การส่งและจ่ายไฟฟ้า รหัส 30104-2034
ศึกษาเกี่ยวกับระบบส่งกำลังและจำหน่ายไฟฟ้า อุปกรณ์ส่งกำลังและจำหน่ายไฟฟ้า การพัฒนาระบบ ไฟฟ้ากำลัง โครงสร้างของระบบไฟฟ้ากำลัง การผลิตไฟฟ้า ระบบส่งกำลังไฟฟ้า การหาแรงดึงและระยะหย่อนของ สายไฟฟ้า ค่าพารามิเตอร์ของสายส่ง ความสัมพันธ์ของแรงดันไฟฟ้า กระแสไฟฟ้าในระบบส่งจ่าย และระบบ จำหน่ายสถานีไฟฟ้าย่อย การจัดสัมพันธ์ของฉนวนระบบจำหน่าย คุณลักษณะของโหลด การพยากรณ์โหลด การส่งกำลังไฟฟ้าด้วยแรงดันสูง การคำนวณระบบต่อหน่วย
หน่วยที่ 1 ความรู้เกี่ยวกับระบบการส่งและจ่ายกำลังไฟฟ้า
สาระสำคัญ
ปัจจุบันไฟฟ้าเป็นปัจจัยสำคัญที่สุดปัจจัยหนึ่งสำหรับการดำรงชีวิตประจำวันของชนในชาติ เป็นตัวแปรสำคัญในการพัฒนาเศรษฐกิจการเพิ่มผลผลิตทั้งเกษตรรวมและอุตสาหกรรมที่ทันสมัย กิจการไฟฟ้าของประเทศไทยมีความเป็นมานับ 100 ปี โดยในปัจจุบันมีหน่วยงานของการไฟฟ้าแบ่งหน้าที่ผิดชอบควบคุมและดูแลตั้งแต่ระบบการผลิตพลังงานไฟฟ้าไปจนถึงระบบการส่งและจ่ายกำลังไฟฟ้าจากแหล่งกำเนิดไปยังผู้ใช้ไฟฟ้า ในการส่งกำลังไฟฟ้าระยะทางไกลๆ จะต้องใช้แรงดันไฟฟ้าระดับแรงดันต่างๆ ตามระยะทางและความเหมาะกับลักษณะทางภูมิศาสตร์ ซึ่งการส่งพลังงานไฟฟ้าปริมาณมากๆ จากที่หนึ่งไปยังอีกที่หนึ่ง ในปัจจุบันคงใช้สายเป็นสื่อในการส่งพลังงาน โดยมีการควบคุมระดับแรงดันและความถี่ให้เป็นไปตามมาตรฐานที่ใช้ในระบบการส่งและจ่ายกำลังไฟฟ้า
หน่วยที่ 2 โครงสร้างของระบบกำลังไฟฟ้า
สาระสำคัญ
ระบบส่งกำลังไฟฟ้าประกอบด้วย ระบบผลิต ระบบส่งกำลังไฟฟ้า และระบบจำหน่ายไฟฟ้า จนกระทั่งถึงผู้ใช้ไฟฟ้า ซึ่งในการส่งกำลังไฟฟ้านั้นจะใช้สายส่งไฟฟ้าแรงสูง (Transmission Lines) เป็นเส้นทางในการส่งกำลังไฟฟ้า และสถานีไฟฟ้า (Substations) เป็นสถานที่ตั้งอุปกรณ์ตัดตอนไฟฟ้าและอุปกรณ์แปลงแรงดันไฟฟ้า ใช้ควบคุมการไหลของพลังงานไฟฟ้า เชื่อมโยงระหว่างสายส่งไฟฟ้าจากจุดต่างๆ ถึงกัน และมีอุปกรณ์สำหรับป้องกันระบบติดตั้งไว้เพื่อตัดสายส่งที่มีปัญหาลัดวงจรออกจากการจ่ายไฟฟ้า สายส่งไฟฟ้าเปรียบเสมือนเส้นทางลำเลียงพลังงานไฟฟ้าจากแหล่งผลิตไปยังอีกจุดหนึ่งที่อยู่ไกลออกไป โดยมีสถานีไฟฟ้าเป็นจุดที่เชื่อมโยงระหว่างสายส่งไฟฟ้าจากจุดต่างๆ ซึ่งเป็นจุดที่แปลงระดับแรงดันไฟฟ้าจากแรงดันสูงที่ส่งไปในสายส่ง ลงเป็นแรงดันต่ำเพื่อส่งจ่ายไปยังผู้ใช้ไฟฟ้า ระบบส่งไฟฟ้ามีความซับซ้อนมากเพราะว่ามีสายส่งไฟฟ้าหลายเส้น มีสถานีไฟฟ้าหลายแห่งเชื่อมโยงรับ-ส่งพลังงานไฟฟ้าทั่วถึงกันเป็นร่างแหเรียกว่า Network หรือ Grid
หน่วยที่ 3 องค์ประกอบของระบบการส่งและจ่ายกำลังไฟฟ้า
สาระสำคัญ
ในประเทศไทยระบบการส่งและจ่ายกำลังไฟฟ้าส่วนใหญ่จะใช้ระบบส่งจ่ายไฟฟ้าเหนือศีรษะ (Overhead aerial system) โดยใช้สายตัวนำวางบนเสาไฟฟ้าส่งผ่านในที่โลงแจ้งจากสถานีหนึ่งไปยังสถานีหนึ่ง ซึ่งเป็นวิธีที่ง่ายต่อการติดตั้ง บำรุงรักษาและการตรวจสอบข้อขัดข้องของระบบ ซึ่งระบบการส่งและจ่ายกำลังไฟฟ้าจะทำงานได้อย่างสมบูรณ์ต่อเมื่ออาศัยส่วนประกอบต่างๆ ที่ครบถ้วน ถูกต้องตามหลักวิชาการ และการก่อสร้างระบบให้เหมาะสมกับการใช้งาน หรือสถานที่นั้นๆ ซึ่งองค์ประกอบในระบบการส่งและจ่ายกำลังไฟฟ้าก็จะกล่าวถึงหัวข้อของเขตเดินสายไฟฟ้า เสาไฟฟ้า สายส่งกำลังไฟฟ้า ลูกถ้วย และอุปกรณ์ป้องกัน ในระบบไฟฟ้ากำลัง
หน่วยที่ 4 พารามิเตอร์ของสายส่งกำลังไฟฟ้า
สาระสำคัญ
ค่าพารามิเตอร์ของสายตัวนำ เป็นค่าคงที่ที่มีผลต่อแรงดันและกระแสไฟฟ้าในสายส่งกำลังไฟฟ้า พารามิเตอร์ของสายตัวนำจะประกอบด้วย ค่าความต้านทาน (R) ค่าความเหนี่ยวนำ (L) ค่าความจุ (C) และค่าความนำ (G) ซึ่งพารามิเตอร์ L และ R จะทำให้เกิดแรงดันตกคร่อมในสายส่ง ส่วนพารามิเตอร์ C และ G นั้นเป็นตัวทำให้เกิดกระแสอัดประจุ และกระแสรั่วข้ามสาย
หน่วยที่ 5 การคำนวณหากระแสและแรงดันในสายส่งกำลังไฟฟ้า
สาระสำคัญ
ค่าพารามิเตอร์ของสายตัวนำ เป็นค่าคงที่ที่มีผลต่อแรงดันและกระแสไฟฟ้าในสายส่งกำลังไฟฟ้า พารามิเตอร์ของสายตัวนำจะประกอบด้วย ค่าความต้านทาน (R) ค่าความเหนี่ยวนำ (L) ค่าความจุ (C) และค่าความนำ (G) ซึ่งพารามิเตอร์ L และ R จะทำให้เกิดแรงดันตกคร่อมในสายส่ง ส่วนพารามิเตอร์ C และ G นั้นเป็นตัวทำให้เกิดกระแสอัดประจุ และกระแสรั่วข้ามสาย
หน่วยที่ 6 การคำนวณหาระยะหย่อนและแรงดึงของสายส่งกำลังไฟฟ้า
สาระสำคัญ
การศึกษาเกี่ยวกับระยะหย่อน (Sag) และแรงดึง (Tension) ของสายส่งเหนือศีรษะมีความสำคัญต่อการออกแบบติดตั้งอุปกรณ์ยึดโยงและสายส่ง ซึ่งเป็นตัวกำหนดความต่อเนื่องและคุณภาพในระบบการส่งจ่าย ปัจจัยที่มีผลต่อระยะหย่อนของสายส่ง ได้แก่ น้ำหนักของสายส่ง น้ำหนักของน้ำที่เกาะสายส่ง แรงลมที่ปะทะสายส่ง ระยะห่างของช่วงเสาไฟฟ้า อุณหภูมิที่สายส่ง และแรงดึงของสายส่ง ซึ่งการหาระยะหย่อนและแรงดึงของสายส่ง มีวิธีพิจารณา 2 กรณี คือ กรณีเสาไฟฟ้าอยู่ในระดับเดียวกันและกรณีเสาไฟฟ้าอยู่ต่างระดับกัน
หน่วยที่ 7 การคำนวณระบบต่อหน่วย
สาระสำคัญ
ค่าเปอร์ยูนิต (Per-unit value ; pu) คือ อัตราส่วนระหว่างค่าจริง (Actual value) ต่อค่าฐาน (Base value) การกำหนดค่าฐานหรือเบสสามารถเลือกได้ตามต้องการ ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับโจทย์ปัญหาและเงื่อนไข ค่าเปอร์ยูนิตจะนำไปใช้ในการคำนวณและวิเคราะห์ระบบโครงข่ายใหญ่ๆ สะดวกต่อการคำนวณด้วยคอมพิวเตอร์ ซึ่งสามารถเป็นมาตรฐานการเปรียบเทียบอันเดียวกันทั้งระบบ ทำให้ง่ายต่อการคำนวณในวงจรที่มีหลายๆ องค์ประกอบ และช่วยในการวิเคราะห์วงจรในระบบกำลังไฟฟ้าได้ง่ายขึ้น ค่าเปอร์ยูนิตจะเป็นค่าต่อเฟส ดังนั้นจึงไม่ต้องคำนึงถึงค่ากระแสและแรงดันไฟฟ้าที่สายหรือที่เฟสของระบบไฟฟ้า 3 เฟส ค่าพารามิเตอร์ของเครื่องกลไฟฟ้าที่ประกอบอยู่ในระบบกำลังไฟฟ้าได้ง่าย เพราะพารามิเตอร์ได้รับการแปลงค่าให้ต่ำลงจนกระทั่งอยู่ในย่านใกล้เคียงกัน
หน่วยที่ 8 การไหลของกำลังไฟฟ้า
สาระสำคัญ
กำลังไฟฟ้าที่ใช้ในการวิเคราะห์มักมีปริมาณมหาศาล และเป็นกำลังไฟฟ้าที่ส่งจากเครื่องกำเนิดไฟฟ้าไปยังสถานีย่อยหรือโหลด การวิเคราะห์จะใช้ไดอะแกรมเส้นเดียวซึ่งประกอบด้วยสัญลักษณ์แสดงเครื่องกำเนิดไฟฟ้า, ชุดของบัส (หรือกลุ่มของโหลด) และโหลด องค์ประกอบทั้งหมดนี้เชื่อมต่อกันด้วยสายส่งคล้องบัส การวิเคราะห์การไหลของกำลังไฟฟ้าหรือที่เรียกว่า โหลดโฟลว์ (Load flow) เป็นการหาค่ากำลังไฟฟ้าที่ไหลในระบบกำลังไฟฟ้า ซึ่งการศึกษาการไหลของกำลังไฟฟ้าก็จะนำไปสู่วิธีการแก้ปัญหาโหลดโพลว์
หน่วยที่ 9 สภาวะผิดปกติและคุณภาพของระบบกำลังไฟฟ้า
สาระสำคัญ
ความผิดปกติที่เกิดขึ้นกับระบบสายส่งไฟฟ้าหรือที่เรียกว่าฟอลต์ (Fault) เป็นสาเหตุที่ทำให้ไฟฟ้าดับโดยไม่ได้อยู่ในแผนการดับไฟของการไฟฟ้า ซึ่งสาเหตุหลักๆ ของการเกิดฟอลต์เกิดขึ้นจาก สภาพอากาศและสิ่งแวดล้อม เหตุขัดข้องทางด้านเทคนิค เกิดจากสัตว์ต่างๆ ปัญหาไฟฟ้าดับที่เกิดจากการกระทำของคน การแยกประเภทของฟอลต์เพื่อการวิเคราะห์นั้น สามารถแบ่งออกเป็น 2 ประเภทด้วยกันคือ ฟอลต์แบบสมมาตร (Symmetrical fault) และฟอลต์แบบไม่สมมาตร (Unsymmetrical fault) ซึ่งฟอลต์ก็เป็นสาเหตุหนึ่งที่มีผลต่อคุณภาพของระบบกำลังไฟฟ้า (Quality of Power system) มีผลกระทบต่อความมั่นคงของการจ่ายไฟฟ้า (Stability) และส่งผลให้เกิดปัญหาอุปกรณ์ไฟฟ้ามีการทำงานผิดพลาดหรือได้รับความเสียหาย
หน่วยที่ 10 การจัดความสัมพันธ์ของการฉนวน
สาระสำคัญ
ในการส่งกำลังไฟฟ้าด้วยแรงดันไฟฟ้าสูงฉนวนต่างๆ มีโอกาสที่จะได้รับความเสียหายจากแรงดันเกิน ความเสียหายของฉนวนอุปกรณ์จะเกิดจากแรงดันเกิน ซึ่งจะมีขนาดที่สูงกว่าแรงดันปกติมาก ดังนั้น ในการออกแบบเพื่อให้ฉนวนอุปกรณ์สามารถทนแรงดันเกินเหล่านั้นได้ทุกขนาดและทุกชนิดสามารถทำได้ แต่จะต้องมีการลงทุนที่สูงตามมาด้วย ไม่เป็นการประหยัดในแง่เศรษฐศาสตร์ ดังนั้นจึงควรออกแบบให้ฉนวนสามารถทนแรงดันเกินให้ได้ระดับหนึ่ง ส่วนแรงดันเกินที่สูงกว่านั้นก็จะใช้อุปกรณ์ป้องกันตัวอื่นมาเป็นตัวช่วยลดขนาดแรงดันเกินให้ต่ำลง เพื่อไม่ให้เกิดความเสียหายต่อฉนวน นั่นคือ ต้องมีการจัดความสัมพันธ์ของการฉนวนโดยเลือกระดับฉนวนของอุปกรณ์หรือระบบให้สัมพันธ์กับคุณสมบัติของอุปกรณ์ป้องกันแรงดันเกิน เพื่อให้อุปกรณ์ยังคงทำงานต่อไปได้อย่างปลอดภัย โดยฉนวนไม่โดนทำลาย
หน่วยที่ 11 คุณลักษณะของโหลด
สาระสำคัญ
ความต้องการใช้พลังงานไฟฟ้ามีค่าไม่คงที่หรือผู้ใช้ไฟฟ้ามีการเปิด-ปิด อุปกรณ์ไฟฟ้าอยู่ทุกช่วงเวลา ดังนั้นการผลิตพลังงานไฟฟ้าให้เพียงพอและเหมาะสมจึงจำเป็นต้องศึกษาจากคุณลักษณะการใช้โหลด หรือที่เรียกว่า โหลดกราฟ ประกอบการพิจารณา ซึ่งจะช่วยให้การผลิต การส่ง และการจ่ายพลังงานไฟฟ้าเป็นไปอย่างมีประสิทธิภาพและประหยัด สามารถจัดโปรแกรมการเดินเครื่องกำเนิดไฟฟ้าได้อย่างเหมาะสม กล่าวคือสามารถกำหนดได้ว่าควรใช้เครื่องกำเนิดไฟฟ้าเครื่องใดจ่ายโหลดช่วงฐาน (Base load) เครื่องใดจ่ายเสริมโหลดช่วงยอด (Peak load) และเครื่องใดเป็นเครื่องสำรอง (Reserve) เป็นต้น นอกจากนี้ การศึกษาโหลดเชิงสถิติยังสามารถพยากรณ์ล่วงหน้าได้ว่าโหลดจะมีการขยายตัวปีละกี่เปอร์เซ็นต์ ทำให้มีการเตรียมการจัดหาแหล่งจ่ายพลังงานสำรองในอนาคตอีกด้วย
หน่วยที่ 12 การพยากรณ์ความต้องการไฟฟ้า
สาระสำคัญ
การพยากรณ์ความต้องการไฟฟ้ามีความจำเป็นอย่างยิ่ง จะถูกนำไปใช้เป็นข้อมูลในการวางแผนขยายกำลังผลิตไฟฟ้า ระบบสายส่ง และระบบสายจำหน่าย ให้เพียงพอกับความต้องการไฟฟ้าที่คาดว่าจะเกิดขึ้นในอนาคตต่อไป การก่อสร้างโรงไฟฟ้าต้องใช้งบประมาณที่สูงและใช้เวลานาน จึงต้องมีการพยากรณ์ความต้องการไฟฟ้าระยะยาวเพื่อใช้ในการวางแผนระบบไฟฟ้า การพยากรณ์ความต้องการไฟฟ้านั้นจัดทำขึ้นโดยคณะอนุกรรมการการพยากรณ์ความต้องการไฟฟ้า กระทรวงพลังงาน ส่วนแผนพัฒนากำลังการผลิตไฟฟ้านั้นร่างโดยการไฟฟ้าฝ่ายผลิต ภายใต้กรอบแนวนโยบายกว้างๆ ของกระทรวงพลังงาน วิธีการพยากรณ์ความต้องการใช้ไฟฟ้าในทางปฏิบัตินั้นจำเป็นต้องสร้างแบบจำลองการพยากรณ์ความต้องการไฟฟ้า และวิธีการพยากรณ์ค่าพลังไฟฟ้าสูงสุดจะใช้ลักษณะการใช้ไฟฟ้า (Load Profile) เป็นตัวกำหนดค่าพลังไฟฟ้าสูงสุด และเมื่อได้ข้อมูลความต้องการไฟฟ้าแล้วก็จะนำไปวิเคราะห์เพื่อจัดทำแผนพัฒนากำลังผลิตไฟฟ้าของประเทศ
