บทที่ 02 — เส้นทางของไฟฟ้า

02.1 มองระบบไฟฟ้าเหมือนระบบประปาเมือง

บทที่แล้วทิ้งคำถามไว้ว่า ไฟที่ไหลออกมาจากปลั๊กทุกครั้งที่เราเสียบเครื่องใช้ไฟฟ้า มันเดินทางมาจากไหนกันแน่? คำตอบคือมันเดินทางมาจากระบบขนาดใหญ่ทั่วประเทศที่ทำงานประสานกันตลอดเวลา และระบบนี้มีภาพเปรียบเทียบที่เข้าใจง่ายมาก นั่นคือ ระบบประปาของเมือง

ลองนึกภาพน้ำประปาที่ไหลออกจากก๊อกบ้านคุณดู มันไม่ได้มาจากที่ไหนใกล้ๆ แต่เดินทางมาจากโรงผลิตน้ำประปาขนาดใหญ่ ผ่านท่อเมนใหญ่ใต้ถนนสายหลัก ผ่านสถานีจ่ายน้ำที่คอยปรับแรงดัน แล้วแยกเข้าท่อย่อยตามซอยจนถึงมาตรวัดน้ำหน้าบ้านคุณ ระบบไฟฟ้าก็มีโครงสร้างแบบเดียวกันเป๊ะ: โรงไฟฟ้าเทียบได้กับโรงผลิตน้ำประปา สายส่งแรงสูงเทียบได้กับท่อเมนใหญ่ใต้ถนนใหญ่ สถานีไฟฟ้าเทียบได้กับสถานีจ่ายน้ำที่ปรับแรงดัน สายจำหน่ายตามถนนในซอยเทียบได้กับท่อย่อย และมิเตอร์ไฟฟ้าก็เทียบได้กับมาตรวัดน้ำหน้าบ้านนั่นเอง

แต่มีข้อแตกต่างสำคัญข้อหนึ่งที่น้ำมีแต่ไฟฟ้าแทบไม่มีเลย นั่นคือ น้ำเก็บใส่แท็งก์รอไว้ใช้ได้ แต่ไฟฟ้าแทบเก็บสะสมไว้ล่วงหน้าไม่ได้เลยในปริมาณมากๆ ต้องผลิตให้พอดีกับที่ใช้อยู่ตลอดเวลาแบบวินาทีต่อวินาที ความแตกต่างข้อนี้สำคัญมากจนต้องมีทั้งบทมาอธิบายต่อในบทที่ 3

02.2 ช่วงที่ 1 — ผลิต: โรงไฟฟ้า

จุดเริ่มต้นของการเดินทางทั้งหมดคือ โรงไฟฟ้า ประเทศไทยมีโรงไฟฟ้าหลากหลายชนิดมาก ทั้งโรงไฟฟ้าก๊าซธรรมชาติ ถ่านหิน เขื่อนผลิตไฟฟ้าพลังน้ำ แผงโซลาร์เซลล์ กังหันลม และโรงไฟฟ้าชีวมวล ซึ่งจะพาไปดูรายละเอียดของแต่ละชนิดในบทที่ 4 ถึง 8 แต่ถึงจะต่างชนิดกันแค่ไหน เกือบทั้งหมดใช้หลักการเดียวกัน นั่นคือ ทำให้บางอย่างหมุน แล้วการหมุนนั้นจะถูกเปลี่ยนเป็นไฟฟ้าผ่านเครื่องกำเนิดไฟฟ้า (generator)

1. Exhaust Stacks — ปล่องระบายไอเสียจากการเผาไหม้เชื้อเพลิง สูงมากเพื่อระบายไอเสียให้กระจายตัวในที่สูงก่อนลงสู่พื้น รายละเอียดชนิดโรงไฟฟ้าต่างๆ อยู่ในบทที่ 5
2. Turbine Hall — อาคารที่ติดตั้งกังหันและเครื่องกำเนิดไฟฟ้าไว้ข้างใน เป็นจุดที่ "การหมุน" ถูกเปลี่ยนเป็นไฟฟ้าจริงๆ
3. Transmission Lines to Grid — สายส่งแรงสูงที่พาไฟฟ้าออกจากโรงไฟฟ้านี้ไปเชื่อมกับโครงข่ายไฟฟ้าทั่วประเทศ คือจุดเริ่มต้นของช่วง "ส่ง" ในหัวข้อ 2.3
4. Cooling Towers — หอหล่อเย็นที่ปล่อยไอน้ำสีขาว ทำหน้าที่ระบายความร้อนออกจากระบบก่อนนำน้ำกลับมาใช้ใหม่ในกระบวนการผลิตไฟฟ้า
5. Water Treatment and Storage — ระบบบำบัดและเก็บน้ำที่ใช้ในกระบวนการผลิตไฟฟ้า โรงไฟฟ้าพลังความร้อนต้องใช้น้ำปริมาณมากตลอดเวลา
6. Switchyard / Transformer Yard — ลานหม้อแปลงและอุปกรณ์สวิตช์ที่ "ยกแรงดัน" ไฟฟ้าจากที่เครื่องกำเนิดผลิตออกมาให้สูงขึ้นมาก ก่อนส่งขึ้นสายส่งแรงสูง
7. Control Building and Offices — อาคารควบคุมการทำงานของโรงไฟฟ้าและสำนักงาน เป็นจุดที่ผู้ดูแลระบบเฝ้าติดตามการผลิตไฟฟ้าตลอด 24 ชั่วโมง

ไฟฟ้าที่ออกมาจากเครื่องกำเนิดไฟฟ้าโดยตรงมีแรงดันอยู่ที่ประมาณหลักหมื่นโวลต์เท่านั้น เช่นราว 20 กิโลโวลต์ (kilovolt ย่อว่า kV คือหน่วยแรงดันไฟฟ้าขนาดใหญ่ เท่ากับ 1,000 โวลต์ ดังนั้น 20 กิโลโวลต์ก็คือ 20,000 โวลต์นั่นเอง) แต่ก่อนที่ไฟฟ้าจะออกเดินทางไกล มันจะถูก "ยกขึ้น" ทันทีด้วยอุปกรณ์ที่เรียกว่าหม้อแปลง (transformer) ให้มีแรงดันสูงขึ้นไปอีกหลายสิบเท่า เหตุผลว่าทำไมต้องยกแรงดันสูงขนาดนั้นจะอธิบายในหัวข้อถัดไป

02.3 ช่วงที่ 2 — ส่ง: ทางด่วนไฟฟ้าของ กฟผ.

หลังจากถูกยกแรงดันแล้ว ไฟฟ้าจะขึ้นสู่ สายส่งแรงสูง (transmission line) ที่พาดผ่านเสาสูงลิ่วทั่วทุกภาคของประเทศ สายส่งเหล่านี้มีแรงดันสูงถึงประมาณ 500,000 โวลต์ 230,000 โวลต์ หรือ 115,000 โวลต์ ขึ้นอยู่กับเส้นทาง ลองเทียบดู ไฟที่ใช้ในบ้านเราอยู่ที่ประมาณ 220 โวลต์เท่านั้น เท่ากับว่าสายส่งแรงสูงมีแรงดันมากกว่าไฟบ้านเราถึงราวสองพันกว่าเท่า

1. Earth (ground) wire (top shield wire) — สายดินที่อยู่บนสุดของเสาส่ง ไม่มีไฟฟ้าไหลผ่าน แต่ทำหน้าที่ล่อฟ้าผ่าไม่ให้ลงมาโดนสายไฟฟ้าเส้นหลักด้านล่าง
2. Crossarm — แขนขวางที่ยื่นออกจากเสาส่ง ใช้ยึดสายไฟฟ้าและลูกถ้วยฉนวนให้กางออกจากกันในระยะที่ปลอดภัย
3. Insulator string (suspension insulator) — ลูกถ้วยฉนวนที่ร้อยต่อกันเป็นพวง ทำหน้าที่กันไม่ให้ไฟฟ้าแรงสูงไหลลงเสาซึ่งเป็นโลหะ เหมือนตัวกั้นความปลอดภัยระหว่างสายไฟกับโครงเสา
4. High-voltage transmission line — สายไฟฟ้าแรงสูงที่แท้จริงที่พาไฟฟ้าเดินทางไกล มีแรงดันสูงถึงราว 500,000, 230,000 หรือ 115,000 โวลต์
5. Conductor (phase wires) — สายตัวนำที่พาไฟฟ้าจริง แต่ละเส้นที่เห็นอาจเป็นสายย่อยมัดรวมกันหลายเส้นตามที่อธิบายในเกร็ดน่ารู้ด้านล่าง
6. Line of transmission towers (receding to horizon) — แถวเสาส่งที่เรียงต่อกันไปจนสุดสายตา แสดงให้เห็นว่าสายส่งแรงสูงพาดผ่านระยะทางไกลแค่ไหนกว่าจะถึงปลายทาง
7. Transmission tower (steel lattice structure) — โครงสร้างเสาส่งแบบโครงเหล็กตาข่าย แข็งแรงพอจะรับน้ำหนักสายไฟและทนแรงลมได้ในทุกสภาพอากาศ
8. Hills in the background — ภูมิประเทศที่สายส่งต้องพาดผ่าน ไม่ว่าจะเป็นทุ่งนา ภูเขา หรือป่า สายส่งแรงสูงถูกออกแบบให้ข้ามภูมิประเทศแบบนี้ได้โดยไม่ต้องมีจุดพักระหว่างทางบ่อยๆ
9. Tower foundation — ฐานคอนกรีตที่ยึดเสาส่งให้มั่นคงกับพื้นดิน ต้องรับทั้งน้ำหนักเสาและแรงดึงจากสายไฟฟ้าที่ขึงตึง
10. Rice fields (central Thailand) — ทุ่งนาในภาคกลางที่สายส่งแรงสูงพาดผ่าน แสดงให้เห็นว่าโครงข่ายไฟฟ้าเชื่อมพื้นที่เกษตรกรรมเข้ากับเมืองใหญ่ได้อย่างไร

ทำไมต้องยกแรงดันให้สูงขนาดนั้นก่อนส่งทางไกล? เหตุผลสั้นๆ คือ ยิ่งแรงดันสูง ไฟฟ้าจะ "หายกลางทาง" ไปเป็นความร้อนน้อยที่สุด ทำให้ส่งไฟฟ้าได้ไกลหลายร้อยกิโลเมตรโดยสูญเสียพลังงานน้อย เหตุผลเชิงลึกกว่านี้จะอธิบายแบบเห็นภาพในบทที่ 9 ตอนนี้ขอให้จำผลลัพธ์ไว้ก่อนว่า แรงดันยิ่งสูง การส่งทางไกลยิ่งมีประสิทธิภาพ

เจ้าของและผู้ดูแลระบบสายส่งแรงสูงทั่วประเทศคือ กฟผ. (การไฟฟ้าฝ่ายผลิตแห่งประเทศไทย — EGAT, Electricity Generating Authority of Thailand) ซึ่งนอกจากจะเป็นเจ้าของโรงไฟฟ้าหลายแห่งแล้ว ยังทำหน้าที่เดินสายส่งแรงสูงทั่วประเทศ เชื่อมโรงไฟฟ้าทุกแห่งเข้าด้วยกันเป็นโครงข่ายเดียว

02.4 ช่วงที่ 3 — จำหน่าย: จากสถานีไฟฟ้าสู่หน้าบ้าน

เมื่อไฟฟ้าแรงดันสูงเดินทางมาถึงบริเวณใกล้เมืองหรือชุมชนที่ต้องการใช้ไฟ มันจะเข้าสู่ สถานีไฟฟ้า (substation) ซึ่งทำหน้าที่ลดแรงดันลงทีละขั้น ไม่ใช่ลดวูบเดียวจากแสนกว่าโวลต์เหลือ 220 โวลต์ทันที

1. Residential Area — ย่านที่พักอาศัยที่รอรับไฟฟ้าจากสถานีนี้ แสดงให้เห็นว่าสถานีไฟฟ้ามักตั้งอยู่ใกล้ชุมชนที่ต้องการใช้ไฟ เพื่อลดระยะทางส่งต่อ
2. Distribution Lines — สายจำหน่ายที่ออกจากสถานีไฟฟ้าไปยังเสาไฟตามถนน เป็นจุดเริ่มต้นของช่วง "จำหน่าย"
3. Disconnect Switches — สวิตช์ตัดการเชื่อมต่อที่ใช้แยกอุปกรณ์ออกจากระบบเวลาต้องซ่อมบำรุง โดยไม่ต้องตัดไฟทั้งสถานี
4. Busbars — แท่งตัวนำหลักที่รวบรวมและกระจายไฟฟ้าไปยังอุปกรณ์ต่างๆ ภายในสถานี เหมือน "ถนนสายหลัก" ของไฟฟ้าภายในสถานี
5. Power Transformers — หม้อแปลงกำลังขนาดใหญ่ที่ลดแรงดันไฟฟ้าจากระดับสายส่งลงมาเป็นระดับสายจำหน่าย เป็นหัวใจของสถานีไฟฟ้าทุกแห่ง
6. Circuit Breakers — เบรกเกอร์ขนาดใหญ่ของสถานีไฟฟ้า ทำหน้าที่เดียวกับเบรกเกอร์ในบ้านที่อธิบายในบทที่ 1 แต่ขนาดใหญ่กว่ามาก ตัดไฟอัตโนมัติเมื่อระบบผิดปกติ
7. Control Building — อาคารควบคุมที่เจ้าหน้าที่เฝ้าติดตามและสั่งการอุปกรณ์ต่างๆ ในสถานีไฟฟ้า

จากสถานีไฟฟ้า สายไฟจะเดินตามเสาไฟฟ้าริมถนนด้วยแรงดันประมาณ 22,000-24,000 โวลต์ เรียกว่าสายจำหน่าย ก่อนจะถูกลดแรงดันขั้นสุดท้ายด้วยหม้อแปลงที่แขวนอยู่บนเสาไฟฟ้าหน้าบ้านหรือหน้าซอย ให้เหลือ 220 โวลต์ ซึ่งเป็นแรงดันที่ปลอดภัยพอจะเข้าบ้านเราได้

1. Medium voltage power lines (22 kV) — สายจำหน่ายแรงดันปานกลางที่พาดผ่านด้านบนสุดของเสา แรงดันราว 22,000 โวลต์
2. Insulators — ลูกถ้วยฉนวนที่ยึดสายไฟฟ้าไว้กับเสา กันไม่ให้ไฟฟ้าไหลลงเสาซึ่งอาจเป็นอันตราย
3. Cutout fuse — ฟิวส์ตัดตอนที่ป้องกันหม้อแปลงจากกระแสไฟฟ้าผิดปกติ ถ้าหม้อแปลงมีปัญหา ฟิวส์ตัวนี้จะขาดก่อนความเสียหายลุกลาม
4. Pole-mounted transformer (22 kV / 400-230 V) — หม้อแปลงที่แขวนอยู่บนเสา ทำหน้าที่ลดแรงดันขั้นสุดท้ายจาก 22,000 โวลต์ เหลือ 220-230 โวลต์ที่ใช้ในบ้านได้จริง
5. Low voltage power lines (400/230 V) — สายไฟแรงดันต่ำที่ออกจากหม้อแปลง พร้อมใช้งานในบ้านแล้ว เดินต่อไปยังบ้านแต่ละหลังในซอย
6. Neutral conductor — สายนิวทรัล ทำหน้าที่เป็นเส้นทางกลับของกระแสไฟฟ้า คู่กับสายไฟหลักที่จ่ายเข้าบ้าน
7. Grounding conductor — สายต่อลงดินของระบบจำหน่าย ทำหน้าที่คล้ายกับสายดินในบ้านที่อธิบายในบทที่ 1 แต่เป็นระดับของระบบจำหน่ายทั้งซอย
8. Service drop (to building) — สายไฟที่ต่อจากเสาไฟฟ้าเข้าสู่ตัวบ้านโดยตรง เป็นเส้นทางสุดท้ายก่อนถึงมิเตอร์
9. Electricity meter — มิเตอร์ไฟฟ้าที่ติดผนังบ้าน คือจุดแบ่งเขตระหว่างระบบของการไฟฟ้ากับระบบไฟฟ้าภายในบ้าน
10. Low voltage service cable — สายไฟแรงดันต่ำที่เดินจากจุดต่อบนเสาลงมาตามเสาจนถึงจุดเชื่อมเข้าบ้าน

ผู้ดูแลระบบช่วงนี้ไม่ใช่ กฟผ. แต่เป็นการไฟฟ้าคนละหน่วยงาน แบ่งตามพื้นที่: ในกรุงเทพมหานคร นนทบุรี และสมุทรปราการ ดูแลโดย กฟน. (การไฟฟ้านครหลวง — MEA, Metropolitan Electricity Authority) ส่วนอีก 74 จังหวัดที่เหลือทั่วประเทศ ดูแลโดย กฟภ. (การไฟฟ้าส่วนภูมิภาค — PEA, Provincial Electricity Authority) นี่คือเหตุผลที่บิลค่าไฟฟ้าที่บ้านเราได้รับทุกเดือน มาจาก กฟน. หรือ กฟภ. ไม่ใช่ กฟผ. แม้ว่า กฟผ. จะเป็นคนผลิตไฟฟ้าส่วนใหญ่ก็ตาม รายละเอียดขององค์กรทั้งสามและความสัมพันธ์ระหว่างกันจะอธิบายเต็มๆ ในบทที่ 12

02.5 ช่วงที่ 4 — ใช้งาน: หลังมิเตอร์คือบ้านเรา

จุดสุดท้ายของการเดินทางคือ มิเตอร์ไฟฟ้า ซึ่งทำหน้าที่เป็นเส้นแบ่งเขตชัดเจนระหว่างสองระบบ: ฝั่งหนึ่งคือระบบของการไฟฟ้าที่ กฟน. หรือ กฟภ. ดูแลรับผิดชอบ อีกฝั่งหนึ่งคือระบบไฟฟ้าภายในบ้านที่เราต้องดูแลเอง

หลังผ่านมิเตอร์แล้ว ไฟฟ้า 220 โวลต์จะเข้าสู่ตู้เบรกเกอร์ที่อธิบายไว้ในบทที่ 1 แล้วแยกวงจรกระจายไปทั่วบ้าน ไม่ว่าจะเป็นปลั๊กไฟ สวิตช์ไฟ หรือเครื่องใช้ไฟฟ้าต่างๆ ทุกจุดที่มีไฟฟ้าใช้งานในบ้านเราล้วนสืบสาวย้อนกลับไปได้ถึงมิเตอร์หน้าบ้านจุดเดียวกันทั้งหมด

ลองปิดท้ายบทนี้ด้วยไทม์ไลน์สั้นๆ ที่แสดงให้เห็นว่าทั้งระบบเชื่อมโยงกันแค่ไหน: ทันทีที่คุณกดสวิตช์เปิดแอร์ที่บ้าน ความต้องการไฟฟ้าโดยรวมของทั้งประเทศจะเพิ่มขึ้นเล็กน้อยในทันที และที่โรงไฟฟ้าแห่งใดแห่งหนึ่งในเครือข่าย จะมีการเร่งเครื่องผลิตไฟฟ้าเพิ่มขึ้นอีกนิดหนึ่งเพื่อให้พอดีกับความต้องการที่เพิ่มขึ้น ทั้งหมดนี้เกิดขึ้นภายในเสี้ยววินาที โดยที่เราไม่รู้ตัวเลยด้วยซ้ำ นี่คือความมหัศจรรย์ของระบบไฟฟ้าที่ต้องรักษาสมดุลแบบเรียลไทม์ตลอดเวลา ซึ่งจะเป็นเรื่องหลักของบทถัดไป

สรุปท้ายบท

คำศัพท์ในบทนี้

ทบทวนความเข้าใจ