การบำรุงรักษาเชิงป้องกัน Power Factor Correction Capacitors
ขวัญชัย กุลสันติธำรงค์ kwanchai2002@hotmail.com
เมื่อระบบไฟฟ้ากำลังของโรงงานอุตสาหกรรมมีค่าเพาเวอร์แฟกเตอร์ต่ำ มอเตอร์มักจะถูกเพ่งเล็งว่าเป็นผู้ร้ายให้ต้องหาวิธีจัดการ สถานการณ์จะยิ่งแย่ลงไปอีกถ้ามอเตอร์ที่ติดตั้งอยู่ไม่ได้ทำงานที่โหลดเต็มพิกัด รวมถึงกระแสฮาร์มอนิกที่ไหลกลับสู่แหล่งจ่ายพลังงานไฟฟ้าก็จะซ้ำเติมปัญหาทำให้ค่าเพาเวอร์แฟกเตอร์ยิ่งลดลงไปอีก
ค่าเพาเวอร์แฟกเตอร์เป็นอัตราส่วนระหว่างกำลังไฟฟ้าจริง (True Power) ที่มีหน่วยเป็นกิโลวัตต์ (kW) กับกำลังไฟฟ้าปรากฏ (Apparent Power) ที่มีหน่วยเป็นกิโลแอมแปร์ (kVA) กำลังไฟฟ้าปรากฏเป็นกำลังไฟฟ้าทั้งหมดที่โรงงานต้องการหรือเป็นกำลังไฟฟ้าที่การไฟฟ้าฯ ต้องจ่ายมาให้ในรูปของแรงดันไฟฟ้าและกระแสไฟฟ้า ไม่ว่ากำลังไฟฟ้าที่ส่งมาได้นั้นจะทำให้เกิดเป็นงานจริงได้ทั้งหมดหรือไม่ก็ตาม โดยทั่วไปการไฟฟ้าฯจะปรับผู้ใช้ไฟฟ้าในกรณีที่ระบบไฟฟ้ากำลังของผู้ใช้มีค่าเพาเวอร์แฟกเตอร์ต่ำในประเทศไทยนั้นสำหรับผู้ใช้ไฟฟ้ารายใหญ่การไฟฟ้านครหลวงกำหนดไว้ว่าจะปรับจากค่ากิโลวาร์ที่เกินกว่าร้อยละ 61.97 ของค่า kW
โดยทั่วไปค่าเพาเวอร์แฟกเตอร์ คำนวณได้จาก
การปรับปรุงค่าเพาเวอร์แฟกเตอร์ที่ปฏิบัติกันอยู่ในปัจจุบันได้แก่การติดตั้งชุดคาปาซิเตอร์ (Power Factor Correction Capacitors) ที่ตู้เมนไฟฟ้าแรงต่ำ โดยจะต้องมีชุดควบคุมการทำงานอัตโนมัติเพื่อต่อหรือปลดชุดคาปาซิเตอร์ออกจากระบบไฟฟ้ากำลัง ในบางกรณีต้องเพิ่มรีแอกเตอร์เข้าไปกับชุดคาปาซิเตอร์ด้วย ในกรณีทั่วไปชุดคาปาซิเตอร์จะทำงานได้โดยไม่มีปัญหากวนใจ (Trouble–free) เป็นเวลานาน แต่ก็อาจจะมีกรณีที่ชุดคาปาซิเตอร์เสียหายจากกรณีต่าง ๆ เช่น การเกิดกระแสฮาร์มอนิกในระบบไฟฟ้ากำลังทำให้เกิดปรากฏการณ์รีโซแนนซ์ในชุดคาปาซิเตอร์, อุณหภูมิแวดล้อมสูง และการระบายอากาศที่ไม่ดี
ทั้งสองกรณีนี้ทำให้ชุดคาปาซิเตอร์เกิดความร้อนเกินขึ้นได้ ความเสียหายที่เกิดขึ้นกับชุดคาปาซิเตอร์ที่ทำหน้าที่ปรับปรุงค่าเพาเวอร์แฟกเตอร์ทำให้ชุดคาปาซิเตอร์ไม่สามารถทำงานได้ตามที่ต้องการมีผลให้ผู้ใช้ไฟฟ้าต้องเสียค่าปรับจากการที่ค่าเพาเวอร์แฟกเตอร์ต่ำกว่าเกณฑ์ รวมถึงในกรณีที่ชุดคาปาซิเตอร์ที่ติดตั้งอยู่เกิดระเบิดขึ้นทำให้ระบบไฟฟ้าเสียหายและเกิดเพลิงไหม้ได้ ดังนั้นการตรวจสอบเพื่อบำรุงรักษาชุดคาปาซิเตอร์เพื่อปรับปรุงค่าเพาเวอร์แฟกเตอร์อย่างสม่ำเสมอจึงเป็นสิ่งจำเป็น ผู้ผลิตชุดคาปาซิเตอร์จึงมีข้อแนะนำให้มีการบำรุงรักษาป้องกัน (Preventive Maintenance) ปีละ 2 ครั้ง
รูปที่ 1 เซอร์กิตเบรกเกอร์ที่จ่ายไฟให้กับชุดคาปาซิเตอร์ที่ปรับปรุงค่าเพาเวอร์แฟกเตอร์ได้รับความเสียหายจากกรณีที่ชุดคาปาซิเตอร์ระเบิด การตรวจสอบหาจุดที่เกิดอุณหภูมิสูงผิดปกติในชุดคาปาซิเตอร์จะลดความเสียหายลงได้
การบำรุงรักษาเชิงป้องกันชุดคาปาซิเตอร์ การบำรุงรักษาเชิงป้องกันชุดคาปาซิเตอร์เพื่อปรับปรุงค่าเพาเวอร์แฟกเตอร์มีขั้นตอนต่าง ๆ ได้แก่* ปลอดภัยไว้ก่อน (Safety First) ชุดคาปาซิเตอร์จัดเป็นอุปกรณ์ที่สะสมพลังงานไฟฟ้าจึงสามารถทำให้เกิดอันตรายจากไฟฟ้าดูดจนอาจจะทำให้ผู้ปฏิบัติงานที่ขาดความรู้ความเข้าใจและขาดความระมัดระวังเสียชีวิตได้ถึงแม้ว่าจะปลดวงจรชุดคาปาซิเตอร์ออกแล้ว โดยทั่วไปชุดคาปาซิเตอร์จะประกอบด้วยวงจรคายประจุ (Discharge Circuit) เมื่อวงจรคายประจุเสียหายไม่ทำงาน อันตรายจากไฟฟ้าดูดก็จะคงมีอยู่ในช่วงเวลาหนึ่ง ดังนั้นเมื่อจำเป็นต้องทดสอบด้วยการจ่ายแรงดันไฟฟ้าให้กับชุดคาปาซิเตอร์ ผู้ปฏิบัติงานจำเป็นต้องให้ความระมัดระวังเป็นพิเศษ การปฏิบัติงานบำรุงรักษาต้องเป็นไปตามมาตรฐาน NFPA 70E
* การตรวจดูด้วยสายตาและการทำความสะอาด (Visual Inspection and Cleaning) การตรวจดูด้วยสายตาก็มีความสำคัญเช่นเดียวกัน มองหาว่ามีชิ้นส่วนใดบ้างที่เปลี่ยนสี มีคาปาซิเตอร์ตัวใดบ้างมั้ยที่บวมและ/หรือรั่ว หรือมีร่องรอยที่เกิดความร้อนเกินหรือมีความชื้นเกิดขึ้นที่คาปาซิเตอร์ ทำความสะอาดและ/หรือเปลี่ยนชุดกรองอากาศ (Filter) ของพัดลมระบายอากาศ ทำความสะอาดภายในชุดคาปาซิเตอร์โดยใช้เครื่องดูดสุญญากาศ ห้ามใช้เครื่องเป่าชนิดอัดอากาศเพราะฝุ่นจะกระจายเข้าไปสะสมอยู่ซอกเล็กซอกน้อยภายในตู้
ก่อนจะจ่ายไฟให้กับชุดคาปาซิเตอร์ ต้องทำการทดสอบความเป็นฉนวน (Insulation Integrity Test) ที่บัสบาร์โดยการวัดระหว่างเฟส–เฟส และเฟสกับดินด้วย
* Infrared Inspection เครื่องมือที่มีคุณค่าในการตรวจหาจุดที่มีอุณหภูมิสูงผิดปกติของชุดคาปาซิเตอร์ก็คืออุปกรณ์ Thermal Imager ก่อนทำการตรวจวัดต้องจ่ายไฟให้กับชุดคาปาซิเตอร์ไม่น้อยกว่า 1 ชั่วโมง เริ่มต้นให้ตรวจดูหน้าจอแสดงผลของชุดควบคุมคาปาซิเตอร์ว่าได้ต่อคาปาซิเตอร์ครบทุก Stage ขั้นต่อไปตรวจให้แน่ใจว่าพัดลมระบายอากาศทำงานได้ปกติ ต่อจากนั้นก็เริ่มการตรวจด้วยเครื่อง Thermal Imager จากภายนอกตู้ชุดคาปาซิเตอร์ก่อนโดยยังไม่เปิดฝาตู้ ในกรณีนี้ควรประเมินถึงอันตรายที่เกิดไฟฟ้าช๊อตและไฟฟ้าระเบิดด้วย อาจจำเป็นต้องสวมใส่ชุด PPE เมื่อต้องทำงานกับส่วนที่นำไฟฟ้า
ตรวจสอบการเดินสายไฟฟ้ากำลังและสายวงจรควบคุม (Power and Control Wiring) ด้วยเครื่องมือ Thermal Imager เพื่อหาดูว่ามีขั้วต่อสายใดที่หลวมหรือไม่ เครื่องมือ Thermal Imager จะประมวลผลและแสดงผลของข้อต่อสายที่หลวมออกมาเป็นอุณหภูมิที่สูงผิดปกติเนื่องจากค่าความต้านทานที่เพิ่มขึ้นที่ขั้วต่อ โดยทั่วไปการต่อสายที่ดีจะวัดอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นได้ไม่เกิน 20 ๐ F จากอุณหภูมิแวดล้อม โดยทั่วไปอาจจะมีความแตกต่างของอุณหภูมิเพียงเล็กน้อยหรือไม่มีเลยที่ขั้วต่อสายระหว่างเฟสกับเฟส หรือระหว่างคาปาซิเตอร์แต่ละตัว (Bank–to–bank)
การประเมินผลด้วยแสงอินฟราเรดของเครื่องวัด Thermal Imager จะช่วยให้เราตรวจหาว่าฟิวส์ควบคุมของคาปาซิเตอร์ตัวใดที่หลอมละลายแล้วโดยการแสดงให้เห็นถึงอุณหภูมิที่แตกต่างกันระหว่างฟิวส์ที่หลอมละลายกับฟิวส์ที่ยังไม่เปิดวงจร ฟิวส์ที่หลอมละลายไปแล้วในชุดคาปาซิเตอร์จะทำให้คาปาซิเตอร์ที่พร้อมจะต่อเข้ากับวงจรไฟฟ้ากำลังเพื่อปรับปรุงค่าเพาเวอร์แฟกเตอร์ลดลง ผลการตรวจวัดอุณหภูมิทำให้ระบุได้ว่าคาปาซิเตอร์ใดมีฟิวส์ที่หลอมละลายแล้วอยู่ภายใน เมื่อพบฟิวส์ควบคุมที่หลอมละลายแล้ว ให้ปลดวงจรชุดคาปาซิเตอร์ทั้งชุด และตรวจหาสาเหตุว่าอะไรทำให้ฟิวส์ควบคุมหลอมละลาย อาจจะเกิดจากคาปาซิเตอร์ที่ไม่ดี, ปัญหาจากรีแอกเตอร์ และการต่อสายระหว่างสายไฟฟ้าด้านไฟเข้ากับฟิวส์ หรือระหว่างสายไฟฟ้าด้านโหลดกับฟิวส์ที่ไม่ดี
เราควรมองหาอุณหภูมิที่แตกต่างกันของคาปาซิเตอร์แต่ละตัว ตามรูปที่ 2 ถ้ามีคาปาซิเตอร์ตัวหนึ่งตัวใดที่ไม่ได้ถูกสั่งเชื่อมต่อเข้ากับระบบไฟฟ้ากำลังในระหว่างการตรวจสอบ คาปาซิเตอร์ตัวนั้นก็ควรมีอุณหภูมิที่ต่ำกว่าหรือเย็นกว่า ควรเข้าใจด้วยว่าชิ้นส่วนหรืออุปกรณ์ใด ๆ ที่อยู่ด้านบนมักจะมีอุณหภูมิที่สูงกว่าชิ้นส่วนหรืออุปกรณ์ที่อยู่ด้านล่างเนื่องจากผลของการพาความร้อน อย่างไรก็ตามถ้าชุดควบคุมอัตโนมัติต่อคาปาซิเตอร์ทั้งชุดเข้ากับระบบไฟฟ้ากำลังแล้ว อุณหภูมิที่แตกต่างกันมักจะแสดงให้เห็นถึงความผิดปกติของคาปาซิเตอร์ซึ่งจะต้องตรวจสอบอย่างละเอียดต่อไป
รูปที่ 2 หนึ่งในคาปาซิเตอร์เหล่านี้เสียหายแล้ว คุณไม่สามารถบอกได้ด้วยตาเปล่า แต่เครื่องวัด Thermal Imager บอกคุณได้
* Current Measurement การวัดค่าทางไฟฟ้าเป็นส่วนหนึ่งของการบำรุงรักษาเชิงป้องกัน การวัดค่ากระแสไฟฟ้าต้องวัดค่าทั้ง 3 เฟสของแต่ละ Stage ที่ปลด–สับคาปาซิเตอร์เข้ากับระบบไฟฟ้ากำลัง การวัดค่าต้องใช้เครื่องมือวัดชนิด Multimeter และ Current Clamp โดยใช้ Multimeter เพื่อวัดกระแสไหลเข้าชุดควบคุมอัตโนมัติที่ไหลผ่านหม้อแปลงกระแสที่ติดตั้งอยู่ในตู้เมนไฟฟ้าแรงต่ำ และใช้ Current Clamp วัดค่าตัวนำทุติยภูมิของหม้อแปลงกระแส
ต่อจากนั้นก็ทำการคำนวณค่ากระแสไฟฟ้าที่วัดได้ให้เป็นกระแสไฟฟ้าจริงที่ไหลเข้าตู้สวิตซ์บอร์ด ถ้าหม้อแปลงกระแสมีพิกัด 3,000 A/5 A และถ้าเราวัดได้ 2 A ดังนั้นกระแสไฟฟ้าที่ไหลจริงเท่ากับ (3,000 A/5 A) x 2 A = 1,200 A ให้วัดค่ากระแสไฟฟ้าที่ไหลผ่านเซอร์กิตเบรกเกอร์ที่จ่ายไฟฟ้าให้กับตู้คาปาซิเตอร์ด้วยเพื่อตรวจดูว่ามีกระแสไม่สมดุลเกิดขึ้นหรือไม่ทุกขั้นตอนของการปลด–สับชุดคาปาซิเตอร์ บันทึกค่าที่วัดได้และเก็บรักษาไว้เพื่อเป็นข้อมูลอ้างอิงในการตรวจวัดครั้งต่อไป
* Power Factor Measurement การวัดค่าเพาเวอร์แฟกเตอร์ต้องใช้เครื่องมือวัดที่สามารถวัดค่าเหล่านี้ได้พร้อมกันได้แก่ ค่าแรงดันไฟฟ้า, กระแสไฟฟ้า, กำลังไฟฟ้า และ ดีมานด์ในช่วงเวลาอย่างน้อย 1 วินาที ซึ่งเครื่องมือวัดชนิด Digital Mutli Meter (DMM) ไม่สามารถใช้วัดได้ ต้องใช้เครื่องมือ Power Quality Analyzer w/Current Clamp ตรวจวัดค่าที่ต้องการนี้ ค่าที่วัดได้จะเป็นข้อมูลอ้างอิงของระบบไฟฟ้ากำลังของโรงงานอุตสาหกรรม เครื่องมือวัดชนิด Power Logger ก็เป็นเครื่องมือวัดชนิด Power Quality อีกประเภทหนึ่งซึ่งสามารถใช้งานได้ ซึ่งสามารถตรวจติดตามวัดค่าทางไฟฟ้าของโหลดไฟฟ้าในระบบไฟฟ้ากำลังตลอดช่วงเวลา 30 วัน ทำให้เราสามารถเข้าใจคุณลักษณะของโหลด และการทำงานของโหลดได้ดียิ่งขึ้น
* Capacitance Measurements ก่อนจะวัดค่าคาปาซิแตนซ์ ให้ปลดชุดคาปาซิเตอร์ออกจากวงจรไฟฟ้าและรออยู่ช่วงเวลาหนึ่งตามที่ผู้ผลิตแนะนำเพื่อให้ชุดคาปาซิเตอร์คายประจุ (Discharge) ขณะทำการวัดให้สวมชุดป้องกันทำการตรวจวัดดูเครื่องมือวัดที่มีพิกัดที่เหมาะสมว่าไม่มีแรงดันไฟฟ้ากระแสสลับ (AC) อยู่ ปฏิบัติตามขั้นตอนของการบำรุงรักษาและซ่อมบำรุงในการติดป้ายและล็อคอุปกรณ์ก่อนวัดค่า ใช้มิเตอร์ไฟฟ้ากระแสตรงที่มีพิกัดที่เหมาะสม ตั้งค่าพิกัดการวัดไปที่ 1,000 VDC ตรวจสอบแต่ละ Stage โดยวัดค่าในกรณี Phase–to–Phase และ Phase–to–Ground ไม่ควรมีค่าแรงดันไฟฟ้าเหลืออยู่ แต่ถ้าวัดค่าแรงดันไฟฟ้าได้แสดงว่าคาปาซิเตอร์อาจจะยังไม่ได้คายประจุ (Discharge) ถ้าวัดค่าแล้วได้ค่าแรงดันไฟฟ้าเป็นศูนย์ ให้วัดค่าคาปาซิแตนซ์ของชุดคาปาซิเตอร์และเปรียบเทียบค่าที่วัดได้กับค่าที่ระบุไว้ของผู้ผลิตเพื่อเปรียบเทียบ
เอกสารอ้างอิง 1. Troubleshooting Power Factor Correction Capacitor–EC&M March 2011 www.ecmweb.com
อินดัสตรี้ ลิงก์ 
