ระบบไฟฟ้ากำลัง (Electrical Power Systems)

         ระบบไฟฟ้ากำลังสามารถที่จะให้คำจำกัดความอย่างกว้างๆ พอที่จะสร้างความเข้าใจได้คือ “ระบบไฟฟ้ากำลัง”  หมายถึง โครงข่ายที่รวบรวมระบบและอุปกรณ์ต่างๆ เข้าด้วยกันเพื่อทำการเปลี่ยนรูปพลังงานที่ไม่ใช่ไฟฟ้าไปเป็นพลังงานไฟฟ้าในรูปแบบที่ต้องการ และส่งผ่านพลังงานไฟฟ้าด้วยระดับแรงดันไฟฟ้าสูงๆ ไปยังแหล่งหรือระบบใช้งานในรูปโครงข่ายปิดขนาดใหญ่ ซึ่งจะแปลงพลังงานไฟฟ้าเหล่านี้ไปใช้งานในรูปของพลังงานที่ไม่ใช่ไฟฟ้า ระบบไฟฟ้ากำลังใช้งานที่ดีนั้นจะต้องคำนึงถึง ระบบความปลอดภัยความมั่นคงแน่นอนมีประสิทธิภาพเป็นที่น่าเชื่อถือ ราคาประหยัดเหมาะสมตามหลักเศรษฐศาสตร์และผลกระทบต่อสภาวะแวดล้อม โดยเป็นระบบที่เป็นที่ยอมรับของสังคมท้องถิ่น
โครงสร้างของระบบไฟฟ้ากำลัง ไม่ว่าจะเป็นระบบเล็กหรือระบบใหญ่จะถูกแบ่งย่อยออกเป็น 3 ระบบย่อยที่สำคัญ
1.  ระบบผลิตกำลังไฟฟ้า
2.  ระบบส่งกำลังไฟฟ้า
3.  ระบบจำหน่ายกำลังไฟฟ้า


ภาพที่ 1.1 โครงสร้างระบบไฟฟ้ากำลัง



1.1 ระบบผลิตกำลังไฟฟ้า
ระบบผลิตกำลังไฟฟ้า  หมายถึง โรงไฟฟ้าที่ใช้กันอยู่อย่างมากมายหลายรูปแบบและมีอยู่หลายลักษณะในปัจจุบันประกอบด้วยเครื่องกำเนิดไฟฟ้า เช่น โรงไฟฟ้าพลังน้ำ โรงจักรไอน้ำ โรงจักรแบบกังหันแก๊ส ตลอดจนโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ โรงจักรใช้ถ่านหิน การที่เราจะพิจารณาใช้โรงไฟฟ้าแบบใดนั้นขึ้นอยู่กับปัจจัยหลายอย่าง เช่น สภาพแวดล้อม ทรัพยากร และระดับราคาเป็นต้น ซึ่งโดยทั่วไปแล้วจะมีระดับแรงดันตั้งแต่ระดับ 11 kV ถึง 27 kV  ซึ่งผู้ผลิตจะต้องทำการยกระดับแรงดันผ่านหม้อแปลงไฟฟ้ากำลัง โรงไฟฟ้าประกอบไปด้วยส่วนสำคัญ 3 ส่วนดังนี้

1. ระบบผลิตกระแสไฟฟ้า ประกอบไปด้วยตัวต้นกำลังหรือเครื่องกังหันไฟฟ้าซึ่งทำหน้าที่เป็นตัวหมุนเครื่องกำเนิดไฟฟ้า แรงดันไฟฟ้าที่ผลิตออกมาจะเป็นแรงดัน 3 เฟส โดยส่วนใหญ่ไม่เกิน 20 kV เช่น เครื่องกำเนิดไฟฟ้าที่เขื่อนภูมิพลผลิตที่ 13.8 kV  เป็นต้น เพราะหากมากกว่า 20 kV จะก่อให้เกิดอันตรายต่อฉนวนตัวนำและส่งผลต่ออายุการใช้งานของโรงไฟฟ้าได้

2. ส่วนลานไกไฟฟ้า หรือ Switchyard เป็นส่วนที่ทำหน้าที่แปลงแรงดันที่ผลิตจากเครื่องกำเนิดไฟฟ้าให้สูงขึ้นเพื่อส่งต่อไปยังสถานีไฟฟ้าที่อยู่ห่างไกล ลดความสูญเสียในระบบ ซึ่งประกอบไปด้วยหม้อแปลงไฟฟ้ากำลังที่ทำหน้าที่แปลงแรงดันขึ้นและระบบป้องกันทางไฟฟ้า


 ภาพที่ 1.2 เขื่อนภูมิพล จ.ตาก

3. ส่วนป้องกันการเดินเครื่องและการควบคุมไฟฟ้า ได้แก่ การป้องกันเครื่องกำเนิดไฟฟ้า หม้อแปลงไฟฟ้ากำลัง และรีเลย์ตรวจจับความผิดปกติทางไฟฟ้า

ความสามารถในการผลิตจะถูกกำหนดเป็น “กิโลวัตต์” หรือ “เมกะวัตต์” ส่วนความสามารถในการผลิตหรือกำลังการผลิตที่ควบคู่ไปกับระยะเวลาในการผลิต เรียกว่า “พลังงานไฟฟ้าที่ได้”  ถ้ามองในแง่กำลังไฟฟ้าที่ผลิตนำมาใช้ควบคู่กับระยะเวลาในการใช้ เรียกว่า “พลังงานไฟฟ้าที่ใช้ไป” มีหน่วยเป็น “วัตต์-ชั่วโมง” หรือ “กิโลวัตต์-ชั่วโมง”

1.2 ระบบส่งกำลังไฟฟ้า
ระบบส่งกำลังไฟฟ้า เป็นระบบที่รับพลังงานไฟฟ้าที่ถูกยกระดับแรงดันต่อจากระบบผลิตกำลังไฟฟ้าสำหรับประเทศไทยนั้นจะมีระดับแรงดันตั้งแต่ระดับ 69 kV จนถึงระดับ 500 kV  ซึ่งสามารถส่งพลังงานไฟฟ้าไปเป็นระยะทางที่ไกลได้โดยรักษารับแรงดันนั้นไว้ได้เนื่องจากระยะทางจากระบบผลิตกำลังไฟฟ้าจะอยู่ห่างไกลจากโหลดมาก ระบบส่งกำลังไฟฟ้าแบ่งออกได้ดังนี้

1. ระบบไฟฟ้าเหนือศีรษะ (Over line System) เป็นระบบที่ซึ่งสายตัวนำบนเสาส่งผ่านที่โล่งแจ้งจากสถานีไฟฟ้าหนึ่งไปยังอีกสถานีไฟฟ้าหนึ่ง ง่ายต่อการบำรุงรักษาและตรวจสอบข้อขัดข้องของระบบ
2. ระบบไฟฟ้าใต้ดิน (Under Ground Cable System) สายตัวนำจะถูกฝังลงไปในดินตามรางเดินสาย และมีบ่อพักเป็นช่วงๆ เหมาะสำหรับติดตั้งในที่ชุมชนหรือพื้นที่แออัด มีความต้องการพลังงานไฟฟ้า (โหลด) สูง แต่การบำรุงรักษาทำได้ไม่สะดวกและมีราคาค่อนข้างสูงตามไปด้วย

 ระบบส่งกำลังไฟฟ้ามี 3 ระดับ คือ
      1. ไฟฟ้าแรงสูง (High Voltage : HV) มีระดับแรงดันไฟฟ้าไม่เกิน 230 kV.
      2. ไฟฟ้าแรงสูงเอกซ์ตรา(Extra HighVoltage :EHV)มีระดับแรงดันไฟฟ้าตั้งแต่ 230 kV-1,000 kV
      3. ไฟฟ้าแรงสูงอัลตรา(Ultra High Voltage : UHV) มีระดับแรงดันไฟฟ้าตั้งแต่ 1,000 kV.ขึ้นไป

ความมุ่งหมายหลักของระบบส่งกำลังไฟฟ้า
1. เพื่อการส่งผ่านกำลังไฟฟ้าจากแหล่งผลิตไปยังผู้ใช้หรือแหล่งจ่ายไฟ
2. ส่งกำลังไฟฟ้าไปยังศูนย์กลางการจ่ายโหลด
3. เพื่อเชื่อมโยงระบบส่งกำลังไฟฟ้าเข้าด้วยกัน เพื่อเพิ่มความเชื่อถือได้ (Reliability) และลดความสูญเสียในระบบไฟฟ้า


1.3 ระบบจำหน่ายกำลังไฟฟ้า
ระบบจำหน่ายกำลังไฟฟ้า เป็นระบบที่รับพลังงานไฟฟ้าที่ถูกสร้างมาจากระบบผลิตกำลังไฟฟ้า ผ่านมายังระบบส่งกำลังไฟฟ้าเพื่อทำการกระจายกำลังไฟฟ้าไปยังโหลดผู้ใช้ไฟซึ่งมีส่วนประกอบที่สำคัญคือสถานีไฟฟ้าซึ่งมีหน้าที่ปรับลดระดับแรงดันให้กับผู้ใช้ไฟ โดยส่วนใหญ่แล้วระบบจำหน่ายกำลังไฟฟ้าจะมีระดับแรงดันครอบคลุมทั้งทางด้านปฐมภูมิและทุติยภูมิและสูงสุด สำหรับประเทศไทยไม่เกิน 115 kV

ระบบจำหน่ายกำลังไฟฟ้าที่ดีต้องมีการวางแผนการก่อสร้างระบบจำหน่ายกำลังไฟฟ้า โดยคำนึงถึงองค์ประกอบต่างๆ เช่นระดับแรงดันไฟฟ้า ชนิดวงจรการจ่ายไฟ ตลอดจนความเหมาะสมสำหรับสถานที่ใช้งานแต่ละแห่ง โดยชนิดวงจรการจ่ายไฟนั้นจะมีลักษณะการจัดโครงข่ายพื้นฐานสองแบบ คือ

1.3.1 แบบเส้น (Radial) เป็นโครงข่ายที่ง่ายที่สุดโดยที่พลังงานไฟฟ้าจะไหลไปในทิศทางเดียวกันจากสถานีไฟฟ้าไปยังโหลดภาระใช้งาน


ภาพที่ 1.3 การจ่ายไฟแบบเส้น (Radial)

1.3.2 แบบลูป (Loop) เป็นโครงข่ายที่ได้ถูกพัฒนาขึ้นมาเพื่อเพิ่มความมั่นคงให้กับระบบจำหน่ายพลังงานไฟฟ้า โดยผู้ใช้งานสามารถรับพลังงานไฟฟ้าได้มากกว่าหนึ่งทาง


ภาพที่ 1.3 การจ่ายไฟแบบลูป (Loop)
  

1.4 ระบบไฟฟ้าในประเทศไทยและหน่วยงานที่รับผิดชอบในระบบไฟฟ้ากำลัง
หน่วยงานที่ทำหน้าที่รับผิดชอบในการให้บริการด้านพลังงานไฟฟ้าในประเทศไทยประกอบไปด้วยหน่วยงานหลัก 3 หน่วยงาน อันได้แก่  การไฟฟ้าฝ่ายผลิตแห่งประเทศไทย (กฟผ.)  การไฟฟ้านครหลวง (กฟน.) และ การไฟฟ้าส่วนภูมิภาค (กฟภ.) ซึ่งแต่ละหน่วยงานมีอำนาจหน้าที่ดังนี้

 กฟผ. มีอำนาจหน้าที่ในการจัดหาพลังงานไฟฟ้าแก่ประชาชน โดยการผลิตและจำหน่ายพลังงานไฟฟ้า ให้แก่ การไฟฟ้านครหลวง , การไฟฟ้าส่วนภูมิภาค และผู้ใช้พลังงานไฟฟ้ารายอื่นตามที่กฎหมายกำหนด รวมทั้งประเทศใกล้เคียง และดำเนินการต่างๆ ที่เกี่ยวข้องทางด้านพลังงานไฟฟ้า ตลอดจนงานอื่นๆ ที่ส่งเสริมกิจการของ  กฟผ. อย่างไรก็ดีเพื่อให้สามารถดำเนินการตามวัตถุประสงค์ข้างต้น  กฟผ. จึงมีหน้าที่รวมไปถึงการสร้างเขื่อน อ่างเก็บน้ำ โรงไฟฟ้า ระบบส่งไฟฟ้า และสิ่งอื่นอันเป็นอุปกรณ์ประกอบต่างๆ รวมทั้งการวางแผนนโยบายควบคุมการผลิต การส่ง การจำหน่ายพลังงานไฟฟ้า และวัตถุเคมีจากลิกไนต์ ระดับแรงดันไฟฟ้าที่  กฟผ. ผลิตได้แก่ 500, 230, 115, 69, 33 และ 22 kV โดย กฟผ. จะดำเนินการก่อสร้างสถานีไฟฟ้าแรงสูงเพื่อลดระดับแรงดันตามที่ผู้รับซื้อมีความต้องการ



ภาพที่ 1.4 การส่งจ่ายระบบไฟฟ้ากำลัง

กฟน. มีอำนาจหน้าที่ในการให้บริการด้านการจัดจำหน่ายพลังงานไฟฟ้าให้กับผู้ใช้ไฟ โดยเป็นผู้รับซื้อพลังงานไฟฟ้าจาก กฟผ. และผู้ผลิตไฟฟ้าพลังงานหมุนเวียนขนาดเล็กมาก (Very Small Power Producer) มาจัดจำหน่ายให้กับผู้ใช้ไฟ ภายในเขตกรุงเทพมหานคร สมุทรปราการ และนนทบุรี โดยเป็นผู้ดำเนินการก่อสร้างสถานีไฟฟ้าย่อย ระบบจำหน่ายและสายส่ง ซึ่งประกอบไปด้วยผู้ใช้ไฟระดับแรงดัน  69  , 24 kV, 400 Volts และ 240 Volts

กฟภ. มีอำนาจหน้าที่ในการให้บริการด้านการจัดจำหน่ายพลังงานไฟฟ้าให้กับผู้ใช้ไฟทั้งภายในและภายนอกประเทศ โดยเป็นผู้รับซื้อพลังงานไฟฟ้าจาก กฟผ. และผู้ผลิตไฟฟ้าพลังงานหมุนเวียนขนาดเล็กมาก  มาจัดจำหน่ายให้กับผู้ใช้ไฟ โดยเป็นผู้ดำเนินการก่อสร้างสถานีไฟฟ้า ระบบจำหน่ายและสายส่ง ซึ่งประกอบไปด้วยผู้ใช้ไฟระดับแรงดัน 115, 69, 33, 22 kV, 400 Voltsและ230 Volts  ข้อมูลการจำหน่ายไฟฟ้า ไตรมาส 1 ปี 2550 ดังตารางดังนี้

การจำหน่ายไฟฟ้าของประเทศ
การใช้ไฟฟ้า
(ล้านหน่วย)
สัดส่วน
(ร้อยละ)
หน่วยจำหน่าย กฟภ.
            20,623
61.15
กฟน.
              9,982
29.60
SPP
              2,728
8.09
กฟผ.(ลูกค้าตรง)
                 390
1.16
รวมการจำหน่ายไฟฟ้าทั้งประเทศ
         33,724
100.00


1399777203