ส่วนประกอบต่างๆของสถานีไฟฟ้า 115KV.
เริ่มจากซ้ายมือ Take Off รับไฟ 115 KV. ผ่าน Disconnecting -> Lightning Arrester -> PT -> Circuit Breaker -> Powertransformer -> Control Builting->Risor Pole
1 115kV Equipment in Switchyard1.1 GIS
1.2 Disconnecting Switch with ES
1.2 Disconnecting Switch without ES
1.3 Voltage Transformer
1.4 Current Transformer
1.5 Surge Arrester with counter
1.6 Power Transformer
1.2 Disconnecting Switch without ES
1.3 Voltage Transformer
1.4 Current Transformer
1.5 Surge Arrester with counter
1.6 Power Transformer
2 MV Equipment2.1 22kV Incoming Feeder
2.2 22kV Dummy
2.2 22kV Dummy
3 115/22kV Control & Relay Panel3.1 Control & Relay Protection for INC.#1
3.2 Control & Relay Protection for TR.1
3.2 Control & Relay Protection for TR.1
4 Service Station4.1 50 kVA 22/0.40 V Service Transformer
4.2 380/220 Vac Distribution Board
4.3 110 Vdc Battery & Charger
4.4 110 Vdc Distribution Board
4.5 4x400W Flood Lighting with Control Box
5 HV, MV, LV and Control Cable5.1 HV Cable AAC 1C-400 Sq.mm./Phase
5.2 MV Cable 2C-400 Sq.mm./Phase
5.3 MV Cable Termination (Indoor type)
5.4 LV Cable
5.5 Control Cable
5.6 Cable Ladder, Conduit & Fitting work
5.7 Al bus and fitting
4.2 380/220 Vac Distribution Board
4.3 110 Vdc Battery & Charger
4.4 110 Vdc Distribution Board
4.5 4x400W Flood Lighting with Control Box
5 HV, MV, LV and Control Cable5.1 HV Cable AAC 1C-400 Sq.mm./Phase
5.2 MV Cable 2C-400 Sq.mm./Phase
5.3 MV Cable Termination (Indoor type)
5.4 LV Cable
5.5 Control Cable
5.6 Cable Ladder, Conduit & Fitting work
5.7 Al bus and fitting
6 Grounding System6.1 Copper Conductor 120 sq.mm. for Grid Under Ground
6.2 Thermo-welding joint
6.3 Copper Conductor 95 sq.mm. for Equipment grounding
6.4 Thermo-welding joint
6.5 12m. Concrete Pole with O/H Groung wire
6.6 Service Station Ground Bar
7 Steel Structure7.1 Take-off Column
7.2 Take-off Beam.
7.3 Circuit Breaker Support
7.4 Disconnecting Swith with Earthing Switch Support
7.5 Disconnecting Swith Support
7.6 Voltage Transformer Support
7.7 Current Transformer Support
7.8 Surge Arrester Support
7.9 VT Junction Box
7.10 CT Junction Box
7.11 Operating Platform
7.3 Circuit Breaker Support
7.4 Disconnecting Swith with Earthing Switch Support
7.5 Disconnecting Swith Support
7.6 Voltage Transformer Support
7.7 Current Transformer Support
7.8 Surge Arrester Support
7.9 VT Junction Box
7.10 CT Junction Box
7.11 Operating Platform
8 Civil & Construction Work8.1 Take-off Foundation
8.2 PT Foundation
8.3 HV-Switchgear Foundation .
8.4 Power Transformer Foundation
8.5 Control Building M&E and A/C system
8.6 Substation Wire-mesh Fence Height 2.0 m.
8.7 Power Cable Trench with steel plate
8.6 Substation Wire-mesh Fence Height 2.0 m.
8.7 Power Cable Trench with steel plate
8.8 Control Cable Trench with steel plate
8.9 Service Transformer Foundation .
8.10 Crush rock #2
8.10 Crush rock #2
การสร้างสถานีไฟฟ้า 115 KV.ทั้งในโรงงาน และของทางการไฟฟ้าส่วนภูมิภาค อุปกรณ์หลักที่ใช้ติดตั้งส่วนใหญ่จะนำเข้ามาจากต่างประเทศ เช่น GIS , Protection Relay เป็นต้น มีเฉพาะบางอย่างเท่านั้นที่ทำได้ในเมืองไทย เช่น หม้อแปลง ลูกถ้วยต่างๆ เหตุผลคือเทคโนโลยีการผลิตของเรายังพัฒนาได้ไม่เท่ากับต่างประเทศ ราคาจะสูงพอสมควรเลยครับ
อุปกรณ์ติดตั้ง ที่จะกล่าวถึง ดังนี้
1.งานด้าน Incomming 115KV & Outgoing 22KV.
2.งานติดตั้งหม้อแปลง และ หม้อแปลง Service
3.งานติดตั้งตู้ สวิทช์เกียร
4.งานติดตั้งอุปกรณ์ในลานไก
5.งานติดตั้งตู้ ควบคุม Relay
6.งานติดตั้งระบบ SCADA
7.งานติดตั้งระบบดับเพลิง
InDoor Type.เป็นการติดตั้งในลักษณะอยู่ในอาคารทั้งหมด ป้องกันสัตว์ และเศษวัสดุปลิว พาดผ่านได้ดี
OutDoor Type ส่วนใหญ่นิยมแบบนี้กันเพราะราคาถูกกว่า แต่โอกาสเเกิด Fault สูงกว่า
Modura Substation หมายถึงสถานีไฟฟ้าชั่วคราว จุดต่อของอุปกรณ์ทุกจุดเป็นแบบ Plug In สามารถถอดเปลี่ยน ย้ายได้ง่าย ทาง PEA จะใช้ทดแทน ก่อนสร้างสถานีไฟฟ้าแบบถาวร
Incomming 115KV เป็นแบบ Outdoor รายละเอียดอุปกรณ์จะกล่าวถึงในครั้งหน้า
DuckBank. เป็นวิธีการการวางสายในท่อแล้วเทปูนหุ้มไว้ป้องกันการโดนกระแทก เป็นส่วนที่เชื่อมต่อระหว่าง Incomming กับ หม้อแปลง แต่บางครั้งอาจใช้เป็นเทนส์ก็ได้
วิธีการปิดช่องเพื่อป้องกันสัตว์เข้าไป หินก็เป็นส่วนหนึ่งในการป้องกันสัตว์ เพราะหินเวลาถูกแสงแดดจะร้อน และหินมีความคมต่อการเคลื่อนที่ของสัตว์
สายเคเบิ้ล เป็นจุดที่สำคัญ ที่ต้องคำนึงถึงเรื่องระยะสาย และวิธีการดึงสาย ถ้าอย่างใดอย่างหนึ่งผิดพลาด จะต้องเริ่มใหม่ทั้งหมด
ส่วนที่เป็นสีขาว เป็นสีทนไฟทาเคลือบเพื่อป้องการสายไฟใหม้ กรณ๊ที่เกิดการระเบิด
ยังมีเรื่องของการเรียงเฟสของสายที่จะกล่าวถึงครั้งต่อไปครับ
สรุปว่า จากการติดตั้งอุปกรณ์ Incomming รับไฟ 115 KV เข้าสู่ระบบแปลงไฟ ควบคุมด้วยระบบและอุปกรณ์ป้องกันต่างๆ สุดท้ายออกปลายทางเป็นไฟ 22KV เข้าสู่โรงงาน หรือหมู่บ้านต่างๆ โดยจะมีหม้อแปลงแรงดันจาก 22KV เป็น 220 V. อีกครั้งหนึ่ง เพื่อให้เราได้ใช้งานกับอุปกรณ์ไฟฟ้าต่อไป
คำว่า Outgoing หรืออาจเรียกว่า Feeder หมายถึงเส้นทางที่ต้องส่งต่อไปใช้งาน ในแต่ละ Outgoing จะมีชุด Air Circuit Breaker (Switch Gear) อนุกรมด้วย เป็นส่วนสำคัญที่ต้องคำนึงถึงก่อนออกแบบ
สิ่งที่ต้องคำนึงถึงในการติดตั้ง
ระยะติดตั้งของเสา Risor Pole ประมาณ 1 เมตรต้องไม่มีวัสดุขวางการสับใบมีด ส่วนเรื่องแนวการติดตั้งใบมีดนั้นที่ทำมา ไม่เหมือนกันครับ บางทีเป็นแนวนอน บางทีเป็นแนวตั้ง หรือเอียง แล้วแต่ผู้ควบคุมงานครับต้องคุยกันให้ดี
ความลึกของเสา Risor และการติดตั้งสายกาย์ การล๊อคสายด้วยตะกร้อร้อยสาย ระยะห่างระหว่างหัวเคเบิ้ลกับใบมีด
เรื่องสุดท้ายคือ การทดสอบ Hipot Test หลักการจะต้องทดสอบถึงชุดล่อฟ้า และต้องทำ AC WithStand เป็นเวลา 24 ชม. ตามมาตราฐาน PEA
CT PT หม้อแปลงเครื่องมือวัด
หม้อแปลงเครื่องมือวัด (Instrument Transformer)
หม้อแปลงเครื่องมือวัด เป็นเครื่องสำเร็จ (Apparatus) ที่ใช้สำหรับแปลงแรงดันหรือกระแส เพื่อให้สามารถใช้ได้กับเครื่องวัดไฟฟ้าภายในพิสัยความถี่กำลัง โดยเครื่องวัดปกติ การขยายพิสัยวัดกระแสทำได้โดยใช้ชันต์ การขยายพิสัยวัดแรงดันทำโดยใช้ตัวต้านทานอนุกรม (ตัวคูณ) ซึ่งสามารถทำได้โดยสะดวก และพบเห็นทั่วไปในการวัดกระแสตรง อย่างไรก็ตาม วิธีนี้มีขีดจำกัดที่ค่ากระแสและแรงดันไม่สูงมาก เมื่อกระแสมีค่าสูงมากเกินไม่กี่ร้อยแอมแปร์ กำลังที่สูญเสียในชันต์จะมีค่ามากพอ นอกจากนั้นจะต้องคิดถึงการฉนวนเครื่องวัดให้พอเพียง ซึ่งเป็นเรื่องยากถ้ากระแสที่จะวัดอยู่ที่หลายร้อยหรือหลายพันโวลต์เหนือดิน ในกรณีที่ต้องวัดค่าที่มีพิสัยกว้างให้มีความถูกต้อง เป็นเรื่องที่ไม่เหมาะสมที่จะต้องมีเครื่องวัดที่สามารถวัดค่าพิสัยกว้างให้ถูกต้องทั้งหมด แต่โดยการลดกระแสหรือแรงดันค่าสูงลงมาด้วยอัตราส่วนที่รู้ค่า และถูกต้องหลายๆค่าโดยใช้หม้อแปลง และใช้เครื่องมือวัดที่สามารถวัดขนาดกระแสหรือแรงดันค่าไม่สูง แต่มีความถูกต้องมากวัดค่า จะสามารถได้พิสัยกว้าง โดยมีความถูกต้องตามต้องการแต่ประหยัดและปลอดภัย
เราสามารถแบ่งหม้อแปลงเครื่องมือวัดตามการใช้งานได้เป็นหม้อแปลงกระแส (Current Transformer (CT)) และหม้อแปลงแรงดัน (Potential Transformer (PT)) หม้อแปลงเครื่องมือวัดมีลักษณะเหมือนหม้อแปลงกำลังทั่วๆไป (สามารถใช้วงจรสมมูลของหม้อแปลงธรรมดาได้) แต่มีข้อพิเศษที่แตกต่างคือ
1. จำเป็นต้องรู้อัตราส่วนจำนวนรอบอย่างแน่นอน เนื่องจากค่าความผิดพลาดหนึ่งรอบใน 200 ถ้าพิจารณาในลักษณะหม้อแปลงกำลัง จะทำให้เกิดความแตกต่างของแรงดันน้อยมาก แต่ก็จะผิดพลาดมาก ถ้าพิจารณาในการนำไปใช้ด้านการวัด
2. แรงดันตกคร่อมในขดลวดจะต้องมีค่าต่ำที่สุด เพื่อหลีกเลี่ยงการเลื่อนเฟสหรือการเปลี่ยนอัตราส่วนการแปลง โดยการออกแบบหม้อแปลงให้มีค่ารีแอกแตนซ์รั่วซึมต่ำ และโดยใช้สายตัวนำ (ทองแดง) ให้มีขนาดโตกว่าที่ต้องการ ดังนั้นในกรณีหม้อแปลงกำลัง การโหลดจะถูกจำกัดโดยผลเนื่องจากความร้อน แต่การโหลดของหม้อแปลงเครื่องมือวัดจะถูกจำกัดโดยค่าความถูกต้อง
เราอาจแบ่งหม้อแปลงเครื่องมือวัดตามความถูกต้องออกได้เป็น 5 ชั้น คือ 0.1 0.2 0.5 1.0 และ 3.0 สามชั้นแรกใช้สำหรับการทดสอบหรืองานวัดละเอียด สองชั้นหลังจะใช้สำหรับการวัดทั่วไป
หม้อแปลงเครื่องมือวัด เป็นเครื่องสำเร็จ (Apparatus) ที่ใช้สำหรับแปลงแรงดันหรือกระแส เพื่อให้สามารถใช้ได้กับเครื่องวัดไฟฟ้าภายในพิสัยความถี่กำลัง โดยเครื่องวัดปกติ การขยายพิสัยวัดกระแสทำได้โดยใช้ชันต์ การขยายพิสัยวัดแรงดันทำโดยใช้ตัวต้านทานอนุกรม (ตัวคูณ) ซึ่งสามารถทำได้โดยสะดวก และพบเห็นทั่วไปในการวัดกระแสตรง อย่างไรก็ตาม วิธีนี้มีขีดจำกัดที่ค่ากระแสและแรงดันไม่สูงมาก เมื่อกระแสมีค่าสูงมากเกินไม่กี่ร้อยแอมแปร์ กำลังที่สูญเสียในชันต์จะมีค่ามากพอ นอกจากนั้นจะต้องคิดถึงการฉนวนเครื่องวัดให้พอเพียง ซึ่งเป็นเรื่องยากถ้ากระแสที่จะวัดอยู่ที่หลายร้อยหรือหลายพันโวลต์เหนือดิน ในกรณีที่ต้องวัดค่าที่มีพิสัยกว้างให้มีความถูกต้อง เป็นเรื่องที่ไม่เหมาะสมที่จะต้องมีเครื่องวัดที่สามารถวัดค่าพิสัยกว้างให้ถูกต้องทั้งหมด แต่โดยการลดกระแสหรือแรงดันค่าสูงลงมาด้วยอัตราส่วนที่รู้ค่า และถูกต้องหลายๆค่าโดยใช้หม้อแปลง และใช้เครื่องมือวัดที่สามารถวัดขนาดกระแสหรือแรงดันค่าไม่สูง แต่มีความถูกต้องมากวัดค่า จะสามารถได้พิสัยกว้าง โดยมีความถูกต้องตามต้องการแต่ประหยัดและปลอดภัย
เราสามารถแบ่งหม้อแปลงเครื่องมือวัดตามการใช้งานได้เป็นหม้อแปลงกระแส (Current Transformer (CT)) และหม้อแปลงแรงดัน (Potential Transformer (PT)) หม้อแปลงเครื่องมือวัดมีลักษณะเหมือนหม้อแปลงกำลังทั่วๆไป (สามารถใช้วงจรสมมูลของหม้อแปลงธรรมดาได้) แต่มีข้อพิเศษที่แตกต่างคือ
1. จำเป็นต้องรู้อัตราส่วนจำนวนรอบอย่างแน่นอน เนื่องจากค่าความผิดพลาดหนึ่งรอบใน 200 ถ้าพิจารณาในลักษณะหม้อแปลงกำลัง จะทำให้เกิดความแตกต่างของแรงดันน้อยมาก แต่ก็จะผิดพลาดมาก ถ้าพิจารณาในการนำไปใช้ด้านการวัด
2. แรงดันตกคร่อมในขดลวดจะต้องมีค่าต่ำที่สุด เพื่อหลีกเลี่ยงการเลื่อนเฟสหรือการเปลี่ยนอัตราส่วนการแปลง โดยการออกแบบหม้อแปลงให้มีค่ารีแอกแตนซ์รั่วซึมต่ำ และโดยใช้สายตัวนำ (ทองแดง) ให้มีขนาดโตกว่าที่ต้องการ ดังนั้นในกรณีหม้อแปลงกำลัง การโหลดจะถูกจำกัดโดยผลเนื่องจากความร้อน แต่การโหลดของหม้อแปลงเครื่องมือวัดจะถูกจำกัดโดยค่าความถูกต้อง
เราอาจแบ่งหม้อแปลงเครื่องมือวัดตามความถูกต้องออกได้เป็น 5 ชั้น คือ 0.1 0.2 0.5 1.0 และ 3.0 สามชั้นแรกใช้สำหรับการทดสอบหรืองานวัดละเอียด สองชั้นหลังจะใช้สำหรับการวัดทั่วไป
หม้อแปลงกระแส (Current Transformer (CT))
ในแอมมิเตอร์กระแสตรงแบบ Permanent Magnet Moving Coil (PMMC) เมื่อต้องการขยายพิสัยวัดจะทำโดยการใช้ชันต์เพื่อแบ่งกระแสที่ต้องการวัดระหว่างเครื่องวัดกับชันต์ วิธีนี้จะเหมาะสำหรับวงจรกระแสตรง แม้ว่าเมื่อกระแสเพิ่มมากขึ้น กำลังสูญเสียในชันต์จะมีค่ามาก ในวงจรกระแสสลับ การแบ่งกระแสจะไม่เพียงขึ้นกับความต้านทานของเครื่องวัดกับชันต์เท่านั้น แต่ยังขึ้นกับค่ารีแอกแตนซ์ของมันด้วย เพราะว่าการวัดกระแสสลับอาจกระทำในพิสยความถี่กว้าง ดังนั้นจะเป็นการยากที่จะได้ความถูกต้องสูง หม้อแปลงกระแสจะทำให้เกิดการขยายพิสัยที่ต้องการผ่านอัตราส่วนการแปลง และทำให้เกิดค่าที่อ่านเกือบจะเหมือนกัน โดยไม่คำนึงถึงค่าคงที่ (ความต้านทาน หรือรีแอกแตนซ์) หรือจำนวนของเครื่องวัด (ภายในขอบเขต) ที่ต่ออยู่ในวงจร
หลักการเบื้องต้นของ CT
กระแสโหลดที่ต้องการวัด จะไหลผ่านขอปฐมภูมิ ซึ่งอาจจะเป็นลวดตัวนำเส้นเดียว ถือว่าเป็นหนึ่งรอบทางปฐมภูมิ ขดลวดทุติยภูมิจะมีจำนวนรอบมากกว่า และจะต่อกับมาตรวัดกระแส ขดลวดของรีเลย์หรือขดลวดของวัตต์มิเตอร์ การทำงานของหม้อแปลงกระแสจะขึ้นอยู่กับสมดุลของค่าแอมแปร์-รอบที่สร้างขึ้น โดยขดปฐมภูมิและทุติยภูมิ ถ้าหม้อแปลงเป็นอุดมคติ คือ ไม่มีกระแสทำแม่เหล็ก (Magnetizing Current) หรือความสูญเสียในแกน จะได้
หลักการเบื้องต้นของ CT
กระแสโหลดที่ต้องการวัด จะไหลผ่านขอปฐมภูมิ ซึ่งอาจจะเป็นลวดตัวนำเส้นเดียว ถือว่าเป็นหนึ่งรอบทางปฐมภูมิ ขดลวดทุติยภูมิจะมีจำนวนรอบมากกว่า และจะต่อกับมาตรวัดกระแส ขดลวดของรีเลย์หรือขดลวดของวัตต์มิเตอร์ การทำงานของหม้อแปลงกระแสจะขึ้นอยู่กับสมดุลของค่าแอมแปร์-รอบที่สร้างขึ้น โดยขดปฐมภูมิและทุติยภูมิ ถ้าหม้อแปลงเป็นอุดมคติ คือ ไม่มีกระแสทำแม่เหล็ก (Magnetizing Current) หรือความสูญเสียในแกน จะได้
คือ อัตราส่วนรอบของหม้อแปลงกระแสโดย
ปกติจะออกแบบให้ขดลวดทุติยภูมิจ่ายกระแสทุติยภูมิขนาด 5 A. แผ่นป้ายชื่อบนตัวจะกำหนดอัตราส่วนของหม้อแปลง เช่น 500:5 A. ค่านี้ไม่ใช่อัตราส่วนรอบ เพียงแต่แสดงว่า กระแสปฐมภูมิ 500 A. จะให้กระแสทุติยภูมิ 5 A. เพื่อต่ขดทุติยภูมิเข้ากับแอมมิเตอร์พิสัย 5 A. เพราะว่าโหลดในระบบจะกำหนดกระแสปฐมภูมิ กระแสทุติยภูมิจะสัมพันธ์กับกระแสปฐมภูมิ โดยอัตราส่วนรอบผกผัน (โดยประมาณ) ในการสร้าง จะต้องทำให้กระแสทำแม่เหล็ก ความสูญเสียในแกน และเส้นแรงรั่วซึมน้อยที่สุด เพื่อจะแน่ใจว่า อัตราส่วนกระแสปฐมภูมิต่อทุติยภูมิจริงๆ จะเข้าใกล้อัตราส่วนรอบผกผัน
จะมีความผิดพลาดที่สำคัญในหม้อแปลงกระแสคือ ความผิดพลาดของกระแส (หรืออัตราส่วน) กับความผิดพลาดมุมเฟส มีการนิยามความผิดพลาดกระแสหรืออัตราส่วน (Current or Ratio Error) ว่าเท่ากับ
คือ อัตราส่วนตามพิกัด
คือ อัตราส่วนจริง
ความผิดพลาดมุมเฟสคือ มุมเฟสระหว่างเวกเตอร์ของกระแสปฐมภูมิกับเวกเตอร์ของกระแสทุติยภูมิที่กลับทิศ สำหรับหม้อแปลงที่สมบูรณ์ ค่ามุมเฟสนี้จะเป็น 0
ค่าความผิดพลาดเหล่านี้ จะกำหนดโดยเทียบกับโหลดที่ต่ออยู่กับขดทุติยภูมิโดยเฉพาะค่าหนึ่ง เรียกโหลดนี้ว่า เบอร์เดน (Burden) ของหม้อแปลง และกำหนดเบอร์เดนนี้โดยกำลังปรากฏ (VA) ที่ใช้ไปในโหลดภายใต้ความถี่ และกระแสทุติยภูมิที่กำหนด และโดยตัวประกอบกำลัง (Power Factor) ของมัน
ข้อควรระวังในการใช้หม้อแปลงกระแส
จะต้องไม่เปิดวงจรทุติยภูมิของหม้อแปลงกระแสขณะที่มีกระแสไหลทางด้านปฐมภูมิ จำนวนแอมแปร์-รอบจะถูกทำให้คงที่โดยกระแสปฐมภูมิ และจะไม่ลดลงเมื่อทางทุติยภูมิเปิดวงจร การเปิดวงจรทางด้านทุติยภูมิจะลดแอมแปร์-รอบทางด้านทุติยภูมิเป็นศูนย์ ซึ่งจะไม่มีแรงเคลื่อนแม่เหล็กกลับไปต่อต้านแรงเคลื่อนแม่เหล็กจากแอมแปร์-รอบปฐมภูมิ และความหนาแน่นของเส้นแรงจะเพิ่มขึ้นจนกระทั่งแกนอิ่มตัว ผมที่ตามมาของการที่เส้นแรงอิ่มตัว จะกระทำต่อจำนวนรอบทางทุติยภูมิที่มีค่ามาก ทำให้แรงดันที่ถูกเหนี่ยวนำในขดลวดทุติยภูมิจะมีค่าสูง ซึ่งอาจเป็นอันตรายต่อผู้เปิดวงจรหรือทำความเสียหายต่อฉนวนของหม้อแปลง นอกจากนั้น จะเกิดความร้อนเนื่องจากความสูญเสียในแกนขณะที่มันอิ่มตัว อาจมากพอที่จะทำลายหม้อแปลงได้ หม้อแปลงกระแสที่ใช้งานจะมีหลายลักษณะ เช่น
-เครื่องวัดแบบ Clip-on เป็น CT แบบหนึ่ง โดยแกนเหล็กสามารถแยกออกจากกัน เพื่อให้สอดเข้าไปวัดสายตัวนำ (ทำให้สามารถวัดค่ากระแสโดยไม่จำเป็นต้องตัดวงจร)
-โพรบกระแส (Current Probe) ของออสซิลโลสโคปสำหรับใช้วัดกระแสสลับ จะทำงานในลักษณะเดียวกัน โดยมีแกนแยกจากกันที่ปลายของโพรบ
หม้อแปลงแรงดัน (Potential Transformer(PT))
ในการส่งกำลังไฟฟ้าเพื่ออยู่อาศัยหรือเพื่ออุตสาหกรรม กำลังไฟฟ้าจะถูกส่งในรูปแรงดันสูงผ่านสายส่งซึ่งสูงเป็นร้อยกิโลโวลต์ เป็นการยากที่จะวัดค่าแรงดันสูงโดยตรงอย่างปลอดภัย เมื่อใช้หม้อแปลงแรงดันลดแรงดันลงให้มีขนาดที่สามารถใช้โวลต์มิเตอร์แรงดันต่ำที่มีความถูกต้องสูงวัด และสามารถคำนวณกลับเป็นแรงดันจริงได้ จะเห็นได้ว่า การใช้หม้อแปลงแรงดันจะช่วยขยายพิสัยของโวลต์มิเตอร์แรงดันต่ำที่มีอยู่ และทำหน้าที่แยกระบบการวัดออกจากสายส่งแรงดันสูง
ในการวัดจะใช้หม้อแปลงแรงดัน เพื่อลดแรงดันด้านปฐมภูมิของหม้อแปลงที่อาจสูงเป็นร้อยกิโลโวลต์ลง เหลือแรงดันทุติยภูมิมาตรฐาน 110, 120 V.
เป็นอัตราส่วนรอบของหม้อแปลงแรงดันที่กำหนด โดย
สำหรับหม้อแปลงในอุดมคติ อัตราส่วนของเวกเตอร์ Vp และ Vs จะเท่ากับอัตราส่วนรอบ และเวกเตอร์ Vp กับ Vs ที่กลับทิศจะต้องทับกันแต่ในทางปฏิบัติ ความผิดพลาดของหม้อแปลงแรงดันคือ
1. ความผิดพลาดแรงดันหรืออัตราส่วนร่วม (Voltage or Ratio Error) ซึ่งนิยามคือ
คือ อัตราส่วนแรงดันตามพิกัด
คือ อัตราส่วนแรงดันจริง
2. การเปลี่ยนตำแหน่งของเฟส (Phase Displacement) คือ การเปลี่ยนตำแหน่งของเฟสระหว่างแรงดันปฐมภูมิและทุติยภูมิ ค่านี้จะเป็นบวก ถ้าแรงดันทุติยภูมินำแรงดันปฐมภูมิที่ถูกกลับทิศ (180 องศา)
หม้อแปลงเครื่องมือวัดแบบที่สามารถใช้งานอย่างกว้างขวาง จะต้องมีหลายจุดแยก (Tap) ซึ่งสามารถปรับมาใช้พิสัยวัดที่เราต้องการ และเกือบทุกแบบจะจำเพาะให้ใช้ความถี่ 50 หรือ 60 Hz. เราสามารถใช้หม้อแปลงแรงดันร่วมกับแหล่งกำเนิด และโหลดที่มีอิมพิแดนซ์สูง และในขณะที่ไม่สามารถหาหม้อแปลงที่มีอัตราส่วนที่เหมาะสมได้ เราสามารถใช้มากกว่าหนึ่งตัวต่ออนุกรมกัน
ในทางปฏิบัติ จะไม่ต่อด้านทุติยภูมิของหม้อแปลงแรงดันร่วมกับอิมพิแดนซ์ที่มีค่าอนันต์ แต่จะต่อกับเครื่องวัด (ซึ่งจะดึงกระแสจำนวนหนึ่ง) โหลดนี้คือเบอร์เดน (Burden) ของหม้อแปลง ซึ่งอยู่ในรูปโวลต์-แอมป์ของขดทุติยภูมิ การกำหนดจำเพาะสำหรับเบอร์เดนสูงสุดของหม้อแปลง จะแตกต่างกันตามลักษณะของโหลด โดยจะมีช่วงจากตั้งแต่ 12.5 ถึง 400 VA ถ้าหากเกินค่าเหล่านี้ ความถูกต้องของหม้อแปลงจะไม่อยู่ในค่ากำหนดจำเพาะที่ผู้ผลิตกำหนด
ในการต่อหม้อแปลงเครื่องมือวัด บริษัทผู้ผลิตจะทำเครื่องหมาย "+" หรือ . ไว้ที่ปลายด้านหนึ่งของทั้งขดลวดปฐมภูมิและทุติยภูมิของหม้อแปลง (หรืออาจกำกับด้วยคู่อักษร) เครื่องหมายที่ปลายนี้จะแสดงว่า เมื่อมีกระแสไหลเข้าสู่ขดปฐมภูมิทางด้านที่มีเครื่องหมายกำกับ กระแสจะออกจากขดทุติยภูมิทางด้านที่มีเครื่องหมายกำกับ
รูปข้างต้นแสดงการต่อหม้อแปลงกระแส (ขดทุติยภูมิต่อกับขดกระแสของวัตต์มิเตอร์) และหม้อแปลงแรงดัน (ขดทุติยภูมิต่อกับขดแรงดันของวัตต์มิเตอร์) ร่วมกับวัตต์มิเตอร์เพื่อวัดกำลัง
ข้อควรระวัง
1. ควรต่อลงดิน วงจรด้านทุติยภูมิของหม้อแปลงแรงดันและกระแส เพื่อเป็นการปกป้องผู้ปฏิบัติงานในกรณีมีการเสียสภาพฉับพลัน (Breakdown) ระหว่างขดลวดทั้งสอง การต่อลงดินด้านทุติยภูมิยังช่วยป้องกันความผิดพลาดเนื่องจากการสะสมประจุไฟฟ้าสถิตบนหม้อแปลง
2. เมื่อเราต้องการถอดเครื่องวัดออกจากขดทุติยภูมิของหม้อแปลงกระแส จะต้องตัดแหล่งกำเนิดออกก่อน หรือจะต้องต่อปลายทั้งสองของขดทุติยภูมิเข้าด้วยกัน เพื่อหลีกเลี่ยงการเหนี่ยวนำแรงดันค่ามากที่ขดทุติยภูมิ เนื่องจากการเปิดวงจร ซึ่งอาจทำให้เกิดอันตรายร้ายแรงได้
3. ความผิดพลาดอัตราส่วน จะมีนัยสำคัญในหม้อแปลงแรงดันและหม้อแปลงกระแส เมื่อเราใช้ในการวัดแรงดันหรือกระแส แต่เมื่อเราใช้หม้อแปลงแรงดันและกระแสในการขยายพิสัยของวัตต์มิเตอร์ ทั้งความผิดพลาด อัตราส่วน และความผิดพลาดมุมเฟสจะมีความสำคัญ
จะมีความผิดพลาดที่สำคัญในหม้อแปลงกระแสคือ ความผิดพลาดของกระแส (หรืออัตราส่วน) กับความผิดพลาดมุมเฟส มีการนิยามความผิดพลาดกระแสหรืออัตราส่วน (Current or Ratio Error) ว่าเท่ากับ
คือ อัตราส่วนตามพิกัด คือ อัตราส่วนจริง
ความผิดพลาดมุมเฟสคือ มุมเฟสระหว่างเวกเตอร์ของกระแสปฐมภูมิกับเวกเตอร์ของกระแสทุติยภูมิที่กลับทิศ สำหรับหม้อแปลงที่สมบูรณ์ ค่ามุมเฟสนี้จะเป็น 0
ค่าความผิดพลาดเหล่านี้ จะกำหนดโดยเทียบกับโหลดที่ต่ออยู่กับขดทุติยภูมิโดยเฉพาะค่าหนึ่ง เรียกโหลดนี้ว่า เบอร์เดน (Burden) ของหม้อแปลง และกำหนดเบอร์เดนนี้โดยกำลังปรากฏ (VA) ที่ใช้ไปในโหลดภายใต้ความถี่ และกระแสทุติยภูมิที่กำหนด และโดยตัวประกอบกำลัง (Power Factor) ของมัน
ข้อควรระวังในการใช้หม้อแปลงกระแส
จะต้องไม่เปิดวงจรทุติยภูมิของหม้อแปลงกระแสขณะที่มีกระแสไหลทางด้านปฐมภูมิ จำนวนแอมแปร์-รอบจะถูกทำให้คงที่โดยกระแสปฐมภูมิ และจะไม่ลดลงเมื่อทางทุติยภูมิเปิดวงจร การเปิดวงจรทางด้านทุติยภูมิจะลดแอมแปร์-รอบทางด้านทุติยภูมิเป็นศูนย์ ซึ่งจะไม่มีแรงเคลื่อนแม่เหล็กกลับไปต่อต้านแรงเคลื่อนแม่เหล็กจากแอมแปร์-รอบปฐมภูมิ และความหนาแน่นของเส้นแรงจะเพิ่มขึ้นจนกระทั่งแกนอิ่มตัว ผมที่ตามมาของการที่เส้นแรงอิ่มตัว จะกระทำต่อจำนวนรอบทางทุติยภูมิที่มีค่ามาก ทำให้แรงดันที่ถูกเหนี่ยวนำในขดลวดทุติยภูมิจะมีค่าสูง ซึ่งอาจเป็นอันตรายต่อผู้เปิดวงจรหรือทำความเสียหายต่อฉนวนของหม้อแปลง นอกจากนั้น จะเกิดความร้อนเนื่องจากความสูญเสียในแกนขณะที่มันอิ่มตัว อาจมากพอที่จะทำลายหม้อแปลงได้ หม้อแปลงกระแสที่ใช้งานจะมีหลายลักษณะ เช่น
-เครื่องวัดแบบ Clip-on เป็น CT แบบหนึ่ง โดยแกนเหล็กสามารถแยกออกจากกัน เพื่อให้สอดเข้าไปวัดสายตัวนำ (ทำให้สามารถวัดค่ากระแสโดยไม่จำเป็นต้องตัดวงจร)
-โพรบกระแส (Current Probe) ของออสซิลโลสโคปสำหรับใช้วัดกระแสสลับ จะทำงานในลักษณะเดียวกัน โดยมีแกนแยกจากกันที่ปลายของโพรบ
CT ที่ใช้ในห้องปฏิบัติการส่วนมาก จะมีลักษณะดังรูป คือจะมีรูตรงกลางให้สายตัวนำพันรอบ โดยทางปฐมภูมิจะมีหลายจุดแยก ทางด้านทุติยภูมิจะมีจำนวนรอบคงที่
หม้อแปลงแรงดัน (Potential Transformer(PT))
ในการส่งกำลังไฟฟ้าเพื่ออยู่อาศัยหรือเพื่ออุตสาหกรรม กำลังไฟฟ้าจะถูกส่งในรูปแรงดันสูงผ่านสายส่งซึ่งสูงเป็นร้อยกิโลโวลต์ เป็นการยากที่จะวัดค่าแรงดันสูงโดยตรงอย่างปลอดภัย เมื่อใช้หม้อแปลงแรงดันลดแรงดันลงให้มีขนาดที่สามารถใช้โวลต์มิเตอร์แรงดันต่ำที่มีความถูกต้องสูงวัด และสามารถคำนวณกลับเป็นแรงดันจริงได้ จะเห็นได้ว่า การใช้หม้อแปลงแรงดันจะช่วยขยายพิสัยของโวลต์มิเตอร์แรงดันต่ำที่มีอยู่ และทำหน้าที่แยกระบบการวัดออกจากสายส่งแรงดันสูง
ในการวัดจะใช้หม้อแปลงแรงดัน เพื่อลดแรงดันด้านปฐมภูมิของหม้อแปลงที่อาจสูงเป็นร้อยกิโลโวลต์ลง เหลือแรงดันทุติยภูมิมาตรฐาน 110, 120 V.
สำหรับหม้อแปลงในอุดมคติ อัตราส่วนของเวกเตอร์ Vp และ Vs จะเท่ากับอัตราส่วนรอบ และเวกเตอร์ Vp กับ Vs ที่กลับทิศจะต้องทับกันแต่ในทางปฏิบัติ ความผิดพลาดของหม้อแปลงแรงดันคือ
1. ความผิดพลาดแรงดันหรืออัตราส่วนร่วม (Voltage or Ratio Error) ซึ่งนิยามคือ
คือ อัตราส่วนแรงดันจริง
2. การเปลี่ยนตำแหน่งของเฟส (Phase Displacement) คือ การเปลี่ยนตำแหน่งของเฟสระหว่างแรงดันปฐมภูมิและทุติยภูมิ ค่านี้จะเป็นบวก ถ้าแรงดันทุติยภูมินำแรงดันปฐมภูมิที่ถูกกลับทิศ (180 องศา)
หม้อแปลงเครื่องมือวัดแบบที่สามารถใช้งานอย่างกว้างขวาง จะต้องมีหลายจุดแยก (Tap) ซึ่งสามารถปรับมาใช้พิสัยวัดที่เราต้องการ และเกือบทุกแบบจะจำเพาะให้ใช้ความถี่ 50 หรือ 60 Hz. เราสามารถใช้หม้อแปลงแรงดันร่วมกับแหล่งกำเนิด และโหลดที่มีอิมพิแดนซ์สูง และในขณะที่ไม่สามารถหาหม้อแปลงที่มีอัตราส่วนที่เหมาะสมได้ เราสามารถใช้มากกว่าหนึ่งตัวต่ออนุกรมกัน
ในทางปฏิบัติ จะไม่ต่อด้านทุติยภูมิของหม้อแปลงแรงดันร่วมกับอิมพิแดนซ์ที่มีค่าอนันต์ แต่จะต่อกับเครื่องวัด (ซึ่งจะดึงกระแสจำนวนหนึ่ง) โหลดนี้คือเบอร์เดน (Burden) ของหม้อแปลง ซึ่งอยู่ในรูปโวลต์-แอมป์ของขดทุติยภูมิ การกำหนดจำเพาะสำหรับเบอร์เดนสูงสุดของหม้อแปลง จะแตกต่างกันตามลักษณะของโหลด โดยจะมีช่วงจากตั้งแต่ 12.5 ถึง 400 VA ถ้าหากเกินค่าเหล่านี้ ความถูกต้องของหม้อแปลงจะไม่อยู่ในค่ากำหนดจำเพาะที่ผู้ผลิตกำหนด
ตารางข้างต้นแสดงให้เห็นข้อกำหนดจำเพาะของ PT ความผิดพลาดของแรงดัน และการเลื่อนเฟสของ PT ที่พิกัดความถี่จะต้องไม่เกินค่าที่กำหนดในตาราง ที่ค่าแรงดันใดๆระหว่าง 80-120% ของพิกัดแรงดัน และโดยมีเบอร์เดนระหว่าง 25-100% ของพิกัดเบอร์เดน ที่ตัวประกอบกำลัง 0.8 (ตาม)
ในการต่อหม้อแปลงเครื่องมือวัด บริษัทผู้ผลิตจะทำเครื่องหมาย "+" หรือ . ไว้ที่ปลายด้านหนึ่งของทั้งขดลวดปฐมภูมิและทุติยภูมิของหม้อแปลง (หรืออาจกำกับด้วยคู่อักษร) เครื่องหมายที่ปลายนี้จะแสดงว่า เมื่อมีกระแสไหลเข้าสู่ขดปฐมภูมิทางด้านที่มีเครื่องหมายกำกับ กระแสจะออกจากขดทุติยภูมิทางด้านที่มีเครื่องหมายกำกับ
ข้อควรระวัง
1. ควรต่อลงดิน วงจรด้านทุติยภูมิของหม้อแปลงแรงดันและกระแส เพื่อเป็นการปกป้องผู้ปฏิบัติงานในกรณีมีการเสียสภาพฉับพลัน (Breakdown) ระหว่างขดลวดทั้งสอง การต่อลงดินด้านทุติยภูมิยังช่วยป้องกันความผิดพลาดเนื่องจากการสะสมประจุไฟฟ้าสถิตบนหม้อแปลง
2. เมื่อเราต้องการถอดเครื่องวัดออกจากขดทุติยภูมิของหม้อแปลงกระแส จะต้องตัดแหล่งกำเนิดออกก่อน หรือจะต้องต่อปลายทั้งสองของขดทุติยภูมิเข้าด้วยกัน เพื่อหลีกเลี่ยงการเหนี่ยวนำแรงดันค่ามากที่ขดทุติยภูมิ เนื่องจากการเปิดวงจร ซึ่งอาจทำให้เกิดอันตรายร้ายแรงได้
3. ความผิดพลาดอัตราส่วน จะมีนัยสำคัญในหม้อแปลงแรงดันและหม้อแปลงกระแส เมื่อเราใช้ในการวัดแรงดันหรือกระแส แต่เมื่อเราใช้หม้อแปลงแรงดันและกระแสในการขยายพิสัยของวัตต์มิเตอร์ ทั้งความผิดพลาด อัตราส่วน และความผิดพลาดมุมเฟสจะมีความสำคัญ
