คุณสมบัติสายไฟใต้ดิน สำหรับการติดตั้ง

เมื่อสภาพภูมิอากาศช่วงนี้ไม่เป็นใจ ฝนตกหนัก สภาวะแวดล้อม มีความชื้น และ น้ำท่วม เคยสงสัยกันไหมว่า สายไฟฟ้าที่อยู่ใต้ดินนั้น จะทนสภาวะแวดล้อมแบบนี้ได้อย่างไรกัน

เนื่องจากสายไฟฟ้าแรงดันสูงนั้นส่วนใหญ่แล้วเราจะพบเห็นในลักษณะที่ติดตั้งอยู่บนเสาไฟฟ้า แต่รู้ไหมว่ายังมี สายไฟฟ้าแรงดันสูงชนิดที่ติดตั้งโดยฝังไว้ใต้ดิน อีกด้วย ซึ่งสายไฟฟ้าสำหรับติดตั้งใต้ดินนั้น จำเป็นต้องมีคุณสมบัติและประสิทธิภาพความปลอดภัยสูงสุดเป็นไปตามที่มาตรฐานกำหนด โดยเฉพาะมาตรฐาน IEC ซึ่งเป็นมาตรฐานสากลที่เป็นที่ยอมรับและใช้กันทั่วโลก

โดยสายไฟฟ้า ที่ใช้สำหรับติดตั้งใต้ดิน มี 3 ประเภทคือ

1. สายไฟฟ้าแรงดันสูง คือ สายไฟฟ้าที่ใช้กับระบบไฟฟ้าที่มีแรงดันไฟฟ้า 69kV หรือ 115kV
2. สายไฟฟ้าแรงดันปานกลาง คือ สายไฟฟ้าที่ใช้กับแรงดันไฟฟ้ามากกว่า 1kV ถึง 36kV เช่น แรงดันไฟฟ้า 24kV (การไฟฟ้านครหลวง) และ 22kV หรือ 33kV (การไฟฟ้าส่วนภูมิภาค)
3. สายไฟฟ้าแรงดันต่ำ คือ สายไฟฟ้าที่ใช้กับแรงดันไฟฟ้าต่ำกว่า 1kV

เนื่องจากการนำสายไฟฟ้าติดตั้งใต้ดินนั้น ต้องใช้สายไฟฟ้าที่มีคุณสมบัติที่ต่างกับสายไฟฟ้าที่ติดตั้งบนอากาศ เพื่อให้ทนน้ำและทนความชื้นได้ โดยโครงสร้างของสายไฟฟ้า หรือสายเคเบิลใต้ดิน มีดังต่อไปนี้

1) Conductor (ตัวนำ) ทำหน้าที่นำกระแสไฟฟ้า ทำจากอะลูมิเนียมหรือทองแดง ซึ่งในประเทศไทย จะใช้ตัวนำชนิดทองแดงเป็นหลัก โดยมีหลายลักษณะดังนี้

1.1) Compact Strand Conductor (ตัวนำอัดแน่น) ใช้เป็นตัวนำของสายไฟฟ้าหุ้มฉนวนทั่วๆไปโดยการนำตัวนำตีเกลียว มาบีบอัดให้มีขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางเล็กลง เมื่อนำไปใช้ในสายหุ้มฉนวนทำให้ลดความเครียดสนามไฟฟ้า และจะช่วยลดวัสดุที่นำมาหุ้มได้

1.2) Milliken Conductor ใช้ในสายไฟฟ้า หรือสายเคเบิลใต้ดินขนาดใหญ่ที่มีขนาดตัวนำตั้งแต่ 1,000 ตารางมิลลิเมตรขึ้นไป โดยแต่ละ Segment จะประกอบด้วยตัวนำตีเกลียวแล้วอัดให้เป็นรูป Segment โดยแต่ละ Segment จะคั่นด้วยฉนวนบาง ข้อดีของตัวนำชนิดนี้ก็คือมี AC Resistance ต่ำ เนื่องจาก Wire ในแต่ละ Segment มีการ Transpose เข้าออกระหว่างส่วนนอกและส่วนในของตัวนำ ทำให้ Skin Effect Factor ต่ำ ทำให้ตัวนำชนิดนี้สามารถจ่ายกระแสไฟฟ้าได้สูงกว่าตัวนำอัดแน่นแน่นซึ่ง สายไฟฟ้า เฟ้ลปส์ ดอด์จ PhelpsDodge เป็นผู้ผลิตสายไฟฟ้าของไทยรายแรกและรายเดียวในขณะนี้ที่ผลิตตัวนำชนิด Milliken ใช้ในสายไฟฟ้าแรงดันสูงสำหรับติดตั้งใต้ดิน

2) Conductor Screen ทำจากวัสดุกึ่งตัวนำ (Semi-conducting) หุ้มบนตัวนำ ทำหน้าที่กระจายความเครียดสนามไฟฟ้า และผิวสัมผัสของตัวนำกับฉนวนเรียบไม่มีช่องว่างที่มีศักย์ไฟฟ้าสูงตกคร่อมซึ่งเป็นสาเหตุของการเกิด Partial Discharge

3) Insulation (ฉนวน) เป็นส่วนที่สำคัญที่สุดของสายไฟฟ้า หรือสายเคเบิลใต้ดินมีหน้าที่กันไม่ให้กระแสไฟฟ้าเกิดการรั่วไหลหรือลัดวงจรจนเกิดการสูญเสียต่อระบบไฟฟ้า และอาจเกิดอันตรายต่อบุคคลที่ไปสัมผัสสายไฟฟ้าได้ ฉนวนของสายไฟฟ้าที่นิยมใช้ในสายไฟฟ้าใต้ดินคือฉนวนชนิดครอสลิงกด์พอลิเอธิลีน (XLPE) ซึ่งสามารถทนอุณหภูมิใช้งานของตัวนำได้สูงสุดถึง 90 องศาเซลเซียส ส่วนฉนวนชนิดพอลิไวนิลคลอไรด์ (PVC) จะใช้กับสายไฟฟ้าแรงดันต่ำเท่านั้น

4) Insulation Screen ทำหน้าที่เช่นเดียวกับ Conductor Screen คือทำหน้าที่กระจายความเครียดสนามไฟฟ้า และลดแรงดันไฟฟ้าตกคร่อมบริเวณผิวสัมผัสของ Insulation และ Metallic Screen วัสดุที่ใช้ทำ Insulation Screen จะเหมือนกับ Conductor Screen คือวัสดุกึ่งตัวนำ

5) Metallic Screen ทำหน้าที่เป็น Ground สำหรับสายไฟฟ้าแรงสูงและเป็นทางให้กระแสไฟฟ้าไหลกลับในกรณีที่เกิดการลัดวงจร บางครั้ง Metallic ยังทำหน้าที่เป็น Mechanical Protection หรือทำหน้าที่เป็นชั้นกันน้ำในกรณีของสายไฟฟ้าหรือสายเคเบิลใต้น้ำ (Submarine Cable) อาจเป็น Tape หรือ Wire ทำด้วยทองแดงหรืออะลูมิเนียมหรืออาจจะเป็น Lead Sheath (ปลอกตะกั่ว) หรือ Corrugate Aluminium Sheath (ปลอกอะลูมิเนียมลูกฟูก)

6) Water Blocking Tape เป็นชั้นที่เสริมขึ้นมาในกรณีของสายไฟฟ้าหรือสายเคเบิลใต้ดินแรงสูงที่ใช้ในบริเวณที่ชื้นแฉะเพื่อป้องกันน้ำไหลเข้าไปตามแนวสายสายไฟฟ้าหรือเคเบิลในกรณีที่ Jacket ของสายไฟฟ้าหรือสายเคเบิล มีการชำรุดจากการลากสายทำให้ส่วนที่เป็นฉนวนสัมผัสกับน้ำเป็นระยะทางยาว สายไฟฟ้าและสายเคเบิลจึงมีโอกาสชำรุดสูง Water Blocking Tape นี้ทำจากสารสังเคราะห์และมี Swellable Powder (สารที่ดูดซึมน้ำเข้าไปแล้วขยายตัวมีลักษณะเป็นผงคล้ายแป้ง) โดยทั่วไปจะอยู่ระหว่างชั้น Insulation Screen กับ Jacket

7) Laminated Sheath เป็นชั้นกันน้ำตามแนวขวางในสายไฟฟ้าหรือสายเคเบิลแรงสูงมีลักษณะเป็นเทปโลหะหุ้มด้วย Plastic ทั้งสองหน้าจากนั้นนำมาห่อรอบ Ground Screen โดย Plastic ที่ผิวนอกและผิวในของเทปจะถูกละลายให้ติดกันเป็นเนื้อเดียวทำให้สามารถป้องกันไม่ให้โมเลกุลของน้าแพร่ผ่านเข้าไปยังฉนวนของสายไฟฟ้าได้

9) Non Metallic Sheath หรือที่เรียกกันโดยทั่วไปว่า Jacket ทำหน้าที่ป้องกันแรงกระแทกเสียดสีต่างๆขณะติดตั้งสายไฟฟ้าหรือสายเคเบิล และป้องกันน้ำเข้าสู่ชั้นฉนวนของสายไฟฟ้าวัสดุที่ใช้ทำเป็น Jacket คือ พอลิเอธิลีน (PE) หรือ พอลิไวนิลคลอไรด์ (PVC) ซึ่งสายไฟฟ้าที่ติดตั้งใต้ดินส่วนมากจะเลือกใช้ Jacket ชนิด PE ซึ่งมีคุณสมบัติการกันน้ำได้ดีกว่า PVC