ข้อจำกัด Detuned/Tuned/Passive filter สำหรับการแก้ปัญหาเพาเวอร์แฟคเตอร์และฮาร์มอนิก ตอนที่ 1

การแก้ปัญหาคุณภาพกำลังไฟฟ้าในปัจจุบันเป้าหมายส่วนใหญ่ได้แก่การปรับปรุงค่า Power Factor (PF.) ให้มีค่าสูงกว่า 0.85 เพื่อกำจัดค่าปรับ PF. จากการไฟฟ้า ซึ่งโดยส่วนใหญ่ก็จะคิดถึง Cap Bank หรือในกรณีที่ระบบไฟฟ้ามีกระแสฮาร์มอนิกจนมีความเสี่ยงสูงที่จะเกิดปัญหาเรโซแนนซ์ก็จะติดตั้ง Detuned Filter เพื่อหลีกเลี่ยงปัญหาดังกล่าวข้อดีประการหนึ่งของการติดตั้งใช้งาน Detuned Filter ก็คือปริมาณกระแสฮาร์มอนิกในลำดับที่ 5 (กรณีใช้ Reactor 6% หรือ 7%) เป็นต้นไปจะสามารถถูกทำให้ลดลงประมาณ 50% ได้ โดยถ้าต้องการให้ปริมาณกระแสฮาร์มอนิกถูกกำจัดมากกว่าที่ Detuned Filter ทำได้ก็จะพิจารณาเป็น Tuned Filter หรือ Passive Filter แทน

อย่างไรก็ตามต้องทำความเข้าใจเบื้องต้นก่อนว่าการใส่รีแอคเตอร์อนุกรมเข้าไปกับคาปาซิเตอร์เพื่อกำหนดความถี่เรโซแนนซ์ให้อยู่ในช่วงออเดอร์ 3.78 (รีแอคเตอร์ 7%) หรือออเดอร์ 4.08 (รีแอคเตอร์ 6%) สำหรับ Detuned filter และกรณี Tuned/Passive filter ในที่นี้จะยกตัวอย่างเป็น Tuned filter ที่ออเดอร์ 5 โดยใช้รีแอคเตอร์ 4% นั้น แน่นอนว่าที่ใกล้เคียงความถี่เรโซแนนซ์ดังกล่าว เฟสหรือมุมตลอดจนค่าอิมพีแดนซ์ที่ปรากฏที่แหล่งจ่ายจะมีค่าใกล้เคียง 0 องศาและ 0 โอห์มตามลำดับ แต่อย่าลืมว่าค่าอิมพีแดนซ์ของวงจรเรโซแนนซ์ดังกล่าวที่ความถี่ต่ำกว่าความถี่เรโซแนนซ์นี้นั้นจะไม่ใช่ 0 โอห์มและ 0 องศาอย่างแน่นอน ที่ความถี่ 50Hz ซึ่งต่ำกว่าความถี่เรโซแนนซ์นั้น Capacitive reactance (XC) ของคาปาซิเตอร์จะมีค่ามากกว่า Inductive reactor ของวงจรซึ่งจะทำให้เกิดผลตามมาคือค่า XC นี้จะทำให้เกิดกระแส Leading ซึ่งสามารถนำไปหักล้างกับกระแส Lagging ของโหลดได้อันเป็นผลให้ค่าเพาเวอร์แฟคเตอร์ของระบบดีขึ้นได้ รูปที่ 1 แสดงวงจรสมมูลย์ของการติดตั้ง Tuned filter ออเดอร์ 5 พิกัด 100kvar เข้ากับหม้อแปลง 22/0.4kV 2,500kVA รูปที่ 2 แสดง Frequency respond ของอิมพีแดนซ์และมุมปรากฏที่แหล่งจ่าย

ปรากฏการณ์หรือคุณสมบัติข้อนี้จะเป็นประโยชน์มากในกรณีที่โหลดของระบบมีปัญหาทั้งค่าเพาเวอร์แฟคเตอร์ต่ำและกระแสฮาร์มอนิกพร้อมๆกัน และยิ่งค่าเพาเวอร์แฟคเตอร์ของโหลดมีค่าต่ำเท่าไหร่ยิ่งเป็นผลดีต่อการออกแบบและเลือกพิกัดอุปกรณ์มาทำการแก้ไขปัญหาที่เกิดขึ้น แต่อย่างไรก็ตามในปัจจุบันมีโหลดที่สร้างปริมาณกระแสฮาร์มอนิกออกมาในปริมาณมากในขณะที่ค่าเพาเวอร์แฟคเตอร์มีค่าสูง โดยอาจมีค่าสูงถึง 0.95 ในขณะที่มีค่า THDi สูงเกือบ 30% ในขณะเดียวกัน เช่น AC inverter ที่มีการติดตั้ง AC line reactor หรือแหล่งจ่ายไฟแบบสวิตชื่งที่มีการติดตั้ง EMI filter โดยใช้ค่า Capacitor ขนาดใหญ่ ในกรณีนี้การออกแบบ Tuned/Passive filter จะทำได้ลำบากหรือบางกรณีเป็นไปไม่ได้เลย เนื่องจากวงจรเรโซแนนซ์ที่ติดตั้งเพิ่มมานี้นอกจากจะกำจัดกระแสฮาร์มอนิกที่ความถี่ที่ออกแบบแล้วยังจะฉีด Capacitive reactive power ที่ความถี่ 50Hz เข้าไปในระบบพร้อมกันด้วย ซึ่งในหลายๆกรณีก็จะทำให้ค่าเพาเวอร์แฟคเตอร์ของระบบนำหน้าหรือ Leading เกิดขึ้นได้ ซึ่งเป็นสิ่งที่เราไม่ต้องการให้เกิดขึ้นกับระบบไฟฟ้าเช่นกัน

รูปที่ 1 ตังอย่างวงจรสมมูลย์ของการติดตั้ง Tuned filter 1 ที่ออเดอร์ 5 เข้ากับหม้อแปลง พิกัด 2,500kVA 22/0.4kV โดยใช้คาปาซิเตอร์ 100kvar ร่วมกับ Reactor 4%

รูปที่ 2 (รูปบน) กราฟสีน้ำเงินอิมพีแดนซ์ของระบบปรากฏที่แหล่งจ่าย (รูปล่าง) กราฟสีแดงแสดงมุมของอิมพีแดนซ์ของระบบปรากฏที่แหล่งจ่าย

ดังนั้นในกรณีที่ต้องการกำจัดกระแสฮาร์มอนิกสำหรับโหลดที่มีค่าเพาเวร์แฟคเตอร์สูงนั้น อาจจำเป็นต้องพิจารณาใช้อุปกรณ์ Active Power Filter เพื่อกำจัดกระแสฮาร์มอนิกโดยไม่สร้างกำลังงานรีแอคทีฟส่วนเกินที่จะทำให้ค่าเพาเวอร์แฟคเตอร์รวมของทั้งระบบเป็น Leading PF.

บทความโดย บริษัท เพาเวอร์ ควอลิตี้ ทีม จำกัด

สงวนลิขสิทธิ์ ห้ามทำซ้ำ คัดลอก หรือนำไปเผยแพร่ก่อนได้รับอนุญาตเป็นลายลักษณ์อักษรจากบริษัท ฯ