Power and the circuit

หนวยท่ี 10 ไฟฟาและวงจรไฟฟา

ทฤษฏีไฟฟา เบ้ืองตน
1. ระบบสง จายไฟฟา ในการผลิตไฟฟา แบงตามลักษณะการแปรรูปพลังงานได 2 แบบ
- โรงไฟฟาทผี่ ลิตจากพลงั งานท่ีทสี่ ามารถนาํ กลบั มาใชไดอกี เชน พลงั น้ํา แสงอาทิตย ลม พลังงานไฟฟาใตพ ภิ พ
- โรงไฟฟา ทีผ่ ลติ จากพลังงานทีใ่ ชแ ลว หมดไป เชน โรงไฟฟาถา นหนิ นาํ้ มนั เตา กา ซ พลงั งานนิวเคลียร
ในการสงจา ยพลงั งานไฟฟาจะมีการลดทอนแรงดันตํา่ จนมคี าเหมาะกบั ผูใช ระดบั แรงดนั ทีใ่ ชใ นประเทศไทย
1.1 ระดับแรงดนั สําหรับสายสง แรงสูง สง จากโรงไฟฟา ระหวา งสถานไี ฟฟา 69kv 115kv 230kv 500kv อยูในความรับผดิ ชอบ
ของ การไฟฟา ฝา ยผลิต
1.2 ระดบั แรงดันสําหรับระบบจําหนา ยแรงสงู สถานีไฟฟา ยอยระบบจาํ หนา ย ไปยงั หมอ แปลงระบบจําหนา ย 11kv 22kv 33kv
22kv 24kv
1.3 ระดับแรงดนั สําหรบั ระบบจาํ หนายแรงตํา่ 1 เฟส 2 สาย 220 โวลต ความถี่ 50 เฮริ ตซ

และ ระบบแรงต่ํา 3 เฟส 4 สาย 380 โวลต 50 เฮริ ตซ

2 ประจุไฟฟา มี 2 ชนดิ คือ ประจุบวก ถกู พาเคล่ือนท่ดี ว ยโปรตอน และประจุลบถูกพาเคล่อื นที่ดวยอิเลคตรอน ประจเุ หมอื นกนั
จะผลกั กันประจุตา งกนั จะดดู กัน เม่อื ประจุลบหรอื อเิ ลคตรอนเคล่ือนทภี่ ายในตวั นําไฟฟาจะทําใหเ กิดกระแสไฟฟาข้ึน
กระแสไฟฟาแบงไดเ ปน 2 ประเภทคือ
2.1 ไฟฟา กระแสตรง (direct current : DC) คือการเคลอื่ นทขี่ องอิเลคตรอนมที ศิ ทางการไหลในทศิ ทางเดียวจากขวั้ ลบไปยงั
ขัว้ บวก เชน แบตเตอร่รี ถยนต 24 volt ถานไฟฉาย 1.5 volt
2.2 ไฟฟา กระแสสลับ (alternating current: AC) เปน การเคลื่อนท่ขี องอเิ ลคตรอนมีทศิ ทางไหลกลบั ไปกลับมาตลอดเวลา โดย
การเคลอ่ื นทีป่ ระจุไฟฟาบวกและลบสลบั กนั ในตวั นาํ สาย เชน ไฟฟาตามบา น220 โวลต 50 เฮิรตซ
3. หลักการเบอื้ งตนของการกาํ เนดิ ไฟฟา เมือ่ เสนแรงแมเ หล็กเคล่อื นทตี่ ดั ขดลวด หรอื ขดลวดเคล่อื นท่ตี ัดเสนแรงแมเ หล็ก จะ
ทําใหเ กดิ แรงเคลื่อนเหน่ยี วนําในขดลวด ขนาดของแรงเคล่อื นเหนยี่ วนาํ จะมากหรอื นอยขึ้นอยกู บั ขนาดของสนามแมเ หลก็
จํานวนรอบของขดลวด ความเร็วของการเคล่ือนท่ี และตาํ แหนง ขดลวดในสนามไฟฟา แบงออกเปน 2 แบบ คอื 1 เฟส และ 3
เฟส

3.1 การกําเนดิ ไฟฟา 1 เฟส แรงเคลือ่ นไฟฟา 1 เฟส เกดิ จากการเคลอื่ นทขี่ องขดลวด 1 ขด ตดั สนามแมเหล็กคงที่ ทําใหเกดิ
แรงเคล่ือนไฟฟา เหนย่ี วนําทเ่ี ปน กระแสสลบั ที่มกี ารเปลยี่ นขนาดทิศทางเปน รูปคลื่นไซน

การกําเนดิ ไฟฟา 1 เฟส ท่ีเวลาตา งๆ
3.2 การกาํ เนดิ ไฟฟา 3 เฟส แรงเคลอ่ื นไฟฟา 3 เฟสเกดิ จากการเคลอื่ นทข่ี องแกนแมเหล็ก ตกั ขดลวดตัวนาํ 3 ชดุ มีมมุ องศา
ตา งกัน 120 องศาทางไฟฟา

หนว ยวดั และสมการทางไฟฟา

1. หนวยวัดทางไฟฟา
1.1 ความตานทานไฟฟา (resistance) เปน คณุ สมบัตขิ องสสารท่ตี อตานการไหลของกระแสไฟฟา สสารที่มคี วามตา นทาน
ไฟฟานอยกวา เรยี กวา ตัวนําไฟฟา สวนสสารที่มีความตานทานไฟฟามากกวา เรยี กวา ฉนวนไฟฟา ความตา นทานมหี นว ยเปน
โอหม
1.2 แรงดนั ไฟฟา (voltage) เปนแรงทท่ี ําใหอเิ ลคตรอนเกดิ การเคลอ่ื นท่ี หรือแรงที่ทาํ ใหเกิดการไหลของไฟฟา มีหนว ยเปน
โวลท V
1.3 กระแสไฟฟา (current) เกดิ จากการเคลือ่ นท่ีของอิเลคตรอนจากจดุ หนง่ึ ไปยังอีกจดุ หน่ึง ภายในตัวนาํ ไฟฟา หนวยเปน
แอมแปร A
1.4 กาํ ลังงานไฟฟา (power) อัตราการเปลย่ี นแปลงพลังงาน หรืออดั ตราการทาํ งาน มหี นว ยเปน วตั ต watt W
1.5 พลงั งานไฟฟา (energy) คอื กาํ ลงั ไฟฟา ที่ใชไประยะหน่งึ มหี นว ยเปน วัตต- ช่ัวโมง (watt-hour) หรอื ยูนติ (unit)
1.6 ความถี่ (frequency) คอื จาํ นวนรอบของกระแสไฟฟา สลบั มีหนวยเปน เฮริ ตซ Hz
1.7 รอบ (cycle) คือการเปล่ียนแปลงทางไฟฟาครบ 360 องศาซง่ึ เปน การเปลี่ยนแปลงไฟฟาคา บวกและคาลบไดส มบูรณ
1.8 แรงมา (horse power) หรือกาํ ลังมา เปนหนว ยวดั กาํ ลังหรืออัตราการทํางาน 1 แรงมา = 550 ฟุต-ปอนด หรือ 745.7 วัตต
ประมาณ 746 วตั ต
2. สมการไฟฟา
2.1 กฎของโอหม (ohm’s low) ค.ศ. 1862 นกั ฟสิกสชาวเยอรมัน George Simon Ohm กลาววากระแสไฟฟา ทีไ่ หลในวงจรจะ
แปรผนั ตรงกบั แรงดนั ไฟฟา และแปรผกผนั กับคา ความตานทาน E = IR
2.2 สมการคา กาํ ลังไฟฟา มหี นว ยเปน วตั ต P=EI
2.3 สมการคา พลงั งานไฟฟา W = Pt กิโลวัตตต อชั่วโมง หรอื ยนู ิต(unit)

อุปกรณไ ฟฟา พื้นฐานและวงจรไฟฟา เบื้องตน
1. อปุ กรณไฟฟา พ้ืนฐาน
- ตัวตานทาน (resistor) เปน อปุ กรณท่ีทาํ หนาทต่ี อ ตา นการไหลของกระแสไฟฟา ความตานทานมหี นว ยเปนโอหม มชี นดิ คงที่
ปรบั คาได ชนดิ เปลย่ื นคาได
- ตวั เก็บประจุ (capacitor) เปนอปุ กรณท าํ หนา ทปี่ อ งกนั การไหลของกระแสไฟฟา สามารถเก็บประจุไฟไวไ ด มชี นิด คาคงที่
ปรบั คาได และชนิดเลือกคา ได
- ตัวเหนยี่ วนาํ (inductor) เปน อุปกรณนาํ มาใชในวงจรไฟฟาอเิ ลคทรอนิกลสเก่ียวขอ งกับสนามแมเ หลก็ ไฟฟา นํามาใชเกยี่ วกบั
ความถีว่ ิทยุ หนวยเปน เฮนร่ี H มีชนดิ ตวั เหนย่ี วนําแบบโชก แกนเหลก็ ในยานความถต่ี ํา่ ๆ แบบโชก แกนอากาศใชใ นยาน
ความถีว่ ทิ ยุ แบบโชก แกนเฟอรไรท ใชในยานความถ่ีสงู
2. วงจรไฟฟา เบือ้ งตน
- วงจรอนกุ รม กระแสไฟฟาตลอดวงจรมีคา เดยี วกันตลอด แรงเคลื่อนไฟฟาเทา กบั แรงดนั ท่ีตกครอมอปุ กรณแ ตล ะตวั

- วงจรขนาน(parallel circuit) กระแสไฟฟา ไหลผา นอปุ กรณแตล ะตัว รวมกนั จะเทากับกระแสไฟฟาที่ไหลออกจาก
แหลงจา ย แรงดนั ตกครอ มอปุ กรณแ ตล ะตวั มคี าเทากับแรงเคลื่อนไฟฟา ของแหลงจา ย

- วงจรผสม เปนการตอ ท้ังอนกุ รมและขนานในวงจรเดยี วกนั

-
สายไฟฟา และอปุ กรณป องกนั ระบบไฟฟา
1. สว นประกอบของสายไฟฟา ประกอบดว ย 2 สว นคอื ตวั นาํ และฉนวน
- ตวั นาํ (conduction) ทําจากโลหะท่มี คี วามนําไฟฟา สูง อาจเปนสายเดยี่ ว หรอื สายตีเกลยี ว นยิ ม ทองแดงและอลูมเิ นยี ม
ทองแดง นาํ ไฟฟาไดด ี นํ้าหนักมาก ราคาแพง เหมาะกบั การใชในอาคารท่วั ไป อลมู เิ นียม นาํ ไฟฟา รองจากทองแดง นาํ้ หนัก
เบา ราคาถูกกวา เหมาะกบั อาคารและแรงดนั สงู
- ฉนวน (insulator) ทําหนา ทหี่ อ หุมตวั นาํ นิยมใช PVC (polyvinyl chloride) ไมซ ับนาํ้ เหนยี วทนทาน ทนตอการกดั กรอน ไมม ี
ปฏิกริ ยิ ากบั กรดดาง และ XLPE (cross link polyethylene) มคี วามแขง็ แรงทนความรอนและถา ยเทความรอนไดด ีกวา
2. ประเภทของสายไฟฟา แบง เปน 2 ประเภทคือ สายไฟฟา แรงดนั สูง และสายไฟฟาแรงดนั ตํา่
- สายไฟฟาแรงดันสงู มีสายเปลอื ย และสายหุมฉนวน
- สายไฟฟาแรงดันตาํ่ ใชกบั แรงดนั ไมเ กนิ 750 โวลท

การเลอื กสายไฟฟาทเี่ หมาะสม
1. ขอพิจารณาในการเลือกสายไฟฟา
- พิกดั แรงดนั มอก. 11-2531 ไดก าํ หนดแรงดนั 2 ระดบั คือ 300 โวลต และ 750 โวลต การใชงานตอ งคาํ นงึ พิกัดแรงดนั ให
เหมาะสม
- พิกดั กระแส ความสามารถของสายไฟฟา ในการนํากระแส มตี วั แปรไดแ ก ขนาดสายไฟฟา ชนดิ ของฉนวน อณุ หภ฿ม
โดยรอบ ลกั ษณะการตดิ ตงั้
- สายควบ สายหลายเสน ตอ ขนาน

- แรงดนั ตก (voltage drop) ความแตดตางระหวา งแรงดนั ตน ทางและปลายทาง
2. การเลอื กสายไฟฟา ใหเหมาะสมกบั วงจรตางๆ แบง เปน สามวงจร ไดแ ก วงจรยอย วงจรสายปอน และวงจรประธาน

2.1 วงจรยอย (branch circuit) เปน สว นของวงจรไฟฟา ทตี่ อมาจากบรภิ ณั ฑป อ งกนั ตวั สดุ ทายกบั จดุ ตอ โหลด เชน วงจรยอย
แสงสวาง วงจรยอยมอเตอร

2.2 วงจรสายปอ น (feeder circuit) วงจรทร่ี บั ไฟจากสายประธานไปจนบริภัณฑปองกนั วงจรยอ ย
2.3 วงจรประธาน ( main circuit) หมายถึง ตัวนํา และอุปกรณไฟฟาตางๆ ท่ีรบั ไฟจากการไฟฟา มีตวั นาํ ประธานอากาศ และ
ตัวนําประธานใตดนิ

อปุ กรณ ปอ งกนั ระบบไฟฟา และการเลือกใชอ ุปกรณป องกนั ระบบไฟฟา ที่เหมาะสม
1. อุปกรณปอ งกนั ระบบไฟฟา
- ฟว ส (fuse) อุปกรณปองกนั กระแสเกิน ทาํ มาจากโลหะผสมสามารถนําไฟฟา ไดด ี มจี ุดหลอมละลายตาํ่ ฟว สท ดี่ ี เมอื่ กระแส
ไหลเกิน 2.5 ของขนาดทนกระแสของฟว ส ฟว สตองขาด
- เซอรก ิตเบรกเกอน (circuit breaker :CB) อุปกรณท ําหนา ท่ีตดั กระแสไฟฟา เมอ่ื กระแสเกนิ หรือลัดวงจร สามารถกลับมาใช
ใหมไดไ มเ ปลย่ี นใหมเหมอื นฟวส การทาํ งานมี 2 แบบคอื เชิงความรอ น และเชงิ แมเหลก็
2. การเลือกขนาดของอุปกรณปอ งกนั ระบบไฟฟาท่ีเหมาะสม
- อุปกรณป อ งกันวงจรยอย ตองมอี ปุ กรณป องกนั กระแสเกิน สอดคลองกบั โหลดสงู สดุ ท่คี ํานวณได นยิ มใชเซรก ติ เบรกเกอร
ตามมาตรฐาน IEC (International Electrotechnical Commission)

- อปุ กรณปองกนั วงจรสายปอน ตอ งมกี ารปอ งกนั กระแสเกนิ และขนาดของอปุ กรณป อ งกันกระแสเกนิ ตอ งสอดคลอ งกับ
โหลอดสงู สุดทคี่ าํ นวณได

- อปุ กรณปอ งกนั วงจรประธาน หมายถงึ อุปกรณไ ฟฟาที่ทาํ หนา ที่ปลดวงจรบริภณั ฑป ระธาน ประกอบดว ย อปุ กรณปลด
วงจร และอปุ กรณปอ งกนั กระแสเกนิ

วงจรพนื้ ฐานสาํ หรบั ควบคมุ อุปกรณไฟฟา
วงจรไฟฟา แสงสวา ง
- ประเภทของหลอดไฟฟา มหี ลอดไส หลอดทัวสเตนฮาโลเจน หลอดเรอื งแสง เชน หลอดฟลอู อเรสเซนต หลอดคอมแพค
ฟลูออเรสเซนต



ระบบควบคุมมอเตอรไฟฟา ขนาดของมอเตอรเรยี กเปน แรงมา 1 Hp = 764 วัตต ในการควบคมุ มอเตอร ประกอบดวยวงจร
ควบคมุ และวงจรกําลงั
1. ประเภทของมอเตอร
- มอเตอรเ หนย่ี วนํา (induction motor) นิยมใชมา มี 1 เฟส และ 3 เฟส แบบกรงกระรอก และ แบบวาวดโรเตอร
- มอเตอรซงิ โครนสั (synchronous motor) เปนมอเตอร 3 เฟส มขี ดลวดอารเมเจอร และขดลวดสนาม ความเรว็ คงท่ี
- มอเตอรไฟฟา กระแสตรง (DC motor) มีขดลวดสนามอยบุ นสเตเตอรแ ละขดลวดอารเมเจอรอ ยบู นสเตเตอร สามารถควบคมุ
ความเรว็ ไดด ี แรงบดิ เรม่ิ เดนิ เครอื่ งสงู
2. วงจรยอยของมอเตอร (motor branch circuit)
2.1 กรณมี อเตอรใ ชง านทั่วไป โหลดมอเตอรถือวา เปน โหลดตอเนอ่ื ง ดงั น้ันสายวงจรมอเตอรตองมีขนาดไมน อ ยกวา 125%
ของพิกนั กระแสมอเตอร

2.2 กรณมี อเตอรห ลายตัว (multi speed motor) แตละความเร็วจะมคี า พิกดั กระแสตา งกนั ใหใชคากระแสสงู สุด
2.3 กรณีมอเตอรใ ชงานไมต อ เน่ือง เปน ระยะ หรอื เปน คาบ ตองไมต าํ่ กวาคาเปอรเ ซ็น คณู พิกดั กระแสของมอเตอร

3. อุปกรณท ส่ี ําคัญในการควบคุมมอเตอร
3.1 สวิทชปมุ กด (push button) เปน อุปกรณส ง สัญญาณโดยการกดจากตคู วบคุม

3.2 สวิทชควบคุม (selector switch) สวิทชทเ่ี ลอื กการทํางานของอปุ กรณที่จะควบคมุ อาจมี 2 หรอื 3 ตําแหนง
3.3 หลอดไฟ (pilot lights) เปน อุปกรณทใ่ี ชแ สดงสญั ญาณการทํางานหรือหยุดทาํ งานของอุปกรณ

3.4 อปุ กรณป อ งกันวงจรควบคมุ นิยมใชเ ซอรก ิตเบรกเกอร
3.5 คอนแทคเตอร เปน อุปกรณสี ําหรบั ตัดวงจรไฟฟา ควบคมุ โดยแมเหล็กไฟฟา
3.6 โอเวอรโ หลด (overload relay) เปน อุปกรณป องกนั มอเตอรไ มใ หไ ดรับความเสยี หาย เม่ือเกดิ โอเวอรโหลด

อปุ กรณท ี่สําคัญในการควบคมุ มอเตอร
4. วงจรควบคมุ พน้ื ฐาน
4.1 วงจรสตารทและควบคมุ มอเตอรโดยตรง

4.2 วงจรกลบั ทางหมุนมอเตอร

4.3 วงจรเริม่ เดินแบบสตารเดลตา ใชก บั มอเตอรที่มกี าํ ลังแรงมาสงู ๆ เพือ่ ลดกระแสในชว งสตารทมอเตอร กระแสเรมิ่ หมนุ จะ
ประมาณ 7 เทา ของกระแสตอนทาํ งานปกติ

การตอ ลงดนิ หมายถงึ การตอ สายไฟฟา จากอปุ กรณไฟฟา ไปยังสายดนิ โดยสายดนิ คอื แทง ตัวนาํ ทองแดงทตี่ อดลงไปในดนิ
เพ่ือปองกนั ไฟรวั่ ซอ ตบคุ คลผูใชง าน
1. ประเภทของการตอ ลงดิน แบงเปน 2 ประเภท
1.1 การตอ ลงดินทร่ี ะบบไฟฟา หมายถึง การตอสว นใดสวนหนึง่ ของระบบไฟฟา ทมี่ กี ระแสไหลผานลงดิน เชน การตอ จุด
นวิ ทรัล (neutral point) ลงดิน
1.2 การตอ ลงดินท่อี ุปกรณไ ฟฟา หมายถงึ การตอ สวนทเี่ ปนโลหะ ทไ่ี มม กี ระแสไฟฟา ไหลผา นของอปุ กรณต า งๆ ลงดนิ
2. สวนประกอบการตอลงดิน
- หลักดนิ หรือระบบหลกั ดิน (grounding electrode) เปน หลกั ดนิ นยิ มใชทองแดง
- สายตอหลกั ดิน

ความตา นทานระหวา งหลักดนิ กบั ดิน ตามมาตรฐาน ว.ส.ท. กําหนดความตา นทานหลักดินกับดนิ ไมเกนิ 5 โอหม การไฟฟา
นครหลวง ไมเกิน 25 โอหม หารวัดแลวเกนิ ตองปก เพม่ิ อีก 1 แทง

ฟาผา และระบบปองกนั ฟาผา
ปรากฏการฟา ผาและอันตรายจากฟาผา
1. ฟาผา เกิดขน้ึ เน่อื งจากการเกิดประจไุ ฟฟา อิสระทล่ี ะอองน้าํ ในอากาศ เมื่อละอองนํ้าเหลา น้ีรวมตัวกนั หนาแนน เปน กอ นเมฆ
โดยเฉพาะเมฆฝนทม่ี ีประจไุ ฟฟา อสิ ระรวมกันอยมู ากมาย หากกอ นเมฆท่ีประจุในขว้ั ทต่ี า งกนั เคลือ่ นตวั เขา ใกลก ันจะทําให
จนทาํ ใหประจไุ ฟฟา ทัง้ สองชนิดกระโดดเขา หากัน ดวยความเร็ว เสยี ดสีกบั อากาศ เกดิ ความรนุ แรงและเผาไหม แสงสวา ง
เรียกวา ฟาแลบ แตถาประจไุ ฟฟา อิสระกระโดดไปมาระหวางกอนเมฆกับแผน ดนิ เรยี กวา ฟาผา อาจเกิดจากประจไุ ฟฟา ว่ิงอยา ง
รวดเร็วไปยังแผน ดิน หรือกลับกนั จากแผน ดินไปยังกอนเมฆไดเชน กนั

2. อนั ตายจากฟา ผา
- ถูกฟาผาโดยตรง
- ถกู ฟาผา โดยออม แรงดันชว งกา ว แรงดนั สัมผสั

หลักการปอ งกนั ฟา ผา
1. การปองกนั ฟาผา ภายนอก ประกอบดว ยการติดต้ัง ตวั นําลอฟา ตวั นาํ ลงดนิ รากสายดิน

2. การปองกนั ฟา ผา ภายใน ตดิ ตง้ั อุปกรณป อ งกนั ไฟกระชากในแผงไฟฟาตา งๆ เพอ่ื ปอ งกนั มใิ หแ รงดนั กระชากหรอื
คา กระแสสงู ไหลเขา ไปหาอปุ กรณไฟฟา

สว นประกอบและแนวทางการออกแบบระบบปอ งกนั ฟาผา ภายนอก
1. สว นประกอบระบบปองกนั ฟา ผาภายนอก
- ตวั นาํ หรือลอฟา มีหลักลอ ฟา สายขึงตัวนํา ตวั นําลงดนิ



manasu