เนื้อหาวันที่ : 2007-03-14 11:09:23 จำนวนผู้เข้าชมแล้ว : 14890 views

ฮาร์มอนิกในระบบไฟฟ้า

โรงงานอุตสาหกรรมและอาคารพาณิชย์ในปัจจุบัน ส่วนใหญ่มีอุปกรณ์ไฟฟ้าที่มีการทำงานแบบไม่เป็นเชิงเส้น (Non-Linear Load) ซึ่งเป็นแหล่งกำเนิดฮาร์มอนิก โดยอุปกรณ์เหล่านี้จะจ่ายกระแสฮาร์มอนิกเข้าสู่ระบบไฟฟ้าของผู้ใช้ไฟฟ้าเอง หรือไหลเข้าสู่ระบบใกล้เคียง ไปรบกวนการทำงาน หรือสร้างความเสียหายแก่อุปกรณ์ของผู้ใช้ไฟฟ้ารายอื่น

โรงงานอุตสาหกรรมและอาคารพาณิชย์ในปัจจุบัน ส่วนใหญ่มีอุปกรณ์ไฟฟ้าที่มีการทำงานแบบไม่เป็นเชิงเส้น (Non-Linear Load) ซึ่งเป็นแหล่งกำเนิดฮาร์มอนิก โดยอุปกรณ์เหล่านี้จะจ่ายกระแสฮาร์มอนิกเข้าสู่ระบบไฟฟ้าของผู้ใช้ไฟฟ้าเอง หรือไหลเข้าสู่ระบบใกล้เคียง ไปรบกวนการทำงาน หรือสร้างความเสียหายแก่อุปกรณ์ของผู้ใช้ไฟฟ้ารายอื่น ๆ และอุปกรณ์ในระบบของการไฟฟ้าได้ จากผลกระทบของฮาร์มอนิกทำให้กระแสและแรงดันในระบบมีขนาดและรูปร่างเพี้ยน (Distortion) ไป ซึ่งเป็นผลทำให้อุปกรณ์มีการทำงานผิดพลาดหรือเกิดการชำรุดเสียหายได้ ดังนั้นบทความนี้ จะกล่าวถึงความเข้าใจเบื้องต้นเกี่ยวกับฮาร์มอนิก เพื่อเป็นการเตรียมพร้อมสำหรับการป้องกันและแก้ไขปัญหาระบบไฟฟ้าในบ้านเราให้มีคุณภาพยิ่งขึ้น

.

คำนิยามฮาร์มอนิก

ฮาร์มอนิก (Harmonics) คือส่วนประกอบในรูปสัญญาณคลื่นไซน์ (Sine Wave) ของสัญญาณหรือปริมาณเป็นคาบใด ๆ ซึ่งมีความถี่เป็นจำนวนเต็มเท่าของความถี่หลักมูล (ในระบบไฟฟ้าเรามีค่าเท่ากับ 50 Hz) เช่นฮาร์มอนิกลำดับที่ 3 มีค่าความถี่เป็น 150Hz และฮาร์มอนิกลำดับที่ 5 มีค่าความถี่เป็น 250Hz แสดงดังรูปที่ 1

.

ผลของฮาร์มอนิกเมื่อรวมกันกับสัญญาณความถี่หลักมูลด้วยทางขนาด (Amplitude) และมุมเฟส (Phase Angle) ทำให้สัญญาณที่เกิดขึ้นมีขนาดเปลี่ยนไปและมีรูปสัญญาณเพี้ยนไปจากสัญญาณคลื่นไซน์ดังรูปที่ 2

.

ในทางคณิตศาสตร์สามารถใช้อนุกรมฟูเรียร์อธิบายคุณลักษณะของฮาร์มอนิกได้ โดยสัญญาณหรือฟังก์ชันที่เป็นคาบใด ๆ สามารถกระจายให้อยู่ในรูปผลรวมของฟังก์ชันตรีโกณมิติที่ความถี่ต่าง ๆ เป็นฟังก์ชันคาบที่เขียนแทนด้วย f(t) ดังสมการ

 เมื่อ T คือ 1 คาบของสัญญาณและ n คือเลขจำนวนเต็มบวก

.

ในกรณีที่ n = 0 จะเป็นความถี่มูลฐาน หรือกรณีที่ n มีค่ามากกว่าศูนย์ เราเรียกความถี่นี้ว่าฮาร์มอนิกลำดับที่ n ซึ่งเป็นได้ทั้งลำดับคู่และคี่ และจากรูปที่ 3.1ข และรูปที่ 3.2ข แสดงถึงความเพี้ยนของสัญญาณที่เกิดขึ้นเกิดจากการรวมสัญญาณคลื่นไซน์ที่ความถี่หลักมูลกับคลื่นไซน์ที่เป็นฮาร์มอนิกลำดับที่ 3 ดังรูปที่ 3.1 ก และรูป 3.2 ก ตามลำดับ 

.

ค่าความเพี้ยนฮาร์มอนิกรวม

มาตรฐานสากล IEC และ IEEE ใช้ค่าความเพี้ยนฮาร์มอนิก %THD (Total Harmonic Distortion) เป็นค่าบอกระดับความเพี้ยนฮาร์มอนิก โดยเทียบจากอัตราส่วนระหว่างค่ารากที่สองของผลบวกกำลังสองของส่วนประกอบฮาร์มอนิกกับค่าของส่วนประกอบความถี่หลักมูลเทียบเป็นร้อยละ ซึ่งจะแยกออกเป็นค่าความเพี้ยนกระแสฮาร์มอนิกรวม และค่าความเพี้ยนแรงดันฮาร์มอนิกรวม

.

ค่าความเพี้ยนกระแสฮาร์มอนิกรวม (Total Harmonic Current Distortion: THDI)

ค่าความเพี้ยนแรงดันฮาร์มอนิกรวม (Total Harmonic Voltage Distortion: THDV)

โดยที่       Vh(rms) คือ ค่า RMS ของแรงดันฮาร์มอนิกลำดับที่

               h, Ih(rms) คือ ค่า RMSของกระแสฮาร์มอนิกลำดับที่

               h, V1(rms) คือ ค่า RMS ของแรงดันที่ความถี่หลักมูล และ

               I1(rms) คือ ค่า RMS ของกระแสที่ความถี่หลักมูล         

.

ความสัมพันธ์ของ %THDI % THDV และ MVASC

ในบางครั้งค่าของ %THDI  ที่มีค่าสูง ๆ ในระบบไฟฟ้านั้นอาจจะไม่เกิดผลกระทบจากปัญหาฮาร์มอนิกได้ เพราะค่า  %THDI จะเป็นเพียงค่าที่บอกถึงคุณลักษณะของกระแสฮาร์มอนิกของโหลดที่ไม่เป็นเชิงเส้นแต่ละชนิด แต่ไม่สามารถที่จะบอกถึงความรุนแรงของระดับฮาร์มอนิกได้อย่างสมบูรณ์ ดังในกรณีขนาดพิกัดกำลังของโหลดที่ไม่เป็นเชิงเส้นชนิด หนึ่ง ตัวเดียวกันที่ค่าพิกัดกำลังมากหรือ น้อย ค่า %THDI ของโหลดดังกล่าวก็จะเป็นค่าเดียวกัน แต่ระดับความรุนแรงที่ทำให้เกิดปัญหาฮาร์มอนิกจะไม่เท่ากัน  ดังนั้นถ้าเราจะพิจารณาค่าของ %THDI ควรที่จะพิจารณาถึงพิกัดกำลังของโหลดที่ไม่เป็นเชิงเส้นประกอบกันด้วย เราสามารถที่จะพิจารณาถึงระดับความรุนแรงของปัญหาฮาร์มอนิกในระดับ หนึ่ง ได้ ส่วนค่า % THDV นั้นสามารถที่บอกถึงระดับความรุนแรงของปัญหาฮาร์มอนิกในระบบได้ซึ่งจะต่างจากค่า %THDI  โดยจะอธิบายถึงความสัมพันธ์ระหว่างกระแส แรงดันฮาร์มอนิก และค่าพิกัดลังวงจรของระบบ (MVASC) ดังรูปที่ 4

.

ตารางที่ 1 ชนิดของโหลดที่ไม่เป็นเชิงเส้น และค่าความเพี้ยนกระแสฮาร์มอนิกรวม (%THDI)

.

จากรูปที่ 4 ที่แหล่งกำเนิดแรงดันไฟฟ้า จะมีค่าอิมพีแดนซ์ค่า หนึ่ง ซึ่งขึ้นอยู่กับค่าความถี่ของผู้ใช้ไฟ เมื่อโหลดที่ไม่เป็นเชิงเส้นทำงานจะจ่ายกระแสฮาร์มอนิกที่ลำดับต่าง ๆ (Ih) เข้าสู่ระบบ และผ่านค่าอิมพีแดนซ์ของระบบที่ความถี่ต่าง ๆ (Zh) ของระบบทำให้เกิดแรงดันฮาร์มอนิกที่ลำดับต่าง ๆ (Vh) ทำให้สัญญาณแรงดันในระบบมีขนาดและสัญญาณผิดเพี้ยนไปจากแหล่งจ่ายเดิม ตามสมการ Vh = Ih ´ Zh และจากสมการทำให้เราสามารถพิจารณาได้ว่าค่าความเพี้ยนแรงดันฮาร์มอนิกที่เกิดในระบบ หนึ่ง นั้น (ไม่คำนึงถึงสภาวะปัญหาฮาร์มอนิกเรโซแนนซ์) จะขึ้นอยู่กับชนิดและพิกัดกำลังของโหลดที่ไม่เป็นเชิงเส้น (Ih) และค่าพิกัดกำลังลัดวงจรของระบบไฟฟ้า (Zh) นั่นคือกรณีสถานที่ตั้งของโหลดที่ไม่เป็นเชิงเส้นอยู่ใกล้สถานีไฟฟ้าฯ ซึ่งมีค่าพิกัดลัดวงจรสูงจะมีค่าอิมพีแดนซ์ของระบบต่ำ แต่ถ้าอยู่ไกลสถานีไฟฟ้าฯ ค่าพิกัดลัดวงจรสูงจะมีค่าอิมพีแดนซ์ของระบบสูง ดังนั้น โรงงานที่มีโหลดไม่เป็นเชิงเส้นที่อยู่ใกล้สถานีไฟฟ้าฯ จะได้รับผลกระทบจากปัญหาฮาร์มอนิก น้อย กว่าโรงงานที่อยู่ไกลสถานีไฟฟ้า ฯ ในกรณีที่ระบบภายในโรงงานเหมือนกันดังรูปที่ 5

.

แหล่งกำเนิดฮาร์มอนิก

ฮาร์มอนิกจะเกิดมาจากอุปกรณ์ไฟฟ้าที่มีการทำงานแบบไม่เป็นเชิงเส้น (Non-Linear Load) ซึ่งถ้าแบ่งตามคุณลักษณะการทำงานจะมีดังต่อไปนี้

1. อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่มีทั่วไปในบ้านพัก สำนักงาน ส่วนใหญ่เป็นชนิด 1 เฟส เช่น เครื่องคอมพิวเตอร์ และบัลลาสต์อิเล็กทรอนิกส์

2. อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์กำลัง เป็นอุปกรณ์ที่ใช้ในการผลิตในโรงงานอุตสาหกรรม เช่น ตัวเรียงกระแสกำลัง, ชุดขับเคลื่อนปรับความเร็วได้, ลิฟต์ในอาคาร และ PLC

3. อุปกรณ์ที่มีการทำงานประเภทอาร์ก เช่น เตาหลอมแบบอาร์ก, เตาหลอมแบบเหนี่ยวนำ และเครื่องเชื่อมแบบอาร์ก

4.อุปกรณ์ที่มีความสัมพันธ์ไม่เป็นเชิงเส้นของแรงดันและกระแสเนื่องจากการอิ่มตัวของแกนเหล็กทางแม่เหล็กไฟฟ้า     เช่น หม้อแปลงไฟฟ้าและเครื่องกลไฟฟ้า

.

ผลกระทบของฮาร์มอนิก

.

1. ปัญหาฮาร์มอนิกเรโซแนนซ์ เนื่องจากในระบบไฟฟ้ามีการใช้คาปาซิเตอร์เพื่อแก้ค่าเพาเวอร์แฟกเตอร์ เพื่อทำให้การจ่ายไฟฟ้ามีประสิทธิภาพสูงสุด เป็นสาเหตุทำให้ระบบเกิดปรากฏการณ์เรโซแนนซ์ขึ้นระหว่างค่าคาปาซิตีฟรีแอกแตนซ์ของคาปาซิเตอร์กับค่ารีแอกแตนซ์ของระบบการไฟฟ้าและของหม้อแปลงที่ความถี่ หนึ่ง และถ้าในระบบมีกระแสฮาร์มอนิกที่มีลำดับความถี่ตรงหรือใกล้เคียงกับความถี่เรโซแนนซ์ของระบบแล้ว จะเป็นผลทำให้เกิดการขยายกระแสและแรงดันฮาร์มอนิกขนาดใหญ่ ผลจะทำให้เซอร์กิตเบรกเกอร์ของคาปาซิเตอร์ทริปโดยไม่ทราบสาเหตุ หรืออาจทำความเสียหายให้คาปาซิเตอร์เกิดการชำรุดได้ ปัญหาฮาร์มอนิกเรโซแนนซ์ที่เกิดขึ้นในระบบนั้นเกิดขึ้น 2 ลักษณะคือ ฮาร์มอนิกเรโซแนนซ์ขนานและฮาร์มอนิกเรโซแนนซ์อนุกรม ซึ่งพิจารณาได้จากตำแหน่งการติดตั้งคาปาซิเตอร์และแหล่งกำเนิดฮาร์มอนิกดังรูปที่ 6 ซึ่งการเกิดเรโซแนนซ์โดยส่วนใหญ่จะเกิดได้ที่บัสของผู้ใช้ไฟฟ้า

.

จากวงจรดังข้างบนความถี่รีโซแนนซ์ของระบบ  เมื่อทราบค่าอิมพีแดนซ์ลัดวงจรของระบบและค่าอิมพีแดนซ์ของคาปาซิเตอร์ที่จุดต่อร่วม (PCC)  ได้ค่าลำดับฮาร์มอนิกเรโซแนนซ์  และเมื่อทราบค่าพิกัดกำลังของคาปาซิเตอร์และหม้อแปลงได้ ดังนั้นความถี่เรโซแนนซ์ในระบบ          

.

โดยที่   คือ ลำดับฮาร์มอนิกเรโซแนนซ์

           คือ ความถี่เรโซแนนซ์ (Hz)

          Xc  คือ ค่ารีแอกแตนซ์ของคาปาซิเตอร์ (W)

          Xsc  คือ ค่ารีแอกแตนซ์ลัดวงจรของระบบ (W)

         MVAscc  คือ ค่าพิกัดกำลังลัดวงจรที่สถานีไฟฟ้า (MVA)

         MVAsc  คือ ค่าพิกัดกำลังลัดวงจรที่บัสของระบบ (MVA)

         MVAcap  คือ ค่าพิกัดกำลังของคาปาซิเตอร์ (MVar)

         KVAt  คือ ค่าพิกัดกำลังของหม้อแปลง (kVA)

         KVAcap  คือ ค่าพิกัดกำลังของคาปาซิเตอร์ (kVar)

         Xt  คือ ค่ารีแอกแตนซ์ของหม้อแปลง (%) และ

         f  คือ ความถี่ของระบบ 50Hz

.

จากสมการดังข้างบน เราสามารถที่จะตรวจสอบในเบื้องต้นได้ว่า จะเกิดปัญหาฮาร์มอนิกกับระบบไฟฟ้าของเราหรือไม่ ดังตัวอย่างในระบบอุตสาหกรรม หนึ่ง มีขนาดหม้อแปลง 1500 kVar, ZT = 6% มีขนาดคาปาซิเตอร์ 500 kVar และถ้าเกิดสภาวะเรโซแนนซ์ขึ้นที่ระบบนี้ จะมีค่าลำดับฮาร์มอนิกเรโซแนนซ์ของระบบ และถ้าระบบดังกล่าวมีกระแสฮาร์มอนิกลำดับที่ 7 อยู่ด้วย อาจจะทำให้เกิดปัญหาฮาร์มอนิกเรโซแนนซ์ขึ้นได้ ส่วนการแก้ไขที่นิยมในปัจจุบันคือ ติดตั้งฟิลเตอร์เพื่อกำจัดฮาร์มอนิกลำดับที่จะทำให้เกิดปัญหาฮาร์มอนิกเรโซแนนซ์นั้นหมดไป หรือเพื่อหลีกเลี่ยงการเกิดฮาร์มอนิกเรโซแนนซ์ในระบบ

.

เราสามารถที่จะทำการประเมินการเกิดฮาร์มอนิกรีโซแนนซ์กับระบบไฟฟ้าแรงต่ำในระบบที่มีการติดตั้งคาปาซิเตอร์ในเบื้องต้นได้ โดยพิจารณาตามขนาดของโหลดฮาร์มอนิก ขนาดหม้อแปลง และขนาดของคาปาซิเตอร์ได้ ซึ่งมีข้อพิจารณาดังนี้

-  ถ้าขนาดของโหลดฮาร์มอนิกมีค่าน้อยกว่า 10 % ของขนาดหม้อแปลงจะไม่เกิดปัญหาฮาร์มอนิกเรโซแนนซ์

-  ถ้าขนาดของโหลดฮาร์มอนิกมีค่าน้อยกว่า 30 % และขนาดของคาปาซิเตอร์มีค่า น้อย กว่า 20%ของขนาดหม้อแปลง จะไม่เกิดปัญหาฮาร์มอนิกเรโซแนนซ์

-  ถ้าขนาดของโหลดฮาร์มอนิกมีค่ามากกว่า 30 %ของขนาดหม้อแปลง และมีการติดตั้งฟิลเตอร์จะไม่เกิดปัญหาฮาร์มอนิกเรโซแนนซ์

.

และจาก P519A/D5 [2] ได้มีการประเมินลำดับความถี่เรโซแนนซ์และขนาดค่าอิมพีแดนซ์ที่เกิดขึ้นในระบบ โดยมีการเทียบขนาดค่าคาปาซิเตอร์กับหม้อแปลงในระบบ ทำให้พิจารณาความเหมาะสมในการเลือกค่าขนาดคาปาซิเตอร์มาใช้กับระบบที่มีฮาร์มอนิก เพื่อหลีกเลี่ยงปัญหาฮาร์มอนิกเรโซแนนซ์ และดังรูปที่ 8 เมื่อพิจารณาค่า ที่ 50% อาจจะเกิดปัญหาฮาร์มอนิกเรโซแนนซ์ในระบบได้ ถ้ามีการใช้โหลดคอนเวอร์เตอร์ชนิด 6 พัลส์ ซึ่งจ่ายกระแสฮาร์มอนิกลำดับที่ 7 เข้าสู่ระบบ

.

ดังนั้นจึงควรระวังสำหรับระบบที่มีการติดตั้งคาปาซิเตอร์ และมีฮาร์มอนิกปะปนอยู่ด้วย อาจจะทำให้เกิดปัญหาฮาร์มอนิกเรโซแนนซ์ และคาปาซิเตอร์เกิดการชำรุดได้ ซึ่งตามมาตรฐาน IEEE Std. 18-1992 ได้มีการกำหนดค่าใช้งานของคาปาซิเตอร์ดังตารางที่ 2 เพื่อการใช้งานคาปาซิเตอร์ได้อย่างมีประสิทธิภาพและอายุการใช้งานนาน

.

ตารางที่ 2 ค่าพิกัดสูงสุดการใช้งานของคาปาซิเตอร์

.

2. ผลของกระแสฮาร์มอนิกที่ไหลอยู่ในระบบจำหน่ายและสายส่ง ทำให้เกิดค่ากำลังสูญเสียในสายมากขึ้น ส่งผลให้ประสิทธิภาพการส่งจ่ายลดลง เนื่องจากกระแสฮาร์มอนิกทำให้ค่า RMS ของกระแสและความต้านทานของสายสูงขึ้นตามสมการ   

โดยที่   Pn คือ กำลังสูญเสียในสาย

            In คือ กระแสฮาร์มอนิก (RMS) ลำดับที่ n

           Rn คือ ความต้านทานของสายที่ความถี่ฮาร์มอนิก

.

และกระแสฮาร์มอนิกที่ไหลผ่านสายเคเบิล ทำให้เกิดความร้อนสูงในสายเคเบิลเนื่องจากผลของ Skin Effect และ Proximity Effect คือเกิดการไหลผ่านบริเวณใกล้ผิวของสายไฟฟ้า ซึ่งค่าทั้งสองนี้จะมีค่ามากหรือ น้อย ขึ้นอยู่กับขนาดสาย ระยะห่างระหว่างสาย และความถี่ของสายเคเบิล ซึ่งค่าดังกล่าวจะทำให้ค่าความต้านทานเพิ่มสูงขึ้น

.

3. ปัญหาฮาร์มอนิก Triple n (ลำดับที่ 3, 6, 9..) จัดอยู่ในกลุ่มที่มีลำดับเป็นศูนย์ (Zero Sequence) ในระบบ 3 เฟส 4 สาย และเป็นโหลดประเภทที่มีการใช้อุปกรณ์แหล่งจ่ายกำลังแบบสวิตชิ่ง (Switching Mode Power Supply: SMPS) เช่น เครื่องคอมพิวเตอร์ จะมีค่ากระแสฮาร์มอนิกลำดับที่ 3 สูง ซึ่งโดยทั่วไปแล้วปัญหาฮาร์มอนิก Triple n จะพิจารณาถึงค่ากระแสฮาร์มอนิกลำดับที่ 3 เป็นสำคัญ ซึ่งแต่ละเฟสจะรวมกันกันไหลอยู่ในสายนิวตรอล อาจทำให้สายนิวตรอลทำงานเกินพิกัดได้หากไม่มีการออกแบบรองรับไว้ ดังรูปที่ 9

.

ตัวอย่างการคำนวณ ระบบ 3 เฟส 4 สาย ที่มีการใช้อุปกรณ์ SMPS ซึ่งมีกระแสฮาร์มอนิกลำดับที่ 3 เป็น 70 % ของกระแสที่ความถี่ปกติ 50 Hz

.

 

จะเห็นว่าสำหรับการออกแบบสายนิวตรอลสำหรับโหลดที่มีการใช้ อุปกรณ์ SMPS นั้น พิกัดขนาดของสายนิวตรอล ต้องมีค่าไม่ น้อย กว่า 1.72 เท่าของสายเฟส

.

หรือเราสามารถคำนวณหาค่ากระแสฮาร์มอนิกที่สายนิวตรอลจากโหลดที่ไม่เป็นเชิงเส้นได้จากสมการ

Pnl คือ ค่ากำลังไฟฟ้าของโหลดอิเล็กทรอนิกส์ชนิดไม่เป็นเชิงเส้น

.

การแก้ไขปัญหาฮาร์มอนิกลำดับที่ 3 วิธีที่นิยมกันคือ การเพิ่มขนาดพิกัดสายนิวตรอล ในกรณีที่สายนิวตรอลไม่สามารถรองรับโหลดที่ไม่เป็นเชิงเส้นได้ แต่ในกรณีที่กระแสฮาร์มอนิกในสายนิวตรอลไปรบกวนการทำงานของเซอร์กิตเบรกเกอร์ชนิดที่มีการตรวจจับกราวด์ อาจทำให้เซอร์กิตเบรกเกอร์ดังกล่าวทำงานผิดพลาดได้ การแก้ไขอาจติดตั้งฟิลเตอร์ลำดับที่ 3 เพื่อป้องกันไม่ให้กระแสฮาร์มอนิกลำดับที่ 3 ไหลเข้าสายนิวตรอล

.

4. ผลของกระแสฮาร์มอนิกทำให้เกิดกำลังสูญเสียในหม้อแปลง คือ กำลังสูญเสียสเตรย์ฟลักซ์ (Stray Flux Loss) ของหม้อแปลงมีค่าเพิ่มขึ้น และทำให้ประสิทธิภาพในการรับโหลดของหม้อแปลงลดลงไป (Derating) ผลของแรงดันฮาร์มอนิกทำให้เกิดกำลังสูญเสียกระแสไหลวน (Eddy Current Loss) และกำลังสูญเสียฮีสเตอรีซิส (Hysteresis Loss) เพิ่มขึ้น ทำให้พิจารณาถึงการใช้หม้อแปลงที่มีการใช้โหลดฮาร์มอนิกตามมาตรฐาน IEEE Std.C57.110-1986 [5] ซึ่งเป็นมาตรฐานที่แนะนำวิธีการประเมินการใช้งานลดพิกัดหม้อแปลงที่มีใช้อยู่แล้วในระบบ หรือสำหรับการออกแบบสเปคในการจัดซื้อหม้อแปลงที่จ่ายให้กับระบบที่มีโหลดไม่เป็นเชิงเส้นอยู่ด้วย เพื่อป้องกันหม้อแปลงเกิดความร้อนเนื่องจากกระแสฮาร์มอนิก ซึ่งอาจทำให้หม้อแปลงเสียหายหรือมีอายุการใช้งานสั้นลง

.

โดยมีการกำหนดค่ากระแสของหม้อแปลงที่มีการ Derated ตามสมการ

PEC-R คือ Eddy Current Loss Factor

Ih คือ ลำดับกระแสฮาร์มอนิก

h คือลำดับฮาร์มอนิก

K คือ K-factor =   

.

สำหรับค่า K-factor เป็นค่าที่มาตรฐาน UL 1561 (Underwriter Laboratories) กำหนดค่าสัมประสิทธ์ K เป็นตัวบอกถึงความสามารถของหม้อแปลงในการจ่ายโหลดไม่เป็นเชิงเส้น

.

ดังตัวอย่างการคำนวณการลดพิกัดหม้อแปลงที่มีการใช้โหลดคอนเวอร์เตอร์ 6-P Transformer Dry Type พิกัดขนาด 1000 kVA, 400 V, PEC-R= 0.08 และมีค่า K = 4.828

.

จากผลการคำนวณอธิบายได้ สำหรับโหลดที่ไม่เป็นเชิงเส้นดังกล่าวข้างต้น เราต้องเลือกใช้หม้อแปลงชนิดที่มีค่า จากผลการคำนวณอธิบายได้ สำหรับโหลดที่ไม่เป็นเชิงเส้นดังกล่าวข้างต้น เราต้องเลือกใช้หม้อแปลงชนิดที่มีค่า K-factor ที่มีค่าไม่ น้อย กว่า 4.826 (อาจใช้ค่า K-factor เท่ากับ 6) และสำหรับหม้อแปลงแบบธรรมดาที่มีการใช้โหลดที่ไม่เป็นเชิงเส้นดังกล่าวข้างต้นจะต้องลดพิกัดกระแสลงแหลือ 88.20 % ของกระแสพิกัดหม้อแปลง หม้อแปลงจะไม่เกิดการชำรุดหรือเสียหายจากผลของฮาร์มอนิก

.

5. ผลของกระแสฮาร์มอนิกทำให้เกิดความร้อนและความเครียดไดอิเล็กตริก (Dielectric Stress) กับตัวคาปาซิเตอร์ และอาจทำให้ฟิวส์ของตัวคาปาซิเตอร์ขาดง่ายกว่าการใช้งานปกติ ผลของแรงดันฮาร์มอนิกทำให้เกิดค่ากำลังสูญเสียในคาปาซิเตอร์ตามสมการ  ผลของกระแสฮาร์มอนิกทำให้เกิดความร้อนและความเครียดไดอิเล็กทรอตริก  กับตัวคาปาซิ 

 

และผลจากภาวะเรโซแนนซ์ที่ตัวคาปาซิเตอร์ทำให้เกิดการขยายกระแสและแรงดันฮาร์มอนิกขนาดใหญ่ ดังนั้นเพื่อความปลอดภัยในการใช้งานของคาปาซิเตอร์สามารถทนต่อค่ากระแสและแรงดันฮาร์มอนิก คาปาซิเตอร์ที่ผู้ผลิตออกแบบสร้างต้องได้ตามมาตรฐาน IEEE Std. 18-1992

.

6. ผลของกระแสฮาร์มอนิกทำให้เกิดความร้อนในตัวฟิวส์เพิ่มขึ้น ทำให้ลักษณะเวลา-กระแส (Time-Current Characteristic) ของฟิวส์เปลี่ยนไป กรณีที่มีฟอลต์ระดับต่ำเกิดขึ้นฟิวส์จะขาดก่อนในเวลาที่กำหนด หรือในกรณีที่ฟิวส์ขาดโดยไม่ทราบสาเหตุอาจเป็นเหตุมาจากฮาร์มอนิกในกรณีที่เกิดภาวะเรโซแนนซ์ได้เช่นกัน

. 

7. ผลของฮาร์มอนิกทำให้การทำงานของรีเลย์ผิดพลาดซึ่งขึ้นอยู่กับคุณสมบัติการทำงานของชนิดรีเลย์ การทำงานของรีเลย์ชนิด Electromagnetic ขึ้นอยู่กับค่ากระแสและแรงดัน RMS ส่วนการทำงานของรีเลย์ชนิด Digital ขึ้นอยู่กับค่าแรงดันยอดคลื่น (Crest Voltage) จากการ Sampling และตรวจค่า Zero Crossing ค่ากระแสหรือแรงดันที่ศูนย์ ถ้ามีฮาร์มอนิกเข้ามารบกวนการทำงานของรีเลย์ ทำให้รีเลย์ทำงานผิดพลาดดังนี้

-  ทำให้รีเลย์มีการทำงานช้าลง หรือทำงานด้วยค่า (Pickup Values) ที่สูง โดยปกติรีเลย์จะทำงานอย่างรวดเร็วและทำงานด้วยค่าเริ่มต่ำ ๆ

-  กรณีที่มีกระแสฮาร์มอนิก Triple n มากพออาจทำให้กราวด์รีเลย์ทำงานผิดพลาด

-  ทำให้รีเลย์ระยะทาง (Distance Relay) ทำงานผิดพลาด ด้วยผลของกระแสฮาร์มอนิกที่ทำให้อิมพีแดนซ์เพิ่มขึ้นต่างจากค่าอิมพีแดนซ์ที่ทำการเซตติ้งที่ความถี่หลักมูล

-  ทำให้รีเลย์สถิตแบบความถี่ต่ำ (Static Underfrequency Relay) มีความไวกว่าปกติ อาจทำให้เกิดการทริปผิดพลาด

-  ทำให้รีเลย์กระแสและแรงดันเกิน (Overcurrent and Overvoltage Relay) ทำงานผิดพลาดตามคุณสมบัติที่ตั้งไว้

-  ทำให้ความเร็วในการทำงานของรีเลย์ชนิดผลต่าง (Differential Relay) ทำงานช้าลง

. 

8. ผลของกระแสฮาร์มอนิกต่อความสามารถในการตัดกระแส (Current Interruption Capacity) ของอุปกรณ์สวิตซ์เกียร์ คือ ทำให้ขนาดของอัตราค่ากระแสเทียบกับเวลา  มีค่าสูงในขณะที่กระแสมีค่าเป็นศูนย์ เป็นผลทำให้เซอร์กิตเบรกเกอร์ไม่สามารถตัดกระแสได้เมื่อมีฮาร์มอนิก ซึ่งปัญหานี้จะเกิดกับอุปกรณ์อื่น ๆ ที่ใช้ตัดกระแสได้เช่นกัน

. 

9. ผลของฮาร์มอนิกต่อมิเตอร์วัดค่าไฟฟ้า (Watt-Hour Meter) ซึ่งเป็นมิเตอร์ประเภทจานเหนี่ยวนำ (Induction Disk) ทำให้การวัดค่าผิดพลาดได้ ซึ่งโดยปกติการปรับแต่งมิเตอร์นั้นจะทำการปรับแต่งที่ความถี่หลักมูล

. 

10. ผลของฮาร์มอนิกต่อเครื่องจักรไฟฟ้า ทำให้กำลังสูญเสียเพิ่มขึ้นเป็นผลทำให้เครื่องจักรร้อนกว่าปกติ ทำให้มอเตอร์เหนี่ยวนำสามเฟสเกิดปรากฏการณ์ค็อกกิ้ง (Cogging) คือไม่สามารถสตาร์ทมอเตอร์ได้ จากการที่ความเร็วมอเตอร์ต่ำกว่าความเร็วซิงโครนัส และทำให้เกิดการออสซิเลตทางกลของเครื่องจักรไฟฟ้าซึ่งมีผลต่อประสิทธิภาพและแรงบิดของเครื่องจักร

.

11. ผลของฮาร์มอนิกต่ออุปกรณ์ในระบบไฟฟ้าและระบบสื่อสาร คือจะทำให้อุปกรณ์ไฟฟ้ามีการทำงานผิดพลาด และมีอายุการใช้งาน น้อย ลง หรือเกิดการชำรุดเสียหาย ด้วยผลของค่าแรงดันและกระแสฮาร์มอนิกที่มีขนาดและรูปคลื่นสัญญาณไซน์ผิดเพี้ยนไป หรือมีสัญญาณรบกวนในระบบสื่อสาร เช่น ระบบโทรศัพท์

.

จากที่กล่าวมาดังข้างต้น ผู้เขียนคาดว่าท่านผู้อ่านคงจะรู้จักและมีความเข้าใจเรื่องของฮาร์มอนิกมากขึ้น และในบทความตอนต่อไป จะกล่าวถึง การประเมิน วิธีการวัด มาตรฐาน และแนวทางการแก้ไขปัญหาฮาร์มอนิก

.

การประเมินระดับฮาร์มอนิก

โดยทั่วไปในการพิจารณาค่าฮาร์มอนิกที่จุดต่อร่วมว่าอยู่ในระดับใด สามารถทำได้โดยวิธีการวัด แต่ในบางครั้งอาจจะทำการวัดไม่ได้ เช่น ในกรณีของผู้ใช้ไฟฟ้ารายใหม่ที่ยังไม่มีการติดตั้งอุปกรณ์ในระบบ จึงมีบางมาตรฐานแนะนำแนวทางในการประเมินระดับฮาร์มอนิกขั้นต้นดังนี้ 

1. โดยการกำหนดขนาดและชนิดของโหลดฮาร์มอนิกขนาดเล็ก ดังเช่น มาตรฐาน G.5/3-1976 และ PRC-01-PQG-1998

2. โดยการเปรียบเทียบกับขนาดของโหลดกับค่าพิกัดกำลังลัดวงจรของผู้ใช้ไฟขนาดเล็กที่จุดต่อร่วม ซึ่งมีการประเมินออกเป็น 2 ขั้นตอนตามมาตรฐาน IEC-1000-3-6 และมาตรฐาน P519A/D5 คือ       

. 
 ขั้นตอนที่ 1 ประเมินขนาดของโหลดทั้งหมดในระบบเทียบกับค่าพิกัดกำลังลัดวงจรที่จุดต่อร่วม ตามค่า โดยที่

 

Si = ขนาดโหลดทั้งหมดของผู้ใช้ไฟ 

SSC = พิกัดกำลังลัดวงจรที่จุดต่อร่วม (PCC)

ในกรณีที่ขั้นตอนที่ 1 ไม่ผ่านให้ไปประเมินในขั้นตอนที่ 2

.

ขั้นตอนที่  2 ประเมินตามขนาดโหลดฮาร์มอนิกเทียบกับค่าพิกัดกำลังลัดวงจรที่จุดต่อร่วม

ตามค่า     

โดยที่  SDi  = ขนาดของโหลดฮาร์มอนิกแต่ละตัว (kVA)

SSC = พิกัดกำลังลัดวงจรที่จุดต่อร่วม

Wi  = Weight Factor สำหรับโหลดฮาร์มอนิกแต่ละตัว (pu) ดังตารางที่ 3

. 

กรณีที่โหลดฮาร์มอนิกไม่มีในตารางที่ 1 มาตรฐาน IEC-1000-3-6 กำหนดให้ Wi = 2.5 และมาตรฐาน P519A/D5 กำหนดให้ Wi = 1 

.

ดังตัวอย่างการประเมินผู้ใช้ไฟฟ้าของ กฟภ.ราย หนึ่ง ใช้ไฟฟ้าที่ระดับแรงดัน 400/230 V มีค่าพิกัดกำลังลัดวงจรที่จุดต่อร่วมเท่ากับ 10 MVA มีการใช้โหลดคอนเวอร์เตอร์ชนิด 6 พัลส์ ที่มี Inductor ขนาดใหญ่เพื่อปรับค่ากระแสให้เรียบ (ดังตารางที่ 3) ขนาดเท่ากับ 12 kW และมีการใช้โหลดเชิงเส้นเท่ากับ 8 kW

. 

ประเมินในขั้นตอนที่ 1  ได้ค่า   ซึ่งมีค่ามากกว่า 0.1 % ซึ่งต้องไปประเมินในขั้นตอนที่ 2 ต่อไป

 

ประเมินในขั้อนที่ 2 จากตารางที่ 5 ค่า Wi = 0.8 ได้ค่า  ซึ่งมีค่า น้อย กว่า 0.1 % สามารถนำอุปกรณ์เข้าระบบได้

. 

ตารางที่ 3 ค่า Weight Factor ของโหลดฮาร์มอนิกแต่ละตัว

.

ในกรณีระบบไฟฟ้ามีฮาร์มอนิกอยู่ในระบบ ถ้าไม่เกินค่าจำกัดแรงดันมาตรฐานฮาร์มอนิกก็จะไม่เกิดผลกระทบต่ออุปกรณ์ในระบบไฟฟ้า ผู้เขียนได้ทำการประเมินโดยการหาค่า %THDVจากขนาดโหลดฮาร์มอนิกและค่าพิกัดกำลังลัดวงจร โดยการหาค่า %THDVเปรียบเทียบค่า   

Short – Circuit Ratio (SCR) [5]         

. 

โดยที่ MVASC: ค่าพิกัดกำลังลัดวงจร, MVAH: ค่าขนาดของโหลดฮาร์มอนิก ซึ่งทำให้เราสะดวกต่อการทราบค่า %THDV ของโหลดดังกล่าวจากการประเมิน เพื่อเป็นข้อพิจารณาในกรณีที่ยังไม่มีการติดตั้งโหลด หรือในกรณีที่ไม่สามารถทำการวัดได้

. 

ดังตัวอย่างประเมินการใช้โหลดคอนเวอร์เตอร์ชนิด 6 พัลส์และ12 พัลส์ จะได้ค่าตามกราฟความสัมพันธ์ระหว่างค่า %THDV กับค่า SCR ของโหลดคอนเวอร์เตอร์ชนิด 6 พัลส์ และ 12 พัลส์ ดังรูปที่ 11 ทำให้ทราบถึงระดับฮาร์มอนิกที่อยู่ในระบบ เมื่อเรารู้ค่าขนาดของโหลดคอนเวอร์เตอร์ และค่าพิกัดกำลังลัดวงจรของระบบ เช่น กรณีโหลดคอนเวอร์เตอร์ชนิด 6 พัลส์ มีค่า % THDV มากกว่า 5% ถ้าค่า SCR น้อย กว่า 45 และสำหรับโหลดคอนเวอร์เตอร์ชนิด 12 พัลส์ ถ้าค่า SCR น้อย กว่า 29 อาจจะทำให้อุปกรณ์ในระบบนั้นเกิดปัญหาฮาร์มอนิกได้

. 

               รูปที่ 11 กราฟความสัมพันธ์ค่า %THDV กับค่า SCR ของโหลดคอนเวอร์เตอร์ชนิด 6 พัลส์ และ 12 พัลส์

. 

และจากตัวอย่างการประเมินในข้อที่ 2 ของโหลดคอนเวอร์เตอร์ ชนิด 6 พัลส์ขนาด 12 kW ที่มีค่าพิกัดกำลังลัดวงจรที่จุดต่อร่วม (PCC) เท่ากับ 10 MVA ทำให้เราทราบค่า %THDV มีค่าเท่ากับ 0.175 ของการใช้โหลดดังกล่าวจากการประเมินด้วยวิธีการนี้ ซึ่งพบว่าการประเมินตามมาตรฐาน IEC-1000-3-6 และ P519A/D5 (ในข้อ 2) นั้นยอมให้ค่า %THDV ในระบบเกิดขึ้นมีค่า น้อย มาก

. 

การประเมินปัญหาฮาร์มอนิกเรโซแนนซ์

ในการประเมินการเกิดปัญหาฮาร์มอนิกเรโซแนนซ์ ผู้เขียนได้ประเมินตามการจำลองตัวอย่างตาม IEC1000-3-6 โดยใช้กับตัวอย่างผู้ใช้ไฟของ กฟภ.ราย หนึ่ง เมื่อพิจารณาที่บัสของผู้ใช้ไฟซึ่งมีค่าพารามิเตอร์ต่าง ๆ ตาม Single Line ดังรูปที่ 12 เพื่อประเมินค่าอิมพีแดนซ์ที่ลำดับความถี่ต่าง ๆ ที่ขนาดของโหลดต่าง ๆ กัน ทำให้เราทราบถึงโอกาสที่ระบบอาจจะเกิดปัญหาฮาร์มอนิกเรโซแนนซ์ขึ้นได้ โดยเฉพาะระบบอยู่ในภาวะ Light Load ที่มีความถี่เรโซแนนซ์ของระบบมีค่าใกล้เคียงตรงกับความถี่ฮาร์มอนิกที่มีอยู่ในระบบ และทำให้ทราบถึงขนาดของแรงดันฮาร์มอนิก (Zxh ´ Ih) ที่ขยายจากผลการเกิดฮาร์มอนิกเรโซแนนซ์ ดังผลการคำนวณในตารางที่ 2 ที่ภาวะ Light Load (ระบบมีการใช้โหลดเพียง 1 kW) และถ้าในระบบมีการใช้โหลดชนิดชุดขับเคลื่อนปรับความเร็วได้ (Adjustable Speed Drive: ASD) ที่จ่ายค่ากระแสฮาร์มอนิกลำดับความถี่ที่ 7 เพียง 2 A อาจจะทำให้มีการขยายแรงดันฮาร์มอนิกเฉพาะลำดับที่ 7 ตกคร่อมคาปาซิเตอร์ที่บัสเกินกว่าที่จะทนต่อแรงดันที่สูงได้ ซึ่งเป็นสาเหตุทำให้คาปาซิเตอร์เกิดการชำรุดเสียหายได้    

.

.

ตารางที่ 4 ผลการคำนวณค่าอิมพีแดนซ์ของระบบในลำดับที่ฮาร์มอนิกต่าง ๆ ที่มีผลจากการเปลี่ยนแปลงขนาดของโหลดในระบบ

การวัดฮาร์มอนิก

ในการวัดค่าระดับฮาร์มอนิกเพื่อตรวจสอบค่าตามขีดจำกัดของมาตรฐานหรือวิเคราะห์ระบบ เช่น การออกแบบฟิลเตอร์สำหรับกำจัดหรือลดฮาร์มอนิก เพื่อให้ได้ค่าที่ถูกต้องควรมีการพิจารณาถึง เครื่องมือวัด วิธีการวัด และจุดตรวจวัด ให้เหมาะสมสอดคล้องกับระบบและชนิดของฮาร์มอนิกที่ทำการตรวจวัด

. 

เครื่องมือวัด

เครื่องมือวัดฮาร์มอนิกที่ใช้อยู่ในปัจจุบันโดยทั่วไป เป็นลักษณะเครื่องมือวัดแบบ Time-Domain คือทำการวัด Sample สัญญาณในช่วงเวลาสั้น ๆ มาวิเคราะห์ตามวิธี DFT (Digital Fourier-Transform Technique) มาตรฐาน IEC 1000-4-7 ได้มีการกำหนดค่า Sample ของเครื่องมือวัดฯ ที่ 10 Cycle ของระบบที่มีความถี่หลักมูล 50 Hz และ 12 Cycle ที่ 60Hz คือ เครื่องมือวัด ฯ จะนำคุณลักษณะของกระแสหรือแรงดันทุก ๆ 200 ms มาทำการวิเคราะห์ และค่าผิดพลาดในการ Sample แต่ละครั้งต้องมีค่าไม่เกิน 0.03% ของจำนวน Cycle ที่กำหนดดังข้างต้น  สำหรับเครื่องมือวัด ฯ ที่ใช้ต้องตรวจวัดฮาร์มอนิกมาตรฐาน IEEE 519-1992 ได้มีการกำหนดค่าดังกล่าวต้องมีค่ามากกว่าลำดับที่ 50 และค่า Sampling Rate ที่ใช้สำหรับเครื่องมือวัดฮาร์มอนิกของผลิตภัณฑ์ต่าง ๆ จะอยู่ในช่วงระหว่าง 83-133/Cycle

. 

จุดตรวจวัด 

จุดตรวจวัดฮาร์มอนิก จะพิจารณาตามวัตถุประสงค์ของการตรวจวัดว่าต้องการนำค่าที่วัดได้ไปใช้งานในลักษณะใด  เช่น เพื่อการวิเคราะห์ฮาร์มอนิกในระบบ หรือการตรวจสอบค่าขีดจำกัดของมาตรฐาน โดยทั่วไปการวัดฮาร์มอนิกจะมีจุดตรวจวัดที่สำคัญคือ

. 

1.  จุดต่อร่วม (PCC) คือจุดซื้อขายไฟฟ้าระหว่างการไฟฟ้า กับผู้ใช้ไฟ เป็นจุดสำหรับวัดเพื่อตรวจสอบค่ากระแสและแรงดันฮาร์มอนิกของผู้ใช้ไฟที่อาจไหลเข้าสู่ระบบของการไฟฟ้า โดยทำการเปรียบเทียบกับค่าขีดจำกัดตามมาตรฐานที่กำหนดในระบบของการไฟฟ้า จะมีจุดต่อร่วมอยู่ 2 ลักษณะคือ 

.

1.1  จุดต่อร่วมที่อยู่ทางด้านหน้าหม้อแปลง จุดต่อร่วมนี้จะใช้กับผู้ใช้ไฟฟ้าขนาดแรงดัน 22, 33 และ 115 kV ที่มีหม้อแปลงเฉพาะราย และจุดต่อร่วมดังกล่าวนี้ โดยทั่วไปจะอยู่ทางด้านแรงสูง (ดังรูปที่ 15)

.

ในการวัดค่าฮาร์มอนิกที่จุดต่อร่วมนี้ ต้องทำการวัดผ่านหม้อแปลงแรงดัน (PT) และหม้อแปลงกระแส (CT) ซึ่งต้องมีคุณสมบัติการตอบสนองได้อย่างถูกต้องในความถี่ช่วงกว้าง การวัดแรงดันโดยผ่านหม้อแปลงแรงดันนั้น ควรมีคุณสมบัติในการตอบสนองความถี่ได้ดีที่ความถี่มากกว่า 3 kHz และค่า Accuracy ควรอยู่ในช่วงไม่เกิน 3% ที่ความถี่มากกว่า 5 kHz และข้อแนะนำในการวัดแรงดันฮาร์มอนิกนั้น ไม่ควรวัดผ่านหม้อแปลงแรงดันแบบคาปาซิเตอร์ (CVT) เพราะอาจทำให้เกิดการวัดที่ผิดพลาดได้ เนื่องจากตัว CVT ไม่สามารถตอบสนองความถี่ได้ดีที่ความถี่สูง ๆ และอาจเกิดปัญหาเรโซแนนซ์ภายในตัวมันเองได้ในช่วงความถี่ฮาร์มอนิกที่ต้องการตรวจวัด         

.

ส่วนการวัดกระแสต้องทำการวัดผ่านหม้อแปลงกระแส (CT) นั้นควรมีค่า Accuracy อยู่ในช่วงไม่เกิน 3% ที่ความถี่มากกว่า 10 kHz และผลจากการใช้หม้อแปลงกระแสช่วยในการวัด ทำให้ค่ามุมของกระแสฮาร์มอนิกที่วัดได้มีค่าคลาดเคลื่อนไปจากลักษณะจริง ซึ่งจะมีผลต่อการนำค่าดังกล่าวไปใช้ในการวิเคราะห์ต่อไป แต่ในบางครั้งอาจมีความจำเป็นที่ไม่สามารถวัดที่จุดต่อร่วมดังกล่าวได้ โดยต้องไปทำการวัดทางด้านหลังของหม้อแปลง และต้องทำการแปลงค่าที่วัดได้ไปทางด้านแรงสูงซึ่งเป็นจุดตรวจสอบดังกล่าว โดยการแปลงค่าผ่านอัตราส่วนของหม้อแปลง และยังต้องมีการพิจารณาถึงลักษณะการต่อหม้อแปลงด้วย เพราะจะมีผลต่อค่ากระแสฮาร์มอนิ กบ างลำดับ เช่น หม้อแปลงที่ต่อแบบ เดลต้า-วาย ฮาร์มอนิกลำดับศูนย์ (Zero Sequence) ที่มีอยู่ด้านหลังหม้อแปลง ไม่สามารถไหลผ่านขดลวดของหม้อแปลงออกไปที่จุดร่วมดังกล่าวได้ ดังรูปที่ 16ก และ 16ข แสดงความแตกต่างของกระแสฮาร์มอนิกด้านปฐมภูมิและทุติยภูมิ จากผลการต่อหม้อแปลงแบบ เดลต้า-วาย      

. 

                                                       รูปที่ 16 ก กระแสฮาร์มอนิกทางด้านทุติยภูมิต่อแบบวาย    

                                                       รูปที่ 16 ข กระแสฮาร์มอนิกทางด้านปฐมภูมิต่อแบบเดลต้า

. 

1.2  จุดต่อร่วมที่อยู่ด้านหลังหม้อแปลง จุดต่อร่วมนี้จะใช้กับผู้ใช้ไฟขนาดแรงดันไม่เกิน  400V ซึ่งเป็นผู้ไฟขนาดเล็ก  ไม่มีหม้อแปลงเฉพาะราย โดยใช้หม้อแปลงในระบบจำหน่ายของการไฟฟ้า ดังรูปที่ 17 

.

2.  จุดตรวจวัดเพื่อวิเคราะห์ฮาร์มอนิก เป็นจุดวัดเพื่อใช้สำหรับวิเคราะห์ฮาร์มอนิกในระบบอย่างละเอียด สำหรับการศึกษาและการแก้ไขปัญหาฮาร์มอนิก ดังเช่น จุดตรวจวัดแหล่งจ่ายฮาร์มอนิก เพื่อวิเคราะห์คุณลักษณะกระแสฮาร์มอนิกของโหลดที่เป็นแหล่งจ่ายฮาร์มอนิก  จุดตรวจวัดอุปกรณ์ในระบบ เพื่อวิเคราะห์ระดับฮาร์มอนิกที่ตัวอุปกรณ์ที่อาจได้รับผลกระทบจากฮาร์มอนิก  หรือตรวจสอบระดับฮาร์มอนิกจากการติดตั้งฟิลเตอร์ และจุดตรวจวัดอื่นๆ ในระบบเพื่อประกอบในการวิเคราะห์ฮาร์มอนิก

. 

ช่วงเวลาการวัด

เนื่องจากระบบไฟฟ้าบางแห่งมีการใช้โหลดฮาร์มอนิกแต่ละช่วงเวลาไม่คงที่ ซึ่งในการประเมินระดับฮาร์มอนิกจากการตรวจวัดในช่วงเวลาสั้น ๆ นั้น ข้อมูลที่ได้มาจะไม่ถูกต้องนัก เช่น โหลดฮาร์มอนิกประเภทที่มีคุณลักษณะการทำงานเปลี่ยนแปลงตลอดเวลา เช่น อุปกรณ์ประเภทเตาหลอมแบบอาร์ก จึงต้องมีการกำหนดช่วงเวลาการวัดให้เหมาะสมสำหรับช่วงเวลา การทำงานของโหลดฮาร์มอนิกดังกล่าว

.

สำหรับโหลดฮาร์มอนิกที่มีคุณลักษณะการทำงานคงที่ตลอดเวลา การตรวจวัดอย่าง น้อย ต้องให้ครบช่วงรอบการทำงานของอุปกรณ์ และต้องมีการพิจารณาถึงช่วงเวลาการใช้อุปกรณ์ในขณะนั้นด้วยว่ามีการใช้งานเต็มพิกัดหรือไม่ เพราะจะมีผลต่อขนาดกระแสฮาร์มอนิกที่ไหลเข้าสู่ระบบ

. 

การตรวจวัดฮาร์มอนิกตามมาตรฐาน PRC-PQG-1998 จากข้อกำหนดของการไฟฟ้า มีข้อแนะนำการวัดดังตารางที่ 5 ซึ่งในช่วงเวลาของการวัดจะขึ้นอยู่กับลักษณะการทำงานโหลดของผู้ใช้ไฟฟ้า โดยค่าที่นำมาพิจารณาเพื่อประเมินเทียบกับข้อขีดจำกัดของมาตรฐาน ให้ใช้ค่าความเพี้ยนสูงสุด ดังนั้นระบบที่มีการทำงานของโหลดระบบไม่คงที่ ช่วงเวลาการตรวจวัดต้องให้ครบช่วงเวลาการทำงานของระบบที่มีการเปลี่ยนแปลง ซึ่งอาจใช้เวลาประมาณอย่าง น้อย 1 สัปดาห์ สำหรับรายละเอียดเทคนิคการวัดฮาร์มอนิก สามารถศึกษาเพิ่มเติมตามข้อแนะนำตามมาตรฐาน IEC 1000-4-7

. 

ตารางที่ 5 เวลาการตรวจวัดฮาร์มอนิกตามมาตรฐาน PRC-PQG-01-1998 [2]

การนำเสนอการตรวจวัด

การนำผลการวัดมาแสดงโดยทั่วไปจะมี 3 อยู่ลักษณะคือ

1.  Snapshots คือการนำเสนอรูปคลื่น ขนาด และมุมเฟสของฮาร์มอนิกของแต่ละลำดับในขณะเวลาที่ทำการตรวจวัด โดยใช้ตรวจสอบระดับฮาร์มอนิกในสถานะปัจจุบันของระบบ ดังรูปที่ 18

2.  Time Trend คือการนำเสนอค่าระดับฮาร์มอนิกที่เวลาต่าง ๆ ตลอดช่วงการวัด โดยสามารถพิจารณาถึงการเปลี่ยนระดับฮาร์มอนิกในช่วงระยะเวลาที่นาน ๆ ซึ่งบอกถึงระดับค่าสูงสุด ต่ำสุด ค่าเฉลี่ย ของระดับฮาร์มอนิก ดังรูปที่ 19

3.  Probability Histograms คือการนำเสนอค่าแต่ละครั้งจากการวัด มาทำเป็นสถิติเปรียบเทียบกับค่าที่กำหนดในรูปแบบของกราฟแท่ง เช่น การนำการค่า %THDV แต่ละช่วงเวลาต่าง ๆ ของทุก ๆ ค่า มาทำการเปรียบเทียบกับขีดจำกัดมาตรฐานฮาร์มอนิกที่สามารถยอมรับได้ดังรูปที่ 20

. 

มาตรฐานฮาร์มอนิก

โดยทั่วไปแล้วถ้าฮาร์มอนิกที่มีอยู่ในระบบ มีค่าไม่เกินขีดจำกัดตามมาตรฐานของฮาร์มอนิก ก็จะไม่เกิดผลกระทบต่ออุปกรณ์ในระบบ ซึ่งปัจจุบันการไฟฟ้าได้มีการนำ PRC-PQG-01-1998 ข้อกำหนดกฎเกณฑ์ฮาร์มอนิกเกี่ยวกับไฟฟ้าประเภทธุรกิจและอุตสาหกรรม ซึ่งจัดทำโดยคณะทำงานปรับปรุงความเชื่อถือได้ของระบบไฟฟ้าของสามการไฟฟ้า มาบังคับใช้กับผู้ใช้ไฟฟ้าประเภทธุรกิจและอุตสาหกรรมที่ทำสัญญาซื้อขายกับการไฟฟ้าแล้ว เพื่อให้ระบบไฟฟ้ามีระดับฮาร์มอนิกที่จะไม่ให้รบกวนการทำงาน หรือให้อุปกรณ์ไฟฟ้าเกิดการชำรุดเสียหายจากปัญหาฮาร์มอนิก โดยอ้างอิงจากมาตรฐานต่าง ๆ ดังนี้

. 

1. Engineering Recommendation G.5/3 September 1976 The Electricity Council Chief Engineer Conference “Limits for Harmonics in The Electricity Supply System”

2. The State Energy Commission of Western Australia (SECWA)

Part 2: Technical Requirement

3. IEC 1000: Electromagnetic Compatibility (EMC)

Part 4: Testing and Measurement Techniques

Section 7: General Guide on Harmonics and Interharmonics Measurements and Instrumentation for Power Supply  Systems and Equipment Connected thereto

.

ซึ่งปัจจุบันคณะทำงานฯดังกล่าวกำลังพิจารณาปรับปรุงมาตรฐานดังกล่าว โดยอ้างอิงตาม Engineering Recommendation G.5/3 ปี 2000 เป็นหลักในการพิจารณาปรับปรุง

. 

ส่วนในบทความนี้ ผู้เขียนจะกล่าวถึงข้อกำหนดกฎเกณฑ์ฮาร์มอนิกเกี่ยวกับไฟฟ้าประเภทธุรกิจและอุตสาหกรรม PRC-PQG-01-1998 โดยสรุปมีขั้นตอนดังนี้

.

ขั้นตอนที่ 1

อุปกรณ์ที่สามารถนำเข้าระบบได้โดยไม่พิจารณาในส่วนฮาร์มอนิก 

1.1 อุปกรณ์ 3 เฟส ชนิด Convertor หรือ AC Regulator ไม่เกิน หนึ่ง ตัว และมีขนาดไม่เกินตามตารางที่ 6 แต่ถ้ามีหลายตัวให้ไปพิจารณาในขั้นตอนที่ 2

. 

ตารางที่ 6 ขนาดสูงสุดของอุปกรณ์ประเภท Convertor และ AC Regulator แต่ละตัว

1.2 อุปกรณ์ 1 เฟส 

.

1.2.1 ต้องผลิตตามมาตรฐาน IEC-1000-3-2 [10] ซึ่งเป็นมาตรฐานกำหนดขีดจำกัดฮาร์มอนิกที่ปล่อยจากอุปกรณ์ขนาดไม่เกิน 16 แอมป์ต่อเฟส (หรือสามารถดูได้จากข้อกำหนดกฎเกณฑ์ฮาร์มอนิกที่เกิดจากอุปกรณ์ไฟฟ้าภายในบ้าน ซึ่งจัดทำโดยโดยคณะทำงานปรับปรุงความเชื่อถือได้ของระบบไฟฟ้าของสามการไฟฟ้า)

.

1.2.2 อุปกรณ์ Convertor หรือ AC Regulator แรงดัน 230 โวลต์ เพื่อการใช้งานในอุตสาหกรรมที่ไม่สร้างกระแสฮาร์มอนิกอันดับคู่ มีขนาดไม่เกิน 5 kVA โดยติดตั้งไม่เกิน หนึ่ง ตัวต่อเฟส  

.

1.2.3 ถ้ามีการติดตั้งอุปกรณ์มากกว่า หนึ่ง ตัวต่อ หนึ่ง เฟสให้พิจารณาตามขั้นตอนที่ 2

. 

 ขั้นตอนที่ 2

อุปกรณ์ที่ไม่ผ่านข้อกำหนดในขั้นตอนที่ 1 สามารถต่อเข้าระบบได้เมื่อ

2.1 อุปกรณ์ 3 เฟส

.

2.1.1 ค่ากระแสฮาร์มอนิกที่จุดต่อร่วมต้องไม่เกินค่าขีดจำกัดในตารางที่ 7

.

ตารางที่ 7 ขีดจำกัดกระแสฮาร์มอนิกสำหรับผู้ใช้ไฟฟ้ารายใด ๆ ที่จุดต่อร่วม

2.1.2 หากค่า MVASC ต่ำสุด ณ จุดต่อร่วมมีค่าแตกต่างจากค่า MVASC(Base) ที่ระบุในตารางที่ 7 ยอมให้ปรับค่ากระแสฮาร์มอนิกที่ยอมให้ไหลเข้าสู่ระบบด้วยสมการ                                      

โดยที่   Ih = กระแสฮาร์มอนิก (A) ลำดับที่ h ที่ยอมให้ไหลเข้าสู่ระบบ เมื่อค่า MVASC เป็น MVASC1

           Ihp = กระแสฮาร์มอนิก (A) ลำดับที่ h ที่กำหนดในตารางที่ 2

          MVASC1 = ค่า MVASC1 ต่ำสุด ณ จุด PCC มีค่าไม่เท่ากับค่า MVASC(Base)

          MVASC(Base) = ค่า MAVscBase สำหรับค่ากระแสฮาร์มอนิกตามตารางที่ 7

.

2.1.3 ยอมให้นำค่าคลาดเคลื่อนร้อยละ 10 หรือ 0.5 A (ค่าที่มากกว่าค่าใดค่า หนึ่ง ) มาใช้กับขีดจำกัดของกระแสแต่ละอันดับ ตามข้อ 2.1.2 ได้ไม่เกิน 2 อันดับ

.

2.1.4 ก่อนที่จะมีการเชื่อมต่อโหลดใหม่ ค่าผลรวมแรงดันฮาร์มอนิก (%THDV) ที่จุดต่อร่วมก่อนการเชื่อมต่อโหลดต้องมีค่าไม่เกิน 75% ของขีดจำกัดตามตารางที่ 8

. 

ตารางที่ 8 ขีดจำกัดความเพี้ยนฮาร์มอนิกของแรงดันสำหรับผู้ใช้ไฟฟ้ารายใด ๆ ที่จุดต่อร่วม

2.2 อุปกรณ์ 1 เฟส

.

2.2.1 ต้องสอดคล้องกับขีดจำกัดแรงดันไม่สมดุลตาม Engineering Recommendation P.16 ดังตารางที่ 9

. 
ตารางที่ 9 ขีดจำกัดแรงดันไม่สมดุลที่จุดต่อร่วม

2.2.2 อุปกรณ์ตามข้อ 1.2.2 ถ้าเกินขีดจำกัดตามขั้นตอนที่ 2 ไม่อนุญาตให้นำเข้าระบบ  

.

ขั้นตอนที่ 3

อุปกรณ์ไม่เป็นเชิงเส้นที่ไม่ผ่านการพิจารณาตามขั้นตอนที่ 2 ผู้ใช้ไฟฟ้าอาจสามารถเชื่อมต่อโหลดดังกล่าวกับระบบไฟฟ้าได้ ถ้ามีการศึกษาทำการวิเคราะห์คำนวณจากคุณลักษณะระบบ และพฤติกรรมฮาร์มอนิกของโหลดอย่างละเอียด โดยผลของแรงดันฮาร์มอนิกที่ได้ต้องไม่เกินขีดจำกัดตามตารางที่ 8

. 

แนวทางการแก้ไขปัญหาฮาร์มอนิก

เมื่อเราทราบว่าอุปกรณ์ในระบบมีการทำงานผิดพลาดหรือเสียหาย เนื่องจากปัญหาของฮาร์มอนิก โดยทราบได้จากการทำการประเมินหรือจากการวัด ดังนั้นจึงจำเป็นต้องมีการแก้ไขปัญหาดังกล่าว ซึ่งข้อสำคัญต้องเข้าใจคุณลักษณะของอุปกรณ์ที่เป็นแหล่งจ่ายฮาร์มอนิกและคุณลักษณะของระบบโดยละเอียด จึงสามารถที่จะแก้ไขปัญหาได้อย่างถูกต้องและได้ผล ในการแก้ไขปัญหาฮาร์มอนิกที่นิยมปฏิบัติกันทั่วไปคือ การควบคุมฮาร์มอนิกในบริเวณที่เป็นแหล่งจ่ายฮาร์มอนิกซึ่งทำได้ 2 วิธีหลักคือ โดยวิธีการลดกระแสฮาร์มอนิกจากตัวอุปกรณ์ที่เป็นแหล่งจ่ายกระแสฮาร์มอนิกเอง และวิธีการใช้ฟิลเตอร์เพื่อลดหรือกำจัดฮาร์มอนิกให้หมดจากระบบไป

.

1. การลดกระแสฮาร์มอนิกจากตัวอุปกรณ์ที่เป็นแหล่งจ่ายกระแสฮาร์มอนิกเอง แบ่งออกเป็น 2 ลักษณะวิธีคือ 

.

1.1 โดยวิธี Multipulse Methods and Transformers จะอาศัยหลักการ Phase Shift ของคุณลักษณะการต่อหม้อแปลงของอุปกรณ์ Converter ซึ่งนำมาขนานกัน ทำให้กระแสฮาร์มอนิกที่จ่ายออกมาบางลำดับมีการหักล้างกัน ดังแสดงในรูปที่ 1 เป็นการนำ Adjustable Speed AC Driver (ASD) ชนิด 6 Pulse สองตัวนำมาขนานกันโดยวิธี  Multipulse Methods and Transformers ผลทำให้กระแสฮาร์มอนิก ลำดับที่ 5, 7, 17,…ที่จ่ายออกมาจากอุปกรณ์ ASD ผ่านหม้อแปลงออกมามีการหักล้างกัน ทำให้กระแสฮาร์มอนิกที่ไหลเข้าระบบแต่ละลำดับจากอุปกรณ์ ASD 2 ตัวมีค่าเป็นไปตามสมการ 12±1 แต่ในทางปฏิบัติแล้วกระแสฮาร์มอนิกที่ถูกหักล้างไปยังมีค่าเหลืออยู่ประมาณ 10% ของค่าลำดับฮาร์มอนิกต่าง ๆ ซึ่งในวิธีการดังกล่าวสามารถลดกระแสฮาร์มอนิกจากอุปกรณ์ ASD ที่ไหลเข้าระบบได้ถึงประมาณ 60%

. 

1.2 โดยวิธีการนำ Choke Inductor มาต่อเข้าทางด้านเอาต์พุตของอุปกรณ์ที่เป็นแหล่งจ่ายกระแสฮาร์มอนิก ทำให้กระแสที่จ่ายออกมาจากเอาต์พุตเรียบขึ้น ซึ่งเป็นผลทำให้กระแสฮาร์มอนิกที่จ่ายเข้าระบบมีค่าลดลงไป 

. 

2. การใช้ฟิลเตอร์เพื่อลดหรือกำจัดฮาร์มอนิกให้หมดจากระบบไป แบ่งออกเป็น 2 ชนิดคือ

.

2.1 การใช้พาสซีฟฟิลเตอร์ (Passive Filter) คือการนำคาปาซิเตอร์ รีแอกเตอร์ และ รีซิสเตอร์ มาต่อเป็นฟิลเตอร์ความถี่เดียว (Single Tune Filter) เพื่อหลีกเลี่ยงปัญหาฮาร์มอนิกเรโซแนนซ์ หรือลดและกำจัดกระแสฮาร์มอนิกในระบบ และยังสามารถช่วยปรับปรุงค่าเพาเวอร์แฟกเตอร์ในระบบได้ในขณะเดียวกัน ชนิดของพาสซีฟฟิลเตอร์ ที่มีใช้งานอยู่ทั่วไปคือ Detuned Filter, Tune Filter และ High Pass Filter (Second Order, Third Order, C–Type) ดังแสดงในรูปที่ 22

. 

2.1.1 ดีจูนฟิลเตอร์ (Detune Filter) คือการนำรีแอกเตอร์มาต่ออนุกรมกับคาปาซิเตอร์ การออกแบบจะให้ค่าอิมพีแดนซ์รวมของฟิลเตอร์มีค่าลดลงค่า หนึ่ง โดยการปรับค่ารีแอกแตนซ์ให้เกิดเรโซแนนซ์อนุกรมกับค่าคาปาซิแตนซ์ที่ความถี่ใดความถี่ หนึ่ง โดยจะให้ความถี่ดังกล่าวมีค่าต่ำกว่าลำดับฮาร์มอนิกต่ำสุดที่มีอยู่ในระบบ เพื่อเป็นการแก้ไขปัญหาฮาร์มอนิกเรโซแนนซ์ที่อาจเกิดขึ้น และป้องกันไม่ให้คาปาซิเตอร์ได้รับความเสียหายเนื่องจากปัญหาฮาร์มอนิกดังกล่าว ดังเช่น การแก้ไขปัญหาฮาร์มอนิกเรโซแนนซ์ลำดับที่ 5 โดยทั่วไปจะใช้ฟิลเตอร์ที่มีค่ารีแอกแตนซ์ 6- 7% ของค่าคาปาซิแตนซ์ คือ XL = 0.06XC  ที่ความถี่จูน 204 Hz ตามสมการ  ซึ่งจากคุณสมบัติของดีจูนฟิลเตอร์ ความถี่ที่จูนจะไม่ให้ตรงกับความถี่ฮาร์มอนิกที่มีอยู่ในระบบ ทำให้ฟิลเตอร์ชนิดนี้ไม่สามารถที่จะกำจัดกระแสฮาร์มอนิกได้ผลมากนัก คือจะลดกระแสฮาร์มอนิกได้เพียง 10-30%  เท่านั้นในปัจจุบันเป็นที่นิยมใช้เนื่องจากออกแบบง่ายและมีราคาถูกกว่าฟิลเตอร์ชนิดอื่น ๆ

. 

2.1.2 จูนฟิลเตอร์ (Tune Filter) คือการนำรีแอกเตอร์มาต่ออนุกรมกับคาปาซิเตอร์มาทำเป็นฟิลเตอร์เช่นเดียวกับดีจูนฟิลเตอร์ แต่การออกแบบจะให้ค่ารีแอกแตนซ์กับคาปาซิแตนซ์เกิดเรโซแนนซ์อนุกรมกัน ที่ความถี่ใกล้กับความถี่ของฮาร์มอนิกที่ต้องการกำจัดออกไป ทำให้ค่าอิมพีแดนซ์รวมของตัวฟิลเตอร์ชนิดนี้มีค่า น้อย ที่สุด คุณสมบัติของฟิลเตอร์ชนิดนี้ออกแบบมาเพื่อที่จะกำจัดกระแสฮาร์มอนิก ซึ่งโดยทั่วไปสามารถที่จะกำจัดกระแสฮาร์มอนิก ได้ถึง 70- 90 % การจูนนิยมจูนต่ำกว่า 3-10% ของความถี่ของฮาร์มอนิกที่ต้องการกำจัดออกไป เพื่อเป็นการป้องกันความถี่จูนที่อาจมีการเลื่อนออกไป เนื่องจากค่าความคลาดเคลื่อนของตัวอุปกรณ์ที่ใช้ทำฟิลเตอร์หรือค่าพารามิเตอร์ของระบบอาจเปลี่ยนแปลงไป  และส่วนหนึ่งเพื่อเป็นการป้องกันไม่ให้ตัวคาปาซิเตอร์มีกระแสฮาร์มอนิกไหลผ่านมากเกินไป         

. 

2.1.3 ฟิลเตอร์ความถี่สูง (High Pass Filter) คือการนำคาปาซิเตอร์ รีแอกเตอร์ และรีซิสเตอร์ มาต่อเป็นฟิลเตอร์ที่ใช้กำจัดฮาร์มอนิกในลำดับความถี่สูง นิยมใช้กำจัดฮาร์มอนิกความถี่ที่ 17 ขึ้นไป

. 

สิ่งที่ควรพิจารณาเมื่อมีการใช้พาสซีฟฟิลเตอร์ติดตั้งในระบบ

1. เมื่อนำคาปาซิเตอร์มาต่อใช้งานเป็นฟิลเตอร์ ควรมีการคำนึงถึงค่าพิกัดการใช้งานของคาปาซิเตอร์ตาม มาตรฐาน IEEE Std.18-1992 ดังตารางที่ 10

. 

ตารางที่ 10 ค่าพิกัดสูงสุดการใช้งานของคาปาซิเตอร์ที่ความถี่หลักมูล (50Hz)

.

2. ในการออกแบบต้องมีการพิจารณาถึงคุณสมบัติของอุปกรณ์ต่าง ๆ ที่นำมาทำเป็นฟิลเตอร์อย่างละเอียด ในเรื่องของค่าความคลาดเคลื่อนที่เกิดขึ้นของอุปกรณ์จากผู้ผลิตตามมาตรฐานต่าง ๆ ดังตารางที่ 11 เพื่อที่ฟิลเตอร์จะทำงานได้อย่างถูกต้องและได้ผล เช่น ในกรณีที่มีการใช้ฟิลเตอร์มากกว่า หนึ่ง ตัวต่อขนานกันที่บัสเดียวกัน เพื่อกำจัดฮาร์มอนิกแต่ละความถี่ในระบบ ค่าความคลาดเคลื่อนของตัวอุปกรณ์ที่ทำให้ฟิลเตอร์แต่ละตัวมีค่าความถี่จูนเลื่อนออกไป อาจทำให้ฟิลเตอร์แต่ละตัวเกิดเรโซแนนซ์ขนานระหว่างกันได้

. 

ตารางที่ 11 แสดงค่าความผิดพลาดของอุปกรณ์จากผู้ผลิตตามมาตรฐานต่าง ๆ

. 

3.  การใช้ฟิลเตอร์จูนเพื่อกำจัดฮาร์มอนิกที่ความถี่ เมื่อคิดผลของระบบรวมไปด้วย    ทำให้เกิดความถี่เรโซแนนซ์ของระบบขึ้นใหม่ที่        

ความถี่  ดังรูปที่ 24 ซึ่งอาจจะไปตรงกับความถี่ฮาร์มอนิกที่มีอยู่ในระบบและทำให้เกิดปัญหาฮาร์มอนิกเรโซแนนซ์ได้ ดังนั้น ในการออกแบบฟิลเตอร์ต้องมีการพิจารณาถึงกรณีนี้ด้วย และจากผลจากข้างต้นนี้ทำให้เกิดข้อควรระวังในการปลดสับฟิลเตอร์ เมื่อมีการใช้ฟิลเตอร์มากกว่า หนึ่ง ตัวมาต่อขนานกันที่บัสเดียวกัน เช่น เพื่อกำจัดฮาร์มอนิกลำดับที่ 5,7,11 ในการปลดฟิลเตอร์ออกจากระบบต้องทำการปลดฟิลเตอร์ที่มีลำดับสูงออกก่อน คือลำดับที่ 11 เพื่อให้ฟิลเตอร์ลำดับที่ 7 ยังคอยควบคุมปัญหาฮาร์มอนิกเรโซแนนซ์ที่อาจเกิดขึ้นจากผลของฟิลเตอร์ลำดับที่ 11 อยู่ และเมื่อมีการสับฟิลเตอร์เข้าระบบจะต้องทำการเลือกฟิลเตอร์ลำดับที่ต่ำก่อนด้วยเหตุผลเช่นเดียวกันกับที่กล่าวมาดังข้างต้น

. 

.

2.2 การใช้แอกตีฟฟิลเตอร์ (Active Filter) หรือเรียกอีกอย่าง หนึ่ง ว่า ตัวปรับปรุงฮาร์มอนิก (Active Harmonic Conditioner) ทำจากอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์กำลังที่ทำงานด้วยความเร็วสูง เช่น IGBT ฟิลเตอร์ชนิดนี้จะทำหน้าที่จ่ายกระแสฮาร์มอนิกออกมาหักล้างกับกระแสฮาร์มอนิกที่จ่ายออกมาจากอุปกรณ์อย่างแม่นยำ เพื่อให้กระแสที่ออกมาจากอุปกรณ์ที่เป็นแหล่งจ่ายฮาร์มอนิกมีเพียงแต่กระแสหลักมูล ดังแสดงในรูปที่ 5 ซึ่งปัจจุบันยังไม่ค่อยนิยมนำมาใช้งานเนื่องจากยังคงมีราคาแพงเมื่อเทียบกับพาสซีฟฟิลเตอร์

. 

การแก้ไขปัญหาฮาร์มอนิกสามารถเลือกวิธีการแก้ไขได้หลายวิธี ซึ่งขึ้นอยู่กับจุดมุ่งหมายและขอบเขตที่ต้องการแก้ไข เช่น ขนาดความต้องการที่จะลดกระแสฮาร์มอนิกลงเพื่อไม่ให้อุปกรณ์ในระบบทำงานผิดพลาด การป้องกันคาปาซิเตอร์จากปัญหาฮาร์มอนิกเรโซแนนซ์ การกำจัดฮาร์มอนิกในระบบให้หมดไป และมีการลงทุนที่เหมาะสม   

. 

บทสรุป

ปัญหาฮาร์มอนิกในระบบไฟฟ้า เป็นปัญหาส่วน หนึ่ง ในเรื่องของคุณภาพไฟฟ้า ที่ทำให้อุปกรณ์มีการทำงานผิดพลาดหรือเกิดการชำรุดเสียหายได้ ถ้าไม่มีการเตรียมการศึกษาและวิเคราะห์เพื่อการป้องกันและแก้ไข จากโหลดที่ไม่เป็นเชิง ที่นับวันจะมีแนวโน้มมากขึ้นเรื่อย ๆ ซึ่งบทความนี้ได้กล่าวถึงภาพโดยรวมของฮาร์มอนิก เพื่อให้ผู้อ่านมีความเข้าใจในเรื่องฮาร์มอนิกมากขึ้น และสามารถที่จะนำไปเป็นความรู้พื้นฐานที่จะศึกษาเพิ่มเติมและเตรียมการแก้ไขกับปัญหาดังกล่าวต่อไป

.

เอกสารอ้างอิง

1. Engineering Recommendation G.5/3 September 1976 The Electricity Council Chief Engineer Conference “Limits for Harmonics in The Electricity Supply System”

2.  PRC-PQG-01-1998 ข้อกำหนดกฎเกณฑ์ฮาร์มอนิกเกี่ยวกับไฟฟ้าประเภทธุรกิจและอุตสาหกรรมคณะทำงานศึกษา และกำหนดค่าที่เหมาะสมของ Power Quality”

3.  IEC 1000-3-6 Assessment of emission limit for distoring loads in MV and HV power system

4. P519A/D5Guide for Applying Harmonic Limits on Power System  

5. IEEE Std. 141-1993, IEEE Recommended Practice for Electric Power Distribution for Industrial Plants

6. IEEE Std. 18-1992 IEEE Standard for Shunt Power Capacitors

7. IEEE Std. C57.110-1986 Recommended practice for establishing transformer capability when supplying No sinusoidal load currents

8.  IEC 1000-4-7General guide on harmonic end interharmonics measurement and instrumentation, for power supply systems and equipment connected thereto

9.  Ronald H. Simpson “Instrumentation, Measurement Techniques, and Analytical Tools in Power Quality Studies” IEEE Transactions on Industrial applications, vol.34, No.3 May /June1995

10. Peter E. Sutherland, “Harmonic Measurement in Industrial Power System” IEEE Transactions on Industrial applications, vol.31, No.1, January /February 1995

11. IEC 1000-3-2 Limit for harmonic current emission (equipment input current 16 A per phase) Basic EMC publication

12. Power Electronic Converter Harmonic Multipulse Methods for Clean Power, Dere A. Paice

13. Effects of Harmonic on Equipment   “IEEE Transaction on Power Delivery, Vol.8, No.2, April 1993”

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