การคำนวณแรงดันตก และการแก้ปัญหาแรงดันไฟตก
แรงดันไฟฟ้าเป็นหัวใจสำคัญของระบบไฟฟ้า หากแรงดันตกลงต่ำกว่าค่ามาตรฐาน จะส่งผลกระทบต่อการทำงานของอุปกรณ์ไฟฟ้าต่าง ๆ อย่างหลีกเลี่ยงไม่ได้ บทความนี้จะพาคุณไปทำความเข้าใจเกี่ยวกับ มาตรฐานแรงดันตกสำหรับระบบแรงต่ำ ผลกระทบ การแก้ปัญหา และการคำนวณแรงดันตกกันอย่างละเอียด
แรงดันตก คืออะไร?
จากมาตรฐานการติดตั้งทางไฟฟ้าสำหรับประเทศไทย พ.ศ. 2564 ได้นิยามว่า แรงดันตก คือ แรงดันไฟฟ้าที่สูญเสียไปในสายไฟฟ้าระหว่างทางที่กระแสไหล การหาค่าแรงดันตกจึงเป็นการหาค่าแรงดันไฟฟ้าที่ปลายทางเทียบกับต้นทาง ซึ่งสาเหตุของแรงดันตกเกิดจากอิมพีแดนซ์ของสายไฟฟ้าเมื่อมีกระแสไฟฟ้าไหลผ่าน ปกติค่าแรงดันตกจะคิดเป็นร้อยละจากแรงดันที่ระบุต้นทาง
ผลกระทบของแรงดันตก
เมื่อค่าแรงดันไฟฟ้าที่ปลายทางต่ำจะเกิดผลเสียต่ออุปกรณ์ไฟฟ้า ทำให้อุปกรณ์ไฟฟ้าทำงานผิดปกติจากการที่มีกระแสไหลไปยังอุปกรณ์ไฟฟ้านั้นมากเกินไป โดยเฉพาะมอเตอร์ไฟฟ้า เมื่อมีการใช้งานที่สภาวะแรงดันไฟฟ้าต่ำกว่าพิกัด ทำให้อุณหภูมิของขดลวดมีค่าสูงขึ้น ส่งผลให้ค่าความเป็นฉนวนของขดลวดลดลง และอายุการใช้งานของมอเตอร์ลดลงในที่สุด
มาตรฐานแรงดันตกสำหรับระบบแรงต่ำ
มาตรฐานการติดตั้งทางไฟฟ้าสำหรับประเทศไทย พ.ศ. 2564 กำหนดค่าแรงดันตกสำหรับระบบแรงต่ำไว้ ดังนี้
1. กรณีรับไฟแรงต่ำจากการไฟฟ้าฯ
แรงดันตกคิดจากเครื่องวัดหน่วยไฟฟ้าถึงจุดใช้ไฟจุดสุดท้าย (จุดที่มีค่าแรงดันตกสูงสุด) รวมกันต้องไม่เกิน 5% จากระบบแรงดันที่ระบุ
2. กรณีรับไฟแรงสูงจากการไฟฟ้าฯ
แรงดันตกคิดจากบริภัณฑ์ประธานแรงต่ำ หรือตู้จ่ายไฟฟ้าหลัก (MDB) จนถึงจุดใช้ไฟจุดสุดท้ายรวมกันต้องไม่เกิน 5% จากระบบแรงดันที่ระบุ
ทั้งนี้ยังมีการกำหนดค่าแรงดันตกสำหรับงานระบบไฟฟ้าของอาคารไว้ในกฎกระทรวงฉบับที่ 33 (พ.ศ. 2535) ออกตามความในพระราชบัญญัติควบคุมอาคารฯ ว่า “เมื่อใช้กระแสไฟฟ้าเต็มที่ตามที่กำหนดในแบบระบบไฟฟ้า แรงดันที่สายวงจรย่อยจะแตกต่างจากแรงดันไฟฟ้าที่แผงสวิตช์ประธานได้ไม่เกินร้อยละ 5” ด้วยเช่นกัน
การแก้ปัญหาแรงดันตก
ปกติค่าแรงดันตกในระบบแรงต่ำ วิศวกรไฟฟ้าจะมีการคำนวณและออกแบบแรงดันตกในระบบไฟฟ้าให้เป็นไปตามข้อกำหนดที่เกี่ยวข้องตามมาตรฐานการประกอบวิชาชีพทางวิศวกรรม โดยขั้นตอนการคำนวณออกแบบขนาดสายไฟฟ้า นอกเหนือจากพิจารณาค่าความสามารถในการนำกระแสของสายให้มากกว่ากระแสของโหลดแล้ว ยังต้องมีการคำนวณค่าแรงดันตกให้เป็นไปตามเกณฑ์ที่กำหนดอีกด้วย หากมีค่าร้อยละของแรงดันตกในสายมากกว่าที่กำหนด วิศวกรไฟฟ้าจะออกแบบโดยการเพิ่มขนาดสายเพื่อให้ค่าอิมพีแดนซ์ของสายลดลง ส่งผลให้ค่าแรงดันตกลดลงเป็นไปตามข้อกำหนดในมาตรฐานที่เกี่ยวข้อง
ปัจจัยที่มีผลต่อค่าแรงดันตกในระบบไฟฟ้าได้แก่ ชนิดของตัวนำ (ทองแดง หรืออะลูมิเนียม) ขนาดของสาย ความยาวสาย และวิธีการวางสายไฟ รวมทั้งค่าตัวประกอบกำลังวงจรของโหลด เป็นต้น
การคำนวณแรงดันตกโดยใช้สมการ
การคำนวณหาค่าแรงดันตกจะเป็นการหาค่าสูงสุด ดังนั้นในการคำนวณค่าแรงดันตกจะใช้ค่าความต้านทานกระแสสลับที่อุณหภูมิพิกัดใช้งานของสายไฟฟ้าคือ อุณหภูมิ 70°C สำหรับสายพีวีซี และอุณหภูมิ 90°C สำหรับสาย XLPE และค่ารีแอกแตนซ์หรือค่า XL ของสายไฟฟ้านั้นจะขึ้นอยู่กับขนาดของสาย และเปลี่ยนแปลงตามวิธีการวางสายไฟฟ้า ดังนั้นการคำนวณค่าแรงดันตกจึงมีความยุ่งยากในขั้นตอนการหาค่าอิมพีแดนซ์ของสายไฟ เช่น สาย PVC กับ XLPE ที่มีขนาดเท่ากัน และวิธีการวางสายเหมือนกัน จะมีค่าแรงดันตกไม่เท่ากัน เนื่องจากค่าต้านทานกระแสสลับของสายที่ไม่เท่ากัน สมการแรงดันตกที่เป็นค่าโดยประมาณจะแสดงได้ดังนี้
1. แรงดันตกวงจร 3 เฟส
วงจร 3 เฟส 4 สาย (สายเส้นไฟ L1, L2, L3 และสายนิวทรัล N) มีสมมติฐานว่าเป็นวงจรสมดุล ไม่มีกระแสไหลกลับที่สายนิวทรัล สมการจะได้ดังนี้
VD = √3 x I(RL cos θ + XL sin θ) x L
ทำเป็นเปอร์เซ็นต์หารด้วยระบบแรงดัน สำหรับระบบแรงดัน 230/400 V
%VD = VD400 x 100
2. แรงดันตกวงจร 1 เฟส
วงจร 1 เฟส 2 สาย (สายเส้นไฟ L และสายนิวทับ N) แรงดันตกจะเกิดขึ้นในสายไฟทั้งสองเส้น (L และ N) ในสมการจะได้ดังนี้
VD = 2 x I(RL cos θ + XL sin θ) x L
ทำเป็นเปอร์เซ็นต์หารด้วยระบบแรงดัน สำหรับระบบแรงดัน 230/400 V
%VD = VD230 x 100
เมื่อ RL คือค่าความต้านทานกระแสสลับที่อุณหภูมิพิกัดใช้งานของสายไฟฟ้า และ XL คือค่ารีแอกแตนซ์ของสายไฟฟ้าจะเปลี่ยนแปลงตามวิธีการวางสายไฟฟ้า
การคำนวณแรงดันตกโดยใช้ตาราง
วิธีที่ง่ายและสะดวกในการคำนวณแรงดันตก คือการใช้ตารางที่ระบุไว้ในมาตรฐานการติดตั้งทางไฟฟ้าสำหรับประเทศไทย พ.ศ. 2564, ภาคผนวก ฐ ใช้ประกอบการคำนวณ และเพื่อให้สะดวกในการใช้งานของตารางจึงได้กำหนดไว้เป็นค่าสูงสุด โดยค่าแรงดันตกจะถูกคำนวณตั้งแต่ค่า P.F. = 0.85 (ล้าหลัง) ไปจนถึง P.F. = 1.0 แล้วเลือกค่าแรงดันตกสูงสุดมาใส่ไว้ในตาราง โดยอ้างอิงการคำนวณจากมาตรฐาน BS 7671
การหาค่าแรงดันตกจากตาราง ผู้ใช้งานต้องเริ่มจากประเภทของสายเป็นสาย PVC หรือ สาย XLPE, สายชนิดแกนเดียว หรือหลายแกน, วงจรชนิด 1 เฟส หรือ 3 เฟส รวมทั้งรูปแบบการติดตั้งของสายไฟ ซึ่งผู้ใช้งานจะต้องเลือกใช้ตารางแรงดันตกสำหรับสายไฟฟ้าให้ถูกต้อง โดยขนาดของสายไฟที่ไม่เกิน 16 ตารางมิลลิเมตร จะคำนวณเฉพาะค่าความต้านทานกระแสสลับเท่านั้น โดยจะละเลยค่ารีแอกแตนซ์ที่มีค่าน้อยในการคำนวณ โดยรูปแบบการติดตั้งหรือกลุ่มการเดินสาย มีรายละเอียดดังนี้
-
กลุ่มที่ 1 สายแกนเดียวหรือหลายแกนหุ้มฉนวน มี/ไม่มีเปลือกนอก เดิน ช่องเดินสายโลหะหรืออโลหะ ภายในฝ้าเพดานที่เป็นฉนวนความร้อน หรือผนังกันไฟ
-
กลุ่มที่ 2 สายแกนเดียวหรือหลายแกนหุ้มฉนวน มี/ไม่มีเปลือกนอก เดินในช่องเดินสายโลหะหรืออโลหะเดินเกาะผนังหรือเพดาน หรือผังในผนังคอนกรีตหรือที่คล้ายกัน
-
กลุ่มที่ 3 สายแกนเดียวหรือหลายแกนหุ้มฉนวนมีเปลือกนอก เดินเกาะผนัง หรือเพดาน ที่ไม่มีสิ่งปิดหุ้มที่คล้ายกัน
-
กลุ่มที่ 4 สายเคเบิลแกนเดียวหุ้มฉนวน มี/ไม่มีเปลือกนอก วางเรียงกันแบบมีระยะห่าง เดินบนฉนวนลูกถ้วยในอากาศ
-
กลุ่มที่ 5 สายแกนเดียวหรือหลายแกนหุ้มฉนวนมีเปลือกนอก เดินในท่อโลหะหรือท่ออโลหะฝังดิน
-
กลุ่มที่ 6 สายแกนเดียว หรือหลายแกน หุ้มฉนวน มีเปลือกนอก ฝังดินโดยตรง
-
กลุ่มที่ 7 สายเคเบิลแกนเดียวหรือหลายแกนหุ้มฉนวน มีเปลือกนอก วางบนรางเคเบิลแบบด้านล่างทึบ รางเคเบิลแบบระบายอากาศ หรือรางเคเบิลแบบบันได
(ตารางที่ ฐ.1) แรงดันตกสำหรับสายไฟฟ้า ฉนวน PVC แกนเดียว ที่ 70°c
|
ขนาดสาย (ตร. มม.) |
1 เฟส AC (mV/A/m) |
3 เฟส AC (mV/A/m) |
|||||
|
รูปแบบการติดตั้ง |
|||||||
|
กลุ่มที่ 1, 2 และ 5 |
กลุ่มที่ 3,4,6,7 |
กลุ่มที่ 1, 2 และ 5 |
กลุ่มที่ 3,4,6,7 |
||||
|
Touching |
Spaced |
Trefoil |
Flat |
Spaced |
|||
|
1.0 |
44 |
44 |
44 |
38 |
38 |
38 |
38 |
|
1.5 |
29 |
29 |
29 |
25 |
25 |
25 |
25 |
|
2.5 |
18 |
18 |
18 |
15 |
15 |
15 |
15 |
|
4 |
11 |
11 |
11 |
9.5 |
9.5 |
9.5 |
9.5 |
|
6 |
7.3 |
7.3 |
7.3 |
6.4 |
6.4 |
6.4 |
6.4 |
|
10 |
4.4 |
4.4 |
4.4 |
3.8 |
3.8 |
3.8 |
3.8 |
|
16 |
2.8 |
2.8 |
2.8 |
2.4 |
2.4 |
2.4 |
2.4 |
|
25 |
1.81 |
1.75 |
1.75 |
1.52 |
1.50 |
1.50 |
1.52 |
|
35 |
1.33 |
1.25 |
1.27 |
1.13 |
1.11 |
1.12 |
1.15 |
|
50 |
1.00 |
0.94 |
0.97 |
0.85 |
0.81 |
0.84 |
0.86 |
|
70 |
0.71 |
0.66 |
0.69 |
0.61 |
0.57 |
0.60 |
0.63 |
|
95 |
0.56 |
0.50 |
0.54 |
0.48 |
0.44 |
0.47 |
0.50 |
|
120 |
0.48 |
0.41 |
0.45 |
0.40 |
0.35 |
0.39 |
0.43 |
|
150 |
0.41 |
0.35 |
0.39 |
0.35 |
0.30 |
0.34 |
0.38 |
|
185 |
0.36 |
0.29 |
0.34 |
0.31 |
0.26 |
0.30 |
0.34 |
|
240 |
0.30 |
0.25 |
0.29 |
0.27 |
0.21 |
0.25 |
0.29 |
|
300 |
0.27 |
0.22 |
0.26 |
0.24 |
0.18 |
0.23 |
0.26 |
|
400 |
0.25 |
0.19 |
0.23 |
0.22 |
0.16 |
0.20 |
0.24 |
|
500 |
0.23 |
0.17 |
0.21 |
0.20 |
0.15 |
0.18 |
0.22 |
(ตารางที่ ฐ. 2) แรงดันตกสำหรับสายไฟฟ้าฉนวน PVC หลายแกน ที่ 70°c
|
ขนาดสาย (ตร. มม.) |
1 เฟส AC (mV/A/m) |
3 เฟส AC (mV/A/m) |
|
ทุกกลุ่มการติดตั้ง |
ทุกกลุ่มการติดตั้ง |
|
|
1.0 |
44 |
38 |
|
1.5 |
29 |
25 |
|
2.5 |
18 |
15 |
|
4 |
11 |
9.5 |
|
6 |
7.3 |
6.4 |
|
10 |
4.4 |
3.8 |
|
16 |
2.8 |
2.4 |
|
25 |
1.75 |
1.50 |
|
35 |
1.25 |
1.10 |
|
50 |
0.93 |
0.80 |
|
70 |
0.65 |
0.57 |
|
95 |
0.49 |
0.43 |
|
120 |
0.41 |
0.36 |
|
150 |
0.34 |
0.29 |
|
185 |
0.29 |
0.25 |
|
240 |
0.24 |
0.21 |
|
300 |
0.21 |
0.18 |
|
400 |
0.17 |
0.15 |
(ตารางที่ ฐ.3) แรงดันตกสำหรับสายไฟฟ้า ฉนวน XLPE แกนเดียว ที่ 90°c
|
ขนาดสาย (ตร. มม.) |
1 เฟส AC (mV/A/m) |
3 เฟส AC (mV/A/m) |
|||||
|
รูปแบบการติดตั้ง |
|||||||
|
กลุ่มที่ 1, 2 และ 5 |
กลุ่มที่ 3,4,6,7 |
กลุ่มที่ 1, 2 และ 5 |
กลุ่มที่ 3,4,6,7 |
||||
|
Touching |
Spaced |
Trefoil |
Flat |
Spaced |
|||
|
1.0 |
46 |
46 |
46 |
40 |
40 |
40 |
40 |
|
1.5 |
31 |
31 |
31 |
27 |
27 |
27 |
27 |
|
2.5 |
19 |
19 |
19 |
16 |
16 |
16 |
16 |
|
4 |
12 |
12 |
12 |
10 |
10 |
10 |
10 |
|
6 |
7.9 |
7.9 |
7.9 |
6.8 |
6.8 |
6.8 |
6.8 |
|
10 |
4.7 |
4.7 |
4.7 |
4.0 |
4.0 |
4.0 |
4.0 |
|
16 |
2.9 |
2.9 |
2.9 |
2.5 |
2.5 |
2.5 |
2.5 |
|
25 |
1.85 |
1.85 |
1.85 |
1.60 |
1.57 |
1.58 |
1.60 |
|
35 |
1.37 |
1.35 |
1.37 |
1.17 |
1.14 |
1.15 |
1.17 |
|
50 |
1.04 |
1.00 |
1.02 |
0.91 |
0.87 |
0.87 |
0.90 |
|
70 |
0.75 |
0.70 |
0.73 |
0.65 |
0.61 |
0.62 |
0.64 |
|
95 |
0.58 |
0.52 |
0.56 |
0.50 |
0.45 |
0.46 |
0.50 |
|
120 |
0.49 |
0.42 |
0.47 |
0.42 |
0.37 |
0.38 |
0.42 |
|
150 |
0.42 |
0.36 |
0.40 |
0.37 |
0.31 |
0.33 |
0.37 |
|
185 |
0.37 |
0.31 |
0.35 |
0.32 |
0.26 |
0.27 |
0.31 |
|
240 |
0.32 |
0.25 |
0.30 |
0.27 |
0.22 |
0.23 |
0.27 |
|
300 |
0.28 |
0.22 |
0.26 |
0.24 |
0.19 |
0.20 |
0.24 |
|
400 |
0.25 |
0.19 |
0.23 |
0.22 |
0.17 |
0.18 |
0.22 |
|
500 |
0.23 |
0.17 |
0.21 |
0.20 |
0.15 |
0.16 |
0.20 |
(ตารางที่ ฐ.4) แรงดันตกสำหรับสายไฟฟ้า ฉนวน XLPE หลายแกน ที่ 90°c
|
ขนาดสาย (ตร. มม.) |
1 เฟส AC (mV/A/m) |
3 เฟส AC (mV/A/m) |
|
ทุกกลุ่มการติดตั้ง |
ทุกกลุ่มการติดตั้ง |
|
|
1.0 |
46 |
40 |
|
1.5 |
31 |
27 |
|
2.5 |
19 |
16 |
|
4 |
12 |
10 |
|
6 |
7.9 |
6.8 |
|
10 |
4.7 |
4.0 |
|
16 |
2.9 |
2.5 |
|
25 |
1.85 |
1.60 |
|
35 |
1.35 |
1.15 |
|
50 |
0.99 |
0.86 |
|
70 |
0.68 |
0.60 |
|
95 |
0.52 |
0.44 |
|
120 |
0.42 |
0.36 |
|
150 |
0.35 |
0.31 |
|
185 |
0.30 |
0.25 |
|
240 |
0.24 |
0.22 |
|
300 |
0.21 |
0.18 |
|
400 |
0.19 |
0.16 |
การเข้าใจเรื่องแรงดันตกเป็นสิ่งสำคัญในการออกแบบและติดตั้งงานระบบไฟฟ้า อีกทั้งการเลือกใช้อุปกรณ์ติดตั้งอย่างตู้คอนโทรลและรางครอบสายไฟ ที่ผลิตด้วยวัสดุคุณภาพ ผลิตจากเครื่องจักรที่ทันสมัย ผ่านการรับรองมาตรฐาน จะช่วยลดความเสี่ยงจากอุบัติเหตุและความผิดพลาดจาการติดตั้งงานระบบไฟฟ้า ทำให้ระบบไฟฟ้าทำงานได้อย่างมีประสิทธิภาพ มีเสถียรภาพ และเกิดความปลอดภัยมากยิ่งขึ้นในขณะใช้งาน
KJL ผู้นำนวัตกรรมตู้ไฟ รางไฟ ที่ช่างไฟเชื่อมั่น ด้วยเทคโนโลยีการผลิตจากประเทศญี่ปุ่น
สอบถามข้อมูลสินค้าได้ที่
LINE Official Account: @KJL.connect หรือคลิก https://lin.ee/lzVhFfo
Facebook: facebook.com/KJLElectric
