สายไฟฟ้า
สายไฟฟ้าเป็นสื่อนำหรือตัวนำกำลังไฟฟ้าจากแหล่งจ่ายไปยังจุดที่ใช้ไฟฟ้า ลักษณะที่สำคัญของสายไฟฟ้าจะดูจากประสิทธิภาพของสายไฟที่ยอมให้กระแสไฟ้ไหลได้สูงสุด โดยไม่เป็นอันตรายต่อสายไฟฟ้า แรงเคลื่อนไฟฟ้าทนได้ขณะใช้งาน ค่าแรงดันไฟฟ้าตกในสาย เป็นต้น วัสดุที่ใช้ทำตัวนำไฟฟ้าในปัจจุบันคือสายทองแดงและสายอลูมิเนียม
สายไฟฟ้ามีหน้าที่สำหรับนำพลังงานไฟฟ้า จากแหล่งจ่ายไฟไปยังบริภัณฑ์ไฟฟ้าต่างๆ ในปัจจุบันได้มีผู้ผลิตสายไฟฟ้ามากมายหลายชนิด ตามความต้องการสำหรับการติดตั้งสายไฟฟ้าในรูปแบบต่างๆ ดังนั้นการเลือกใช้สายไฟฟ้า เพื่อให้มี ความเหมาะสมปลอดภัย ประหยัด และเชื่อถือได้ จะต้องพิจารณาถึงปัจจัยหลายประการด้วยกัน ได้แก่ ความเหมาะสม กับสภาพแวดล้อมที่ติดตั้ง ความสามารถในการนำกระแสของตัวนำ ขนาดแรงดันตกที่เกิดขึ้น ความสามารถในการทนต่อความร้อนที่เกิดขึ้นทั้งในขณะใช้งานปกติและขณะเกิดการลัดวงจร
ความต้านทานของสายไฟฟ้า จะมีค่ามากหรือน้อยขึ้นอยู่กับองค์ประกอบดังต่อไปนี้
ก. พื้นที่หน้าตัดของสายไฟฟ้า สายไฟฟ้าที่มีพื้นที่หน้าตัดของตัวนำใหญ่จะมีค่าความต้านทานของสายไฟฟ้าน้อยกว่าสายไฟฟ้าที่มีพื้นที่หน้าตัดของตัวนำเล็ก
ข.ความยาวของสายสายไฟฟ้า สายไฟฟ้าที่มีความยาวยิ่งมาก ความต้านทานของสายไฟก็จะมากขึ้นตาม
ค. อุณหภูมิของสายไฟฟ้า เมื่ออุณหภูมิสายไฟฟ้าสูงขึ้น ความต้านทานของสายไฟฟ้าก็จะเพิ่มขึ้น
ง. ความต้านทานของสายไฟฟ้า ความต้านของสายไฟฟ้าขึ้นอยู่กับชนิดของวัสดุที่ใช้ทำสายไฟฟ้า เมื่อสายไฟฟ้ามีค่าความต้านทานมากจะทำให้แรงเคลื่อนไฟฟ้าตกในสายไฟมาก
ซึ่งจะมีผลให้แรงเคลื่อนที่ตกคร่อมโหลดหรือภาระทำงานได้ไม่เต็มพิกัด ประสิทธิภาพในการทำงานของสายไฟฟ้าก็จะลดลงด้วย
ชนิดและการใช้งานของสายไฟฟ้า
1. แบ่งตามลักษณะการทำงานได้ 2 แบบ
1.1 สายแข็ง (SOLID WIRE)
1.2 สายอ่อน (STRANDED WIRE)
2. แบ่งตามชนิดของวัสดุตัวนำ 2 ชนิด
2.1 สายทองแดงมีความบริสุทธิ์ของทองแดง 98%
2.2 สายอลูมิเนียมมีความบริสุทธิ์ของอลูมิเนียม 99.3%
3. แบ่งตามลักษณะการใช้งาน
3.1 สายเปลือก (BARE WIRE)
3.2 สายหุ้มฉนวน (INSULATED WIRE)
4. แบ่งตามพิกัดแรงดันสายไฟฟ้า มี 2ประเภท
4.1 สายไฟฟ้าแรงดันสูง
4.2 สายไฟฟ้าแรงดันต่ำ
ส่วนประกอบของสายไฟฟ้า
สายไฟฟ้าประกอบด้วยส่วนประกอบที่สำคัญ 3 ส่วนได้แก่ ตัวนำ ฉนวน และเปลือก
1. ตัวนำ (Conductor)
ตัวนำของสายไฟฟ้าทำมาจากโลหะที่มีความนำไฟฟ้าสูง อาจจะอยู่ในรูปของตัวนำเดี่ยว (Solid) หรือตัวนำตีเกลียว (Strand) ซึ่งประกอบไปด้วยตัวนำเล็กๆ ตีเข้าด้วยกันเป็นเกลียวซึ่งมีข้อดีคือ การนำกระแสต่อพื้นที่ของสายไฟฟ้าสูงขึ้น เนื่องจาก ผลของ Skin Effect ลดลง และการเดินสายทำได้ง่าย เพราะมึความอ่อนตัวกว่า โลหะที่นิยมใช้เป็นตัวนำใช้ผลิตสายไฟฟ้าได้แก่ ทองแดง อลูมิเนียม โดยโลหะทั้งสองชนิดมีข้อดีข้อเสียต่างกันไปตามแต่ลักษณะของงาน
ทองแดง ทองแดงเป็นโลหะที่มีความนำไฟฟ้าสูงมาก มีความแข็งแรง เหนียว ทนต่อการกัดกร่อนได้ดี แต่มีข้อเสียอยู่คือ มีน้ำหนักมากและราคาสายไฟฟ้าสูง จึงไม่เหมาะสำหรับงานด้านไฟแรงดันสูง แต่จะเหมาะกับการใช้งานสายไฟฟ้าโดยทั่วไป โดยเฉพาะสายไฟฟ้าในอาคาร
อลูมิเนียม เป็นโลหะที่มีความนำไฟฟ้าสูงรองจากทองแดง แต่เมื่อเปรียบเทียบในกรณีกระแสเท่ากันแล้ว พบว่า สายไฟฟ้าอลูมิเนียมจะมีน้ำหนักเบาและราคาสายไฟฟ้าถูกกว่าราคาสายไฟฟ้าทองแดง จึงเหมาะกับงานเดินสายไฟนอกอาคารและแรงดันสูงถ้าทิ้งอลูมิเนียมไว้ในอากาศจะเกิดออกไซด์ของอลูมิเนียม ซึ่งมีคุณสมบัติเป็นฉนวนฟิล์มบางๆ เกาะตามผิว ช่วยป้องกันการสึกกร่อน แต่จะมีข้อเสียคือ ทำให้การเชื่อมต่อทำได้ยาก
สภาพต้านทานไฟฟ้า (อังกฤษ : eletrical resistivity) คือปริมาณการวัดของการต่อต้านการไฟลของกระแสไฟฟ้าในวัสดุ ค่าสภาพต้านทานไฟฟ้าบ่งชี้ว่าวัสดุยินยอมให้ประจุไฟฟ้าเคลื่อนที่ได้ง่าย หน่วยในระบบหน่วยวัดระหว่างประเทศของสภาพต้านทานไฟฟ้าคือ โอห์ม เมตร (Ωm) ซึ่งจะแสดงในรูปอักษรกรีกตัว ρ (โร)
ค่าต้านทานไฟฟ้าของโลหะ (ที่ 20°C)
1) เงิน-Sliver = 1.59×10-8 Ωm
2) ทองแดง-Copper = 1.68×10-8 Ωm
3) ทองคำ-Gold = 2.44×10-8 Ωm
4) อลูมิเนียม-Aluminium = 2.82×10-8 Ωm
โลหะที่นำกระแสไฟฟ้าได้ดีที่สุดเรียงลำดับจากมากไปหาน้อย 4 อันดับแรก คือ เงิน – ทองแดง – ทอง – อลูมิเนียม
โลหะที่ราคาแพงเรียงลำดับจากมากไปหาน้อย 4 อันดับแรก คือ ทอง – เงิน – ทองแดง – อลูมิเนียม
2. ฉนวน (Insulation)
ฉนวนของสายไฟฟ้าทำหน้าที่ห่อหุ้มตัวนำ เพื่อป้องกันการสัมผัสกันโดยตรงระหว่างตัวนำหรือระหว่างตัวนำกับส่วนที่ต่อลงดิน และป้องกันตัวนำจากผลกระทบทางกลและเคมีต่างๆ ในระหว่างที่ตัวนำ นำกระแสไฟฟ้าจะเกิดพลังงานสูญเสีย ในรูปของความร้อน ความร้อนที่เกิดขึ้นจะถ่ายเทไปยังเนื้อฉนวน ความสามารถในการทนต่อความร้อนของฉนวนจะเป็น ตัวกำหนดความสามารถในการทนความร้อนของสายไฟฟ้านั่นเอง การเลือกใช้ชนิดของฉนวนจะขึ้นอยู่กับอุณหภูมิใช้งาน ระดับแรงดันของระบบ และสภาพแวดล้อมในการติดตั้ง วัสดุที่นิยมใช้เป็นฉนวนสายไฟฟ้ามากทีสุด คือ
Polyvinly Chloride (PVC) และ Cross linked Polyethylene (XLPE ) ฉนวน XLPE มีความแข็งแรง ทนต่อความร้อนและถ่ายเทความร้อนได้ดีกว่าฉนวน PVC ปัจจุบันจึงมีการใช้ฉนวน XLPE เพิ่มมากขึ้น
PVC อุณหภูมิใช้งาน 70°C และ 90°C
XLPE อุณหภูมิใช้งาน 90°C
3. เปลือก (Sheath)
เปลือกทำหน้าที่หุ้มแกนหรือหุ้มสายไฟฟ้าชั้นนอกสุด เปลือกของสายไฟฟ้าอาจจะมี 1 หรือ 2 ชั้นก็ได้เพื่อป้องกันความเสียหายทางกายภาพที่อาจเกิดขึ้นในขณะติดตั้งหรือใช้งาน การเลือกใช้ชนิดของเปลือกสายไฟฟ้าจะขึ้นอยู่กับสภาพแวดล้อมในการติดตั้งวัสดุ ที่นิยมทำเป็นเปลือกสายไฟฟ้ามากที่สุด คือ Polyvinly Chloride (PVC) และ Polyethylene (PE) ส่วนกรณีสายไฟฟ้าที่ต้องการคุณสมบัติ พิเศษก็อาจใช้วัสดุ เช่น Flame Retardant Polyvinyl Chloride (FR-PVC) หรือ Low Smoke Halogen Free (LSHF) ก็ได้
- สายไฟฟ้าที่ห่อหุ้มภายนอกด้วยด้ายถัก ได้แก่ สายไฟฟ้าที่ห่อหุ้มด้วยยาง แต่ภายนอกจะถักด้ายห่อหุ้มอีกชั้นหนึ่ง ใช้กับเตารีดและเครื่องให้ความร้อน
- สายหุ้มยาง เป็นสายไฟฟ้าที่หุ้มด้วยยางที่มีทั้งแบบธรรมดาและแบบนทนความร้อน สายไฟฟ้าแบบนี้จะเปื่อยและเสื่อมคุณภาพเร็ว ปัจจุบันไม่ค่อยนิยมใช้งาน
- สายไฟฟ้าหุ้ม PVC ชนิดนี้มีความทนทานต่อดิน ฟ้า อากาศ ไม่ติดไฟ ทนความร้อน แข็งเหนียว ไม่เปื่อยง่าย นิยมใช้งานมากที่สุด
- สายไฟฟ้าหุ้มพลาสติกธรรมดา เป็นสายอ่อนเส้นเล็ก ภายในมีหลายเส้น เป็นสายไฟที่ไม่ถาวร ติดไฟได้ง่าย
- สายไฟฟ้าเดี่ยว เป็นสายไฟฟ้า 1 เส้น มี 1 แกน ใช้เดินทั้งภายในและภายนอกอาคาร สายไฟฟ้าชนิดนี้ ถ้าเดินในอาคารนิยมใช้ร้อยในท่อแล้วยึดท่อติดกับผนัง หรือฝังท่อในเสาหรือพื้น บางครั้งก็นำมาใช้เดินภายนอกอาคาร การเดินสายไฟฟ้าเดี่ยวนี้ไม่นิยมเดินตีคลิป (ตีกิ๊บ) แต่จะเดินในท่อหรือวางรางเหล็กเสมอ หรือยึดติดกับผนังโดยใช้กับยึดเป็นช่วงๆ
- สายไฟฟ้าคู่ เป็นสายไฟฟ้าที่ใช้เดินในอาคาร เป็นสายไฟฟ้าชนิด 1 เส้นมี 2 แกน หรืออาจทำพิเศษให้มี 3 แกน โดยมีสายดินอีก 1 แกน
- สายไฟฟ้าเคเบิ้ลใต้ดิน เป็นสายไฟฟ้าชนิดที่มีฉนวน PVC หุ้มลวดทองแดงอยู่แล้วยังม่ีฉนวนหุ้มภายนอกอีกชั้นหนึ่ง
- สายไฟฟ้าเคลือบน้ำยาหรือสายอีนาเมล เป็นสายเปลือกที่เคลือบน้ำยาเคมี ใช้งานกันมากในงานพันขดลวดไดนาโม มอเตอร์ หม้อแปลง ฯลฯ
- สายไฟฟ้าที่มีเปลือกโลหะหุ้ม นิยมใช้ฝังเข้ากับผนังตึก สายไฟฟ้าชนิดนี้มีราคาแพง
สายไฟฟ้าอลูมิเนียมหุ้มด้วยฉนวน PVC
สายไฟฟ้าชนิดนี้จะมีตัวนำเป็นอลูมิเนียมแบบตีเกลียวไม่อัดแน่นหรือแบบตีเกลียวอัดแน่น และหุ้มด้วยฉนวน PVC โดยอาจจะเป็น PVC ธรรมดา หรือเป็นแบบ Heat Resistant PVC ก็ได้ สามารถใช้ได้กับแรงดันไม่เกิน 750V. สายไฟฟ้าชนิดนี้จะเป็นไปตามมาตรฐาน มอก. 293-2541
สายไฟฟ้าอลูมิเนียมหุ้มด้วยฉนวน PVC สามารถใช้งานในระบบจำหน่ายแรงต่ำ เดินภายนอก อาคาร เป็นสายประธาน ( Main ) หรือสายป้อน ( Feeder ) โดยจะใช้เดินในอากาศเหนือพื้นดิน ทางการไฟฟ้านครหลวงและการไฟฟ้าส่วนภูมิภาค ใช้สายชนิดนี้เป็นาสายประธานแรงต่ำ เดินมาจากหม้อแปลงจำหน่าย ( Distribution Transformers) พาดบนลูกถ้วยตามเสาไฟฟ้าหรือหรือใต้ชายคาบ้านหรือตึกแถว เพื่อจ่ายไฟฟ้าให้กับผู้ใช้ สายชนิดนี้มีราคาถูกและรับแรงดึง ได้พอควร
สายไฟฟ้าทองแดงหุ้มด้วยฉนวน PVC
เนื่องจากทองแแดง มีคุณสำบัติข้อดีที่เหนือกว่าอลูมิเนียมหลายประการด้วยกัน ไม่ว่าจะเป็นโลหะที่มีความนำไฟฟ้าสูงกว่า การตัดต่อก็ทำได้ง่ายกว่า จึงนิยมใช้สายไฟฟ้าชนิดนี้กันมาก สายไฟฟ้าทองแดงหุ้มด้วยฉนวน PVC มีมากมายหลายชนิดแต่ละชนิดก็เหมาะกับงานแต่ละแบบ ทำให้สามารถใช้สายไฟฟ้าชนิดนี้กับงานได้กว้างขวาง ตั้งแต่เป็นสายเชื่อมวงจรเล็กๆ จนกระทั่งสายประธานหรือสายป้อน ในที่นี้จึงจะขอกล่าวถึงสายไฟฟ้า ตาม มอก. 11-2553 โดยจะกล่าวถึงสายไฟฟ้าที่ใช้งานในการเดินสายถาวรที่ใช้กันโดยทั่วๆไป
สายไฟฟ้าทองแดงหุ้มด้วยฉนวน XLPE
สายไฟฟ้าชนิดนี้ ทำตามมาตรฐาน มอก.2143-2546 (IEC 60502-1) มีฉนวน และเปลือก แรงดันไฟฟ้าที่กำหนด 0.6/1 kV มีจำนวนแกน 1-4 แกน เนื่องจาก ฉนวน XLPE สามารถทนความร้อนได้ 90 °C จึงนำกระแสได้สูงกว่าสายหุ้มฉนวน PVC มักนิยมใช้เป็นสาย Feeder, Main
การใช้งาน
- ใช้งานทั่วไป
- ร้อยท่อฝังดินหรือฝังดินโดยตรง
- เดินบน Cable Trays
- การติดตั้งในอาคารต้องเดินในที่ปิดมิดชิดยกเว้นเปลือกนอกของสายมีคุณสมบัติต้านทานการลุกไหม้ (Flame retardant) TEC 690332-3 Category C ต้องคำนึงถึงพิกัดกระแส และ อุณหภูมิของอุปกรณ์ที่จะนำไปใช้ประกอบร่วมกับสายให้มีความสัมพันธ์กันด้วย
ที่มา: คู่มือการออกแบบและติดตั้งระบบไฟฟ้า ผู้แต่ง: ผศ.ประสิทธิ์ พิทยพัฒน์ ISBN: 978-974-8075-45-7