รถไฟฟ้าใต้ดินสายเฉลิมรัชมงคลหรือรถไฟฟ้ามหานครนี้รับไฟฟ้าจากการไฟฟ้านครหลวง 2 แหล่งจ่ายจากสถานีฟ้าย่อยรัชดาและสถานีไฟฟ้าย่อยบางกะปิที่ระดับแรงดัน 69 kV และมาแปลงแรงดันลงที่สถานีไฟฟ้าของโครงการรถไฟฟ้ามหานครเองเป็นระดับแรงดัน 24 kV เพื่อจ่ายให้กับสถานีและอาคารต่าง ๆ สถานีไฟฟ้าย่อยประธาน (Bulk Substation) ของโครงการ ฯ เป็นสถานีไฟฟ้าย่อยประธานแบบฉนวนก๊าซ (Gas Insulated Switchgear) แบบติดตั้งนอกอาคารที่ได้รับการพัฒนาติดตั้งใช้งานโดยประเทศญี่ปุ่นตั้งแต่ปี 1969 สถานีไฟฟ้าย่อยประธาน 1 ที่รับไฟฟ้ามาจากสถานีไฟฟ้าย่อยรัชดาภิเษกนี้เป็นสายไฟฟ้าแรงสูงใต้ดินระยะทางประมาณ 3 กิโลเมตร และสำหรับทางด้านสถานีไฟฟ้าย่อยประธาน 2 ที่รับจากทางด้านสถานีไฟฟ้าย่อยบางกะปิจะเป็นระบบสายส่งเหนือดินระยะทางประมาณ 2 กิโลเมตร สถานีฟ้าย่อยประธานทั้ง 2 นี้อยู่ห่างกันประมาณ 150 เมตร ซึ่งการออกแบบรับไฟจาก 2 แหล่งนี้เพื่อให้สามารถทำงานทดแทนกันได้ หากไฟฟ้าจากแหล่งใดแหล่ง หนึ่ง ดับไป และเหตุที่ซื้อไฟฟ้าระดับแรงดัน 69 kV นี้ก็เนื่องจากโครงการนี้ใช้พลังงานไฟฟ้าสูง และค่าใช้จ่ายสำหรับไฟฟ้าแรงสูงที่มากขึ้นราคาจะยิ่งต่ำลง แต่ต้องเสียค่าใช้จ่ายในการแปลงแรงดันใช้งาน

ระบบไฟฟ้าในโครงการนี้ประกอบด้วยระบบไฟฟ้า 3 ระบบแยกตามระดับแรงดันได้ดังนี้

1.ระบบไฟฟ้าแรงดัน 69 kV

2.ระบบไฟฟ้าแรงดัน 24 kV

3.ระบบไฟฟ้ากระแสตรงแรงดัน 750 V สำหรับระบบขับเคลื่อนของรถไฟฟ้า

หากจะมองอีกแง่หนึ่งคือในระบบรถไฟฟ้าใต้ดินนี้มีระบบไฟฟ้าอยู่หลายแบบกล่าวคือ ระบบไฟฟ้าแรงสูง 69 kV ระบบสายจำหน่าย 24 kV ระบบไฟฟ้ากระแสตรง 750 V รวมไปถึงระบบผลิตกำลังไฟฟ้าสำรอง (Diesel Generator) 

สถานีไฟฟ้าย่อยประธาน

ระบบไฟฟ้าแรงดัน 69 kV จากการไฟฟ้านครหลวงที่จ่ายให้กับสถานีไฟฟ้าย่อยประธานทั้งสองนี้ตั้งอยู่ที่ศูนย์ซ่อมบำรุงเข้าสู่สวิตช์เกียร์แบบ GIS แบบ Outdoor โดยใช้สาย Cable เข้า GIS ขนาด 800 sq.mm. และจ่ายต่อไปยังหม้อแปลงแบบระบายความร้อนด้วยน้ำมันสู่อากาศในภาวะปกติ และสามารถเพิ่มพิกัดตัวมันเองได้โดยการใช้พัดลมระบายความร้อนออกจากน้ำมันที่วิ่งในครีบระบายความร้อน (Oil Natural Air Natural/Oil Natural Air Forced) เพื่อแปลงแรงดันลงเป็น 24 kV จ่ายเข้าสู่ตู้สวิตช์เกียร์ 24 kV ในสถานีไฟฟ้าย่อยประธาน และจ่ายต่อไปยังสถานีรถไฟฟ้า อาคารระบายอากาศ และศูนย์ซ่อมบำรุง

สถานีไฟฟ้าย่อยบริการ

รับไฟจากสถานีไฟฟ้าย่อยประธานแรงดัน 24 kV ผ่านสาย XLPE ขนาด 240 sq.mm.ไปตามอุโมงค์ใต้ดินไปยังส่วนต่าง ๆ ของระบบคือ สถานีใต้ดิน อาคารระบายอากาศระหว่างสถานี และอาคารศูนย์ซ่อมบำรุง การลงกราวด์ชีลด์ของสายเคเบิลนี้เป็นแบบ Cross Bonding สำหรับสถานีไฟฟ้าย่อยบริการที่สถานีรถไฟฟ้าใต้ดินแต่ละแห่งจะใช้หม้อแปลงขนาด 24 kV/ 400V แปลงแรงดันลงมาเป็นเพื่อจ่ายให้กับอุปกรณ์ไฟฟ้าในสถานี

ในแต่ละสถานีรถไฟฟ้าและอาคารระบายอากาศฯและศูนย์ซ่อมบำรุง จะมีสถานีไฟฟ้าย่อยบริการอยู่ 2 แห่งเพื่อให้สามารถทำงานช่วยเหลือกันกรณีสถานีไฟฟ้าย่อยบริการแห่งใดแห่ง หนึ่ง ขัดข้อง ดังที่เคยกล่าวไว้แล้วในบทความตอนระบบไฟฟ้าภายในสถานีรถไฟฟ้า โดยในสถานีรถไฟฟ้าส่วนใต้จะรับไฟจากสถานีไฟฟ้าย่อยบางกะปิ และสถานีรถไฟฟ้าส่วนเหนือจะรับไฟจากสถานีไฟฟ้าย่อยรัชดา แต่สำหรับศูนย์ซ่อมจะรับไฟจากสถานีย่อยประธานทั้ง 2 แหล่ง และสามารถ Tie กันได้เพื่อความมั่นคงที่มากขึ้น 

สำหรับสถานีไฟฟ้าย่อยของระบบขับเคลื่อนจะมีอยู่ด้วยกัน 12 แห่งในสถานีรถไฟฟ้าใต้ดิน และ 1 แห่งในศูนย์ซ่อมบำรุงโดยรับแรงดัน 24 kV จากสถานีไฟฟ้าย่อยประธาน1 และ 2 เข้าสู่สถานีส่วนเหนือและใต้ตามลำดับ เพื่อเข้าสู่หม้อแปลงระบบขับเคลื่อนขนาด 24 kV/585 V ผ่าน Non–controlled Rectifier แบบ 12 pulseให้เป็น 750 VDC ผ่านสาย Cable ขนาด 400 sq.mm. เพื่อจ่ายแรงดันบวกเข้าสู่รางจ่ายกระแสไฟฟ้าไปยังรถไฟโดยตัวรับกระแสไฟฟ้าของรถไฟเอง   ในส่วนกระแสที่วิ่งกลับ(Return Current) นั้นอาศัยรางวิ่งเป็นตัวนำกระแสไฟฟ้ากลับเข้าสู่ขั้วลบของ Rectifier 

ในความเป็นจริงกระแสไฟฟ้าไม่ได้วิ่งกลับเข้าสู่ขั้วลบของ Rectifier ทั้งหมดทั้งที่รางวิ่งก็มีการฉนวนจากดิน  เนื่องจากความต้านทานกระแสไฟฟ้าที่แปรเปลี่ยนไปตามระยะทาง กับกระแสที่เพิ่มขึ้นมากหรือน้อยขึ้นอยู่กับ น้ำหนักรถ ปริมาณผู้โดยสาร และอัตราเร่งของรถไฟฟ้า ทำให้กระแสขากลับวิ่งผ่านส่วนที่มีความต้านทานต่ำกว่ารางวิ่งในขณะนั้นกลับไปขั้วลบของ Rectifier เราเรียกระแสไฟฟ้านี้ว่ากว่ากระแสจรจัด (Stray Current) ตัวอย่างของส่วนต่าง ๆ ที่กระแสนี้สามารถไหลผ่านได้คือ ดิน โครงสร้างอาคาร ท่อน้ำประปา เป็นต้น ส่งผลให้เกิดการผุกร่อนขึ้นในระยะยาว จึงได้มีการป้องกันโดยการวางตะแกรงดักกระแสจรจัดไว้ใต้รางวิ่งตั้งแต่ การก่อสร้าง และต่อลง Earth ที่สถานีไฟฟ้าย่อยในสถานีเพื่อป้องกันในเบื้องต้น ในส่วนนี้จะขอกล่าวรายละเอียดอีกครั้งในตอนต่อไป

แรงดันที่ Generator ผลิตขึ้นมาคือ 400 V จ่ายไปยังหม้อแปลง 0.4/24 kV ขนาด 5 MVA เข้าสู่ Circuit Breaker เพื่อเข้าสู่สถานีไฟฟ้าย่อยประธานและจำหน่ายไปยังสถานีรถไฟฟ้าเข้าสู่โหลดที่ที่มีความสำคัญเป็นหลัก เพื่อความปลอดภัยในชีวิตและทรัพย์สินของผู้โดยสารและพนักงาน

เป็นระบบไฟฟ้าที่จ่ายให้กับโหลดประเภทสำคัญมากที่มีความจำเป็นในการเดินรถและการปฏิบัติงานในยามฉุกเฉิน ทั้งในสถานีรถไฟฟ้าและศูนย์ซ่อมบำรุง ดังที่เคยกล่าวไว้แล้วในตอนก่อนหน้านี้ ระบบนี้จะทำงานร่วมกับแบตเตอรี่สำรองที่สามารถ Standby ได้นานเฉลี่ย 4 ชม.  สำหรับเนื้อหาเหล่านี้คงสามารถเป็นความรู้เบื้องต้นไห้แก่ผู้ที่สนใจงานระบบรถไฟฟ้าใต้ดินได้ไม่มากก็น้อย ในตอนต่อไปจะกล่าวถึงระบบอื่น ๆ ในระบบรถไฟฟ้าใต้ดินต่อไป โปรดติดตามครับ