บทที่ 09 — สายส่งแรงสูง: ทางด่วนของไฟฟ้า

09.1 ปัญหาการขนส่งที่มองไม่เห็น

ลองตั้งโจทย์ดู: ไฟฟ้าที่ผลิตจากโรงไฟฟ้าแม่เมาะ จังหวัดลำปาง ต้องเดินทางไกลกว่า 600 กิโลเมตรกว่าจะถึงกรุงเทพฯ ระหว่างทางยาวขนาดนี้ ไฟฟ้า "หายไปกลางทาง" ได้อย่างไร?

คำตอบย้อนกลับไปที่หลักการท่อน้ำจากบทที่ 1 ท่อน้ำทุกท่อมีความฝืดที่ต้านการไหลของน้ำอยู่บ้างเสมอ สายไฟก็เช่นกัน สายไฟทุกเส้นมีสิ่งที่เรียกว่าความต้านทาน (resistance) แฝงอยู่ในเนื้อโลหะ เมื่อกระแสไฟฟ้าไหลผ่านความต้านทานนี้ พลังงานไฟฟ้าส่วนหนึ่งจะเปลี่ยนเป็นความร้อนแล้วสูญเสียทิ้งไปตลอดเส้นทาง สายไฟที่อุ่นขึ้นเวลามีกระแสไหลผ่านมากๆ นั่นแหละคือหลักฐานของพลังงานที่กำลัง "ละลาย" หายไปกลางอากาศแบบไม่มีใครได้ใช้ประโยชน์เลย และยิ่งกระแสไฟฟ้าที่ไหลผ่านสายแรงเท่าไหร่ ความร้อนที่สูญเสียก็ยิ่งทวีคูณขึ้นอย่างรวดเร็วมากเท่านั้น ไม่ใช่แค่เพิ่มขึ้นตามสัดส่วนธรรมดา

09.2 เคล็ดลับร้อยปี: ยกแรงดัน กดกระแส

ในเมื่อกระแสไฟฟ้าคือตัวการที่ทำให้เกิดความร้อนสูญเสีย คำถามคือแล้วจะส่งกำลังไฟฟ้าก้อนเดิมด้วยกระแสที่น้อยลงได้อย่างไร คำตอบคือยกแรงดันให้สูงขึ้นแทน เพราะกำลังไฟฟ้าปริมาณเท่าเดิมสามารถส่งได้สองแบบ คือใช้กระแสมากคู่กับแรงดันต่ำ หรือใช้กระแสน้อยคู่กับแรงดันสูง ลองเทียบกับการขนข้าวสาร 10 ตันดู จะเลือกใช้รถกระบะคันเล็กวิ่ง 20 เที่ยว หรือรถพ่วงคันใหญ่วิ่งเที่ยวเดียวจบ วิศวกรไฟฟ้าทั่วโลกเลือกทางหลัง เพราะยิ่งกระแสน้อยลงเท่าไหร่ ความร้อนที่สูญเสียก็ยิ่งลดฮวบลงอย่างมาก และยังใช้สายไฟที่บางลงได้อีกด้วยโดยไม่กระทบต่อความปลอดภัย

นี่คือเหตุผลที่แท้จริงว่าทำไมหม้อแปลง (transformer) จึงเป็นอุปกรณ์ที่ขาดไม่ได้เลยในระบบไฟฟ้า ทวนความจำจากบทที่ 1: ไฟฟ้ากระแสสลับ (AC) เปลี่ยนระดับแรงดันให้สูงขึ้นหรือต่ำลงได้ง่ายมากด้วยหม้อแปลง นี่แหละคือคำตอบสุดท้ายว่าทำไมระบบไฟฟ้าทั้งโลกจึงเลือกใช้ AC แทน DC เพราะถ้าไม่มีความสามารถในการยกและลดแรงดันแบบนี้ การส่งไฟทางไกลหลายร้อยกิโลเมตรก็แทบเป็นไปไม่ได้เลยในทางปฏิบัติ รายละเอียดของหม้อแปลงเองจะเล่าเต็มๆ ในบทที่ 10

09.3 บันไดแรงดันของประเทศไทย

ระบบไฟฟ้าไทยไม่ได้ใช้แรงดันเดียวตลอดเส้นทาง แต่ไล่ระดับขึ้นลงเป็นขั้นบันได เริ่มจากเครื่องกำเนิดไฟฟ้าในโรงไฟฟ้าที่ผลิตไฟออกมาด้วยแรงดันประมาณ 20 กิโลโวลต์ (kilovolt — kV คือหน่วยแรงดันไฟฟ้าขนาดใหญ่ เท่ากับ 1,000 โวลต์) จากนั้นหม้อแปลงจะยกแรงดันขึ้นไปสูงถึงประมาณ 500 กิโลโวลต์ หรือ 230 กิโลโวลต์ เพื่อส่งไปทางไกลผ่านโครงข่ายสายส่งหลักของการไฟฟ้าฝ่ายผลิตแห่งประเทศไทย (กฟผ.) เมื่อไฟฟ้าเดินทางเข้าใกล้เมืองหรือนิคมอุตสาหกรรม แรงดันจะถูกลดลงมาที่ประมาณ 115 กิโลโวลต์ ก่อนจะค่อยๆ ลดขั้นลงอีกเหลือประมาณ 22-24 กิโลโวลต์ ตามแนวถนนโดยการไฟฟ้านครหลวง (กฟน.) หรือการไฟฟ้าส่วนภูมิภาค (กฟภ.) แล้วสุดท้ายจึงลดลงเหลือประมาณ 220 โวลต์ ที่ไหลเข้าปลั๊กบ้านของเรา

ลองเทียบขนาดให้เห็นภาพ แรงดัน 500,000 โวลต์ คิดเป็นประมาณ 2,300 เท่าของแรงดันไฟบ้านที่เราใช้กันทุกวัน เป็นตัวเลขที่สูงจนยากจะจินตนาการ แต่ก็จำเป็นต้องสูงขนาดนี้จริงๆ เพื่อกดกระแสให้เหลือน้อยที่สุดตามหลักการในหัวข้อก่อนหน้า โครงข่ายสายส่งแรงสูงของไทยเชื่อมโยงทุกภาคของประเทศเข้าด้วยกัน และยังเชื่อมกับประเทศเพื่อนบ้านด้วย เช่นรับซื้อไฟฟ้าจากเขื่อนในลาวเข้าสู่ภาคอีสาน (รายละเอียดเรื่องสัดส่วนพลังงานจะเล่าต่อในบทที่ 14)

09.4 กายวิภาคของเสาส่ง

เสาส่งไฟฟ้าแรงสูงที่เห็นยืนเรียงรายข้ามทุ่งนาไม่ได้เป็นแค่โครงเหล็กเปล่าๆ แต่ประกอบด้วยชิ้นส่วนสำคัญหลายอย่างที่ทำงานร่วมกัน เริ่มจาก สายตัวนำ (conductor) ที่พาดผ่านแขนเสาแต่ละข้าง สายส่งแรงสูงระดับ 500 กิโลโวลต์ มักไม่ใช้สายเส้นเดียวต่อเฟส แต่มัดสายย่อยเข้าด้วยกัน 2-4 เส้นเป็นกลุ่ม เรียกว่าสายตัวนำมัดรวม (bundled conductor) เพื่อลดการสูญเสียพลังงานแบบพิเศษที่เกิดกับแรงดันสูงมากๆ

1. Overhead ground wire (shield wire) — สายดินกันฟ้าผ่า อยู่บนยอดเสาสูงสุด ไม่มีลูกถ้วยฉนวนรองรับเพราะต้องต่อลงดินโดยตรงผ่านโครงเสา ทำหน้าที่ล่อฟ้าผ่าให้ลงเสาแทนที่จะลงสายตัวนำจริง
2. Tower top — ยอดเสาที่สายดินกันฟ้าผ่าพาดผ่าน จุดสูงสุดของโครงสร้างทั้งหมด
3. Upper crossarm และ Lower crossarm — แขนเสาสองระดับที่ยื่นออกมารับน้ำหนักพวงลูกถ้วยและสายตัวนำแต่ละเฟส เสา 500 กิโลโวลต์มักมีแขนหลายชั้นเพื่อแยกวงจรไฟฟ้า
4. Insulator string — พวงลูกถ้วยฉนวนที่ห้อยจากแขนเสาลงมายึดสายตัวนำ รายละเอียดเต็มอยู่ในรูปถัดไป
5. Bundled conductors (500 kV circuit) — สายตัวนำมัดรวมหลายเส้นต่อเฟสตามที่อธิบายไว้ข้างต้น เห็นเป็นสายขนานกันหลายเส้นในแต่ละมัด
6. Lattice steel tower body — โครงเหล็กถักที่เห็นเป็นรูปสามเหลี่ยมสานกันแน่นหนา ให้ความแข็งแรงสูงโดยใช้เหล็กน้อยกว่าเสาทึบมาก
7. Tower leg และ Foundation (footing) — ขาเสาทั้งสี่ที่ฝังลงฐานรากคอนกรีตใต้ดิน รับน้ำหนักและแรงลมทั้งหมดของโครงสร้าง

ชิ้นส่วนที่น่าสนใจที่สุดคือ ลูกถ้วยฉนวน (insulator) จานเซรามิกทรงกลมที่ซ้อนกันเป็นพวงยาวห้อยจากแขนเสา ยิ่งแรงดันไฟฟ้าสูงเท่าไหร่ พวงลูกถ้วยก็ยิ่งต้องยาวขึ้นเท่านั้น เพราะต้องใช้ระยะห่างของฉนวนมากขึ้นเพื่อกันไฟฟ้าแรงสูงรั่วไหลจากสายตัวนำลงสู่โครงเหล็กของเสา เกร็ดความรู้สนุกๆ คือคนที่ชำนาญสามารถนับจำนวนจานในพวงลูกถ้วยแล้วเดาระดับแรงดันของสายส่งเส้นนั้นได้เลยโดยไม่ต้องดูป้าย

1. Suspension fitting (shackle) — จุดยึดบนสุดที่ต่อเข้ากับแขนเสาโดยตรง
2. Top cap (fitting) — ฝาครอบโลหะปิดหัวจานลูกถ้วยแผ่นบนสุด เชื่อมต่อกับจุดยึด
3. Insulator discs (16 discs) — จานเซรามิกที่ซ้อนกันในภาพนี้มีประมาณ 16 จาน ยิ่งแรงดันสูง จำนวนจานก็ยิ่งมากตามที่อธิบายไว้ในย่อหน้าข้างต้น
4. Suspension string (whole assembly) — พวงลูกถ้วยทั้งชุดตั้งแต่จุดยึดบนสุดถึงจุดต่อสายล่างสุด
5. Bottom cap (fitting) และ Clevis (link) — ฝาครอบและข้อต่อโลหะที่ปลายล่างสุดของพวงลูกถ้วย เชื่อมต่อไปยังตัวจับสาย
6. Conductor clamp — ตัวจับที่ยึดพวงลูกถ้วยเข้ากับสายตัวนำจริง
7. Conductor — สายตัวนำที่พาไฟฟ้าแรงสูงไหลผ่าน คือสายเส้นเดียวกับที่เห็นพาดในภาพเสาส่งก่อนหน้า

มีคำถามที่คนสงสัยกันบ่อยคือทำไมสายส่งแรงสูงจึงเป็นสายเปลือย ไม่มีฉนวนหุ้มเหมือนสายไฟในบ้าน คำตอบคือ อากาศ นั่นเองที่ทำหน้าที่เป็นฉนวนตามธรรมชาติอยู่แล้ว เพียงแค่ต้องรักษาระยะห่างจากทุกสิ่งให้ "ไกลพอ" เท่านั้น นี่คือที่มาของทั้งความสูงของเสาและระยะห่างระหว่างสายแต่ละเส้น ยิ่งแรงดันสูง ยิ่งต้องการระยะห่างในอากาศมากขึ้นตามไปด้วย

09.5 อยู่ร่วมกับสายส่งอย่างปลอดภัย

ใต้แนวสายส่งไฟฟ้าแรงสูงทุกเส้นจะมีพื้นที่ที่เรียกว่า เขตเดินสายไฟ (right of way) ซึ่งห้ามปลูกสร้างอาคารหรือปลูกต้นไม้สูงเข้าไปใกล้ หลายคนเข้าใจผิดว่านี่เป็นการหวงที่ดินของการไฟฟ้า แต่ความจริงแล้วคือระยะปลอดภัยจากไฟฟ้าแรงสูงที่สามารถ "กระโดดข้ามอากาศ" ได้เป็นระยะหนึ่งโดยไม่ต้องสัมผัสสายโดยตรงเลยด้วยซ้ำ ปรากฏการณ์นี้เรียกว่าอาร์ก (arc) ยิ่งแรงดันสูง ระยะที่ไฟกระโดดข้ามได้ก็ยิ่งไกลขึ้น เขตเดินสายไฟจึงต้องเว้นระยะปลอดภัยไว้ให้เพียงพอเสมอ

1. Transmission Line Corridor — เขตเดินสายไฟที่ถูกเคลียร์พื้นที่ไม่ให้มีต้นไม้สูงหรือสิ่งปลูกสร้าง ตรงตามที่อธิบายไว้ในย่อหน้าข้างต้น
2. Transmission Towers — เสาส่งไฟฟ้าที่เรียงรายรองรับสายตัวนำให้ลอยอยู่เหนือพื้นดิน
3. Conductors — สายตัวนำที่พาไฟฟ้าแรงสูงไหลผ่าน เส้นเดียวกับที่อธิบายไว้ในหัวข้อ 9.4
4. Insulators — ลูกถ้วยฉนวนที่ยึดสายตัวนำไว้กับเสา และกันไฟฟ้ารั่วไหลลงโครงเหล็ก
5. Vegetation Management Zone — โซนที่อนุญาตให้ปลูกพืชเตี้ยได้ เช่นพืชไร่ทั่วไป แต่ห้ามต้นไม้สูงหรือสิ่งปลูกสร้างเด็ดขาด
6. Access Road — ถนนเข้าถึงสำหรับทีมบำรุงรักษาและตรวจสอบเสาส่งเป็นระยะ
7. Drainage Ditch — คูระบายน้ำที่จัดการน้ำฝนภายในเขตเดินสายไฟไม่ให้ท่วมขัง
8. Tower Foundation — ฐานรากคอนกรีตที่ยึดเสาแต่ละต้นให้มั่นคง

เรื่องหนึ่งที่คนมักสงสัยคือทำไมนกถึงเกาะบนสายไฟแรงสูงได้โดยไม่เป็นอันตราย คำตอบย้อนกลับไปที่หลักวงจรไฟฟ้าจากบทที่ 1 นกที่เกาะอยู่บนสายเส้นเดียวไม่ได้ทำให้เกิด "วงจรครบ" เพราะกระแสไฟฟ้าไม่มีเส้นทางไหลผ่านตัวนกไปที่ไหนได้ จึงปลอดภัยสนิท แต่สิ่งที่อันตรายจริงคือว่าวที่เปียกฝนแล้วสายป่านชื้นเป็นตัวนำไฟฟ้า บอลลูนโลหะที่ลอยไปติดสาย หรือโดรนที่บินเข้าใกล้แนวสายส่งเกินไป สิ่งเหล่านี้อาจเชื่อมต่อวงจรจนเกิดอันตรายร้ายแรงได้จริง

1. Insulated Bucket (Aerial Lift) และ Insulated Boom — กระเช้าและแขนยกที่หุ้มฉนวนพิเศษ ป้องกันไฟฟ้าแรงสูงไหลผ่านมาถึงตัวช่าง
2. Safety Helmet (Class E) — หมวกนิรภัยเกรดพิเศษสำหรับงานไฟฟ้าแรงสูงโดยเฉพาะ ทนไฟฟ้าแรงดันสูงได้
3. Arc-Rated Suit — ชุดทำงานที่ทนทานต่อความร้อนจากการเกิดอาร์กไฟฟ้าฉับพลัน ป้องกันการไหม้จากประกายไฟแรงสูง
4. Fall Protection Harness with Lanyard และ Positioning / Safety Rope — สายรัดตัวและเชือกนิรภัยที่ป้องกันการพลัดตกขณะทำงานบนที่สูง
5. Tool Lanyard — สายคล้องเครื่องมือกันเครื่องมือหล่นจากที่สูงขณะทำงาน
6. Suspension Insulator String และ High-Voltage Conductor — พวงลูกถ้วยและสายตัวนำแรงสูงที่ช่างกำลังปฏิบัติงานอยู่ใกล้ๆ ต้องรักษาระยะและใช้อุปกรณ์ป้องกันครบถ้วนเสมอ
7. Grounding / Bonding Connection — จุดต่อสายดินชั่วคราวที่ทีมช่างติดตั้งก่อนเริ่มงาน เพื่อความปลอดภัยสูงสุดขณะปฏิบัติงานใกล้ไฟแรงสูง

หากพบเห็นสายไฟขาดหรือเสาไฟเอียงผิดปกติ ควรแจ้งเหตุทันทีโดยไม่เข้าไปใกล้ด้วยตัวเอง เบอร์แจ้งเหตุของแต่ละหน่วยงานคือ 1416 สำหรับสายส่งของการไฟฟ้าฝ่ายผลิตแห่งประเทศไทย (กฟผ.), 1129 สำหรับพื้นที่ของการไฟฟ้าส่วนภูมิภาค (กฟภ.) และ 1130 สำหรับพื้นที่ของการไฟฟ้านครหลวง (กฟน.)

สรุปท้ายบท

คำศัพท์ในบทนี้

ทบทวนความเข้าใจ