลลาสต์ (ballast) และสตาร์ตเตอร์ (starter)

บัลลาสต์ทำหน้าที่ควบคุมแรงดันไฟฟ้าให้สูงพอที่จะทำให้กระแสไฟฟ้าเคลื่อนผ่านแก๊สในหลอดได้ ส่วนสตาร์ตเตอร์เป็นเสมือนสวิตช์อัตโนมัติที่จะปิดวงจรเมื่อเปิดสวิตช์ไฟ และจะเปิดวงจรเมื่อมีกระแสไฟฟ้าไหลผ่านตัวหลอด (ทบทวนนิดนึง ปิดวงจรจะมีกระแสไฟฟ้าไหลผ่าน เปิดวงจรจะไม่มีกระแสไฟฟ้าไหลผ่านนะ)

การต่อวงจรหลอดฟลูออเรสเซนต์แสดงไว้ในรูปที่ ๑ แล้ว

สายไฟที่ใช้ในบ้านยุคใหม่ในปัจจุบันจะมีอยู่ ๓ เส้น คือสาย line ซึ่งเป็นสายที่มีไฟ (เอาไขควงเช็คไฟไปจิ้มจะเห็นหลอดไฟที่ไขควงสว่าง) สาย neutral ซึ่งเป็นสายที่ไม่มีไฟ (เอาไขควงเช็คไฟไปจิ้ม หลอดไฟที่ไขควงจะไม่ติด) และสายดิน (ground หรือ earth ซึ่งจะเชื่อมต่อกับแท่งโลหะที่ฝังลงดิน ณ ที่ใดที่หนึ่งในบ้าน) สายดินนี้บ้านรุ่นเก่าจะไม่มี

การติดตั้งสวิตช์เปิด-ปิดจะต้องอยู่ที่สาย line ถ้าสวิตช์เปิด-ปิดอยู่ที่สาย neutral แม้ว่าเราจะปิดสวิตช์ไฟ (เปิดวงจร) กระแสไฟในสาย line จะยังคงไหลผ่านบัลลาสต์ไปยังหลอด เวลากลางคืนจะเห็นว่าหลอดมีการเรืองแสงเล็กน้อยอยู่ ถ้าเป็นเช่นนี้ก็แสดงว่าสวิตช์เปิด-ปิดนั้นติดตั้งผิด การแก้ปัญหาต้องติดตั้งให้สวิตช์ปิด-เปิดอยู่ที่สาย line

เมื่อเราเปิดไฟนั้น กระแสไฟฟ้าจะวิ่งผ่านบัลลาสต์ไปยังไส้หลอด และผ่านไส้หลอดไปยังสตาร์ตเตอร์ และออกไปทางสาย neutral และพอไส้หลอดอุ่นพอก็จะมีอิเล็กตรอนวิ่งผ่านแก๊สในหลอดจากฝั่งหนึ่งไปยังอีกฝั่งหนึ่ง สตาร์ตเตอร์ก็จะเปิดวงจร (ไม่มีกระแสไฟไหลผ่านสตาร์ตเตอร์แต่ไหลผ่านหลอดฟลูออเรสเซนต์แทน)

ดังนั้นในช่วงแรกที่เปิดหลอดฟลูออเรสเซนต์นั้นจะเห็นสตาร์ตเตอร์สว่างแบบกระพริบ (เป็นจังหวะที่มีกระแสไฟฟ้าไหลผ่าน) และเมื่อกระแสไฟฟ้าไหลผ่านหลอดฟลูออเรสเซนต์แล้วไฟที่สตาร์ตเตอร์จะดับ

ถ้าไม่มีสตาร์ตเตอร์จะเปิดหลอดฟลูออเรสเซนต์ไม่ได้ แต่เมื่อหลอดฟลูออเรสเซนต์ติดแล้วสามารถถอดสตาร์ตเตอร์ออกได้โดยที่หลอดจะไม่ดับ

บัลลาสต์ที่ใช้กันมากนั้นคือชนิดที่เป็นแกนเหล็ก ข้อดีของบัลลาสต์ชนิดนี้คือมีความทนทานสูง (ที่เห็นใช้กันตามบ้านก็อายุนานเกินกว่า ๑๐ ปีทั้งนั้น) แต่มีข้อเสียคือมีการสูญเสียพลังงานค่อนข้างสูงอยู่เหมือนกัน บัลลาสต์สำหรับหลอดขนาด ๓๖-๔๐ วัตต์จะมีการสูญเสียพลังงานประมาณ ๕๐ วัตต์ และยังมีค่าตัวประกอบกำลัง (power factor) ที่ต่ำด้วย (ประมาณ ๐.๓ ถึง ๐.๕) ดังนั้นถ้ามีการใช้หลอดฟลูออเรสเซนต์จำนวนมากก็จะทำให้ต้องมีการดึงกระแสมากไปด้วย ยิ่งต้องการกระแสไฟมากเท่าใดก็ต้องการสายไฟเส้นใหญ่ขึ้น และการสูญเสียพลังงานในสายไฟก็จะเพิ่มขึ้นด้วย (ความร้อนที่เกิดจากการไหลผ่านของกระแสไฟฟ้ามีค่า I²R เมื่อ I คือกระแสไฟฟ้าและ R คือความต้านทาน)

การประหยัดพลังงานที่บัลลาสต์ทำได้โดยการเปลี่ยนไปใช้บัลลาสต์ที่มีการสูญเสียพลังงานต่ำลง (เหลือประมาณ ๕ วัตต์) และมีค่าตัวประกอบกำลังสูงขึ้น (เพื่อลดการดึงกระแส)

ที่จำได้คือแต่ก่อนหลอดฟลูออเรสเซนต์ในบ้านตามต่างจังหวัดจะต้องติดตัวเก็บประจุโดยต่อขนานกับวงจรหลอดฟลูออเรสเซนต์ดังแสดงในรูปที่ ๑ เพื่อลดปัญหาไฟตก แต่บ้านในเขตกรุงเทพนั้นไม่ต้องมี หน้าที่ของตัวเก็บประจุคือทำให้ค่าตัวประกอบกำลังเพิ่มสูงขึ้น แต่ปัจจุบันดูเหมือนจะไม่จำเป็นเสียแล้ว

บัลลาสต์อีกชนิดคือบัลลาสต์อิเล็กทรอนิกส์ ข้อดีของบัลลาสต์อิเล็กทรอนิกส์คือทำให้หลอดติดได้ทันทีเมื่อเปิดสวิตช์ (ไม่มีการกระพริบ) มีค่าตัวประกอบกำลังสูง (ที่เคยเห็นอยู่ที่ระดับ ๐.๕-๐.๘) มีการสูญเสียพลังงานต่ำ และมีน้ำหนักเบา แต่ข้อเสียคือมีราคาแพงและไม่ทนทาน ที่เคยใช้พบว่าบัลลาสต์พังก่อนหลอด ทำให้ผมเลิกซื้อโคมบัลลาสต์อิเล็กทรอนิกส์ชนิดสำเร็จรูป เพราะพอบัลลาสต์พังก็ต้องเปลี่ยนทั้งโคม แต่ถ้าเป็นบัลลาสต์แบบแกนเหล็กจะพบว่าเปลี่ยนหลอดไม่รู้กี่หลอดกว่าที่จะเปลี่ยนบัลลาสต์ (เปลี่ยนหลอดมันง่ายกว่าเปลี่ยนโคม)

หวังว่าบันทึกนี้คงจะช่วยเพิ่มพูนความรู้ที่ใช้ในชีวิตประจำวันให้กับพวกคุณบ้าง