Capacitor Bank + Reactor = Detuned filter?

ท่านที่เคยมีปัญหาเกี่ยวกับ Capacitor Bank เสียหายหรือระเบิดเนื่องจากปัญหาฮาร์มอนิกหรือปัญหาการเรโซแนนซ์ของระบบไฟฟ้าจนทำให้เกิดความเสียหายขึ้น เพื่อที่จะแก้ไขปัญหาดังกล่าวหลายๆ ท่านที่เคยหาข้อมูลเกี่ยวกับปัญหานี้มั่นใจว่าจะต้องได้ยินชื่ออุปกรณ์ที่เรียกว่ารีแอคเตอร์ (Reactor) หรือดีจูนฟิลเตอร์ (Detune Filter) ว่ามีความสามารถในการแก้ปัญหาความเสียหายของ Capacitor Bank ได้

หลังจากศึกษารายละเอียดข้อมูลในหนังสือ เว็บไซต์ที่ให้ความรู้ต่างๆ หรือข้อมูลจากผู้ผลิตรีแอคเตอร์เอง หลายๆ ท่านจะมีความเข้าใจว่าการนำรีแอคเตอร์ที่มีการระบุค่าเป็นเปอเซ็นต์ต่างๆ มาต่ออนุกรมกับคาปาซิเตอร์แล้วจะมีคุณสมบัติเป็นดีจูนฟิลเตอร์ซึ่งจะทนต่อแรงดันและกระแสฮาร์มอนิก เพื่อแก้ปัญหาค่า Power Factor ได้ ความเข้าใจนี้มีความถูกต้องกับอุปกรณ์แก้ค่า Power Factor หรือชดเชยกำลังงานรีแอคทีฟชนิดค่าคงที่ (Fixed type VAR compensator) ดังแสดงในรูปที่ 1

รูปที่ 1 ตัวอย่างอุปกรณ์แก้ค่าพาวเวอร์แฟคเตอร์/ชดเชยกำลังงานรีแอคทีฟ/ดีจูนฟิลเตอร์ชนิดค่าคงที่

(Fixed type VAR compensator/Fixed type detuned filter)

โดยผู้ผลิตจำหน่ายรีแอคเตอร์ หลายๆ รายไม่ได้ให้ข้อมูลที่ชัดเจนว่าการใช้งานรีแอคเตอร์ร่วมกับคาปาซิเตอร์เพื่อให้มีคุณสมบัติเป็นดีจูนฟิลเตอร์นั้นค่าหรือขนาดของคาปาซิเตอร์และรีแอคเตอร์ที่คำนวณได้นั้นจะเป็นตัวระบุถึงค่าความถี่เรโซแนนซ์ของชุดวงจรดีจูนที่ส่วนใหญ่จะตกอยู่ประมาณฮาร์มอนิกลำดับที่ 4.1-4.3 ซึ่งเป็นบริเวณที่ปลอดภัยเนื่องจากกระแสฮาร์อนิกที่เกิดขึ้นจากโหลดไม่เป็นเชิงเส้น (Non-linear) ในระบบไฟฟ้าไม่มีที่ความถี่ดังกล่าว และในการคำนวณจะใช้ค่า kVar ที่ต้องการชดเชยในระบบทั้งหมดและจะมีการทำงานเพียงสเต็ปเดียวหรือเรียกว่า Fixed type detuned filter และจะเหมาะสมกับโหลดที่ไม่มีการเปลี่ยนแปลงค่ากำลังงานรีแอคทีฟซึ่งกรณีนี้ไม่เหมาะสมกับการแก้ค่าพาวเวอร์แฟคเตอร์รวมของตู้ MDB หรือโรงงานซึ่งมีการใช้งานเครื่องจักรและอุปกรณ์ที่มีการใช้กำลังงานเปลี่ยนแปลงตลอดเวลา

อีกกรณีหนึ่งที่ผู้ผลิตจำหน่ายรีแอคเตอร์ให้ข้อมูลการเลือกรีแอคเตอร์ไปใช้งานร่วมกับคาปาซิเตอร์เพื่อทำหน้าที่แทน Capacitor Bank ในกรณีนี้ส่วนใหญ่จะแสดงการคำนวณโดยใช้ค่า kVar ของคาปาซิเตอร์ที่จะใช้งานในแต่ละสเต็ปมาทำการคำนวณซึ่งเช่นเดียวกันกับกรณีแรกโดยกำหนดค่าความถี่เรโซแนนซ์ของชุดวงจรดีจูนฟิลเตอร์จะตกอยู่ประมาณฮาร์มอนิกลำดับที่ 4.1-4.3 สิ่งสำคัญที่เกิดขึ้นที่ทำให้ผู้ที่ศึกษาหรือหาข้อมูลเรื่องนี้เข้าใจผิดก็คือ ค่าหรือขนาดของรีแอคเตอร์ที่คำนวณได้นั้นจะต้องถูกใช้งานกับคาปาซิเตอร์ที่มีค่า kVar ที่คำนวณได้เท่านั้นโดยไม่สามารถนำคาปาซิเตอร์มาต่อขนานเพิ่มเติมได้เหมือนการทำงานของ Capacitor Bank ปกติ ซึ่งการต่อขนานดังกล่าวมีโอกาสที่จะเกิดความเสียหายอย่างรุนแรงกับอุปกรณ์ดีจูนฟิลเตอร์เองและระบบไฟฟ้าได้ สาเหตุของปัญหาและความเสียหายที่เกิดขึ้นก็คือ เมื่อเรานำคาปาซิเตอร์มาขนานกันตามสเต็ปการทำงานของ Capacitor Bank ร่วมกับรีแอคเตอร์ที่ติดตั้งอยู่ดังแสดงในรูปที่ 2

รูปที่ 2 ตัวอย่างวงจรที่มีการใช้งานรีแอคเตอร์ 1 ตัวร่วมกับ Capacitor Bank

ค่าความถี่เรโซแนนซ์ของระบบจะถูกทำให้ต่ำลงเนื่องจากค่าคาปาซิแตนซ์รวมของวงจรจะมีค่าสูงขึ้นตามจำนวนสเต็ปที่นำมาขนานกันซึ่งถ้ามีค่ามากพอจนความถี่เรโซแนซ์ลดลงไปจนถึงฮาร์มอนิกลำดับที่ 3 ก็จะเป็นเรื่องที่น่ากลัวมากเพราะจะเกิดกระแสเรโซแนนซ์ปริมาณมากในระบบอันเป็นสาเหตุให้เกิดความเสียหายร้ายแรงตามมา

ในอีกกรณีหนึ่งที่มีความเสี่ยงมากกว่าก็คือการนำรีแอคเตอร์มาติดตั้งโดยไม่มีการคำนวณที่ถูกต้อง กล่าวคือการนำรีแอคเตอร์มาติดตั้งร่วมกับ Capacitor Bank ตามรูปที่ 2 ผลที่จะตามมาคือโอกาสที่จะเกิดการเรโซแนนซ์ที่ฮาร์มอนิกตั้งแต่ 13, 11, 9, 7, 5 จนถึง 3 จะเกิดขึ้นได้ เนื่องจากโดยปกติแล้วความถี่เรโซแนนซ์ของระบบที่มีการติดตั้ง Capacitor Bank โดยไม่มีการติดตั้งรีแอคเตอร์จะเกิดขึ้นประมาณฮาร์มอนิกลำดับที่ 11 และ 13 การเพิ่มรีแอคเตอร์จะเป็นสาเหตุให้ความถี่เรโซแนนซ์ของระบบต่ำลงโดยเมื่อ Capacitor Bank ทำการชดเชยกำลังงานรีแอคทีฟที่ค่า kVar ต่ำ(จำนวนสเต็ปน้อย) ความถี่เรโซแนนซ์อาจจะถอยลงไปอยู่บริเวณฮาร์มอนิกที่ 7 และเมื่อมีการชดเชย kVar มากขึ้น (จำนวนสเต็ปมากขึ้น) ความถี่เรโซแนนซ์อาจจะลดลงไปถึงบริเวณฮาร์มอนิกที่ 5 หรือ 3 ซึ่งก็จะเกิดอันตรายขึ้นได้เช่นกัน

ดังนั้นการเลือกดีจูนฟิลเตอร์มาใช้งานจำเป็นต้องมีการติดตั้งรีแอคเตอร์ร่วมกับคาปาซิเตอร์ทุกสเต็ปดังแสดงในรูปที่ 3 และมีการคำนวณและเลือกขนาดของรีแอคเตอร์และคาปาซิเตอร์ให้ความถี่เรโซแนนซ์ของระบบอยู่บริเวณที่ปลอดภัยทุกสเต็ปจึงจะมั่นใจได้ว่าจะไม่เกิดความเสียหายตามมา นอกจากนั้นยังต้องพิจารณาในหัวข้ออื่นประกอบด้วย เช่น ทรานเชียนท์ที่เกิดขึ้นขณะตัดต่อสเต็ปในการชดเชย ความเร็วในการตอบสนองต่อความต้องการกำลังงานรีแอคทีฟ และฟังก์ชั่นในการบริหารจัดการใช้งานคาปาซิเตอร์เพื่อให้มีอายุใช้งานสูงสุด

บทความโดย บริษัท เพาเวอร์ ควอลิตี้ ทีม จำกัด

สงวนลิขสิทธิ์ ห้ามทำซ้ำ คัดลอก หรือนำไปเผยแพร่ก่อนได้รับอนุญาตเป็นลายลักษณ์อักษรจากบริษัท ฯ