ไฟฟ้าแรงดันสูง (High Voltage) คืออะไร

   1. แรงดันสูง (High Voltage = HV) 1 kV – 245 kV

   2. แรงดันสูงพิเศษ (Extra High Voltage = EHV) 245 kV –765 kV

   3. แรงดันสูงยิ่ง (Ultra High Voltage = UHV) 765 kV ขึ้นไป

ไฟฟ้าแรงดันสูงเกิดขึ้นได้อย่างไร?

1. เกิดขึ้นตามธรรมชาติ

      เกิดจากการสะสมประจุไฟฟ้าสถิตผลจากการเก็บประจุโดยไม่รั่ วไหลจะทำให้เกิดแรงดันไฟฟ้าสูงขึ้น ทำให้เกิดความเครียดสนามไฟฟ้า (Electric Field Stress , E) สูงถึงค่าวิกฤติจะเกิดการดีสชาร์จเป็น

      - ดีสชาร์จไฟฟ้าสถิต (Electrostatic Discharge , ESD)

      - ดีสชาร์จฟ้าผ่า (Lightning Discharge)

2. มนุษย์สร้างขึ้น

     มนุษย์สร้างแรงดันสูงโดยใช้เครื่องกำเนิดไฟฟ้า ซึ่งขนาดแรงดันไม่เกิน 35 kV ส่วนแรงดันสูงกว่านั้นสร้างขึ้นได้โดยอาศัยอุปกรณ์เฉพาะ ขึ้นอยู่กับชนิดของแรงดัน

     - การสร้างแรงดันสูงกระแสสลับ โดยใช้หม้อแปลงไฟฟ้า

      - การสร้างแรงดันสูงกระแสตรง โดยใช้วงจรเร็กติฟายเออร์

      - การสร้างแรงดันสูงไฟฟ้าสถิต โดยเครื่องกำเนิดแรงดันไฟฟ้าสถิต

      - การสร้างแรงดันสูงอิมพัลส์ การอัดประจุให้กับตัวเก็บประจุ

ระบบส่งจ่ายไฟฟ้าจนถึงผู้ใช้ไฟฟ้า

ระบบส่งจ่ายกำลังไฟฟ้า (Transmission System)

ทำไมต้องใช้แรงดันสูงเพื่อการส่งจ่ายพลังงานไฟฟ้า ?

การส่งกำลังไฟฟ้ามากๆ และเป็นระยะทางไกลๆ จะเกิดกำลังไฟฟ้าสูญเสีย (Power Loss)

เนื่องจากความต้านทานสายส่ง (R) การลดกำลังไฟฟ้าสูญเสียทำได้โดยลดกระแสให้น้อยลง

     P_loss=I^2 R

ระบบส่งจ่ายในประเทศไทย ได้แก่ 500 kV, 230 kV, 115kV และ 69 kV 

สถานีไฟฟ้าแรงสูงแบบใช้อากาศเป็นฉนวน (Air Insulated Substation, AIS)

- ต้นทุนในการก่อสร้างต่ำ

- กรณีที่อุปกรณ์เสียหายสามารถจัดหาและเปลี่ยนได้ง่าย

- การขยายระบบทำได้ง่าย

- บำรุงรักษาง่ายสามารถทำได้เฉพาะตัวไม่มีผลกับอุปกรณ์ข้างเ คียง

 

ข้อเสีย

- ใช้พื้นที่ในการก่อสร้างมาก

- ต้องระมัดระวังเมื่อต้องทำงานภายในสถานีไฟฟ้า

- ต้องมีมาตรการป้องกันผลกระทบจากสัตว์

- ต้องเลือกฉนวนให้ถูกต้องตามสภาพพื้นที่

 

 

สถานีไฟฟ้าแรงสูงแบบใช้ก๊าซเป็นฉนวน (Gas Insulated Substation, GIS)

ข้อดี

- ใช้พื้นที่ในการก่อสร้างน้อย 

- ติดตั้งได้รวดเร็ว

- มีความปลอดภัยในการใช้งานสูง

- ไม่มีผลกระทบจากมลภาวะภายนอกเนื่องจากเป็นระบบปิด

- การบำรุงรักษาน้อยกว่าแบบ AIS

 

ข้อเสีย

- ต้นทุนในการก่อสร้างสูง 

- การขยายระบบทำได้ยากต้องมีการวางแผนล่วงหน้า

- การซ่อมบำรุงทำได้ยาก ต้องใช้เวลาและค่าใช่จ่ายสูง

- ก๊าซ SF6 นั้นเป็นอันตรายต่อสิ่งแวดล้อม 

 

 

การใช้แรงดันสูงกระแสตรง

• ใช้ส่งพลังงานไฟฟ้า
• ใช้ในทางฟิสิกส์และทางการแพทย์
• ใช้ในการทดสอบวัสดุฉนวนและอุปกรณ์ไฟฟ้าแรงสูง

ข้อดีของการส่งพลังงานไฟฟ้าด้วย DC

- ไม่ต้องคำนึงถึงความถี่ที่แตกต่างกัน

- ไม่ต้องชดเชยค่าเพาเวอร์แฟกเตอร์ (Power Factor)

- ไม่มีกำลังสูญเสียในฉนวนที่เกิดจากการกลับขั้วของรูปคลืนแ รงดันเหมือน AC

- รบกวนระบบสื่อสารน้อยกว่า AC

 

ข้อเสียของการส่งพลังงานไฟฟ้าด้วย DC

- สถานีแปลงกระแสมีราคาแพงมาก 

- การปรับระดับแรงดันทำไม่ได้เหมือน AC

- การตัดวงจรขณะมีโหลดทำยาก

- เทคนิคการฉนวนทางแรงสูงกระแสตรงยุ่งยากยาก

 

 

การใช้งานแรงดันไฟฟ้าสูงในประเทศไทย

1. การไฟฟ้าฝ่ายผลิตแห่งประเทศไทย

-500 kV, 230 kV, 115kV และ 69kV 

2. การไฟฟ้าส่วนภูมิภาค

-115 kV, 33 kV และ 22 kV 

3. การไฟฟ้านครหลวง

-24kV และ 12 kV 

 

แรงดันสูงเพื่อการทดสอบ 

เพื่อให้มั่นใจได้ว่าวัสดุและอุปกรณ์ที่จะนำไปใช้ในระบบไฟ ฟ้ามีคุณสมบัติและคุณภาพดีตามต้องการ จึงต้องมีการทดสอบดังนี้

1. การทดสอบแบบไม่ทำลาย (nondestructive test)
2. การทดสอบแบบทำลาย (destructive test)

 

แรงดันสูงเพื่อการทดสอบ

การทดสอบแบบทำลาย

1. การทดสอบความทนทาน (Endurance Test)

- ทดสอบอายุใช้งานของฉนวนอุปกรณ์

- ทดสอบด้วยแรงดันไฟฟ้ากระแสสลับความถี่ต่ำ

- ทดสอบด้วยแรงดันเท่ากับแรงดันสูงสุดของระบบใช้งาน

2. การทดสอบความคงทนอยู่ได้ต่อแรงดัน (Withstand Voltage Test)

- ทดสอบฉนวนดูว่าสามารถทนต่อแรงดันเกินได้หรือไม่ มี 2 แบบ

  1. เป็นการทดสอบความคงทนอยู่ได้ระยะสั้นความถี่ต่ำเป็นเวลา 1 นาที ซึ่งจะสูงกว่า

     แรงดันใช้งาน เป็นการเลียนแบบแรงดันเกินที่เกิดการเปลี่ยนแปลงอย่างฉับพ ลันในระบบ

  2. เป็นการทดสอบความคงทนอยู่ได้ด้วยแรงดันอิมพัลส์เพื่อดูควา มคงทนต่อแรงดัน

     อิมพัลส์แบบฟ้าผ่า (BIL) หรือ แรงดันอิมพัลส์แบบสวิตชิ่ง (BSL) สำหรับระบบ

     ที่สูงกว่า 300 kV

 

การทดสอบแบบไม่ทำลาย

- ทดสอบดูการเสียสภาพของฉนวน จากความเครียดสนามไฟฟ้า

 

รูปคลื่นแรงดันทดสอบ

DC คือ แรงดันกระแสตรง

AC คือ แรงดันกระแสสลับ

1.2/50 คือ แรงดันอิมพัลส์ รูปคลื่นฟ้าผ่า

250/2500 คือ แรงดันอิมพัลส์ รูปคลื่นสวิตชิ่ง

 

ขนาดแรงดันทดสอบ 

- ขนาดแรงดันทดสอบขึ้นอยู่กับระดับการฉนวน (Insulation Level) คือ ขึ้นอยู่กับระบบแรงดันที่จะนำเอาอุปกรณ์หรือวัสดุนั้นๆไปใ ช้งาน

- มาตรฐานสากล IEC Publ. 71-1993 : Insulation Co-ordination Part 1 กำหนดแรงดันทดสอบตามช่วงระบบแรงดันสูงสุด (Highest Voltage) U_mออกเป็น 3 ช่วง คือ

  ช่วงที่ 1:1 kV <U_m< 52 kV

  ช่วงที่ 2:52 kV ≤U_m

  ช่วงที่ 3:U_m ≥300 kV

 

 

การเลือกระดับแรงดันทดสอบ

1. ถ้าระบบแรงดันใช้งานไม่ตรงกับ Um ที่ระบุในตาราง ให้

เลือกค่าที่สูงกว่า

2. ค่าแรงดันทดสอบของแต่ละระดับแรงดัน Um มีหลายค่า การ

เลือก

ㆍ กรณีระบบนิวตรัลไม่ต่อลงดินการฉนวนต้องทนแรงดันได้เต็มที่ (Full

Insulation) แรงดันทดสอบเลือกที่ระดับสูงสุด

ㆍ กรณีระบบนิวตรัลต่อลงดินค่าแรงดันทดสอบจะต่ำสุดเป็น (Reduced

Insulation) แรงดันทดสอบเลือกที่ระดับต่ำสุด

 

อันตรายจากไฟฟ้าแรงสูง 

ตารางแสดงผลต่อกระแสไฟฟ้าที่มีต่อร่างกายมนุษย์

ปริมาณกระแส (mA)	อาการ
ต่ำกว่า 0.5	ไม่มีผล
0.5 - 2	รู้สึกจั๊กจี้ หรือกระตุกเล็กน้อย
2 - 8	กระทบกระเทือนระบบประสาท กล้ามเนื้อหดตัว เกิดอาการกระตุก ปานกลางหรือรุนแรงไม่ถึงขั้นอันตราย
8 - 20	กระทบกระเทือนต่อระบบประสาท เจ็บปวดกล้ามเนื้อเกร็งหดตัวอย่างรุนแรง บางคนไม่สามารถปล่อยมือหลุดออกได้
20 - 50	กระทบกระเทือนต่อระบบประสาท กล้ามเนื้อหดตัวอย่างรุนแรง ทำให้ปอดทำงานผิดปกติ ไม่สามารถปล่อยมือออกได้ มีผลทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงในสมอง มีโอกาสเสียชีวิตในเวลา เพียง 2 - 3 นาที
50 - 100	กระทบกระเทือนต่อระบบประสาท หัวใจเต้นผิดปกติ หัวใจเต้นอ่อน หรือเต้นถี่รัว มีผลทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงในสมอง ไม่สามารถปล่อยมือ หลุดออกได้ มีโอกาสเสียชีวิตในเวลา 2 - 3 นาที
สูงกว่า 100	หัวใจหยุดเต้น ผิวหนังไหม้ หรือเนื้อเยื่อไหม้อย่างรุนแรง กล้ามเนื้อไม่ทำงาน

 

การป้องกันอันตรายจากไฟฟ้าแรงสูงที่มนุษย์สร้างขึ้น 

คำแนะนำเพื่อความปลอดภัยคือ

- อยู่ห่างจากส่วนที่มีไฟฟ้าแรงสูงมากกว่าเท่ากับ 1 cm/kV

- กรณีที่ต้องเข้าใกล้ส่วนที่มีไฟฟ้าแรงสูง ใกล้กว่าระยะปลอดภัย ต้องกั้นหรือหุ้มด้วยฉนวน ที่มีความคงทนต่อแรงดันไฟฟ้าเพียงพอ

- บริเวณที่ติดตั้งอุปกรณ์ไฟฟ้าแรงสูง ต้องมีรั้วกั้นที่ต่อลงดินอย่างดี มีป้ายบอกไฟฟ้าแรงสูง

- การปฏิบัติงานกับสายแรงสูง ต้องตัดวงจรด้วยสวิตซ์ทั้งสองด้านของจุดปฏิบัติงาน

- การทดสอบไฟฟ้าแรงสูง เมื่อเสร็จให้ลดแรงดันลงเป็นศูนย์ แล้วทำการดิสชาร์จประจุที่เหลือลงดิน