การออกแบบระบบไฟฟ้า

การออกแบบระบบไฟฟ้า

โดยปกติถ้ากล่าวถึงระบบไฟฟ้าจะประกอบด้วยวงจรย่อย สายป้อน และสายเมน ในที่นี้จะกล่าวถึงการคำนวณโหลด เพื่อการออกแบบระบบไฟฟ้า โดยเน้นที่การกำหนดขนาดสายไฟฟ้าและเครื่องป้องกันกระแสเกินสำหรับวงจรไฟฟ้า แสงสว่าง วงจรเต้ารับ และเครื่องใช้ไฟฟ้าทั่วไป วิธีการคำนวณนี้จะเป็นไปตามข้อกำหนดในกฎการเดินสายและติดตั้งอุปกรณ์ไฟฟ้า พ.ศ. 2538 ของการไฟฟ้านครหลวง

วงจรย่อย

วงจรย่อย หมายถึงตัวนำของวงจรระหว่างเครื่องป้องกันกระแสเกินตัวสุดท้ายกับจุดต่อไฟฟ้า

วงจรย่อยที่กล่าวนี้ เป็นวงจรย่อยสำหรับแสงสว่างและเครื่องใช้ไฟฟ้าทั่วไป สำหรับวงจรย่อยของมอเตอร์ให้ดูในเรื่องวงจรมอเตอร์เนื่องจากมีข้อกำหนดที่ แตกต่างกันออกไป

โหลดในวงจรย่อย

โหลดที่ใช้งานอยู่ในวงจรย่อยแบ่งประเภทของโหลดได้เป็น 3 ประเภทดังนี้

1. โหลดไฟฟ้าแสงสว่าง คือหลอดไฟฟ้าที่เห็นใช้งานอยู่ทั่วไป ซึ่งมีหลายชนิดด้วยกันตามจุดประสงค์ของการใช้งาน และสภาพที่ติดตั้ง หลอดไฟที่ควรรู้จักเช่น

( 1 ) หลอดไส้ (Incandescent) หลอดชนิดนี้มีใช้งานทั่วไป ภายในหลอดแก้วจะมี ไส้หลอด และบรรจุไว้ด้วยก๊าซเฉื่อย หรือเป็นสุญญากาศเพื่อป้องกันไส้หลอดไหม้ หลอดประเภทนี้มีรูปร่างหลายแบบตามแต่จะออกแบบเพื่อให้เหมาะสมกับการใช้งาน ข้อดีของหลอดประเภทนี้คือ คุณภาพของแสงดี และให้ความสว่างได้ในขณะที่แรงดันต่ำกว่าพิกัดแรงดันของหลอดมากๆ เพียงแต่ความสว่างจะลดลง ขนาดของหลอดจะบอกเป็นวัตต์ ซึ่งจะสามารถหากระแสได้โดยตรงดังนี้

I = P/E

กำหนดให้ I = กระแสไฟฟ้า หน่วยเป็นแอมแปร์

P = กำลังไฟฟ้า หน่วยเป็นวัตต์

E = แรงดันไฟฟ้า หน่วยเป็นโวลต์

ในระบบแรงดันไฟฟ้า 220 โวลต์ จะสามารถกำหนดขนาดกระแสสำหรับหลอดแต่ละขนาดได้ ดังนี้

แสดง ขนาดหลอดที่สัมพันธ์กับขนาดกระแสของหลอดไส้

ขนาดหลอด(วัตต์)              กระแส (แอมแปร์)

10                                        0.0455
15                                       0.0682
25                                       0.1136
40                                       0.1818
60                                       0.2727
100                                     0.4545
200                                     0.9091

( 2 ) หลอดฮาร์โลเจน (Tungsten halogen) เป็นหลอดไส้เดียวกันเพียงแต่ภายในหลอดบรรจุก๊าซฮาร์โลเจนไว้ ไส้หลอดจะไม่สลายตัวไปตามอายุการใช้งานของหลอด จึงเป็นผลให้ความสว่างไม่เปลี่ยนแปลงไปมากตามอายุการใช้งานและเนื่องจากเป็น หลอดไส้การคิดกระแสก็เหมือนกับหลอดไส้

( 3 ) หลอดฟลูออเรสเซนต์ (Fluorescent) หลอดชนิดนี้จัดเป็นหลอดไฟประเภท ดีสชาร์จ ภายในหลอดเคลือบด้วยสารเรืองแสง ในการใช้งานจะต้องมีบัลลาสต์ด้วย และในบัลลาสต์นี้เองจะมีค่ากำลังไฟฟ้าสูญเสียอยู่ค่าหนึ่ง จะมากหรือน้อยขึ้นอยู่กับชนิดของบัลลาสต์ที่ใช้ว่าดีเพียงใด หลอดชนิดนี้มีรูปร่างต่าง ๆ หลายรูปแบบเช่นกัน

แสดง กระแสโดยประมาณของหลอดฟลูออเรสเซนต์

ขนาดหลอด (วัตต์)            กระแส (แอมแปร์)
8                                              0.145
13                                            0.165
18 และ 20                               0.37
32                                            0.45
38 และ 40                               0.43
60                                            0.75

ปกติหลอดฟลูออเรสเซนต์จะมีค่าเพาเวอร์แฟกเตอร์ต่ำซึ่ง ขึ้นอยู่กับชนิดของบัลลาสต์ที่ใช้ ในการใช้งานอาจลดกระแสได้โดยการปรับค่าเพาเวอร์แฟกเตอร์ให้สูงขึ้นด้วยการ ต่อคาปาซิเตอร์ขนานเข้าในวงจร

2.โหลดเต้ารับ เต้ารับแบ่งออกเป็น 2 ชนิด คือ

1. เต้ารับใช้งานทั่วไป คือ เต้ารับที่ติดตั้งอยู่ทั่วไป ไม่ทราบโหลดที่แน่นอน และโหลดจะเปลี่ยนแปลงไปตามความต้องการใช้งาน การคิดโหลดเต้ารับคิดจุดละ 180 วีเอ

2. เต้ารับที่ทราบโหลดแน่นอนแล้ว คิดจากขนาดของโหลดที่ใช้เต้ารับ เช่น ตู้เย็น เครื่องซักผ้า

ข้อสำคัญคือเต้ารับแต่ละตัว ต้องมีพิกัดกระแสไม่ต่ำกว่าขนาดของวงจรย่อย เช่น วงจรย่อยขนาด 15 แอมแปร์ เต้ารับทั้งหมดที่ต่ออยู่ในวงจรย่อยต้องมีพิกัดกระแสไม่ต่ำกว่า 15 แอมแปร์ ด้วย

3.โหลดอื่น ๆ หมายถึงโหลดติดตั้งถาวรที่ต่อใช้ งานอยู่ในวงจรไฟฟ้านอกเหนือไปจากโหลดแสงสว่างและโหลดเต้ารับเช่น เครื่องทำน้ำอุ่น และเครื่องปรับอากาศ

สรุปว่าโหลดของวงจรย่อยอาจแบ่งออกได้เป็น 3 กลุ่มใหญ่ๆ คือ โหลดไฟฟ้าแสงสว่าง โหลดเต้ารับ (ทั้งเต้ารับใช้งานทั่วไปและเต้ารับที่ทราบโหลดที่แน่นอนแล้ว) และโหลดเครื่องใช้ไฟฟ้าที่ติดตั้งถาวร การคำนวณวงจรย่อยก็คือการนำโหลดต่าง ๆ ดังกล่าวแล้วข้างต้นมาคำนวณตามแต่ขนาดและชนิดของโหลด

การคำนวณโหลดของวงจรย่อย

การคำนวณโหลดของวงจรย่อย คือการนำโหลดทั้งหมดที่ต่อใช้งานในวงจรย่อยนั้นมาคำนวณ การคำนวณดำเนินการดังนี้

1. โหลดแสงสว่างและโหลดเครื่องใช้ไฟฟ้าติดตั้งถาวรที่ทราบโหลดแน่นอนแล้ว คิดตามที่ติดตั้งจริง
2. โหลดของเต้ารับใช้งานทั่วไป คิดโหลดเต้ารับละ 180 วีเอ
3. โหลดของเต้ารับอื่นที่มิได้ใช้งานทั่วไป ให้คิดโหลดตามขนาดของเครื่องใช้ไฟฟ้านั้น ๆ

ตัวอย่าง
จงคำนวณหาโหลดของวงจรไฟฟ้าต่อไปนี้
วิธีทำ วงจรย่อยที่ 1
วงจรไฟฟ้าแสงสว่าง ประกอบด้วยหลอดฟลูออเรสเซนต์ ขนาด 40 วัตต์ จำนวน 2 ชุด และหลอดไส้ขนาด 60 วัตต์ จำนวน 2 ชุด
หลอด FL. 40 วัตต์ กระแสหลอดละ = 0.43 แอมแปร์
หลอดไส้ 60 วัตต์ กระแสหลอดละ = 0.2727 แอมแปร์
รวมโหลดทั้งหมด = (2 * 0.43) + (2 * 0.2727) = 1.4 แอมแปร์ วงจรย่อยที่ 2
วงจรเต้ารับ เป็นเต้ารับใช้งานทั่วไป จำนวน 5 ชุด คิดโหลดเต้ารับละ 180 วีเอ
รวมโหลดเต้ารับ = 5 * 180 วีเอ = 900 วีเอ
หรือคิดเป็นกระแส = 900/220 แอมแปร์ = 4.1 แอมแปร์โดย marymay_gibbongear