HIGH VOLT ENGINEERING

วิศวกรรมไฟฟ้าแรงสูง
HIGH VOLTAGE  ENGINEERIG

บทที่ 1

High Voltage and  Current

นาย คำปาน  แท่นมะณี

สาขาวิชา วิศวกรรมไฟฟ้า คณะเทคโนโลยีอุตสาหกรรม

มหาวิทยาลัยราชภัฎราชนครินทร์

1 Genaration of highvoltage and currents

•         ไฟฟ้าแรงสูง(high voltage electrical) หมายถึงอะไร

•         หมายถึง ระดับแรงดันไฟฟ้าตั้งแต่ 100 โวลต์(v)หรือ 1 kv ขึ้นไป

•           ระดับของไฟฟ้าแรงดันสูงแบ่งออกเป็น  3  ระดับ

•         1. ระดับแรงดันสูง(High voltage,Hv)มีขนาดตั้งแต่ 1 kv ถึง

•         230 kv เหมาะกับการส่งกำลังไฟฟ้าไม่เกิน 1,000 Mw

•         2. ระดับแรงดันสูงมาก(Extra high voltage,EHV)มีขนาดตั้งแต่ 230 kv ถึง 765 kv ใช้ส่งกำลังไม่เกิน  4,000 Mw

•         3. ระดับแรงสูงอุลตร้า(Ultra high voltage, UHV)มีขนาดตั้งแต่

•         765 kv ขึ้นไป ใช้ส่งกำลังตั้งแต่ 4,000 Mw

ทำไมถึงต้องส่งจ่ายด้วยระบบไฟฟ้าแรงสูง

•         สาเหตุที่ระบบส่งจ่ายกำลังไฟฟ้าด้วยระดับแรงดันสูง เนื่องจากการส่งกำลังไฟฟ้าเป็นระยะทางไกลๆ  จะเกิดการสูญเสียในสาย เนื่องจากความต้านทานในสายส่ง  และการส่งด้วยระดับแรงดันสูง จะทำให้แรงดันตกในสายลดลง ประสิทธิภาพของสายส่งที่ดีขึ้น และมีความเชื่อถือได้สูง  ตามมาตรฐานสากลและใช้กันอยู่ในปัจจุบันมีการจำแนกระดับแรงดันไว้  3 ระดับ

ประเภทของการสร้างแรงดันสูง

•         1. แรงดันสูงกระแสสลับ

•         (High Voltage Alternating Current, HV Ac)

•         2. แรงดันสูงกระแสตรง

•         (High Voltage Direct Current, HVDC)

•         3. แรงดันสูงกระแสอิมพัลส์

•         (High Voltage Impulse Current, HVIC)

•         4. แรงดันสูงและความถี่สูง

•         (High Voltage and High Frequency, HVHF)

หม้อแปลงแรงดันสูงกระแสสลับมี 2 ชนิด

การสร้างแรงดันสูงกระแสตรง

•        

•         การสร้างแรงดันสูงกระแสตรง

•        

•        

•        

•        

•         1. หม้อแปลงทดสอบ   2 ขดลวด

•                 ประกอบด้วยขดลวดด้าน HighVolt ที่มี 2 ขั้วและมีขดลวดด้าน LowVolt อีก 2 ขั้ว

•         2. หม้อแปลงทดสอบ    3 ขดลวด

•                ประกอบด้านขดลวดด้าน High Volt  3 ที่มี 3 ขั้ว และมี                     ขดลวดด้าน  Low  Volt อีก 2 ขั้ว 

•         2. Measurement of High Voltage and Currents

•        

•         การวัดแรงดันสูงและกระแส  มีความแตกต่างจากการวัดแรงดันต่ำ โดยคำนึงถึงจุดของการอ่านค่าหรือตัวชี้ค่า(indicators)ต้องอยู่ห่างจากจุดที่ต้องการวัดมากพอที่จะไม่เกิดอันตรายต่อผู้ใช้จะต้องอาศัยทีฉนวนที่เหมาะสมในการฉนวนขึ้นอยู่กับขนาดของแรงดัน  พร้อมทั้งมีการออกแบบการป้องกันสนามแม่เหล็กรบกวน

•           การวัดแรงดันสูงแบ่งออกเป็นประเภทได้ดังนี้

•           1. การวัดแรงดันสูงกระแสสลับ

•            2. การวัดแรงดันสูงกระแสตรง

•         3. การวัดแรงดันสูงอิมพัลส์

3. Electric field in homogen0us  and Heterogenous Meterials

•         สนามไฟฟ้าที่กระจายในไดอิเล็คตริค  จะทำให้เกิดความเครียดสนามไฟฟ้า ซึ่งมีค่าเปลี่ยนแปลงไปขึ้นอยู่กับ

•              ชนิดของฉนวนหรือไดอืเล็คตริค

•              รูปร่างลักษณะของอิเล็คโทรด

•              ค่าคงตัวไดอิเลคตริคหรือเปอมิติวิตี้

•         ค่าความคงทนต่อแรงดันไฟฟ้าของฉนวนนั้น  จะถูกกำหนดด้วยค่าความเครียดของสนามไฟฟ้า ดังนั้นการฉนวนไฟฟ้าในทางวิศวกรรมไฟฟ้าแรงสูงจึงใช้สนามไฟฟ้าเป็นตัวกำหนดสภาพของฉนวน การออกแบบฉนวนไฟฟ้าแรงสูงคล้ายการออกแบบทางกล

4.Gaseous Discharge Breakdown in Gaseous dielectric

•         Gasdischarge

•         การดิสชาร์จในก๊าช  คือ การแตกตัวไอออนและการปล่อยอิเลคตรอนที่ขั้วอิเล็คโทรด ซึ่งจะเกิดขึ้นได้ในสนามไฟฟ้า ทำให้อนุภาคมประจุมีพลังงาน และเคลื่อนที่ระหว่างอิเล็คโทรด

•         การดิสชาร์จในก๊าช  แบ่งได้เป็น  2 พวก คือ กระแสไหลแบบประทังตัวเองไม่ได้(Non-Self-Sustrained Discharge)ซึ่งจะเกิดขึ้นเมื่ออะตอมได้รับพลังงานจากภายนอก ถ้านำต้นกำเนิดพลังงานออกกระแสก็จะออกกระแสก็จะหยุด ซึ่งกระแสะก็ยังคงไหลอยู่หรือเรียกว่าเบรกดาวน์นั่นเอง เราสังเกตด้วยตาเปล่าไม่เห็น แต่ self-sustrained discharge เราสังเกตเห็นได้

5.Breakdown in solid dielectric

•         ฉนวนแข็งในทางวิศวกรรมไฟฟ้าแรงสูงใช้เป็นฉนวนแรงสูง ใช้ยึด รับแรงกลอันเกิดจากน้ำหนักโครงสร้าง หรือแรงกลไดนามิกส์จากกระแสไฟฟ้า เช่น ลูกถ้วยมีหน้าที่ยึดสายไฟ เป็นต้น โดยลักษณะสมบัติที่ต้องการของฉนวนแข็ง  คือ  ความต้านทานฉนวนแข็งที่ดีต้องมีค่ากระแสไหลผ่านน้อยที่สุด  หรือมีค่าความต้านทานสูงมากนั่นเองกระแสที่ไหลผ่านฉนวนแข็งแบ่งออกเป็น 2 ทาง คือไหลผ่านเนื้อฉนวนเนื่องจากมีสภาพนำอยู่บ้าง  และไหลตามผิวฉนวนเนื่องจากสิ่งเปอะเปื้อน,ความชื้นที่ผิว มีสภาพนำไฟฟ้า  ถ้าความต้านทานของฉนวนมีค่าลดต่ำลง อาจเป็นเพราะอุณหภูมิสูงขึ้น หรือได้รับแรงดันไฟฟ้าสูงมากจะทำไห้เกิดเบรกดาวน์ได้ง่าย

•         6.Breakdown in solid dielectric

•         ความคงทนต่อแรงดันไฟฟ้า (dielectric strengh)เป็นค่าที่บอกให้ทราบว่าฉนวนแข็งทนต่อแรงดันไฟฟ้าได้มากน้อยเพียงใด ซึ่งมีค่าความแตกต่างกันไปตามชนิดของฉนวนแข็ง

•         เปอร์มิวติมิตี้ มีค่าคงตัวไดอิเลคตริค เป็นค่าที่กำหนดความสามารถของการสร้างคาปาซิแดนซ์หรือบอกให้ทราบว่าคาปาซิแดนซ์จะเพิ่มขึ้นกี่เท่าของคาปาซิเตอร์สูญญากาศ  เมื่อใส่ไดอิเลคตริคที่มีเปอร์มิวติมิตี้ เข้าไปแทนที่

•         แฟคเตอร์ค่าพลังงานสูญเปล่าในไดอิเลคตริค  ฉนวนแข็งที่ดีต้องมีค่าแฟคเตอร์พลังงานสูญเปล่าในไดอิเลคตริคต่ำ

•         ความคงทนต่อแรงกล  ฉนวนแข็ง เช่น ลูกถ้วย อุปกรณ์ยึดโยง

•         ความคงทนต่อปฏิกิริยาทางเคมี,ความร้อน ฉนวนแข็งต้องคงทนต่อปฏิกิริยาทางเคมีได้ดี และทนความร้อนได้สูง ถ้ามีความคงทนต่ำฉนวนแข็งจะเกิดเบรกดาวน์ได้

•