เนื้อหาวันที่ : 2013-04-24 16:54:57 จำนวนผู้เข้าชมแล้ว : 2686 views

การควบคุมการกัดกร่อนของระบบรถไฟฟ้าใต้ดิน

กระแสจรจัด หรือ Stray Current นั้นเกิดจากการที่คนเราใช้ไฟฟ้ากระแสตรงโดยตั้งใจและไม่ตั้งใจทำให้เกิดกระแสไหลผ่านพื้นโลกกลับเข้าสู่วงจร

การควบคุมการกัดกร่อนของระบบรถไฟฟ้าใต้ดิน
อารีย์ หวังศุภผล
areeceic@yahoo.com

กระแสจรจัด สาเหตุหลักของการสึกกร่อนในระบบใต้ดิน

   กระแสจรจัด หรือ Stray Current นั้นเกิดจากการที่คนเราใช้ไฟฟ้ากระแสตรงโดยตั้งใจและไม่ตั้งใจทำให้เกิดกระแสไหลผ่านพื้นโลกกลับเข้าสู่วงจร ซึ่งเป็นสาเหตุหลักที่ทำให้เกิดการสึกกร่อนของระบบใต้ดิน การสึกกร่อนเกิดจากปฏิกิริยาไฟฟ้าเคมีที่เกิดจากปรากฏการณ์ทั้งทางไฟฟ้าและเคมี โดยการสึกกร่อนทางไฟฟ้าเคมีเกิดจากการที่มีแรงดันไฟฟ้าต่างกัน 2 จุด ของตัวนำที่ต่อไฟฟ้าอยู่และจุ่มอยู่ในอิเล็กโตรไลต์ ในสภาวะนี้จะเกิดกระแสไหลจากอาโนดผ่านอิเล็กโตรไลต์ไปยังคาโธด จนครบวงจรไฟฟ้า

ในบริเวณที่เป็นอาโนดหรือ Anodic Area จะมีศักย์ลบมากที่สุด คือจะเป็นจุดที่มีการสึกกร่อนมากที่สุดเนื่องจากการเสียอิเล็กตรอน ในพื้นที่ที่เป็นคาโธดหรือ Cathodic Area จะเกิดการสะสมของไฮโดรเจนหรือไอออนอื่น ๆ ทางไฟฟ้า


Anodic Stray Current 

   เมื่อเปลือกของสายเคเบิลเป็นตะกั่วและทำตัวเป็น Anode จาก Stray Current จะทำให้เกิดการปล่อยประจุ ทำให้เกิดการสึกกร่อนซึ่งประกอบไปด้วย คลอไรด์ ซัลเฟต หรือตะกั่วคาร์บอเนต ซึ่งมีสีขาว บางครั้งหากมีการสึกกร่อนรุนแรงจะมีสีคล้ายช๊อกโกแลตหรือที่เรียกว่า Lead Dioxide


Cathodic Stray Current
    
   เกิดจากสายเคเบิลทำตัวเป็นคาโธด จะเกิดด่างหรือด่างเกลือของ โซเดียม โพแทสเซียม และแคลเซียม ด่างที่เกิดจะเกิดมากสุดบริเวณจุดที่มีความหนาแน่นกระแสสูงสุด ประจุไฮโดรเจนบวกจะทำให้เกิดด่างเพิ่มขึ้น ไฮโดรเจนที่สะสมเพิ่มขึ้นที่เปลือกของสายเคเบิลนี้จะทำให้เกิดตะกั่วและรูปร่างของเปลือกนอกเปลี่ยนไปซึ่งประกอบไปด้วย ชั้นของตะกั่ว ตะกั่วโมนอกไซด์ (Lead Monoxide) คาร์บอเนต และไฮโดรเจนของด่างเกลือจะมองเห็นชั้นเหล่านี้เป็นสีส้มแดงสว่าง ของตะกั่วโมนอกไซด์ สีเหลืองและเขียวอาจเกิดขึ้นได้บางสภาวะ

   เกิดจากสายเคเบิลทำตัวเป็นคาโธด จะเกิดด่างหรือด่างเกลือของ โซเดียม โพแทสเซียม และแคลเซียม ด่างที่เกิดจะเกิดมากสุดบริเวณจุดที่มีความหนาแน่นกระแสสูงสุด ประจุไฮโดรเจนบวกจะทำให้เกิดด่างเพิ่มขึ้น ไฮโดรเจนที่สะสมเพิ่มขึ้นที่เปลือกของสายเคเบิลนี้จะทำให้เกิดตะกั่วและรูปร่างของเปลือกนอกเปลี่ยนไปซึ่งประกอบไปด้วย ชั้นของตะกั่ว ตะกั่วโมนอกไซด์ (Lead Monoxide) คาร์บอเนต และไฮโดรเจนของด่างเกลือจะมองเห็นชั้นเหล่านี้เป็นสีส้มแดงสว่าง ของตะกั่วโมนอกไซด์ สีเหลืองและเขียวอาจเกิดขึ้นได้บางสภาวะ


แหล่งกำเนิดของ Stray Current
   เกิดจากการใช้งานไฟฟ้ากระแสตรงและเกิดการไหลกลับโดยตั้งใจหรือไม่ตั้งใจโดยใช้ดินเป็นทางเดินกลับเข้าสู่วงจร ในระบบรถรางไฟฟ้า การป้องกันแบบ Cathodic จะต้องทำมากที่สุด เพราะเป็นแหล่งกำเนิดของ Stray Current การเชื่อม การใช้ลิฟต์ และวงจรสัญญาณอื่น ๆ เป็นแหล่งจ่ายที่มีผลกระทบน้อยกว่า

 

 รูปที่ 1 แสดงแหล่งของ Stray Current ที่เกิดจากรถไฟฟ้าที่ใช้กระแสตรง

   จากรูปที่ 1 แสดงแหล่งของ Stray Current ที่เกิดจากรถไฟฟ้าที่ใช้กระแสตรง โดยปกติรางจะเป็นส่วน Negative Return แต่โดยทั่วไปที่ไม่ได้มีการฉนวนรางกับพื้นโลกก็จะเกิดการนำกระแสผ่านพื้นโลกได้ ทำให้โลหะใต้ดินเป็นตัวนำไปด้วย และเกิดการจ่ายกระแสกลับสู่แหล่งจ่ายเข้าสู่แหล่งกำเนิดจากโลหะใต้ดินบริเวณแหล่งกำเนิดซึ่งก็จะเกิดการสึกกร่อนของโครงสร้างใต้ดินไปด้วย

 


รูปที่ 2 การป้องกัน Cathodic ซึ่งก็ยังมีบางส่วนที่กระแสหลุดรอดไปยังส่วนข้างเคียงทำให้เกิดการสึกกร่อนขึ้นได้

 

 

 รูปที่ 3 แสดง Stray Current จากการใช้ไฟฟ้ากระแสตรง


การวัด Stray Current
   จะต้องทำการเริ่มวัดกระแสและแรงดันเพื่อคำนวณภาวะการสึกกร่อนโดยทำการวัดระหว่างโครงสร้างและรางทั้งสองและระหว่างรางกับโครงสร้างถัดไป โดยใช้เครื่องวัด DC mV/V ที่มีความไว 100,000 (/V หรือสูงกว่าและควรเป็นชนิดที่วัดได้ 2 ทิศทางคือค่า 0 อยู่กึ่งกลางหรืออาจใช้มิเตอร์ที่มีความละเอียดต่ำกว่าก็ได้และแต่ความผิดพลาดจะมากขึ้น สำหรับการวัดแรงดันโครงสร้างเทียบกับพื้นโลก ใช้ Copper Sulfate Half Cell ซึ่งจะดีที่สุดถ้าเชื่อมต่อ Half Cell ที่ความลึก 5 ฟุตจากโครงสร้างหรืออาจเป็นจุดล่างสุดของ Manhole หรือเหนือท่อ Duct ก็ได้


   การวัดกระแสทำได้โดยการวัดแรงดันตกคร่อมในความยาวช่วงหนึ่งของโครงสร้างและคำนวณหาค่ากระแสออกมา มิเตอร์ควรเป็นสเกล 1 ทิศทางเช่นเดียวกัน
แรงดันและกระแสที่อ่านได้ควรนำมาสัมพันธ์กันเพราะอาจมีการเปลี่ยนแปลงมากควรทำในช่วงระยะเวลาหนึ่งเพื่อให้ได้ข้อมูลเฉลี่ยที่น่าเชื่อถือ โดยใช้ DC Recording mV/V Meter บันทึกภายใน 24 ชม. ปกติใช้ความไว 10,000 (/V หรือสูงกว่าเก็บข้อมูลหลาย ๆ แห่ง

 
การควบคุมการสึกกร่อนโครงสร้างใต้ดิน
     
มีอยู่หลายวิธีที่จะควบคุมการสึกกร่อนจาก Stray Current ได้คือ
1. ลดการรั่วไหลของกระแสจากราง
2. ลดการเพิ่มขึ้นของกระแสรั่วไหล
3. ตัดตอนความต่อเนื่องของโครงสร้างใต้ดิน
4. จัดเตรียมเส้นทางไว้สำหรับ Stray Current

1. การลดการรั่วไหลของกระแสจากราง 

   โดยเพิ่มความต้านทานระหว่างรางและพื้นโลกคือเมื่อมีการใช้รางเป็นส่วนไหลกลับของกระแส จะมีกระแสส่วนต่าง ๆ ไหลลงสู่หมอนรางและพื้นโลก โดยทั่วไปในระยะเขตสิทธิปลอดภัยจะใช้หินกรวดรองหมอนรางรถไฟเพื่อลดกระแสรั่วไหล การเชื่อมต่อรางที่ไม่ดีก็จะเป็นการเพิ่มความต้านทานทำให้เป็นการเพิ่ม Leakage Current ไปในตัว และหากมีการใช้ตัวนำวิ่งขนานไปกับรางก็จะช่วยเพิ่มความนำให้รางวิ่งด้วย

   กระแสรั่วไหลมีผลมาจาก ตำแหน่ง ขนาด และตารางเวลาใช้งานสถานีไฟฟ้า ในการออกแบบระยะห่างระหว่างสถานีและรางควรให้อยู่ใกล้กันเพื่อป้องกันแรงดันตก ถ้าแรงดันตกเกิน 4 V/1000 ft. เป็นไปได้ที่จะทำให้เกิดกระแสรั่วไหลเนื่องจากความนำไม่ดี

   ตารางเวลาการทำงานของสถานีไฟฟ้าก็มีส่วนช่วยให้เกิดกระแสรั่วไหลเพิ่มขึ้นได้  ในช่วง Off Peak การใช้สถานีไฟฟ้าน้อยจ่ายให้รถไฟฟ้าจะทำให้เกิดแรงดันตกและกระแสรั่วไหลจะมาก


2.  การลดการเพิ่มขึ้นของกระแสรั่วไหลในโครงสร้างใต้ดิน

   ทำได้โดยเพิ่มความต้านทานจากพื้นโลกโดยการเคลือบของเหลวหรือเทปเพื่อป้องกันโครงสร้างจากดิน  ถ้าเป็นเคเบิลที่เปลือกนอกไม่ใช่โลหะสามารถใช้เทปพันตลอดแนวความยาว หากเป็นท่อโลหะให้ใช้ของเหลวหรือเทปพันหรือเปลี่ยนท่อไปใช้แบบที่ไม่ใช่โลหะ

   ถ้าโครงสร้างอยู่ในท่อ Duct การลดกระแสรั่วไหลทำได้โดยการฉีดน้ำเพื่อลดเกลือ ภายในท่อ Duct & Manhole เพื่อเพิ่มความต้านทานให้กับเคเบิล


3.  การตัดตอนความต่อเนื่อง 

   โดยการใช้ฉนวนคั่นระหว่างโครงสร้างเพื่อไม่ให้เกิดความต่อเนื่องของกระแสรั่วไหลไปยังสถานีไฟฟ้า ฉนวนนี้จะใช้ได้ผลกับโครงสร้างที่อยู่ใต้รางหรือใกล้กับจุดสิ้นสุดของราง  ถ้าจำเป็นต้องให้โครงสร้างนั้นต่อเนื่องอาจใช้ตัวความต้านทานหรือ คาปาซิเตอร์ต่อเชื่อมแทน


4.  การใช้ตัวนำเป็นเส้นทางเดินของ Stray Current

   โดยให้เป็นตัวนำสำหรับกระแสรั่วไหลโดยจัดวางไว้ใน Anodic Area ระหว่างโครงสร้างและฟีดเดอร์ลบ ราง หรือ กราวด์บัสของสถานีไฟฟ้า ตำแหน่งและความต้านทานของตัวนำนี้ควรให้เพียงพอกับค่าความนำที่ด้องการ และการนำกระแสรั่วไหลกลับแหล่งจ่าย โดยไม่ทำให้โครงสร้างอื่นเสียหาย ขนาดของตัวนำที่เล็กไปจะทำให้เกิด Anodic Condition และถ้าใหญ่เกินไปจะทำให้เกิดศักย์ลบบนโครงสร้างได้ ตัวนำนี้ปกติมักใช้ขนาดใหญ่และมีความต้านทานเชื่อมอยู่ เมื่อตัวนำนี้ยาวและมีความต้านทานสูง หรือมีศักย์ไฟฟ้าระหว่างโครงสร้างและสถานีต่ำไป อาจใช้ Rectifier เพื่อเพิ่มการระบายกระแสได้
 
   ตัวนำนี้เป็นโลหะที่ต้องต่อตรงกับระบบเพื่อนำกระแสไฟฟ้ากลับสถานีไฟฟ้า และบางครั้งกระแสอาจเกิดการกลับทิศทางได้ อาจใช้สวิตช์กลับทิศทางกระแสหรือไดโดดเพื่อป้องกันการเพิ่มขึ้นของกระแสจากสถานีซึ่งพิกัดของความต้านทานและทนทานกระแสควรสูงถึง 400 A หรือมีสภาพเสมือนเปิดวงจรเมื่อกระแสไหลทิศทางหนึ่งและมีความต้านทานต่ำเมื่อกระแสไหลทิศทางตรงข้าม

   สภาวะ Anodic มักเกิดบ่อยในโครงสร้างใต้ดินที่ต่อขยายถึงปลายราง ซึ่งไม่ได้ใช้ตัวนำระบายกระแสรั่วไหล การป้องกันแบบ Cathodic สามารถนำมาใช้ได้ในจุดนี้ทั้งการเคลือบป้องกัน Anode หรือเคลือบป้องกันแบบ Rectifier ของระบบป้องกัน Cathodic สามารถใช้ได้ตามความจำเป็น การป้องกันแบบ Anodic สามารถใช้ในตำแหน่งช่วงกลางของระบบหรือกระจายในแต่ละช่วงของโครงสร้างสำหรับสายเคเบิลมักติดตั้งในท่อ Duct หรือ Manhole

   ในการใช้งานการป้องกัน Cathodic ที่ติดตั้งไว้นั้นอาจเกิดการระบายกระแสที่มากไปหรือน้อยไปก็ได้ เนื่องจากการเปลี่ยนแปลงของโหลดและตารางการใช้งานสถานีไฟฟ้า ดังนั้นการป้องกันจะไม่คงที่ การใช้ Magnetic Amplifier จะช่วยกำจัดปัญหานี้ได้ โดยจะควบคุมแรงดันของโครงสร้างกับพื้นโลก

การสำรวจและซ่อมบำรุง

   การแก้ปัญหา Stray Current ควรมีการสำรวจและซ่อมบำรุง ควรมีการทำตารางตรวจสอบเนื่องจากการเปลี่ยนแปลงในการใช้งานของสถานีไฟฟ้าและในฤดูที่แตกต่าง จะมีกระแสรั่วไหลต่างกัน การซ่อมถนนหือการตัดไฟฟ้าซ่อมบำรุงสถานีไฟฟ้า การจัดวางโครงสร้างใหม่จะมีผลกระทบต่อ Stray Current การทดสอบจากส่วนกลางจะเป็นการตรวจสอบสภาพของตัวนำระบายกระแสและสวิตช์อัตโนมัติ และการกำจัดความผิดพลาดจากการตรวจสอบโดยบุคคล


สรุป

   Stray Current ทีเกิดจากระบบใต้ดินนั้นจะเกิดจากระบบรถไฟฟ้าเป็นหลัก กระแสรั่วไหลนี้จะไหลผ่านโครงสร้างใต้ดิน และเป็นตัวเร่งให้เกิดปฏิกิริยาเคมีไฟฟ้าซึ่งเป็นสาเหตุหลักของการสึกกร่อน วิธีที่จะควบคุมประกอบด้วย สวิตช์โซลินอยด์ ไดโอด Rectifier การเคลือบอาโนด และการต่อตรง การพัฒนาอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์รุ่นใหม่ ๆ จะทำให้การควบคุม Stray Current ทำได้ดีขึ้นและการร่วมมือกันของผู้ใช้งานระบบต่าง ๆ เพื่อจะป้องกันก็จะช่วยลดอันตรายจาก Stray Current ได้

 

สงวนลิขสิทธิ์ ตามพระราชบัญญัติลิขสิทธิ์ พ.ศ. 2539 www.thailandindustry.com
Copyright (C) 2009 www.thailandindustry.com All rights reserved.

ขอสงวนสิทธิ์ ข้อมูล เนื้อหา บทความ และรูปภาพ (ในส่วนที่ทำขึ้นเอง) ทั้งหมดที่ปรากฎอยู่ในเว็บไซต์ www.thailandindustry.com ห้ามมิให้บุคคลใด คัดลอก หรือ ทำสำเนา หรือ ดัดแปลง ข้อความหรือบทความใดๆ ของเว็บไซต์ หากผู้ใดละเมิด ไม่ว่าการลอกเลียน หรือนำส่วนหนึ่งส่วนใดของบทความนี้ไปใช้ ดัดแปลง โดยไม่ได้รับอนุญาตเป็นลายลักษณ์อักษร จะถูกดำเนินคดี ตามที่กฏหมายบัญญัติไว้สูงสุด