สายไฟฟ้า
สายไฟฟ้า คือ วัสดุที่ประกอบไปด้วยธาตุโลหะที่มีคุณสมบัติในการนำไฟฟ้าและนำความร้อนได้ดี เนื่องจากเนื้อโลหะที่มีความแข็งและเหนียว โดยเฉพาะทองแดงที่สามารถนำมาแปรรูปได้ตามต้องการ จึงได้รับความนิยมในวงการของอุตสาหกรรมซึ่งสายไฟแต่ละชนิดจะได้รับการออกแบบแตกต่างกันออกไปตามโครงสร้างและคุณสมบัติการใช้งาน เช่น
- สายที่ประกอบไปด้วยตัวนำไฟฟ้าเพียงอย่างเดียว
- สายที่ประกอบด้วยฉนวนหุ้มตัวนำไฟฟ้า
- สายที่ประกอบด้วยเปลือกหุ้มหรือชั้นป้องกันเสริมเป็นส่วนประกอบอยู่ภายใน
ส่วนประกอบของสายไฟฟ้า
1. ตัวนำไฟฟ้า
ทำหน้าที่ส่งผ่านกระแสไฟฟ้าหรือสัญญาณไฟฟ้า ตัวนำไฟฟ้าทำจากโลหะที่มีค่าความต้านทานไฟฟ้าต่ำและมีค่าความนำไฟฟ้าสูง ซึ่งโลหะที่นิยมใช้ทำเป็นตัวนำไฟฟ้าได้แก่ ทองแดง และอลูมิเนียม โดยมีคุณสมบัติ ดังนี้
- ทองแดง เป็นโลหะที่มีค่าการนำไฟฟ้าสูงมาก (สูงเป็นอันดับสองรองจากโลหะเงิน) มีความแข็งแรง สามารถนำมารีดเป็นเส้นลวดขนาดเล็ก และดัดโค้งงอได้โดยไม่เปราะหักง่าย นำความร้อนได้ดี แต่มีน้ำหนักค่อนข้างมาก และราคาสูงกว่าอลูมิเนียม ดังนั้นจึงนิยมใช้ทองแดงเป็นตัวนำไฟฟ้าสำรหับสายไฟฟ้าที่ใช้ติดตั้งในอาคารและติดตั้งใต้ดิน (Underground cable)
- อลูมิเนียม มีค่าการนำไฟฟ้าต่ำกว่าทองแดง (ประมาณ 62% ของทองแดง) แต่เปราะหักได้ง่ายกว่าจึงไม่สามารถรีดเป็นเส้นลวดขนาดเล็กมากได้ อลูมิเนียมมีข้อได้เปรียบทองแดงคือมีน้ำหนักเบากว่ามาก (อลูมิเนียมมีน้ำหนักประมาณ 1 ใน 3 ของทองแดงที่ปริมาตรเท่ากัน) และราคาถูกกว่า ดังนั้นอลูมิเนียมจึงเหมาะสำหรับทำเป็นตัวนำของสายไฟฟ้าที่ติดตั้งแบบแขวนลอยในอากาศ เช่นสายส่งไฟฟ้าแรงสูงเหนือพื้นดินที่ต้องเดินเป็นระยะทางไกล ทำให้การลงทุนในสายส่งและโครงสร้างเสาและอุปกรณ์รับน้ำหนักน้อยลงจากน้ำหนักที่เบากว่าของสายตัวนำอลูมิเนียม และเนื่องจากอลูมิเนียมเปราะหักได้ง่ายกว่าทองแดง ดังนั้นจึงไม่นิยมใช้ทำเป็นตัวนำสายตีเกลียวหรือสายอ่อนขนาดเล็กและตัวนำที่ติดตั้งในอาคารซึ่งต้องการการดัดโค้งของสายในการติดตั้งมากกว่า
2. ฉนวน
ทำหน้าที่ป้องกันกระแสไฟฟ้าไม่ให้ไหลผ่านไปยังส่วนอื่นๆที่สามารถก่อให้เกิดอันตรายได้ เช่นไฟรั่ว หรือไฟฟ้าลัดวงจร ฉนวนส่วนใหญ่ทำจากพลาสติกโพลีเมอร์หรือยางที่มีคุณสมบัติทนความร้อนและป้องกันของเหลวไหลผ่านสามารถป้องกันไม่ให้ไฟฟ้าไหลผ่านได้ วัสดุที่ใช้ทำฉนวนมีด้วยกันหลายชนิด แต่ละชนิดมีคุณสมบัติที่แตกต่างกันออกไป ซึ่งวัสดุที่นิยมใช้มากที่สุด คือ โพลิไวนิลคลอไรด์ (Polyvinyl Chloride: PVC) และ ครอสลิงค์ โพลีเอททีลีน (Cross-Linked Polyethylene: XLPE)
- ฉนวน PVC มีความนิ่มและอ่อนตัว สามารถดัดโค้งงอได้ง่าย นิยมใช้เป็นฉนวนสายแรงดันต่ำ โดยเฉพาะสายที่ใช้ติดตั้งในอาคารเนื่องจาก PVC มีคุณสมบัติต้านทานการลุกไหม้ไฟในตัวเอง ฉนวน PVC ใช้กับสายไฟฟ้าที่มีพิกัดอุณหภูมิตัวนำสูงสุด 70 oC
- ฉนวน XLPE ผลิตโดยการทำให้ โพลีเอททีลีน (PE) เกิดปฏิกิริยาเคมีเปลี่ยนเป็นครอสลิงค์ โพลีเอททีลีน (XLPE) ซึ่งมีความแข็งแรงและทนความร้อนได้มากขึ้น ฉนวน XLPE ใช้กับสายไฟฟ้าที่มีพิกัดอุณหภูมิตัวนำสูงสุด 90 oC นิยมใช้เป็นฉนวนสายไฟฟ้ากำลัง โดยเฉพาะสายไฟฟ้าแรงดันสูง ฉนวน XLPE มีคุณสมบัติที่เหนือกว่า PVC ได้แก่ ทนอุณหภูมิได้สูงกว่า มีความแข็งแรงมากกว่า ความต้านทานไฟฟ้าสูงกว่า ป้องกันการซึมผ่านของน้ำได้ดีกว่า แต่มีข้อเสียคือเมื่อติดไฟแล้วจะลุกลามไฟได้อย่างรวดเร็ว จึงไม่นิยมใช้สายไฟฟ้าฉนวน XLPE ติดตั้งในอาคาร ยกเว้นแต่เป็นสายที่ออกแบบให้ผ่านการทดสอบการลุกลามไฟเป็นพิเศษ
นอกจากนี้ยังมีฉนวนชนิดอื่นๆอีกหลายชนิด เช่น ฉนวนยาง EPR ที่มีความนิ่มยืดหยุ่นสูงและกันน้ำได้ดี เหมาะกับงานติดตั้งที่ต้องการความอ่อนตัวของสายไฟมาก และฉนวน LSHF-XLPE ที่พัฒนาขึ้นเพื่อให้ฉนวน XLPE มีคุณสมบัติต้านทานการลุกลามไฟ มีควันน้อยและไม่ปล่อยก๊าซที่มีฤทธิ์เป็นกรดเมื่อถูกไฟไหม้ สำหรับสายไฟฟ้าใช้ติดตั้งภายในอาคาร เป็นต้น
3. เปลือกนอก (Over sheath)
เปลือกนอก หรือ Over Sheath คือ พลาสติกโพลิเมอร์ที่อยู่ชั้นนอกสุดของสายไฟฟ้า ทำหน้าที่ปกป้องสายไฟฟ้าจากสภาพแวดล้อมต่างๆ เช่น การขูดขีดระหว่างติดตั้ง แรงกระแทกกดทับ แสงแดด น้ำและความชื้น และการกัดกร่อนจากสภาพแวดล้อมต่างๆ เช่น
- PVC มีคุณสมบัติเช่นเดียวกับฉนวนพีวีซีเหมาะกับสายไฟฟ้าที่ใช้ติดตั้งภายในอาคาร
- PE มีความแข็งแรงสูง ทนต่อการขูดขีดและแรงกระแทกกดทับได้ดี และป้องกันการซึมผ่านของน้ำได้ดี แต่มีข้อเสียเรื่องการลุกลามไฟเช่นเดียวกับฉนวน XLPE ดังนั้นจึงเหมาะสำหรับใช้เป็นเปลือกของสายที่ใช้ติดตั้งใต้ดิน
- LSHF (Low Smoke Halogen Free) พัฒนาขึ้นสำหรับสายไฟฟ้าที่ใช้ติดตั้งในพื้นที่ที่ต้องการความปลอดภัยมากเป็นพิเศษ เนื่องจากเปลือก LSHF มีคุณสมบัติต้านทานการลุกลามไฟ ควันน้อยและไม่ปล่อยก๊าซที่มีฤทธิ์เป็นกรดเมื่อถูกไฟไหม้ มีข้อเสียคือ ความแข็งแรงไม่สูงมากเท่า PVC และ PE และไม่เหมาะกับการติดตั้งแบบฝังดิน เนื่องจากมีการดูดซึมความชื้นสูง
อุปกรณ์เสริมสร้างความปลอดภัยและป้องกันสัญญาณรบกวน
ส่วนประกอบที่ช่วยเสริมความปลอดภัยในการใช้สายไฟฟ้าและป้องกันสัญญาณรบกวนหรือสนามแม่เล็กทำให้สายไฟฟ้ามีโครงสร้างเหมาะสมกับการติดตั้งในลักษณะต่างๆ อาทิเช่น
- อาร์เมอร์ (Armour) เป็นชั้นของเส้นลวดหรือเทปโลหะ เช่น เหล็กกัลวาไนซ์ หรือ อลูมิเนียม ทำหน้าที่ป้องกันแรงกระแทกและกดทับ ทำให้สายไฟฟ้ามีความแข็งแรงมากขึ้น จึงเหมาะสมต่อการติดตั้งใต้ดินหรือติดตั้งในพื้นที่เสี่ยงต่อการที่สายจะถูกกระแทกโดยไม่มีการป้องกันสาย
- ชิลด์โลหะ (Metallic Shield) เป็นชั้นของเทปหรือลวดโลหะที่ห่อหุ้มสายเพื่อลดทอนสัญญาณรบกวนทั้งจากภายในและภายนอกสาย หรือป้องกันสนามแม่เหล็กไฟฟ้าที่แผ่ออกมาจากสายไฟฟ้ากำลังโดยเฉพาะสายแรงดันปานกลางและแรงดันสูงซึ่งจะทำให้เกิดแรงดันไฟฟ้าเหนี่ยวนำที่อาจเป็นอันตรายขึ้นได้ ชิลด์มักทำจากเทปหรือลวดโลหะ เช่น เทปทองแดง, เทปอลูมิเนียม, ลวดทองแดง หรือลวดทองแดงชุบดีบุก เป็นต้น
- เปลือกตะกั่ว (Lead Sheath) เป็นชั้นของตะกั่วที่หุ้มเป็นปลอกอยู่ภายในสายไฟฟ้า ทำหน้าที่ป้องกันความชื้นได้อย่างสมบูรณ์ ป้องกันการกัดกร่อนของสารเคมีและน้ำมันได้ดี เสริมความแข็งแรงให้กับสายไฟฟ้า จึงเป็นโครงสร้างที่นิยมอย่างมากสำหรับสายไฟฟ้าที่ใช้ในโรงกลั่นน้ำมัน และอุตสาหกรรมปิโตรเคมี
