เนื้อหาวันที่ : 2007-03-08 16:05:05 จำนวนผู้เข้าชมแล้ว : 7663 views

ข้อพิจารณาบางประการในการเลือกขนาด Active Filter เพื่อแก้ไขปัญหา Harmonic

ผู้ดูแลระบบไฟฟ้า หรือระบบการจ่ายไฟฟ้าของโรงงาน และพบว่าปัญหาฮาร์มอนิก กำลังส่งผลกระทบต่อระบบไฟฟ้ากำลังหรือโหลดภายในโรงงานของท่านเอง การพิจารณาติดตั้ง Harmonic Filter จึงเป็นวิธีที่ดีในการแก้ไขปัญหาที่เกิดขึ้น

ในกรณีที่ท่านเป็นผู้ดูแลระบบไฟฟ้า หรือระบบการจ่ายไฟฟ้าของโรงงาน และพบว่าปัญหาฮาร์มอนิก กำลังส่งผลกระทบต่อระบบไฟฟ้ากำลังหรือโหลดภายในโรงงานของท่านเอง การพิจารณาติดตั้ง Harmonic Filter จึงเป็นวิธีที่ดีในการแก้ไขปัญหาที่เกิดขึ้น นอกจากนั้นการติดตั้ง Harmonic Filter แบบ Passive Filter ก็จะทำให้สามารถควบคุมค่า Power Factor ได้ตามที่ต้องการ ส่งผลให้เกิดการประหยัดได้อีกทาง หนึ่ง  

 

Harmonic Filter แบบ Active Filter ก็เป็นวิธีที่ดีอีกวิธี หนึ่ง ในการแก้ไขปัญหาฮาร์มอนิกซึ่ง Active Filter นั้นก็จะสามารถตัดปัญหาบางประการที่อาจจะทำให้เกิดความกังวลใจไปได้บ้าง เช่น ปัญหาเรื่องการ Over Load ซึ่งแตกต่างจาก Harmonic Filter แบบ Passive Filter เนื่องจาก Active Filter จะคอยเฝ้ามองดูค่ากระแสฮาร์มอนิกที่เกิดจากโหลด และจะจ่ายกระแสทดแทนเท่านั้น แต่ Passive Filter จะเป็นตัวกรองกระแสฮาร์มอนิก หรือเก็บกระแสฮาร์มอนิกในแต่ละลำดับที่ต้องการกำจัดออกจากระบบ โดยให้ไหลเข้ามาที่ชุด Harmonic Filter แบบ Passive Filter 

 

 

เมื่อเราต้องการติดตั้ง Active Filter สิ่งที่ต้องพิจารณาก็คือขนาดที่เหมาะสม และเพียงพอในการแก้ไขปัญหาฮาร์มอนิก ซึ่งจะส่งผลทำให้เกิดความประหยัดด้านการลงทุน นอกจากนั้นก็จำเป็นต้องพิจารณารายละเอียดประกอบอื่น ๆ ด้วย เช่น ฮาร์มอนิกส่งผลกระทบเช่นไรต่ออุปกรณ์หรือระบบไฟฟ้า เพื่อจะได้แก้ไขปัญหาให้ถูกจุด เนื่องจากฮาร์มอนิกจะส่งกระทบต่ออุปกรณ์ และระบบไฟฟ้าในหลาย ๆ เรื่อง

 

กระแสนิวตรอลที่สูงเกินเนื่องจากโหลดประเภท Nonlinear Load

เป็นที่ทราบกันดีอยู่แล้วว่ากระแสในสายนิวตรอลนั้นเกิดจากโหลดประเภท Nonlinear Load ประเภท Single Phase ซึ่งความรุนแรง และผลกระทบจะมาก น้อย เท่าใดนั้นก็ขึ้นอยู่กับปริมาณกระแสฮาร์มอนิกลำดับที่ 3, 9 ฯลฯ หรือ Zero Sequence Harmonic (Triple Harmonic) ที่เกิดขึ้นในระบบ และขนาดของสายนิวตรอล ซึ่งขนาดของกระแสในสายนิวตรอลอาจมีค่าสูงถึง 173 % ของกระแสในสายเฟส    

 

ปัญหาจะทวีความรุนแรงมากขึ้นเมื่อพบว่า ขนาดของสายนิวตรอลในระบบไฟฟ้าที่ใช้งานอยู่นั้นมีขนาดเล็กกว่า สายเฟส โดยเฉพาะอาคารที่ก่อสร้างมาเป็นเวลานาน ซึ่งการก่อสร้างระบบไฟฟ้าในอดีตที่ผ่านมานั้น มีความเข้าใจว่า กระแสในสายนิวตรอลนั้นจะมี น้อย มากเนื่องจากการจัดโหลดแบบสามเฟสสมดุล จึงไม่มีความจำเป็นที่จะต้องใช้สายนิวตรอลที่มีขนาดใหญ่มากนักก็ได้ ซึ่งในความเป็นจริงในปัจจุบันนั้น แตกต่างจากความเข้าใจในอดีตอย่างสิ้นเชิง โดยเฉพาะอย่างยิ่งสายนิวตรอลในระบบไฟฟ้าของอาคารพาณิชย์, โรงพยาบาล, ห้างสรรพสินค้า ฯลฯ ที่มีโหลดเป็นแบบเฟสเดียว และ Nonlinear Load ประเภทคอมพิวเตอร์ ต้องให้ความสำคัญต่อสายนิวตรอลอย่างยิ่ง ซึ่งจากรูปที่ 2 นั้นจะทำให้เกิดกระแสไหลในสายนิวตรอลเนื่องจากองค์ประกอบของ Zero Sequence Harmonic และจากรูปที่ 1 สามารถนำมาเขียนเป็นกราฟเพื่อใช้ประเมินค่ากระแสในสายนิวตรอลได้ตามรูปที่ 3

 

 

จากรูปที่ 3 เป็นกราฟที่ใช้สำหรับการประเมินค่ากระแสในสายนิวตรอลเทียบเป็นเปอร์เซ็นต์ของกระแสในสายเฟสของระบบไฟฟ้าแบบสามเฟสสี่สาย กรณีที่มีโหลดแบบ Nonlinear Load ในระบบไฟฟ้า ซึ่งจะเห็นว่ากรณีที่แหล่งจ่าย จ่ายไฟให้กับโหลดแบบ Nonlinear Load ที่ประมาณ 65 % จะทำให้เกิดกระแสในสายนิวตรอลสูงเท่ากับกระแสในสายเฟส

 

 

Active Filter จะสามารถแก้ปัญหาฮาร์มอนิกที่ทำให้เกิดปัญหากระแสไหลในสายนิวตรอลได้ แต่ก็มีคำถามอยู่ว่าจะกำจัด หรือจัดการกระแสฮาร์มอนิกที่เกิดจาก Nonlinear Load เหล่านั้นเท่าไร จึงจะทำให้ไม่ทำให้ค่ากระแสในสายนิวตรอลสูงมากเกินไป การพิจารณาในเรื่องนี้ สามารถทำให้เกิดการพิจารณาจัดหา Active Filter เพื่อนำมาใช้งานได้เต็มประสิทธิภาพ มีขนาดที่เหมาะสม สามารถแก้ปัญหาฮาร์มอนิกได้ตามต้องการ อย่างไรก็ตามการใช้ Harmonic Filter แบบ Passive Filter, การต่อหม้อแปลงแบบซิกแซ็ก ก็จะสามารถลดกระแสฮาร์มอนิกลงได้ประมาณครึ่ง หนึ่ง ซึ่งก็จะสามารถลดกระแสนิวตรอลได้ในระดับ หนึ่ง เหมือนกัน             

 

 

จากรูปที่ 4 แสดงขนาดของ Active Filter ที่ต้องการติดตั้งโหลดมีหน่วยเป็นแอมแปร์/เควีเอ โดยเส้นบนแสดง (สีฟ้า) แสดง Active Filter ที่ชดเชยกระแสฮาร์มอนิกทั้งหมดที่เกิดขึ้นจาก Nonlinear Load แต่เส้นล่าง (สีแดง) แสดง Active Filter ที่จะชดเชยกระแสฮาร์มอนิกที่เกิดจาก Nonlinear Load ในระดับที่จะทำให้กระแสในสายนิวตรอลมีค่าสูงมากกว่ากระแสในสายเฟส

 

เมื่อพิจารณาจากรูปแล้วพบว่าเส้นที่สองจะแตกจากเส้นที่หนึ่งโดยจะเริ่มใช้ Active Filter ชดเชยกระแสฮาร์มอนิกที่เกิดขึ้นที่ประมาณ 65 % ของปริมาณ Nonlinear Load ของระบบไฟฟ้านั้นเรามาดูตัวอย่างกัน ถ้าในกรณีที่แหล่งจ่ายมี Nonlinear Load ขนาด 100 เควีเอ จะต้องเลือก Active Filter ขนาด 170 แอมป์  (1.7 A/kVA x100 kVA) เพื่อที่จะสามารถกำจัดกระแสฮาร์มอนิกได้ทั้งหมด แต่ในกรณีเดียวกัน การเลือก Active Filter ขนาดพิกัด 60 แอมป์ ก็จะยืนยันได้ว่ากระแสฮาร์มอนิกในสายนิวตรอลจะไม่สูงเกินกว่ากระแสในสายเฟส

 

ฮาร์มอนิกที่เกิดจาก ASD (Adjustable Speed Drive)

โดยปกติการเพิ่มขึ้นของฮาร์มอนิกอันมีสาเหตุจาก ASD นั้นจะพบมากในโรงงานอุตสาหกรรมที่มีมอเตอร์ที่ต้องการควบคุมความเร็วรอบเป็นจำนวนมาก นอกจากนั้นบางครั้งเราก็พบว่า UPS ขนาดใหญ่ก็จะทำให้เกิดกระแสฮาร์มอนิกด้วยเช่นกัน แต่ในกรณีนี้จะยกตัวอย่างเฉพาะ ASD เท่านั้น 

 

เป็นที่ทราบกันดีอยู่แล้วว่า ASD จะใช้ช่วยลดค่าใช้จ่ายด้านพลังงานไฟฟ้าลงได้เมื่อใช้งานร่วมกันกับมอเตอร์ที่ต้องการความเร็วรอบที่หลากหลาย ขณะเดียวกัน ASD ก็จะให้สิ่งที่ระบบไฟฟ้าไม่ต้องการนั่นก็คือ กระแสฮาร์มอนิก และในกรณีที่อิมพีแดนซ์ของแหล่งจ่ายของระบบ ไฟฟ้านั้น ๆ มีค่าสูง เช่น การจ่ายไฟโดยใช้ระบบไฟสำรองจากเจเนอเรเตอร์ และปลดแหล่งจ่ายไฟของการไฟฟ้าออก อาจจะเพื่อผลของการประหยัดพลังงานหรือด้วยเหตุผลอื่น ก็จะส่งผลให้เกิดการบิดเบี้ยวของแรงดัน (Distortion) มากขึ้นตามมา

 

การแก้ปัญหาฮาร์มอนิกที่เกิดจาก ASD ด้วย Active Filter นั้นเป็นวิธีที่เหมาะสมเนื่องจาก ASD จะทำให้มอเตอร์มีประสิทธิภาพการใช้งานที่ดี ดังนั้นค่า Power Factor ของระบบจึงมีค่าสูงซึ่งก็ไม่มีความจำเป็นที่จะต้องการการปรับปรุงค่า Power Factor เช่นใน Passive Filter  

 

รูปที่ 5 แสดงรูปคลื่นของกระแสโหลด ASD และการแยกแยะองค์ประกอบของฮาร์มอนิกในแต่ละลำดับความถี่

 

ในกรณีที่ระบบไฟฟ้ามีการติดตั้งใช้งาน ASD เป็นจำนวนมากนั้น เราต้องแน่ใจว่าระบบไฟฟ้า หรือแหล่งใด ๆ จะต้องสามารถรองรับโหลดแบบ Nonlinear Load ประเภทนี้ได้โดยต้องให้เป็นไปตามมาตรฐาน IEEE 519

 

รูปที่ 7 แสดงความสัมพันธ์กันระหว่างความต้องการขนาด Active Filter/เปอร์เซ็นต์ของ Nonlinear Load และมาตรฐานการควบคุมกระแสฮาร์มอนิกลำดับที่ 5 ตามมาตรฐาน IEEE 519 โดยคิดเปรียบเทียบเปอร์เซ็นต์อัตราส่วนกำลังไฟฟ้าลัดวงจรที่ 8 เปอร์เซ็นต์ของที่กระแสโหลดสูงสุด

 

 

จากรูปที่ 8 ทั้ง 2 เส้น เป็นค่ากระแสฮาร์มอนิกในลำดับที่ 5 ซึ่งแสดงเป็นเปอร์เซ็นต์เมื่อเทียบจากกระแสรวมของโหลดทั้งหมด โดยเส้นล่าง (สีแดง) จะเป็นกระแสฮาร์มอนิก ต่อขนาดของ Active Filter ที่ต้องการชดเชยที่เป็นไปตามมาตรฐาน IEEE 519 และเส้นบน (สีฟ้า) จะเป็นกระแสฮาร์มอนิก ต่อขนาดของ Active Filter เช่นกันแต่จะเริ่มชดเชยที่ 1 เปอร์เซ็นต์ของโหลดที่เป็น Nonlinear Load 

 

มีคำถามว่าขนาดพิกัดของ Active Filter ที่เท่าไรจึงจะเหมาะสม ? เราจะต้องชดเชยกระแสฮาร์มอนิกที่เกิดขึ้นด้วย Active Filter ต่อทุกขนาดของฮาร์มอนิกที่เกิดขึ้นในระบบไฟฟ้าใช่หรือไม่ ? และจากรูปที่ 8 นั้นจะต้องติดตั้ง Active Filter ขนาด 0.5 แอมป์/พิกัดเควีเอ ของโหลด (ระบบ 480 โวลต์) ในกรณีที่ต้องการชดเชยกระแสฮาร์มอนิกทั้งหมดที่เกิดขึ้น แต่ถ้าให้เป็นไปตามมาตรฐาน IEEE 519 ก็จะสามารถลดขนาดพิกัด Active Filter ลงมาได้เป็นขนาด 0.4 แอมป์/พิกัดเควีเอของโหลดเท่านั้น เช่นในกรณีที่ขนาด ASD ขนาด 500 เควีเอ เราสามารถลดขนาด Active Filter ลงมาได้จากขนาด 250 แอมป์ เป็น 200 แอมป์

 

เราสามารถลดค่าใช้จ่ายในการซื้อ Active Filter ขณะที่ความสามารถในการควบคุมปัญหาฮาร์มอนิก ก็ยังอยู่ในเกณฑ์ที่รับได้ตามมาตรฐาน โดยการพิจารณาขนาดพิกัด Active Filter ที่มีพิกัดที่เหมาะสมและสมเหตุสมผลในกรณีที่กล่าวมาแล้วทั้งหมดข้างต้นนั้นจะเห็นว่าการติดตั้ง Active Filter นั้นไม่จำเป็นต้องชดเชยหรือกำจัดค่ากระแสฮาร์มอนิก ในทุกขนาดที่เกิดขึ้น แต่การพิจารณาออกแบบและติดตั้ง Active Filter เพื่อให้ค่าฮาร์มอนิกอยู่ในระดับที่เหมาะสม และเป็นไปตามเกณฑ์มาตรฐานนั้นก็น่าเพียงพอแล้วสำหรับในการแก้ปัญหาฮาร์มอนิกที่เกิดขึ้น

สงวนลิขสิทธิ์ ตามพระราชบัญญัติลิขสิทธิ์ พ.ศ. 2539 www.thailandindustry.com
Copyright (C) 2009 www.thailandindustry.com All rights reserved.

ขอสงวนสิทธิ์ ข้อมูล เนื้อหา บทความ และรูปภาพ (ในส่วนที่ทำขึ้นเอง) ทั้งหมดที่ปรากฎอยู่ในเว็บไซต์ www.thailandindustry.com ห้ามมิให้บุคคลใด คัดลอก หรือ ทำสำเนา หรือ ดัดแปลง ข้อความหรือบทความใดๆ ของเว็บไซต์ หากผู้ใดละเมิด ไม่ว่าการลอกเลียน หรือนำส่วนหนึ่งส่วนใดของบทความนี้ไปใช้ ดัดแปลง โดยไม่ได้รับอนุญาตเป็นลายลักษณ์อักษร จะถูกดำเนินคดี ตามที่กฏหมายบัญญัติไว้สูงสุด