เรโซแนนซ์ในระบบไฟฟ้าคืออะไร? อันตรายจริงหรือ?
Facebook Twitter More...
“เรโซแนนซ์” วิศวกรไฟฟ้าอิเล็ทรอนิกส์ทุกท่านคงคุ้นเคยกับคำนี้ อาจจากวิชาเรียนวงจรไฟฟ้าหรือวงจรอิเล็กทรอนิกส์ว่ามีประโยชน์ในการเลือกกรองความถี่ที่ต้องการหรือเป็นการกำหนดความถี่ของการทำงานของวงจร แต่ถ้าเป็นท่านที่เกี่ยวข้องกับการดูแลระบบไฟฟ้าคงไม่มีใครอยากให้เกิดเหตุการณ์เรโซแนนซ์กับระบบไฟฟ้าของตัวเองเป็นแน่ เพราะการเกิดเรโซแนนซ์ในระบบไฟฟ้ากำลังแต่ละครั้งจะสร้างความเสียหายให้เกิดขึ้นกับระบบอย่างแน่นอนไม่ว่าจะช้าหรือเร็ว ถ้าโชคดีอุปกรณ์ป้องกันที่ติดตั้งในระบบสามารถหยุดการทำงานได้ทันก็สามารถป้องกันความเสียหายรุนแรงเฉพาะหน้าได้ แต่ที่แน่ๆ ก็คือ จะเกิด Down time ขึ้นในขณะนั้นเป็นเหตุให้การผลิตหรือธุรกิจของท่านต้องหยุดการผลิตชั่วคราวเพื่อหาสาเหตุของความผิดปกตินั้น โชคดีและโชคร้ายที่จะเกิดขึ้นตามมาพร้อมๆกันก็คือ โชคดีอุปกรณ์ป้องกันสามารถทำงานได้ทันจึงไม่เกิดความเสียหายร้ายแรง แต่โชคร้ายที่จะตามมาก็คือหลังจากท่านไม่พบความผิดปกติใดๆ ในระบบและตัดสินใจสับเบรกเกอร์เพื่อเริ่มการจ่ายกระแสไฟฟ้าเข้าระบบอีกครั้งหนึ่งนั้นอุปกรณ์ป้องกันหรือเบรกเกอร์ก็จะตัดการทำงานอีก หากท่านยังพยายามจ่ายกระแสเข้าระบบให้ได้โชคร้ายที่สุดหรืออันตรายและความเสียหายจะเกิดกับระบบไฟฟ้าของท่านอย่างแน่นอน อย่างนั้นแล้วเราจะทำอย่างไรกันดี เรามีคำตอบให้ท่านแน่นอนแต่ก่อนอื่นมาทำความรู้จักกับที่มาที่ไปของปรากฏการณ์เรโซแนนซ์ในระบบไฟฟ้ากันก่อนที่จะหาทางกำจัดมันหรือป้องกันไม่ให้เกิดกับระบบไฟฟ้าที่ท่านดูแลอยู่

เรโซแนนซ์แบบขนาน (Parallel Resonance)

รูปที่ 1(a) การติดตั้ง Capacitor Bank ที่ตำแหน่งใกล้หม้อแปลงและแหล่งกระแสฮาร์มอนิก
รูปที่ 1(b) วงจรสมมูลย์ของอิมพีแดนซ์แหล่งจ่าย (Xsource) หม้อแปลง (XT) และ Capacitor Bank (XC)

รูปที่ 1(a) แสดงผลจากการที่เราติดตั้ง Capacitor Bank เข้าไปในระบบไฟฟ้าโดยมีการติดตั้งใกล้กับหม้อแปลงที่จ่ายกระแสไฟฟ้าให้กับระบบ วงจรสมมูลย์ในรูป 1(b) แสดงวงจรสมมูลย์ของหม้อแปลงและ Capacitor Bank ที่กลายเป็นวงจรเรโซแนนซ์แบบขนานโดยมีแหล่งกำเนิดกระแสฮาร์มอนิก (Ih) ที่เกิดจาก Non-linear loaded ที่ใช้งานในระบบ

รูปที่ 2 อิมพีแดนซ์และการตอบสนองความถี่ที่ฮาร์มอนิกอันดับต่างๆ ของวงจรเรโซแนนซ์แบบขนานเมื่อขนาด kVar ของ Capacitor Bank เพิ่มขึ้น

รูปที่ 2 แสดงอิมพีแดนซ์และการตอบสนองความถี่ที่ฮาร์มอนิกอันดับต่างๆ ของวงจรเรโซแนนซ์แบบขนานเมื่อขนาด kVar ของ Capacitor Bank เพิ่มขึ้น โดยจะสังเกตได้ว่าถ้าเราไม่ได้ติดตั้ง Capacitor Bank เข้าไปอิมพีแดนซ์ของระบบจะเพิ่มขึ้นเป็นเชิงเส้นเมื่อความถี่สูงขึ้น (No Capacitance) และเมื่อเราใส่ Capacitor Bank เข้าไปในระบบก็จะเกิดการตอบสนองแบบเรโซแนนซ์ขนานและเมื่อเพิ่มขนาด kVar ของ Capacitor Bank สูงขึ้นความถี่เรโซแนนซ์ก็จะลดลงดังแสดงในรูป สิ่งที่เป็นปัญหากับระบบไฟฟ้าของเราจากรูปนี้ก็คือ ถ้ากระแสฮาร์มอนิกที่เกิดจากโหลดที่ใช้งานในระบบเกิดตรงกับจุดเรโซแนนซ์ของวงจร จะเกิดการขยายแรงดันที่ความถี่ของฮาร์มอนิกอันดับนั้นๆ อันเป็นผลให้แรงดันที่หม้อแปลงเกิด THDv และแรงดันยอดคลื่นสูงซึ่งจะก่อให้เกิดอันตรายต่ออุปกรณ์หรือเครื่องจักรที่ได้รับแรงดันนี้ และแรงดันที่ตัว Capacitor Bank เองก็มีโอกาศสูงเกินพิกัดทำงานอันเป็นสาเหตุให้เสียหายรุนแรงหรือระเบิดได้


รูปที่ 3 ภาพแรงดันและกระแส Capacitor Bank ขณเกิด Parallel Resonance

เรโซแนนซ์แบบอนุกรม (Series Resonance)

(a)
(b)

รูปที่ 4(a) การติดตั้ง Capacitor Bank ที่ตำแหน่งใกล้โหลดและแหล่งกระแสฮาร์มอนิกที่มาจากหลายแหล่ง
รูปที่ 4(b) วงจรสมมูลย์ของอิมพีแดนซ์แหล่งจ่าย (Xsource) หม้อแปลง (XT) และ Capacitor Bank (XC) ที่ทำให้เกิดวงจรเรโซแนนซ์แบบอนุกรม

รูปที่ 4(a) แสดงสาเหตุการเกิดเรโซแนนซ์แบบอนุกรมในระบบและ 4(b) แสดงวงจรสมมูลย์ โดยปกติแล้วเรโซแนนซ์แบบอนุกรมจะเกิดร่วมกับแบบขนาน โดยการเกิดเรโซแนนซ์แบบอนุกรมนี้จะทำให้ขยายกระแสฮาร์มอนิกอันดับที่ตรงกับความถี่เรโซแนนซ์ซึ่งจะทำให้เกิดกระแสไหลสูงมากในตัว Capacitor Bank และเป็นสาเหตุให้เกิดความเสียหายของ Capacitor Bank สายตัวนำ และอุปกรณ์ป้องกันต่างๆ ได้ อย่างที่กล่าวไปแล้วการเกิดเรโซแนนซ์แบบนี้จะมีทั้งกระแสและแรงดันสูงนอกจากนั้นจุดเรโซแนนซ์ของระบบก็จะมีหลายจุดด้วยทำให้เวลาตรวจวัดจะพบกระแสฮาร์มอนิกที่อันดับต่างๆ เยอะมากในระบบดังแสดงตัวอย่างผลการตรวจวัดในรูปที่ 5


รูปที่ 5 ตัวอย่างรูปคลื่นแรงดันและกระแสที่ Capacitor Bank ขณะเกิดการเรโซแนนซ์ทั้งแบบขนานและอนุกรมพร้อมกัน
  บทความที่เกี่ยวข้อง
สอบถามข้อมูล