ความรู้เบื้องต้นเกี่ยวกับระบบไฟฟ้า

1. มาตรฐานการออกแบบและติดตั้งระบบไฟฟ้า

        มาตรฐานการออกแบบและติดตั้งระบบไฟฟ้า มีความสำคัญยิ่ง ทั้งนี้เพื่อความปลอดภัยคงทนถาวรและเพื่อยืดอายุการใช้งานของอุปกรณ์ไฟฟ้าต่างๆ ที่ใช้อยู่ในระบบให้ยาวนานยิ่งขึ้น การติดตั้งระบบไฟฟ้ามีมาตรฐานกำหนดที่แน่นอนและมีหลายหน่วยงาน เช่น กรมพัฒนาและส่งเสริมพลังงานสามคมวิศวกรรมสถานแห่งประเทศไทยในพระบรมราชูปถัมภ์ (วสท.) การไฟฟ้านครหลวง การไฟฟ้าส่วนภูมิภาค และหน่วนงานจากต่างประเทศที่ประเทศไทยนำมายึดถือ เช่น National Electric Code (NEC) Amarican National Standard Institute (ANSI) International Electrotechical Commission (IEC) เป็นต้น และหน่วยงานที่รับรองมาตรฐานผลิตภัณฑ์ อุปกรณ์ เครื่องใช้ไฟฟ้าต่างๆ คือ สำนักผลิตภัณฑ์อุตสาหกรรม กระทรวงอุตสาหกรรม ที่รู้จักกันในชื่อ มอก.

2. ศัพท์เฉพาะหรือคำจำกัดความ ด้านระบบไฟฟ้าที่ควรรู้

        2.1 ระบบไฟฟ้าแรงสูง คือ ระบบไฟฟ้าที่มีแรงดันไฟฟ้า เกิน 1,000 โวลท์
        2.2 ระบบไฟฟ้าแรงต่ำ คือ ระบบไฟฟ้าที่มีแรงดันไฟฟ้าไม่เกิน 1,000 โวลท์
        2.3 โวลท์ (Volt.) คือหน่วยวัดแรงดันไฟฟ้า
        2.4 แอมแปร์ (Amp.) คือหน่วยวัดกระแสไฟฟ้า
        2.5 วัตต์ (Watt.) คือหน่วยของกำลังไฟฟ้าที่ใช้จริง
        2.6 หน่วย (Unit) คือหน่วยของกำลังไฟฟ้าที่ใช้ต่อชั่วโมง มีอุปกรณ์ที่ใช้วัด คือกิโลวัตต์ฮอร์มิเตอร์ (Kwh.)

3. ระบบ 1 เฟส หรือ 3 เฟส คือ ระบบไฟฟ้าที่นำมาใช้โดยแยกออกดังนี้

        3.1 ระบบ 1 เฟส จะมี 2 สายในระบบประกอบด้วยสาย LINE (มีไฟ) 1 เส้น และสาย Neutral (ไม่มีไฟ) 1 เส้น มีแรงดันไฟฟ้า 220-230 โวลท์ มีความถี่ 50 
        เฮิร์ซ (Hz)
        3.2 ระบบ 3 เฟส จะมี 4 สายในระบบประกอบด้วยสาย LINE (มีไฟ) 3 เส้น และสายนิวตรอน (ไม่มีไฟ) 1 เส้น มีแรงดันไฟฟ้าระหว่างสาย LINE กับ LINE 
        380-400 โวลท์ และแรงดันไฟฟ้าระหว่างสาย LINE กับ Neutral 200-230 โวลท์ และมีความถี่ 50 เฮิร์ซ (Hz) เช่นเดียวกัน
        3.3 สายดิน หรือ GROUND มีทั้ง 2 ระบบ ติดตั้งเข้าไปในระบบเพื่อความปลอดภัยของระบบ สายดินจะต้องต่อเข้ากับพื้นโลกตามมาตรฐานกำหนด

4. Power Factor

        คืออัตราส่วน ระหว่างกำลังไฟฟ้าที่ใช้จริง (วัตต์) กับ กำลังไฟฟ้าปรากฎ หรือกำลังไฟฟ้าเสมือน (VA) ซึ่งค่าที่ดีที่สุดคือ มีอัตราส่วนที่เท่ากันจะมีค่าเป็นหนึ่ง แต่ในทางเป็นจริงไม่สามารถทำได้ ซึ่งค่า Power Factor เปลี่ยนแปลงไปตามการใช้ LOAD ซึ่ง Load ทางไฟฟ้ามีอยู่ 3 ลักษณะ คือ
 
        1. Load ประเภท Resistive หรือ ความต้าน จะมีค่า Power Factor เป็นหนึ่ง อันได้แก่ หลอดไฟฟ้าแบบไส้ เตารีดไฟฟ้า หม้อหุงข้าว เครื่องทำน้ำอุ่น เป็นต้น ถ้าหน่วยงานหรือองค์กร มี Load ประเภทนี้เป็นจำนวนมาก ก็ไม่จำเป็นที่จะต้องปรับปรุงค่า Power Factor
        2. Load ประเภท Inductive หรือ ความเหนี่ยวนำ จะมีค่า Power Factor ไม่เป็นหนึ่งอันได้แก่ เครื่องใช้ไฟฟ้าที่ใช้ขดลวด เช่น มอเตอร์ บาลาสก์ของหลอดฟลูออเรสเซนต์ หลอดแกสดิสชาร์จ เครื่องปรับอากาศ เป็นต้น จะเห็นได้ว่าหน่วยงานหรือองค์กรส่วนใหญ่จะหลีกเลี่ยง Load ประเภทนี่้ไม่ได้ และมีเป็นจำนวนมาก ซึ่งจะทำให้ค่า Power Factor ไม่เป็นหนึ่ง และ Load ประเภทนี้จะทำให้ค่า Power Factor ล้าหลัง (Lagging) จำเป็นที่จะต้องปรับปรุงค่า Power Factor โดยการนำ Load ประเภทให้ค่า Power Factor นำหน้า (Leading) มาต่อเข้าในวงจรไฟฟ้าของระบบ เช่น การต่อชุด Capacitor Bank เข้าไปในชุดควบคุมไฟฟ้า
        3. Load ประเภท Capacitive หรือ Load ที่มีตัวเก็บประจุ (Capacitor) เป็นองค์ประกอบ Load  ประเภทนี้จะมีใช้น้อยมากจะมีค่า Power Factor ไม่เป็นหนึง Load ประเภทนี้จะทำให้ค่า Power Factor นำหน้า (Leading) คือกระแสจะนำหน้าแรงดัน จึงนิยมนำ Load ประเภทนี้มาปรับปรุง Power Factor ของระบบที่มีค่า Power Factor ล้าหลังเพื่อให้ค่า Power Factor มีค่าใกล้เคียงหนึ่ง

        ข้อดีของการปรับปรุงค่า Power Factor
         - กระแสไฟฟ้าที่ไหลในวงจรไฟฟ้าลดลง
         - หม้อแปลงและสายเมนไฟฟ้าสามารถรับ Load เพื่อได้มากขึ้น
         - ลดกำลังงานสูญเสียในสายไฟฟ้าลง
         - ลดแรงดันไฟฟ้าตก
         - เพิ่มประสิทธิภาพระบบไฟฟ้าทั้งระบบ

5. ระบบการส่งจ่ายกำลังไฟฟ้า

        หน่วยงานที่รับผิดชอบด้านการผลิตและจำหน่ายไฟฟ้าในปัจจุบัน คือ การไฟฟ้าฝ่ายผลิตแห่งประเทศไทย การไฟฟ้านครหลวง การไฟฟ้าส่วนภูมิภาค โดยการไฟฟ้าฝ่ายผลิต เป็นผู้ผลิตไฟฟ้าให้การไฟฟ้านครหลวงและการไฟฟ้าส่วนภูมิภาคไปจำหน่าย การไฟฟ้านครหลวงจะจำหน่ายไฟฟ้าให้ กทม.และปริมณฑล ส่วนการไฟฟ้าส่วนภูมิภาค จะจำหน่ายไฟฟ้าให้กับต่างจังหวัดของทุกภาคในประเทศ ระบบไฟฟ้าในภาคใต้ การไฟฟ้าฝ่ายผลิตจะผลิตไฟฟ้าที่โรงไฟฟ้า แล้วแปลงแรงดันไฟฟ้าให้สูงถึง 230 กิโลโวลท์ (KV.) แล้วส่งไปตามเมืองต่างๆ เข้าที่สถานีไฟฟ้าย่อยของการไฟฟ้าส่วนภูมิภาค สถานีไฟฟ้าย่อยจะปรับลดแรงดันไฟฟ้าเหลือ 33 กิโลโวลท์ แล้วจ่ายเข้าในตัวเมืองและผู้ใช้ไฟฟ้าต้องติดตั้งหม้อแปลง เพื่อลดแรงดันไฟฟ้าให้เป็นแรงต่ำเพื่อนำมาใช้งานต่อไป

        กำลังไฟฟ้า
        กำลังไฟฟ้ามีด้วยกัน 3 อย่างคือ
         - กำลังไฟฟ้าจริงมีหน่วยเป็นวัตต์ (Watt)
         - กำลังไฟฟ้าแฝงมีหน่วยเป็นวาร์ (VAR)
         - กำลังไฟฟ้าปรากฎมหน่วยเป็นโวลท์แอมป์ (VA)

6. หม้อแปลงไฟฟ้า

        หม้อแปลงไฟฟ้าเป็นอุปกรณ์ไฟฟ้าสำหรับแปลงแรงดันไฟฟ้าให้สูงขึ้นหรือต่ำลง เพื่อให้เหมาะสมกับงานที่จะใช้งานบางอย่างต้องการใช้แรงดันสูง เช่น การส่งพลังงานไฟฟ้าจากโรงไฟฟ้ามายังสถานีย่อย ต้องใช้หม้อแปลงแรงไฟฟ้าแรงสูง แต่การใช้ในบ้านเรือน หรือ โรงงานต้องใช้หม้อแปลงไฟฟ้าแรงต่ำ ซึ่งหม้อแปลงมีหลายชนิดหลายขนาด เลือกใช้ตามความหมาะสมของงาน

7. ตู้ควบคุมระบบไฟฟ้า

        - MDB. (Main distribution board) เป็นตู้ควบคุมระบบไฟฟ้าหลัก มี Main Circuit Breaker เพื่อตัดต่อวงจรไฟฟ้าทั้งหมดของอาคาร
        - SDB. (Sub distribution board) เป็นตู้ควบคุมย่อยจ่ายกระแสไฟฟ้าไปตามตู้ PB. หรือ Load Center หลายๆ ตู้ขึ้นอยู่กับขนาดของอาคาร
        - PB (Panel board) หรือ Load Center เป็นแผง Circuit breaker ที่ควบคุมการจ่ายกระแสไฟฟ้าให้กับเครื่องใช้ไฟฟ้าต่างๆ มีหลายขนาดขึ้นอยู่กับจำนวนของ 
          Load

8. การต่อลงดิน

        การต่อลงดิน คือการใช้ตัวนำทางไฟฟ้า ต่อเข้ากับวงจรไฟฟ้าหรือบริภัณฑ์ไฟฟ้าต่อเข้ากับพื้นโลกอย่างมั่นคง ถาวรการต่อลงดินมีวัตถุประสงค์เพื่อลดอันตรายที่อาจจะเกิดกับบุคคล และลดความเสียหายที่อาจจะเกิดกับเครื่องใช้ไฟฟ้าและระบบไฟฟ้า

        หน้าที่หลักของสายดิน มีอยู่ 2 ประการคือ
        1. เมื่อเกิดแรงดันเกิน จะจำกัดแรงดันไฟฟ้าของวงจร ไม่ให้สูงจนอาจทำให้เครื่องใช้ไฟฟ้าเสียหายและลดแรงดันไฟฟ้าที่อาจเกิดขึ้นที่เครื่องอุปกรณ์ไฟฟ้า หรือส่วนแระกอบ เนื่องจากการรั่วหรือการเหนี่ยวนำเพื่อลดอันตรายจากบุคคลไปสัมผัส
        2. เมื่อเกิดกระแสไฟฟ้ารั่วลงดิน จะช่วยลดความเสียหายของเครื่องอุปกรณ์ไฟฟ้าหรือระบบไฟฟ้า การต่อลงดินที่ถูกต้องจะช่วยให้เครื่องมือหรืออุปกรณ์ป้องกันทำงานได้ตามที่ออกแบบไว้

        ชนิดของการต่อลงดิน มีอยู่ด้วยกัน 3 แบบ คือ
        1. การต่อลงดินของระบบไฟฟ้า (System Grounding)
        2. การต่อลงดินของเครื่องอุปกรณ์ไฟฟ้า (Equipment Grounding)
        3. การต่อลงดินของระบบป้องกันผ้าผ่า (Lightning Grounding)

9. ระบบป้องกันฟ้าผ่า

        เป็นระบบที่ต้องมีในระบบไฟฟ้าโดยมาตรฐานการติดตั้งเป็นตัวบังค้บ ประเทศไทยใช้มาตรฐานของ IEC เป็นหลักระบบป้องกันฟ้าผ่าจะประกอบด้วย ระบบป้องกันฟ้าผ่าภายนอกอาคาร และระบบป้องกันฟ้าผ่าภายในอาคาร ระบบป้องกันฟ้าผ่า มีวัตถุประสงค์เพื่อป้องกันความเสียหายต่างๆ ที่จะเกิดขึ้นกับระบบไฟฟ้าและบริภัณฑ์ต่างๆ อันเนื่องมาจากฟ้าผ่า

10. อุปกรณ์ตัดตอน หรืออุปกรณ์ปลดวงจร

        อุปกรณ์ตัดตอนหรืออุปกรณ์ปลดวงจร มีหน้าที่ตัดตอนวงจรไฟฟ้าออกยามไม่ต้องการใช้มีกระแสไฟฟ้าไหลในระบบ เช่น การซ่อมแซมและเพื่อป้องกันอันตรายต่อระบบอันเนื่องมาจากการใช้กระแสไฟฟ้าเกินพิกัดหรือเกิดการลัดวงจรอุปกรณ์ตัดตอน ที่ใช้กันส่วนใหญ่ในปัจจุบัน คือ ฟิวส์และเซอร์กิตเบรคเกอร์ (CB.) แต่การใช้งานและการออกแบบติดตั้งต้องใช้ขนาดและรูปแบบที่เหมาะสมกับงาน มิฉะนั้นอุปกรณ์ดังกล่าวจะไม่ทำงานตามที่ได้ออกแบบไว้ เช่น การเลือกขนาด CB สูงเกินไป เมื่อเกิดปัญหาหรือกระแสไหลเกินพิกัดของสาย จะทำใช้อุปกรณ์จะไม่ตัดวงจรและเกิดความเสียหายเกิดขึ้นตามมา เช่น สายไหม้หรืออันตรายต่อหม้อแปลงไฟฟ้า เป็นต้น