นวัตกรรมสิ่ง...

136

บทคดยอ

ปจจบนงานทางดานไฟฟามสวนส าคญมากในการพฒนาประเทศ จะเหนไดวาทกทในประเทศตางมไฟฟาใช จนอาจกลาวไดวาไฟฟามความส าคญกบชวตประจ าวน ไมวาจะเปนระบบแสงสวาง เครองปรบอากาศ ตลอดจนเครองจกรกลในโรงงานอตสาหกรรม ดงนนเราจ าเปนอยางยงทจะตองมการศกษาและพฒนางานไฟฟาใหกาวหนาและน าไฟฟามาใชประโยชนใหมากทสด ซงเราสามารถน าไฟฟามาประดษฐเปนอปกรณอ านวยความสะดวกตางๆมากมาย จากความส าคญดงกลาวเราจงควรน าเทคโนโลยไฟฟามาประยกตใชกบชวตประจ าวนของเราและพฒนางานดานไฟฟาใหกาวหนาตอไป งานดานเครองวดแรงดนดวยโลหะทรงกลมถอวาเปนงานทมความส าคญมาก เพราะการทชางไฟฟา หรอวศวกรไฟฟาจะสามารถวเคราะหปญหาทเกดขนในระบบไฟฟาไดถกตองนน จ าเปนตองทราบคาแรงดนไฟฟาทเกยวของกบระบบไฟฟานนไดมาจากการวดคาแรงไฟฟา เพอจดท าชดฝกเครองวดแรงดนดวยโลหะทรงกลม

Keywords : โลหะทรงกลม , ตวตานทาน , หมอแปลงไฟฟา

1. ความเปนมาและความส าคญของโครงการ

ปจจบนงานทางดานไฟฟามสวนส าคญมากในการพฒนาประเทศ จะเหนไดวาทกทในประเทศตางมไฟฟาใช จนอาจกลาวไดวาไฟฟามความส าคญกบชวตประจ าวน ไมวาจะเปนระบบแสงสวาง เครองปรบอากาศ ตลอดจนเครองจกรกลในโรงงานอตสาหกรรม ดงนนเราจ าเปนอยางยงทจะตองมการศกษาและพฒนางานไฟฟาใหกาวหนาและน าไฟฟามาใชประโยชนใหมากทสด ซงเราสามารถน าไฟฟามาประดษฐเปนอปกรณอ านวยความสะดวกตางๆมากมาย จากความส าคญดงกลาวเราจงควรน าเทคโนโลยไฟฟามาประยกตใชกบชวตประจ าวนของเราและพฒนางานดานไฟฟาใหกาวหนาตอไป

งานดานเครองวดแรงดนดวยโลหะทรงกลมถอวาเปนงานทมความส าคญมาก เพราะการทชางไฟฟา หรอวศวกรไฟฟาจะสามารถวเคราะหปญหาทเกดขนในระบบไฟฟาไดถกตองนน จ าเปนตองทราบคาแรงดนไฟฟาทเกยวของกบระบบไฟฟานนไดมาจากการวดคาแรงไฟฟา เพอจดท าชดฝกเครองวดแรงดนดวยโลหะทรงกลม 1.1 เพอใชเปนสอการสอน

การท าเครองวดแรงดนดวยโลหะทรงกลมทมความแมนจ า ดงนนจงถอวาเปนงานทชางไฟฟาทกคนตองรจกและใชไดถกตอง แมนย า จ งจะสามารถไดค าทน าเช อถอ จาก

นวตกรรมสงประดษฐเครองวดแรงดนโลหะรปทรงกลม

นายอคราวธ ดโคตร อาจารยทปรกษานายเจษฎา สารสข

สาขาวชาชางไฟฟา , วทยาลยเทคโนโลยอตสาหกรรมศรสงคราม

มหาวทยาลยนครพนม 129 หม 7 ต าบลศรสงคราม อ าเภอศรสงคราม จงหวดนครพนม 48150

137

ความส าคญดงกลาวจงท าใหเกดแนวความคดทจะจดท าโครงการเครองวดแรงดนดวยโลหะทรงกลม เพอจะน ามาใหผทสนใจในงานดานไฟฟา ตลอดจนนกศกษาทสนใจไดฝกท าการวดคาโลหะทรงกลม และตวเหนยวน า ตลอดจนมอเตอรไฟฟาทถกตอง จนสงผลใหผท ไดใชประโยชนจากการท าความรและทกษะในการจดท าเครองวดแรงดนดวยโลหะทรงกลม และน าความรไปใชในการแกปญหาระบบไฟฟาไดถกตอง 2. หลกการและทฤษฎทเกยวของ

2.1 ปจจยทมผลตอการเกดเบรกดาวนของชองวางทรงกลมการวดแรงดนสงดวยชองวางทรงกลมนนอาศยการเกดเบรกดาวน ของฉนวนอากาศทอยระหวางแกปทรงกลม โดยทการเกดเบรกดาวนจะขนอยกบลกษณะทางมตของอเลคโตรด อนไดแกเสนผานศนยกลางของแกปทรงกลม (D) และระยะหางของแกปทรงกลม (s) โดยทในการวดคาแรงดนเบรกดาวนนนระยะ s จะตองนอยกวาหรอเทากบ D/2 และนอกจากนแลวคาแรงดนเบรกดาวนยงขนอยกบอณหภม ความดน และความชนของอากาศ โดยทมาตรฐานฉบบกอน IEC 52: 1960 [4] และ IEEEStd 4: 1995 [3] ไดละเลยผลของความชนในอากาศทมผลตอแรงดนเบรกดาวน มาตรฐานฉบบปจจบน IEC 60052 ไดมการค านงถงผลของความชนในอากาศ พบวาท าใหแรงดนเบรกดาวนของชองวางทรงกลมเพมขนตามอตราสวนการเพมขนของความชนสมบรณ 0.2 % ตอ gm-3 ดงนนจะไดวา

Ub = ƒ(D , S , , h) (1) เมอ

Ub คอ แรงดนทท าใหเกดการสปารหรอเบรกดาวน

D คอ ขนาดเสนผานศนยกลางทรงกลม S คอ ระยะชองวางระหวางแกปทรงกลม คอ ความหนาแนนอากาศขนอยกบความดนบรรยากาศและอณหภม

h คอ ความชนของอากาศ มาตรฐาน IEC 60052 ไดก าหนดคาแรงดนเบรกดาวนของ

อากาศระหวางทรงกลมไวท สภาวะมาตรฐาน คอ อณหภม (to) 20 oC และความดนบรรยากาศ (bo) 101.3 kPa หรอ 760 mmHg หรอ1013 mbar ความชนสมบรณจะอยระหวาง 5 gm-3 - 12 gm-3 ทคาเฉลย 8.5 gm-3 ส าหรบมาตรฐาน IEEEstd 4:1995 [3] ไดก าหนดคาแรงดนเบรกดาวนของอากาศระหวางทรงกลมไวทสภาวะมาตรฐาน คออณหภม (to) 20 oC และความดนบรรยากาศ (bo) 101.3 kPa หรอ 1013 mbar หรอ 760 mmHg โดยทความชนสมบรณ 11 gm-3 ถา b เปนความดนบรรยากาศ (kPa) และ H เปนความสงของบารอมเตอร (mmHg) จะได

= 0.1333 (2)

ดงนนคาแรงดนเบรกดาวนทวดไดทความดน, อณหภมและความชนใดๆ เมอเปรยบ เทยบกบคามาตรฐานจะตองแปลงคาทวดไดไปเปนคาทสภาวะมาตรฐาน คอ = (3)

เมอ Uo คอ คาแรงดนเบรกดาวนทสภาวะ

มาตรฐาน

138

U คอ คาแรงดนเบรกดาวนทสภาวะหองทดสอบ

คอ ตวประกอบแปลงผนความหนาแนนอากาศ

k คอ ตวประกอบแปลงผนเนองจากความชน

=

(4)

(5)

เมอ b คอ ความดนของอากาศทสภาวะ

หองทดลอง เปน kPa หรอ mmHg หรอmbar t คอ อณหภมของอากาศทสภาวะ

หองทดลอง เปน C h คอ ความชนสมบรณของอากาศท

สภาวะหองทดลองเปน

ในหองปฏบตการไฟฟาแรงสงบางแหงไดวดคาของความชนของบรรยากาศในสภาวะ ของความชนสมพทธ ซงสามารถทจะแปลงเปนความชนสมบรณไดโดยใชกราฟการแปลงผนดงแสดงในภาคผนวก ก เมอพจารณาถงสภาวะแวดลอมในหองทดสอบของประเทศไทยพบวา คาความชนสมบรณของอากาศมคาอยนอกเหนอขอบเขตทก าหนดตามสภาวะมาตรฐานของ IEC โดยทการหาคาแฟคเตอรแกความชนในอากาศ ( kh ) ไดมมากอนแลวในกรณของการทดสอบอปกรณฉนวน โดยท

(6)

เมอ Ubn คอ คาแรงดนเบรกดาวนทสภาวะ

มาตรฐาน Ub คอ คาแรงดนเบรกดาวนท

สภาวะหองทดลอง kd คอ แฟคเตอรแกความหนาแนน

อากาศ kh คอ แฟคเตอรแกความชนใน

อากาศ

kd จะมคาเทากบ (ความหนาแนนสมพทธของอากาศ) เมอ มคาอยระหวาง 0.95- 1.05 และกรณอนๆ สามารถหาคา kd ไดจากตารางท 1 คา นนสามารถค านวณไดจากสมการท 4

ตารางท 1 ความสมพนธระหวาง

กบ ความหนาแนนอากาศ ( ) คาแก ( )

0.70 0.72 0.75 0.77 0.80 0.82 0.85 0.86 0.90 0.91 0.95 0.95 1.00 1.00 1.05 1.05 1.10 1.09 1.15 1.13

139

ส าหรบคา kh นนสามารถหาไดจากเสนกราฟในภาคผนวก ข กรณรายละเอยดการหา คาแฟคเตอรแกไขตามมาตรฐาน IEEE std สามารถดไดจากมาตรฐานฉบบดงกลาว

IEC 60052 ก าหนดขนาดเสนผานศนยกลางมาตรฐานของแกปทรงกลมได 12 ขนาด เรมตนตงแต 20 มลลเมตร จนถง 2000 มลล เมตร โดยท IEEE ได ก าหนดขนาดเสนผ านศนยกลางของทรงกลมไวตงแต 62.5 มลลเมตรจนถง 2000 มลลเมตรและคาแรงดนมาตรฐานทก าหนดไวเรมตงแต17.5 กโลโวลทพคจนถงประมาณ 2 ลานกโลโวลทพค คาแรงดนเบรกดาวนทก าหนดในตารางมาตรฐานแสดงในภาคผนวก ค คาในตารางเปนคาแรงดนเบรกดาวนทสภาวะมาตรฐาน IEC 60052 [2] ห าก โค ร ง ส ร า งก า รต ด ต ง ก ารฉ าย ร ง ส (irradiation) เปนไปตามทมาตรฐานก าหนด

2.2 มาตรฐานแกปทรงกลม มาตรฐานชองวางทรงกลม เปนการตดตงอปกรณวดคาพคของแรงดนโดยอางองจากมาตรฐาน IEC 60052 [2] และ IEEE std 4 [3] มาตรฐานนเปนทยอมรบกนโดยทวไป และมาตรฐาน เหลานไดกลาวถงขอก าหนดของอปกรณวดคาแรงดนดวยชองวางทรงกลมซงมรายละเอยดดงตอไปน

2.3 เงอนไขขอก าหนดของรปรางและพนผวทรงกลม แกปทรงกลมประกอบดวยโลหะทรงกลม 2 ลก มขนาดเสน

ผานศนยกลาง D เทากนทง2 ลก และประกอบดวย กานยดแกปทรงกลม เกยรขบเคลอนปรบระยะฉนวนรองรบโครงรองรบแกปทรงกลม โดยทเสนผานศนยกลาง D คอ 2 – 5 – 6.25 – 10 – 12.5 – 15 – 25 – 50 – 75 – 100 – 150 และ200 เซนตเมตร ระยะทางระหวางแกปทรงกลมทงสองแทนดวย S ทรงกลมควรจะท าขนดวยความประณต คอ ผวตองเรยบและสวนโคงจะตองเทากนมากทสดเทาทจะเปนไปได ความคลาดเคลอนของขนาดและรปรางจะตองผานการตรวจสอบกอนทจะใชงานครงแรก ซงสามารถตรวจสอบไดโดยเครองมอทเหมาะสม เชน Spherometer

เสนผานศนยกลางของแกปทรงกลมแตละลกขนาดควรจะเทากนไมควรแตกตางกนเกน 2 % ในบรเวณทจดเกดการเบรกดาวน จะตองเปนผวเรยบไมเปนผวขรขระ (ความขรขระ

ตองไมมากกวา 10 μm) เมอใชงานชองวางทรงกลมแลวโดยทวไปจะตองท าการตรวจสอบและท าความสะอาดผวของทรงกลมอยเสมอ โดยการสมผสและจากการสงเกต

2.4 ขอก าหนดของชองวางทรงกลมเพอส าหรบการวด แกปแนวดง (Vertical gap) เมอจดใหทรงกลมอยในแนวดง แกนของทรงกลมแรง

สงไมควรจะเปนขอบคมหรอมม และเสนผานศนยกลางของแกนไมควรเกน 0.2D ขอก าหนดนท าขนภายใตระเบยบขอบงคบ เพอลดผลกระทบของแกนทรงกลมแรงสงตอแรงดนเบรกดาวนของแกปทรงกลมและถาหากมการใชโคโรนาซลด ทดานปลายของแกนทรงกลมแรงสง โดยจะยดตงฉากกบแกนของทรงกลมขนาดของโคโรนาซลดจะตองไมเกน 0.5D และหางจากจดสปารกของแกปทรงกลมไมนอยกวา 2D

140

สวนทตอลงดนและเกยรขบเคลอนมผลกระทบนอยมากดงนนขนาดเหลานนจงมความส าคญนอย รปท 1 ขอจ ากดของขนาดของสวนประกอบของตวอยางแกปทรงกลมแนวดงกานของแกปทรงกลมทงสองตองสมมาตรกน แกปแนวดงปกตจะมเสนผานศนยกลางมากกวา 25 เซนตเมตร

แกปแนวนอน (Horizontal gap) แกปแนวนอนมขอจ ากดของขนาดของสวนประกอบตางๆ

เหมอนกบแกปแนวดงปกตแลว แกปแนวนอนจะมเสนผานศนยกลางไมเกน 25 เซนตเมตรแกปแนวนอนแสดงดงรปท 2 จากรปท 1 และ 2 เมอ 1 คอ ฉนวนรองรบ 2 คอ กานยดแกปทรงกลม 3 คอ เกยรขบเคลอนทรงกลมเพอปรบระยะ 4 คอ สายแรงสงอนดบกบความตานทาน 5 คอ ทตอสายแรงสง A คอ ความสง P เหนอพนดน B คอ รศมยานปลอดภยจากวตถอน P คอ จดเกดการ Break down

รปท 1 แกปแนวดง (เสนผานศนยกลางใหญกวา 25 เซนตเมตร)

รปท 2 แกปแนวนอน (เสนผานศนยกลางไมเกน 25

เซนตเมตร)

ความ ส งขอ งท รงก ลม เห น อ พ น ด น (Height of the spheres above the horizontal earthed plane) ระยะ A ของจดทเกดเบรกดาวน เหนอพนทหองปฏบตการจะตองเปนไปตามขอจ ากด ดงแสดงในตารางท 2 ถาตดตงแกปทรงกลมแลวสวนทตอลงดนใกลกบเพดาน โดยทพนผวอนๆ เชนผนงหองและพนหอง มระยะทางคอนขางหางไกลมากกวาเมอเปรยบเทยบกบระยะทางจากเพดานไปยงสวนทตอลงดน เพดานจะถกพจารณาเปนระนาบทจะวดไปหาจดสปารกเปนระยะ A ระยะปลอดภยวตถ อนใดของทรงกลมวดแรงดน (Clearance around the spheres) คอ ระยะจากจดเบรกดาวนไปยงวตถแปลกปลอมอนๆ เชน เพดาน ผนงและตวน าตางๆ รวมทงอปกรณใดๆทตอลงดน เชนเดยวกบตวรองรบโครงสรางส าหรบทรงกลม ถาเปนวตถตวน าจะตองมระยะหางนอยทสดเปนระยะ B ดงตารางท 2 ในกรณนยอมใหต ากวา B ได แตจะตองไมนอยกวา2D ตวรองรบโครงสรางส าหรบทรงกลมทท าจากวสดฉนวน โดยมเงอนไขวาตองสะอาด และแหงและทรงกลมนใชส าหรบแรงดนไฟฟากระแสสลบหรอแรงดนอมพลสเทานน ระยะ B ระหวางจดเกดเบรกดาวนและโครงสรางรองรบทรงกลมอาจจะนอยกวาตามขอก าหนดในตารางท 2 ได แตอยางไรกตามตองไมนอยกวา 1.6 D

141

คาพคของแรงดนเบรกดาวนใน ตาราง ค (ภาคผนวก) ใชไดกบทระยะปลอดวตถอนได รอบทรงกลม ภายในขอก าหนดทใหไวในตารางท 2

ตารางท 2 ความสงของแกปทรงกลมเหนอพนดน(A)และระยะปลอดตวน า(B)

เสนผานศนยกลาง

ทรงกลม(D),cm

คาต าสดของ A

คาสงสดของ A

คาต าสดของ B

6.25

7D 9D 14S

10-15 6D 8D 12S 25 5D 7D 10S 50 4D 6D 8S 75 4D 6D 8S 100

3.5D 5D 7S

150 3D 4D 6S 200 3D 4D 6S

2.5 การตอลงดนและการตอสายดานแรงสง

ทรงกลมดานแรงต าจะตองตอลงดนโดยอาจผานความตานทาน เพอวตถประสงคตางๆเชน วดกระแส ส าหรบทรงกลมดานแรงสงตวน าทตอรวมทงความตานทานอนกรมเขากบกานยดทรงกลม จะตองหางจากจดทเกดการเบรกดาวนอยางนอยทสด 2D โดยจะตองอยเหนอระนาบ X

2.6 ตวตานทานปองกนในการวดแรงดนกระแสสลบ กระแสตรง และแรงดนอมพลส

ในการวดแรงดนกระแสสลบและกระแสตรง คาความตานทานดานแรงสงควรมคาระหวาง 100 กโลโอหม ถง 1 เมกกะโอหม เพอปองกนการเกดออสซลเลชน อนอาจจะเปน

สาเหตของการเกดเบรกดาวนทผดปกตในวงจรทท าการทดสอบ โดยทคาความตานทานดงกลาวท าใหสามารถละเลยผลของแรงดนตกครอมตวตานทานได แตถาในวงจรทดสอบหรอวสดทดสอบไมเกดการดสชารจชนดน คาความตานทานสามารถลดคาลงได แตจะตองเพยงพอแกการปองกนการเกดความรอนสงททรงกลม ในกรณการวดแรงดนอมพลส ตวตานทานท ใชจะมคาไม เกน 500 โอหมและควรจะเปนประเภทตวน าทปราศจากความเหนยวน า (ไมควรมคาความเหนยวน าเกน 30 ไมโครเฮนร)

2.7 การใชงานแกปทรงกลม แกปทรงกลมจะถอวาเปนเครองมอวดทถกตองตาม

มาตรฐานเมอคาเบยงเบน(Conventional deviation; Z) ดได จาก IEC 60 – 1[5] น อยกว า 1% ในการวดแรงดนกระแสสลบและแรงดนอมพลสฟาผา และ Z มคานอยกวา 1.5% ในการวดแรงดนอมพลสแบบสวตชง คาความคาดเคลอนจะมผลจากลกษณะผวทรงกลม ความสามารถในการหาอเลคตรอนอสระ (อาจจะมการฉายรงส ) ฝนละอองในอากาศ รวมทงกระบวนการวด

2.8 ผวของทรงกลม ผวของทรงกลมจะตองเรยบแหงและสะอาดจะตองไมมการ

เคลอบผวดวยสารเคลอบผวชนดตางๆ หลงจากใชงานไปแลว ผวของทรงกลมจะมลกษณะขรขระใหใชกระดาษทรายละ เอ ย ด (fine abrasive paper) ข ด ให เร ย บ บ ร เวณ ทความชนสง ความชนอาจจะควบแนนทผวของทรงกลมซงใหการวดผดพลาดได เพราะวาการเกดเบรกดาวนของแกปทรงกลมจะขนอยกบความสามารถในการหาอเลคตรอนอสระในชองวางทรงกลมในขณะเวลาทปอนแรงดน ซงถาหากวาในการทดลอง คาเบยงเบนมากกวาคาทก าหนดอาจจะตองมการฉายรงสเขาไปการฉายรงสโดยปกตแลวจะใชในการวดคาแรงดนทต ากวา 50 กโลโวลทพค ส าหรบแกปทรงกลมทกขนาดเสนผานศนยกลางและใชในกรณทแกปทรงกลม มเสนผานศนยกลางทนอยกวาหรอเทากบ 12.5 เซนตเมตร

142

2.9 การวดคายอดของแรงดนกระแสสลบความถพลงงาน

จะตองท าการปรบเทยบระบบวดแรงดนดวยชองวางทรงกลมจะไดกราฟความสมพนธ ระหวางแรงดนดานทอานจากโวลทมเตอรกบแรงดนสงทใชทดสอบ การปรบเทยบใหท าตามข-2.12โดยท

1) การปอนแรงดนใหกบวสดทดสอบ คอยๆ เพมแรงดนอยางชาๆ เพอใหสามารถอาแรงดนจากเครองมอวดแรงดนต าได

2) เมอปอนแรงดนจนเกดเบรกดาวน บนทกคาแรงดนทางดานแรงดนต าและจากตารางมาตรฐานกจะสามารถรคาแรงดนสงทสภาวะบรรยากาศมาตรฐานไดทนท

3) การปอนแรงดนแตละครงจะตอง ไมนอยกวา 30 วนาท เพอใหอเลคตรอนคลายตว

4) คาทถอวาถกตองจะตองท าการทดลองตอเนอง 10 ครง แลวท าการหาคาเฉลยออกมา โดยทคา (Conventional deviation) จะตองนอยกวา 1% ของคาเฉลย หมายเหต: คาในตารางมาตรฐานทระยะแกปอยในชวง 0.5D – 0.7D ซงเปนคาอยในวง เลบจะเปนคาทไมรระดบความเชอมนส าหรบการวดแรงดนสงกระแสสลบและแรงดนอมพลสและในกรณการวดแรงดนสงกระแสตรงไมสามารถทจะหาคาความแนนอนได

2.10 การวดแรงดนสงกระแสตรงดวยชองวางทรงกลม การวดแรงดนสงกระแสตรงดวยชองวางทรงกลม มาตรฐาน

IEC 60052 ไมไดแนะน าใหใชเพราะอาจจะเกดความผดพลาดของการเกดเบรกดาวนทระดบแรงดนต าไดเนองมาจากอนภาคไฟ-เบอรในอากาศ (fibrous particle) และในกรณทความชนสมบรณของอากาศอยในชวง 1 gm-3 – 13gm-3ไดแนะน าให ใชชองวาง รอด – รอด ในการวดแรงดนส งกระแสตรง แตอยางไรกตาม ในกรณทไมสามารถวดแรงดนสงกระแสตรงดวยชองวาง รอด – รอด ได กแนะน าใหใชแกปทรงกลมในการวดโดยทอากาศทเคลอนทผานชองวางทรง

กลมจะตองเคลอนทดวยความเรวคงทไมนอยกวา 3 m/s และวธการวดกใชวธเดยวกบการวดแรงดนกระแสสลบ

2.11 การวดแรงดนอมพลสดวยชองวางทรงกลม การวดแรงดนอมพลสดวยชองวางทรงกลมสามารถจะท าได

ทงแรงดนอมพลสฟาผาและสวตชง รายละเอยดดไดจากมาตรฐาน [2, 3]

2.12 การปรบเทยบระบบวดแรงดนสงดวยชองวางทรงกลม [1]

การวดแรงดนสงดวยชองวางทรงกลมเปนการวดดวยอปกรณทไมมตวช คอไมทราบวาขณะนแรงดนทปอนเขาไปนนมคาเทาใดจนกวาจะเกดสปารกขนในชองวาง ดงนนเพอใหทราบคาแรงดนทปอนไดตลอดเวลาจงตองท าการแบงเทยบโวลทมเตอรทวดดานแรงต ากอนดงวงจรแบงเทยบในรปท 3 ทระยะชองวางหนงจะไดแรงดนสปารกทางแรงสง UH1 คาหนง ซงขณะนนโวลทมเตอรดานแรงต าจะอานคา UL1 เมอเปลยนระยะชองวางหลายๆคากจะใหไดเสนกราฟแบงเทยบ (calibration curve) UHในเทอมของ UL ดงแสดงในรปท 3

รปท 3 วงจรวดแรงดนสงโดยใชชองวางทรงกลมปรบเทยบ

เมอ VR คอ ตวปรบแรงดน TT คอ หมอแปลง

ทดสอบแรงสง UL คอ แรงดนดานแรงต า UH คอ แรงดนดานแรงสง

143

Rd คอ ความตานทานหนวง D คอ เสนผานศนยกลางทรงกลม S คอ ระยะชองวาง คา UH ทระยะชองวางทรงกลมใดๆ ทสภาวะมาตรฐานหาไดจากตารางในมาตรฐานตางๆ ทเกยวของกบการวดแรงดนดวยชองวางทรงกลม เชน มาตรฐาน IEC 60052 ดงทไดน ามาแสดงไวในภาคผนวก ค ถาน าคา UH ทไดดงกลาวมาเขยนกราฟในเทอมของ UL เสนกราฟแบงเทยบทไดจะเปนคาทสภาวะมาตรฐานดงรปท 4 ฉะนนเมอน าเอาเสนกราฟนไปใชประกอบกบชองวางทรงกลมวดแรงดน ถาตองการทราบคาแรงดนทสภาพหองจะตองใชตวประกอบแปลงผนความหนาแนนอากาศและตวประกอบแปลงผนความชนดงแสดงไวในสมการท 3

รปท 4 เสนกราฟแบงเทยบมาตรฐาน

เมอ UL คอ แรงดนดานแรงต าอานจากโวลท

มเตอร (V) UH คอ แรงดนสงทใชทดสอบ (kV) 3. ชดทดสอบ เครองก าเนดแรงดนสงกระแสตรง 600 kV, 10mA ของ สจล. [6]

แหลงจายไฟแรงดนสงกระแสตรง (DC High-Voltage) ขนาดพกด 600 kV, 10 mAพรอมดวยชดควบคมการท างานและชดเครองมอวด เครองมอชดนไดรบการสนบสนนจากรฐบาลญปนในยคเรมกอตงหองปฏบตการ ปจจบนเครองมอ

น ไดรบการดแลรกษาเปนอยางดและยงสามารถใชงานไดตามปกต ใชงานส าหรบการศกษาวจยและการทดสอบคณสมบตของฉนวนทางไฟฟาแรงสง

3.1 ขนาดพกดของเครอง - อนพทแรงดนไฟฟากระแสสลบ 0-220 V - เอาทพทแรงดนไฟฟากระแสตรง 0-600 kV - กระแสเอาทพทสงสด 10 mA - ชนดของแรงดนเอาทพทเปนแบบ Negative

รปท 5 เครองก าเนดแรงดนสงกระแสตรง

3.2 แกปทรงกลม เสนผานศนยกลาง 25 เซนตเมตร

แกปทรงกลม ไดมาพรอมกนกบเครองก าเนดแรงดนสงกระแสตรง แกปทรงกลมทใชอยเปนแกปทรงกลมแนวดง ซงยงสามารถใชงานไดแตมปญหาเรองรอยบบบม ซงอาจจะท าใหการทดสอบทไดผดพลาดไปบาง

รปท 6 แกปทรงกลมมาตรฐานเสนผานศนยกลาง 25 เซนตเมตร

144

STANDARD SPHERE GAP TYPE: G-250 V DIAMETER 250 mm. DATE 3.1982. Pulse Electronic Engineering CO.,Ltd. JAPAN

3.3 ตควบคม

รปท 7 ตควบคมการปอนแรงดนใหกบ

เครองก าเนดแรงดนสงกระแสตรงเมอ 1 คอ มเตอรส าหรบวดแรงดนอนพท 9 คอ ปม INDICATOR RESET 2 คอ Input Voltage Meter 10 คอ ปม PREPARE 3 คอ Input Current Meter 11 คอ ปม ON 4 คอ Output Voltage Meter 12 คอ ชดปรบขนาดแรงดนแบบละเอยด 5 คอ Output Current Meter 13 คอ ชดปรบขนาดแรงดนแบบหยาบ 6 คอ หลอดแสดงสถานะ การท างาน 14 คอ EMERGENCY STOP 7 คอ ปม OFF 15 คอ Power Source Circuit Breaker 8 คอ ปม ALARMS STOP 16 คอ Control Source Circuit Breaker ขนตอนและวธการควบคมชดควบคมเพอท าการทดสอบ

1. เปดไฟใหสญญาณวาจะท าการทดสอบ และกดกรงเพอใหผทอยในบรเวณนนทราบ 2. เปดสวตเซอรกตเบรกเกอรเมน 3. เปดสวตเซอรกตเบรกเกอรของวงจรก าลง 4. เปดสวตเซอรกตเบรกเกอรของวงจรชดคอนโทรล 5. ท าการหมนชดปรบขนาดแรงดนแบบปรบละเอยดใหอยในต าแหนงศนยทกครงกอนท าการทดสอบ จนกระทงปม Low Limit มไฟสวางขน 6. กดปม Prepare 7. กดปม ON 8. เพมแรงดนทชดควบคมดวยชดปรบแรงดนแบบปรบหยาบ จนถงคาประมาณ 75%ของคาแรงดนทคาดหวง แลวจงท าการปรบละเอยดจนเกดเบรกดาวน 9. เมอเกดเบรกดาวนทชองวางทรงกลม ใหรบกดปม EMERGENCY STOP แลวรบลดแรงดนลง โดยการหมนชดปรบขนาดแรงดนแบบปรบหยาบและแบบปรบละเอยดใหกลบสต าแหนงศนยจนกระทงปม Low Limit มไฟสวางขน 10. กดปม OFF และกดปม Indicator reset 4. การทดลอง การทดลองตอนท 1.1 การปรบเทยบระบบวดแรงดนสงกระแสตรงดวยชองวางทรงกลม (เสนผานศนยการ 25 เซนตเมตร) 1. สภาพบรรยากาศการทดลอง

อณหภม....................................................oC ความชนสมพทธ..............................% ความดนบรรยากาศ........................…mmHg ความชนสมบรณ............................gm

2. ตอวงจรการทดลองดงรปท 8

145

รปท 8 การตอวงจรการปรบเทยบระบบวดแรงดนสง

จากรปท 8 เมอ

1 คอ แกปทรงกลมมาตรฐานขนาดเสนผานศนยกลาง 25 เซนตเมตร 2 คอ ตวตานทานน า 3 คอ ตวน าโตทรงกระบอกกลวง ชวยลดการเกดโค

โรนา 4 คอ ตวเครองก าเนดไฟฟากระแสตรงแรงดนสง

3. ปรบระยะชองวางอากาศเทากบ 3 เซนตเมตร คอยๆปอนแรงดนจนเกดการเบรกดาวน บนทกคาแรงดนจากเครองมอวดแรงดนต าในตารางท 3 โดยท าซ ากน 10 ครง 4. หาคาเฉลยของแรงดนเบรกดาวนในตารางท 3 ออกมา บนทกคาในตารางท 4 และบนทกคาแรงดนสงจากตารางมาตรฐานลงไปดวย

5. ปรบระยะชองวางอากาศเปน 6,9,12 และ15 เซนตเมตร ตามล าดบและท าซ าขอ 3 และ 4

6. เขยนกราฟความสมพนธระหวางแรงดนดานแรงต าทอานจากโวลทมเตอรกบแรงดนสงทใชในการทดสอบจากตารางท 4 การทดลองท 1.2 การวดแรงดนกระแสตรงดวยชองวางทรงกลม

1. สภาพบรรยากาศการทดลอง อณหภม....................................................oC

ความชนสมพทธ..............................% ความดนบรรยากาศ........................…...mmHg ความชนสมบรณ............................ gm-3 2. ตอวงจรการทดลองดงรปท 9 โดยใหใชวสด

ทดสอบเปนลกถวยฉนวนแบบพนโพส

รปท 9 การตอวงจรวดแรงดนสงกระแสตรงดวยชองวางทรงกลม

จากรปท 9 เมอ

1 คอ โวลทเตจดไวเดอร 2 คอ แกปทรงกลมมาตรฐานเสนผาน

ศนยกลางขนาด 25 เซนตเมตร 3 คอ ลกถวยฉนวนทใชทดสอบ 4 คอ ตวตานทานน า 5 คอ ตวน าโตทรงกระบอกกลวง ชวยลด

การเกดโคโรนา 6 คอ เครองก าเนดไฟฟากระแสตรง

แรงดนสง

146

3. ปอนแรงดนจนเกดวาบไฟตามผวลกถวยฉนวน

บนทกคาแรงดนทางดานแรงต าในตารางท 5และบนทกคาแรงดนทอานไดจากโวลทเตจดไวเดอรแบบตวตานทานในตารางท 6 โดยทโวลทเตจดไวเดอรมอตราสวนเทากบ……….

4. ท าจนครบ 5 ครงหาคาแรงดนวาบไฟตามผวเฉลย

5. ค านวณหาคาแรงดนวาบไฟตามผวของลกถวยฉนวนทสภาวะหองทดลอง

ตารางท 3 ผลการทดลองตอนท 9

ตารางท 4 ผลการทดลองการปรบเทยบระบบวด

การวดไฟฟาแรงดนสงกระแสตรงโดยวธชองวางทรงกลม ส าหรบในกรณของแรงดนกระแสตรง ฝนละอองในอากาศจะเรยงตวกนเปนแนวเดยวกนกบสนามไฟฟาท าให

เกดสปารคขนไดทแรงดนต าๆ ดงนนคาความไมแนนอนของการเบรคดาวนจงมคามาก มความคลาดเคลอนอยถง 5% ถาใชชองวางขวทรงกลม ( Rod Gap ) ความคลาดเคลอนจะนอยลง แตมขอเสยทแรงดนเบรคดาวนเปลยนแปลงไปตามความชนไดงาย คาแรงดนทท าใหเกดสปารคหรอเบรคดาวนขนอยกบความคงทนตอแรงดนไฟฟาของอากาศ หรอกาซ ระยะหางระหวางทรงกลมและขนาดเสนผาศนยกลางของทรงกลม นนคอ Vb = f(d,D, ) เมอ Vb คอ แรงดนทท าใหเกดสปารค d คอ ระยะชองวางระหวางทรงกลม D คอ เสนผาศนยกลางของทรงกลม คอ ความหนาแนนสมพทธของอากาศขนอยกบความดนบรรยากาศ

3. วธด าเนนการ

3.1 การเตรยมอปกรณ 3.1.1 เตรยมไมอดตดขนาด กวาง 50 เซนตเมตร ยาว 50 เซนตเมตร

รปท 3.1.1 ไมอดทใชในโครงงาน

3.1.2 เตรยมแผนอาคลก ตดขนาน กวาง 50 เซนตเมตร ยาว 50 เซนตเมตร และเตรยมแผนอาคลกตดใหเปนรปวงกลมใชเสนผานศนย 15 เซนตเมตร

147

รปท 3.1.2 แผนอาคลกทน ามาใชงาน 3.1.3 สายไฟทใชการท าโครงการนใชสาย VAF 2x2.5 ทนแรงดน ทนกระแสได 20A ดงรปท 3.1.3

รปท 3.1.3 สายไฟ VAF 2x2.

3.1.4 ลกโลหะทรงกลมใชเสนผานศนยกลาง 1 เซนตเมตร น ามาเจาะรเพอใหสะดวกตอการใชงานและเหลก ยาว 12 เซนตเมตร ดงรปท 3.1.4

รปท 3.1.4 ลกโลหะทรงกลมและเหลก

3.1.5 ทอ PVC โปรงตดขนาน ยาว 20 เซนตเมตร ดงรปท 3.1.5

รปท 3.1.5 ทอ PVC โปรง 3.1.6 ตวตานทาน 500 KΩ 1W 1% จ านวน 60 ตว และ 100 KΩ 0.5 W 1% จ านวน 3 ตว น ามาตอแบบอนกรมสามารถดไดดงรปท 3.1.6

รปท 3.1.6 ตวตานทาน

3.1.7 ชดโฟดชนทใชในโครงการ ดงรปภาพท 3.1.7

148

3.1.7 ชดโฟดชน

3.1.8 หมอแปลงไฟฟาทใชในโครงการ ดงรปภาพท 3.1.8

3.1.8 หมอแปลงไฟฟา

4. ผลการทดลอง

4.1 การด าเนนโครงการ เรอง เครองวดแรงดนดวยโลหะทรงกลม ซงผลงานสามารถดได ดงรปท 4.1

เราจะมการตรวจเชดระบบและการท างานตอไปน

4.2 ตารางการตรวจเชคระยะแกป

149

4.3 ทดลองใชเครองวดแรงดนดวยโลหะทรงกลม มการใชงานไดตามปกตสามารถน ามาใชงานวดกระแสไฟฟาแรงสงและใชเปนเครองมอส าหรบเปนเครองประกอบการเรยนการสอน 5. สรปและขอเสนอแนะ

จากการจดท าโครงการ เรองเครองมอวดดวยโลหะทรงกลม โดยจดท าเปนชดโครงสรางซงด าเนนการเสรจและสามารถน าไปใชงานไดโดยจากการด าเนนงาน สามารถสรปไดดงน

5.1 สรปผล 5.1.1 เครองวดแรงดนดวยดลหะทรงกลมท าจากลกโลหะ

ทรงกลม และอปกรณ อน ๆ ประกอบดวย ไมอด แผนอาคลก ตวตานทาน สายไฟ เหลกและทอ PVC ฯลฯ

5.1.2 เครองวดแรงดนดวยโลหะทรงกลมสามารถวดคาไฟฟาไดทงกระแสตรง และกระแสสลบ

5.1.3 เครองวดแรงดนดวยโลหะทรงกลมนไดจดท าเปนชดโครงสรางทมขนาด

กะทดลดซงสะดวกในการยายเคลอนท และเหมาะกบการน าไปใชงาน 5.2 ขอเสนอแนะ

5.2.1 แผนอาคลกมขนาดบางจงเสยงตอการเกดไฟฟาลดวงจรอาจท าใหไฟซอด หรออาจดดเอาได ควรใชแผนอาคลกทมขนานหนามากกวาน

5.2.2 ทอ PVC โปรง เบาและบางจนเกนไป ควรใชทอ PVC แบบตน

อางอง

หนงสอเรยนวชาวศวกรรมไฟฟา และศกษาคนขอมลจากอนเทอรเนต www.kmitl.ac.th/eeml/PDF/DC1..pdf www.geocities.ws/highvolt_ubu/CIRCLE.htm

นายอคราวธ ดโคตร

นกศกษาสาขาวชาชางไฟฟา วทยาลยเทคโนโลยอตสาหกรรมศรสงคาม มหาวทยาลยนครพนม