หน่วยที่ 3 อุปกรณ์และวงตรไฟฟ้า

หน่วยการเรียนรู้ที่ 3 อปุ กรณ์ไฟฟ้าและวงจรไฟฟา้ สาระสำคญั การดำเนินชีวิตของมนุษย์ในปัจจุบันมีพลังงานไฟฟ้าเข้า มาเก่ียวข้องอยู่ตลอดเวลา ดังน้ัน เพ่ือให้การใช้พลังงานไฟฟา้ มี ความปลอดภัย ผู้ใช้ต้องรู้จักวงจรไฟฟ้าในบ้าน อุปกรณ์ไฟฟ้า การเลือกใช้อุปกรณ์ไฟฟ้าต่าง ๆ ให้ถูกต้องจะช่วยให้เกิดความ ปลอดภัย รวมท้ังการรู้จักใช้สายดินและหลักดิน ซึ่งเป็น อุปกรณ์ท่ีมีไว้เพ่ือความปลอดภัยต่อการใช้เคร่ืองใช้ไฟฟ้าใน ครวั เรอื น ตัวช้ีวดั 1. เลอื กใช้อปุ กรณไ์ ฟฟา้ ไดถ้ ูกตอ้ ง 2. อธบิ ายการตอ่ วงจรไฟฟ้าแบบตา่ ง ๆ 3. ต่อวงจรไฟฟา้ แบบตา่ ง ๆ ขอบข่ายเนื้อหา เร่อื งท่ี 1 อปุ กรณ์ไฟฟ้า เรอ่ื งท่ี 2 วงจรไฟฟา้ เรื่องที่ 3 สายดนิ และหลกั ดิน

เร่อื งที่ 1 อุปกรณไ์ ฟฟา้ อุปกรณ์ไฟฟ้าที่ใช้ในวงจรไฟฟ้ามีหลายชนิด แต่ละชนิดมี หนา้ ทแ่ี ละความสำคัญทแี่ ตกต่างกนั ออกไป ไดแ้ ก่ 1. ฟิวส์ (Fuse) ฟิวส์เป็นอุปกรณ์ป้องกันกระแสไฟฟ้าไหลเกินจนเกิด อันตรายต่อเครื่องใช้ไฟฟ้า ถ้ามีกระแสไฟฟ้าไหลเกิน ฟิวส์จะ หลอมละลายจนขาดทำให้ตัดวงจรไฟฟ้าในครัวเรือนโดย อตั โนมตั ิ ฟิวส์ทำด้วยโลหะผสมระหว่างตะก่ัวกับดีบุก มีจุด หลอมเหลวต่ำและมีรูปร่างแตกต่างกันไปตามวัตถุประสงค์ของ การใช้งาน ดังน้ี 1.1 ฟิวส์เส้นมีลักษณะเป็นเส้นลวดนิยมใช้กับสะพานไฟ ในอาคารบา้ นเรอื น 1.2 ฟิวส์แผ่นหรือฟิวส์ก้ามปูมีลักษณะเป็นแผ่นโลหะผสม ที่ปลายท้ังสองข้างมี ขอเกี่ยวทำด้วยทองแดงนิยมใช้กับอาคาร ขนาดใหญ่ เช่น โรงเรียน โรงงานตา่ ง ๆ เป็นต้น 1.3 ฟิวสก์ ระเบื้องมีลกั ษณะเป็นเส้นฟิวสอ์ ยู่ภายในกระปุก กระเบื้องที่เป็นฉนวน นิยมติดต้ังไว้ที่แผงควบคุมไฟฟ้าของ อาคารบา้ นเรอื น

1.4 ฟิ วส์ห ลอดเป็ น ฟิ วส์ขน าดเล็ก ๆ บ รรจุอยู่ใน หลอดแก้วเล็กนิยมใช้มากในเครื่องใช้ไฟฟ้าต่าง ๆ เช่น วิทยุ โทรทศั น์ ปล๊ักพว่ งเต้ารับไฟฟ้า เป็นต้น ขนาดและการเลือกใช้ฟวิ ส์ 1) ขนาดของฟิวส์ถูกกำหนดให้เป็นค่าของกระแสไฟฟ้า สูงสุดท่ีไหลผ่านได้โดยฟิวส์ ไม่ขาด มีขนาดต่าง ๆ กันเช่น 5, 10, 15 และ 30 แอมแปร์ เช่น ฟิวส์ขนาด 15 แอมแปร์ คือ ฟิวส์ที่ยอมให้กระแสไฟฟ้าไหลผ่านได้ไม่เกิน 15 แอมแปร์ถ้า เกนิ กว่านี้ฟิวส์จะขาด เปน็ ต้น 2) การเลือกใช้ฟิวส์ ควรเลือกขนาดของฟิวส์ให้พอเหมาะ กับปริมาณกระแสไฟฟ้า ที่ใช้ในครัวเรือนซ่ึงเราสามารถ คำนวณหาขนาดของฟิวส์ให้เหมาะสมกับปริมาณกระแสไฟฟ้า จากความสัมพันธต์ อ่ ไปนี้

2. อปุ กรณ์ตัดตอน หรอื เบรกเกอร์ (Breaker) เบรกเกอร์ คือ อุปกรณ์ตัดต่อวงจรโดยอัตโนมัติเม่ือมี กระแสไฟฟ้าไหลผ่านเกินไปปุ่มหรือคันโยกที่เบรกเกอร์จะดีด มาอยู่ในตำแหน่งท่ีเป็นการตัดวงจรอย่างอัตโนมัติ โดยอาศัย หลักการทำงานของแม่เหล็กไฟฟ้าไม่ใช่การหลอมละลาย เหมือนฟิวส์จึงไม่จำเป็นต้องเปล่ียนฟิวส์ เบรกเกอร์มีจำหน่าย ตามทอ้ งตลาดหลายแบบหลายขนาด ดังภาพ

3. สวติ ช์ (Switch) สวิตช์ เป็นอุปกรณป์ ิดหรือเปดิ วงจรไฟฟา้ เพ่ือควบคุมการ จา่ ยกระแสไฟฟ้าใหก้ ับเครื่องใช้ไฟฟ้า แบ่งออกเป็น 2 ประเภท ประกอบดว้ ย 3.1 สวิตช์ทางเดียว สามารถโยกปิดหรอื เปิดวงจรไฟฟ้าได้ เพียงทางเดียว เช่น วงจรของหลอดไฟฟ้าหลอดใดหลอดหน่ึง เป็นตน้ 3.2 สวิตช์สองทาง เป็นการติดตั้งสวิตช์ 2 จุด เพื่อให้ สามารถปิดหรือเปิดวงจรไฟฟ้าได้สองจุด เช่น สวิตช์ไฟที่บันได ที่สามารถเปิด -ปิดได้ท้ังอยู่ช้ันบนและชั้นล่างทำให้สะดวก ใน การใช้งาน

ข้อควรรู้เกยี่ วกับสวติ ช์ 1) ไม่ควรใช้สวิตช์อันเดียวควบคุมเคร่ืองใช้ไฟฟ้าหลายช้ิน ให้ทำงานพร้อมกันเพราะกระแสไฟฟ้าท่ีไหลผ่านสวิตช์มาก เกินไปจะทำให้จุดสัมผัสเกิดความร้อนสูงอาจทำให้สวิตช์ไหม้ และเป็นอันตรายได้ 2) ไม่ควรใช้สวิตช์ธรรมดาควบคุมเคร่ืองใช้ไฟฟ้าท่ีมี กระแสไฟฟา้ ไหลผ่านสูง เช่นมอเตอรเ์ ครอื่ งปรับอากาศ เป็นต้น ควรใช้เบรกเกอร์แทน เนื่องจากสามารถทนกระแสไฟฟ้าท่ีไหล ผา่ นไดส้ งู กว่า 4. สะพานไฟ (Cut-Out) สะพานไฟเป็นอุปกรณ์สำหรับตัดต่อวงจรไฟฟ้าท้ังหมด ภายในครัวเรือนประกอบด้วยฐานและคันโยกท่ีมีลักษณะเป็น ขาโลห ะ 2 ขา ซ่ึงมีท่ีจับ เป็ น ฉน วน เมื่อสับ คัน โยกข้ึน กระแสไฟฟ้าจะไหลเข้าสู่วงจรไฟฟ้าในครัวเรือนและเม่ือสับคัน โยกลงกระแสไฟฟา้ จะหยดุ ไหล ซ่ึงเปน็ การตัดวงจร

ขอ้ ควรร้เู กยี่ วกับสะพานไฟ 1) สะพานไฟช่วยให้เกดิ ความสะดวกและปลอดภัยในการ ซ่อมแซมหรือตดิ ต้ังอุปกรณไ์ ฟฟ้า 2) ถ้าต้องการให้วงจรเปิด (ไม่มีกระแสไฟฟ้าไหลผ่าน) ให้ สบั คันโยกลงแต่ถา้ ต้องการให้วงจรปดิ (มีกระแสไฟฟา้ ไหลผา่ น) ใหส้ บั คันโยกขน้ึ 3) ในการสับคนั โยกจะต้องใหแ้ นบสนิทกับท่ีรองรับ 5. เครื่องตดั ไฟร่วั (Earth Leak Circuit Breaker : ELCB) เครื่องตัดไฟร่ัว เป็นอุปกรณ์เสริมความปลอดภัยอีก ช้ันหน่ึงท่ีสามารถตัดวงจรไฟฟ้ากรณีเกิดไฟรั่ว โดยกำหนด ความไวของการตัดตอนวงจรไฟฟ้าตามปริมาณกระแสไฟฟ้าที่ รั่ว ลงดินเพื่อให้มีการตัดไฟรั่วก่อนที่จะเป็นอันตรายกับระบบ ไฟฟ้า

6. เตา้ รับ (Socket) และเต้าเสยี บ (Plug) เต้ารับและเต้าเสียบ เป็นอุปกรณ์ท่ีใช้เชื่อมต่อวงจรไฟฟ้า ทำให้กระแสไฟฟ้าไหลเขา้ ส่อู ปุ กรณแ์ ละเครื่องใชไ้ ฟฟ้า 1) เต้ารับหรือปลั๊กตัวเมีย คือ อุปกรณ์ท่ีเชื่อมต่อกับ วงจรไฟฟ้าในครัวเรือน เช่น เต้ารับที่ติดต้ังบนผนังบ้านหรือ อาค าร เป็ น ต้ น เพื่ อ รองรับ ก ารต่ อ กับ เต้ าเสีย บ ข อ ง เคร่ืองใชไ้ ฟฟ้า 2) เต้าเสียบหรือปลั๊กตัวผู้ คือ อุปกรณ์ส่วนที่ติดอยู่กับ ปลายสายไฟของเคร่ืองใช้ไฟฟ้า เต้าเสียบท่ีใช้กันอยู่มี 2 แบบ คอื (1) เตา้ เสียบ 2 ขา ใช้กบั เตา้ รับทีม่ ี 2 ชอ่ ง (2) เต้าเสียบ 3 ขา ใช้กบั เต้ารับที่มี 3 ชอ่ ง โดยขากลางจะ ตอ่ กบั สายดนิ

ขอ้ ควรรู้เกย่ี วกบั เตา้ รบั และเต้าเสยี บ 1) การใช้งานควรเสียบเต้าเสียบให้แน่นสนิทกับเต้ารับ และไม่ใช้เต้าเสียบหลายอัน กับเต้ารับอันเดียว เพราะเต้ารับ อาจร้อนจนลุกไหม้ได้ 2) เมื่อจะถอดปลั๊กออกควรจับที่เต้าเสียบ ไม่ควรดึงที่ สายไฟเพราะจะทาให้สายหลดุ และเกิดไฟฟา้ ลัดวงจรได้ 7. สายไฟ (Cable) สายไฟเป็นอุปกรณ์สาหรับส่งพลังงานไฟฟ้าจากท่ีหน่ึงไป ยังอีกท่ีหนึ่ง โดยกระแสไฟฟ้าจะนำพลังงานไฟฟ้าผ่านไปตาม สายไฟจนถึงเครื่องใช้ไฟฟ้า สายไฟทำด้วยสารที่มีคุณสมบัติ เป็นตัวนำไฟฟ้า (ยอมให้กระแสไฟฟ้าไหลผ่านได้ดี) เช่น ทองแดง เป็นต้น โดยจะถูกหุ้มด้วยฉนวนไฟฟ้าเพื่อความ ปลอดภยั ของผใู้ ชไ้ ฟฟ้า สายไฟทีใ่ ช้กนั ตามบา้ นเรอื นมดี ังภาพ



เรื่องท่ี 2 วงจรไฟฟา้ วงจ รไฟ ฟ้ า (Electrical Circuit) คื อ ก ารเชื่ อ ม ต่ อ ก ระ แ ส ไฟ ฟ้ าจ าก แ ห ล่ งจ่ าย ไฟ ฟ้ าผ่ าน ส าย ไฟ ไป ยั ง เครื่องใช้ไฟฟ้าในครัวเรือน สาหรบั การเชื่อมต่อกระแสไฟฟ้าจากแหล่งจ่ายไฟฟ้า มี 3 แบบ คอื แบบอนกุ รม แบบขนาน และแบบผสม ดังนี้

วงจรไฟฟ้าภายในครัวเรือนจะเป็นการต่อแบบขนานและ เครื่องใช้ไฟฟ้าแต่ละชนิดรับแรงดันไฟฟ้าขนาดเดียวกัน หาก เคร่ืองใช้ไฟฟ้าชนิดหน่ึงเกิดขัดข้องเนื่องจากสาเหตุใดก็ตาม เครอ่ื งใชไ้ ฟฟา้ ชนดิ อนื่ กย็ งั คงใช้งานได้ตามปกติ

สำหรับประเทศไทย ไฟฟ้าท่ีใช้ในครัวเรือนเป็นไฟฟ้า กระแสสลับท่ีมีความต่างศักย์ไฟฟ้า(ความต่างศักย์ไฟฟ้า คือ พลังงานไฟฟ้าท่ีต่างกันระหว่างจุด 2 จุด) 220 โวลต์ (V) ความถ่ี 50 เฮริ ตซ์ (Hz) โดยใช้สายไฟ 3 เส้น คอื 1) สายไฟหรือเรียกว่า “สายเส้นไฟ หรือสาย L” (Line) เป็นสายเส้นที่มีกระแสไฟไหลผ่านไปยังเคร่ืองใช้ไฟฟ้า มีความ ตา่ งศักยไ์ ฟฟ้า 220 โวลต์ 2) สายนิวทรัลหรือเรียกว่า “สายศูนย์ หรือสาย N” (Neutral) เป็นส่วนหน่ึงของวงจร มีหน้าท่ีทำให้กระแสไฟฟ้า ไหลครบวงจรมคี วามตา่ งศกั ย์ไฟฟ้า 0 โวลต์ 3) สายดิน หรอื เรียกวา่ “สาย G” (Ground) เปน็ สายเส้น ที่ไม่มีกระแสไฟฟ้า ทำหน้าท่ีรับกระแสไฟฟ้าท่ีรั่วมาจาก เครื่องใช้ไฟฟ้า เพ่ือป้องกันกระแสไฟฟ้าลัดวงจร และป้องกัน อันตรายแก่บคุ คล อุปกรณไ์ ฟฟา้ และเคร่ืองใช้ไฟฟา้ กระแสไฟฟา้ จะส่งผ่านมเิ ตอร์ไฟฟ้ามายังแผงควบคุมไฟฟ้า ซึ่งแผงควบคุมไฟฟ้า ทำหน้าท่ีจ่ายกระแสไฟฟ้าไปยังอุปกรณ์ เครื่องใชไ้ ฟฟ้า แผงควบคุมไฟฟ้าประกอบด้วยอุปกรณ์ตัดตอนหลัก หรือ เรียกว่า “เบรกเกอร์” (Main Circuit Breaker หรือ Cut-Out)

ซึ่งมี 1 ตัวต่อครัวเรือน และมีอุปกรณ์ตัดตอนย่อยหลายตัวได้ ขึ้นอยู่กับจำนวนเคร่ืองใชไ้ ฟฟ้าที่ใช้ในครัวเรือน นอกจากน้ียังมี จุดต่อสายดินท่ีจะต่อไปยังเต้ารับ หรือปล๊ักตัวเมีย ทุกจุดใน ครวั เรือน เพื่อตอ่ เขา้ เคร่ืองใชไ้ ฟฟา้ จากภาพตัวอย่างแผงวงจรไฟฟ้าในครัวเรือน กระแสไฟฟ้า จะไหลจากสายไฟหลกั ไปยงั อุปกรณต์ ัดตอนหลกั และจ่ายไปยัง อุปกรณ์ตัดตอนย่อย เพื่อจ่ายกระแสไฟฟ้าไปยังเครื่องใช้ไฟฟ้า โดยปกติสายไฟ สายนิวทรัล และสายดิน จะเป็นการต่อ วงจรไฟฟ้าเข้ากับแผงควบคมุ ไฟฟ้าภายในครวั เรือน

ข้อควรรู้เกย่ี วกบั วงจรไฟฟ้า 1) การกดสวิตช์เพ่ือเปิดไฟ คือ การทาให้วงจรปิด เพ่ือให้ มกี ระแสไฟฟ้าไหลเข้าสู่วงจร 2) การกดสวิตช์เพื่อปิดไฟ คือ การทาให้วงจรเปิด ไม่มี กระแสไฟฟ้าไหลเข้าสู่วงจร 3) ไฟตก คือ แรงดันไฟฟ้าตก อาจมีสาเหตุมาจากการที่ โรงไฟฟ้าขดั ข้อง หรือมีการใช้ไฟฟา้ มากขึน้ อยา่ งรวดเรว็ 4) วงจรลัด หมายถึง กระแสไฟฟ้าที่ไม่ได้ไหลผ่านโหลด หรือตัวต้านทาน เพราะเกิดการลัดวงจรข้ึนหรือเรียกว่า “ไฟชอ็ ต” สาเหตเุ กดิ จากสายไฟชำรดุ หรือเก่าเกินไป ฉนวนหุ้ม สายไฟเป่ือย สายไฟท้ังสองเส้นแตะกัน นอกจากนี้แล้วสายไฟ แรงสูงซึ่งเป็นสายเปลือย (สายไม่หุ้มฉนวน) อาจจะมีวัตถุซึ่ง เป็นสื่อไฟฟ้าวางพาดระหว่างสายทั้งสองนั้น หรือการเดิน วงจรไฟฟ้าผดิ จะทำให้เกิดการลดั วงจรได้

เรื่องที่ 3 สายดินและหลักดิน ส า ย ดิ น (Ground Wire) คื อ ส าย ไฟ ท่ี ต่ อ เข้ า กั บ เคร่ืองใช้ไฟฟ้า โดยการต่อลงดิน เพื่อให้สายดินเป็นตัวนำ กระแสไฟฟ้าท่ีอาจเกิดการร่ัวไหล จากเคร่ืองใช้ไฟฟ้าลงสู่ พ้นื ดนิ เป็นการปอ้ งกันไม่ใหไ้ ดร้ บั อนั ตรายจากกระแสไฟฟา้ ส่วนปลายของสายดินจะถูกฝังไว้ในดิน ด้วยการรวมสาย ดินจากทุกจดุ ภายในบ้านมาไว้ท่ีตู้ควบคุมไฟฟ้า และต่อสายอีก เส้นจากตู้ควบคุมไฟฟ้าลงสู่พ้ืนดิน ส่วนท่ีถูกฝังไว้ในดิน จะเป็น แทง่ ทองแดงเปลือย ไมม่ ฉี นวนหุ้ม ยาวประมาณ 6 ฟุต เรยี กว่า “หลักดิน” เนื่องจากดินมีความชื้นอยู่เสมอ จึงทำให้เกิดความ ต้านทานไฟฟา้ ต่ำ กระแสไฟฟา้ จึงไมไ่ หลมาทาอันตราย สายดินมีไว้เพ่ือป้องกันอันตรายที่เกิดจากไฟช็อตหรือไฟ รั่ว เพราะหากเกิดไฟช็อตหรือไฟรัว่ ขณะทีใ่ ช้งานอปุ กรณช์ ้ินน้ัน กระแสไฟจะไหลเข้าสู่ส่วนท่ีเป็นโลหะ ซึ่งถ้าสัมผัสโลหะของ อุปกรณ์นนั้ โดยท่ีไม่มีการติดตั้งสายดินไว้ กระแสไฟฟา้ ท้ังหมด ก็จะไหลเข้าสู่ตัวผู้ใช้เคร่ืองใช้ไฟฟ้า อาจทำให้ได้รับอันตราย และเสียชีวิตได้ แตถ่ ้าทบ่ี ้านมีการตดิ ตั้งสายดินไว้ กระแสไฟฟ้า เหล่าน้ันก็จะไหลผ่านเข้าไปท่ีสายดินแทน อันตรายต่าง ๆ ที่ เกิดจากไฟช็อตหรือไฟร่ัวก็จะไม่เกิดขึ้น ท่ีเป็นเช่นน้ีเพราะว่า สายดินทำหน้าที่เหมือนท่อน้ำล้นของอ่างล้างจานในครัว เมื่อ

เปิดน้ำจนถึง ท่อน้าล้นแล้ว น้ำก็จะไหลออกมาตามท่อน้ัน น้ำ จึงไม่ล้นอ่าง หลักดิน (Ground Rod)คือ อุป กรณ์ ท่ีทำหน้ าที่น ำ กระแสไฟฟ้าท่ีร่ัวไหลจากเครื่องใช้ไฟฟ้าผ่านสายดินลงสู่พื้นดิน โดยหลักดินจะมีลักษณะเป็นแท่งทรงกระบอก เส้นผ่าน ศนู ยก์ ลาง 16 มลิ ลเิ มตร และยาวไม่นอ้ ยกวา่ 2.4 เมตร ทำจาก วัสดุที่ทนการผุกร่อน เช่น แท่งทองแดงหรือแท่งแม่เหล็กหุ้ม ทองแดง เป็นต้น โดยหลักดินเป็นองค์ประกอบที่สำคัญของ ระบบสายดิน ดงั น้ี 1) เป็นอุปกรณ์ปลายทางท่จี ะทำหน้าท่สี ัมผสั กับพ้นื ดิน 2) เป็นส่วนท่ีจะทำให้สายดินหรืออุปกรณ์ที่ต่อลงดินมี ศกั ย์ไฟฟา้ เป็นศนู ยเ์ ท่ากับดิน 3) เป็นเส้นทางไหลของประจุไฟฟ้าหรือกระแสไฟฟ้าท่ีจะ ไหลลงสู่พื้นดนิ 4) เป็นตัวกำหนดคุณภาพ อายุความทนทาน และความ ปลอดภยั ของระบบการตอ่ ลงดินในระยะยาว

สำหรับเครื่องใช้ไฟฟ้าที่แนะนำให้ติดต้ังสายดิน เช่น เคร่ืองทำน้ำอุ่นไฟฟ้า ตู้เย็น เครื่องปรับอากาศ เคร่ืองซักผ้า เคร่ืองคอมพิวเตอร์ เป็นตน้ จากการศึกษาความรู้เก่ียวกับวงจรไฟฟ้าและอุปกรณ์ ไฟฟ้า สามารถนำมาใช้ต่อระบบไฟฟ้าภายในบ้านได้ ดัง ตัวอยา่ งในภาพต่อไปนี้