คุณภาพกำลังไฟฟ้าคืออะไร เกี่ยวกับการเกิดปัญหาในระบบไฟฟ้าอย่างไร
การควบคุมการจ่ายไฟฟ้าให้มีความเสถียร จะต้องมีการวัดคุณภาพกำลังไฟฟ้า ถ้าหากคุณภาพกำลังไฟฟ้าไม่ดี ก็อาจทำให้เกิดปัญหากับระบบไฟฟ้าได้ โดยมาตรฐานในการวัดไฟฟ้านั้นมีหลายอย่าง มาทำความเข้าใจเกี่ยวกับกำลังไฟฟ้ากันได้ในบทความนี้
คุณภาพกำลังไฟฟ้า คืออะไร
คุณภาพกำลังไฟฟ้า คือ ความมั่นคงในการจ่ายไฟของระบบไฟฟ้า ตามมาตรฐานสากล IEEE และ IEC ซึ่งคุณภาพของกำลังไฟฟ้าที่ดี ก็คือกระแสแรงดัน และความถี่จากระบบไฟฟ้า ที่จ่ายไฟออกมาในสภาวะที่ปกติ ไม่ทำให้อุปกรณ์ไฟฟ้า เกิดความเสียหายหรือมีการทำงานที่ผิดพลาด
เลือกช่วงเวลาช่วยประหยัดไฟด้วยมิเตอร์ TOU
คุณภาพกำลังไฟฟ้าเป็นสิ่งที่สำคัญต่อระบบไฟฟ้าและอุปกรณ์ไฟฟ้า จึงมีเหตุผลที่ต้องคำนึงถึงคุณภาพกำลังไฟฟ้า ดังนี้
1. การใช้อุปกรณ์ไฟฟ้าที่มีเทคโนโลยีสูงมากขึ้น
สำหรับภาคอุตสาหกรรมในปัจจุบันนี้ มีกระบวนการผลิตที่จำเป็นจะต้องใช้เทคโนโลยีที่สูง ทำให้การเปลี่ยนแปลงคุณภาพของกำลังไฟฟ้ามีความสำคัญ อย่างเช่น Variable Speed Drive ( VSD) และ Programmable Logic Controller (PLC)
2. การใช้อุปกรณ์ไฟฟ้าในอุตสาหกรรม
เมื่อภาคอุตสาหกรรม มีการใช้อุปกรณ์ไฟฟ้าที่มีใช้เทคโนโลยีที่สูงเพิ่มขึ้น จึงต้องมีการเพิ่มคุณภาพในระบบไฟฟ้า อย่างเช่น การใช้อุปกรณ์ VSD ในกระบวนการผลิต ซึ่งอุปกรณ์ VSD เป็นแหล่งจ่ายฮาร์มอนิกส์ ที่จะทำให้เกิดปัญหาต่อระบบไฟฟ้า จึงต้องมีการติดตั้งคาปาซิเตอร์ในระบบ เพื่อปรับปรุงคุณภาพกำลังไฟฟ้า
3. การปรับปรุงคุณภาพไฟฟ้า
ปัญหาคุณภาพไฟฟ้าอาจมีผลกระทบต่อกระบวนการผลิตในภาคอุตสาหกรรม อย่างเช่นปัญหาแรงดันไฟฟ้าตกชั่วระยะสั้น จึงต้องมีการหาแนวทางและวิธีการปรับปรุงคุณภาพไฟฟ้า
4. ระบบไฟฟ้าเชื่อมต่อกัน
ในระบบไฟฟ้าที่มีการเชื่อมต่อกัน ถ้าหากส่วนใดของระบบเกิดปัญหาขึ้น ก็จะทำให้ส่วนอื่นของระบบไฟฟ้า ได้รับผลกระทบไปด้วย อย่างเช่น โรงงานอุตสาหกรรมที่มีแหล่งจ่ายเป็นฮาร์มอนิกส์ ถ้าหากฮาร์มอนิกส์ไหลเข้าสู่ระบบไฟฟ้า อาจทำให้โรงงานที่ใกล้เคียงรับผลกระทบไปด้วย
วัดคุณภาพกำลังไฟฟ้าได้อย่างไร?
การวิเคราะห์คุณภาพไฟฟ้า หรือวัดคุณภาพกำลังไฟฟ้า สามารถวัดค่าของตัวแปรทางไฟฟ้า ได้ดังนี้
- แรงดันไฟฟ้า (Voltage) การวัดแรงดันไฟฟ้า จะช่วยตรวจจับความผิดปกติของแรงดันไฟฟ้า หรือคุณสมบัติพื้นฐานของแรงไฟฟ้าต่างๆ ได้ อย่างเช่น ค่า Peak, ค่า RMS, ค่า Dip, ค่า Sag, ค่า Flicker, ค่า Spikes, ค่า Impulses, ค่า Surges, ค่า Undervoltage, ค่า Overvoltage
- ความถี่ไฟฟ้า (Frequency) การวัดความถี่ไฟฟ้า เป็นการวัดจำนวนครั้งที่กระแสสลับ มีการสลับไปมาระหว่างค่าบวกและค่าลบภายใน 1 วินาที อย่างเช่น Low Frequency, High Frequency และ Harmonics
- รูปคลื่นทางไฟฟ้า (Wave From) การวัดรูปคลื่นทางไฟฟ้า อย่างเช่น Harmonics Distortion THD เป็นค่าที่บอกระดับความผิดเพี้ยน โดยรวมของฮาร์มอนิกส์
ปัญหาของคุณภาพกำลังไฟฟ้า
ปัญหาคุณภาพกำลังไฟฟ้า สามารถแบ่งได้ตามช่วงเวลาที่เกิด ดังนี้
การเปลี่ยนไฟฟ้าแบบชั่วครู่
การเปลี่ยนไฟฟ้าแบบชั่วครู่ เป็นการเปลี่ยนแปลงสภาพแรงดันไฟฟ้าหรือกระแสไฟฟ้า โดยแบ่งออกเป็น 2 ประเภท ได้แก่
- อิมพัลส์ (Impulsive Transient) คือ ขนาดของกระแสไฟฟ้า และแรงดันไฟฟ้าที่มีค่าความชันที่สูงมาก ซึ่งเกิดขึ้นในทันที และไม่มีความถี่ในการเปลี่ยนแปลงขั้วในทิศทางเดียว เรียกว่า Surge
- ออสซิลเลต(Oscillatory Transient) คือ ลักษณะของแรงดันไฟฟ้า หรือกระแสไฟฟ้ามีค่าสูง ซึ่งเกิดขึ้นในทันที โดยไม่มีความถี่ในการเปลี่ยนแปลงขั้วของรูปคลื่นที่รวดเร็ว
การเปลี่ยนไฟฟ้าแบบระยะสั้น
นาที มีสาเหตุเกิดจาก สภาวะความผิดพร่องทางไฟฟ้า ทําให้เกิดแรงดันตก เรียกว่า Voltage Sag หรือ Voltage Dip หรือทำให้แรงดันเกิน (VoltageSwell) โดยแบ่งออกเป็น 3 ประเภท ได้แก่
แรงดันตกระยะสั้น (Voltage Sag)
คือ ค่าแรงดันไฟฟ้ามีขนาดลดลงระหว่าง 0.1-0.9 pu. ในช่วงระยะเวลาระหว่าง 10 วินาที – 1 นาที สาเหตุมาจากความบกพร่องทางไฟฟ้า
แรงดันเกินระยะสั้น (Voltage Swell)
คือ ค่าแรงดันไฟฟ้าที่มีขนาดเพิ่มขึ้นระหว่าง 1.1-1.8 pu. ในช่วงระยะเวลาระหว่าง 10 วินาที – 1 นาที ซึ่งมีสาเหตุมาจากเฟสที่ไม่ได้เกิดจากความบกพร่องทางไฟฟ้าโดยตรง หรือมีการต่อคาปาซิเตอร์ที่มีขนาดใหญ่เข้าไปในระบบ จึงทําให้อุปกรณ์ไฟฟ้า ได้รับความเสียหาย จนทำงานผิดพลาดหรือหยุดทำงาน
ไฟดับชั่วขณะ (Outage)
คือ ค่าแรงดัน ที่มีค่าลดลงต่ำกว่า 0.1 pu. ในช่วงระยะเวลาระหว่าง 10 วินาที – 1 นาที ซึ่งมีสาเหตุมาจากสภาวะความบกพร่องทางไฟฟ้าภายในระบบ จึงทําให้อุปกรณ์ไฟฟ้ามีการตัดวงจรแหล่งจ่ายไฟออกไป ทําให้อุปกรณ์ไฟฟ้าผิดพลาด จนหยุดการทำงาน
การเปลี่ยนไฟฟ้าแบบระยะยาว
การเปลี่ยนไฟฟ้าแบบระยะยาว คือการเปลี่ยนแปลงค่าแรงดันไฟฟ้า ที่มีช่วงระยะเวลาการเปลี่ยนแปลงค่าเกิน 1 นาที ทําให้เกิดแรงดันตก (Undervoltage ) แรงดันเกิน ( Overvoltage ) หรือไฟดับ(Sustained Interruptions) โดยแบ่งออกเป็น 3 ประเภท ได้แก่
แรงดันตกระยะยาว (Undervoltage)
คือ ค่าแรงดันที่มีขนาดลดลงระหว่าง 0.8-0.9 pu.ในช่วงระยะเวลาที่นานกว่า 1 นาที มีสาเหตุจากการปลดคาปาซิเตอร์ออกจากในระบบ ซึ่งทําให้อุปกรณ์ได้รับความเสียหาย เนื่องจากเกิด Overload ขึ้น
แรงดันเกินระยะยาว (Overvoltage)
คือ ค่าแรงดันไฟฟ้ามีขนาดเพิ่มขึ้นในระหว่าง 1.1-1.2 pu. ในช่วงระยะเวลานานกว่า 1 นาที มีสาเหตุจากการปลดคาปาซิเตอร์ออกจากในระบบ หรือการปรับแท็ปหม้อแปลงที่ไม่เหมาะสมกับระบบไฟฟ้า ซึ่งทําให้อุปกรณ์ไฟฟ้าได้รับความเสียหาย เนื่องจากแรงดันไฟฟ้าเกิน
ไฟดับระยะยาว (Voltage Interruption)
คือ ค่าแรงดันไฟฟ้า ที่มีค่าลดลง 0.0 pu. ในช่วงระยะเวลานานกว่า 1 นาที มีสาเหตุจากสภาวะความบกพร่องทางไฟฟ้าภายในระบบ ซึ่งทําให้อุปกรณ์ไฟฟ้ามีการตัดวงจรแหล่งจ่ายไฟออกไปถาวร ทําให้อุปกรณ์ไฟฟ้าผิดพลาด จนหยุดการทำงาน
สาเหตุที่ทำให้เกิดปัญหาจากคุณภาพกำลังไฟฟ้า
สาเหตุที่ทำให้เกิดปัญหาจากคุณภาพกำลังไฟฟ้า มีดังนี้
- เกิดจากธรรมชาติ อย่างเช่น ฟ้าผ่า
- เกิดจากสภาวะความบกพร่องทางไฟฟ้า ภายในระบบการจ่ายไฟ
- เกิดจากสวิตช์ชิ่งอุปกรณ์ภายในระบบ
- เกิดจากการใช้งานอุปกรณ์ที่ไม่เป็นเชิงเส้นภายในระบบอุตสาหกรรม
- เกิดจากการต่อลงดิน ด้วยวิธีที่ไม่ถูกต้อง
การวัดคุณภาพกำลังไฟฟ้ามีประโยชน์อย่างไร?
การวัดคุณภาพไฟฟ้า ทำให้เกิดประโยชน์ต่างๆ ดังนี้
- เพื่อให้รู้ศักยภาพภายในระบบไฟฟ้า หาแนวทางในการปรับปรุงคุณภาพไฟฟ้า และหาวิธีแก้ไขปัญหาในระบบไฟฟ้า
- เพื่อนำข้อมูลที่ได้ มาวิเคราะห์หาความเสี่ยงต่อที่อาจจะเกิด Downtime ในระบบ ซึ่งอาจส่งผลกระทบโดยตรงกับกระบวนการทำงานของอุปกรณ์ไฟฟ้า
- เพื่อนำข้อมูลที่ได้ ไปเป็นแนวทางในการจัดทำนโยบายอนุรักษ์พลังงานขององค์กรต่างๆ
- เพื่อวิเคราะห์หาความเสี่ยงก่อนเกิดความเสียหายที่จะเกิดต่ออุปกรณ์ไฟฟ้าและระบบไฟฟ้า
- เพื่อหาแนวทางในการปรับปรุงการใช้พลังงานไฟฟ้า เพื่อให้เกิดประสิทธิภาพที่สูง
- เพื่อนำข้อมูลการวิเคราะห์คุณภาพไฟฟ้าไปประกอบรายงาน ตามกฎกระทรวงของโรงงานควบคุมและอาคารควบคุม
สรุป
คุณภาพกำลังไฟฟ้า คือ ความมั่นคงในการจ่ายไฟของระบบไฟฟ้า ตามมาตรฐานสากล IEEE และ IEC ซึ่งคุณภาพของกำลังไฟฟ้าที่ดี ก็คือกระแสแรงดันและความถี่จากระบบไฟฟ้า ที่จ่ายไฟออกมาในสภาวะที่ปกติ ไม่ทำให้อุปกรณ์ไฟฟ้า เกิดความเสียหาย หรือมีการทำงานที่ผิดพลาด ถ้าหากคุณภาพไฟฟ้าไม่ดี อาจจะให้ระบบไฟฟ้าและอุปกรณ์ไฟฟ้าเกิดปัญหาได้ สาเหตุของคุณภาพกำลังไฟฟ้าไม่ดี อาจเกิดจาก ฟ้าผ่า เกิดจากสภาวะความบกพร่องทางไฟฟ้า ภายในระบบการจ่ายไฟ เกิดจากสวิตช์ชิ่งอุปกรณ์ภายในระบบ เกิดจากการใช้งานอุปกรณ์ที่ไม่เป็นเชิงเส้นภายในระบบอุตสาหกรรม เกิดจากการต่อลงดิน ด้วยวิธีที่ไม่ถูกต้อง
เมื่อรู้สาเหตุแล้ว เราจึงต้องป้องกันไว้ก่อน โดยใช้ อุปกรณ์ป้องกันไฟกระชาก เพื่อให้ยังสามารถใช้ไฟฟ้าได้ โดยไม่ให้เกิดปัญหาในระบบไฟฟ้า หรือเกิดปัญหากับอุปกรณ์เครื่องใช้ไฟฟ้า