ไฟฟ้ากระแสตรง vs ไฟฟ้ากระแสสลับ แบบไหนดี
โดย : Admin

เรียบเรียงโดย : สุชิน เสือช้อย (แอดมิน)



ทำไมไฟฟ้าในบ้านต้องเป็นกระแสสลับไม่เป็นกระแสตรง ?






คำถามนี้ถือได้ว่าเป็นคำถามที่พบอยู่บ่อยๆ เนื่องจากในความเป็นจริงอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์หลายๆอย่างที่ใช้อยู่ทั่วไป ไม่ว่าจะเป็นที่บ้าน สำนักงานหรืออื่นๆ   เช่น คอมพิวเตอร์ ปริ้นท์เตอร์ โทรศัพท์มือถือ ทีวี วิทยุ ฯลฯ ซึ่งส่วนใหญ่ในอุปกรณ์เหล่านี้มักจะมีหม้อแปลงไฟฟ้าเป็นองค์ประกอบเพื่อทำการแปลงระดับไฟฟ้าให้ลดลง และจากนั้นก็ทำการแปลงจากไฟฟ้าจากกระแสสลับมาเป็นกระแสตรง ด้วยอุปกรณ์อิเล็คทรอนิกส์อีกครั้ง 

.... ซึ่งก็ทำให้หลายๆคนเกิดความสงสัยว่าและเกิดคำถามที่ว่า "แล้วทำไม การไฟฟ้าบ้านเราจึงไม่ทำการส่งไฟฟ้ามาเป็นกระแสตรงเลยล่ะ"  เพื่อที่จะได้ไม่ต้องใช้หม้อแปลงและลดวงจรแปลงแรงดันไฟฟ้าจาก AC ไปเป็น DC ในอุปกรณ์ไฟฟ้าเหล่านั้น ?
 

ไฟฟ้ากระแสตรง (DC) กับ ไฟฟ้ากระแสสลับ (AC)  ต่างกันอย่างไร ?

ก่อนอื่น...ก่อนที่จะเข้าไปค้นหาคำตอบว่าทำไมระบบไฟฟ้าในบ้าน สำนักงานและสถานที่อื่นๆจึงเป็นไฟฟ้ากระแสสลับหรือไฟเอซี (AC) ก็เลยอยากแนะนำให้รู้จักกับพื้นฐานของระบบไฟฟ้าทั้งสองแบบกันก่อนดังนี้

 

ไฟฟ้ากระแสตรง (Direct current : DC)

ไฟฟ้ากระแสตรงหรือเรียกย่อๆว่าไฟดีซี จะเป็นไฟฟ้าที่มีทิศทางการไหลเพียงทิศทางเดียวจากขั้วลบของแหล่งกำเนิดไฟฟ้า แล้วไหลผ่านอุปกรณ์ไฟฟ้า แล้วกลับเข้าไปยังขั้วบวกของแหล่งกำเนิดไฟฟ้าอีกครั้งดังภาพด้านล่าง (ซ้ายมือ)
 


ไฟฟ้ากระแสสลับ (Alternating Current : AC)

ไฟฟ้ากระแสสลับคือ ไฟฟ้าที่มีทิศทางการไหลของกระแสไฟฟ้าไปในทางกลับกัน คือกระแสไฟจะไม่มีขั้วไฟฟ้าว่าเป็นขั่วบวกหรือขั่วลบ และจะมีทิศทางการไหลที่กลับไปกลับมาอยู่ตลอดเวลา โดยอัตราการเปลี่ยนทิศทางนี้เราเรียกว่าความถี่ของไฟกระแสสลับ มีหน่วยวัดเป็นเฮิร์ท(Hz) ซึ่งก็คือจำนวนรอบคลื่นต่อหนึ่งวินาที (ไฟบ้านในประเทศไทยจะใช้ความถี่ 50Hz) ส่วนภาพลักษณะการไหลของไฟฟ้ากระแสสลับเราจะเรียกกันว่า Sine Wave  หรือรูปคลื่นไชน์ ดังภาพด้านบน (ขวามือ)

 


เหตุผลที่ไฟฟ้าตามบ้านยังเป็นแบบกระแสสลับหรือไฟฟ้าเอซี (AC) นั้นก็จะขึ้นอยู่กับองค์ประกอบหลักๆดังนี้

1. เนื่องจากที่ผ่านมาไฟฟ้ากระแสสลับ (AC) สามารถส่งถ่ายพลังงานผ่านระบบสายส่ง (transmission line) ได้ไกลกว่าไฟฟ้ากระแสตรง(DC)มาก    ด้วยเพราะระบบไฟฟ้ากระแสสลับสามารถยกแรงดันไฟฟ้าที่ผลิตได้จากโรงไฟฟ้าให้สูงขึ้นได้ด้วยการใช้หม้อแปลงไฟฟ้า

ส่วนกรณีของไฟฟ้ากระแสตรง  ซึ่งในอตีดที่ผ่านมายังไม่สามารถพัฒนายกระดับแรงดันเพื่อการส่งจ่ายด้วยระดับแรงดันที่สูงๆได้ *   ดังนั้นเมื่อต้องการส่งผ่านพลังงานไฟฟ้า (P) จำนวนมากๆไปยังปลายทางเช่น บ้านเรือนหรืออุตสาหกรรม ก็จะต้องส่งจ่ายในโหมดของกระแส ตามสมการ P = V*I ( เมื่อ P เพิ่มขึ้นสูงๆตามปริมาณความต้องการของผู้ใช้ไฟฟ้า ส่วน V มีค่าไม่สูงมาก ก็จะส่งผลให้ I เพิ่มขึ้น ซึ่งจะแปรผันตรงกับ P)  ซึ่งก็จะทำให้เกิดการสูญเสียพลังงานไปตามสายส่งเป็นจำนวนมากตามสมการ  I2 * R  (กระแสยกกำลังสอง * ค่าความต้านทานของสายส่ง )
 

*** กรณีของไฟฟ้ากระแสสลับ  การไฟฟ้าฝ่ายผลิตจะทำแปลงสัญญาณไฟฟ้าให้เป็นไฟฟ้าแรงสูงก่อนด้วยหม้อแปลงไฟฟ้า เช่นทำการแปลงจาก 10 – 40 กิโลโวลต์ให้สูงขึ้นถึงระดับ 230 หรือ 500 กิโลโวลต์  จากนั้นจึงทำการส่งจ่ายมาในระบบสายส่ง   และทำการลดระดับแรงดันลงมาตามลำดับเมื่อพลังงานไฟฟ้าเดินทางมาใกล้ถึงจุดหมายปลายทาง   ก่อนที่จะส่งจำหน่ายไปยังผู้ใช้ไฟฟ้าตามสถานที่ต่างๆ


ดั้งหากพิจารณาจากสมการของกำลังไฟฟ้ากระแสสลับ  P = VI cos Ø  ก็จะเห็นว่าเมื่อมีการยกกระดับแรงดันให้สูงขึ้น เช่น 230 KV. (สองแสนสามหมื่นโวลท์) ซึ่งเปรียบเสมือนเป็นการส่งจ่ายในโหมดของแรงดัน  ดังนั้นเมื่อพิจารณาจากปริมาณเพาเวอร์หรือ P ที่เท่าๆกันหรือใกล้เคียงกันก็จะทำให้กระแส (I) ลดลงอย่างมากและช่วยทำให้ลดการสูญเสียอันเนื่องมากจาก  I2 * R ได้เป็นอย่างมากด้วยเช่นกัน
 

***  การส่งกำลังไฟฟ้าในปริมาณที่มากๆในระยะทางไกลๆ  ก็ทำให้เกิดการสูญเสียพลังงานจาก I 2 * R  เพิ่มขึ้นตามลำดับ  เนื่องความต้านทานของสายจะมีค่าเพิ่มขึ้นตามความยาว ขนาดของสาย และชนิดของวัสดุที่นำมาใช้เป็นสายไฟ ดังสมการดังต่อไปนี้


 
 


 


ภาพจาก => การเดินทางของพลัง https://www.pdcable.com



2. สำหรับเหตุผลที่สอง ก็สอดคล้องกับเหตุผลที่ผ่านมา เนื่องจากไฟฟ้ากระแสตรงไม่สามารถเปลี่ยนแปลงระดับแรงดันไฟฟ้าด้วยการใช้หม้อแปลงไฟฟ้า  (ไม่สามารถยกระดับหรือลดระดับแรงดันไฟฟ้าให้สูงขึ้นหรือต่ำลงด้วยการใช้หม้อแปลงไฟฟ้า)  เนื่องจากไฟฟ้ากระแสตรงมีการไหลของกระแสเพียงทิศทางเดียวซึ่งไม่สามารถทำให้เส้นแรงแม่เหล็กที่พันอยู่บนแกนเหล็กเกิดการยุบหรือพองตัวได้  ซึ่งก็จะทำให้ไม่สามารถแรงเคลื่อนเหนี่ยวขึ้นได้ดังนั้นการสร้างหม้อแปลงไฟฟ้าแบบดีซีจึงทำไม่ได้     




3. อื่นๆ   เครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสตรงหรือ แบบดีซี ที่สามารถผลิตแรงดันไฟฟ้าได้แบบสูงๆนั้น จะมีความยุ่งยากพัฒนาได้ยากกว่าเครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสสลับ  ดังนั้นจึงไม่เป็นที่นิยมตั้งแต่เริ่มต้น


ไฟฟ้ากระแสสลับ กับ ไฟฟ้ากระแสตร  แบบไหนเกิดการสูญเสียพลังงานมากกว่ากัน ?

สำหรับประเด็นนี้หากพิจารณาตามข้อเท็จจริงต้องบอกว่าระบบส่งจ่ายไฟฟ้ากระแสตรงมีการสูญเสียพลังงานน้อยกว่าไฟฟ้ากระแสสลับ

ไฟฟ้ากระแสตรงมีการสูญเสียกำลังไฟฟ้าเฉพาะในส่วนของค่าความต้านทานเท่านั้น (I2 * R)  แต่ในระบบไฟฟ้ากระแสสลับนอกจากจะมีการสูญเสียในค่าความต้านของสาย (I2 * R) แล้วยังมีการสูญเสียในรูปแบบของรีลัคแตนซ์ (reluctance ) จากค่า L หรือ C เพิ่มขึ้นอีกด้วย

ปัจจุบันเทคโนโลยีอิเล็คทรอนิกส์กำลัง ( Power Electronics) ได้มีการพัฒนาให้มีขึดความสามารถสูงขึ้นและสามารถแปลงไฟฟ้ากระแสสลับให้เป็นไฟฟ้ากระแสตรงแรงดันสูงได้แล้วในแถบยุโรปอย่างเช่นสวีเดนและเยอรมัน  และก็ได้ทำการติดตั้งใช้งานแล้วในบางประเทศเช่นในรัสเซียและอื่นๆ    ดังนั้นในอนาคตเราจะเห็นระบบ HVDC นี้ถูกใช้งานมากขึ้น และจะนำมาใช้งานแทนที่ HVAC ในอนาคต
 

 Block diagram of HVDC Transmission Line

 

เนื้อหาโดย: 9engineer.com (https://9engineer.com/)