คอนเนคเตอร์ ใครคิดว่าไม่สำคัญ

     

 

เขียนโดย ดร.ยุทธพงศ์ ทัพผดุง   

 

วิศวกรหรือช่างส่วนใหญ่จะมุ่งเน้นการบำรุงรักษาอุปกรณ์ที่มีขนาดใหญ่หรือราคาแพงๆเป็นหลัก อุปกรณ์ต่อเชื่อมหรือคอนเนคเตอร์ซึ่งมีราคาถูกเมื่อเทียบกับเครื่องมือและอุปกรณ์อื่นๆของระบบ ถูกละเลยด้านการบำรุงรักษาไป

คอนเนคเตอร์ที่ดีควรมีคุณสมบัติอย่างไร

คอนเนคเตอร์ที่ดีต้องมีหน้าสัมผัสแท้จริงระหว่างโลหะเป็นจำนวนมากพอเพื่อที่จะทนต่อการรับกระแสสูงสุด ซึ่งอาจจะเกิดได้ในระบบ และจะต้องไม่ทำให้คอนเนคเตอร์เองเสียสภาพหรือด้อยคุณภาพไปก่อนที่จะหมดอายุการใช้งาน ซึ่งนอกจากจะต้องมีพื้นที่หน้าสัมผัสที่พอเพียงแล้วยังจะต้องป้องกันไม่ให้ออกไซด์กินลึกเข้าไปในจุดสัมผัสซึ่งจะไปลดพื้นที่สัมผัสที่แท้จริงได้

ในการต่อเชื่อมสายนั้นเราจำเป็นที่จะต้องทำให้ความต้านทานของจุดต่อเชื่อมสายมีค่าน้อยที่สุด นั่นหมายความว่าจะต้องทำให้พื้นที่หน้าสัมผัส (Electrical Contact Area) สะอาดและเพิ่มขึ้นมากที่สุด ซึ่งมีองค์ประกอบต่อไปนี้

  • ความต้านทานผิวหน้าสัมผัสของพื้นผิวที่สะอาดและหยาบจะมีค่าน้อยกว่าหน้าสัมผัสที่มีความสกปรกและละเอียด เนื่องจากเนินต่างๆของผิวที่หยาบจะช่วยทำให้ออกไซด์แตกออกและเพิ่มพื้นที่หน้าสัมผัสของโลหะกับโลหะให้มากขึ้น
  • การเตรียมพื้นที่ผิวที่สะอาดและหยาบนั้น สามารถทำได้โดยใช้แปรงโลหะขัดทำความสะอาดพื้นผิวโลหะที่เตรียมไว้ต้องทำการต่อเชื่อมทันที เนื่องจากถ้าปล่อยทิ้งไว้จะทำให้เกิดออกไซด์ขึ้นอีก

ชนิดของคอนเนคเตอร์ในปัจจุบัน

การแบ่งชนิดคอนเนคเตอร์โดยแบ่งตามลักษณะวิธีการต่อเชื่อมมี 3 ชนิด คือ

1. การต่อเชื่อมแบบปฏิกิริยาเคมีความร้อน (Exothermic Welding)

คอนเนคเตอร์แบบนี้เป็นการต่อเชื่อมสายไฟฟ้าโดยอาศัยปฏิกริยาเคมีความร้อนทำให้สารผงเคมีที่จะนำมาต่อเชื่อมและสายไฟหลอมเหลวจนติดกัน ดังรูปที่ 1 ปฏิกิริยาความร้อนนี้เกิดจากการเผาผลาญออกไซด์ของทองแดงและอลูมินั่มซึ่งทำให้เกิดอุณหภูมิถึงประมาณ 980 oC

connector01

รูปที่ 1 การต่อเชื่อมแบบปฏิกิริยาเคมีความร้อน

การใช้งานคอนเนคเตอร์แบบนี้มักจะใช้กับสายทองแดงในระบบสายดิน (Grounding) เช่นการต่อสายกับหลักดิน (Ground rod) และระบบตาข่ายสายดิน (Ground Grid) ซึ่งมีการใช้ในสถานีจ่ายไฟฟ้าย่อย (Substation) และโรงผลิตกระแสไฟฟ้า (Power Plant & Switch Yard) เป็นต้น

ข้อเสียของคอนเนคเตอร์แบบนี้

  • การตรวจสอบคุณภาพของรอยต่อเชื่อมไม่สามารถทำได้นอกจากการทำลายหรือผ่ารอยต่อเชื่อมออก
  • การเชื่อมต่อสายไม่สามารถที่จะกระทำในสถานที่เปียกหรือชื้นได้
  • เวลาที่ใช้ในการต่อเชื่อมสายต่อจุดใช้เวลานานประมาณ 30 นาทีต่อจุด
  • พนักงานต่อเชื่อมสายต้องได้รับการอบรมพิเศษหรือเป็นผู้เชี่ยวชาญเฉพาะ
  • ต้องมีการใช้อุปกรณ์พิเศษเฉพาะสำหรับการต่อเชื่อมสาย

2. การต่อเชื่อมแบบลวดเชื่อมความร้อน(Brazed)

การต่อเชื่อมสายแบบนี้เหมือนกับการเชื่อมโลหะด้วยแก๊สทั่วๆไป โดยการใช้เปลวไฟความร้อนที่เกิดจากการเผาไหม้ของแก๊สอ๊อกซิเจนและอะซิทีลีน ซึ่งจะปรับการเผาไหม้ให้เหมาะสมเพื่อที่จะหลอมลวดเชื่อมความร้อนและเชื่อมสายไฟฟ้าเข้าด้วยกัน ซึ่งในอดีตมักจะใช้การต่อเชื่อมแบบนี้กับสายทองแดงเป็นหลัก การต่อเชื่อมสายอลูมินั่มนั้นสามารถทำได้แต่จะมีปัญหาการทนการรับแรงดึงของรอยต่อ และในปัจจุบันได้เลิกใช้วิธีการต่อเชื่อมแบบนี้แล้ว เนื่องจาก

  • การต่อเชื่อมสายแบบนี้เหมาะกับการต่อเชื่อมแกนเดียว และไม่นิยมใช้กับสายเกลียว
  • ไม่สามารถตรวจสอบคุณภาพรอยต่อภายในได้
  • ผู้ปฏิบัติงานต้องเป็นผู้เชี่ยวชาญการเชื่อมเฉพาะด้าน
  • การทนต่อการรับแรงดันของรอยต่อไม่ดีเท่ากับการเชื่อมต่อแบบอื่นๆ
  • อุปกรณ์ที่ใช้ไม่สะดวกในการเคลื่อนย้ายเพื่อทำงานในภาคสนาม

3. การต่อเชื่อมแบบใช้แรงอัด (Pressure Type)

การต่อเชื่อมสายไฟฟ้าแบบใช้แรงอัด เป็นการต่อเชื่อมสายไฟฟ้าโดยอาศัยแรงอัดซึ่งเกิดจากการบีบตัวของอุปกรณ์ต่อเชื่อม หรือคอนเนคเตอร์โดยใช้ความร้อนในการต่อเชื่อมเหมือนกับ 2 วิธีแรกดังที่กล่าวข้างต้น ซึ่งเป็นที่นิยมใช้ในภาคสนามเพราะมีความสะดวกในการบิดตัวมากกว่าและสามารถใช้ได้กับสายเกือบทุกชนิด ซึ่งสามารถแบ่งย่อยออกเป็น 3 แบบ

3.1 คอนเนคเตอร์แบบเกลียวขัน (Bolt Type Connector)

คอนเนคเตอร์แบบเกลียว อาศัยหลักการอัดสายไฟที่จะนำมาต่อเชื่อมด้วยแรงบีบอัดเกิดจากการขันน๊อตหรือสกรู (Bolt) อุปกรร์ต่อเชื่อมสายไฟฟ้าแบบนี้อาจมีชื่อเรียกแตกต่างกันออกไปตามลักษณะการใช้งานเช่นแบบแคลมป์ (Hotline Clamp) แบบร่องคู่ หรือ พี.จี. (PG or Parallel Grove) และแบบเกลียวแยก (Split Bolt) ดังรูป

connector02

รูปที่ 2 คอนเนคเตอร์แบบเกลียวขัน

คอนเนคเตอร์แบบเกลียวขั้น เป็นที่นิยม เพราะคอนเนคเตอร์ติดตั้งง่ายโดยไม่ต้องใช้เครื่องมือพิเศษ อีกทั้งยังมีราคาถูก แต่คอนเนคเตอร์แบบเกลียวก็มีข้อเสียดังนี้คือ

    • ความหนาแน่นของรอยต่อขึ้อนอยู่กับน้ำหนักการขันน๊อตหรือสกรูถ้าขันไม่แน่น จะทำให้เกิดความต้านทาสูง ถ้าขันแน่นเกินไปจะทำให้เกิดปรากฏการณ์คลายตัวของสายไฟ
    • คุณภาพของจุดต่อเชื่อมขึ้นอยู่กับวินัยของพนักงานต่อเชื่อมสาย
    • รอยต่อไม่สามารถรับแรงดึง (Tension) ได้สูงเหมือนการต่อเชื่อมสายแบบอื่น
    • น๊อตหรือสกรูจะคลายตัวตามธรรมชาติ ขึ้นอยู่กันสภาวะอุณหภูมิที่ร้อนๆ เย็น
    • ค่าใช้จ่ายในการซ่อมแซมสูง ทั้งในการเปลี่ยนคอนเนคเตอร์ที่ไหม้และการตรวจสอบจุดต่อเชื่อมสายตามคาบเวลา (Periodic Preventive Maintenance)

3.2 คอนเนคเตอร์แบบบีบ (Compression Type Connector)

คอนเนคเตอร์แบบบีบอาศัยหลักการอัดสายไฟฟ้าที่จะนำมาต่อเชื่อมด้วยแรงบีบจากเครื่องมือหรือคีมที่ออกแบบมาเป็นพิเศษโดยเฉพาะอุปกรณ์ต่อเชื่อมแบบนี้ มีข้อดีคือสามารถรับแรงดึงสูงได้ แต่อย่างไรก็ตามก็ยังคงมีขอเสียบางประการ เช่น

    • การติดตั้งต้องใช้แรงบีบสูงทำให้สายเสียรูปและเกิดแรงดันในสายมาก
    • ต้องใช้เครื่องมือพิเศษหรือคีมที่ออกแบบมาโดยเฉพาะในการติดตั้ง
    • หลังจากการติดตั้งคอนเนคเตอร์แบบบีบแล้วจะไม่สามารถถอดประกอบได้เหมือนคอนเนคเตอร์ชนิดอื่นๆ

connector03

รูปที่ 3 คอนเนคเตอร์แบบบีบ

3.3 คอนเนคเตอร์แบบลิ่ม (Wedge Type Connector)

เทคโนโลยีการต่อเชื่อมสายได้พัฒนาอย่างต่อเนื่องและได้มีการผลิตอุปกรร์ต่อเชื่อมสายหรือคอนเนคเตอร์แบบใหม่ๆออกสู่ตลาดโดยการเปลี่ยนแปลงจากการต่อเชื่อมโดยใช้แรงอัดด้วยน๊อตหรือสกรูหรือการบีบโดยใช้คีมมาเป็นการอัดด้วยโลหะดังรูป ซึ่งมีข้อดีคือไม่ทำให้สายไฟเสียรูปเหมือนการต่อเชื่อมแบบอื่น มีเครื่องมือช่วยทุ่นแรงในการติดตั้งและคุณภาพของรอยต่อเชื่อมจะดีเท่ากันอย่างสม่ำเสมอ แต่ยังมีข้อเสียอยู่บางประการ คือ คอนเนคเตอร์แบบนี้ยังมีราคาค่อนข้างสูงเมื่อเทียบกับคอนเนคเตอร์ชนิดอื่นๆและจะต้องใช้เครื่องมือพิเศษในการติดตั้งเฉพาะ

connector04

รูปที่ 4 คอนเนคเตอร์แบบลิ่ม

คอนเนคเตอร์กับการสูญเสียพลังงานไฟฟ้า

เมื่อกระแสไฟฟ้าไหลผ่าน ความต้านทานจะทำให้เกิดความร้อนขึ้น ความร้อนนี้เป็นรูปหนึ่งของพลังงานสูญเสียในบรรยากาศ ถ้าพลังงานความร้อนเกิดขึ้นมากที่จุดใด นอกจากจะทำให้เกิดการสูญเสียพลังงานแล้วอาจจะทำอันตรายให้กับอุปกรร์ไฟฟ้าต่างๆ ณ จุดนั้นได้

สูตรการสูญเสียพลังงาน (Energy Loss) เริ่มต้นจากกำลังไฟฟ้า (Power) ดังสูตรต่อไปนี้

Power =  I2R วัตต์ (watt)

โดยที่          Power =  กำลังไฟฟ้าที่สูญเสียไป (watt)

I   =  กระแสไฟฟ้าที่ไหลผ่านจุดความต้านทานั้น (Amps)

R  =  ความต้านทาน (Ohms.)

กำลังไฟฟ้าที่สูญเสียตามสูตรนั้นสามารถคำนวณออกมาเป็นตัวเงินได้ จึงจำเป็นต้องปรับสูตรให้อยู่ในรูปแบบของพลังงานดังนี้

connector05

โดยที่          Hours =  จำนวนชั่วโมงต่อปี

L.F.    =   ช่วงเวลาของการจ่ายไฟ หรือ Load Factor

Cost     =   ค่าการผลิตกระแสไฟฟ้า (บาท/กิโลวัตต์ต่อชั่วโมง)

connector06

รูปที่ 5 การสูญเสียพลังงานในรูปของความร้อนที่จุดต่อของอุปกรณ์ตัดตอนในระบบจำหน่ายไฟฟ้าในประเทศไทย ตรวจสอบโดยกล้องตรวจสอบหาจุดร้อน

สรุป

จากข้อมูลที่ได้กล่าวมาแล้วนั้น จะเห็นได้ว่าการเลือกใช้คอนเนคเตอร์เพื่อนำมาใช้งานในระบบของคุณนั้นจะต้องมีข้อพิจารณาอยู่หลายประการเพื่อให้เหมาะสมกับงานหรือระบบของคุณให้มากที่สุด แต่สิ่งสำคัญที่จะลืมไม่ได้ คือการประมาณจุดคุ้มทุน หรือด้านเศรษฐศาสตร์ เพราะจะทำให้สามารถตัดสินใจเลือกใช้คอนเนคเตอร์ประเภทใด บริเวณไหน ลักษณะและประเภทของงาน และคุ้มค่ากับการลงทุนหรือไม่  เห็นไหมครับว่าคอนเนคเตอร์เหมือนจะไม่มีความสำคัญแต่ถ้าพิจารณาให้ดีแล้ว คอนเนคเตอร์เป็นอุปกรณ์ที่มีส่วนสำคัญไม่น้อย และอาจจะส่งผลให้เกิดความสูญเสียพลังงานไฟฟ้าในระบบของคุณ หรืออาจทำให้ความเชื่อถือของระบบของคุณลดลงเนื่องจาก สายขาดหรือหลุดได้

เอกสารอ้างอิง