% Reactor คืออะไร มีความสัมพันธ์กับ Detuned filter และ Tuned filter อย่างไร

ในบทความนี้เราจะมาพูดถึง Reactor ที่ถูกติดตั้งใช้งานใน Detuned filter และ Tuned filter ว่ามีเงื่อนไขในการออกแบบและเลือกใช้อย่างไรบ้าง ก่อนอื่นเราต้องทำความรู้จักอุปกรณ์ที่ถูกเรียกว่า Reactor อุปกรณ์ตัวนี้ จริงๆแล้วก็คือตัวเหนี่ยวนำไฟฟ้าหรือ Inductor ที่สามารถทำงานที่กำลังงานสูงได้โดยอาจจะถูกสร้างโดยใช้ลวดตัวนำพันอยู่บนแกนเหล็กหรือแกนอากาศก็ได้ขึ้นอยู่กับการออกแบบ รูปที่ 1 แสดงตัวอย่าง Reactor ที่มีใช้งานในระบบการปรับปรุงค่าเพาเวอร์แฟคเตอร์ (PF.) และคุณภาพกำลังไฟฟ้า

รูปที่ 1 ตัวอย่างการติดตั้งใช้งาน Reactor ในงานปรับปรุงค่าเพาเวอร์แฟคเตอร์ (PF.) และคุณภาพกำลังไฟฟ้าโดย PQ Team

รูปที่ 1(a) แสดงการติดตั้ง Reactor แกนเหล็กสำหรับ Detuned filter พิกัด 400V/325kvar (b) พิกัด 22kV/2,000kvar (c) แกนอากาศสำหรับพิกัด 6.6kV/3,250kvar

ปกติแล้ว Reactor จะต่ออนุกรมอยู่กับ Capacitor ซึ่งทำหน้าที่หลักในการแก้ค่าตัวประกอบกำลังที่มีมุมล้าหลัง (Lagging PF.) โดยโครงสร้างของวงจรนั้นสำหรับแรงดันต่ำจะต่อแบบ Delta และแรงดันสูงจะต่อแบบ Star เนื่องจากพิกัดการทนแรงดันของ Capacitor ที่ใช้งานโดยทั่วไปจะเริ่มต้นที่ 400V ซึ่งสามารถต่อเข้าโดยตรงกับแรงดันสาย อย่างไรก็ตามสำหรับการใช้งานในรูปแบบของ Detuned filter (Reactor 6%) ที่เหมาะสมควรมีค่าเท่ากับหรือมากว่า 480V เนื่องจากขณะทำงานในรูปแบบของ Detuned filter นั้นจะมีแรงดันตกคร่อม Capacitor สูงกว่าแรงดันสายซึ่งจะอธิบายในช่วงต่อไป

% Reactor คืออะไร ?

ค่า % Reactor ที่ถูกกล่าวถึงในงานออกแบบติดตั้ง Detuned/Tuned filter นั้นก็คือค่าอตราส่วนเมื่อคำนวนในรูปเปอร์เซ็นต์ของ Inductive reactance (XL) ของอุปกรณ์ Reactor เทียบกับ Capacitive reactance (XC) ของ Capacitor ที่ใช้เพื่อแก้ค่าตัวประกอบกำลัง เมื่อคำนวนที่ความถี่สาย (สำหรับประเทศไทยคือ 50Hz) สาเหตุที่ใช้ค่า % Reactor เป็นตัวแปรในการออกแบบหรือติดตั้ง Detuned/Tuned filter นั้นก็เพื่อความสะดวกในการกำหนดค่าความถี่เรโซแนนซ์ที่ต้องการและใช้เพื่อประเมิณคุณสมบัติการตอบสนองเชิงความถี่และความสามารถในการกำจัดหรือลดปริมาณกระแสฮาร์มอนิกที่เกิดขึ้นในระบบหลังการติดตั้ง Detuned/Tuned filter

รูปที่ 2 (a) ตำแหน่งการติดตั้ง Detuned filter ในระบบและ (b) วงจรสมมูลย์ที่ใช้ในการออกแบบ

รูปที่ 2 แสดงการวงจรการติดตั้ง Detuned filter และวงจรสมมูลย์เมื่อทำการออกแบบและคำนวน โดย L_s และ r_s คือค่าความเหนี่ยวนำและความต้านทานสมมูลย์ของระบบส่งจ่ายรวมถึงหม้อแปลงที่มีอยู่ในระบบ และ L กับ C คือค่าความเหนี่ยวนำของ Reactor และค่าความจุไฟฟ้าของ Capacitor เมื่อคำนวนต่อเฟส กระแส I_sh และ I_sf คือค่ากระแสฮาร์มอนิกและกระแสหลักมูล (fundamental frequency: 50Hz) ที่จ่ายโดยแหล่งจ่ายแรงดันไฟฟ้า (Us) ส่วน I_lh และ I_lf คือค่ากระแสฮาร์มอนิกและกระแสหลักมูล (fundamental frequency: 50Hz) ที่โหลดใช้งาน รูปที่ 3 แสดงกราฟการตอบสนองเชิงความถี่ของอัตราส่วนกระแสฮาร์มอนิกที่โหลดกำเนิดและส่วนของกระแสฮาร์มอนิกที่ผ่านการกรองโดย Filter (I_sh/I_lh) เมื่อไม่นำผลของอิมพีแดนซ์ของ L_s และ r_s มาคำนวน

รูปที่ 3 แสดงการตอบสนองเชิงความถี่ของอัตราส่วนการลดทอนและขยายกระแสฮาร์มอนิก (I_sh/I_lh) ของ Detuned filter เมื่อใช้ % Reactor ที่ค่าต่างๆ

เส้นประที่แสดงในกราฟรูปที่ 3 แสดงตำแหน่งของฮาร์มอนิกลำดับที่ 5 ซีงตรงกับตำแหน่งต่ำสุดของการตอบสนองหรือความถี่เรโซแนนซ์ของ 4% Reactor และที่ตำแหน่งนี้อัตราส่วน I_sh/I_lh มีค่าต่ำสุดที่ประมาณ 0.12 หมายความว่าถ้ามีกระแสฮาร์มอนิกลำดับที่ 5 เกิดขึ้นจากโหลด Filter จะสามารถกำจัดได้ถึง 0.88 หรือ 88% และที่ฮาร์มอนิกลำดับอื่นก็พิจารณาเส้นกราฟประกอบ ในกรณีนี้การทำงานของวงจรเราจะเรียกว่า Tuned filter เนื่องจากความถี่เรโซแนนซ์ถูกกำหนดให้ตรงกับความถี่ฮาร์มอนิกที่ 5 โดยตรง อย่างไรก็ตามแม้ว่าในกรณีนี้จะให้ผลของการกรองกระแสฮาร์มอนิกลำดับที่ 5 ที่ดีมาก แต่ในส่วนของ Reactor และ Capacitor ที่ต่ออนุกรมเองก็จะรับภาระมากเช่นกัน เนื่องจากจะมีกระแสไหลในปริมาณที่สูงมากและจะเกิดแรงดันตกคร่อม Capacitor ที่สูงมากเช่นกันซึ่งอาจะเกิดอันตรายขึ้นได้ ดังนั้นการใช้งาน 4% Reactor จึงไม่นิยมใช้กัน โดยค่า % reactor ที่นิยมใช้จะอยู่ในย่าน 5-7% ซึ่งผลการตอบสนองการลดทอนกระแสฮาร์มอนิกก็พิจารณาจากรูปที่ 3 เช่นกัน

บทความโดย บริษัท เพาเวอร์ ควอลิตี้ ทีม จำกัด

สงวนลิขสิทธิ์ ห้ามทำซ้ำ คัดลอก หรือนำไปเผยแพร่ก่อนได้รับอนุญาตเป็นลายลักษณ์อักษรจากบริษัท ฯ