เนื้อหาวันที่ : 2013-05-03 11:22:03 จำนวนผู้เข้าชมแล้ว : 21918 views

ปัญหาแรงดันไฟฟ้าไม่สมดุลของมอเตอร์ไฟฟ้า

ข้อมูลที่ระบุเอาไว้บนเนมเพลต (Name Plate) ของมอเตอร์ไฟฟ้าชนิดอินดักชั่นนั้น ระบุถึงพารามิเตอร์ต่าง ๆ ที่ทำให้มอเตอร์สามารถทำงานได้อย่างปกติ โดยเฉพาะเรื่องของแรงดันไฟฟ้า (Voltage) ถือเป็นข้อมูล และพารามิเตอร์หลักที่จะเพิ่ม หรือลดประสิทธิภาพการทำงานของมอเตอร์ไฟฟ้าได้ ทั้งนี้เนื่องจากการใช้งานในมอเตอร์มักเกิดปัญหาของระดับแรงเคลื่อนไฟฟ้าที่จ่ายให้มอเตอร์ ยกตัวอย่างเช่น แรงดันต่ำ (Under Voltage), แรงดันไม่สมดุล (Unbalance) หรือแรงดันเกิน (Over Voltage) โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อเกิดในระบบไฟฟ้า 3 เฟส

ปัญหาแรงดันไฟฟ้าไม่สมดุลของมอเตอร์ไฟฟ้า


ปนัดดา ศรีจันทรา
    
         ข้อมูลที่ระบุเอาไว้บนเนมเพลต (Name Plate) ของมอเตอร์ไฟฟ้าชนิดอินดักชั่นนั้น ระบุถึงพารามิเตอร์ต่าง ๆ ที่ทำให้มอเตอร์สามารถทำงานได้อย่างปกติ โดยเฉพาะเรื่องของแรงดันไฟฟ้า (Voltage) ถือเป็นข้อมูล และพารามิเตอร์หลักที่จะเพิ่ม หรือลดประสิทธิภาพการทำงานของมอเตอร์ไฟฟ้าได้ ทั้งนี้เนื่องจากการใช้งานในมอเตอร์มักเกิดปัญหาของระดับแรงเคลื่อนไฟฟ้าที่จ่ายให้มอเตอร์ ยกตัวอย่างเช่น แรงดันต่ำ (Under Voltage), แรงดันไม่สมดุล (Unbalance) หรือแรงดันเกิน (Over Voltage) โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อเกิดในระบบไฟฟ้า 3 เฟส

     ดังนั้น คุณภาพด้านแรงดันไฟฟ้าของมอเตอร์จึงมีผลและสร้างปัญหาให้กับการใช้งานมอเตอร์ไฟฟ้าได้อย่างมาก เพราะหากป้อนแรงดันไม่ตรงตามที่ระบุเอาไว้บนเนมเพลตและไม่มีการติดตั้งอุปกรณ์ป้องกันด้วยแล้วความเสียหายก็จะเกิดขึ้นได้                                                                                                                                                                                                                                                                          

ระดับแรงดันปกติของมอเตอร์ไฟฟ้า

    สมาคมผู้ผลิตอุปกรณ์ไฟฟ้าแห่งชาติสหรัฐ (NEMA) ได้ระบุข้อกำหนดมาตรฐานเกี่ยวกับแรงดันไฟฟ้าสำหรับมอเตอร์ไฟฟ้าไว้ในอนุกรมมาตรฐาน NEMA MG 1-2003: Motor and Generator

    มอเตอร์ไฟฟ้าที่ผ่านการรับรองตามมาตรฐานดังกล่าวจะทำงานในย่านแรงดันที่มากกว่า หรือน้อยกว่าแรงดันพิกัด (Rated Voltage) ไม่เกิน 10 % ยกตัวอย่างเช่น ถ้าแรงดันไฟฟ้าที่พิกัดของมอเตอร์ตัวหนึ่งเท่ากับ 380 โวลต์ มอเตอร์จะทำงานได้อย่างปลอดภัยในระดับแรงดันไฟฟ้า 342 ถึง 418 โวลต์ อย่างไรก็ตามแม้ว่าจะปลอดภัย แต่การเปลี่ยนของระดับแรงดันจะส่งผลให้แรงบิด (Torque), อุณหภูมิ, กระแสไฟฟ้า, ความเร็วรอบมอเตอร์ รวมทั้งคุณลักษณะอื่นเปลี่ยนไปจนอาจส่งผลต่อการขับภาระของมอเตอร์ โดยเฉพาะหากอุณหภูมิของมอเตอร์สูงขึ้นจะส่งผลให้อายุการใช้งานของมอเตอร์ไฟฟ้าลดลง เพราะความร้อนจะทำให้ฉนวนของขดลวดตัวนำเสื่อมสภาพเร็วขึ้น

 ทั้งนี้มีการศึกษาถึงผลกระทบของอุณหภูมิในขณะใช้งานมอเตอร์ พบว่าการเพิ่มของอุณหภูมิ 10 ๐C จะสร้างการเสื่อมสภาพให้กับฉนวนขดลวดตั้งแต่ 50% ขึ้นไป ดังในตารางที่ 1 แสดงระดับแรงดันปกติของมอเตอร์ไฟฟ้า และระดับแรงดันที่มอเตอร์สามารถทำงานได้ ตามมาตรฐาน NEMA MG1-1993

ตารางที่ 1 ระดับแรงดันใช้งานของมอเตอร์อินดักชั่น ตามมาตรฐาน NEMA

ตารางที่ 2 แสดงผลกระทบของการเปลี่ยนแรงดันไฟฟ้าที่ส่งผลต่อคุณสมบัติอื่น ๆ ของมอเตอร์ไฟฟ้า 3 เฟส 


ความไม่สมดุลของแรงดันไฟฟ้า

            คุณภาพของแรงดันไฟฟ้าซึ่งเกี่ยวข้องกับมาตรฐาน NEMA อย่างมากก็คือเรื่องของความไม่สมดุลของระดับแรงดัน หรือที่เรียกว่า “Voltage Unbalance” เพราะจะทำให้เกิดความไม่เท่ากันของกระแสไฟฟ้าในแต่ละเฟส ส่งผลต่อการเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิขดลวด และการสูญเสียพลังงานไฟฟ้าของมอเตอร์ นอกจากนี้ความไม่สมดุลของแรงดันไฟฟ้าจะส่งผลให้กระแสไฟฟ้าในขดลวดมอเตอร์เปลี่ยนไป 6-10 เท่าของเปอร์เซ็นต์แรงดันไฟฟ้าไม่สมดุล

           หากความไม่สมดุลของแรงดันไฟฟ้าเกินระดับที่ยอมรับได้อาจสร้างปัญหาอย่างมากกับมอเตอร์ไฟฟ้าที่ต่อกับเมนไฟฟ้านั้น ๆ โดยเฉพาะอย่างยิ่งหากเกิดกับมอเตอร์ไฟฟ้าชนิดอินดักชั่น เพราะมอเตอร์ชนิดนี้ทนแรงดันไ ม่สมดุลได้น้อยจนเกิดความเสียหายตามมาได้ แรงดันไฟฟ้าไม่สมดุลยังส่งผลกับวงจรขับมอเตอร์ซึ่งใช้รับไฟมาจากวงจรเรียงกระแส (Rectifier) แบบ 3 เฟส ส่งผลให้เกิดฮาร์มอนิกในวงจร และส่งผ่านไปยังวงจรไฟฟ้าส่วนอื่น ๆ ในโรงงานได้

            ในระบบแหล่งจ่ายไฟฟ้าที่จ่ายแรงดันรูปคลื่นไซน์  (Sinusoidal) ซึ่งจ่ายแรงดัน 3 เฟส ที่มีขนาด (Magnitude) เท่ากันทั้ง 3 เฟส โดยที่แต่ละเฟสทำมุมทางไฟฟ้ากันเท่ากับ 120 องศา ดังแสดงในรูปที่ 1 และความไม่สมดุลของแรงดันไฟฟ้าหมายถึงขนาดของแต่ละเฟสไม่เท่ากัน ดังแสดงในรูปที่ 2 เมื่อขนาดของแรงดันไม่เท่ากันจะส่งผลให้ผลรวมทางเวกเตอร์ของแต่ละเฟสไม่เท่ากับศูนย์

ซึ่งก็หมายถึงว่าจะเกิดกระแสไฟฟ้าไหลในสายนิวตรอล (Neutral) ของระบบ โดยที่สาเหตุของความไม่สมดุลของแหล่งจ่ายไฟฟ้า เกิดได้จากหลายสาเหตุ เช่น ความไม่เท่ากันของอิมพีแดนซ์ในระบบสายส่ง และระบบจำหน่ายไฟฟ้าจากต้นทางไปยังผู้ใช้ไฟฟ้า, เกิดจากโหลดของแต่ละเฟสไม่เท่ากัน หรือไม่สมดุลกันทั้ง 3 เฟส เมื่อนำเอาแหล่งจ่ายไฟที่มีแรงดันไฟฟ้าไม่สมดุล ไปจ่ายให้กับโหลด 3 เฟสที่สมดุลกันแล้ว จะส่งผลให้กระแสไฟฟ้าที่ไหลเข้าโหลดในแต่ละเฟสไม่เท่ากันจนทำให้โหลด หรืออุปกรณ์ไฟฟ้านั้น ๆ ทำงานได้ไม่เต็มประสิทธิภาพ และแรงดันที่ไม่สมดุลนำมาซึ่งปัญหาด้านคุณภาพของกำลังไฟฟ้า 

อาการที่เกิดจากแรงดันผิดปกติ         

อาการของมอเตอร์ที่เกิดจากปัญหาของแรงดันไฟฟ้าไม่สมดุล หรือไม่ตรงตามที่ระบุเอาไว้บนเนมเพลต อาจสังเกตได้ไม่ชัดเจน ทั้งนี้ระดับแรงดันจะเปลี่ยนแปลงได้จากผลกระทบของภาระที่กำลังขับเคลื่อนอยู่ด้วย การวัดค่าแรงดันในสภาวะคงที่ (Steady State) ในจุดที่สามารถทำได้จึงเป็นวิธีการที่ดีที่สุดที่จะรู้ถึงปัญหาที่เกิดขึ้น นอกจากนี้แล้วเรายังอาจสังเกตเหตุการณ์ดังต่อไปนี้เพื่อตรวจสอบปัญหาที่เกิดขึ้นได้
- มีมอเตอร์ไฟฟ้าหลายตัวในโรงงานเสียบ่อยขึ้น

- อายุการใช้งานของมอเตอร์ที่ซ่อมมาใหม่สั้นลงกว่าที่คาดเอาไว้

- การทริปของวงจรจ่ายไฟมอเตอร์โดยไม่รู้สาเหตุ

- มอเตอร์มีความไวต่อแรงดันกระเพื่อมมากกว่าอุปกรณ์ไฟฟ้าอื่น ๆ

- การสตาร์ทมอเตอร์ทำได้ยากกว่าที่เคยเป็น

- อุปกรณ์ป้องกันมอเตอร์สั่งการทริปบ่อย ๆ

ข้อสังเกตที่กล่าวมานี้เป็นจุดเริ่มต้นช่วยตัดสินใจเพื่อการวิเคราะห์ และตัดสินใจแก้ไขระบบแรงดันไฟฟ้าของสายการผลิต หรือของโรงงานที่ป้อนให้กับมอเตอร์ไฟฟ้า และเมื่อรู้ถึงปัญหาเกี่ยวกับระดับแรงดันของมอเตอร์ไฟฟ้าแล้ว จะมีวิธีการแก้ไขตามขั้นตอนต่าง ๆ ดังนี้

ขั้นตอนที่ 1

 ตรวจสอบว่าปัญหาที่เกิดขึ้นนั้น มาจากมอเตอร์ตัวใดตัวหนึ่ง หรือเกิดปัญหาทั้งระบบ เพื่อแยกสาเหตุว่าน่าจะเกิดจากแหล่งจ่ายไฟภายนอก หรือภายใน ทั้งนี้การตรวจสอบด้วยการวัดค่าพารามิเตอร์สำคัญ อาจใช้รูปแบบเอกสารบันทึกข้อมูลที่จำเป็นดังแสดงในตารางที่ 3 เพื่อบันทึกค่าแรงดันไฟฟ้าในวงจร (แบบเฟสต่อเฟส และแรงดันไฟฟ้าในแต่ละไลน์) และกระแสไฟฟ้าแต่ละเฟสด้วยมิเตอร์แบบ RMS เพื่อตรวจสอบหากเกิดฮาร์มอนิกขึ้น ค่าที่ได้จากการวัดจะนำมาคำนวณบอกถึงความไม่สมดุลของแรงดันไฟฟ้าได้ โดยเทียบกับค่าที่ระบุไว้บนเนมเพลต ด้วยสมการที่ 1

ตารางที่ 3 แบบบันทึกข้อมูลการตรวจสอบมอเตอร์


     เปอร์เซ็นต์ Voltage Unbalance = (ค่าเบี่ยงเบนสูงสุด/ค่าเฉลี่ย) x 100
     เปอร์เซ็นต์ Current Unbalance = (ค่าเบี่ยงเบนสูงสุด/ค่าเฉลี่ย) x 100 ………. (สมการที่ 1)

  ขั้นตอนที่ 2

ทำการวัดค่าแรงดันไฟฟ้า และกระแสไฟฟ้าในจุดที่สามารถวัดระหว่างหม้อแปลงไฟฟ้า ไปจนถึงขั้วต่อไฟฟ้าของมอเตอร์ ถ้าเป็นมอเตอร์แบบ 3 เฟส จะต้องทำการบันทึกค่าทั้ง 3 เฟส และหากเป็นไปได้ให้วัดค่าแรงดัน และกระแสไฟฟ้าในขณะที่มอเตอร์กำลังหมุน เมื่อวิ่งตัวเปล่า และในขับโหลดเต็มที่ ยกตัวอย่างเช่น มอเตอร์ไฟฟ้าในระบบปรับอากาศ ให้ทำการบันทึกในขณะเริ่มเครื่อง ในขณะไม่มีโหลด

และในขณะมีโหลดเต็มที่ ซึ่งจะได้เอกสารบันทึก 3 ชุดแยกกัน นอกจากนี้หากสามารถวัดค่าแรงดันขดลวดมอเตอร์ที่วงจรควบคุมมอเตอร์ได้ด้วยก็จะมีประโยชน์กับการหาสาเหตุการทริปของวงจรไฟฟ้าซึ่งเกิดจากแรงดันกระชาก หรือแรงดันต่ำที่รีเลย์ควบคุม หรือความผิดปกติของขดลวดสตาร์ทของมอเตอร์ได้อีกด้วย

  ขั้นตอนที่ 3

     ถ้าเป็นมอเตอร์ 3 เฟส เราอาจคำนวณเปอร์เซ็นต์ของแรงดันไม่สมดุลได้ด้วยวิธีการดังนี้
1. เฉลี่ยค่าแรงดัน จากค่าในแต่ละเฟส  (Vab, Vbc 1และ Vca หารด้วย 3)

2. เลือกค่าของแรงดันเฟสต่อเฟส ซึ่งเปลี่ยนแปลงมากที่สุดจากค่าเฉลี่ยเพื่อหาความแตกต่างระหว่างค่าแรงดันเฉลี่ยกับค่าที่เปลี่ยนแปลงสูงสุดจากค่าเฉลี่ย (หรือเรียกว่าค่าเบี่ยงเบนสูงสุดจากค่าเฉลี่ย)


ยกตัวอย่างเช่น ถ้าแรงดันที่วัดได้เป็น 389, 411 และ 400 โวลต์ จะได้ว่าแรงดันเฉลี่ยเท่ากับ
(389+411+400)/3 = 400 โวลต์                                                                                                                                                                                                                                                                                            

โดยค่าที่มีความต่างจากค่าเฉลี่ยมากที่สุดเท่ากับ (400-389) = 11 โวลต์

จากสมการที่ 1 ก็จะได้ว่า % Voltage Unbalance = (11/400) x 100 = 2.75% 
และใช้วิธีการเดียวกันนี้คำนวณ % Current Unbalance

ขั้นตอนที่ 4
     ถ้าผลลัพธ์ที่ได้จากขั้นตอนที่ 3 ปรากฏว่ากระแสไฟฟ้าของมอเตอร์สูงกว่ากระแสไฟฟ้าที่พิกัด หรือแรงดันไฟฟ้าไม่สมดุลเกิดขึ้นเกิน 1% และมอเตอร์หยุดทำงาน โดยที่แรงดันใช้งานของมอเตอร์อยู่นอกเหนือค่าที่ระบุไว้ในตารางที่ 1

เราอาจทำการตรวจสอบ และแก้ไขดังนี้
1. ตรวจสอบชิ้นส่วนต่าง ๆ ของมอเตอร์ ตั้งแต่ส่วนของเมนไฟฟ้า, สายตัวนำ ไปจนถึงขั้วต่อมอเตอร์

2. ตรวจสอบว่าจุดต่อไฟฟ้าต่าง ๆ ในวงจรมอเตอร์นั้นแน่นหนาดีหรือไม่ เพราะจุดต่อที่หลวม หรือชำรุดจะส่งผลต่อค่าอิมพีแดนซ์ของวงจรมอเตอร์

3. ตรวจสอบให้แน่ใจว่าขั้วต่อที่เลือกใช้เข้ากันได้กับชนิดของตัวนำโลหะที่เลือก ทั้งนี้ความร้อนอาจทำให้โลหะต่างชนิดกันทำปฏิกิริยาต่อกันจนส่งผลให้สายตัวนำ กับขั้วต่อ (Terminal) เกิดการหลวม

4. ตรวจสอบแมกเนติกคอนแทกเตอร์ว่าทำงานปกติ และมีขนาดเหมาะสมกับมอเตอร์หรือไม่ เพราะบางครั้งที่แมกเนติกเสื่อมสภาพ หรือมีหน้าสัมผัสที่สกปรกจะส่งผลต่อการจ่ายไฟฟ้าให้กับมอเตอร์ได้

5. ตรวจสอบขนาดของสายตัวนำไฟฟ้าที่จ่ายไฟฟ้าให้กับมอเตอร์และวงจรควบคุม การเลือกใช้สายตัวนำที่เล็กกว่าพิกัดกระแสส่งผลให้เกิดปัญหาแรงดันตกได้

6. ตรวจสอบคาปาซิเตอร์ที่ต่ออยู่ในวงจร 3 เฟส เผื่อว่าเฟสใดที่คาปาซิเตอร์ถูกตัดออกจากวงจร เช่น ฟิวส์ขาด หรือคาปาซิเตอร์เสีย จนทำให้เกิดความไม่สมดุลของแรงดันแต่ละเฟสได้

     ปัญหาเกี่ยวกับความไม่สมดุลของแรงดันไฟฟ้าที่เกิดขึ้นเกิน 3% ในขณะที่ยังไม่ได้เริ่มเดินมอเตอร์ อาจต้องติดต่อหน่วยงานไฟฟ้าท้องถิ่นเพื่อหาสาเหตุ และแก้ไข อย่างไรก็ตาม หากได้การตรวจสอบในขั้นตอนที่ 1-4 แล้วยังคงปรากฏปัญหาของแรงดันไฟฟ้าอยู่ ก็อาจต้องพิจารณาหัวข้อต่อไปนี้เพื่อวิเคราะห์ปัญหาเพิ่มเติม

แรงดันในสภาวะคงที่ (Steady State Voltage) สูงมาก หรือต่ำเกินไป

   หากระดับแรงดันใช้งานของมอเตอร์อยู่นอกเหนือระดับขอบเขต 10% หรือหากต้องการให้ระดับแรงดันใช้งานของมอเตอร์เข้าใกล้กับค่าที่แสดงบนเนมเพลต ก็อาจต้องใช้วิธีปรับเพิ่ม หรือลดแหล่งจ่ายไฟฟ้าให้อยู่ในย่านที่ต้องการ อย่างไรก็ตามการปรับค่าลด หรือเพิ่มจะส่งผลเสียต่อการเริ่มเดินของมอเตอร์ และกับวงจรควบคุมได้

   การปรับแรงดันที่จ่ายให้มอเตอร์ อาจใช้วิธีการปรับแท็ปลดแรงดันที่หม้อแปลงไฟฟ้า ซึ่งจ่ายไฟฟ้าให้กับโรงงาน แต่ทั้งนี้การปรับระดับแรงดันโดยรวมอาจส่งผลกับอุปกรณ์ไฟฟ้าอื่น ๆ ซึ่งต้องการแรงดันที่คงที่ ทางเลือกที่สามารถทำได้ดีกว่าคือ การเลือกใช้หม้อแปลงแบบ Step Up หรือ Step Down สำหรับปรับแรงดันให้มอเตอร์บางตัวแทนการปรับที่เมนไฟฟ้าหลักของโรงงาน ทั้งนี้หม้อแปลงไฟฟ้าบางชนิดสามารถจ่ายแรงดันไฟฟ้าคงที่ได้ (Constant Voltage Transformer) ซึ่งก็จะช่วยลดผลกระทบที่เกิดกับวงจรควบคุมมอเตอร์ได้

   นอกจากนี้เราอาจเลือกใช้หม้อแปลงแบบ “Auto Transformer” ที่สามารถรักษาระดับแรงดันแบบเพิ่ม/ลด (Boost, Buck Regulator) ช่วยปรับแรงดันได้ 5-20% ขึ้นอยู่กับรูปแบบการเชื่อมต่อวงจรขดลวดปฐมภูมิ หรือทุติยภูมิ หม้อแปลงแบบออโต้ซึ่งเป็นแบบ 1 เฟส เราอาจนำมาใช้กับมอเตอร์ไฟฟ้าแบบ 3 เฟสได้ด้วยการต่อหม้อแปลง 3 ตัว ที่แต่ละเฟส แต่มีข้อควรระวังว่า ค่าอิมพีแดนซ์ของหม้อแปลงทั้ง 3 จะต้องเท่ากันด้วย

รูปที่ 3 แสดงการต่อ Boost/Buck เข้าในระบบไฟฟ้า

 ถ้าแรงดันไม่สมดุลมีค่าสูง

  การแก้ปัญหาจะต้องค้นหาสาเหตุ และระดับของแรงดันไม่สมดุลในหน่วยเปอร์เซ็นต์เสียก่อนเพื่อที่จะทำการแก้ไข ยกตัวอย่างเช่น ความไม่สมดุลที่เกิดจากแหล่งจ่ายไฟฟ้าไม่สมดุล, เกิดจากโหลดในระบบ Single Phase ไม่สมดุล, จุดต่อวงจรมีค่าอิมพีแดนซ์สูง หรือเกิดจาดความผิดปกติของแหล่งจ่ายไฟฟ้า ในหลากหลายกรณีของสาเหตุเราอาจตรวจไม่พบจากขั้นตอนที่ 1-4 

     หากความไม่สมดุลของแรงดันไฟฟ้าไม่ได้เกิดจากส่วนของวงจรจ่ายไฟฟ้าภายในโรงงาน และไม่ได้เกิดจากโหลดในระบบ Single Phase ไม่สมดุล กรณีนี้อาจต้องติดต่อการไฟฟ้าท้องถิ่นเพื่อตรวจสอบความไม่สมดุลของแรงดันระบบสายส่งไฟฟ้าให้โรงงาน หรืออาจต้องติดตั้งอุปกรณ์รักษาระดับแรงดันไฟฟ้าให้กับระบบไฟฟ้าในโรงงาน

     หากระดับความไม่สมดุลของแรงดันไฟฟ้าสูงเกิน 1 % และไม่ส่งผลอย่างชัดเจนกับการทำงานของอุปกรณ์ไฟฟ้า หรือไม่ได้ทำให้อุปกรณ์ตัดตอนไฟฟ้าทำงาน ก็อาจเป็นได้ว่าระดับของแรงดันเป็นผลมาจากโหลดที่เปลี่ยนไปในแต่ละช่วงเวลา ในขณะที่มาตรฐานของ NEMA ระบุว่ามอเตอร์ไฟฟ้าจะทำงานได้อย่างเต็มประสิทธิภาพเมื่อระดับโหลด ใกล้เคียงพิกัด

และมีระดับความไม่สมดุลของแรงดันเกิดขึ้นไม่เกิน 1% ส่วนมาตรฐานของ ANSI และ IEEE C84.1 ระบุไว้ที่ไม่เกิน 3% อย่างไรก็ตามจากข้อมูลการปฏิบัติทั่วไปพบว่าหากตรวจสอบได้ว่าแรงดันที่ขั้วของมอเตอร์เกิดการไม่สมดุลเกิน 1% แล้วเราอาจต้องลดพิกัด (Derating) การใช้งานของมอเตอร์เพื่อเพิ่มความน่าเชื่อถือ และเพิ่มความปลอดภัย  โดยพิจารณาจากกราฟความสัมพันธ์ระหว่างเปอร์เซ็นต์ของแรงดันไม่สมดุล กับตัวคูณลดพิกัด (Derating Factor) ดังแสดงในรูปที่ 4


 

 รูปที่ 4  กราฟความสัมพันธ์ระหว่างเปอร์เซ็นต์ของแรงดันไม่สมดุล

 

ทั้งนี้การลดพิกัดมอเตอร์ตามกราฟในรูปที่ 4 สำหรับมอเตอร์ขนาดเล็กและขนาดกลาง เพื่อป้องกันตัวมอเตอร์ร้อนจัดจนเกิดอันตรายได้

กรณีศึกษาความผิดปกติจากแรงดันไม่สมดุล

 โรงงานแห่งหนึ่งติดต่อไปยังการไฟฟ้าเพื่อให้ช่วยตรวจสอบปัญหาเกี่ยวกับกระแสไฟฟ้าที่จ่ายให้โรงงาน เนื่องจากในช่วงหลัง ๆ มานี้มีมอเตอร์ไฟฟ้าในโรงงานเสียบ่อย ผิดปกติ ทั้งนี้โรงงานติดตั้งหม้อแปลงขนาด 1000KVA 380 โวลต์ เมื่อทำการตรวจวัดค่าแรงดันในแต่ละเฟสที่จ่ายให้มอเตอร์ไฟฟ้าได้ค่าดังนี้

     แรงดันเฟส A-B = 390 โวลต์, แรงดันเฟส B-C = 370 โวลต์ และแรงดันเฟส C-A = 400 โวลต์,
     คำนวณค่าเฉลี่ยจากแรงดันทั้ง 3 ส่วน จะได้ว่า V(average) = (390+370+400)/3 = 386.67 โวลต์
     ค่าเบี่ยงเบนสูงสุด เท่ากับ (386.67-370) = 16.67 โวลต์

 ดังนั้นแรงดันไม่สมดุลจากกรณีนี้ จึงมีค่าเท่ากับ [16.67/386.67) x 100] = 4.3 เปอร์เซ็นต์ ซึ่งค่าความไม่สมดุลที่คำนวณได้นี้มีค่าสูงกว่าที่คาดไว้ว่าจะเกิดผลของการขับโหลด หรือเกิดจากปัญหาของแหล่งจ่ายไฟฟ้า จึงต้องค้นหาสาเหตุต่อไปดังนี้

 ทำการวัดกระแสไฟฟ้าจากสายส่ง ไปยังด้านที่จ่ายให้หม้อแปลงขนาด 1000KVA ได้ดังนี้
 กระแสเฟส A = 15.4A. กระแสเฟส B = 18 A และเฟส C = 18.9 A.

     คำนวณกระแสไฟฟ้าเฉลี่ย เท่ากับ (15.4+18+18.9)/3 =17.4 A. และได้ค่าเบี่ยงเบนสูงสุดเท่ากับ (17.4-15.4) = 2 แอมป์
     ดังนั้นกระแสไฟฟ้าไม่สมดุลจึงเท่ากับ [2/17.4) x 100] = 11.49 เปอร์เซ็นต์

 จากตัวเลขที่คำนวณได้จึงคาดการณ์ได้ว่าสาเหตุน่าจะเกิดจากสายเมนป้อนเข้าโรงงานผ่านอุปกรณ์ซึ่งทำหน้าที่รักษาระดับแรงดันในสายส่งไฟฟ้า ซึ่งติดตั้งห่างจากโรงงานเป็นระยะทางเกือบ 3 กิโลเมตร หรืออาจเกิดจากตู้คาปาซิเตอร์ซึ่งติดตั้งไว้เพื่อปรับแก้ค่าเพาเวอร์แฟกเตอร์ของโรงงานติดตั้งไว้ไกลจากตู้เมนไฟฟ้า จึงส่งผลให้เกิดแรงดันตกคร่อมในสายขึ้นได้ อย่างไรก็ตามทีมงานตรวจสอบของโรงงานได้ทำการตรวจสอบที่อุปกรณ์รักษาระดับแรงดัน

ซึ่งใช้เป็นแบบ Buck-Boost Regulator ก็พบว่าที่เฟส A ถูกปรับไว้ที่ระดับขั้น 12 Buck, เฟส B ถูกปรับไว้ที่ ตำแหน่ง 4 Boost และเฟส C ปรับไว้ที่ ตำแหน่ง 8 Boost 

สรุปได้ว่าแรงดันไม่สมดุลเกิดจากการทำงานผิดพลาดของอุปกรณ์รักษาระดับแรงดันที่เฟส A และ C จึงสามารถแก้ไขปัญหานี้ได้ด้วยการซ่อมอุปกรณ์ดังกล่าวนี้เอง


 การแก้ไขปัญหาความไม่สมดุลของแรงดันไฟฟ้าช่วยป้องกันความเสียหายกับกับตัวมอเตอร์ และอุปกรณ์ไฟฟ้าอื่น ๆ ในระบบ และช่วยประหยัดต้นทุนพลังงานด้วย โดยที่เราอาจคำนวณตัวเลขต้นทุนที่ไดรับจากการปรับปรุงระดับความไม่สมดุลของแรงดันไฟฟ้าได้ตามตัวอย่างต่อไปนี้

ตัวอย่างการคำนวณ

     สมมุติว่ามอเตอร์ตัวหนึ่งมีขนาด 100 แรงม้า ถูกใช้งาน 6,800 ชั่วโมงต่อปี โดยที่ใช้งานในสภาพแวดล้อมที่เกิดแรงดันไฟฟ้าไม่สมดุล ในระดับ 2.75 เปอร์เซ็นต์ และการไฟฟ้าคิดค่าไฟฟ้า หน่วยละ 3 บาทต่อกิโลวัตต์-ชั่วโมง (Kwh) และอาศัยข้อมูลจากตารางที่ 4 เพื่อใช้ในการคำนวณ

ตารางที่ 4 แสดงประสิทธิภาพของมอเตอร์ไฟฟ้า ภายใต้สภาวะที่แรงดันไฟฟ้าไม่สมดุล

 

        จะคำนวณปริมาณการใช้พลังงานไฟฟ้าต่อปี และค่าไฟฟ้าที่ประหยัดได้ต่อปีได้ดังนี้
  -  พลังงานไฟฟ้าที่ประหยัดได้ต่อปี  = (100hp x 746 kw/hp) x (6,800 hours/year) x (100/93 – 100/94.4)
                                                         = 8,086 กิโลวัตต์-ชั่วโมงต่อปี
  -  ค่าไฟฟ้าที่ประหยัดได้ต่อปี  = 8086 x 3 
                                                = 24,258 บาท
        ทั้งนี้ตัวเลขค่าไฟฟ้าที่ประหยัดของโรงงงานได้จะมากกว่านี้หากแหล่งจ่ายไฟฟ้าที่ไม่สมดุลจ่ายไฟให้มอเตอร์จำนวนหลาย ๆ ตัวในโรงงาน

 

ข้อมูลอ้างอิง
1. Eliminate Voltage Unbalance, Motor Systems Tip Sheet #7 • September 2005, Industrial Technologies Program Energy Efficiency and Renewable Energy U.S. Department of Energy Washington, DC
2. Electric Motor Voltage Quality Problems, U.S. Department of Energy - Energy Efficiency and  Renewable Energy, Spring 2005 


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