ข้อพิจารณาการเลือกชนิดอุปกรณ์เพื่อปรับปรุงค่า PF

การปรับปรุงค่าเพาเวอร์แฟคเตอร์ (Power Factor: PF.) นอกจากจะทำให้ลดกำลังงานสูญเสียหรือเพิ่มประสิทธิภาพในระบบไฟฟ้า และทำให้ค่าใช้จ่ายด้านพลังงานไฟฟ้าลดลงทั้งด้านหน่วยไฟฟ้าและค่าปรับที่เกิดจากค่าเพาเวอร์แฟคเตอร์ต่ำกว่า 0.85 โดยอุปกรณ์ที่จะติดตั้งเพื่อแก้ปัญหาค่าเพาเวอร์แฟคเตอร์ต่ำที่มีจำหน่ายในปัจจุบันก็มีหลายชนิดและราคาซึ่งแต่ละชนิดก็มีความเหมาะสมในการใช้งานไม่เหมือนกันซึ่งการพิจารณาว่าชนิดใดเหมาะสมกับปัญหาที่เกิดขึ้นกับระบบไฟฟ้าของเรานั้นมีความจำเป็นอย่างยิ่งเพราะว่าถ้าเลือกชนิดของอุปกรณ์แก้ค่าเพาเวอร์แฟคเตอร์ไม่เหมาะสมก็จะทำให้เกิดปัญหาตามมาภายหลังได้ ตัวอย่างของปัญหาที่เกิดขึ้นจากการเลือกใช้งานอุปกรณ์แก้ค่าเพาเวอร์แฟคเตอร์ผิดประเภทมีดังต่อไปนี้

• 1. อุปกรณ์แก้ค่าเพาเวอร์แฟคเตอร์ที่ติดตั้งไม่สามารถปรับค่าเพาเวอร์แฟคเตอร์ (Power Factor: PF.) ให้สูงเท่าที่ต้องการได้

  2. อุปกรณ์แก้ค่าเพาเวอร์แฟคเตอร์ที่ติดตั้งไม่สามารถทำงานตามพิกัดกระแสที่ออกแบบจนเป็นเหตุให้อุปกรณ์ป้องกันกระแสเกิน เช่น เซอร์กิตเบรกเกอร์ (Circuit Breaker: CB) ฟิวส์ (Fuse) ของอุปกรณ์แก้ค่าเพาเวอร์แฟคเตอร์ตัดวงจรจนไม่สามารถทำงานได้

  3. เกิดแรงดันและกระแสฮาร์มอนิกในระบบในปริมาณสูงอันเป็นผลมาจากเรโซแนนซ์ซึ่งก่อให้เกิดอันตรายต่อระบบไฟฟ้า เครื่องจักรและอุปกรณ์ที่ถูกจ่ายกำลังไฟฟ้า ตลอดจนอุปกรณ์แก้ค่าเพาเวอร์แฟคเตอร์เอง จนทำให้เกิดความเสียหาย

  4. ปัญหาเนื่องจากไฟฟ้ากระชากหรือตกชั่วขณะที่เกิดจากการทำงานของอุปกรณ์แก้ค่าเพาเวอร์แฟคเตอร์เองร่วมกับปัญหาในระบบไฟฟ้าที่มีอยู่เดิม

จากตัวอย่างของปัญหาการติดตั้งอุปกรณ์แก้ค่าเพาเวอร์แฟคเตอร์ที่ไม่เหมาะสมกับปัญหาที่เกิดขึ้นนี้นอกจากจะไม่สามารถแก้ไขปัญหาค่าเพาเวอร์แฟคเตอร์ต่ำที่เกิดขึ้นแล้ว ยังอาจสร้างปัญหาเพิ่มเติมและทำให้การลงทุนนั้นสูญเปล่าได้

ชนิดของอุปกรณ์แก้ค่าเพาเวอร์แฟคเตอร์ที่มีจำหน่ายในปัจจุบัน

การอธิบายในหัวข้อนี้จะเรียงตามงบประมาณที่ใช้ในการจัดซื้ออุปกรณ์จากน้อยไปหามากโดยยังไม่รวมค่าติดตั้งและเดินสายโดยเปรียบเทียบราคาต่อพิกัด 1 กิโลวาร์ (kvar) ที่ระดับแรงดัน 400V/3Ph/50Hz

1. คาปาซิเตอร์แบงค์ (Capacitor Bank, Cap Bank) อุปกรณ์แก้ค่าเพาเวอร์แฟคเตอร์ชนิดนี้จัดเป็นอุปกรณ์พื้นฐานในการแก้ไขค่าเพาเวอร์แฟคเตอร์และมีราคาถูกที่สุด โดยมีการใช้งานและรู้จักกันอย่างแพร่หลาย โดยอุปกรณ์แก้ค่าเพาเวอร์แฟคเตอร์ชนิดนี้จะเหมาะสมกับระบบไฟฟ้าที่จ่ายให้กับเครื่องจักรที่ไม่มีการควบคุมซับซ้อน ซึ่งไม่ก่อให้เกิดปัญหากระแสฮาร์มอนิกและไม่มีการเปลี่ยนแปลงการทำงานบ่อย ไม่มีการเดิน หยุด เปลี่ยนทิศทางของมอเตอร์บ่อยๆ นอกจากนั้นอุปกรณ์ไฟฟ้าหรือเครื่องจักรที่ใช้ในโรงงานจะต้องทนต่อการเปลี่ยนแปลงแรงดันตกหรือเกินชั่วขณะได้

• • • • ข้อดี

        • ราคาถูกที่สุด (ประมาณ 700 บาท / kvar)

      • ข้อเสีย

        • อายุการใช้งานสั้นจนถึงไม่สามารถทำงานได้เมื่อมีแรงดันและกระแสฮาร์มอนิกในระบบปริมาณสูง

        • ความเร็วในการทำงานเพื่อชดเชย kvar ต่ำมาก (30-45 วินาที / 1 Step)

        • เป็นสาเหตุหลักของการเกิดเรโซแนนซ์ของแรงดันและกระแสไฟฟ้าในระบบเมื่อใช้งานในระบบที่มีแรงดันและกระแสฮาร์มอนิกในระบบปริมาณสูง

        • เกิดการกระชากของแรงดันและกระแสทุกครั้งที่มีการต่อหรือปลดของแต่ละ Step ที่ทำการชดเชย

2. ดีจูนฟิลเตอร์ (Detuned Filter) อุปกรณ์แก้ค่าเพาเวอร์แฟคเตอร์ชนิดนี้ถูกออกแบบมาเพื่อป้องกันและแก้ไขปัญหาเรโซแนนซ์ที่เกิดจากการติดตั้ง Cap. Bank ในระบบที่มีปัญหาแรงดันและกระแสฮาร์มอนิกโดยจะมีการติดตั้งรีแอคเตอร์อนุกรมกับคาปาซิเตอร์ โดยราคาเฉลี่ยประมาณ 1,200 บาท/kvar สำหรับ 3Ph/3W ที่มีกระแสฮาร์มอนิกในลำดับที่ 5 และมากกว่าขึ้นไป

• • • ข้อดี

      • ป้องกันการเกิดเรโซแนนซ์ในระบบไฟฟ้า

      • ทนต่อแรงดันฮาร์มอนิก (%THD_v) ได้สูงถึง 7-10% ขึ้นอยู่กับพิกัดแรงดันคาซิเตอร์ที่ใช้ในวงจร

      • สามารถลดกระแสฮาร์มอนิกตั้งแต่ลำดับที่ 5 ขึ้นไปในระบบไฟฟ้าได้ 20-50% ของที่มีอยู่

    • ข้อเสีย

      • กระแสและแรงดันฮาร์มอนิกที่ลำดับ 4, 3, 2 จะถูกขยายให้รุนแรงขึ้น (กรณีในระบบมีโหลด 1 เฟสอยู่มาก)

      • ความเร็วในการทำงานเพื่อชดเชย kvar ต่ำมาก (30-45 วินาที / 1 Step)

      • เกิดการกระชากของแรงดันและกระแสทุกครั้งที่มีการต่อหรือปลดของแต่ละ Step ที่ทำการชดเชย

3. จูนฟิลเตอร์ (Tuned Filter) อุปกรณ์แก้ค่าเพาเวอร์แฟคเตอร์ชนิดนี้ถูกออกแบบมาเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพในการกำจัดกระแสฮาร์มอนิกให้มากขึ้นโดยจะต้องมีการออกแบบให้สอดคล้องกับระบบไฟฟ้าและปริมาณกระแสและแรงดันฮาร์มอนิกที่มีอยู่ในระบบเพื่อจะได้กำหนดพิกัดอุปกรณ์ของการจูนแต่ละออเดอร์ให้ถูกต้อง ดังนั้นจูนฟิลเตอร์นี้จึงเป็นการออกแบบและสั่งทำตามความต้องการหรือปัญหาที่เกิดขึ้นของแต่ละโรงงานและมีข้อจำกัดในการใช้งานค่อนข้างมาก โดยราคาเฉลี่ยต่อกิโลวาร์ที่ต้องการชดเชยนั้นจะสูงกว่าดีจูนฟิลเตอร์ซึ่งขึ้นอยู่กับ kvar ที่ต้องการชดเชย ปริมาณและจำนวนอันดับของกระแสฮาร์มอนิกที่ต้องการกำจัด

• 1. • ข้อดี

       • ป้องกันการเกิดเรโซแนนซ์ในระบบไฟฟ้า

       • ทนต่อแรงดันฮาร์มอนิก (%THD_v) ได้สูงถึง 7-10% ขึ้นอยู่กับพิกัดแรงดันคาซิเตอร์ที่ใช้ในวงจร

       • สามารถลดกระแสฮาร์มอนิกได้มากกว่าดีจูนฟิลเตอร์ ขึ้นอยู่กับพิกัดและจำนวนอันดับของจูนฟิลเตอร์ที่ติดตั้ง

       • โดยทั่วไปสามารถปรับแก้ค่าเพาเวอร์แฟคเตอร์ให้มีค่าสูงกว่าดีจูนฟิลเตอร์ได้

     • ข้อเสีย

       • กระแสและแรงดันฮาร์มอนิกที่ลำดับ 4, 3, 2 จะถูกขยายให้รุนแรงขึ้น (กรณีในระบบมีโหลด 1 เฟสอยู่มาก)

       • ความเร็วในการทำงานเพื่อชดเชย kvar ต่ำมาก (30-45 วินาที / 1 Step)

       • เกิดการกระชากของแรงดันและกระแสทุกครั้งที่มีการต่อหรือปลดของแต่ละ Step ที่ทำการชดเชย

       • ต้องนำค่าความต้องการ kvar กระแสและแรงดันฮาร์มอนิกที่ตรวจวัดได้ขณะ No-Load และ Full-Load มาคำนวณออกแบบร่วมกับอิมพีแดนซ์ของหม้อแปลงที่ติดตั้งใช้งานเพื่อออกแบบจูนฟิลเตอร์

       • การเปลี่ยนแปลงปริมาณและชนิดของเครื่องจักรที่ใช้งานหรือการเปลี่ยนขนาดของหม้อแปลงอาจเป็นสาเหตุให้จูนฟิลเตอร์เกิดปัญหากระแสโอเวอร์โหลดและไม่สามารถใช้งานได้

4. ดีจูนฟิลเตอร์สวิทชิ่งแรงดันศูนย์ด้วยไทริสเตอร์ (Zero Voltage Switching by Thyristor Detuned Filter) PF-Max By Power Quality Team อุปกรณ์แก้ค่าเพาเวอร์แฟคเตอร์ชนิดนี้ถูกออกแบบมาเพื่อเพิ่มความเร็วในการชดเชยค่ากำลังงานรีแอคทีฟหรือเพาเวอร์แฟคเตอร์ที่ความเร็วสูงและกำจัดกระแส-แรงดันกระชากหรือแรงดันตกชั่วขณะเมื่อโหลดมีการเปลี่ยนแปลงอย่างรุนแรง โดยสามารถทำความเร็วในการชดเชยได้สูงในช่วง 0-10mS. และยังสามารถทำการชดเชยพร้อมกันได้ทุก Step พร้อมกันหรือเต็มพิกัดเครื่องโดยไม่สร้างปัญหากระแสกระชากจนเป็นสาเหตุให้อุปกรณ์ป้องกันกระแสเกิน (CB, Fuse) ทำงาน นอกจากนั้นอุปกรณ์แก้ค่าเพาเวอร์แฟคเตอร์ชนิดนี้ยังคงความสามารถในการลดหรือกำจัดกระแส-แรงดันฮาร์มอนิกเหมือนกับดีจูนฟิลเตอร์ โดยงบประมาณของอุปกรณ์ชนิดนี้อยู่ในช่วงประมาณ 2,500 บาท/kvar

• • • ข้อดี

      • ความเร็วในการชดเชยกำลังงานรีแอคทีฟหรือแก้ค่าเพาเวอร์แฟคเตอร์สูงในช่วง 1-10mS.

      • สามารถชดเชยกำลังงานรีแอคทีฟเพื่อแก้ค่าเพาเวอร์แฟคเตอร์และปลดวงจรได้เต็มพิกัดของเครื่องได้พร้อมกันในการสวิตช์เพียงครั้งเดียว

      • ป้องกันการเกิดเรโซแนนซ์ในระบบไฟฟ้า

      • ทนต่อแรงดันฮาร์มอนิก (%THD_v) ได้สูงถึง 7-10% ขึ้นอยู่กับพิกัดแรงดันคาซิเตอร์ที่ใช้ในวงจร

    • ข้อเสีย

      • การแก้ไขค่าเพาเวอร์แฟคเตอร์ยังมีบางช่วงเวลาที่ยังไม่สามารถทำสูงจนใกล้เคียง 1.0 ได้เนื่องจากยังมีช่องว่างของการชดเชยกำลังงานรีแอคทีฟระหว่าง Step ของการชดเชยเกิดขึ้น

      • สามารถแก้ค่าเพาเวอร์แฟคเตอร์ได้กรณีที่โหลดเป็น Inductive หรือ Lagging PF. เท่านั้นซึ่งอาจจะทำให้ไม่สามารถแก้ค่าเพาเวอร์แฟคเตอร์ในกรณีที่โหลดทำการจ่ายกำลังงานคืนสู่ระบบ (Power Regenerative)

      • ยังมีปริมาณกระแสฮาร์มอนิกในอันดับต่ำเหลืออยู่

5. Hybrid Static VAR Generator (Hybrid SVG) PQ-Max series By Power Quality Team อุปกรณ์แก้ค่าเพาเวอร์แฟคเตอร์ชนิดนี้ถูกออกแบบมาเพื่อลดช่องว่างระหว่าง Step ของการชดเชยกำลังงานรีแอคทีฟเพื่อแก้ค่าเพาเวอร์แฟคเตอร์ของดีจูนฟิลเตอร์สวิทชิ่งแรงดันศูนย์ด้วยไทริสเตอร์ที่อธิบายไว้ในหัวข้อที่ 4 ซึ่งจะสามารถทำการชดเชยกำลังงานรีแอคทีฟได้อย่างเป็นเชิงเส้นตลอดย่านการทำงาน สามารถกล่าวได้ว่าอุปกรณ์ชนิดนี้สามารถแก้ค่าเพาเวอร์แฟคเตอร์ให้มีค่าใกล้เคียง PF=1.0 ได้ตลอดเวลา เนื่องจากอุปกรณ์ชนิดนี้ประกอบด้วยดีจูนฟิลเตอร์สวิทชิ่งแรงดันศูนย์ด้วยไทริสเตอร์และอุปกรณ์กำเนิดกำลังงานรีแอคทีฟซึ่งอยู่บนพื้นฐานของวงจร Active Power Filter (APF) จึงสามารถชดเชยกำลังงาน รีแอคทีฟและกำจัดกระแสฮาร์มอนิกส่วนที่เหลือจากการทำงานของดีจูนฟิลเตอร์ได้จึงทำให้ผลการแก้ค่าเพาเวอร์แฟคเตอร์ของอุปกรณ์ชนิดนี้ใกล้เคียงอุคมคติมากและยังสามารถแก้ไขค่าเพาเวอร์แฟคเตอร์ที่มีค่า PF. Leading ได้ตามพิกัดของ SVG/APF ที่ถูกติดตั้งไว้ภายใน โดยงบประมาณของอุปกรณ์ชนิดนี้อยู่ในช่วงประมาณ 4,000 บาท/kvar

• • • ข้อดี

      • สามารถชดเชยกำลังงานรีแอคทีฟได้อย่างเชิงเส้นเต็มพิกัด ทำให้ค่าเพาเวอร์แฟคเตอร์ค่าใกล้เคียง PF.=1.0 ได้ตลอดเวลา

      • สามารถแก้ไขค่าเพาเวอร์แฟคเตอร์ที่มีค่า PF. Leading ได้ตามพิกัดของ SVG/APF ที่ถูกติดตั้งไว้ภายใน

      • สามารถกำจัดกระแสฮาร์มอนิกได้มากกว่าทั้ง 4 ชนิดที่กล่าวถึงก่อนหน้า

      • ความเร็วในการชดเชยกำลังงานรีแอคทีฟหรือแก้ค่าเพาเวอร์แฟคเตอร์สูงในช่วง 1-10mS.

      • ป้องกันการเกิดเรโซแนนซ์ในระบบไฟฟ้า

      • ทนต่อแรงดันฮาร์มอนิก (%THD_v) ได้สูงถึง 10%

    • ข้อเสีย

      • ยังไม่สามารถแก้ค่าเพาเวอร์แฟคเตอร์ได้กรณีที่โหลดเป็น Capacitive หรือ Leading PF. ได้เต็มพิกัดซึ่งอาจจะทำให้ไม่สามารถแก้ค่าเพาเวอร์แฟคเตอร์ในกรณีที่โหลดทำการจ่ายกำลังงานคืนสู่ระบบ (Power Regenerative) ในปริมาณมากได้

      • ยังมีปริมาณกระแสฮาร์มอนิกในบางอันดับเหลืออยู่

6. Static VAR Generator (SVG) PQ-SVG series By Power Quality Team อุปกรณ์แก้ค่าเพาเวอร์แฟคเตอร์ชนิดนี้ถูกออกแบบมาบนพื้นฐานของ Current Source Inverter หรือ Active Power Filter ซึ่งในการทำงานอุปกรณ์จะถูกต่อกับระบบไฟฟ้าและทำการชดเชยกำลังงานรีแอคทีฟหรือแก้ค่าเพาเวอร์แฟคเตอร์ตามความต้องการที่เกิดขึ้นอย่างเชิงเส้นตลอดเวลาอยู่ตลอดเวลาซึ่งคล้ายกับ Hybrid SVG แต่ที่แตกต่างกันอย่างชัดเจนคืออุปกรณ์ชนิดนี้จะไม่มีดีจูนฟิลเตอร์ติดตั้งอยู่โดยกำลังงานรีแอคทีฟทั้งหมดที่ถูกจ่ายเพื่อแก้ค่าเพาเวอร์แฟคเตอร์และกระแสฮาร์มอนิกนั้นจะถูกจ่ายออกจากอินเวอเตอร์ทั้งหมด ทำให้ SVG สามารถจ่ายกระแสเข้าสู่ระบบตามการควบคุมและสั่งการของแผงวงจรควบคุมอย่างต่อเนื่องจึงทำให้เวลาที่ใช้ในการตอบสนองหรือชดเชยเพื่อแก้ค่าเพาเวอร์แฟคเตอร์นั้นต่ำเพียง 0.1mS เท่านั้น ซึ่งไวมากพอที่จะแก้ไขค่าเพาเวอร์แฟคเตอร์และกระแสฮาร์มอนิกที่เกิดขึ้นทุกชนิด โดยงบประมาณของอุปกรณ์ชนิดนี้อยู่ในช่วงประมาณ 5,000 บาท/kvar

• • • ข้อดี

      • สามารถชดเชยกำลังงานรีแอคทีฟได้ทั้ง Inductive และ Capacitive ได้เต็มพิกัด

      • แก้ค่าเพาเวอร์แฟคเตอร์ทั้ง Lagging PF. และ Leading PF. ทำให้ค่าเพาเวอร์แฟคเตอร์มีค่าใกล้เคียง PF.=1.0 ได้ตลอดเวลา แม้ในกรณีโหลดทำการจ่ายกำลังงานคืนสู่ระบบ (Power Regenerative) เต็มพิกัด

      • สามารถกำจัดกระแสฮาร์มอนิกได้มากกว่า 30% ของพิกัดเครื่อง (ประมาณ 43.3A/100kvar)

      • ความเร็วในการแก้ค่าเพาเวอร์แฟคเตอร์และกระแสฮาร์มอนิกอยู่ในช่วง 0.1mS.

      • ปราศจากปัญหาเรโซแนนซ์ในระบบไฟฟ้า

      • ทนต่อแรงดันฮาร์มอนิก (%THD_v) ได้สูงถึง 10%

    • ข้อเสีย

      • ราคาสูงกว่าอุปกรณ์ชนิดอื่นที่กล่าวถึงก่อนหน้านี้

บทความโดย บริษัท เพาเวอร์ ควอลิตี้ ทีม จำกัด

สงวนลิขสิทธิ์ ห้ามทำซ้ำ คัดลอก หรือนำไปเผยแพร่ก่อนได้รับอนุญาตเป็นลายลักษณ์อักษรจากบริษัท ฯ