“ไฟฟ้าลัดวงจร” มักตกเป็นจำเลยของสาเหตุเพลิงไหม้หลายๆ ครั้ง แต่รู้ไหมว่า “สายไฟฟ้า” นั้นเกิดไฟไหม้ได้อย่างไร ฟังคำอธิบายจากอาจารย์วิศวกรรมไฟฟ้า มจธ.ผู้ไขคำตอบ
ดร.เชิดชัย ประภานวรัตน์ อาจารย์ประจำสาขาเทคโนโลยีวิศวกรรมไฟฟ้าและพลังงาน ภาควิชาวิศวกรรมไฟฟ้า คณะวิศวกรรมศาสตร์ มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีพระจอมเกล้าธนบุรี (มจธ.) เปิดเผยถึงสาเหตุหลักๆ ที่อาจทำให้เกิดไฟไหม้สายไฟฟ้า ว่ามีทั้งปัจจัยภายในของระบบสายไฟและปัจจัยภายนอกที่เข้ามากระทำต่อสายไฟจนเกิดการลุกติดไฟขึ้น
ปัจจัยภายในที่ทำให้สายไฟฟ้าร้อนนั้นมี 2 อย่างคือกระแสที่ไหลในสาย และความต้านทานของสาย ความร้อนที่เกิดขึ้นแปรผันตามกระแสยกกำลังสอง สาเหตุหลักคือการเกิดกระแสเกิน โดยธรรมชาติของตัวนำจะมีความต้านทานอยู่ เมื่อมีกระแสไหล ก็จะมีพลังงานความร้อนเกิดขึ้น
“ตามสูตรนั้น ความร้อนเท่ากับกระแส (I) ยกกำลัง 2 แล้วคูณด้วยความต้านทาน R ดังนั้น ยิ่งมีกระแสมาก ลวดตัวนำนั้นก็จะยิ่งร้อนมากขึ้น ซึ่งเป็นความร้อนที่จะต้องระบายผ่านฉนวนออกไปสู่อากาศรอบๆ สาย สายไฟฟ้าร้อนด้วยกลไกเดียวกันกับหลอดไส้ ซึ่งทำงานโดยการให้กระแสไหลผ่านไส้หลอดที่มีความต้านทานค่อนข้างมาก จึงทำให้ไส้หลอดร้อนจนเปล่งแสงออกมา
“ในสายไฟฟ้าเราไม่ได้อยากได้ความร้อน เพราะทำให้ฉนวนเสื่อม เนื่องจากฉนวนเป็นพวกพลาสติกพีวีซีซึ่งเป็นโพลีเมอร์ ยิ่งร้อนยิ่งเสื่อมสภาพเร็ว ทำให้มันกรอบ ดังนั้นสายไฟฟ้าจึงต้องมีการออกแบบมาให้มีพื้นที่หน้าตัดของตัวนำที่ใหญ่พอเพื่อให้ค่าความต้านทานต่ำ ถ้าสายโตเท่ากันถ้ากระแสเพิ่ม 2 เท่า ปริมาณความร้อนที่จะต้องระบายออกนั้นจะเป็น 4 เท่า ถ้าหากกระแสเพิ่ม 3 เท่า ปริมาณความร้อนที่เกิดขึ้นในเนื้อตัวนำนั้นจะเพิ่ม 9 เท่า”
“เราจะเห็นว่าเมื่อกระแสมาก ความร้อนที่อยู่ในเนื้อตัวนำของสายที่ต้องไหลผ่านฉนวนเพื่อระบายออกไปสู่อากาศรอบๆ สายนั้นจะยิ่งมากตามไปด้วย จึงทำให้ฉนวนหุ้มสายร้อนทำให้เสื่อมสภาพเร็ว ถ้าหากความร้อนยังไม่มากเท่าใด ฉนวนก็ยังพอรับได้ สิ่งที่เราอาจจะพบก็คือเมื่อสัมผัสรอบๆ สายไฟแล้วรู้สึกว่ามันอุ่น และฉนวนหุ้มสายที่อุ่นอาจจะนิ่มกว่าสภาพที่เย็นเล็กน้อย แต่ถ้ากระแสเกินพิกัดความสามารถของสายไปมาก ฉนวนพีวีซีจะเริ่มหลอมเหลวถึงขั้นหยดได้เลย”
ตามปกติสายพีวีซีจะระบุให้ใช้งานโดยมีอุณหภูมิสายขณะทำงานไม่เกิน 70 องศาเซลเซียส ส่วนสายรุ่นที่มีฉนวนดีกว่า ซึ่งเป็น XLPE จะสามารถใช้งานได้ถึง 90 องศาเซลเซียส แต่ ดร.เชิดชัยระบุว่าโดยทั่วไปสายไฟฟ้าที่ใช้ตามบ้านพักอาศัย อาคารพาณิชย์และโรงงานอุตสาหกรรมต่างๆ มักจะมีอุณหภูมิใช้งานไม่เกิน 70 องศาเซลเซียส
“ดังนั้นถ้าอยากให้สายไฟมีอายุใช้งานที่นาน ต้องไม่ให้เกิดความร้อนสูงเกินกว่าความสามารถในการระบายความร้อนของสายไฟ ซึ่งขึ้นอยู่กับอุณหภูมิของอากาศรอบๆ สายด้วย สายไฟฟ้าจึงควรอยู่ในที่เย็นและแห้ง เพื่อให้ความร้อนสามารถระบายออกมาสู่บรรยากาศแวดล้อมได้เร็ว สายไฟก็จะเสื่อมช้า แต่ถ้าร้อนและโดนแดดด้วยจะยิ่งเสื่อมเร็ว ยกเว้นสายไฟฟ้าสำหรับใช้งานกลางแจ้ง มักจะมีฉนวนสองชั้นโดยชั้นนอกจะสามารถทนต่อรังสีอุลตร้าไวโอเล็ตได้”
ส่วนกระแสที่ไหลผ่านสายสายไฟฟ้าสำหรับใช้งานกลางแจ้งจะมากหรือน้อย ดร.เชิดชัยบอกว่าขึ้นอยู่กับภาระไฟฟ้าที่สายนั้นป้อน เช่น บางชุมชนที่เป็นบ้านพักอาศัยอาจจะใช้ไฟฟ้ามากที่สุดในช่วงเย็นเพราะคนส่วนใหญ่กลับเข้าบ้าน ก็อาจจะทำให้กระแสที่ไหลในสายมีปริมาณสูงในช่วงเวลานั้น
“การเลือกขนาดสายไฟฟ้าจากหม้อแปลงมาสู่ชุมชนนั้น การไฟฟ้าก็จะเลือกสายไฟที่มีพื้นที่หน้าตัดของทองแดงหรืออะลูมิเนียมใหญ่พอตามพิกัดความสามารถในการจ่ายไฟของหม้อแปลง การไฟฟ้ารู้ว่าหม้อแปลงสามารถจ่ายกระแสได้สูงสุดกี่แอมป์ ก็ต้องเลือกใช้สายไฟหรือสายป้อนสายที่สามารถรับกระแสได้ไม่น้อยกว่าความสามารถในการจ่ายกระแสของหม้อแปลงนั้นๆ บวกค่าเผื่อเพื่อความปลอดภัยอีกจำนวนหนึ่งเพื่อให้ปลอดภัยอยู่แล้ว”
ทว่า ดร.เชิดชัยชี้ปัญหาว่าแต่ละพื้นที่นั้นมักมีจำนวนบ้านเรือนเพิ่มขึ้นเรื่อยๆ จำนวนสายป้อนมีจำนวนเพิ่มขึ้นด้วย สายป้อนเหล่านั้นเหมือนกิ่งแขนงหรือกิ่งที่เป็นกิ่งย่อยของต้นไม้ หากจำนวนบ้านที่ต่อกับสายป้อนย่อยเพิ่มขึ้นเรื่อยๆ และยิ่งผู้ใช้ไฟฟ้าในสายป้อนย่อยนั้นๆ เปิดเครื่องใช้ไฟฟ้าพร้อมกัน ก็อาจเกิดกระแสเกินได้ ถ้าหากสายป้อนเกิดความร้อนสูงเพียงระยะสั้นๆ ก็ไม่น่าจะเป็นอะไรมาก เพราะสายไฟสามารถระบายออกได้ทัน
“แต่ถ้ากระแสนั้นมีค่าสูงเกินพิกัดของสายไฟฟ้าและเกิดขึ้นอย่างต่อเนื่อง ความร้อนก็เพิ่มสูงขึ้นอย่างต่อเนื่องเช่นกัน ก็อาจจะทำให้สายระบายความร้อนออกไปไม่ทัน เป็นเหตุให้สายไฟเกิดการหลอมเหลวของฉนวนหรือลุกไหม้ขึ้น เป็นสาเหตุของไฟไหม้หรือการลัดวงจรได้ ยิ่งสายอยู่ในสภาพแวดล้อมที่การระบายความร้อนทำได้ยากเช่นมีอุณหภูมิค่อนข้างสูงหรือที่ๆอากาศไม่ถ่ายเท ก็จะเพิ่มโอกาสที่ฉนวนจะหลอมละลายได้มากขึ้น”
อย่างไรก็ตาม ดร.เชิดชัยกล่าวว่าภาพที่คนส่วนใหญ่มักกังวลกับภาพสายไฟที่พันกันเป็นกระจุกๆ ตามเสาไฟฟ้านั้น ส่วนมากเป็นสายโทรศัพท์ ซึ่งสายเหล่านั้นแทบจะไม่มีกระแสไฟ และหากเป็นสายโทรศัพท์ยุคใหม่จะเป็นออพติคไฟเบอร์ สายออพติคนี้สิ่งที่วิ่งอยู่ข้างในเป็นแสง ดังนั้นสายโทรศัพท์ที่เป็นออพติคจึงไม่มีทองแดง ส่วนสายโทรศัพท์รุ่นเก่าที่ยังเป็นทองแดงอยู่ก็มีกระแสต่ำมากไม่กี่มิลลิแอมป์ ดังนั้นสายโทรศัพท์จะแทบไม่มีโอกาสลุกไหม้เองได้เลยเนื่องจากกระแสที่ไหลมีค่าต่ำมากในขณะทำงานตามปกติ
“ส่วนปัจจัยภายนอกที่อาจจะเข้ามากระทำต่อสายไฟจนเกิดไฟไหม้ก็มีอย่างเช่น การเผาหญ้า หรืออาจจะเกิดจากการต่อไม่แน่น ซึ่งบางกรณีอาจจะเคยแน่นตอนที่เค้าติดตั้งสายป้อน แต่เมื่อเวลาผ่านไป ขั้วต่ออาจจะหลวมเนื่องจากน้ำและความชื้นอาจเล็ดลอดผ่านเทปพันสายไฟเข้าไปได้ ทำให้เกิดสนิมบริเวณรอยต่อ ทำให้รอยต่อสัมผัสกันไม่สนิท เกิดความต้านทานระหว่างรอยต่อที่เพิ่มขึ้น ซึ่งก็จะเป็นไปตามกฎเดิมอีก คือเมื่อกระแสไหลผ่านความต้านทานก็จะมีความร้อนเกิดขึ้น”
“ดังนั้นบริเวณขั้วต่อที่หลวมมักจะเกิดความร้อน และถ้าหากว่าการหลวมรุนแรงก็จะทำให้เกิดการสปาร์คขึ้น ทำให้เกิดประกายไฟและอุณหภูมิของตัวนำในบริเวณที่เกิดการสปาร์คจะมีค่าสูงมาก เหมือนกับเวลาที่ช่างเชื่อมเหล็กทำให้ลวดเชื่อมหลอมละลายได้ เพราะช่างเชื่อมรักษาการสปาร์คให้เกิดอย่างต่อเนื่องตลอดการเชื่อม ซึ่งอุณหภูมิตรงใจกลางการสปาร์คนั้นสูงถึง 10,000 องศาเซลเซียส ดังนั้นหากการสปาร์คเกิดขึ้นอย่างต่อเนื่องและกระแสสปาร์คมีค่าสูง ความร้อนจำนวนมากจากการสปาร์คจะวิ่งจากจุดที่เกิดการสปาร์คไปตามเนื้อโลหะของตัวนำ ทำให้ฉนวนของสายไฟฟ้าในบริเวณที่เกิดการสปาร์คร้อนจัดจนลุกไหม้ได้” ดร.เชิดชัยสรุป
