อากาศที่เราหายใจเข้าไปนั้นถือเป็น ฉนวนไฟฟ้า (Electrical Insulator) ที่ยอดเยี่ยมที่สุดชนิดหนึ่ง ซึ่งทำให้เราสามารถส่งผ่านพลังงานไฟฟ้าแรงสูงผ่านสายส่งเหนือศีรษะได้อย่างปลอดภัย แต่ภายใต้สภาวะที่รุนแรง เช่น แรงดันไฟฟ้าที่สูงมาก อากาศจะสามารถเปลี่ยนสถานะอย่างฉับพลันจากฉนวนไปเป็น ตัวนำไฟฟ้า (Electrical Conductor) ได้ ซึ่งกระบวนการนี้เรียกว่า การเบรกดาวน์ (Electrical Breakdown)
1. อากาศในฐานะฉนวนไฟฟ้า: “ความต้านทานไดอิเล็กทริก”
อากาศประกอบด้วยโมเลกุลของก๊าซ (ไนโตรเจนและออกซิเจนเป็นหลัก) ซึ่งตามปกติแล้วจะมีอิเล็กตรอนยึดติดอยู่กับนิวเคลียสอย่างแน่นหนา ทำให้ไม่สามารถนำไฟฟ้าได้ดี
- ความแข็งแรงไดอิเล็กทริก (Dielectric Strength): คือคุณสมบัติของวัสดุฉนวนที่บ่งบอกถึงความสามารถในการต้านทานต่อสนามไฟฟ้า โดยไม่เกิดการเบรกดาวน์
- ค่าสำหรับอากาศ: ภายใต้สภาวะมาตรฐาน (อุณหภูมิและความดันปกติ) อากาศมีความแข็งแรงไดอิเล็กทริกประมาณ 3×106 โวลต์ต่อเมตร (3 MV/m) หรือ 3 กิโลโวลต์ต่อมิลลิเมตร (3 kV/mm) หมายความว่า หากมีความต่างศักย์ไฟฟ้าเกิดขึ้นในระยะห่าง 1 มิลลิเมตร จะต้องใช้แรงดันไฟฟ้าสูงถึง 3,000 โวลต์ จึงจะสามารถทำให้อากาศเกิดการเบรกดาวน์ได้
ค่าความแข็งแรงไดอิเล็กทริกของอากาศนี้จะแปรผันตามปัจจัยอื่น ๆ เช่น ความดัน (จะลดลงเมื่อความสูงเพิ่มขึ้น) ความชื้น และรูปร่างของขั้วไฟฟ้า (Electrode Geometry)
2. กระบวนการเบรกดาวน์ (Electrical Breakdown)
การเบรกดาวน์คือกระบวนการที่ความต้านทานไฟฟ้าของวัสดุฉนวน (เช่น อากาศ) ลดลงอย่างฉับพลัน ทำให้เกิดการไหลของกระแสไฟฟ้าผ่านทางเดินที่เคยเป็นฉนวน เมื่อสนามไฟฟ้ามีความเข้มสูงจนเกินขีดจำกัดความแข็งแรงไดอิเล็กทริก:
- การแตกตัวเป็นไอออน (Ionization): อิเล็กตรอนอิสระที่มีอยู่เพียงเล็กน้อยในอากาศจะถูกเร่งความเร็วโดยสนามไฟฟ้าที่รุนแรง
- การชน (Collision): อิเล็กตรอนที่เร่งความเร็วนี้จะไปชนกับโมเลกุลของก๊าซในอากาศ และมีพลังงานมากพอที่จะทำให้อิเล็กตรอนตัวอื่นหลุดออกมาจากโมเลกุล
- กระบวนการทวีคูณ (Avalanche): อิเล็กตรอนที่หลุดออกมาใหม่ก็จะถูกเร่งความเร็วและชนกับโมเลกุลอื่น ๆ ต่อไป ทำให้เกิดการเพิ่มจำนวนของอิเล็กตรอนและไอออนอย่างรวดเร็ว (ปรากฏการณ์ที่เรียกว่า อิเล็กตรอนอวาแลนช์ – Electron Avalanche)
- การเปลี่ยนสถานะ: อากาศตามเส้นทางนั้นจะเปลี่ยนสถานะกลายเป็น พลาสมา (Plasma) ซึ่งเป็นสถานะที่นำไฟฟ้าได้สูงมาก ทำให้เกิดเส้นทางนำไฟฟ้าที่มีความต้านทานต่ำ เป็นผลให้เกิดการดีสชาร์จทางไฟฟ้า (Discharge) ขึ้น
3. ปรากฏการณ์ที่เกี่ยวข้องกับการเบรกดาวน์ของอากาศ
การเบรกดาวน์ของอากาศเป็นต้นเหตุของปรากฏการณ์ทางไฟฟ้าที่สำคัญและน่าทึ่งหลายอย่าง:
| ปรากฏการณ์ | ลักษณะการเบรกดาวน์ | ผลกระทบที่เห็นได้ |
| ฟ้าผ่า (Lightning) | การเบรกดาวน์แบบสมบูรณ์ที่เกิดจากความต่างศักย์ไฟฟ้ามหาศาลระหว่างเมฆกับพื้นโลก หรือระหว่างเมฆด้วยกัน | การดีสชาร์จของกระแสไฟฟ้าขนาดใหญ่และรุนแรงที่สุด |
| อาร์คไฟฟ้า (Electric Arc) | การเบรกดาวน์ที่เกิดขึ้นเมื่อขั้วไฟฟ้าสองขั้วถูกแยกออกจากกันขณะที่มีกระแสไหลอยู่ | การลัดวงจรที่รุนแรง ก่อให้เกิดความร้อนและแสงจ้า (พลาสมา) |
| โคโรนาดีสชาร์จ (Corona Discharge) | การเบรกดาวน์เพียงบางส่วน (Partial Breakdown) ที่เกิดขึ้นรอบ ๆ ตัวนำไฟฟ้าที่มีสนามไฟฟ้าเข้มข้นสูง (เช่น ปลายแหลมของสายส่งแรงสูง) | แสงสีม่วงอ่อน ๆ, เสียง “ฮัม” (Humming) และการสูญเสียพลังงาน (Corona Loss) |
ส่งออกไปยังชีต
การทำความเข้าใจกลไกของความต้านทานไฟฟ้าและการเบรกดาวน์ของอากาศจึงเป็นพื้นฐานสำคัญสำหรับวิศวกรรมไฟฟ้าแรงสูง เพื่อให้สามารถออกแบบฉนวนและระบบป้องกันฟ้าผ่าได้อย่างมีประสิทธิภาพและปลอดภัยสูงสุด
#ช่างไฟดอทคอม บริการงานซ่อมบำรุงระบบไฟฟ้า ไฟฟ้ากำลัง งานออกแบบติดตั้ง ครบจบ
ขั้นตอนการใช้บริการ
แอดไลน์ > แจ้งปัญหา > รอราคา > ตกลงราคา > รับบริการ
