หลายท่านคงทราบกันอยู่แล้วว่า บัสเวย์หรือบัสดัก นั้นเป็นอุปกรณ์ที่มาแทนสายไฟใช้สำหรับจ่ายไฟไปยังโหลดต่างๆ ส่วนใหญ่แล้วจะใช้กับกระแสขนาดสูงๆ มากกว่า 800 ampere ขึ้นไป โดยบัสเวย์ที่มีขนาดแต่ 800 ampere ขึ้นไปนั้น จะมีการออกแบบบัสบาร์ให้วางชิดติดกัน ที่เรียกกันว่า Sandwich type เนื่องจากต้องการออกแบบให้มีลักษณะ Compact ดังนั้นฉนวนที่กั้นระหว่างบัสบาร์จึงเป็นหัวใจหลัก โดยจะต้องสามารถทนความร้อนได้เมื่อใช้งานที่ Full Load ในอุณหภูมิโดยรอบที่ถูกกำหนด รวมถึงป้องกันความชื้นที่เข้าสู่บัสเวย์ โดยในยุคแรกของการผลิตบัสเวย์เพื่อใช้แทนสายไฟนั้น ยังไม่มีการวางบัสบาร์ชิดติดกันจะเว้นระยะห่างด้วยอากาศ (Air Insulation) ถัดมาเริ่มมีการผลิตบัสเวย์ชนิด Sandwich Type ก็เริ่มมีการใช้ฉนวนอาทิ PVC และ Mylar จนกระทั่งเป็นฉนวนชนิด Epoxy ในปัจจุบัน
อ้างอิงจากเอกสารข้อมูลบัสเวย์ของ Westinghouse ซึ่งสุดท้ายเปลี่ยนชื่อเป็น Cutler Hammer ได้มีการเรียบเรียงประวัติของบัสเวย์ไว้โดยสรุปได้ดังนี้
ระหว่างปี 1938-1947 เริ่มผลิตบัสเวย์เพื่อใช้แทนสายไฟในช่วงสงครามโลกครั้งที่สอง โดยที่มีกระแสสูงสุดเพียง 1500 amp
ในช่วงทศวรรษ 1950-1960 เริ่มผลิตบัสเวย์ที่มีกระแสสูงขึ้นถึง 5000 amp โดยบัสบาร์ถูกเคลือบด้วยฉนวน PVC ในลักษณะ Heat Shrinkable Tube ใน Housing เหล็ก ที่มีช่องระบายอากาศ โดยข้องอต่างๆมีการใช้สายไฟชนิด Flexible armored cable แทน
ปี 1966 มีการออกแบบบัสเวย์ให้มีขนาดเล็กลงที่เรียกว่า Compact Type โดยวางบัสบาร์เรียงชิดติดกันซึ่งยังนิยมถึงปัจจุบัน เรียกว่า Sandwich Type Busway โดยบัสบาร์ถูกเคลือบด้วยฉนวน PVC ในลักษณะ Heat Shrinkable Tube และพันทับด้วยฉนวนชนิด Mylar อยู่ใน Housing ปิดมิดชิด ที่ผสมผสานระหว่างเหล็กและอลูมินั่มเพื่อให้มีน้ำหนักเบาลง
ปี 1968 บัสเวย์ที่ยังคงออกแบบในลักษณะ Non-Sandwich Type ได้หายไปจากตลาด
ปี 1988 หรือประมาณ 20 ปีก่อนหน้านี้ บัสเวย์รุ่นใหม่ได้เลือกใช้ฉนวนเป็นชนิด Epoxy ซึ่งเป็นฉนวนที่ดีที่สุดเหมาะสำหรับบัสเวย์ โดยเฉพาะอย่างยิ่งบัสเวย์ที่ผลิตในอเมริกา อาทิ GE Spectra Series , Cutler Hammer หรือ Siemens Sentron ได้เปลี่ยนไปใช้ Epoxy เป็นฉนวนสำหรับบัสเวย์จนถึงปัจจุบัน อย่างไรก็แล้วแต่การเคลือบฉนวน Epoxy ลงบนบัสบาร์นั้นจะต้องลงทุนเครื่องจักรที่ทันสมัย ทำให้มีการลงทุนเริ่มต้นที่สูง ดังนั้น บัสเวย์รุ่นที่ผลิตในจีนจึงยังคงใช้ฉนวน Mylar อยู่ ซึ่งเป็นบัสเวย์ที่ล้าสมัย แต่สามารถประหยัดการลงทุนเริ่มต้นได้
ฉนวนชนิด PVC เป็นฉนวนในยุคแรกที่บัสเวย์เลือกนำมาใช้ เนื่องจากสามารถนำมาหุ้มบัสบาร์ได้สะดวกในลักษณะ Heat Shrinkable Tube แต่ฉนวนชนิดนี้มีการทนความร้อนได้ต่ำ ทำให้ขนาดบัสบาร์ยังคงมีขนาดใหญ่ เพื่อควบคุมอุณหภูมิให้ไม่เกินที่ฉนวนทนได้ และจะต้องมีการระบายอากาศของ Housing ที่ดีพอ ทำให้ใช้ประโยชน์ของบัสบาร์ไม่เต็มประสิทธิภาพ ส่งผลให้ไม่สามารถออกแบบบัสเวย์ให้มีลักษณะ Compact ได้อย่างที่คาดหวัง
ฉนวนอีกชนิดคือ Polyester Film ซึ่งเราส่วนใหญ่เรียกว่า Mylar เป็นฉนวนชนิดแผ่นฟิลม์ โดยนำมาพันรอบบัสบาร์และยึดติดกันด้วยเทปกาวดโดยการพันด้วย Mylar นั้น จะมีช่องอากาศระหว่างตัวนำและบัสบาร์ ส่งผลให้ความชื้นสามารถเข้าสู่บัสบาร์ได้ง่ายขึ้น ดังนั้นบัสเวย์ที่เลือกใช้ฉนวน Mylar พันรอบตัวนำโดยตรงจึงไม่เหมาะสมในการใช้งานบัสเวย์ในบริเวณที่มีความชื้นหรือภายนอกอาคาร
ฉนวนชนิด Mylar เป็นฉนวนที่ดี แต่ยังมีจุดอ่อนในการพันรอบบัสบาร์ ในส่วนที่โค้งงอ เนื่องจากเป็นฉนวนที่มีลักษณะเป็นแผ่นจะต้องตัดและต่อด้วยเทปกาวทำให้มีรอยต่อหลายจุดซึ่งอาจเกิดการผิดพลาดในระหว่างการผลิต ส่วนใหญ่การ Certify คุณสมบัติความเป็นฉนวนจะมาจาก Third Party เนื่องจาก โรงงานผู้ผลิตบัสเวย์ไม่ได้เป็นผู้ผลิตฉนวนเอง และการ Certify นั้นจะกล่าวถึงตัวแผ่นฉนวน Mylar ก่อนจะนำมาตัดและต่อโดยพันรอบบัสเวย์ ซึ่งมีจุดอ่อนดังที่กล่าวมาข้างต้น
การทนความร้อนของฉนวน ชนิด Mylar นั้น ประมาณสูงสุด 130 oC ซึ่งหากถามว่าเพียงพอหรือไม่ ก็คงตอบว่าเพียงพอในกรณีใช้งานเต็มพิกัด ในอุณหภูมิแวดล้อมที่กำหนด โดยติดตั้งสมบูรณ์ เนื่องจากบัสเวย์นั้นจะถูกต่อเชื่อมกันด้วย Joint ซึ่งต้องขันให้แน่น หากเกิดการหลวมเนื่องจากการติดตั้ง หรือขาดการบำรุงรักษานั้น การหลวมนั้นจะทำให้เกิดอุณหภูมิที่รอยต่อสูงมาก และส่งผลให้ฉนวนละลายซึ่งส่งผลให้บัสเวย์เกิดการระเบิดทันที
เพื่อแก้ปัญหาเรื่องความชื้นและฉนวนละลายเมื่อเกิดความร้อนสูงดังที่กล่าวข้างต้น จึงมีการเพิ่มฉนวนชนิด Polypropylene เป็นปลอกหุ้มตลอดความยาวบัสบาร์ ก่อนพัน Mylar หุ้มทับ
Polypropylene เป็นฉนวนชนิดหนึ่งซึ่งมีคุณสมบัติการทนความร้อนได้สูงกว่า Mylar ซึ่งการออกแบบมาเป็นปลอกห่อหุ้มบัสบาร์ไว้ หุ้มยาวตลอดเลยถึงบริเวณบัสบาร์ที่จะต่อกับ Joint ทำให้ความชื้นไม่สามารถเข้าสู่บัสบาร์ได้ จึงสามารถนำบัสเวย์ที่ออกแบบด้วยฉนวนสองชนิดดังกว่าวไปติดตั้งบริเวณที่มีความชื้นสูงหรือภายนอกอาคารได้
ในส่วนคุณสมบัติการทนความร้อนสูงของ Polypropylene นั้น ทำให้เมื่อเกิดการหลวมของจุดต่อ (Joint) ความร้อนที่เกิดขึ้นจากบัสบาร์จะไม่สัมผัสตรงกับฉนวน Mylar ทำให้ Mylar ยังคงสภาพดีไม่เกิดการละลาย ทำให้ไม่เกิดการระเบิดเนื่องจากการลัดวงจรระหว่างเฟส หรือลัดวงจรลงดิน ทำให้มีความปลอดภัยสูงกว่าบัสเวย์ที่หุ้มด้วยฉนวน Mylar เพียงอย่างเดียว
อย่างไรก็ตามการพันด้วยแผ่น Mylar หรือ มีการหุ้ม Polypropylene ดังที่กล่าวข้างต้นนั้น ยังคงมีช่องอากาศซึ่งตัวนำสามารถสัมผัสโดนอากาศโดยตรงทำให้เกิดการแลกเปลี่ยนอิเลคตรอน ทำให้เกิด Oxide บนตัวนำ โดยบัสบาร์จำเป็นต้องถูกเคลือบด้วย Tin หรือ Copper ตลอดความยาวบัสบาร์ เพื่อเพิ่มอายุการใช้งานของบัสเวย์
ด้วยเทคโนโลยีที่มีการพัฒนาขึ้นทุกวัน บัสเวย์ยุคใหม่ได้เลือกใช้ ฉนวน Epoxy เป็นฉนวนหลัก เนื่องจากมีความเป็นฉนวนที่ดี ทนทาน แข็งแรง ทนความร้อนได้สูง ไม่หลอมละลายเหมือนกับฉนวน PVC หรือ Mylar ซึ่งได้พิสูจน์แล้ว จากข้อมูลการใช้งานในโครงการต่างๆ และลักษณะการใช้งานหลายแบบ ในหลากหลายสภาพแวดล้อม กว่า 20 ปีที่ผ่านมา ไม่พบปัญหาที่เกิดขึ้น
โรงงานผู้ผลิตบัสเวย์ที่ผลิตบัสเวย์เกรดสูงนั้นเลือกใช้ฉนวน Epoxy โดยจะต้องลงทุนเครื่องจักรและเครื่องมือที่ทันสมัยเพื่อทำการเคลือบ Epoxy บนบัสบาร์ ซึ่งต่างจากโรงงานผู้ผลิตที่เลือกใช้ Mylar นั้นไม่จำเป็นต้องลงทุนแต่ประการใด โดยจะซื้อแผ่น Mylar จากผู้ผลิตฉนวนและนำมาพันรอบบัสบาร์ ซึ่งถือว่าเป็นบัสเวย์เกรดสองในเทคโนโลยีปัจจุบัน
ในปัจุบันมีการกันแผ่น Mylar เพิ่มระหว่างบัสบาร์ที่หุ้มด้วย Epoxy ดังรูปที่ 8 ซึ่งหน้าที่หลักๆของแผ่น Mylar นั้นทำหน้าที่ป้องกันไม่ให้ Epoxy ที่หุ้มบัสบาร์เสียดสีกัน เวลาเกิดการขยายตัวของบัสบาร์เมื่อเกิดการเปลี่ยนแปลงโหลดเพื่อเพิ่มอายุการใช้งานของบัสเวย์ขึ้นอีก หลายท่านยังคงเข้าใจผิดว่าการเพิ่มแผ่น Mylar เพื่อทำหน้าที่เป็นฉนวนหลัก ที่จริงแล้วนั้นเป็นผลประโยชน์ทางอ้อม โดย Epoxy ยังคงเป็นฉนวนหลักซึ่งผู้ผลิตลงทุนเลือกใช้
ฉนวน Epoxy ได้ถูกเรียกว่าเป็นฉนวนที่ดีที่สุดสำหรับบัสเวย์ สามารถใช้งานได้ที่อุณหภูมิ 180 oC (Daily periodic working temperature) Epoxy จะถูกเคลือบบนผิวตัวนำด้วยเทคโนโลยีชั้นสูง โดยควบคุมความหนา (Uniform thickness) ด้วยระบบคอมพิวเตอร์ โดยมีการทดสอบความเป็นฉนวนทุกชิ้นอีกครั้งโดยแปรงตัวนำศักดา 5000V (Brush electrode)
อายุการใช้งานบัสเวย์ ที่ใช้ฉนวน Epoxy นั้นถูกออกแบบให้ใช้งานได้ 50 ปี ซึ่งมากกว่า Mylar และ PVC ซึ่งจะมีอายุการใช้งานประมาณ 20-30 ปี สูงสุด
การทดสอบและเปรียบเทียบ ฉนวนชนิด Epoxy , Mylar และ PVC
จากทฤษฎีคลาสสิค Arrhenius Rection Rate Theory ที่ว่าด้วยผลกระทบต่อโมเลกุลเชิงความร้อนเมื่อเทียบกับเวลา ได้นำหลักการมาทดสอบกับบัสเวย์ที่เคลือบด้วยฉนวน Epoxy โดยกำหนดช่วงเวลาการทดสอบนาน 1200 ชั่วโมง (Aging time) ที่อุณหภูมิ 160 C โดยทดสอบ 10 รอบสัปดาห์ โดยแต่ละรอบสัปดาห์มีการทดสอบดังนี้
5 วัน หรือ 120 ชั่วโมง บัสเวย์จะถูกป้อนศักดาที่ 900 V (150% ของ Service Voltage (600 V)) และ 2 วันหลังจากนั้นจะนำบัสเวย์ให้กระทบกับความชื้น โดยส่งผลให้บัสเวย์มีลักษณะเปียกชื้น
Corona Starting Voltage และ Corona extinction voltage จะถูกบันทึกค่า โดยตัวบัสเวย์จะถูกทดสอบค่าความเป็นฉนวนด้วย 2200 V High potential test ก่อนและหลังการทดสอบทุกครั้งในแต่ละรอบสัปดาห์
จากรูปกราฟที่ 1 , แสดงค่า Corona Starting Voltage (CSV) เทียบกับเวลา และรูปกราฟที่ 2 แสดงค่า Corona extinction voltage (CEV) เทียบกับเวลา โดยทั้งสองกราฟจะแสดงค่าเป็น per unit เทียบกับ Service voltage (900 V) ที่อุณหภูมิ 160 oC
ทั้ง CEV และ CSV ผ่านการทดสอบด้วยดีโดยมีค่าสูงกว่า Service Voltage ตลอดการทดสอบ โดยในรูปกราฟที่ 3 จะแสดงค่าสัดส่วนระหว่าง CSV ต่อ CEV ซึ่งจะเห็นได้ว่ามีค่าค่อนข้างคงที่ ซึ่งแสดงถึงความคงทนของฉนวน Epoxy อย่างสม่ำเสมอตลอดช่วงเวลาทดสอบ 1200 ชั่วโมง
หลังจากการทดสอบครบ 1200 ชั่วโมง บัสเวย์จะถูกถอดออกทดสอบค่าความเป็นฉนวนอีกครั้งและพบว่าตัวฉนวนยังอยู่ในสภาพสมบูรณ์เมื่อป้อนศักดา 5200 V
ขณะเดียวกันได้มีการทดสอบบัสเวย์ซึ่งใช้ฉนวนชนิด Mylar และ PVC โดย Mylar เป็นชนิดหนา 10 mils พันรอบตัวนำสองชั้น ส่วน PVC เป็นชนิดความหนา 35 mils โดยมี Mylar หนา 5 mils พันรอบอีกหนึ่งชั้น ผลการทดสอบพบว่า ฉนวน PVC ล้มเหลวหลังจากผ่านไป 72 ชั่วโมง ทีอุณหภูมิ 140 oC โดยตรวจพบรอยแตกบริเวณขอบบัสบาร์ ส่วนฉนวนชนิด Mylar ล้มเหลวหลังจากผ่านไป 540 ชั่วโมง ที่อุณหภูมิ 160 oC
การทดสอบอื่นๆ
ในการทดสอบอายุการใช้งานของบัสเวย์นั้น ยังมีการทดสอบอื่นเพิ่มเติมซึ่งฉนวน Epoxy นั้นผ่านการทดสอบทั้งหมด โดยการทดสอบประกอบด้วย thermal overload , water absorption, impact strength, cold shock, thermal cycling, flammability
การทดสอบ thermal overload นั้นบัสบาร์จะถูกเคลือบด้วยฉนวนและประกอบเป็นบัสเวย์โดยถูกแรงบีบอัดที่ 300 psi ขณะที่จ่ายกระแสขนาด 12 เท่าของพิกัดกระแสอย่างต่อเนื่อง จนกระทั่งอุณหภูมิสูงถึง 175 oC ภายในเวลา 35 วินาที หลังจากนั้นจะปลดกระแสออก และนำบัสบาร์ไปทำให้เย็นเท่ากับอุณหภูมิห้อง โดยทำการทดสอบข้างต้น 3 รอบ โดยเมื่อเสร็จสิ้นแต่ละรอบจะทดสอบค่าความเป็นฉนวน ที่ศักดา 12 kV ของ เฟส-เฟส และ เฟส-กราวด์
การทดสอบ water absorption นั้นมีความสำคัญตั้งแต่ GE Spectra Series บัสเวย์รุ่นที่ผลิตในอเมริกาได้ออกแบบบัสเวย์เพื่อใช้ภายนอกอาคาร การทดสอบจะนำบัสบาร์เคลือบตลอดด้วยฉนวน Epoxy จุ่มในน้ำที่มีอุณหภูมิ 180 oF (82 oC) และป้อนศักดา 900V ระหว่างบัสบาร์กับน้ำ ในช่วงเวลา 1000 ชั่วโมง โดยจะต้องไม่เกิดความล้มเหลวของฉนวน ซึ่งฉนวน Epoxy ผ่านการทดสอบดังกล่าว
การทดสอบ impact strength จะเป็นการทดสอบความแข็งแรงของฉนวน โดยฉนวน Epoxy นั้นทนค่า impact strength 5 เท่าของ PVC และ 3 เท่าครึ่งของ Glass tape ซึ่งจะทำให้ไม่เกิดการเสียหายของฉนวนระหว่างขนส่งหรือการติดตั้ง
Cool shock test นั้น ฉนวน Epoxy จะถูกทำให้เย็นถึง -40 oC และทดสอบด้วยแปรงศักดา (Brush-type electrode high potential test) ที่ 3500 V ซึ่งผ่านการทดสอบด้วยดี
ในส่วนของ Thermal cycling test นั้น บัสบาร์ที่เคลือบด้วยฉนวน Epoxy จะถูกปรับอุณหภูมิระหว่าง -20 oC ถึง +175 oC ทุก 2 นาที โดยทดสอบทั้งหมด 40 cycles หลังการทดสอบจะถูกทดสอบ Impact strength เพื่อทดสอบความแข็งแรงของฉนวนหลังจากใช้งานในอุณหภูมิที่แตกต่างกันอย่างมาก รวมถึงทดสอบค่าความเป็นฉนวนอีกครั้งโดยป้อนศักดาที่ 11 kV ซึ่งฉนวน Epoxy ผ่านการทดสอบดังกล่าวนี้
ปัจจุบันบัสเวย์บางยี่ห้ออาทิ EAE ได้ส่งบัสเวย์รุ่นที่ใช้ Epoxy insulation เพื่อทดสอบ Fire Resistance Test ตามมาตรฐาน IEC60331 ที่สถาบันทดสอบ VDE ณ ประเทศเยอรมันนี โดยผ่านการทดสอบการทนไฟที่ 750 oC เป็นเวลามากกว่า 6 ชั่วโมง ซึ่งบัสเวย์ที่ผ่านการทดสอบดังกล่าวสามารถนำใช้แทนสายทนไฟเพื่อจ่ายไฟให้ lift หรือ fire pump หรือใช้เป็น emergency bus เป็นต้น
เมื่อเทียบฉนวน Epoxy กับ ฉนวนชนิด Mylar หรือ PVC จากผลการทดสอบข้างต้นแสดงให้เห็นว่า ฉนวน Epoxy มีอายุการใช้งานที่ยาวนานกว่า มี impact strength สูงกว่า resistance to water สูงกว่า บัสเวย์รุ่นใหม่ จึงพิจารณเลือกฉนวนชนิด Epoxy เพื่อใช้เป็นฉนวนหลักของบัสเวย์
เทคโนโลยีการเคลือบ Epoxy บนตัวบัสบาร์นั้นที่นิยมโดยทั่วไปคือเคลือบด้วยขบวนการแบบ fluidized bed ซึ่งจะทำให้การเคลือบเท่ากันทั้งบัสบาร์ ไม่มีช่องว่างอากาศ โดยขบวนการทั้งหมดถูกควบคุมด้วยระบบคอมพิวเตอร์ ไม่มีโอกาสเกิดความผิดพลาดจากการประกอบโดยแรงงานคน ต่างกับใช้ฉนวนชนิด Mylar ซึ่งต้องประกอบโดยแรงงานคนจะมีโอกาสผิดพลาดสูง
ขั้นตอนการเคลือบ Epoxy
The preparation phase : บัสบาร์จะถูกตัดตามขนาดที่ต้องการและจะถูกส่งผ่านสายพาน
The Cleaning phase : เป็นขั้นตอนการทำความสะอาดบัสบาร์ ก่อนจะถูกส่งไปเคลือบ Epoxy
The insulating phase : เป็นขั้นตอนการเคลือบบัสบาร์โดยใช้เทคโนโลยี Fluidized bed ซึ่งบัสบาร์ตลอดแนวจะถูกทำให้ร้อนเท่ากันตลอดความยาวโดยร้อนกว่า working point ของ Epoxy และจุ่มบัสบาร์ลงใน fluidized bed container ซึ่งด้านล่างมีแผ่นเหล็กพรุน อากาศชื้นจะถูกบีบผ่านแผ่นดังกล่าว ผง Epoxy จะถูกหลอมละลายคล้ายกับการต้มน้ำ โดยอนุภาคเล็กๆของ Epoxy จะสัมผัสกับบัสบาร์ซึ่งถูกทำให้ร้อนโดยมีการควบคุม ก็จะหลอมละลายเคลือบบัสบาร์เป็นเนื้อเดียวกันตลอดความยาวของบัสบาร์ โดยความหนาของฉนวนจะถูกควบคุมโดย เวลาการจุ่ม (Dipping time) ซึ่งขึ้นอยู่กับขนาดบัสบาร์ ซึ่งทั้งหมดจะถูกควบคุมด้วยระบบคอมพิวเตอร์
Oven curing : ขั้นตอนสุดท้าย บัสบาร์ที่ถูกเคลือบด้วยฉนวน Epoxy จะถูกอบและนำออกจากสายพาน โดยบัสบาร์ทุกชิ้นจะถูกตรวจสอบค่าความเป็นฉนวนโดยใช้ แปรงศักดา (Brush electrode) ป้อนศักดาที่ 5000 V สัมผัสทุกจุดของฉนวน โดยทดสอบ เฟส-เฟส และ เฟส-กราวด์ เพื่อความมั่นใจก่อนประกอบเป็นบัสเวย์
ทั้งนี้ Quality Control ยังสุ่มเลือกบัสบาร์มาทดสอบ dielectric strength, impact strength , edge coverage ในทุกๆวัน
สรุป
บัสเวย์ที่มีคุณภาพสูงและถูกออกแบบมาเพื่อมีอายุการใช้งานที่นานขึ้นนั้น จะเลือกใช้ฉนวน Epoxy เป็นฉนวนหลัก อาทิ EAE (TURKEY) , CUTLER HAMMER (USA) , SIEMENS SENTRON (USA) , GE SPECTRA SERIES (USA) , POWERDUCT (MALAYSIA) เป็นต้น
กรกฎาคม 2552
อ้างอิง
Cutler Hammer Low Voltage Busway Ref no. 175
GE Spectra Series Catalog
GE Technical Paper no. DE-171
EAE KBA Catalog
EAE KX Catalog
EAE Technical Paper , Durable Insulation
Siemen Sentron Catalog
Powerduct Catalog
