หม้อแปลงไฟฟ้า (Transformer)

หม้อแปลงไฟฟ้า (Transformer)

          เป็นอุปกรณ์ที่ใช้เปลี่ยนระดับแรงดันให้สูงขึ้นหรือต่ำลงตามต้องการ ภายในประกอบด้วยขดลวด 2 ชุดคือ ขดลวดปฐมภูมิ (Primary winding) และ ขดลวดทุติยภูมิ (Secondary winding) แต่สำหรับหม้อแปลงกำลัง (Power Transformer) ขนาดใหญ่บางตัวอาจมีขดลวดที่สามเพิ่มขึ้นคือขด Tertiary winding ซึ่งมีขนาดเล็กกว่าขด Primary และ Secondary และแรงดันที่แปลงออกมาจะมีค่าต่ำกว่าขด Secondary

    ชนิดของหม้อแปลง
1. หม้อแปลงไฟฟ้ากำลัง (Power Transformer)
2. หม้อแปลงจำหน่าย (Distribution Transformer)
3. หม้อแปลงสำหรับเครื่องมือวัด (Instrument Transformer)
4. หม้อแปลงสำหรับความถี่สูง (High frequency Transformer)

สำหรับหม้อแปลงจำหน่ายที่ใช้งานทั่วไปของการไฟฟ้าส่วนภูมิภาคแบ่งออกเป็น 2 ระบบคือ
1. ระบบ 1 เฟส 3 สาย  มีใช้งาน 4 ขนาดคือ 10 KVA , 20 KVA , 30 KVA , 50 KVA
2. ระบบ 3 เฟส 4 สาย  มีหลายขนาดได้แก่ 30, 50, 100, 160, 250, 315, 400, 500, 1000, 1250, 1500, 2500 KVA.

หม้อแปลงที่ติดตั้งเพื่อจ่ายกระแสไฟฟ้าทั่วไปของการไฟฟ้าส่วนภูมิภาคกำหนดให้ใช้ได้ตั้งแต่ขนาด 10 KVA. 1 เฟส จนถึง 250 KVA. 3 เฟส (ยกเว้น 30 KVA. 3 เฟส) นอกเหนือจากนี้เป็นหม้อแปลงที่ติดตั้งให้ผู้ใช้ไฟเฉพาะราย

อุปกรณ์ประกอบหม้อแปลง
 

            ฟิวส์ (Fuse) ทำหน้าที่ป้องกันอุปกรณ์ไฟฟ้าหรือระบบ จากภาวะกระแสเกินพิกัด (over current) หรือลัดวงจร (short circuit) มีทั้งฟิวส์แรงสูงติดตั้งทางด้าน Primary และฟิวส์แรงต่ำติดตั้งทางด้าน Secondary

ฟิวส์แรงสูง (Dropout Fuse)

ฟิวส์แรงต่ำ

             ล่อฟ้า (Lightning Arrester) ทำหน้าที่ป้องกันอุปกรณ์หรือระบบและสายส่งมิให้ได้รับความเสียหายจากภาวะแรงดันเกิน (over voltage) ที่เกิดจากฟ้าผ่าหรือการปลดสับสวิตซ์

ล่อฟ้าแรงสูง (HV. Arrester)

ล่อฟ้าแรงต่ำ (LV. Arrester)

              อาร์คซิ่งฮอร์น (Arcing Horn) เป็นอุปกรณ์ป้องกันหม้อแปลงมิให้ชำรุดเสียหายจากภาวะแรงดันเกินที่เกิดจากฟ้าผ่า สำหรับระยะ air gap ของ arcing horn ที่บุชชิ่งแรงสูงของหม้อแปลงตามมาตรฐานของการไฟฟ้าส่วนภูมิภาคกำหนดดังนี้
     ระบบ 11 KV. ระยะห่าง 8.6 เซนติเมตร
     ระบบ 22 KV. ระยะห่าง 15.5 เซนติเมตร
     ระบบ 33 KV. ระยะห่าง 22.0 เซนติเมตร

 

            น้ำมันหม้อแปลง มีหน้าที่ 2 ประการคือ
                     1 เป็นฉนวนไฟฟ้า โดยป้องกันกระแสไฟฟ้ากระโดดจากจุดหนึ่งไปยังจุดหนึ่ง ถ้าเทียบกับอากาศแล้ว น้ำมันหม้อแปลงจะทนแรงดันได้สูงกว่าหลายเท่า ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับคุณภาพของน้ำมันหม้อแปลงนั้น ดังนั้นถ้าเราจุ่มตัวนำลงในน้ำมัน ก็จะสามารถวางไว้ใกล้กันได้โดยไม่ลัดวงจร
                     2 ระบายความร้อน โดยที่น้ำมันเป็นของเหลวจึงสามารถเคลื่อนตัวมาถ่ายเทความร้อนให้แก่อากาศรอบๆ หม้อแปลงได้ดี, ทำให้ขดลวดและแกนเหล็กของหม้อแปลงระบายความร้อนได้ , ทำให้ฉนวนที่พันหุ้มขดลวดทนต่อความร้อนสูงได้ และทำให้ฉนวนไม่ร้อนจัดเกินไปช่วยยืดอายุการใช้งานของหม้อแปลงให้นานขึ้น

           ซิลิก้าเจล (Silica gel) มีลักษณะเป็นเม็ดเล็กๆ สีฟ้าหรือน้ำเงินบรรจุอยู่ในกระเปาะข้างถังอะไหล่น้ำมันหม้อแปลง ทำหน้าที่ช่วยดูดความชื้นในหม้อแปลง ถ้าเสื่อมคุณภาพจะกลายเป็นสีชมพู

การบาลานซ์โหลดหม้อแปลง

            การบาลานซ์โหลด เป็นการเฉลี่ยโหลดแต่ละเฟสให้มีค่าเท่ากันหรือใกล้เคียงกัน ซึ่งทำให้กระแสในแต่ละเฟสใกล้เคียงกันด้วย ถ้าหากโหลดไม่สมดุล จะเกิดผลเสียต่อระบบดังนี้
                1. เกิดความสูญเสียและแรงดันปลายสายตกมาก
                2. Voltage Regulation ไม่ดี กล่าวคือแรงดันไฟฟ้าในแต่ละเฟสไม่เท่ากัน
                3. ความสามารถในการจ่ายโหลดของหม้อแปลงลดลง

 

ข้อกำหนด
                1. หม้อแปลงทั่วไป การไฟฟ้าส่วนภูมิภาค ยอมให้จ่ายโหลดได้ไม่เกิน 80 % ของกระแสพิกัดหม้อแปลง
                2. การบาลานซ์เฟสหม้อแปลง ไม่ควรแตกต่างกันเกิน 20 % ของแอมป์เฉลี่ย

 

การบาลานซ์โหลดของหม้อแปลง 1 เฟส 3 สาย

        จากรูป เป็นหม้อแปลง 1 เฟส 3 สาย 460/230 V. สมมุติมีพิกัด 30 KVA. จ่ายโหลดรวม 95 แอมป์ ถ้าเฟส A จ่ายโหลด 45 A เฟส B จ่ายโหลด 50 A จะถือว่าหม้อแปลงลูกนี้จ่ายโหลดบาลานซ์หรือไม่

วิธีทำ
     หม้อแปลง 30 KVA ,230 V. กระแสเต็มพิกัดคือ 30 KVA/230 = 130 A.
     คิด 80 % ของพิกัดหม้อแปลง = 0.8 x 130 = 104 A.
     ดังนั้นเฟส A และ B ควรจ่ายโหลดไม่เกินเฟสละ = 104/2 = 52 A.

     จากการที่หม้อแปลงจ่ายโหลดรวม 95 A. ดังนั้นกระแสเฉลี่ยของแต่ละเฟส = 95/2 = 47.5 A.
     กระแสแต่ละเฟสต้องต่างกันไม่เกิน 20 % ของแอมป์เฉลี่ย = 0.2 x 47.5 = 9.5 A.
     แต่เนื่องจากเฟส A จ่ายโหลด 45 A. และเฟส B จ่ายโหลด 50 A. จึงต่างกัน = 50 - 45 = 5 A.
     พบว่ากระแสของเฟสทั้งสองต่างกันไม่เกิน 9.5 A. จึงถือว่าหม้อแปลงลูกนี้จ่ายโหลดได้สมดุล

การบาลานซ์โหลดของหม้อแปลง 3 เฟส 4 สาย

 

จากรูป เป็นหม้อแปลง 3 เฟส ขนาด 50 KVA. 400/230 V. จ่ายโหลดรวม 50 แอมป์ โดยแต่ละเฟสจ่ายกระแสดังรูป จะถือว่าหม้อแปลงลูกนี้จ่ายโหลดบาลานซ์หรือไม่
วิธีทำ
     หม้อแปลง 50 KVA ,400/230 V. กระแสเต็มพิกัดคือ 50 KVA/(1.732 x 230) = 72 A.
     คิด 80 % ของพิกัดหม้อแปลง = 0.8 x 72 = 57 A.
     ดังนั้นแต่ละเฟส ควรจ่ายโหลดไม่เกิน = 57 A.
     จากการที่หม้อแปลงจ่ายโหลดรวม 50 A.
     กระแสแต่ละเฟสต้องต่างกันไม่เกิน 20 % ของแอมป์เฉลี่ย = 0.2 x 50 = 10 A.

     แต่เนื่องจากเฟส A จ่ายโหลด 70 A. ซึ่งเกิน 80 % ของแอมป์เฉลี่ย
     เฟส B จ่ายโหลด 50 A. ยังไม่ถึง 80 % ของแอมป์เฉลี่ย
     ส่วนเฟส C จ่ายโหลดเพียง 30 A. ซึ่งต่างกับเฟสอื่นเกิน 10 A.
     จึงถือว่าหม้อแปลงลูกนี้จ่ายโหลดไม่สมดุล

            ผลกระทบจากการจ่ายโหลดไม่สมดุลของหม้อแปลง 3 เฟส
                1. จะมีกระแสไหลในสายนิวทรัล ซึ่งจะทำให้แรงดันตกและมีกำลังไฟฟ้าสูญเสียในสายนิวทรัลประสิทธิภาพของระบบจะลดลง
                2. Voltage Regulation ไม่ดี คือเฟสที่มีโหลดต่อในวงจรมากแรงดันจะต่ำ ส่วนเฟสที่มีโหลดต่อน้อยแรงดันจะสูง
                3. ความสามารถในการจ่ายโหลดของระบบลดลง ไม่สามารถจ่ายได้ตามพิกัด เพราะถูกจำกัดด้วยเฟสที่มีโหลดสูงสุด
                4. กรณีที่ระบบไม่สมดุลและสายนิวทรัลขาด จะทำให้โหลดในวงจรต่ออนุกรมกัน และคร่อมอยู่กับแรงดันขนาด 400 โวลท์ แรงดันตกคร่อมโหลดบางตัวอาจสูงกว่าปกติ และอาจชำรุดได้

                หม้อแปลงจำหน่ายทั่วไปจะมีค่า percent impedance ค่อนข้างต่ำคือ 4 - 6 % ด้วยจุดประสงค์เพื่อต้องการให้มี Voltage Regulation ดีคือ ไม่ว่าโหลดของหม้อแปลงจะมีมากหรือน้อยเพียงใด แรงดันของหม้อแปลงก็ไม่เปลี่ยนแปลงมาก ยังมีความสม่ำเสมอของแรงดัน แต่ผลที่ตามมาคือจะทำให้กระแสลัดวงจรค่อนข้างสูงมากจึงต้องป้องกันหม้อแปลง โดยการติดตั้งฟิวส์ทั้งด้านแรงสูงและแรงต่ำ ซึ่งมีหลักการคร่าวๆ ดังนี้
                1. หม้อแปลงแต่ละตัว ต้องมีอุปกรณ์ป้องกันโดยอิสระ
                2. พิกัดฟิวส์แรงสูงของหม้อแปลง ควรมีขนาด 2-3 เท่า ของกระแสเต็มพิกัดหม้อแปลง

                วัตถุประสงค์ของการใส่ฟิวส์ คือ ป้องกันการลัดวงจร และการทำงานอย่างสัมพันธ์กัน (Co-ordination) ระหว่างฟิวส์แรงสูงและแรงต่ำ ไม่ใช่ป้องกันการ over load ของหม้อแปลง เพราะฟิวส์จะขาดที่กระแสประมาณ 2 เท่าของพิกัดฟิวส์ โดยต้องการให้ฟิวส์ในระบบแรงต่ำขาดก่อนถ้าหากเกิดการลัดวงจรในระบบแรงต่ำขึ้น

                ตัวอย่างการหาขนาดฟิวส์แรงสูงของหม้อแปลง

หม้อแปลงขนาด 50 KVA 3 เฟส 4 สาย 22,000 - 400/230 V. จงหาขนาดฟิวส์แรงสูงที่เหมาะสม
วิธีทำ
     คำนวณหากระแสเต็มพิกัดด้านแรงสูง = 50 KVA / (1.732 x 22 KV) = 1.3 A
     เลือกใส่ฟิวส์ขนาด 3 A.
 

มาตรฐานการติดตั้งหม้อแปลงไฟฟ้า

การติดตั้งหม้อแปลงของการไฟฟ้าส่วนภูมิภาคมี 3 แบบคือ
                1. แบบแขวน ใช้สำหรับติดตั้งหม้อแปลง 1 เฟส ขนาดตั้งแต่ 10-160 KVA
                2. แบบนั่งร้าน ใช้สำหรับติดตั้งหม้อแปลง 3 เฟส ขนาดตั้งแต่ 50-250 KVA (กฟภ) และตั้งแต่ 50 - 500 KVA (เฉพาะราย) ที่มีน้ำหนักไม่เกิน 3000 กิโลกรัม
                3. แบบตั้งพื้น ใช้สำหรับติดตั้งหม้อแปลง 3 เฟส ขนาดตั้งแต่ 315-2,000 KVA

                การตรวจสภาพทั่วไปของหม้อแปลง
1. ตรวจสอบการติดตั้งให้ถูกต้องตามมาตรฐาน
2. ตรวจสอบล่อฟ้าแรงสูง, dropout, ฟิวส์สวิตซ์แรงต่ำ ให้อยู่ในสภาพครบถ้วนและขนาดถูกต้องตามพิกัด
3. ตรวจดูที่ดูดความชื้นโดยสังเกตที่สีของ silica gel ถ้าเป็นสีชมพูแสดงว่าเสื่อทสภาพ ต้องเปลี่ยนใหม่
4. ตรวจสอบหัวต่อที่บุชชิ่งหม้อแปลงไม่ให้หลวมเพื่อกันการอาร์ก
5. ตรวจซีลของหม้อแปลงทั้งหมด เพื่อป้องกันน้ำมันหม้อแปลงไหลซึมออกมา
6. ตรวจดูระดับน้ำมันที่ถังอะหลั่ย
7. ตรวจสอบกราวด์ต่างๆ ของหม้อแปลงและระบบป้องกัน ให้อยู่ในสภาพเรียบร้อยถูกต้องตาม

มาตรฐาน
8. ตรวจสอบขนาดสายแรงต่ำและจำนวนสายที่ออกจากบุชชิ่งแรงต่ำถึงฟิวส์แรงต่ำ
9. ตรวจสอบคานนั่งร้านหม้อแปลง
10. ตรวจสอบความต้านทานของสายดินและล่อฟ้าแรงสูงให้อยู่ในพิกัดไม่เกิน 5 โอห์ม

 

                การปลดไฟฟ้าออกจากหม้อแปลง

1. ควรใช้ไม้ชักฟิวส์ปลด dropout fuse เท่านั้น ไม่ควรใช้ไม้ชนิดอื่นแทนและไม้ชักฟิวส์ต้องอยู่ในสภาพดีไม่เปียกชื้น และต้องใส่ถุงมือยางและถุงมือหนังทุกครั้ง
2. ยืนอยู่ในที่มั่นคงมิให้เสียการทรงตัว ขณะที่ยกไม้ชักฟิวส์หรือไม้ชักฟิวส์โน้มลงขณะชักออก
3. การปลดแรงสูงออก ควรชักด้วยความเร็วพอประมาณ เพื่อลดการอาร์กที่เกิดขึ้น อันเป็นเหตุให้หน้าสัมผัสชำรุด และให้ชักเฟสที่อยู่ห่างจากเสาก่อน
4. กรณีอุปกรณ์ป้องกันด้านแรงต่ำของหม้อแปลงใช้คัทเอาท์แรงต่ำแบบฟิวส์ธรรมดา ให้ปลดแรงสูงก่อนแล้วจึงปลดแรงต่ำ เพราะการอาร์กขณะชักที่แรงต่ำจะเป็นอันตรายแก่ผู้ชักมากกว่าแรงสูง เนื่องจากผู้ปฏิบัติอยู่ใกล้อุปกรณ์แรงต่ำมาก
5. กรณีอุปกรณ์ป้องกันด้านแรงต่ำของหม้อแปลงใช้ LT switch แบบการไฟฟ้าส่วนภูมิภาค ให้ปลดด้านแรงต่ำก่อน
6. ทำกราวด์และช็อตแรงต่ำระบบจำหน่าย เพื่อป้องกันแรงดันไฟฟ้าจ่ายย้อนกลับจากผู้ใช้ไฟ

            การสับไฟฟ้าเข้าหม้อแปลง

1. ปลดสายช็อตและกราวด์ที่ทำไว้ในระบบจำหน่าย
2. กรณีอุปกรณ์ป้องกันด้านแรงต่ำของหม้อแปลงใช้คัทเอาท์แรงต่ำแบบฟิวส์ธรรมดาให้สับสวิตซ์คัทเอาท์แรงต่ำก่อนสับแรงสูง
3. กรณีอุปกรณ์ป้องกันด้านแรงต่ำของหม้อแปลงใช้ LT switch แบบการไฟฟ้าส่วนภูมิภาค ให้สับสวิตซ์แรงต่ำหลังสับแรงสูง
4. การสับจ่ายแรงสูง-แรงต่ำ ต้องทำด้วยความระมัดระวัง เที่ยงตรงและรวดเร็วให้ได้ในครั้งเดียวเพื่อมิให้เกิดอาร์กมาก และให้สับจ่ายเฟสที่อยู่ใกล้เสาก่อน

                การขึ้นปฏิบัติงานบนนั่งร้านหม้อแปลง

1. ต้องระวังการจ่ายย้อนทางของกระแสจากด้านแรงต่ำ ดังนั้นเมื่อปลดสวิตซ์ด้านแรงสูง-แรงต่ำแล้ว ต้องต่อลงดินด้านแรงต่ำด้วย เพื่อให้แน่ใจว่าไม่มีกระแสไหลย้อนได้อีก
2. ต้องไม่สัมผัสตัวถังหม้อแปลง หรือยืนบนหม้อแปลงขณะปฏิบัติงานใกล้แนวสายที่ยังมีกระแสไฟฟ้า
3. ระวังน้ำมันหม้อแปลงที่อาจรั่วซึมบนนั่งร้านและทำให้ลื่นขณะปฏิบัติงาน