การเลือกสวิทช์ รีเลย์ คอนแทกเตอร์ หรือเบรกเกอร์ จาก กระแสไฟ inrush current และกระแสไฟอื่นแยกตามชนิดโหลด(กำลังเขียน)

การเลือกสวิทช์ รีเลย์ คอนแทกเตอร์ หรือเบรกเกอร์ จาก กระแสไฟ inrush current และกระแสไฟอื่นแยกตามชนิดโหลด

การเลือกสวิทช์ รีเลย์ คอนแทกเตอร์ หรือเบรกเกอร์ จาก กระแสไฟ inrush current และกระแสไฟอื่นแยกตามชนิดโหลด

เกริ่นกันยาวๆสักนิดนึง

เนื้อหานี้ความจริงแล้วค่อนข้างยากและลงลึกในเรื่องไฟฟ้าโรงงานซะส่วนใหญ่ แต่มาเกี่ยวข้องกับผู้ใช้ไฟฟ้าทั้งตามบ้านและคนทั่วๆไปที่สนใจในงานDIYไฟฟ้าทั้งหลาย ในเรื่องของหน้าสัมผัสสวิทช์ซึ่งผู้ผลิตมักระบุในลักษณะการทนกระแสของสวิทช์สูงสุด หรือทนกระแสได้สูงสุดโดยผู้ใช้งานก็รู้เท่าที่ผู้ผลิตระบุและบางทีก็ใช้งานผิดๆตามที่ตนเองเข้าใจ แม้แต่ผมเองยังเข้าใจและเลือกใช้ไม่ถูกต้อง จึงจำเป็นต้องค้นคว้าและนำมาเขียนเรียบเรียงเพื่อจะนำไปประยุกต์ใช้ได้ถูกต้อง

ผมขอออกตัวไว้ก่อนว่าผมไม่ได้จบทางด้านไฟฟ้าแต่ผมจบทางด้านเครื่องกล และบทความนี้เน้นเฉพาะงานที่นำไปปรับใช้กับคนทั่วไปที่ไม่ได้จบทางด้านไฟฟ้า คำแปลหรือคำเรียบเรียงอาจไม่ถูกต้องตามหลักภาษาทางด้านวิศวกรรมไฟฟ้าหรืออิเล็กทรอนิกส์ แต่ผมจะพยายามระบุชัดเจนว่าเป็นคำแปลหรือการให้ความหมายส่วนตัวเพื่ออธิบายเท่านั้นซึ่งคำภาษาอังกฤษทับศัพท์ถือเป็นคำสำคัญที่พอจะเชื่อถือและนำไปค้นคว้าต่อได้ หวังว่าท่านผู้อ่านคนทั่วๆไปคงได้รับประโยชน์จากบทความนี้ไม่มากก็น้อย

ยกตัวอย่างปัญหา เช่น สวิทช์ไฟยี่ห้อ panasonic รุ่น full color series(เนเก่า) ตัวสวิทช์ระบุว่าทนกระแสได้สูงสุด16A 250V (แต่เดิมเมื่อ10กว่าปีก่อนตอนที่ยังไม่มี มอก.824-2551 จำได้ว่าทนได้แค่ 10Aเอง) สวิทช์16A มันมีความหมายอย่างไร และใช้งานอย่างไร

 ภาพ สวิทช์ panasonic WNG-5001 (full color series ,เนเก่า ) ภาพมีลิขสิทธิ์ อนุญาตให้ดัดแปลงทำซ้ำได้โดยต้องระบุแหล่งที่มาและไม่ใช่เพื่อการค้า CC-NC by pui108diy

ถ้าเราจะเอาไปต่อไฟฟลูออเรสเซนต์ ขนาด 36 วัตต์ 1หลอดคงไม่มีปัญหา แต่ถ้าเราเอาไปพ่วงใช้หลายๆหลอดละจะพ่วงได้มากสุดกี่หลอด? ถ้าพ่วงหลายๆหลอดอายุการใช้งานจะเป็นอย่างไร? เหล่านี้คือปัญหาพื้นๆของผู้ใช้งานตามบ้านทั่วไป

ในเมื่อสวิทช์พานา(เนเก่า)ทนกระแสได้สูงถึง 16 แอมแปร์ ฉะนั้นที่บ้าน แอร์ขนาด 13000บีทียู ที่กินกระแสไฟเพียง5.5 A 220V กินไฟประมาณ 1200วัตต์ ทำไมเราเอาสวิทช์เนเก่าไปต่อให้เปิดปิดกลางทางไม่ได้(ต้นทางก็มีเบรกเกอร์อยู่ตัวนึงกันไฟฟ้าลัดวงจรอยู่แล้ว) แต่ไม่มีใครเขาทำกันเลย มีแต่ต้องต่อผ่านเบรกเกอร์เท่านั้น

ปัญหาเหล่านี้เกี่ยวข้องกับ Inrush Current (อินรัช เคอเร้นท์) หรือแปลง่ายๆว่ากระแสไฟฟ้ากระชากตอนเริ่มเปิดอุปกรณ์ ในทางวิศวกรรมที่อาจารย์หลายๆท่านใช้คำว่ากระแสกระโชก หรือกระแสเสิร์จ จะใกล้เคียงความถูกต้องกว่า (แต่ผมอยากจำกัดความเฉพาะในเรื่องการเปิดสวิทช์แล้วเกิดกระแสกระชากพรั่งพรูออกมาชั่วขณะหรืออินรัชเคอเร้นท์ Inrush current มากกว่าจึงขอใช้คำว่า กระชากตอนเปิด)  ซึ่งอุปกรณ์ไฟฟ้าแต่ละชนิดจะมีพฤติกรรมของกระแสกระชากตอนเริ่มเปิดเครื่องไม่เหมือนกัน และเมื่อเปิดใช้งานสักพักกระแสไฟฟ้าจะลดลงจนถึงจุดคงที่ ขอเรียกสั้นๆว่ากระแสไฟฟ้าตอนใช้งานปรกติ หรือกระแสปรกติ

ส่วนในเรื่องมอเตอร์โดยเฉพาะในเรื่องแอร์ หรือมอเตอร์สำหรับอัดอากาศ (คอมเพรสเซอร์) จะมีกระแสอย่างอื่นที่ต้องสนใจนอกเหนือจากกระแสกระชากตอนเปิดเครื่องและกระแสปรกติตอนใช้งานแล้ว ยังมีกระแส LRA (Lock Rotor Amps) หรือ Lock Rotor Current หรือกระแสตอนมอเตอร์ถูกล็อกหรือไม่หมุน

คอมเพรสเซอร์ เมื่อชำรุด ถ้าป้อนกระแสไฟแล้วคอมครางค้างไม่หมุน มีเสียงดังไม่กี่วินาทีเบรกเกอร์จะตัดไฟ(ถ้าภายในช็อตจะใช้เวลาเพียงเสี้ยววินาที)  กระแสสูงสุดตอนคอมชำรุดไม่หมุนเนื่องจากกลไกภายในบกพร่องทำให้โรเตอร์หรือแกนในมอเตอร์ถูกล็อกตัวไม่สามารถหมุนได้ขณะจ่ายไฟเข้านั้น เรียกว่ากระแสล็อกโรเตอร์ ซึ่งคุณสมบัติของสวิทช์ตัดต่อที่จะนำมาใช้กับแอร์ดังกล่าวจะต้องทนการใช้งานในขณะเกิดกระแสล็อกโรเตอร์ได้นานพอโดยต้องไม่ชำรุด สวิทช์ไฟเฉพาะทางนี้จะเรียกว่า คอนแทคเตอร์ (Magnetic Contactor) หรือสวิทช์แม่เหล็กไฟฟ้า

 ภาพอนิเมชั่น จำลองการทำงานของ คอนแท็กเตอร์แอร์ Totaline 2ขา 1สวิทช์ 1เฟส 220Vac 25A รุ่น HCCY1XU01AA102C ภาพลิขสิทธิ์ อนุญาตให้ดัดแปลงทำซ้ำได้โดยระบุแหล่งที่มาและไม่ใช่เพื่อการค้า CC-NC by pui108diy

 ภาพด้านข้าง เนมเพลท คอนแท็กเตอร์แอร์ Totaline 2ขา 1สวิทช์ 1เฟส 220Vac 25A รุ่น HCCY1XU01AA102C ภาพลิขสิทธิ์ อนุญาตให้ดัดแปลงทำซ้ำได้โดยระบุแหล่งที่มาและไม่ใช่เพื่อการค้า CC-NC by pui108diy

**อ่านไม่รู้เรื่องไม่เป็นไร เพราะนี่แค่เกริ่นเท่านั้นครับ ให้อ่านข้ามๆไปก่อน**

ในตลาดแอร์ คอนแท็กเตอร์ที่จะนำมาใช้กับแอร์1เฟสนั้น ต้องสามารถทนกระแสได้อย่างน้อย1.8-2เท่าของกระแสล็อกโรเตอร์LRA  เช่นแอร์ 13,000 BTU จะใช้คอมขนาดประมาณ 1.5แรงม้า 1เฟส 220V จะมีกระแสLRAตามปรกติอยู่ไม่เกิน 44 แอมป์ (ที่มา LRA=44A เป็นค่าประมาณที่ผมเลือก จากcatalog กุลธร หน้า75 pdf-5/4/2559 ซึ่งจริงๆแอร์ประมาณ1ตัน-12,000 Btu ปัจจุบันจะใช้มอเตอร์ขนาด1-1/2 แรงม้า เมื่อดูspec compressor เช่น RH207VHAT จะมีกระแสปรกติประมาณ 5.2 แอมป์เท่านั้น แต่ผมเลือก LRA max อยู่ที่ 44A แทน 36.4A เนื่องจากเอกสารดังกล่าวเป็นค่าประมาณของการเลือกใช้คอนแท็กเตอร์และอาจเป็นคอมเพรสเซอร์รุ่นเก่าๆซึ่งเอกสารไม่ได้ระบุแหล่งที่มา และเมื่อมองจากคอมเพรสเซอร์และตารางดังกล่าว LRA มีค่าประมาณ 4-6เท่าของกระแสปรกติหรือFLA ) และกระแสใช้งานตามปรกติ 5.5A  คอนแท็กเตอร์ที่ขายอยู่ตามท้องตลาดจะใช้เรท20A ซึ่งควรต้องทนกระแสLRAได้ 100A ซึ่งปรกติจะต้องทนได้นาน3-10 วินาทีขึ้นไปจนกว่าเบรกเกอร์จะตัด จึงจะนำมาใช้กับแอร์บ้านได้

ปรกติเมื่อคอมเพรสเซอร์แอร์ถูกสวิทช์(จ่ายไฟ)โดยคอนแท็กเตอร์ ซึ่งจะมีกระแสกระชากชนิดอินรัชเนื่องจากคอมตามบ้าน 1เฟส 220V จะมีคาปาซิเตอร์สตาร์ท หรือมี คาปาซิเตอร์รัน ซึ่งตอนจะสตาร์ท อาจมีกระแสกระชากพุ่งชั่วขณะสูงระดับสิบเท่าขึ้นไปของกระแสใช้งานปรกติในช่วงเสี้ยววินาทีที่หน้าสวิทช์แตะกัน ซึ่งเป็นพฤติกรรมเสริมของคาปาซิเตอร์ที่ต่อพ่วงกับมอเตอร์ ส่วนกระแสสตาร์ทเป็นกระแสไฟอันถัดมาจากกระแสอินรัช  ซึ่งเกิดขึ้นต่อเนื่องถัดมาหลังจากสวิทช์ถูกกด โดยทั่วไปอาจใช้กระแส ล็อกโรเตอร์ LRA เป็นเกณฑ์กระแสสตาร์ทก็ได้ LRAในแง่กระแสตาร์ทมอเตอร์ถูกมองว่าเป็นโหลดLRโดยทั่วไปจะอยู่ระหว่าง3-8เท่าของกระแสใช้งานตามปรกติซึ่งช่วงเวลาสตาร์ทที่เกิดขึ้นยาวกว่าช่วงกระแสอินรัชครั้งที่สวิทช์เริ่มเปิด(แล้วแต่ชนิดของเครื่องจักรและวิธีสตาร์ทเครื่องจักร) ในมอเตอร์สามเฟสที่ไม่ได้เกี่ยวข้องกับคาปาซิเตอร์ กระแสอินรัชกับกระแสLRAสมยอมว่าคือตัวเดียวกันได้แต่โดยทั่วไปอินรัชจะมากกว่าLRA

ซึ่งสวิทช์16A พานาอาจใช้เปิดไฟเดินเครื่องแอร์1ตันได้ถ้าเปิดใช้งานไม่กี่ครั้ง แต่ถ้าเกิดคอมมีปัญหา สวิทช์ตัวนั้นจะชำรุดและไหม้แตกกระจายออกมาได้และอาจเกิดอันตรายต่อคนและทรัพย์สินได้

ปัญหาการเลือกสวิทช์หรือเบรกเกอร์กับโหลดชนิดต่างๆเหล่านี้นับวันมักจะซับซ้อนมากขึ้น ซึ่งคนธรรมดาอย่างเราๆจะเลือกใช้ก็ยังงงทีเดียว

เช่นเอาแค่หลอดไฟก็มีไม่รู้กี่ชนิด ตั้งแต่หลอดไส้ธรรมดา หลอดเรืองแสงที่ระบบจ่ายไฟให้หลอดบางที่ก็เป็นหม้อแปลงบัลลาสต์ทองแดง บางทีก็เป็นหม้อแปลงสวิทชิ่งที่จ่ายไฟฟ้าให้หลอดเช่น หลอดLED ส่วนใหญ่จะใช้หม้อแปลงอีเล็กทรอนิกซึ่งบางทีมีกระแสกระชากหรือกระแสอินรัชตอนเปิดไฟสูงมาก ทำให้พ่วงหลอดจำนวนมากในสวิทช์ตัวเดียวไม่ได้

ปัจจุบันก็ยังมีหลอดแบบใหม่คือLED filament (VDO  ชำแหละภายในโดย biclivedotcom) 

โดยหลอดไฟนี้สร้างเลียนแบบหลอดไส้ ซึ่งเริ่มติดตลาดตั้งแต่ปี2015(ปี2016 เดือน9 เมืองไทยยังไม่ค่อยเห็นขายเลย) ด้วยการสร้างโดบวงจรLED ที่เดียวจำนวนมากกว่า50 ดวงแต่ละดวงเล็กกว่า1มิลลิเมตร มาวางต่อกันเหมือนท่อเล็กๆเลียนแบบเส้นใยทังสเตน(ท่อเล็กๆเห็นมีสีเหลืองๆเนื่องจากมีการเคลือบฟอสเฟอสารเรืองแสงให้มีสีเหลืองนวล) มียาวเพียง1-2นิ้วต่อๆกันเป็นใยคล้ายหลอดไส้ โดยมีการพ่วงกันให้มีความต่างศักย์220Vในครั้งเดียว(1ดวงled ใช้โวลท์ประมาณ 1.8-3V ในการที่ทำให้กระสผ่านตัวมัน) เจ้าหลอดใยแอลอีดีในวีดีโอที่ว่าจะใช้ทรานซิสเตอร์จำกัดกระแสไม่ให้เกิน20mA ที่ความต่างศักย์200Vเพียงตัวเดียว ซึ่งกินไฟน้อยมากและแทบไม่ต้องสนกระแสกระชาก แต่บางยี่ห้อที่ทำหลอดประเภทเดียวกันก็ยังมีแบบที่ต่อเป็นหม้อแปลงอีเล็กทรอนิกส์เหมือนเดิมก็ยังมี

ซึ่งแต่เดิม หลอดใยแอลอีดี ปรากฎโฉมหน้าขึ้นครั้งแรกจากบริษัทญี่ปุ่น Ushio lighting ตั้งแต่ปี2008 แต่เส้นใยแอลอีดียังต้องประกอบอยู่บนฮีทซิงค์และมีขนาดใหญ่ ถ้าสนใจเรื่องหลอดใยแอลอีดี(รูปประกอบครบ) อ่านบทความที่นี่ดูนะครับ

เราบุคคลทั่วๆไปควรต้องศึกษาชนิดของหลอดไฟต่างๆเอาไว้เพราะมันเกี่ยวข้องกับชีวิตประจำวันของเราอย่างหลีกเลี่ยงไม่ได้

เนื้อหาในเรื่องนี้ค่อนข้างกว้างและมีความยาวค่อนข้างมากเช่นกัน แต่ผมจะพยายามสรุปให้ผู้อ่านได้รับความรู้ที่จำเป็นในการเลือกใช้สวิทช์ หรือเบรกเกอร์ชนิดต่างๆ แบ่งตามชนิดโหลดและกระแสอินรัช 

สรุปนำไปใช้เลยดีกว่า

รูปปลากอบการสรุปคือ 

ddd

22222222222222222

เรามารู้จักโหลดชนิดต่างๆก่อนการเลือกสวิทช์ ในที่นี้คงเน้นโหลดไฟส่องสว่าง มอเตอร์หรือหม้อแปลง และโหลดคาปาซิเตอร์ ซึ่งน่าจะเพียงพอต่อการใช้งานของคนทั่วไป ในโหลดแต่ละชนิดก็จะลงรายละเอียดในการเลือกสวิทช์ไปด้วยเลย ซึ่งจะค่อนข้างยาวมากเลยครับ

ไฟส่องสว่าง ชนิดและหลักการ

ผมอยากจะแนะนำชนิดการส่องสว่างซึ่งเป็นหลักการส่องสว่างอย่างกว้างๆของหลอดไฟแต่ละชนิด ซึ่งจะทำให้อธิบายต่อไปได้โดยง่ายว่าโคมไฟแต่ละชนิดมีพฤติกรรมการจุดสว่างโดยใช้กระแสไฟมากน้อยเพียงใดและเป็นจำนวนเท่าไหร่กันแน่  ข้อมูลเรื่องการเลือกสวิทช์จากกระแสไฟส่วนใหญ่เป็น ข้อมูลอ้างอิง โดยเฉพาะเรื่องตัวเลขจำนวนเท่าของกระแสไฟ จากเอกสารของ pdf Schneider อยู่ในชุดเอกสาร electrical installation guide 2008 เริ่มต้นด้วยหน้า N27 ในส่วนของ N - Characteristics of particular sources and loads เริ่มหัวข้อที่ 4 Lighting circuits  และ ข้อมูลเอกสารอื่นๆที่ผมจะชี้แจงไปเป็นระยะๆ 

ชนิดการส่องสว่าง

ของไฟส่องสว่าง หรือ Lamp ที่ใช้กันอยู่ทั่วไปแบ่งออกได้ดังนี้

1 Incandescence แปลความว่า(wiki) การปลดปล่อยรังสีคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้ารวมถึงแสงที่มองเห็นได้จากวัตถุที่มีความร้อนซึ่งเป็นผลมาจากอุณหภูมิตัวมันเอง

 ภาพ แสดง การเปล่งรังสีแสงที่มองเห็นได้ของโลหะบรอนซ์เหลวซึ่งยังมีความร้อนสูงมากกว่า 950 องศาเซลเซียส การเปล่งรังสีแสงนี้เกิดขึ้นเนื่องจากอุณหภูมิของโลหะบรอนซ์ จึงเรียกแสงสีที่เกิดขึ้นนี้ว่า อินแคนเดสเซนต์ ,Hot Bronze ,Incandescence of melton Bronze ,Flickr Picture CC by Erich Ferdinand

สีที่เห็นจากบรอนซ์หลอมเหลวจากภาพด้านบน สีจะออกโทนส้มๆ อุณหภูมิ 1000 C ได้

 ภาพ แสดง ตัวอย่างสี ที่เกิดจากปรากฎการณ์ อินแคนเดสเซนต์ ซึ่งปรากฎสีอยู่ที่ช่วงอุณหภูมิ 550-1300 องศสเซลเซียส , Example incandescence colors ,temperature_range 550 - 1300 C ,Wikipedia Picture CC-SA by Cosmogoblin

สีและแสงสว่างชนิด อินแคนเดสเซนต์นี้ ถ้าเกิดจากไฟฟ้าจะมีขั้นตอนดังนี้ หลักการส่องสว่างของหลอดไส้ ไฟฟ้าจะถูกส่งผ่านไปที่วัสดุตัวนำไฟฟ้าเฉพาะโดยตรงแล้วทำให้วัสดุนั้นร้อนจัดโดยมีอุณหภูมิสูงขึ้นเนื่องจากความต้านทานไฟฟ้าที่มีลักษณะเฉพาะคือจะสูงขึ้นตามอุณหภูมิ ทำให้สีเปลี่ยนและเปล่งแสงออกมา วัสดุที่เป็นไส้หรือแกนสำหรับปรากฎการณ์ อินแคนเดสเซนต์ ที่ใช้ไฟฟ้านี้ ที่นิยมถึงปัจจุบันคือ ไส้ทังสเตน (Tungsten Filament)

 โคมประเภทหลอดไส้หรือ อินแคนเดสเซนต์นี้ ตัวอย่างเช่น หลอดไส้ธรรมดา หรือหลอดไส้ทังสเตน (Incandescent Light Bulb) ซึ่งภายในหลอดแก้วปิดมักบรรจุก๊าซเฉื่อยจำนวนเล็กน้อยเพียงอย่างเดียวไม่มีอากาศปน ซึ่งก๊าซเฉื่อยมีแรงดันต่ำกว่าบรรยากาศ(low pressure inert gas) ซึ่งมันมีหน้าที่ ไม่ให้ทังสเตนเกิดปฏิกิริยาเผาไหม้เนื่องจากมีก๊าซอ๊อกซิเจนในหลอดจึงทำให้อายุการใช้งานยาวนานขึ้น

ภาพ แสดงหลอดไส้ธรรมดาสำหรับโคมส่องสว่างประเภทอินแคนเดสเซนต์ ซึ่งมีไส้หลอดเป็นทังสเตน ซึ่งมีข้อดีคือราคาถูก ข้อด้อยคือให้แสงสว่างต่อการกินไฟต่ำที่สุด พูดง่ายๆคือกินไฟเยอะแต่ไม่สว่างไม่เท่ากับหลอดชนิดอื่นๆ ข้อด้อยอีกอย่างคืออายุการใช้งานสั้นกว่าหลอดอื่นๆ , incandesent bulb Wiki Pic CC-SA by KMJ , alpha masking by Edokter

หลอดไส้ทังสเตนฮาโลเจน หรือโคมหลอดฮาโลเจน (Halogen Lamp) ตัวหลอดจะทำด้วยควอทซ์ที่ทนความร้อนสูง และภายในจะใส่สารในหมู่ฮาโลเจน เช่นไอโอดีน หรือโบรมีน ลงไปในหลอดซึ่งมีแก๊สเฉื่อย ทำให้หลอดใช้งานได้ยาวนานขึ้นเนื่องจากฮาโลเจนจะดักจับทังสเตนที่ระเหิดออกจากไส้กลับเข้าไปยังใยทังสเตนเหมือนเดิมเมื่อหลอดเย็นตัวลง สามารถจ่ายไฟแล้วทำให้ทังสเตนมีความร้อนสูงกว่าหลอดไส้ทั่วไปจึงมีความสว่างหรือความเข้มแสงสูงกว่าออกแสงขาวในขณะที่ขนาดหลอดเล็กลง หลอดซีนอนที่ใช้กับรถยนต์ก็อยู่ในประเภท หลอดฮาโลเจนเช่นกัน(ซีนอน Xenon เป็นก๊าซเฉื่อยชนิดหนึ่ง)

-------559

ภาพ แสดงหลอดไส้ฮาโลเจนชนิดตรง ที่ใช้งานจนชำรุดแล้ว ขนาด300W ตัวนี้น่าใช้กับไฟบ้านโดยไม่ผ่านหม้อแปลง หลอดชนิดนี้ยังมีแบบกลมและแบบเสียบหลอดเล็กขนาด12VDC ซึ่งมักใช้กับสป็อตไลท์ งานนิทรรศการ งานแสดงภาพ ไฟฉุกเฉิน หรือไฟรถยนต์ , Destroyed 300W linear halogen bulbWiki Picture CC by Ildar Sagdejev

 ใช่แล้วครับ สป็อทไลท์ที่เป็นโคมสีเหลี่ยมๆเอาไว้ส่องบ้านหรือสนามหญ้า เป็นหลอดที่ร้อนมากๆส่วนใหญ่คือหลอดฮาโลเจนตามรูปด้านบนครับ หลอดไส้ฮาโลเจนเหล่านี้เวลาใส่หลอดจะไม่ให้ใช้มือจับผิวหลอดเพราะคราบไขมันและเหงื่อทำให้หลอดควอทช์ชำรุดอย่างรวดเร็วเนื่องจากตัวหลอดมีความร้อนสูงมาก(เขาให้ใช้แอลกอฮอล์เช็ดหลอดถ้ามือเผลอไปโดน)

 

(ตอนแรกผมยังคิดว่าเอดิสันเป็นคนค้นคิดหลอดไฟ แต่จริงๆมีนักวิทยาศาสตร์ ที่คิดค้นประดิษฐ์ขึ้นมาก่อนหน้านั้นแล้ว แต่เอดิสันก็พยายามปรับปรุงให้ดีขึ้นจนพอจะขายเชิงพาณิชย์ได้ ซึ่งสมัยปีค.ศ.1883 หลอดไฟที่ทำขายก็ยังเป็นไส้คาร์บอนอยู่แต่อายุการใช้งานนานกว่าเดิมมาก)

ประวัติเกี่ยวกับหลอดไส้ Incandescent light bulb ที่ wikipedia  ได้เรียบเรียงไว้ค่อนข้างละเอียดมากมีมาก่อนเอดิสัน และมีนักวิทยาศาสตร์และนักประดิษฐ์อีกหลายๆคนพัฒนาจนมาจนถึงปัจจุบัน

VDO-- The Incandescent Lamp by EdisonTechCenter

มาดูเรื่องไส้ทังสเตนสักนิดนึง ซึ่งวิดีโอจะกล่าวถึงวิธีทำไส้ทังสเตน และความสำคัญของสิ่งที่บรรจุอยู่ในหลอดไฟชนิดหลอดไส้ที่ทำให้ใช้งานได้ยาวนานขึ้นมากมาย VDO-- Light blub filament -- youtube CC by engineerguy

 

2 Luminescence แปลความว่า(wiki) - การเปล่งแสงออกมาด้วยตัวของสารเองโดยไม่ใช่จากความร้อนโดยตรงที่เกิดขึ้นบนตัวสาร ,การเปล่งแสงบนวัตถุเย็น , การเปล่งแสงจากปฏิกิริยาเคมี ,การเปล่งแสงจากการปลดปล่อยพลังงานที่ดูดกลืนเข้ามา(ทางไฟฟ้าหรือแสง หรือการเรืองแสง) ,ความเครียดบนวัสดุทำให้เกิดการเปล่งแสง ในที่นี้การแผ่รังสีคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าในปฏิกิริยานิวเคลียร์จะถูกแยกออกไปซึ่งปัจจุบันไม่นับว่าเป็นลูนิเนสเซนต์แล้ว(wiki)

บทความของชไนเดอร์นั้น หลอดประเภทต่างๆที่ใช้ไฟฟ้านอกจากหลอดไส้จะจัดอยู่ในกลุ่ม ลูมิเนสเซนต์ โดยเฉพาะ หลอดประเภทแก๊สดิสชาร์จ หรือหลอดที่ส่งแสงได้โดยการใช้ไฟฟ้ากระตุ้นพลังงานของสารที่อยู่ในหลอดทำให้ปลดปล่อยพลังงานแสงออกมา ซึ่งผมก็จะอธิบายไปตามบทความชไนเดอร์ถ้าเกี่ยวข้องกับหลอดไฟฟ้า

เนื่องจาก ลูมิเนสเซนต์ มีความหมายที่กว้างมาก จึงยกตัวอย่างดังนี้

การเปล่งแสงด้วยทางเคมี เช่น หิ่งห้อย การส่องแสงได้ของตัวหิ่งห้อยจะใช้ปฏิกิริยาเคมีและเอมไซน์ในตัวมันเองทำให้เรืองแสงขึ้น

 ภาพ การส่องแสงในหิ่งห้อย เกิดจากปฏิกิริยาทางชีวเคมี ที่สร้างขึ้นในตัวของมันเอง Bioluminescence from Firefly ,Wikipedia picture CC by Xyzabcxyzabc

ถ้าเกี่ยวข้องกับไฟฟ้าแล้วทำให้เกิดแสงโดยปรากฎการณ์ลูมิเนสเซนต์ จะเป็นกลุ่มโคมไฟชนิดต่างๆ เช่น โคมไฟฟลูออเรสเซนต์ (Fluorescent Lamp)  , โคมไฟเลเซอร์ (Lazer Lamp) เลเซอร์แลมป์เป็นเทคโนโลยีใหม่ที่เหมาะจะใช้ในรถยนต์กินไฟน้อยกว่าLED ให้ระยะแสงที่ไกลและกว้างกว่าโคมชนิดอื่นๆมาก ,โคมไฟแอลอีดี(LED bulb หรือ LED Lamp) ,หลอดนีออน (Neon lighting) , หลอดแก๊สดิสชาร์จ (Gas Discharge Lamp)

 

ภาพ แสดง ตัวอย่างหลอดฟลูออเรสเซนต์ ในต่างประเทศ ซึ่งหลอดด้านล่างสุดเป็นหลอดขั้วT8 ที่เราคุ้นเคยกันอย่างดี,Various fluorescent light bulbs Wiki Pic CC-SA by Christian Taube

 

ยกตัวอย่าง หลักการส่องสว่าง ของ โคมไฟฟลูออเรสเซนต์ (Fluorescent Lamp) การส่องสว่างของหลอดฟลูออเรสเซนต์ โดยพื้นฐานอาศัยทั้งไฟฟ้ากระตุ้น อาศัยการเปลี่ยนแปลงพลังงานของก๊าซในหลอดและอาศัยสารเคมีที่ทำให้สว่างขาวซึ่งมีความซับซ้อนกว่าหลอดไส้มาก สารที่เกี่ยวข้องกับการให้แสงภายในหลอดจะมีสองอย่างคือ สารที่ทำหน้าที่ถูกกระตุ้นด้วยไฟฟ้าและปลดปล่อยพลังงานแสงออกมา คือปรอท ซึ่งแสงของปรอทอย่างเดียวที่เกิดขึ้นเป็นแสงอมเขียว (ในหลอดไฟฟลูออเรสเซนต์จะมีก๊าซเฉื่อยบรรจุอยู่ด้วยเช่น อาร์กอน Argon ทำให้แสงที่ได้ออกสีเขียวอมฟ้า อาร์กอนเดี่ยวๆให้แสงออกสีชมพู) สารอีกอันคือสารที่ถูกเคลือบอยู่ภายในหลอดซึ่งเป็นสีขาวๆเรียกกว่า ฟอสเฟอ Phosphor ซึ่งทำหน้าที่ดูดกลืนพลังงานแสงเขียวจากไอปรอทแล้วคายแสงออกเป็นสีขาวเป็นลักษณะของการส่องเรืองแสง  ซึ่งหลอดฟลูออเรสเซนต์จัดอยู่ในประเภทแก๊สดิสชาร์จที่มีความดันไอของก๊าซในหลอดไฟต่ำเรียกว่าชนิดแรงดันไอต่ำ Low pressure gas discharge lamp  ที่ต่างคือมีการเคลือบสารฟอสเฟอเอาไว้ให้เกิดแสงวาวหรือ Fluorescent

 ภาพ โคมไฟชนิดไอปรอทแรงดันต่ำ คิดค้นโดย Peter Cooper Hewitt ปี1903 ซึ่งเป็นต้นแบบและเป็นหลักการทำงานพื้นฐานของโคมหลอดฟลูออเรสเซนต์ เพียงแต่หลอดยังไม่ได้ฉาบสารเรืองแสง จึงให้แสงสีเขียวอ่อนๆชนิดUVC , Early Cooper Hewitt mercury vapor lamp ,Wikipedia -public domain pictrue

  

ภาพแสดง โคมอาบแดด โคมที่ใช้เขาระบุว่า เป็นหลอดไอปรอทแรงดันต่ำชนิดไม่เคลือบฟอสเฟอ ทำให้แสงที่เปล่งออกมาสีเขียวอ่อนๆซึ่งเป็นสีเฉพาะปรอทเมื่อมันดิสชาร์จพลังงาน และมีรังสีUVชนิดที่เป็นอันตรายกับลูกตา เวลาใช้งานต้องใส่แว่นตากันแสงเข้าลูกตาแล้วก็นอนหลับไป ตื่นมาร่างกายก็จะเกรียมๆผิวออกสีแทน ที่เห็นมีหลอดแดงๆซ้ายขวาเป็นหลอดอินฟราเรดเมื่อใช้งานจะทำให้รู้สึกว่าเหมือนอาบแดดจริงๆเพราะมันเปล่งรังสีความร้อนออกมาด้วย , Sun tanner lamp , Mercury vapor low pressure lamp with two infrared lamps Public domain Pic by Skatebiker

  

------7878----------------------------

ก๊าซดิสชาร์จแลมป์ส่องสว่างได้อย่างไร?

โคมไฟที่มีก๊าซอยู่ภายในหลอดที่สามารถปลดปล่อยพลังงานแสงออกมาตามความยาวหลอดโดยไม่ใช่เกิดจากความสว่างของไส้นั้น เรียกว่า ก๊าซดิสชาร์จแลมป์ (Gas-Discharge lamp) 

การส่องสว่างของก๊าซที่ปลดปล่อยพลังงานนั้นหลักการทำงานทางฟิสิกส์ของก๊าซ สามารถดูได้จากวีดีโอข้างล่างนี้ซึ่งอธิบายเป็นภาษาอังกฤษ by Russell Johnson ซึ่งผู้ทำวีดีโอใช้ โปรแกรมจำลองของดิสชาร์จแลมป์ ที่เขียนในjava (คลิ๊กลิงค์โปรแกรมแล้วลองดูแท็บ traslation จะมีเวอร์ชั่นภาษาไทยด้วย ลองโหลดมาเล่นดูเนอะ เนื้อหาบางส่วนถ้าเรียนฟิสิกส์ม.ปลายและเคมีมาและยังจำได้ก็อาจพอทำความเข้าใจได้ไม่ยาก ผมเรียนและอธิบายก็ใช้ฟิสิกส์ม.ปลายเหมือนกัน)

ภาพแสดง โปรแกรมจำลองของPhet เรื่องหลอดนีออนและหลอดดิสชาร์จแบบอื่นๆ ซึ่งเป็นเวอชั่นภาษาไทย ,Neon Lights & Other Discharge Lamps ,Phet simulation program ซึ่งโปรแกรมเหล่านี้อยู่ใน project Simulation PhET ของ University of Colorado

 

วีดีโอแสดงการอธิบาย พลังงานทางฟิสิกส์แต่ละอะตอมของก๊าซในหลอดไฟประเภทก๊าซดิสชาร์จ สามารถเปล่งแสงออกมาได้อย่างไร youtube ,Discharge lamp (principle) by Russell Johnson

ขั้นตอนที่ก๊าซในหลอดไฟเมื่อได้รับพลังงานไฟฟ้าแล้วสามารถส่องแสงออกมาได้ ขออธิบายตามความเข้าใจของผม คือ ก๊าซ1อะตอมเปล่งแสงได้อย่างไร? เริ่มแรกอาศัยการกระตุ้นด้วยความร้อนที่ขั้วหรือการอาร์กเพื่อให้ก๊าซในหลอดมีพลังงานมากพอ จากนั้นจึงอาศัยการวิ่งชนของอิเล็กตรอนจากขั้วไฟฟ้าโดยใส่พลังงานให้แก่อิเล็กตรอนที่ระดับพลังงานมากพอระดับนึงให้วิ่งชนธาตุที่เป็นก๊าซทำให้อิเล็กตรอนที่มีพลังงานลดลงหลุดออกมาจากก๊าซและก๊าซเกิดพลังงานส่วนเกินในอิเล็กตรอนของมันเองที่วิ่งโคจรรอบๆแกนกลางของอะตอมซึ่งมีหลายวงโคจรยิ่งวงโคจรใกล้แกนกลางมากก็ยิ่งมีพลังงานจลน์สูงมาก ระดับพลังงานของอิเล็กตรอนที่วิ่งรอบๆที่ถูกชนนั้นบางระดับมีพลังงานเพิ่มขึ้นแล้วจะไม่เสถียรจึงปลดปล่อยเป็นพลังงานโฟตอนออกมาเพื่อลดระดับพลังงานลง(โฟตอนคือพลังคลื่นแสงที่มีรังสีความยาวคลื่นต่างๆทั้งที่มองเห็นได้และมองเห็นไม่ได้)

การจุดหลอดให้สว่างให้ก๊าซทั้งหลอดพร้อมๆกันนั้นอาศัยปฏิกิริยาต่อเนื่องจากการให้พลังงานที่มากพอและสูงกว่าปรกติแก่อิเล็กตรอน สมมติว่าอิเล็กตรอน1ตัวที่มีพลังงานมากพอจากแรงเคลื่อนไฟฟ้าที่ใส่เข้าไป ทำการวิ่งชนอะตอมของก๊าซ1ตัวในหลอดจากอะตอมของก๊าซหลายล้านตัวในหลอด แล้วปลดปล่อยโฟตอนออกมา ความเข้าใจของนักฟิสิกส์-โฟตอนก็คือคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่มีพลังงานสูงและมีระดับพลังงานแตกต่างกันไปตามสีหรือตามความยาวคลื่น ซึ่งมันสามารถทำพฤติกรรมเหมือนอิเล็กตรอนเหมือนคลื่นที่มีพลังานจลน์สูงวิ่งชนอะตอมของก๊าซตัวอื่นๆ แล้วเกิดการปลดปล่อยพลังงานโฟตอนอื่นๆที่มีพลังงานต่ำลงตามลำดับต่อเนื่องไปได้  พูดง่ายๆเหมือนอิเล็กตรอน1ตัวชนแล้วสามารถทำให้อะตอมก๊าซในหลอดเกิดปล่อยพลังงานส่วนเกินได้มากกว่า1อะตอมนั่นเอง

การจุดหลอดนั้น เสมือนให้ก๊าซทั้งหลอดปล่อยพลังงานโฟตอนออกมาพร้อมกัน เหมือนเกิดปฏิกิริยาต่อเนื่องและเกิดความสว่างพร้อมกัน (แต่ความจริงแล้วอะตอมของก๊าซแต่ละอะตอมในหลอดไฟต่างก็เกิดการปลดปล่อยพลังงานของตัวมันเองแยกจากกันซึ่งอาจเกิดพร้อมกันหรือไม่ก็ได้) เสมือนก๊าซในหลอดจะสามารถนำกระแสไฟฟ้าผ่านขั้วหลอดสองขั้วที่อาจอยู่ห่างกันเป็นมตรได้(ซึ่งตามปรกติไฟฟ้าขนาด220-2000V ไม่สามารถวิ่งผ่านอากาศในระยะ1เมตรในภาวะปรกติได้เลย )

การปลดปล่อยพลังงานโฟตอนของก๊าซออกมานี้ถ้าเป็นรังสีที่มองไม่เห็นจะอาศัยฟอสเฟอ (Phospher) ดูดรังสีโฟตอนและปล่อยรังสีแสงที่คนมองเห็นได้ออกมาแทน เช่น หลอดฟลูออเรสเซนต์ที่ใช้ตามบ้านทั่วๆไปก็อาศัยหลักการเรืองแสงและอาศัยสารเคมีฉาบที่หลอดเพื่อให้แสดงสีต่างๆ

---7878-------------------------

 

การจุดสว่างโคมไฟฟลูออเรสเซนต์ ด้วยบ้ลลาสต์ (ชนิดหม้อแปลงทองแดง) และสตาร์ทเตอร์ (ชนิดขั้วไบเมทอลในหลอดแก้ว)

 

ภาพอนิเมชั่น แสดงการเปิดปิดหลอดไฟฟลูออเรสเซนต์ด้วยสวิทช์2ทาง ในรูปประกอบด้วยบัลลาสต์ชนิดทองแแดงจ่ายไฟ แล้วมีการสลับกันสว่าง2ครั้งของสตาร์ทเตอร์ ซึ่งแสดงให้เห็นว่าการจุดสว่างในหลอดครั้งแรกไม่สมบูรณ์ แต่ครั้งที่สองกลับจุดติด  , 2WAY SWITCH principle with fluorescent lamp , gif animation , ภาพลิขสิทธิ์ อนุญาตให้นำไปใช้ได้โดยระบุแหล่งที่มา CC by pui108diy

9899

ภาพ แสดงส่วนประกอบภายในของสตาร์ทเตอร์ ที่ภายในมีหลอดแก้วที่มีก๊าซอาร์กอนบบรจุอยู่และมีขั้วสองขั้ว(ไม่แจะ-ปรกติเปิด)ที่ทำด้วยโลหะไบเมทอลที่มีคุณณสมบัติงอไปด้านใดด้านนึงเมื่อมีอุณหภูมิสูงและคืนตัวได้เมื่อเย็นตัวลง, และที่ติดกับหลอดแก้วมีลักษณะเหมือนเทบพลาสติกใสๆนั้นเป็นคาปาซิเตอร์ที่มีขนาดเล็ก , internal of Fluorescent Starter Wiki Picture CC-SA by Anton

 

ภาพอนิเมชั่น แสดงการทำงานของสตาร์ทเตอร์ ขณะทำการจุดหลอดฟลูออเรสเซนต์ซึ่งเริ่มต้นก่อนทำงานจะอยู่ในสภาพไม่แจะ เมื่อเปิดสวิทช์ไฟสตาร์ทเตอร์ก็จะสว่างขึ้น แล้วก็แจะเพื่อทำการจุดหลอดไฟ จากนั้นก็ค่อยจากออกคือค่อยๆง้างออก , starter(fluorescent lamp) animation Wiki Pic CC-SA by selbst erstellt

การจุดสว่างโดยอาศัยสตาร์ทเตอร์ดังกล่าวด้านบน ซึ่งหลักการจุดก็เหมือนๆกับก๊าซดิสชาร์จแลมป์ทั่วไป ดังนี้

https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Fluorescent_Light.svg

 

เมื่อเปิดสวิทช์ไฟ ไฟฟ้าจะผ่านหม้อแปลงที่ทำหน้าที่จำกัดกระแสไฟ และกระแสไฟจะไหลผ่านไปที่ขั้วหลอด ผ่านสตาร์ทเตอร์และผ่านไปยังขั้วหลอดอีกด้านหนึ่งโดยกระแสไฟตอนเริ่มต้นดังกล่าวทำหน้าที่

1  อุ่นขั้วหลอดให้ร้อนให้ปรอทข้างในหลอดกลายเป็นสถานะก๊าซ (ปรอทจะกลายเป็นไอทั้งหมดที่อุณหภูมิ 356.73 องศาเซสเซียส ซึ่งน่าจะเกิดเฉพาะบริเวณขั้วหลอดภายใน) และเพิ่มเป็นการเพิ่มพลังงานจลน์ของก๊าซอาร์กอนในหลอด ในขณะที่อุ่นขั้วอยู่นั้น สตาร์ทเตอร์ ภายในที่เป็นกระเปาะแก้วจะส่องแสงสีชมพูขึ้นทันทีเกิดจากการดิสชาร์จพลังงานของอาร์กอน (เนื่องจากระยะห่างระหว่างขั้วสวิทช์ bimetal 2ก้านมีช่องไฟเพียง 1.5 มิลลิเมตรโดยขั้วทั้งสองไม่ได้แจะกัน) กระแสไฟฟ้าจะไหลผ่านก๊าซได้เพื่อให้ไปอุ่นไส้หลอดฟูลออเรสเซนต์และการที่กระแสที่วิ่งผ่านก๊าซในกระเปาะนี้ทำให้ขั้วก้านทั้งสองเกิดความร้อนสะสมขึ้นรอเวลาแจะกัน 

2   เมื่อเวลาผ่านไป ขั้วก้านโลหะไบเมทอลที่สตาร์ทเตอร์เกิดความร้อนพอก็จะแจะเข้าหากันทำหน้าที่จุดสว่าง(ignition)ให้หลอดไฟฟลูออเรสเซนต์ ทันทีที่ก้านแจะกันไฟสีชมพูในสตาร์ทเตอร์ก็จะดับไป ถ้าสตาร์ทเตอร์จุดสว่างสำเร็จคือเกิดอินดักชั่นคิกเนื่องจากบัลลาสต์ส่งผ่านกระแสไฟฟ้าสลับไปที่ขั้วถึงจุดพีกของแรงดัน ทำให้อิเล็กตรอนที่วิ่งออกไปจากขั้วมีพลังสูงสุดพอดีก็จะจุดติด กระแสไฟฟ้าจะเดินทางผ่านก๊าซและขั้วทั้งสองของหลอดฟลูออเรสเซนต์โดยตรงแทนแล้วสตาร์ทเตอร์ขั้วก้านจะเย็นและดีดออกจากกัน (ถ้าเอาสตาร์ทเตอร์ออกก็ยังสว่างไม่ดับ) แต่ถ้าจุดไม่ติดสตาร์ทเตอร์จะเย็นตัวในเสี้ยววินาทีก้านขั้วสวิทช์จะดีดออกห่างแล้วก็รออุ่นก้านสตาร์ทเตอร์เพื่อแจะจุดอีกครั้ง

วีดีโอปากอบ 8997

ซึ่งสตาร์ทเตอร์อันนละ10บาทในท้องตลาดส่วนใหญ่เป็นสตาร์ทเตอร์ธรรมดาทำงานตามจังหวะที่กล่าวไปแล้วด้านบน ซึ่งถ้าต้องการสตาร์ทเตอร์เฉพาะซึ่งเป็นอิเล็กทรอนิกล้วนๆเปิดทีเดียวติดก็มีแต่ไม่นิยมเพราะราคาสูงกว่าหายากกว่าและผู้ผลิตก็ขายยากด้วย ภาพสตาร์ทเตอรอิเล็กทรอนิกส์ , ภาพสตาร์ทเตอร์อิเล็กทรอนิกส์ชนิดมีรีเลย์

 

โคมไฟฟลูออเรสเซนต์มีแรงดันในหลอดเท่าไหร่? และมีปรอทกี่กรัม? หลอดไฟฟลูออเรสเซนต์ เป็นก๊าซดิสชาร์จแลมป์ หรือหลอดไฟไอปรอทชนิดแรงดันไอภายในหลอดต่ำ (low pressure mercury-vapor gas-discharge lamp)  ซึ่งแรงดันไอภายในหลอดขณะที่เปิดไฟ(30-40C) จะมีอยู่ที่ประมาณ 20-30mbar (ที่มาVDOของ Philipsligiting) แต่ใน Florecenct lamps - wiki ระบุว่าในหลอดจะมีแรงดันเท่ากับ0.3%ของแรงดันบรรยากาศหรือประมาณ 3mbar และแรงดันไอของปรอทล้วนๆในหลอดไฟอยู่ที่ 0.008 mbar(8pa)  

ความดันภายนอกที่ระดับผิวโลกเราคือ 1 atm หรือประมาณ1 bar หรือ 1000mbar แสดงว่าปริมาณสารปรอทในหลอดจะน้อยมากๆ (ยกตัวอย่าง ที่อุณหภูมิห้อง25c น้ำมีแรงดันไอ31.7 mbar วิธีการวัดแรงดันคือนำน้ำไปใส่ในภาชนะปิดสูบอากาศออกแล้วรอให้น้ำระเหยจากนั้นจึงวัดแรงดันสมบูรณ์ในภาชนะ ปรกติน้ำสามารถระเหยไปในอากาศได้แม้แรงดันไอจะน้อยกว่าแรงดันบรรยากาศในภาชนะเปิด ส่วนปรอทจะมีแรงดันไอที่25องศา= 0.0026mbar เท่านั้น-ในภาชนะเปิดปรอทจะระเหยได้หรือไม่ที่25C ? ใครรู้ช่วยตอบที ถ้าลองหาวิธีคำนวนย้อนได้ ผมเดาๆได้ว่าในหลอดไฟฟลูออเรสเซนต์จะมีปรอทน้อยกว่าขนาดหัวไม้ขีด)

สรุปหาคำตอบกัน จากเอกสารของwiki - Fluorescent lamp recycling เกี่ยวกับเรื่องการรีไซเคิลหลอดฟลูออเรสเซนต์  

หลอดฟลูออเรสเซนต์ ขนาดT12 ยาว125cm เส้นผ่านศูนย์กลาง1.5นิ้ว ปี2006 ซึ่งเป็นหลอดที่มีขนาดอ้วนมากในสมัยก่อนซึ่งปัจจุบันไม่มีขายแล้ว มีปรอทอยู่ในหลอดประมาณ 5 mg (wiki)

ยังมีข้อมูลที่อื่นอีกคือบทความที่นี่ ระบุว่าหลังปี 1988 หลอด T8 มีปรอท3-5 mg และหลอดCFL มีปรอทประมาณ 4-5 mg

เอกสารpdf- Ushio ปี 2009 ระบุว่า หลอด CFL ของเขามีปรอทน้อยกว่า 1mg

ในปัจจุบันมีขายหลอด T8 คือหลอดไฟชนิดยาว 125cm ขนาด 36 วัตต์ คือเส้นผ่านศูนย์กลางประมาณ 1 นิ้ว ใส่แทนหลอดอ้วนได้ระยะขั้วขาเท่ากัน จะเรียกว่าหลอดผอมก็ได้ถ้าเทียบกับสมัยก่อน และหลอด T5 ขนาดd=5/8นิ้ว-ขั้วขาเล็กกว่า 

ปรอท 5มิลลิกรัม ถ้ามองเป็นปริมาณหยดน้ำจะมีขนาดเท่าใด? แต่.... ปรอทมีความหนาแน่นมากกว่าน้ำ 13.5 เท่า

น้ำ 1กรัมมีปริมาตร    =1 ลูกบาศก์เซนติเมตร

                           = 1 cm x 1cm x 1cm

                           = 10 มิล x10มิล x10มิล

                           = 1000 ลบ.มิลลิเมตร

แสดงว่า น้ำขนาด 1 mg จะมีขนาด กxยxส = 1 ลบ.มิล มีขนาดน้อยกว่าน้ำ 1 หยด ถ้าหยดด้วยหลอดยาคูลท์

ปรอท 5mg  มีปริมาตร= น้ำ 0.005/13.5 กรัม

                             = 0.00037 กรัม

หรือ น้ำ 0.37 mg มีปริมาตร เท่ากับปรอท 5 มิลลิกรัม

แสดงว่าปรอท 5 mg ในหลอดฟลูออเรสเซนต์ T12 หลอดยาว มีขนาดประมาณเล็กกว่ากว่า ครึ่ง ลบ.มิลลิเมตร  เล็กกว่าหัวไม้ขีด อย่างน้อย 10 เท่า

wiki ยังระบุต่อไปว่าอันตรายจากสารปรอทส่วนใหญ่จะปนหรือผสมกับสารฟอสเฟอเวลาแตกพวกสารฟอสเฟอก็มีความเป็นพิษอยู่มากแม้ไม่เท่าในอดีต และปรกติการเก็บขยะมีพิษพวกหลอดไฟเพื่อนำไปรีไซเคิลนั้นจะใช้ผงกำมะถันเพื่อให้เกิดปฎิกิริยารวมตัวกับปรอทแล้วปรอทมันจะไม่ละลายน้ำ เขาว่าอย่างนั้นนะ

Hg + S ->  HgS

เรื่องที่ดูน่าแตกตื่น?กับการกลัวหลอดไฟแตกแล้วจะสูดไอปรอทเข้าไป  ถ้าอ่านเพจ หลอดCFLมีจำนวนปรอทเท่าใด? หลอดCFL ย่อมาจาก Compact fluorescent lamp-wiki หรือหลอดฟลูออเรสเซนต์ชนิดคอมแพ็ค หรือหลอดฟลูออเรสเซต์ที่สามารถสวมแทนหลอดไส้ได้นั้น ก็มีปรอทอยู่ประมาณ 2 -5 mg และผู้ผลิตพยายามจะทำให้ลดลงเรื่อยๆ ปัจจุบันก็เติมโลหะอมัลกัม(ปรอทผสมโลหะอื่น เช่นสารอุดฟันเป็นต้น) เพื่อควบคุมความดันไอและกำหนดให้มีปริมาณปรอทเพียวๆในหลอดCFLลดลง  ในเพจลิงค์ดังกล่าวระบุอีกว่า ถ้าหลอดCFL แตก ปรอทจะแพร่ไปในอากาศได้ประมาณ 0.07 ไมโครกรัม ฉะนั้นอย่าแตกตื่นว่ามันอันตรายมาก เพราะถ้าคุณแดกแซนวิสทูน่าที่มีทูน่า 170 กรัม(6oz) เท่ากับคุณแดกปรอทที่ปนเปื้อนในทูน่าประมาณ 48 ไมโครกรัม-pdf

 

 ----------------------------------------------

 

ตัวอย่าง หลอดแสงจันทร์ โคมหลอดแสงจันทร์ (Mercury-vapor lamp)(wiki) เป็นหลอดดิสชาร์จแลมป์ชนิดหนึ่ง ซึ่ง ภายในหลอดมีสารปรอทผสมกับก๊าซเฉื่อยที่มีแรงดันไอในหลอดสูงขณะทำงาน หลักการส่องสว่างจะเหมือนๆกันกับดิสชาร์จแลมป์ทั่วไป เป็นหลอดไอปรอทที่กินไฟมากกว่าหลอดฟลูออเรสเซนต์แต่ให้ความสว่างต่อวัตต์สูงกว่า โดยต้องใช้หม้อแปลงไฟหรือบัลลาสต์สำหรับหลอดแสงจันทร์โดยเฉพาะ โดยปรกติหลอดดิสชาร์จชนิดแรงดันไอสูง ยิ่งมีแรงดันไอในหลอดสูง(ถ้าหลอดควอทช์ภายในทนแรงดันได้สูงมากๆ มากกว่า100บาร์)ก็ยิ่งสว่างมาก ความสว่างต่อวัตต์จะยิ่งเยอะ โดยทั่วไปหลอดไฟชนิดนี้จะเปล่งแสงเป็นสีเขียวอ่อนซึ่งเป็นรังสีย่านยูวีที่อันตราย จึงเคลือบสารฟอสเฟอเอาไว้เพื่อดูดกลืนรังสียูวีที่เป็นอันตรายและไม่มีความสว่างเพื่อคายแสงสว่างสีขาวที่ลดความอันตรายลงออกมา หลักการส่องแสงคล้ายกับหลอดฟลูออเรสเซนต์ทุกประการ 

รูป 

/p>

มาสนใจเรื่องแรงดันไอนิดนึง เพราะผมสงสัยว่าแรงดันไอปรอทในหลอดแสงจันทร์มันมีค่าเท่าไหร่กันแน่?  (จากข้อมูลวีดีโอของphilips -gas discharge ช่วงนาทีที่3 บอกว่าหลอดไฟชนิดแรงดันไอสูงทั่วๆไปส่วนใหญ่จะมีแรงดันในหลอดขณะทำงานมากถึง 20-30 bar) ส่วนของwiki บอกว่าหลอดแสงจันทร์ประมาณ1bar ขณะใกล้ถึงจุดทำงานตามปรกติ 

ในบทความของ lamptech เรื่อง The Effects of Mercury Vapour Pressure มีกราฟที่แสดง ประสิทธิภาพการเรืองแสงต่วัตต์จะแปรผันตามปริมาณแรงดันของปรอท ยังระบุว่าหลอดที่มีปรอทช่วงแรงดันไอสูงจะมีแรงดันมากกว่า 100 torr (>0.13bar) ซึ่งหลอดแรงดันสูงที่มีราคาต่ำจะผลิตออกมาให้ใช้แรงดันประมาณ 5-10 atm ถ้าจะใช้แรงดันสูงกว่านั้นหลอดจะมีราคาสูงมากเกินไปจากกราฟจะมีแรงดันได้มากถึง130bar

โดยส่วนตัวแล้วคิดว่าแรงดันไอที่เกิดขึ้นน่าจะใกล้เคียง 1 bar โดยการควบคุมปริมาณปรอทที่ใส่ลงไปและปริมาณก๊าซเฉื่อยอื่นๆ และควบคุมอุณหภูมิในหลอดด้วยการจำกัดกระแสไฟและให้อุณหภูมิในหลอดอยู่ใกล้จุดเดือดของปรอท เพราะหลอดแสงจันทร์เป็นหลอดที่ใช้กันตามโกดังโรงงานหรือบ้านคนก็ใช้ได้ เรื่องความปลอดภัยโดยเฉพาะจึงเป็นเรื่องสำคัญ เพราะถ้าแรงดันภายในหลอดสูงเป็นสิบบาร์เวลามันระเบิดแตกออกจะต้องแตกกระจายทำร้ายคนจนบาดเจ็บสาหัสถึงชีวิตได้

ถ้าเรามาลองวิเคราห์กันดูเรื่องความดันไอในหลอดแสงจันทร์ โดยทั่วไปที่หลอดโดยเฉพาะหลอดแกนกลางที่เป็นควอทซ์จะร้อนประมาณ350C (ที่มาฟิลิปส์)ซึ่งภายในก็บรรจุก๊าซอาร์กอนเอาไว้ด้วย ถ้าไปดูแคตตาล็อกของฟิลิปส์ หลอดแสงจันทร์ขนาด400วัตต์จะมีปรอทบรรจุอยู่ 42 mg หรือประมาณ3ลูกบาศก์มิลลิเมตร ซึ่งปรอทบรรจุอยู่ในหลอดแกนมรควอทซ์ที่มีขนาดไม่เกิน30ลูกบาศก์เซนต์ เท่าที่ลองค้นๆมาก็ไม่พบว่าแรงดันไอขณะใช้งานจริงๆเป็นเท่าไหร่กันแน่ พอดีเจอวีดีโอของ DanTheAwesomeMan ได้ทำการทดสอบการระเบิดของหลอดแสงจันทร์ 80วัตต์ HQL 80W (MBF-U) OSRAM ด้วยการใส่พลังงาน-กระแสทดสอบชั่วขณะให้มากกว่าปรกติโดยตรงไปที่หลอดซึ่งเขาระบุเป็น200-5000วัตต์ เพื่อให้หลอดเกิดแรงดันไอในหลอดที่มากพอที่จะทำให้หลอดควอทช์ภายในระเบิดออกมาได้   Youtube by DanTheAwesomeMan  เรื่อง Mercury Lamp Overload  

 เมื่อดูวีดีโอจบพบว่าแรงระเบิดภายในหลอดควอทซ์ข้างในที่ถูกทำให้อุณหภูมิในหลอดสูงขึ้นและแรงดันภายไอในหลอดภายในสูงขึ้นจนแตกระเบิดออกมานั้นยังไม่รุนแรงพอที่จะทำให้หลอดหุ้มภายนอกแตกออกมาได้ ผมจึงเชื่อว่าหลอดแสงจันทร์ทั่วๆไปแรงดันไอใช้งานคงใกล้เคียงแรงดันบรรยากาศ หรือในหลอดอาจสร้างจุดรั่วที่ทำหน้าที่เหมือนวาล์วนิรภัยเวลาแตกไม่ให้เกิดอันตรายขึ้น เพราะการแตกที่แรงดันสูงผมเคยพบเจอมาเช่นขวดน้ำดื่มที่ทำจากpetที่โรงงานกำลังเป่าแรงดันประมาณ35บาร์ เวลาขวดมันระเบิดพุ่งเข้าใส่แผ่นอคริกหนา8มิลยังไม่เหลือแถมยังระเบิดใส่คนงานเลือดสาดเลยครับ(เกิดจากวาล์วชำรุด จึงเกิดการผิดพลาดทำให้แรงดันไม่ถูกระบายออกก่อนจะเปิดโมลด์ทำให้ขวดระเบิด) --จบการสันนิษฐาน

ยกตัวอย่างหลอดLED การส่องสว่างของหลอดLED อาศัยหลักการทางฟิสิกส์ของเซมิคอนดักส์เตอร์ Semiconductor (สารกึ่งตัวนำ -- คือ วัสดุที่มีคุณสมบัติในการนำไฟฟ้าอยู่ระหว่างตัวนำและฉนวน wikiภาษาไทย)  ต่อไปนี้เป็นคำอธิบายสรุปแบบของผมเอง>>

การส่องสว่างของLED นั้นเกี่ยวกับการใส่ไฟฟ้ากระตุ้น ให้เกิดการเปลี่ยนแปลงพลังงานที่เกี่ยวข้องกับอิเล็กตรอนบนอะตอมของซิลิกอนบริสุทธิ์ที่เป็นผลึกเดี่ยว Monocrystalline silicon (หรือธาตุอื่นหมู่4 ลงไปที่อยู่แถวเดียวกับซิลิกอนบนตารางธาตุ[พร้อมชื่อไทย] เช่นเจอมันเนี่ยม)และสารอื่นที่เจือในระดับอะตอมที่อยู่บนผลึก ซึ่งทั้งหมดอยู่ในสภาวะของแข็งที่มนุษย์สร้างขึ้นและไม่มีพบในธรรมชาติ 

2222ภาพประกอบซิลิกอนingot และวิธีการสร้างซิลิกอนผลึกเดี่ยว https://en.wikipedia.org/wiki/File:Monokristalines_Silizium_f%C3%BCr_die_Waferherstellung.jpg

444444https://en.wikipedia.org/wiki/File:Czochralski_Process.svg

3333ภาพประกอบซิลิกอนเวเฟอร์ที่ถูกตัดเป็นแผ่นๆ https://en.wikipedia.org/wiki/File:Siliziumwafer.JPG

การอธิบายโครงสร้างของเซมิคอนดักส์เตอร์ตัวพื้นฐานมักจะนึกถืงชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์ที่เรียกว่าไดโอดซึ่งหลักการทางพลังงานของมันก็ใกล้เคียงกับแอลอีดีนั้นมีดังนี้ สารกึ่งตัวนำพื้นฐานจะถูกสร้างบนแผ่นเวเฟอร์ Wafer ของซิลิกอนบริสุทธิ์ที่เป็นผลึกเดี่ยวโดยการเจือสารคือธาตุ(เช่นธาตุหมู่3 อลูมิเนี่ยม เป็นต้น)บางชนิดลงไปแทนที่อะตอมซิลิกอนบนผลึกด้านนึงแล้วก็ทำซ้ำอีกด้านนึงโดยเจือสารอีกแบบซึ่งเป็นคนละชนิดกับแบบแรก(เช่นธาตุหมู่5ในตารางธาตุ มีฟอสฟอรัสเป็นต้น)

ภาพประกอบ5555  อะตอมของซิลิกอนที่ถูกขยายถึง45ล้านเท่า https://en.wikipedia.org/wiki/File:Silicium-atomes.png

ภาพประกอบ66666 ในhttps://en.wikipedia.org/wiki/P%E2%80%93n_junction   หน้าตาสมมติของP-N juction และการสมดุลพลังงานที่จังก์ชั่น

ลักษณะการเชื่อมต่อกันคล้ายกับการต่อชนกัน คล้ายเป็นขั้วสองด้านที่มีการเจือสารต่างชนิดกันทั้งสองด้าน การเจือสารลงไปบนซิลิคอนเรียกว่าการโดบ Doping ซึ่งธาตุที่เจือลงไปจะแทนที่อะตอมซิลิกอนในโครงสร้างผลึกบางส่วนนั้น ซึ่งจะมีคุณสมบัติทางไฟฟ้าดังนี้ ฝั่งหนึ่งจะมีอิเล็กตรอนส่วนเกินเยอะ เรียกว่า N-type semiconductor, the negative charge of the electron แปลว่าสารกึ่งตัวนำชนิดN(ลบ) หรือชนิดที่ถือประจุลบเอาไว้ ซึ่งเกิดจากการเจือธาตุหมู่5 และอีกฝั่งหนึ่งมีคุณสมบัติขาดอิเล็กตรอนอยู่เสมอต้องการมาเติมเต็มให้ครบจุดที่ถูกสมมติว่าเป็นตัวขาดประจุลบแสดงว่ามีประจุบวกมากกว่าปรกติจึงเรียกจุดนั้นว่าโฮล หรือเรียกว่า P-type semiconductor , the positive charge of the hole ซึ่งเกิดจากการเจือธาตุหมู่3ลงไปบนผลึก โดยทั่วไปการเลือกสารโดปการควบคุมปริมาณสาร รูปแบบลักษณะและจำนวนการต่อชนกันของผลึกที่ถูกเจือจะทำให้สารกึ่งตัวนำมีคุณสมบัติใช้งานแตกต่างกัน 

หลักการพื้นฐานทางไฟฟ้าและพลังงานของLEDนั้น เมื่อมีการสร้างโดยมีการโดบสารเจือสองด้านต่างชนิดกันมาต่อชนกัน บริเวณที่ต่อชนกันเรียกว่า junction ,P-N junction ซึ่งการเจือสารในผลึกซิลิกอนนั้นเป็นวิธีการสร้างด้วยการต่อชนโดยด้านนึงมีลบหรืออีเล็กตรอนเยอะและอีกด้านหนึ่งมีบวกหรือมีโฮลเยอะ การสร้างเซมิคอนดักส์เตอร์และการต่อชนดังกล่าวซึ่งไม่มีอยู่ในธรรมชาตินั้นจึงเป็นการบังคับให้เกิดสนามพลังอ่อนๆอยู่บริเวณจังก์ชั่นดังกล่าวอยู่เสมอ ซึ่งLEDมีขนาดสนามพลัง 1.8-2.5V เมื่อต่อแอลอีดีถูกขั้วและต้องให้แรงดันอย่างน้อย1.8โวลท์ในการเอาชนะสนามพลังที่จังก์ชั่นดังกล่าวจึงจะเกิดการนำไฟฟ้าหรืออีเล็กตรอนวิ่งผ่านได้ทำให้เกิดแสงได้  โดยแสงหรือความสว่างของแอลอีดีเกิดขึ้นที่ส่วนจังก์ชั่นโดยการที่อิเล็กตรอนในฝั่งด้านที่มีมากได้รับพลังงานส่วนเกินจากแหล่งพลังงานภายนอกทำให้สามารถวิ่งเข้าไปที่ส่วนของจังก์ชั่นชนกับโฮลซึ่งเสมือนเป็นขั้วบวก เมื่อมันรวมกับโฮลจะทำให้อะตอมในผลึกกลับกลายเป็นอะตอมที่มีอิเล็กตรอนภายนอกที่โคจรอยู่รอบๆเหมือนในธรรมชาติแต่เมื่ออะตอมมีพลังงานจนล์ของอิเล็กตรอนส่วนเกินอยู่ จึงทำให้อะตอมอยู่สภาวะที่ต้องปล่อยพลังงานส่วนเกินทิ้งออกในรูปของความร้อนหรือแสง(โฟตอน) ส่วนของจังก์ชั่นที่สร้างมาเฉพาะของLED ที่บางและมีช่องว่างรวมถึงความโปร่งแสงพอให้แสงลอดออกมาได้ยิ่งมีความเข้มแสงสูงๆจะมีความซับซ้อนทางชั้นโครงสร้างที่ต่อชนมากกว่าไดโอด

 

แสงขาว เท่าที่อ่านดูในเรื่องฟอสเฟอที่wiki และเทคโนโลยีของ Ushio Lighting หลอดLED ที่ให้แสงสีขาวสว่างนั้น เกิดจากแสงของหลอดLEDที่ให้แสงรังสีUVซึ่งออกสีน้ำเงิน  แต่ส่งแสงออกมาเป็นสีขาวได้ก็อาศัยฟอสเฟอฉาบอยู่ภายในLED

กก

 

 

 

 

Current and resistance of Incandescence lamp   https://en.wikipedia.org/wiki/Incandescent_light_bulb#Current_and_resistance

หลอดไส้ธรรมดา  กระแสอินรัชมีขนาด 15 เท่าของกระแสใช้งานปรกติ กินเวลาประมาณ 130 mS กระแสก็จะเข้าสู่ภาวะปรกติ

เนื่องจากไส้ใยทังสเตนจะมีความต้านทานต่ำที่อุณหภูมิห้องแต่เมื่อมันร้อนขึ้นมีอุณหภูมิสูงขึ้นถึงหลักพันองศาเซลเซียส ความต้านทานกระแสไฟฟ้าจะเพิ่มขึ้นถึง15เท่า(เอกสารจากwiki) ทำให้กระแสไฟฟ้าที่ใช้งานลดลง คือความต้านทานแปรผันตามอุณหภูมิ (ช่วง15เท่าเกิดเฉพาะเวลาหน้าสวิทช์แจะกันตอนนั้น เมื่อมันเริ่มร้อนกระแสก็จะลดลงทันที) เอกสารบางที่ก็ระบุว่าความต้านทานตอนไฟส่องสว่างสมบูรณ์จะเพิ่มขึ้น 10-15 เท่า

การเลือกสวิทช์ กดเปิด-ปิดไฟตามบ้าน สมมติว่าเป็น panasonic 16A ถ้าว่ากันตามมาตรฐาน มอก.824-2551 เป็นสวิทช์ไฟฟ้าขั้วเดี่ยว single-pole switch หมายเลขแบบ1

รูปประกอบ หมายเลขแบบ1

พบว่าการทดสอบให้ผ่านตามมาตรฐานนี้ ข้อทดสอบแรกจะใช้หลอดไส้มาต่อทดสอบ โดยกำหนดจำนวนหลอดอย่างต่ำต้องให้ได้กระแสไฟฟ้า 1.2เท่าของกระแสที่กำหนด(เช่นของ pana ระบุไว้ว่า16A) และแรงดันทดสอบอยู่ 240โวลท์ ในกรณีดังกล่าว ต้องไม่มีการอาร์กที่ทำให้ชำรุดเสียหาย และต้องทนกระแสลัดวงจรได้อย่างน้อย1500A โดยมีข้อกำหนดเพิ่มเติมในข้อ18.1  และในสวิทช์10-16A ให้เปิดปิดสวิทช์สม่ำเสมอเป็นจังหวะ 15 ครั้งต่อนาที (โดยต้องมีคาบการเปิดไฟอยู่ที่ 25% หรือ1วินาที และคาบการปิดไฟอยู่ที่75% หรือ3 วินาที) และตามข้อกำหนด19 ตารางที่17 กำหนดว่าต้องทดสอบเปิดปิด 40000 ครั้ง (โดยต้องมีคาบการเปิดไฟอยู่ที่ 25% หรือ1วินาที และคาบการปิดไฟอยู่ที่75% หรือ3 วินาที) แล้วต้องไม่ชำรุดคือสวิทช์ต้องไม่เชื่อมติดและแสดงถึงการเสียหายใช้งานไม่ได้

ตย. เช่น การใช้หลอดไส้ 200 วัตต์ มาทดสอบสวิทช์พานา ต้องใช้กี่หลอดไส้มาต่อขนานกันให้ได้กระแสปรกติที่ 19.2แอมแปร์ (1.2เท่าของ16A )  จะได้ประมาณ 23หลอด เปิดไฟ1วิ ปิดไฟ3วิ ให้ได้ 40,000 ครั้งต้องไม่ชำรุด

ถ้าการทดสอบด้วยหลอดไส้ที่กระแสปรกติ 19.2A  กระแสอินรัชที่เกิดจากหลอดไฟครั้งแรกจะมีค่าเท่าไหร่?

ถ้าตอบว่า อย่างง่ายๆใช้ตัวเลข19.2A คือตอนที่หลอดไฟส่องสว่างอย่างสมบูรณ์คือ กระแสใช้งานปรกติ อินรัชหรือกระแสกระชากที่เกิดขึ้นมีค่าเท่ากับ 15 เท่าของกระแสใช้งานปรกติ (V=IR เนื่องจากR มีค่าลดลงเหลือ1/15 ที่อุณหภูมิปรกติ กระแสอินรัชจะเกิดขึ้นตอนไส้หลอดมีอุณหภูมิห้อง) 

   ฉะนั้นกระแสกระชาก I inrush= 288 A 

ซึ่งผมคิดว่ามันเยอะมากเกินไปไม่น่าจะใช่ตัวเลขจริงๆ จากการทดลองวัดค่าความต้านทานก่อนเริ่มเปิด ของหลอดไฟ ที่ระบุว่า 5วัตต์ ยี่ห้อดังรูป พบว่า มี คตท.ไฟฟ้า=479 โอห์ม

http://41034778.r.aspirationcdn.net/wp/wp-content/uploads/2013/07/power_cals_Incandescent_light_bulb.jpg 

มื่อวัดค่ากระแสไฟใช้งานปรกติได้ 0.0475A กระแสอินรัชตอนไส้หลอดเย็นจากการคำนวนด้วยสูตร V=IR ,V=230,R=479 จะได้กระแสกระชากตอนเปิดไฟครั้งแรก = 0.48A เมื่อลองเทียบกับกระแสปรกติจะเป็น 

   I กระชาก / I ปรกติ = 0.48/0.0475 = 10.1 เท่า 

 ย่อมหมายถึง คตท.ไส้หลอดตอนร้อน = 10เท่าของตอนเริ่มเปิด

จากการทดสอบหลอด5วัตต์ของผมยังพบว่าค่าความต้านทานไฟฟ้า เมื่อเวลาปิดหลอดไฟไป3วินาที วัดค่าความต้านทานได้ 900 โอห์ม ไม่ได้ค่า479โอห์ม(จะเย็นตัวเหลือ500โอห์มในเวลา5-6วินาที) เพราะไส้หลอดยังไม่เย็นตัวสนิทดี เมื่อเริ่มเปิดใหม่อีกครั้ง รีสตาร์ท กระแสอินรัชจะเริ่มที่ 0.255 A แทน ทำให้กระแสกระชากเหลือเพียง 5.38 เท่าของกระแสปรกติ (ได้จาก 0.255/0.0475) ผมคิดว่ากระแสกระชากตอน รีสตาร์ทของหลอดไส้ 200 วัตต์จะน้อยกว่า 5 เท่า อาจเหลือเพียง3-5 เท่า เนื่องจากไส้หลอดขนาด 200 วัตต์ มีขนาดใหญ่กว่า 5W มากทำให้มันอมความร้อนเอาไว้ในไส้ได้นานกว่า อย่างไรก็ตามข้อความ 3 เท่าเป็นการประมาณเท่านั้นไม่ใช่ได้จากการทดลองจริงๆ

ตัวเลขที่ใกล้เคียงตอนทดลองสวิทช์พานา 16A เปิดหลอดไส้ 4600 วัตต์ ที่240V 

  กระแสกระชากครั้งแรก   = 190 A  ( ได้จาก 19.2*10เท่า)

  กระแสกระชากรีสตาร์ท3วิ = 100 A สูงสุด (19.2*5.3เท่า)

  คิดกระแสกระชากต่ำที่สุดที่เป็นไปได้จากการทดลอง                                   = 60 A  ต่ำสุด (19.2*3เท่า)

          ค่าประมาณอยู่ที่ 50A เป็นค่าที่นำไปคำนวนแล้วมีความปลอดภัยสูง

ถ้าผมเป็นคนเลือกใช้สวิทช์ผมควรต้องใช้ค่าอินรัชต่ำสุดมาเป็นตัวเลือกในการคำนวน ในความเป็นจริงเพื่อใช้งานโหลดจริงๆได้ดีและเพื่อความปลอดภัยและอาจใส่ค่าเซฟตี้2เท่าเพิ่มอีกต่างหากอาจเหลือเพียง 30A

ในที่นี้คิดว่ากระแสอินรัชสูงสุดในการออกแบบสำหรับสวิทช์16A ที่ได้ม.อ.ก. อยู่ที่ 50A สำหรับการสตาร์ทเปิดไฟครั้งแรกหรือเป็นการเปิดที่ไส้เย็นสนิทตามชีวิตประจำวันของคนทั่วไป โดยใช้กับหลอดไส้ทั่วไปแล้วต้องการการใช้งานให้ทนได้ 4หมื่นครั้ง จะใช้หลอดไฟได้มากที่สุดกี่วัตต์? 

     I กระชากครั้งแรก = 50A  (ต้องใช้กระแสกระชากครั้งแรกในการคำนวนเท่านั้น เพราะเวลาเปิดปิดไฟจริงๆวันละครั้ง ไส้หลอดมันเย็นตัวแล้ว)

     I ปรกติของหลอดไส้ = 1/10 ของ กระแสกระชาก50A = 5A

     P กำลังวัตต์ที่ได้ =240*5 = 1200 วัตต์ 

   ***ถ้าใช้ หลอดไฟ 1200วัตต์ เปิดปิด จะใช้ได้ยาวนานถึง 4หมื่นครั้ง แต่ถ้าจะให้ชัวร์ ต้องใช้ Iปรกติ=1/15  Iกระชาก= 800 วัตต์ จึงเป็นค่าที่เป็นไปได้ที่สุดที่สวิทช์น่าจะเปิดได้ถึงจำนวนดังกล่าว ***

ซตพ., QED. , สรุป. ---เปิดสวิทช์ไฟ16Aที่มีมอก.ใช้กับหลอดไส้ 1000 วัตต์ ควรต้องใช้งานได้ 4หมื่นครั้งอย่างแน่นอน ในความเป็นจริงในการออกแบบโดยเฉพาะเรื่องความปลอดภัยมักจะเผื่อค่าความปลอดภัยสองเท่า จึงควรใช้งานกับหลอดไส้ไม่เกิน 500 วัตต์ถือว่าปลอดภัยกับผู้ใช้งานและอายุการใช้งานก็ยาวนาน เปิด-ปิดวันครั้ง ควรจะใช้งานได้100ปี

  **** อย่างไรก็ตามถ้าเรานำไปใช้กับหลอดไฟไส้ 2000 วัตต์ ย่อมใช้งานได้ แต่อายุการใช้งานจะได้เท่าไหร่....? ถึง2หมื่นครั้งไหม?  ****

ไม่มีใครยืนยันได้ครับเพราต้องได้จากการทดลองจริงๆเท่านั้น

 https://www.youtube.com/watch?v=O1_sy_wcS0o  ภาพสโลโมชั่นการเปิดปิดหลอดไส้เข้าใจว่าเป็นภาพสโลประมาณ4-6เท่าจากเหตุการณ์ปรกติ จะเห็นช่วงที่กระชากครั้งแรกหลอดไฟมีความสว่างมากและใช้เวลาสั้นมากๆ

ใน มอก.824-2551  สวิทช์16Aที่ใช้ตามบ้านยังต้องทดสอบสวิทช์กับชุดวงจรตัวแทนหลอดไฟฟลูออเรสเซนต์ที่มีขนาดกระแสปรกติ19.2A ทดสอบที่240โวลท์ ต้องผ่านการทดสอบโดยไม่ชำรุด 5000 ครั้ง 

รูปประกอบวงจรสมมูล type A

ในการทดสอบ ใช้วงจรสมมูลหรือวงจรตัวแทนแทนชุดหลอดไฟฟลูอเรสเซนต์จริงๆ และวงจรสมมูลดังกล่าวเป็นตัวแทนหลอดฟลูออเรสเซนต์จำนวนหนึ่งซึ่งไม่มีการระบุค่าแต่ทดสอบให้เสมือนมีการต่อกับบัลลาสต์ทองแดงและคาปาซิเตอร์

รูปประกอบวงจรที่ต่อด้วยคาปาซิเตอร์ ที่นิยมใช้กันในโรงงาน

วงจรที่นิยมใช้กันในโรงงานจะมีการติดคาปาซิเตอร์คร่อมหลอดไฟ(ตามบ้านไม่นิยมต่อเพราะการไฟฟ้าเก็บค่าไฟเฉลี่ยรวม) โดยหลักเป็นการลดค่าพาวเวอร์แฟ็กเตอร์ในโรงงานและเป็นการลดค่าความสูญเสียจากความต้านทานของสายไฟ เนื่องจากคาปาซิเตอร์จะช่วยจ่ายกระแสไฟทดแทนให้ได้แต่ต้องแลกมาด้วยกระแสกระชากตอนเปิดหลอดไฟฟลูออเรสเซนต์สูงมากเนื่องจากพฤติกรรมของคาปาซิเตอร์ โดยทั่วไปกระแสกระชากในทางทฤษฎีจะมากถึง 20-50เท่าของกระแสไฟปรกติ

รูปประกอบวงจรทดสอบตาม มอก.

อย่างไรก็ตาม ตามข้อกำหนดของการทดสอบ กำหนดให้ใช้สายไฟฟ้าในการทดสอบให้มีความยาวมากพอ เช่นสาย 2.5 sqmm กับสวิทช์16A ต้องมีความยาวจนวัดความต้านทานได้ 0.25 ohm

เมื่อคำนวนด้วยสูตร พบว่า

            R =  ρL/A

 0.25 ohm = 1.724 x 10-8 * L /2.5 x 10-6 

ฉะนั้น L = 36 เมตร  เป็นตัวแทนของโหลดR ของสายไฟ  

  สรุปแล้วการทดสอบสวิทช์ด้วยวงจรสมมูลของชุดหลอดฟลูออเรสเซนต์ดังกล่าวสามารถนำไปใช้กับชีวิตจริงได้อย่างไร 

เป็นคำตอบที่คลุมเคลือไม่สามารถฟันธงอะไรลงไปได้ แต่การทดสอบดังกล่าวเรามาลองคิดพิจาณาอะไรกันดูสักหน่อยถ้าวงจรสมมูลเป็นตัวแทนได้จริงๆ จะใช้กับหลอดไฟได้กี่หลอดกันแน่ 

ผมเคยทดลองกับหลอดไฟ 36 วัตต์ กับบัลลาสต์แม่เหล็ก หรือบัลลาสต์ทองแดงทั่วไป โดยที่ไม่ติดแค๊ป จะกินกระแสไฟปรกติประมาณ 0.45 A / 1หลอด (กระแสที่วัดเป็นมิเตอร์ทั่วๆไป ไม่ใช่มิเตอร์วัดกระแส rms ซึ่งมีความผิดพลาดอยู่มาก)

ถ้าคิดกันคร่าวๆง่ายๆโง่ๆ 

สวิทช์16A มอก. ควรใช้กับโหลดฟลูออเรสเซนต์ตามบ้านไม่ติดแค๊ปได้มากที่สุด =กี่หลอด? และ ติดแค๊ปได้มากที่สุดกี่หลอด ถ้าอิงผลจากการทดสอบของมอก. ทดสอบที่ 19.2A 5000 ครั้ง ไม่ชำรุด 

ถ้าไม่ติดแค๊ป จำนวนหลอด = กระแสทดสอบ/กระแสที่หลอดใช้ =19.5/0.45 = 43 หลอด น่าจะใช้งานได้ถึง 10-13 ปี (5000วัน) ถ้าเปิดปิดวันละครั้ง ข้อความนี้ จริงไหมครับ? มีความเป็นไปได้แค่ไหน

ข้อเท็จจริง จากเอกสาร (Pdf)- European Copper Institute - Ballasts for Fluorescent Lights  พบว่าหลอดไฟฟลูออเรสเซนต์ ถ้าไม่ติดคาปาซิเตอร์จะมีกระแสอินรัชเพิ่มขึ้น 35%จากกระแสไฟปรกติ  ด้วยการทดสอบวัดค่ากระแสไฟฟ้าด้วยสโคปมิเตอร์กับหลอดฟลูอเรสเซนต์58วัตต์-บัลลาสต์ทองแดง ซึ่งอินรัชจะเกิดขึ้นในช่วงอุ่นไส้หลอดตอนแรกเท่านั้น สรุปคือหลอดไฟฟลูออเรสเซนต์มีกระแสกระชากตอนเปิด 1.35 เท่าของกระแสปรกติ

จากเอกสาร ของ EATON ผู้ผลิตอุปกรณ์ไฟฟ้า pdf(2008) - Application of Electromechanical Contactors in Lighting Loads   หรือ pdf(2010) - Switchgear for Luminaires ระบุว่า อินรัชเคอเร้นท์ของหลอดไฟฟลูออเรสเซนต์ชนิดบัลลาสต์ทองแดงไม่ติดแค๊ป ประมาณ 1.25 เท่าของกระแสปรกติ ซึ่งมีค่าใกล้เคียงกัน

บางที่ ก็ว่ากระแสกระชากอยู่ระหว่าง 1.25-1.5 เท่าของกระแสปรกติ สมมติว่าเราเอา 1.5 เท่าเป็นเกณฑ์ 

การทดสอบสวิทช์ 16A มอก. ทำการทดสอบที่กระแสปรกติ 19.2A กับวงจรสมมูลหลอดไฟฟลูออเรสเซนต์แต่เป็นชนิดติดแค๊ป ได้5000ครั้ง ถ้าเอาไปใช้งานจริงกับหลอดฟลูออเรสเซนต์บัลลาสต์ทองแดงจริงๆแบบไม่มีแค๊ป กระแสกระชากที่เกิดขึ้น เท่ากับ 19.2*1.5= 28.8A ซึ่งกระแสกระชากถ้าเทียบกับหลอดไส้จะน้อยกว่ามาก ซึ่งเมื่อเทียบเป็นหลอดไฟฟลูออเรสเซนต์36วัตต์ ที่กินกระแสไฟมากถึง 19.2A จะได้ประมาณ40หลอด ซึ่งควรจะใช้ได้ยาวนาน ตั้งแต่5พันครั้ง ถึง 4หมื่นครั้ง(ทดสอบกับหลอดไส้ผ่าน) ก็น่าจะเป็นไปได้ครับ 

ในเรื่องของความปลอดภัยแล้ว สวิทช์ส่วนใหญ่ที่ระบุ เช่น พานา wide series 16A เราควรใช้กับหลอดไฟฟลูอเรสเซนต์บัลลาสต์ทองแดงไม่มีแค๊ปกี่หลอด? ใช้ได้ยาวนานและปลอดภัย

พิจาณาดังนี้ ข้อความ 16A ให้ตีความเอาไว้ก่อนว่าเป็นโหลดฮีตเตอร์ซึ่งกระแสกระชากเท่ากับกระแสปรกติ 

เมื่อนำไปใช้กับหลอดไฟที่มีกระแสกระชาก 1.5 เท่า  แสดงว่ากระแสปรกติ จะเท่ากับ

    กระแสปรกติสูงสุดของหลอดฟลูออเรสเซนต์ที่สวิทช์ทนได้ = 16/1.5 =10.6A

  ใส่เซฟตี้แฟ็กเตอร์ =2 จะได้

   กระแสปรกติสูงสุดปลอดภัยสองเท่าที่สวิทช์ใช้งานได้ = 10.6/2 =5.3 A 

  จำนวนหลอดสูงสุด = Imax safty/I 36วัตต์1หลอด

                          = 5.3/0.45 = 11.7 หลอด ตีไป 12 หลอด ก็ได้ 

คงพอเข้าใจวิธีคิดและการคำนวนแล้วใช่ไหมครับ เอาเป็นว่า 12หลอดนี่สบายมากครับ เปิดปิดวันละครั้งก็ควรจะอยู่ได้100ปี 

แต่ถ้าติดแค๊ป แล้วก็เป็นบัลลาสต์ทองแดงล่ะ ใช้ได้หรือสมควรใช้ได้กี่หลอด แล้วปลอดภัยใช้ได้ยาวนาน 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

เบรกเกอร์10AtypeD (นิสัยการทริ๊ปชนิด typeD คือต้องทริ๊ปหรือเด้งทันที(20ms)เมื่อกระแสที่ผ่านเบรกเกอร์ต้องมากกว่ากว่า10-20เท่าของกระแสที่ระบุบนเบรกเกอร์หรือในที่นี้คือ10แอมป์) หรือจะเลือก 16A typeC (5-10เท่าของ16แอมป์)

ส่วนใหญ่รีเลย์เล็กๆขนาด10-16Aจะมีค่าการทนกระแสอินรัชอยู่ประมาณ50แอมป์ก็มากที่สุดแล้ว

 หลอดไส้ฮาโลเจน Halogen bulbs ที่ให้แสงสีเหลืองอุ่น และมีแบบแสงสว่างค่อนไปทางเย็น ตัวหลอดหุ้มจะทำจากคริสตัล ส่วนไส้ในก็ยังเป็นทังสเตน แต่ภายในหลอดจะบรรจุแก๊สเฉื่อย(คริ๊ปตอนและซีนอน)ที่ผสมก๊าชหมู่ฮาโลเจน เช่น โบรมีน ไอโอดีน ดูวีดีโอประกอบThe Halogen Tungsten Lamp (EdisonTechCenter) จริงๆหลายคนอาจะคุ้นเคยกับหลอดไฟชนิดนี้ มันถูกใช้ในสป็อตไลท์ และหลอดไฟแรงต่ำในรถยนต์ หรือไฟฉุกเฉินที่จ่ายไฟด้วย12V ก็ยังนิยมใช้อยู่ ข้อดีของหลอดไส้ฮาโลเจนเทียบกับหลอดไส้ธรรมดาคือ มีความสว่างกว่าเมื่อจ่ายวัตต์เท่ากัน และอายุการใช้งานยาวนานกว่าไส้ทังสเตนไม่ขาดง่ายเนื่องจากผลจากธาตุฮาโลเจนที่เติมเข้าไปในบรรยากาศของไส้หลอดไฟและหลอดหุ้มที่ทำจากคริสตัลแทนแก้วธรรมดาเนื่องจากต้องการกักเก็บความร้อนของหลอดให้สูงมากพอที่จะทำให้เกิดปฏิกิริยาที่ฮาโลเจนช่วยดักจับทังสเตนที่หลุดออกระหว่างให้ความร้อนและแสงสว่างและเมื่อมีการปิดไฟและเย็นตัวลงทำให้ทังสเตนที่หลุดออกได้กลับคืนไปที่ใยเหมือนเดิม ในหลอดบางเจ้าที่ทำเป็นหลอดสองชั้นชั้นนอกหุ้มด้วยแก้วและหุ้มไปที่ตัวหลอดคริสตัล การทำให้เป็นแสงสีเย็นก็เคลือบด้วยฟอสเฟอหุ้มไปหลอดแก้วชั้นนอกอีกทีทำให้เกิดการเรืองแสงสีขาวเย็นแทน มาถึงกระแสตอนสตาร์ทที่ใช้ไฟอย่างฉับพลันหรือ---- Inrush current เหมือนกับหลอดไส้ทั่วไปครับ คือ 10-15 เท่าของกระแสไฟที่สภาวะใช้งานปรกติ อันนี้พูดถึงหลอดไส้ฮาโลเจน220Vนะครับไม่ใช่หลอดเมทัลเฮไลน์ซึ่งใช้คุณสมบัติการดีสชาจพลังงานของก๊าซที่ทำให้เกิดพลังงานแสงขึ้นนะครับ

--ส่วนหลอดไฟฮาโลเจนชนิดแรงดันต่ำ12-24Vถ้าที่หลอดและขั้วไฟฟ้าโดยตรงก็จะมีอินรัชเคอเรนท์สูงประมาณ10เท่าคล้ายๆกันกับไฟ220V การคำนวนเมื่อนำไปใช้กับสวิทช์ไฟฟ้า รีเลย์ คอนแทกเตอร์ก็ต้องคำนึงถึงอินรัชตรงนี้เหมือนกัน แต่ถ้านำไปตัดต่อผ่านหม้อแปลงไฟสปอตไลท์12V เข่นตามนิทรรศการแสดงภาพจะยิงไฟเป็นจุดๆตัวหลอดไส้ชนิดฮาโลเจน12Vจะต่อพ่วงกับหม้อแปลงโดยตรง เวลาตัดต่อสวิทช์ไฟส่วนใหญ่ก็จะไปตัดต่อหม้อแปลงที่จะจ่ายไฟให้หลอด ตามเอกสารระบุว่า Inrush current ที่เกิดขึ้นนั้นมีผลจากหม้อแปลงหรือหม้อแปลงอิเล็กทรอนิกส์ซึ่งส่งกระแสต่อไปจ่ายให้หลอดไส้ฮาโลเจนโดยตรง จะมีกระแสมากกว่าปรกติประมาณ 50-75 เท่าของกระแสปรกติที่ใช้งาน เช่นหลอดไฟสปอทไลท์ส่องภาพแบบราง 50วัตต์12Vชนิดไส้ฮาโลเจน ปรกติตัวหลอดจะกินไฟตามปรกติอยู่ที่4แอมป์ที่โวลท์12โวล์ท (ใส่สูตรP=IV หาIออกมาโดยประมาณ) ซึ่งกระแสตามปรกติที่หน้าหม้อแปลงก่อนแปลงไฟคือ 0.22A ที่220V (ก็ใช้สูตรเหมือนกัน) ปรากฎว่าอินรัชเคอเร้นท์ที่เกิดขึ้นเมื่อเราสับสวิทช์ให้หม้อแปลงฮาโลเจน12V ทำให้เกิดกระแสมากขึ้นถึง50เท่า คือราวๆ 11A ที่220VAC เมื่อผ่านจุด กระชากไฟดังกล่าวอาจใช้เวลาไม่ถึง 1 วินาที ก็กลับมาสู่สถานะตามปรกติคือกินไฟปรกติประมาณ 0.22A ฉะนั้นแล้วถ้าเรามีสวิทช์ไฟแบบมือกดที่ทนกระแสได้ราวๆ6-10A ก็ควรต่อได้ทีละหลอดเท่านั้น อายุก็ใช้งานได้นานๆหน่อย แต่ถ้าจะต่อเช่นสวิทช์ เน หรือ พานาที่ระบุว่าทนกระแสได้สูงสุด10A จะใส่ทีละ2ดวงก็พอได้ใช้ได้ในระยะสั้น ถ้าอยากให้ปลอดภัยควรใช้เป็นเบรกเกอร์จะดีกว่า เช่นเบรกเกอร์16AtypeD สามารถใส่ได้สูงสุดประมาณ10หลอดใช้งานได้อย่างปลอดภัยครับ 10หลอดนี่กินกระแสกระชากประมาณ 110A แลัวนะครับ หน้าสวิทช์ทางไฟฟ้าอาจทนได้เป็นจำนวนครั้งสูงมากกว่าทางแม็กคานิคอลซึ่งอาจใช้งานได้5-7ปี เปิดปิดวันละ2-10ครั้ง เพราะเบรกเกอร์ส่วนใหญ่มีการกดกระแทกหน้าสวิทช์ที่ค่อนข้างแรงเวลาสับเปิดทุกครั้งจะมีการเด้งของชิ้นส่วนกลไกค่อนข้างดัง มันออกแบบมาสำหรับเป็นอุปกรณ์ตัดตอนเวลาเกิดอุบัติเหตุทางไฟฟ้าซะส่วนมากจึงต้องมีความดันกดที่หน้าสวิทช์สูงซึ่งเกิดจากกลไกสปริง เมื่อสับบ่อยๆกลไกจะไปก่อนทางไฟฟ้าครับอันนี้จากประสบการณ์ส่วนตัวครับเคยเป็นอยู่ ที่หน้าสวิทช์ของเบรกเกอร์หลุดออกจากแผ้นแป้นตัวนำต่อไปหน้าสวิทช์อีกด้านนึง ส่วนถามว่าจะเอาไปใช้กับรีเลย์10A หรือ16Aจะได้ไหม คำตอบคือได้ครับ จากเอกสารomron LY-2 ซึ่งทนกระแสได้10A บอกว่าถ้าเอาไปตัดต่อกับlamp ขนาด 300 วัตต์ที่100V กระแสอินรัชไม่เกิน51A จะใช้งานได้ราว8หมื่นครั้ง นั่นหมายถึงในความเป็นจริงเราดูกระแสอินรัชเป็นหลักคือ 51A ก็ใช้แลมป์ฮาโลเจนชนิดหม้อแปลงได้ราว 4-5หลอด อายุการใช้งานก็ราวๆ8หมื่นครั้ง จบดีกว่าเนอะ

 

2222222222222222

33333333333333333333