กระแสนิวตรอลสูงมาก ทั้งที่จัดสมดุลโหลดดีแล้ว เกี่ยวข้องกับปัญหาฮาร์มอนิกอย่างไร

สำหรับวงจรไฟฟ้า 3 เฟส วิศวกรไฟฟ้าหรือผู้รับผิดชอบด้านไฟฟ้าทุกท่านทราบหรือพยายามจัดให้โหลดที่ใช้งานในระบบไฟฟ้าของแต่ละเฟสมีความสมดุลกันหรือที่เรียกกันโดยทั่วไปว่า "การจัดโหลดบาลานซ์" เพื่อป้องกันปัญหาแรงดันเฟสไม่สมดุลหรือปัญหาความร้อนสูงผิดปกติที่เกิดขึ้นกับหม้อแปลงและมอเตอร์ 3 เฟสที่ใช้งานภายในโรงงานหรืออาคาร ก่อนหน้าที่จะมีการใช้งานสวิตชิ่งเพาเวอร์ซัพพลายกันอย่างแพร่หลายกับอุปกรณ์ไฟฟ้าอิเล็กทรอนิกส์ที่มีความเป็น Non-linear สูงมาก เพียงท่านจัดกระแสของแต่ละเฟสให้ใกล้เคียงกันกระแสนิวตรอลก็จะมีค่าต่ำตามทฤษฎีวงจรไฟฟ้า 3 เฟส แต่ในปัจจุบันหลายท่านมีปัญหากระแสนิวตรอลสูงมากแม้ว่ากระแสเฟสจะมีค่าใกล้เคียงหรือเท่ากันก็ตาม ข้อสังเกตอย่างหนึ่งคือปัญหากระแสนิวตรอลสูงนี้จะเกิดขึ้นกับอาคารขนาดใหญ่มากกว่าโรงงานที่ใช้งานโหลด 3 เฟส ทำไมจึงเป็นเช่นนั้น?

รูปที่ 1 ตัวอย่างปัญหากระแสนิวตรอลสูงเนื่องจากปัญหาฮาร์มอนิก

รูปที่ 1 แสดงตัวอย่างอาคารห้างสรรพสินค้าขนาดใหญ่แห่งหนึ่งซึ่งมีปัญหากระแสนิวตรอลไหลในระบบสูงมากเนื่องจากปัญหากระแสฮาร์มอนิกจากข้อมูลกระแสที่แสดงพบว่ากระแสที่ไหลแต่ละเฟสมีค่าใกล้เคียงกันมาก คือ 1,640A, 1,641A และ 1,535A ตามลำดับซึ่งถ้าพิจารณาจากข้อมูลกระแสนี้จะพบว่ากระแสนิวตรอลไม่ควรจะมีค่ากระแสไหลมากว่า 100A แต่ข้อมูลจากเครื่องมือวัดแสดงค่ากระแสนิวตรอลมีค่าสูงถึง 1,080A ที่เป็นเช่นนี้เนื่องจากกระแสที่ไหลในแต่ละเฟสมีส่วนประกอบฮาร์มอนิกที่ 3 และ 9 ประกอบอยู่ ซึ่งฮาร์มอนิกอันดับที่ 3 และ 9 นี้มีคุณสมบัติเป็น Zero sequence order ซึ่งกระแสฮาร์มอนิกที่มีคุณสมบัติตรงตามนี้จะไหลไปรวมกันและมีเฟสเสริมกันทั้ง 3 เฟสที่สายนิวตรอล รูปที่ 2 แสดงสเป็กตรัมกระแสฮาร์มอนิกของรูปคลื่นกระแสในรูปที่ 1 ซึ่งจะเห็นได้ว่ามีกระแสฮาร์มอนิกอันดับที่ 3 ในปริมาณที่สูงมาก ส่วนรูปที่ 3 แสดงการวิเคราะห์ซีแควนซ์ของฮาร์มอนิกที่เกิดขึ้น โดยปัญหาที่เกิดขึ้นจะเกิดจาก Zero sequence order ซึ่งใช้สัญลักษณ์ (0) ในรูปที่ 3

รูปที่ 2 แสดงส่วนประกอบของกระแสฮาร์มอนิกของกระแสในรูปที่ 1

รูปที่ 3 แสดงการจำแนกซีแควนซ์ของส่วนประกอบของกระแสฮาร์มอนิกในรูปที่ 1 และ 2

รูปที่ 4 แสดงการรวมกันทางเฟสของฮาร์มอนิกที่ 3 ที่สายนิวตรอล

รูปที่ 4 แสดงผลที่เกิดขึ้นจากการที่มีฮาร์มอนิกที่ 3 ไหลอยู่ในระบบไฟฟ้าอันเป็นสาเหตุให้กระแสนิวตรอลมีค่าสูง ซึ่งตามทฤษฎีแล้วกระแสนิวตรอลที่เกิดจากปัญหาฮาร์มอนิกนี้สามารถมีค่าสูงสุดได้ถึง 3 เท่าของกระแสเฟส ซึ่งถ้าเกิดเหตุการณ์เช่นนี้แล้วจะเกิดอันตรายกับสายตัวนำนิวตรอลเนื่องจากกระแสสูงเกินพิกัดสายตัวนำและเป็นสาเหตุของการเกิดอัคคีภัยได้

ส่วนข้อสังเกตว่าทำไมปัญหากระแสนิวตรอลสูงนี้จะเกิดขึ้นกับอาคารขนาดใหญ่มากกว่าโรงงานที่ใช้งานโหลด 3 เฟส นั่นเป็นเพราะว่า Non-linear load ชนิด 1 เฟสที่มักใช้ในอาคารจะมีฮาร์มอนิกอันดับที่ 3 ปริมาณมาก ต่างจาก Non-linear load ชนิด 3 เฟส ซึ่งจะมีส่วนประกอบฮาร์มอนิกอันดับที่ 3 น้อยมาก

บทความโดย บริษัท เพาเวอร์ ควอลิตี้ ทีม จำกัด

สงวนลิขสิทธิ์ ห้ามทำซ้ำ คัดลอก หรือนำไปเผยแพร่ก่อนได้รับอนุญาตเป็นลายลักษณ์อักษรจากบริษัท ฯ