สายไฟคืออะไร? อธิบายสายไฟประเภทต่างๆ

ก.คืออะไร สายไฟ — ความหมายและโครงสร้างหลัก

ก สายไฟ คือชุดประกอบของตัวนำไฟฟ้าหุ้มฉนวนตั้งแต่หนึ่งตัวขึ้นไปที่หุ้มไว้ภายในแจ็คเก็ตป้องกันด้านนอก ซึ่งออกแบบมาเพื่อส่งพลังงานไฟฟ้าจากแหล่งกำเนิดไปยังโหลด สายไฟต่างจากสายสัญญาณหรือข้อมูลซึ่งมีแรงดันไฟฟ้าและกระแสระดับต่ำสำหรับการส่งข้อมูล สายไฟได้รับการออกแบบมาเป็นพิเศษเพื่อรองรับความสามารถในการรองรับกระแสไฟฟ้า ความเค้นแรงดันไฟฟ้า และสภาวะความร้อนที่เกี่ยวข้องกับการจ่ายพลังงานไฟฟ้าและการจ่ายอุปกรณ์

โครงสร้างพื้นฐานของสายไฟประกอบด้วยชั้นการทำงานสามชั้น ที่ ตัวนำ — โดยทั่วไปจะเป็นทองแดงหรืออะลูมิเนียมตีเกลียวหรือแข็ง — ให้เส้นทางกระแสไฟฟ้าที่มีความต้านทานต่ำ ที่ ฉนวนกันความร้อน ชั้นที่อยู่รอบๆ ตัวนำจะทนทานต่อแรงดันไฟฟ้าในการทำงาน ป้องกันกระแสรั่วไหลไปยังตัวนำที่อยู่ติดกันหรือโครงสร้างโดยรอบ ที่ เสื้อนอก หรือเปลือกป้องกันส่วนประกอบภายในจากความเสียหายทางกล ความชื้น สารเคมี รังสียูวี และปัจจัยด้านสิ่งแวดล้อมอื่น ๆ ที่เกี่ยวข้องกับสภาพแวดล้อมในการติดตั้ง

ระหว่างฉนวนและแจ็คเก็ต โครงสร้างสายไฟจำนวนมากมีชั้นเพิ่มเติม: ตะแกรงโลหะหรือชีลด์สำหรับสายไฟฟ้าแรงปานกลางและแรงสูงจัดการการกระจายสนามไฟฟ้ารอบตัวนำ ชั้นหุ้มเกราะของลวดเหล็กหรือเทปให้การป้องกันทางกลสำหรับการฝังโดยตรงหรือการใช้ในอุตสาหกรรมหนัก และวัสดุตัวเติมจะรักษาส่วนตัดขวางที่เป็นวงกลมของสายเคเบิลและป้องกันการเคลื่อนตัวของความชื้นภายใน การผสมผสานเฉพาะของชั้นเหล่านี้จะกำหนดแรงดันไฟฟ้า ความจุกระแสไฟ วิธีการติดตั้ง และสภาพแวดล้อมในการให้บริการของสายเคเบิล ซึ่งเป็นเหตุผลว่าทำไมการทำความเข้าใจสายไฟประเภทต่างๆ จึงมีความสำคัญก่อนที่จะระบุหรือจัดหา

สายไฟประเภทต่างๆ ตามระดับแรงดันไฟฟ้า

การจำแนกประเภทพื้นฐานที่สุดของ ประเภทของสายไฟ เป็นไปตามอัตราแรงดันไฟฟ้า เนื่องจากแรงดันไฟฟ้าจะกำหนดความหนาของฉนวน การออกแบบหน้าจอ และข้อกำหนดในการติดตั้งที่ต้องการ คลาสแรงดันไฟฟ้าหลักสามคลาสที่ใช้ในมาตรฐานสากล ได้แก่:

• สายเคเบิลแรงดันต่ำ (LV) — สูงสุด 1 kV: ใช้สำหรับการ อุปกรณ์สายไฟ ในอาคาร การเชื่อมต่ออุปกรณ์ อุปกรณ์สายไฟ แผงอุตสาหกรรม และวงจรจำหน่ายขั้นสุดท้าย โครงสร้างค่อนข้างง่าย: ตัวนำหุ้มฉนวน มักมีปลอกหุ้มด้านนอก PVC หรือ LSOH โดยไม่มีตะแกรงโลหะ ชื่อทั่วไป ได้แก่ NYY, YJV (จีน), N2XY (IEC) และ THHN/THWN (อเมริกาเหนือ) หน้าตัดของตัวนำมีตั้งแต่ 1.5 มม.² สำหรับวงจรไฟส่องสว่าง ไปจนถึง 400 มม.² หรือใหญ่กว่าสำหรับตัวป้อนการกระจายหลัก
• สายเคเบิลแรงดันไฟฟ้าปานกลาง (MV) — 1 kV ถึง 35 kV: ใช้สำหรับเครือข่ายการกระจายสาธารณูปโภค เครื่องให้อาหารในโรงงานอุตสาหกรรม ระบบรวบรวมฟาร์มกังหันลมและพลังงานแสงอาทิตย์ และการกระจายสินค้าใต้ดินในเมือง สายเคเบิล MV จำเป็นต้องมีตะแกรงตัวนำ ตะแกรงฉนวน และปลอกโลหะหรือตะแกรงลวด เพื่อควบคุมสนามไฟฟ้าและป้องกันการคายประจุบางส่วน ฉนวน เอ็กซ์แอลพีอี (โพลีเอทิลีนแบบเชื่อมขวาง) ได้เข้ามาแทนที่ฉนวนกระดาษและน้ำมันในการติดตั้ง MV ใหม่เป็นส่วนใหญ่ เนื่องจากมีน้ำหนักในการติดตั้งที่ต่ำกว่า ไม่มีความเสี่ยงต่อการรั่วไหลของน้ำมัน และข้อต่อที่ง่ายขึ้น
• สายเคเบิลไฟฟ้าแรงสูง (HV) และไฟฟ้าแรงสูงพิเศษ (EHV) — มากกว่า 35 kV: ใช้สำหรับการส่งกำลังไฟฟ้าจำนวนมาก การเชื่อมต่อใต้น้ำ และสายเคเบิลใต้ดินในเขตเมืองหนาแน่นซึ่งเส้นเหนือศีรษะไม่สามารถทำได้ การก่อสร้างมีความซับซ้อนมากขึ้นอย่างมากที่ระดับแรงดันไฟฟ้าเหล่านี้ โดยต้องใช้ฉนวนที่ผ่านการอัดขึ้นรูปอย่างแม่นยำโดยมีปริมาณช่องว่างต่ำมาก เปลือกอะลูมิเนียมตะกั่วหรือลูกฟูกเพื่อการขจัดความชื้น และการควบคุมความเรียบของพื้นผิวตัวนำและตัวกรองฉนวนอย่างระมัดระวัง เพื่อหลีกเลี่ยงการปรับปรุงสนามไฟฟ้าที่ข้อบกพร่อง ขณะนี้สายเคเบิลหุ้มฉนวน XLPE ทำงานที่สูงถึง 525 kV ในการให้บริการเชิงพาณิชย์

สายไฟประเภทต่างๆ ตามวัสดุฉนวน

วัสดุฉนวนเป็นแกนหลักที่สองซึ่งประเภทของสายไฟจะแตกต่างกัน เนื่องจากเป็นตัวกำหนดระดับอุณหภูมิ ความต้านทานต่อสารเคมี ความยืดหยุ่น ประสิทธิภาพการติดไฟ และพฤติกรรมการเสื่อมสภาพในระยะยาว ระบบฉนวนที่นิยมใช้ในปัจจุบัน ได้แก่

• พีวีซี (โพลีไวนิลคลอไรด์): ฉนวนสำหรับสายเคเบิล LV ที่ใช้กันอย่างแพร่หลายทั่วโลก ประหยัด ง่ายต่อการแปรรูป และมีจำหน่ายในสูตรผสมที่หลากหลายสำหรับอุณหภูมิและความต้องการด้านความยืดหยุ่นที่แตกต่างกัน ฉนวน PVC มาตรฐานได้รับการจัดอันดับที่อุณหภูมิตัวนำ 70°C; เกรดทนความร้อนสูงถึง 90°C ข้อจำกัดหลักคือประสิทธิภาพที่ไม่ดีที่อุณหภูมิต่ำ (จะเปราะต่ำกว่า -15°C ถึง -20°C) การปล่อยก๊าซไฮโดรเจนคลอไรด์ที่มีฤทธิ์กัดกร่อนเมื่อถูกเผา และการสูญเสียอิเล็กทริกที่ค่อนข้างสูงที่แรงดันไฟฟ้าที่เพิ่มขึ้น ซึ่งเป็นเหตุผลว่าทำไมไม่ใช้ PVC เกิน 6 kV
• XLPE (โพลีเอทิลีนแบบเชื่อมขวาง): ปัจจุบันเป็นฉนวนมาตรฐานสำหรับสายเคเบิล MV, HV และ EHV และมีการใช้มากขึ้นในสายเคเบิล LV เช่นกัน การเชื่อมโยงข้ามจะแปลงเทอร์โมพลาสติกโพลีเอทิลีนให้เป็นวัสดุเทอร์โมเซตซึ่งคงคุณสมบัติไว้ที่อุณหภูมิสูง โดยทั่วไปสาย XLPE จะได้รับการจัดอันดับที่ 90°C ต่อเนื่องและ 250°C ภายใต้สภาวะการลัดวงจร ซึ่งสูงกว่า PVC อย่างมาก XLPE ยังมีการสูญเสียอิเล็กทริกที่ต่ำกว่า ทนต่อความชื้นได้ดีกว่า และมีอายุยาวนานกว่าเมื่อเปรียบเทียบกับ PVC ข้อเสียคือต้นทุนวัสดุที่สูงขึ้นและกระบวนการอัดขึ้นรูปที่มีความต้องการมากขึ้น
• EPR (ยางเอทิลีนโพรพิลีน): ก thermoset rubber insulation offering excellent flexibility across a wide temperature range (-50°C to 90°C), superior resistance to ozone and UV, and very good performance in wet conditions. EPR is the preferred insulation for offshore, marine, and mining cables where repeated flexing, wet environments, and temperature extremes are combined. Its higher cost and slightly higher dielectric losses compared to XLPE limit its use in static utility cable installations.
• LSOH / LSZH (ฮาโลเจนไร้ควันต่ำ): ไม่ใช่วัสดุชนิดเดียว แต่เป็นประเภทสารประกอบ — ฉนวนและเปลือกที่ใช้โพลีโอเลฟินส์ได้รับการออกแบบมาเพื่อให้เกิดควันน้อยที่สุดและไม่มีก๊าซที่ประกอบด้วยฮาโลเจนเมื่อถูกเผา ได้รับคำสั่งหรือเป็นที่ต้องการอย่างมากในพื้นที่จำกัด รวมถึงอุโมงค์ ระบบรถไฟใต้ดิน แพลตฟอร์มนอกชายฝั่ง ศูนย์ข้อมูล และอาคารสาธารณะ ซึ่งการอพยพในสถานการณ์เพลิงไหม้ขึ้นอยู่กับการรักษาทัศนวิสัยและอากาศที่ระบายอากาศได้ สารประกอบ LSOH ใช้สำหรับฉนวนและแจ็คเก็ตด้านนอกในสายเคเบิล LV สำหรับสภาพแวดล้อมเหล่านี้
• ฉนวนแร่ (สาย MICC): ตัวนำทองแดงล้อมรอบด้วยผงแมกนีเซียมออกไซด์อัดแน่นภายในท่อทองแดงไร้ตะเข็บ สายเคเบิลหุ้มฉนวนแร่มีคุณสมบัติกันไฟโดยธรรมชาติ — โดยยังคงทำงานที่อุณหภูมิสูงถึง 1,000°C — ทำให้เป็นประเภทสายเคเบิลที่จำเป็นสำหรับวงจรที่วิกฤตไฟไหม้ รวมถึงไฟฉุกเฉิน ระบบสัญญาณเตือนไฟไหม้ และอุปกรณ์ปั๊มสปริงเกอร์ตามประมวลกฎหมายอาคารระดับชาติต่างๆ

การเลือกสายไฟที่เหมาะสม: วิธีการติดตั้งและปัจจัยด้านสิ่งแวดล้อม

นอกเหนือจากระดับแรงดันไฟฟ้าและวัสดุฉนวนแล้ว สภาพแวดล้อมการติดตั้งจะกำหนดว่าต้องใช้คุณลักษณะสายเคเบิลเพิ่มเติมใดบ้าง หน้าตัดของตัวนำและฉนวนชนิดเดียวกันอาจมีความเหมาะสมหรือไม่เหมาะสมโดยสิ้นเชิง ขึ้นอยู่กับวิธีและตำแหน่งในการติดตั้งสายเคเบิล

การฝังศพโดยตรง ในดินต้องใช้สายเคเบิลหุ้มเกราะ (เกราะลวดเหล็กหรือเกราะเทปเหล็ก) เพื่อต้านทานความเสียหายทางกลจากการเคลื่อนที่ของพื้นดินและการขุดค้น หรือการติดตั้งในท่อร้อยสายที่ให้การป้องกันทางกล สายเคเบิลฝังโดยตรงยังต้องการปลอกด้านนอกที่ทนทานต่อรังสี UV หากส่วนใดส่วนหนึ่งของการวิ่งอยู่เหนือพื้นดิน และโครงสร้างที่ทนความชื้นเพื่อป้องกันน้ำเข้าตลอดการใช้งานมานานหลายทศวรรษ

ถาดเคเบิลและการติดตั้งแบบเปิดโล่ง ในโรงงานอุตสาหกรรมให้ความสำคัญกับการหน่วงไฟและความง่ายในการตรวจสอบและเปลี่ยนทดแทน สายเคเบิลมัลติคอร์ที่มีปลอกด้านนอก LSOH หรือ FR-PVC บนระบบบันไดเคเบิลเป็นมาตรฐาน ในกรณีที่สายเคเบิลวิ่งขนานกันบนถาด ปัจจัยการลดกระแสในปัจจุบัน — โดยทั่วไป 0.7–0.85 ของพิกัดสายเคเบิลเดี่ยว ขึ้นอยู่กับการจัดกลุ่ม — ต้องใช้เพื่อคำนึงถึงความร้อนร่วมกันระหว่างสายเคเบิลที่อยู่ติดกัน

สายเคเบิลที่ยืดหยุ่นและต่อท้าย สำหรับเครื่องจักรเคลื่อนที่ เครน และอุปกรณ์พกพา ต้องใช้ตัวนำตีเกลียวละเอียด (คลาส 5 หรือคลาส 6 ตาม IEC 60228) และยางยืดหยุ่นสูงหรือฉนวนและเปลือก TPE ที่ทนทานต่อการโค้งงอซ้ำๆ โดยไม่แตกร้าวเมื่อยล้า สายเคเบิลเหล่านี้ได้รับการจัดอันดับสำหรับรัศมีการโค้งงอขั้นต่ำที่กำหนดและจำนวนรอบการงอที่จำกัด การระบุสายเคเบิลสำหรับการติดตั้งแบบคงที่ในการใช้งานแบบยืดหยุ่นถือเป็นหนึ่งในข้อผิดพลาดในการเลือกที่พบบ่อยที่สุดและเป็นผลสืบเนื่องในวิศวกรรมไฟฟ้าอุตสาหกรรม

สายเคเบิลใต้น้ำและนอกชายฝั่ง รวมข้อกำหนดการป้องกันหลายรายการพร้อมกัน: ความต้านทานแรงดันที่ระดับความลึก ความต้านทานต่อสารเคมีในทะเล การป้องกันทางกลต่อการลากสมอและอุปกรณ์ตกปลา และในกรณีของสายเคเบิลใต้น้ำ AC ยาว การจัดการกระแสการชาร์จแบบคาปาซิทีฟอย่างระมัดระวัง สายเคเบิลใต้น้ำ DC (HVDC) แรงดันสูงได้กลายเป็นมาตรฐานสำหรับการเชื่อมต่อการส่งออกฟาร์มกังหันลมนอกชายฝั่งระยะยาวอย่างแม่นยำ เนื่องจากการส่งสัญญาณ DC ช่วยลดการสูญเสียกระแสไฟชาร์จ ซึ่งทำให้สายเคเบิลใต้น้ำ AC ยาวไม่สามารถใช้งานได้เกินประมาณ 80–100 กม.