ระบบการจ่ายไฟฟ้าสำหรับรถไฟ คืออะไร
เป็นระบบการจ่ายพลังงานไฟฟ้าให้กับรถไฟหรือรถราง เพื่อให้สามารถทำงานได้โดยไม่ต้องมีเครื่องกำเนิดไฟฟ้าบนขบวนรถไฟฟ้า โดยข้อได้เปรียบของรถไฟที่ใช้พลังไฟฟ้า คือ สามารถเดินรถในระยะทางที่ยาวได้ โดยไม่ต้องเติมเชื้อเพลิง ลดค่าใช้จ่ายในการบำรุงรักษาในระยะยาว มีค่าอัตราส่วนกำลังต่อน้ำหนักที่สูงกว่าการใช้พลังงานจากเชื้อเพลิงดีเซล แต่มีข้อเสียตรงที่จะต้องใช้เงินลงทุนที่สูงในการติดตั้งระบบจ่ายไฟฟ้าสำหรับรถไฟ โดยมีรูปแบบระบบจ่ายไฟฟ้า 2 แบบ คือ (1) แบบระบบจ่ายไฟฟ้าเหนือพื้นดิน และ (2) แบบระบบจ่ายไฟฟ้ารางที่สาม ซึ่งในปัจจุบันประเทศไทยมีรถไฟฟ้าที่ให้บริการแล้ว ได้แก่ ระบบรถไฟฟ้า BTS ระบบรถไฟฟ้า MRT (สายสีน้ำเงินและสายสีม่วง) และระบบรถไฟฟ้า Airport Rail Link โดยระบบการจ่ายไฟฟ้าให้กับรถไฟฟ้าในประเทศมีดังนี้
| ระบบรถไฟฟ้า | ระบบจ่ายไฟฟ้า | แรงดันไฟฟ้า |
| BTS | รางที่สาม | 750 โวลต์ กระแสตรง |
| MRT | รางที่สาม | 750 โวลต์ กระแสตรง |
| Airport Rail Link | เหนือพื้นดิน | 25,000 โวลต์ กระแสสลับ 50 เฮิรตซ์ |
ระบบจ่ายไฟฟ้าเหนือพื้นดิน (Overhead Catenary System: OSC)
ระบบนี้จะจ่ายพลังงานไฟฟ้าให้แก่ตัวรถผ่านสายไฟฟ้าที่อยู่บนเสาไฟฟ้าที่ตั้งคู่ขนานไปกับทางรถไฟกระแสไฟฟ้าจะไหลผ่านขารับกระแสไฟฟ้าที่ติดตั้งอยู่ด้านบนตัวรถไฟที่เรียกว่า “แหนบรับไฟ” เข้าสู่ระบบขับเคลื่อนขบวนรถ เพื่อให้ครบวงจรไฟฟ้า กระแสไฟฟ้าจะไหลผ่านรางรถไฟที่อาจมีการวางสายทองแดงตีคู่ไปกับรางด้วย (Return Wire) เพื่อเสริมความปลอดภัย และรางที่ไม่ได้ใช้เป็นส่วนกลับของกระแสจะมีการต่อสายดิน เพื่อความปลอดภัย ระบบจ่ายไฟฟ้าเหนือศีรษะมักต่อเข้ากับระบบไฟฟ้าแรงสูง เพื่อลดการสูญเสียจากการส่งไฟฟ้าเป็นระยะทางไกลๆ การจ่ายไฟฟ้าด้วยวิธีเหนือพื้นดินมีข้อดีคือ บำรุงทางได้ง่ายโดยไม่ต้องกังวลกับการเหยียบราวจ่ายไฟฟ้าที่พื้นแต่มีข้อเสีย คือ เป็นตัวจำกัดความสูงของขบวนรถนอกเหนือจากอุโมงค์จากระยะปลอดภัยที่จะติดตั้งเสาและสายไฟฟ้า
รูปที่ 1 ภาพรวมของระบบการจ่ายพลังงานแบบเหนือพื้นดิน
การจ่ายไฟแบบเหนือพื้นดินเหมาะสมกับระบบรถไฟที่ต้องการทำความเร็วตั้งแต่ 120 กิโลเมตร/ชั่วโมง ขึ้นไป และเป็นระยะทางไกล โดยระบบนี้ต้องมีสถานีไฟฟ้าย่อยตั้งอยู่เป็นระยะๆ ตามแนวเส้นทางรถไฟฟ้า ซึ่งโดยปกติมีระยะห่าง 30 – 60 กิโลเมตร ต้นทุนค่าก่อสร้างสายส่งไฟฟ้าแรงดันสูง รวมถึงสถานีไฟฟ้าย่อยตามรายทางประมาณทุกๆ 50 กิโลเมตร อยู่ระหว่างประมาณ 30 – 50 ล้านบาทต่อกิโลเมตร
รูปที่ 2 รถไฟฟ้าแอร์พอร์ตเรลลิงก์ที่รับไฟฟ้าจากระบบจ่ายไฟฟ้าเหนือพื้นดิน
ตัวอย่างระบบจ่ายพลังงานไฟฟ้าแบบเหนือพื้นดินของรถไฟฟ้าแอร์พอร์ตเรลลิงก์ สุวรรณภูมิ จะรับไฟฟ้า 69,000 โวลต์ 2 วงจร จากการไฟฟ้านครหลวง เข้ามาที่สถานี ณ กิโลเมตรที่ 8.078 และจะแปลงเป็นไฟฟ้า 1 เฟส แรงดัน 25,000 โวลต์ กระแสสลับ 50 เฮิรตซ์ 2 วงจร โดยวงจรแรกป้อนให้กับเส้นทางเดินรถฝั่งตะวันตก เป็นระยะทาง 7.97 กิโลเมตร และวงจรที่ 2 ป้อนให้กับเส้นทางเดินรถฝั่งตะวันออก เป็นระยะทาง 20.12 กิโลเมตร
รูปที่ 3 ระบบการจ่ายพลังงานไฟฟ้าในการเดินรถของรถไฟฟ้าแอร์พอร์ตเรลลิงค์
ระบบจ่ายไฟฟ้ารางที่สาม (Third rail)
ระบบนี้จะจ่ายพลังงานไฟฟ้าให้แก่ตัวรถผ่านรางตัวนำลักษณะกึ่งแข็งที่ถูกวางอยู่ด้านข้างหรือระหว่างรางวิ่งของรถไฟ ผ่านตัวรับกระแส (Current Collector) ที่ติดตั้งอยู่ที่โบกี้รถไฟ และใช้รางวิ่งเป็นตัวรับกระแสย้อนกลับ ซึ่งรางวิ่งนี้จะต้องมีการวางบนฉนวนเพื่อป้องกันกระแสรั่วไหลอันจะทำให้เกิดการผุกร่อนของโครงสร้างได้
รูปที่ 4 รางที่สาม
โดยทั่วไประบบจ่ายไฟฟ้าดังกล่าวจะจ่ายไฟฟ้ากระแสตรง และมักจะถูกใช้ในระบบขนส่งมวลชนภายในเมืองที่เป็นระบบปิด เหมาะสมกับระบบรถไฟฟ้าที่ต้องการทำความเร็วไม่เกิน 160 กิโลเมตรต่อชั่วโมง เช่น ระบบรถไฟฟ้ามหานครกรุงเทพ ใช้ไฟ 750 โวลต์กระแสตรง โดยระบบนี้ต้องมีสถานีไฟฟ้าย่อย ตั้งอยู่เป็นระยะ ๆ ตามแนวเส้นทางรถไฟฟ้า ซึ่งโดยปกติมีระยะห่าง 3 – 10 กิโลเมตร ขึ้นกับจำนวนรถไฟฟ้าในระบบ
รูปที่ 5 รูปแบบการต่อระบบการจ่ายพลังงานแบบรางที่สาม
รูปที่ 6 รถไฟฟ้า MRT สายสีม่วง ที่รับไฟฟ้าจากระบบจ่ายไฟฟ้ารางที่สาม
ตัวอย่างการจ่ายพลังงานไฟฟ้าแบบรางที่สามของรถไฟฟ้า MRT สายสีม่วง โดยระบบจะเริ่มจากการรับไฟฟ้าจากการไฟฟ้านครหลวง 2 แหล่ง ระดับแรงดัน 115,000 โวลต์ และ 69,000 โวลต์ เข้าสู่สถานีไฟฟ้าย่อยประธาน (Bulk Substation) และแปลงเป็นระดับแรงดันไฟฟ้า 24,000 โวลต์ กระแสสลับ 50 เฮิรตซ์ ซึ่งจะจ่ายต่อไปที่ สถานีไฟฟ้าขับเคลื่อน (Traction Substation) เพื่อแปลงไฟฟ้ากระแสสลับ 24,000 โวลต์ เป็นไฟฟ้ากระแสตรง 750 โวลต์ สำหรับใช้ในการขับเคลื่อนรถไฟฟ้าต่อไป
รูปที่ 7 ระบบการจ่ายพลังงานไฟฟ้าแบบรางที่สามของรถไฟฟ้า MRT สายสีม่วง
ในปัจจุบันพบว่ามาตรฐานงานด้านระบบไฟฟ้าที่นำมาใช้ออกแบบระบบการจ่ายไฟฟ้าสำหรับรถไฟในประเทศไทยมีหลากหลายทั้งมาตรฐานระดับนานาชาติ และมาตรฐานระดับชาติ เช่น มาตรฐาน IEC (International Electrotechnical Commission) ของนานาชาติ มาตรฐาน DIN (German Industrial Standard) ของประเทศเยอรมัน และ มาตรฐาน JIS (Japanese Industrial Standard) ของประเทศญี่ปุ่น เป็นต้น ดังนั้นสิ่งที่ประเทศไทยที่ต้องดำเนินการต่อไปในเรื่องระบบการจ่ายไฟฟ้าสำหรับรถไฟ คือ ต้องพัฒนามาตรฐานงานด้านระบบไฟฟ้าของระบบรางสำหรับประเทศไทย เพื่อให้มีระเบียบ ข้อบังคับ มาตรฐาน และคู่มือสำหรับงานด้านระบบไฟฟ้าสำหรับรถไฟ เพื่อให้มั่นใจได้ว่าระบบการจ่ายไฟฟ้าสำหรับรถไฟของประเทศไทยจะมีความมั่นคงและความปลอดภัยให้แก่ระบบ ผู้ปฏิบัติงานและผู้ใช้บริการรถไฟทุกคน
หน่วยงานที่ประกาศ
กองมาตรฐานความปลอดภัยและบำรุงทาง
