หม้อแปลงไฟฟ้า

ชั้น ปวส.2 เลขที่ 4 ชนิดและอุปกรณ์ของหม้อ แปลงไฟฟ้า

เป็นอุปกรณ์ที่ใช้เปลี่ยนระดับแรงดันให้สูงขึ้นหรือต่ำลงตามต้องการ ภายในประกอบด้วยขดลวด 2 ชุดคือ ขดลวดปฐมภูมิ (Primary winding) และ ขดลวดทุติยภูมิ (Secondary winding) แต่สำหรับหม้อแปลงกำลัง (Power Transformer) ขนาดใหญ่บางตัวอาจมีขดลวดที่สามเพิ่มขึ้นคือขด Tertiary winding ซึ่งมีขนาดเล็ก กว่าขด Primary และ Secondary และแรงดันที่แปลงออกมาจะมีค่าต่ำกว่าขด Secondary หม้อแปลงไฟฟ้า

1. หม้อแปลงไฟฟ้ากำลัง (Power Transformer) 2. หม้อแปลงจำหน่าย (Distribution Transformer) 3. หม้อแปลงสำหรับเครื่องมือวัด (Instrument Transformer) 4. หม้อแปลงสำหรับความถี่สูง (High frequency Transformer) สำหรับหม้อแปลงจำหน่ายที่ใช้งานทั่วไปของการไฟฟ้าส่วนภูมิภาคแบ่งออกเป็น 2 ระบบคือ 1. ระบบ 1 เฟส 3 สาย มีใช้งาน 4 ขนาดคือ 10 KVA , 20 KVA , 30 KVA , 50 KVA 2. ระบบ 3 เฟส 4 สาย มีหลายขนาดได้แก่ 30, 50, 100, 160, 250, 315, 400, 500, 1000, 1250, 1500, 2500 KVA. หม้อแปลงที่ติดตั้งเพื่อจ่ายกระแสไฟฟ้าทั่วไปของการไฟฟ้าส่วนภูมิภาคกำหนดให้ใช้ได้ตั้งแต่ขนาด 10 KVA. 1 เฟส จนถึง 250 KVA. 3 เฟส (ยกเว้น 30 KVA. 3 เฟส) นอกเหนือจากนี้เป็นหม้อแปลงที่ติดตั้งให้ผู้ใช้ไฟเฉพาะราย ชนิดของหม้อแปลง

1.ฟิวส์ (Fuse) ทำหน้าที่ป้องกันอุปกรณ์ไฟฟ้าหรือระบบ จากภาวะกระแสเกินพิกัด (over current) หรือ ลัดวงจร (short circuit) มีทั้งฟิวส์แรงสูงติดตั้ง ทางด้าน Primary และฟิวส์แรงต่ำติดตั้งทางด้าน Secondary 2. ล่อฟ้า (Lightning Arrester) ทำหน้าที่ป้องกันอุปกรณ์หรือระบบและสายส่งมิให้ได้รับความเสียหายจาก ภาวะแรงดันเกิน (over voltage) ที่เกิดจากฟ้าผ่า หรือการปลดสับสวิตซ์ อุปกรณ์ประกอบหม้อ แปลง

3. อาร์คซิ่งฮอร์น (Arcing Horn) เป็นอุปกรณ์ป้องกันหม้อแปลงมิให้ชำรุดเสียหายจากภาวะแรงดันเกินที่เกิด จากฟ้าผ่า สำหรับระยะ air gap ของ arcing horn ที่บุชชิ่งแรงสูงของหม้อแปลงตามมาตรฐานของการไฟฟ้า ส่วนภูมิภาคกำหนดดังนี้ 3.1 ระบบ 11 KV. ระยะห่าง 8.6 เซนติเมตร 3.2 ระบบ 22 KV. ระยะห่าง 15.5 เซนติเมตร 3.3 ระบบ 33 KV. ระยะห่าง 22.0 เซนติเมตร 4. น้ำมันหม้อแปลง มีหน้าที่ 2 ประการคือ 4.1 เป็นฉนวนไฟฟ้า โดยป้องกันกระแสไฟฟ้ากระโดดจากจุดหนึ่งไปยังจุดหนึ่ง ถ้าเทียบกับอากาศแล้ว น้ำมัน หม้อแปลงจะทนแรงดันได้สูงกว่าหลายเท่า ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับคุณภาพของน้ำมันหม้อแปลงนั้น ดังนั้นถ้าเราจุ่ม ตัวนำลงในน้ำมัน ก็จะสามารถวางไว้ใกล้กันได้โดยไม่ลัดวงจร 4.2 ระบายความร้อน โดยที่น้ำมันเป็นของเหลวจึงสามารถเคลื่อนตัวมาถ่ายเทความร้อนให้แก่อากาศรอบๆ หม้อแปลงได้ดี, ทำให้ขดลวดและแกนเหล็กของหม้อแปลงระบายความร้อนได้ , ทำให้ฉนวนที่พันหุ้มขดลวด ทนต่อความร้อนสูงได้ และทำให้ฉนวนไม่ร้อนจัดเกินไปช่วยยืดอายุการใช้งานของหม้อแปลงให้นานขึ้น

5. ซิลิก้าเจล (Silica gel) มีลักษณะเป็นเม็ดเล็กๆ สีฟ้าหรือน้ำเงินบรรจุอยู่ในกระเปาะข้างถังอะไหล่น้ำมัน หม้อแปลง ทำหน้าที่ช่วยดูดความชื้นในหม้อแปลง ถ้าเสื่อมคุณภาพจะกลายเป็นสีชมพู

หม้อแปลงไฟฟ้ามีส่วนประกอบที่สำคัญอยู่ 3 ส่วน คือ แกนเหล็ก ขดลวดตัวนำ และฉนวน อาจจะมี ส่วนประกอบย่อยอื่นๆ ซึ่งขึ้นอยู่กับขนาดพิกัดของหม้อแปลง เช่น หม้อแปลงที่ใช้ในระบบจำหน่ายไฟฟ้า มี ถังบรรจุหม้อแปลง น้ำมันหม้อแปลง ครีบระบายความร้อน ขั้วแรงดันด้านสูง ขั้วแรงดันด้านต่ำ และอื่นๆเป็น ต้น 1.1 แกนหลัก (Core) มีลักษณะเป็นแผ่นเหล็กบางๆ เคลือบด้วยฉนวนนำมาอัดซ้อนกันเป็นรูปแกนของหม้อ แปลง ทำหน้าที่เป็นทางเดินของเส้นแรงแม่เหล็ก แกนเหล็กที่ดีต้องเป็นเหล็กอ่อนมีส่วนผสมของสารซิลิกอน มี ความซึมซับได้ (Permeability) สูง การสูญเสียเนื่องจากฮิสเตอริซีส (Hyteresisloss) ต่ำ มีความ หนาแน่นของเส้นแรงแม่เหล็กที่ใช้ในการเหนี่ยวนำสูงถึง 1.35-1.55 เวเบอร์ต่อตารางเมตร เป็นเหล็กประเภท เกรนโอเรียนเตด (Gain oriented steel) ฉนวนที่นำมาฉาบแผ่นเหล็กทั้งสองด้านมีค่าความเป็นฉนวนตามผิว สูง เพื่อป้องกันการสูญเสียที่เกิดจากกระแสไหลวน (Eddy Current) ซึ่งจะเป็นสารจำพวกวานิช (Vanish) 1.2 ขดลวด (Winding) ขดลวดที่ใช้พันหม้อแปลงมีลักษณะเป็นขดลวดทองแดง หรือขดลวดอลูมิเนียมที่หุ้ม หรือเคลือบด้วยฉนวน อาจจะเป็นได้ทั้งลวดแบนที่มีพื้นที่หน้าตัดสี่เหลี่ยมผืนผ้า หรือลวดกลมก็ได้ หม้อ แปลงไฟฟ้ามีขดลวด 2 ชุด คือ ขดลวดปฐมภูมิ (Primary winding) และขดลวดทุติยภูมิ (Secondary winding) โดยขดลวดปฐมภูมิจะเป็นชุดที่รับไฟเข้า ส่วนขดลวดทุติยภูมิเป็นชุดที่จ่ายไฟออกไปใช้งาน 1.3 ฉนวน (Insulation) ฉนวนมีไว้เพื่อป้องกันไม่ให้ขดลวดสัมผัสกับส่วนที่เป็นแกนเหล็ก และป้องกันไม่ให้ ขดลวดแต่ละชั้นสัมผัสกันได้ (Short turn) สำหรับลวดตัวนำที่มีขนาดเส้นผ่าศูนย์กลางตั้งแต่ 0.2-1.3 มิลลิเมตร หากต้องการให้ฉนวนมีคุณภาพดีและทนความร้อนได้มากจะต้องเคลือบด้วยไวนิเฟลกซ์ (Viniflex) หรือพันทับด้วยไหมแคปรอน (Caprone) เทเรไลน์ (Teleline)หรือฝ้าย และถ้าลวดตัวนำมีขนาด เส้นผ่าศูนย์กลางตั้งแต่ 1.3-4.1 มิลลิเมตร จะพันด้วยกระดาษเคเบิล (Cable paper) หลายชั้น ส่วน ตัวนำที่มีพื้นที่หน้าตัดแบบสี่เหลี่ยม จะพันทับด้วยฉนวนไฟเบอร์กลาส (Fiberglass) สำหรับฉนวนที่คั่น ระหว่างชั้นของขดลวดส่วนมากจะเป็นกระดาษเคเบิลหนาประมาณ 0.2 มิลลิเมตร และจำนวนชั้นของ กระดาษจะขึ้นอยู่กับพิกัดกำลังของหม้อแปลง โครงสร้างหม้อแปลงไฟฟ้า

เมื่อจ่ายแรงดันไฟฟ้ากระแสสลับให้กับขดลวดปฐมภูมิ ทำให้เกิดกระแสไฟฟ้าและเส้นแรงแม่เหล็กขึ้นที่ขด ปฐมภูมิ มีลักษณะของการพองตัวและยุบตัวของสนามแม่เหล็กตามการเปลี่ยนแปลงของรูปคลื่นไซน์ทั้งซีกบวก และซีกลบเป็นเช่นนี้ตลอดไป และสนามแม่เหล็กที่พองตัวและยุบตัวนี้ จะตัดกับขดลวดปฐมภูมิทำให้เกิด แรงดันไฟฟ้าเหนี่ยวนำขึ้นในขดลวดปฐมภูมิซึ่งมีทิศทางตรงกันข้ามกับแรงดันไฟฟ้าที่จ่ายให้กับขดลวดปฐมภูมิ นั้น และเรียกแรงดันไฟฟ้าเหนี่ยวนำนี้ว่า แรงดันไฟฟ้าต้านกลับ (Back e.m.f) ส่วนกระแสที่ไหลในขดลวด ปฐมภูมิขณะไม่มีโหลดเรียกว่า กระแสกระตุ้น (Excited current) เนื่องจากขดลวดทุติยภูมิพันอยู่บนแกน เหล็กเดียวกันกับขดลวดปฐมภูมิ สนามแม่เหล็กที่เกิดขึ้นจากขดลวดปฐมภูมิที่มีการเปลี่ยนแปลงตลอดเวลาจะ ตัดกับขดลวดทุติยภูมิ ดังนั้นจึงทำให้เกิดแรงดันไฟฟ้าเหนี่ยวนำขึ้นในขดทุติยภูมิ ซึ่งหาได้จากอัตราส่วนของ จำนวนรอบขดลวดทุติยภูมิกับขดลวดปฐมภูมิ และเมื่อต่อโหลดเข้ากับทางด้านทุติยภูมิจะทำให้มีกระแส ไหล เพราะว่าหม้อแปลงเป็นอินดักทีฟ กระแสไฟฟ้าที่ขดทุติยภูมิจะล้าหลังแรงดันไฟฟ้าของขดทุติยภูมิ 90 องศา เมื่อแรงดันที่ขดทุติยภูมิล้าหลังกระแสที่ขดปฐมภูมิอยู่ 90 องศา กระแสที่ขดทุติยภูมิจะต่างเฟสกับ กระแสที่ไหลในขดปฐมภูมิ180 องศา กระแสของขดทุติยภูมิจะเหนี่ยวนำทำให้เกิดแรงดันไฟฟ้าต้านกลับขึ้นในขดทุติยภูมิ แรงดันไฟฟ้าต้านกลับนี้จะ มีทิศทางตรงกันข้ามกับแรงดันไฟฟ้าต้านกลับของขดปฐมภูมิและทำให้แรงดันไฟฟ้าต้านกลับของขดทุติยภูมิ อ่อนกำลังลง และทำให้กระแสที่ไหลในขดปฐมภูมิมากกว่ากระแสขณะไม่มีโหลด ในขณะที่กระแสขดทุติยภูมิ เพิ่มขึ้นกระแสในขดปฐมภูมิก็จะเพิ่มขึ้นอย่างเป็นสัดส่วนกัน หลักการทำงานหม้อแปลง

https://anyflip.com/dgiaq/ubgg/