"ระบบไฟฟ้ากำลัง" ได้เรียบเรียงให้สอดคล้องกับเนื้อหาวิชา "ระบบไฟฟ้ากำลัง" ตามหลักสูตรระดับปริญญาตรี สาขาวิชาวิศวกรรมไฟฟ้า คณะวิศวกรรมศาสตร์ ของมหาวิทยาลัยเทคโนโลยีราชมงคลล้านนา เนื้อหาแบ่งออกเป็น 6 บทคือ โครงสร้างพื้นฐานระบบไฟฟ้ากำลัง ระบบกำเนิด ระบบส่งและระบบจำหน่าย ความรู้เบื้องต้นในการศึกษาระบบไฟฟ้ากำลัง พารามิเตอร์ของสายส่ง ความต้านทาน ความเหนี่ยวนำ และความจุไฟฟ้าของสายส่ง ความสัมพันธ์ระหว่างกระแสและแรงดันในสายส่งระยะสั้น ระยะกลาง และระยะยาว สายส่งกระแสตรง ระบบเปอร์ยูนิต และการแทนรูประบบไฟฟ้ากำลัง การศึกษาการไหลของกำลังไฟฟ้า การควบคุมแรงดันและกำลังไฟฟ้าในระบบไฟฟ้ากำลัง เพื่อเป็นแนวทางในการศึกษา วิเคราะห์ และนำไปใช้ให้เป็นประโยชน์ต่อไป ระบบไฟฟ้ากำลังสามารถที่จะให้คำจำกัดความอย่างกว้างๆ พอที่จะสร้างความเข้าใจได้คือ “ระบบไฟฟ้ากำลัง” หมายถึง โครงข่ายที่รวบรวมระบบและอุปกรณ์ต่างๆ เข้าด้วยกันเพื่อทำการเปลี่ยนรูปพลังงานที่ไม่ใช่ไฟฟ้าไปเป็นพลังงานไฟฟ้าในรูปแบบที่ต้องการ และส่งผ่านพลังงานไฟฟ้าด้วยระดับแรงดันไฟฟ้าสูงๆ ไปยังแหล่งหรือระบบใช้งานในรูปโครงข่ายปิดขนาดใหญ่ ซึ่งจะแปลงพลังงานไฟฟ้าเหล่านี้ไปใช้งานในรูปของพลังงานที่ไม่ใช่ไฟฟ้า ระบบไฟฟ้ากำลังใช้งานที่ดีนั้นจะต้องคำนึงถึง ระบบความปลอดภัยความมั่นคงแน่นอนมีประสิทธิภาพเป็นที่น่าเชื่อถือ ราคาประหยัดเหมาะสมตามหลักเศรษฐศาสตร์และผลกระทบต่อสภาวะแวดล้อม โดยเป็นระบบที่เป็นที่ยอมรับของสังคมท้องถิ่น โครงสร้างของระบบไฟฟ้ากำลัง ไม่ว่าจะเป็นระบบเล็กหรือระบบใหญ่จะถูกแบ่งย่อยออกเป็น 3 ระบบย่อยที่สำคัญ 1. ระบบผลิตกำลังไฟฟ้า 2. ระบบส่งกำลังไฟฟ้า 3. ระบบจำหน่ายกำลังไฟฟ้า ภาพที่ 1.1 โครงสร้างระบบไฟฟ้ากำลัง 1.1 ระบบผลิตกำลังไฟฟ้า ระบบผลิตกำลังไฟฟ้า หมายถึง โรงไฟฟ้าที่ใช้กันอยู่อย่างมากมายหลายรูปแบบและมีอยู่หลายลักษณะในปัจจุบันประกอบด้วยเครื่องกำเนิดไฟฟ้า เช่น โรงไฟฟ้าพลังน้ำ โรงจักรไอน้ำ โรงจักรแบบกังหันแก๊ส ตลอดจนโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ โรงจักรใช้ถ่านหิน การที่เราจะพิจารณาใช้โรงไฟฟ้าแบบใดนั้นขึ้นอยู่กับปัจจัยหลายอย่าง เช่น สภาพแวดล้อม ทรัพยากร และระดับราคาเป็นต้น ซึ่งโดยทั่วไปแล้วจะมีระดับแรงดันตั้งแต่ระดับ 11 kV ถึง 27 kV ซึ่งผู้ผลิตจะต้องทำการยกระดับแรงดันผ่านหม้อแปลงไฟฟ้ากำลัง โรงไฟฟ้าประกอบไปด้วยส่วนสำคัญ 3 ส่วนดังนี้ 1. ระบบผลิตกระแสไฟฟ้า ประกอบไปด้วยตัวต้นกำลังหรือเครื่องกังหันไฟฟ้าซึ่งทำหน้าที่เป็นตัวหมุนเครื่องกำเนิดไฟฟ้า แรงดันไฟฟ้าที่ผลิตออกมาจะเป็นแรงดัน 3 เฟส โดยส่วนใหญ่ไม่เกิน 20 kV เช่น เครื่องกำเนิดไฟฟ้าที่เขื่อนภูมิพลผลิตที่ 13.8 kV เป็นต้น เพราะหากมากกว่า 20 kV จะก่อให้เกิดอันตรายต่อฉนวนตัวนำและส่งผลต่ออายุการใช้งานของโรงไฟฟ้าได้ 2. ส่วนลานไกไฟฟ้า หรือ Switchyard เป็นส่วนที่ทำหน้าที่แปลงแรงดันที่ผลิตจากเครื่องกำเนิดไฟฟ้าให้สูงขึ้นเพื่อส่งต่อไปยังสถานีไฟฟ้าที่อยู่ห่างไกล ลดความสูญเสียในระบบ ซึ่งประกอบไปด้วยหม้อแปลงไฟฟ้ากำลังที่ทำหน้าที่แปลงแรงดันขึ้นและระบบป้องกันทางไฟฟ้า ภาพที่ 1.2 เขื่อนภูมิพล จ.ตาก 3. ส่วนป้องกันการเดินเครื่องและการควบคุมไฟฟ้า ได้แก่ การป้องกันเครื่องกำเนิดไฟฟ้า หม้อแปลงไฟฟ้ากำลัง และรีเลย์ตรวจจับความผิดปกติทางไฟฟ้า ความสามารถในการผลิตจะถูกกำหนดเป็น “กิโลวัตต์” หรือ “เมกะวัตต์” ส่วนความสามารถในการผลิตหรือกำลังการผลิตที่ควบคู่ไปกับระยะเวลาในการผลิต เรียกว่า “พลังงานไฟฟ้าที่ได้” ถ้ามองในแง่กำลังไฟฟ้าที่ผลิตนำมาใช้ควบคู่กับระยะเวลาในการใช้ เรียกว่า “พลังงานไฟฟ้าที่ใช้ไป” มีหน่วยเป็น “วัตต์-ชั่วโมง” หรือ “กิโลวัตต์-ชั่วโมง” 1.2 ระบบส่งกำลังไฟฟ้า ระบบส่งกำลังไฟฟ้า เป็นระบบที่รับพลังงานไฟฟ้าที่ถูกยกระดับแรงดันต่อจากระบบผลิตกำลังไฟฟ้าสำหรับประเทศไทยนั้นจะมีระดับแรงดันตั้งแต่ระดับ 69 kV จนถึงระดับ 500 kV ซึ่งสามารถส่งพลังงานไฟฟ้าไปเป็นระยะทางที่ไกลได้โดยรักษารับแรงดันนั้นไว้ได้เนื่องจากระยะทางจากระบบผลิตกำลังไฟฟ้าจะอยู่ห่างไกลจากโหลดมาก ระบบส่งกำลังไฟฟ้าแบ่งออกได้ดังนี้ 1. ระบบไฟฟ้าเหนือศีรษะ (Over line System) เป็นระบบที่ซึ่งสายตัวนำบนเสาส่งผ่านที่โล่งแจ้งจากสถานีไฟฟ้าหนึ่งไปยังอีกสถานีไฟฟ้าหนึ่ง ง่ายต่อการบำรุงรักษาและตรวจสอบข้อขัดข้องของระบบ 2. ระบบไฟฟ้าใต้ดิน (Under Ground Cable System) สายตัวนำจะถูกฝังลงไปในดินตามรางเดินสาย และมีบ่อพักเป็นช่วงๆ เหมาะสำหรับติดตั้งในที่ชุมชนหรือพื้นที่แออัด มีความต้องการพลังงานไฟฟ้า (โหลด) สูง แต่การบำรุงรักษาทำได้ไม่สะดวกและมีราคาค่อนข้างสูงตามไปด้วย 1. เพื่อการส่งผ่านกำลังไฟฟ้าจากแหล่งผลิตไปยังผู้ใช้หรือแหล่งจ่ายไฟ 2. ส่งกำลังไฟฟ้าไปยังศูนย์กลางการจ่ายโหลด 3. เพื่อเชื่อมโยงระบบส่งกำลังไฟฟ้าเข้าด้วยกัน เพื่อเพิ่มความเชื่อถือได้ (Reliability) และลดความสูญเสียในระบบไฟฟ้า 1.3 ระบบจำหน่ายกำลังไฟฟ้า ระบบจำหน่ายกำลังไฟฟ้า เป็นระบบที่รับพลังงานไฟฟ้าที่ถูกสร้างมาจากระบบผลิตกำลังไฟฟ้า ผ่านมายังระบบส่งกำลังไฟฟ้าเพื่อทำการกระจายกำลังไฟฟ้าไปยังโหลดผู้ใช้ไฟซึ่งมีส่วนประกอบที่สำคัญคือสถานีไฟฟ้าซึ่งมีหน้าที่ปรับลดระดับแรงดันให้กับผู้ใช้ไฟ โดยส่วนใหญ่แล้วระบบจำหน่ายกำลังไฟฟ้าจะมีระดับแรงดันครอบคลุมทั้งทางด้านปฐมภูมิและทุติยภูมิและสูงสุด สำหรับประเทศไทยไม่เกิน 115 kV ระบบจำหน่ายกำลังไฟฟ้าที่ดีต้องมีการวางแผนการก่อสร้างระบบจำหน่ายกำลังไฟฟ้า โดยคำนึงถึงองค์ประกอบต่างๆ เช่นระดับแรงดันไฟฟ้า ชนิดวงจรการจ่ายไฟ ตลอดจนความเหมาะสมสำหรับสถานที่ใช้งานแต่ละแห่ง โดยชนิดวงจรการจ่ายไฟนั้นจะมีลักษณะการจัดโครงข่ายพื้นฐานสองแบบ คือ 1.3.1 แบบเส้น (Radial) เป็นโครงข่ายที่ง่ายที่สุดโดยที่พลังงานไฟฟ้าจะไหลไปในทิศทางเดียวกันจากสถานีไฟฟ้าไปยังโหลดภาระใช้งาน ภาพที่ 1.3 การจ่ายไฟแบบเส้น (Radial) 1.3.2 แบบลูป (Loop) เป็นโครงข่ายที่ได้ถูกพัฒนาขึ้นมาเพื่อเพิ่มความมั่นคงให้กับระบบจำหน่ายพลังงานไฟฟ้า โดยผู้ใช้งานสามารถรับพลังงานไฟฟ้าได้มากกว่าหนึ่งทาง ภาพที่ 1.3 การจ่ายไฟแบบลูป (Loop)
1.4 ระบบไฟฟ้าในประเทศไทยและหน่วยงานที่รับผิดชอบในระบบไฟฟ้ากำลัง หน่วยงานที่ทำหน้าที่รับผิดชอบในการให้บริการด้านพลังงานไฟฟ้าในประเทศไทยประกอบไปด้วยหน่วยงานหลัก 3 หน่วยงาน อันได้แก่ การไฟฟ้าฝ่ายผลิตแห่งประเทศไทย (กฟผ.) การไฟฟ้านครหลวง (กฟน.) และ การไฟฟ้าส่วนภูมิภาค (กฟภ.) ซึ่งแต่ละหน่วยงานมีอำนาจหน้าที่ดังนี้ กฟผ. มีอำนาจหน้าที่ในการจัดหาพลังงานไฟฟ้าแก่ประชาชน โดยการผลิตและจำหน่ายพลังงานไฟฟ้า ให้แก่ การไฟฟ้านครหลวง , การไฟฟ้าส่วนภูมิภาค และผู้ใช้พลังงานไฟฟ้ารายอื่นตามที่กฎหมายกำหนด รวมทั้งประเทศใกล้เคียง และดำเนินการต่างๆ ที่เกี่ยวข้องทางด้านพลังงานไฟฟ้า ตลอดจนงานอื่นๆ ที่ส่งเสริมกิจการของ กฟผ. อย่างไรก็ดีเพื่อให้สามารถดำเนินการตามวัตถุประสงค์ข้างต้น กฟผ. จึงมีหน้าที่รวมไปถึงการสร้างเขื่อน อ่างเก็บน้ำ โรงไฟฟ้า ระบบส่งไฟฟ้า และสิ่งอื่นอันเป็นอุปกรณ์ประกอบต่างๆ รวมทั้งการวางแผนนโยบายควบคุมการผลิต การส่ง การจำหน่ายพลังงานไฟฟ้า และวัตถุเคมีจากลิกไนต์ ระดับแรงดันไฟฟ้าที่ กฟผ. ผลิตได้แก่ 500, 230, 115, 69, 33 และ 22 kV โดย กฟผ. จะดำเนินการก่อสร้างสถานีไฟฟ้าแรงสูงเพื่อลดระดับแรงดันตามที่ผู้รับซื้อมีความต้องการ ภาพที่ 1.4 การส่งจ่ายระบบไฟฟ้ากำลัง กฟน. มีอำนาจหน้าที่ในการให้บริการด้านการจัดจำหน่ายพลังงานไฟฟ้าให้กับผู้ใช้ไฟ โดยเป็นผู้รับซื้อพลังงานไฟฟ้าจาก กฟผ. และผู้ผลิตไฟฟ้าพลังงานหมุนเวียนขนาดเล็กมาก (Very Small Power Producer) มาจัดจำหน่ายให้กับผู้ใช้ไฟ ภายในเขตกรุงเทพมหานคร สมุทรปราการ และนนทบุรี โดยเป็นผู้ดำเนินการก่อสร้างสถานีไฟฟ้าย่อย ระบบจำหน่ายและสายส่ง ซึ่งประกอบไปด้วยผู้ใช้ไฟระดับแรงดัน 69 , 24 kV, 400 Volts และ 240 Volts กฟภ. มีอำนาจหน้าที่ในการให้บริการด้านการจัดจำหน่ายพลังงานไฟฟ้าให้กับผู้ใช้ไฟทั้งภายในและภายนอกประเทศ โดยเป็นผู้รับซื้อพลังงานไฟฟ้าจาก กฟผ. และผู้ผลิตไฟฟ้าพลังงานหมุนเวียนขนาดเล็กมาก มาจัดจำหน่ายให้กับผู้ใช้ไฟ โดยเป็นผู้ดำเนินการก่อสร้างสถานีไฟฟ้า ระบบจำหน่ายและสายส่ง ซึ่งประกอบไปด้วยผู้ใช้ไฟระดับแรงดัน |