ตัวอย่างการวิเคราะห์และออกแบบเพื่อปรับแก้ค่า PF. และปัญหาฮาร์มอนิกสำหรับ ระดับแรงดัน Medium Voltage สำหรับอุตสาหกรรมเหล็ก

ในบทความนี้จะนำเสนอตัวอย่างการวิเคราะห์และออกแบบอุปกรณ์เพื่อปรับปรุงค่าเพาเวอร์แฟคเตอร์และการกำจัดฮาร์มอนิกที่ระดับแรงดัน 6.6kV ในอุตสาหกรรมการผลิตเหล็ก เพื่อให้เห็นผลที่จะได้จากการติดตั้งอุปกรณ์แก้ไขปัญหาแต่ละชนิดว่ามีความสามารถในการแก้ไขระดับของปัญหาแตกต่างกันอย่างไร

ข้อมูลการตรวจวัดเบื้องต้น

ในการวิเคราะห์เพื่ออกแบบอุปกรณ์เพื่อแก้ไขปัญหาจำเป็นต้องมีการตรวจวัดค่าคุณภาพกำลังไฟฟ้าของระบบ โดยจะต้องมีการตรวจวัดรูปคลื่นทั้งค่าขณะมีโหลดและไม่มีโหลดเมื่อนำข้อมูลของแรงดันและกระแสฮาร์มอนิกในแต่ละอันดับมาทำโมเดลของโหลดและแหล่งจ่าย (โมเดลของแหล่งจ่ายจะพิจารณาแรงดันขณะไม่มีโหลดและอิมพีแดนซ์หม้อแปลงและสายตัวนำ) นอกจากนั้นยังต้องมีการบันทึกค่ากำลังงานและตัวแปรด้านคุณภาพไฟฟ้าในระยะเวลาที่เหมาะสมเพื่อให้เห็นการเปลี่ยนแปลงค่าสูงสุด ต่ำสุดและค่าเฉลี่ยเพื่อนำมาประเมิณพิกัดที่เหมาะสมของอุปกรณ์ที่จะติดตั้งเพื่อแก้ปัญหา

ตัวอย่างรูปคลื่นแรงดันชั่วขณะของระบบเมื่อจ่ายโหลด

ตัวอย่างรูปคลื่นกระแสชั่วขณะของระบบเมื่อจ่ายโหลด

ตัวอย่างค่ากำลังไฟฟ้าที่บันทึกได้เพื่อนำมาออกแบบ

ตัวอย่างค่าเพาเวอร์แฟคเตอร์ที่บันทึกได้เพื่อนำมาออกแบบ

ตัวอย่างค่า THD_v และ THD_i ที่บันทึกได้เพื่อนำมาออกแบบ

การวิเคราะห์โมเดลรูปคลื่นของระบบไฟฟ้า

หลังจากที่ได้ข้อมูลจากการตรวจวัดแล้ว เราจะนำข้อมูลที่ได้มาทำโมเดลเพื่อใช้ในการคำนวนโดยจะมีการนำมาเปรียบเทียบกับค่าที่วัดได้เพื่อยืนยันความถูกต้อง

จากรูปคลื่นที่แสดงยืนยันโมเดลที่ใช้ในการวิเคราะห์และคำนวณมีค่าใกล้เคียงกับรูปคลื่นที่ตรวจวัดได้โดยในส่วนที่แตกต่างเป็นผลมาจากโมเดลใช้ข้อมูลจากฮาร์มอนิกอันดับที่ 1 ถึง 25 โดยใช้ค่าเพาเวอร์แฟคเตอร์ที่ตรวจวัดได้ PF=0.692 และ ค่ากำลังงานรีแอคทีฟที่เกิดขึ้นเท่ากับ 2,198 kvar โดยในกรณีนี้เครื่องจักรที่ใช้มีการสร้างฮาร์มอนิกในลำดับคู่ในปริมาณมากซึ่งจำเป็นต้องนำมาพิจารณาในการออกแบบด้วย

การวิเคราะห์และออกแบบและจำลองการทำงานของอุปกรณ์แก้ค่าเพาเวอร์แฟคเตอร์แต่ละชนิด

ในหัวข้อนี้จะแสดงผลการจำลองการทำงานการแก้ไขค่าเพาเวอร์แฟคเตอร์โดยใช้อุปกรณ์ 4 ชนิดเพื่อให้เห็นผลความแตกต่างของการทำงาน ได้แก่ Capacitor bank, Detuned filter, Tuned filter และ SVG (Static VAR Generator) โดยในการวิเคราะห์นี้ใช้เป็นตัวอย่างแนวทางในการเลือกชนิดของอุปกรณ์แก้ค่าเพาเวอร์แฟคเตอร์สำหรับระบบไฟฟ้า Medium Voltage เพื่อให้สอดคล้องกับความต้องการและทราบถึงข้อจำกัดของค่าเพาเวอร์แฟคเตอร์สูงสุดที่เป็นไปได้ภายหลังการแก้ไขปรับปรุง

โครงสร้างอุปกรณ์เพื่อแก้ไขค่าเพาเวอร์แฟคเตอร์ชนิดต่างๆที่ใช้ในการวิเคราะห์และจำลองการทำงาน

1. Capacitor bank

การตอบสนองความถี่ของกระแสฮาร์มอนิกเมื่อติดตั้ง Capacitor bank พิกัด 1,800kvar/7.2kV เข้าระบบ

ตัวอย่างที่ 1 นี้เป็นการจำลองการแก้ไขค่าเพาเวอร์แฟคเตอร์ของระบบโดยการติดตั้ง Capacitor bank พิกัด 1,800kvar/7.2kV เข้ากับระบบ จากกราฟการตอบสนองความถี่กระแสฮาร์มอนิกพบว่าระบบนี้จะมีการขยายกระแสและแรงดันฮาร์มอนิกตั้งแต่อันดับ 2 ถึง 20 (0.1kHz-1kHz) โดยพิจารณาจากค่าที่มากกว่า 1 ดังนั้นในกรณีนี้เมื่อเราทดสอบการจ่ายกระแสโหลดโดยมี Cap. Bank นี้ติดตั้งอยู่แรงดันและกระแสฮาร์มอนิกจะถูกขยายมีความผิดเพี้ยนดังแสดงในรูปและจะสร้างความเสียหายต่อระบบและ Cap. Bank ที่ติดตั้งอยู่ได้

2. Detuned Filter

การตอบสนองความถี่ของกระแสฮาร์มอนิกเมื่อติดตั้ง Detuned Filter 6% Reactor พิกัด 1,356 kvar/7.2kV เข้าระบบ

ตัวอย่างที่ 2 นี้เป็นการจำลองการแก้ไขค่าเพาเวอร์แฟคเตอร์ของระบบโดยการติดตั้ง Detuned Filter 6% Reactor พิกัด1,356kvar/7.2kV เข้ากับระบบ จากกราฟการตอบสนองความถี่กระแสฮาร์มอนิกพบว่าระบบนี้จะมี Parallel resonance และ Series resonance อยู่ระหว่างฮาร์มอนิกอันดับที่ 3 และ 4 ซึ่งจากข้อมูลกระแสและแรงดันฮาร์มอนิกที่ตรวจวัดได้มีฮาร์อนิกที่ 3 และ 4 อยู่จึงจำเป็นต้องให้ความถี่เรโซแนนซ์ของระบบอยู่ที่จุดนี้ ในกรณีนี้จะไม่มีการขยายกระแสฮาร์มอนิกตั้งแต่อันดับ 4 ถึง 20 (0.2kHz-1kHz) โดยพิจารณาจากค่าที่มากกว่า 1 แต่ที่อันดับที่ 2 และ 3 ยังคงมีอยู่ ถ้าเราต้องการให้ไม่มีการขยายตั้งแต่อันดับที่ 4 ลงมาด้วย จำเป็นต้องมีการเพิ่ม % Reactor ให้มากขึ้นซึ่งจะส่งผลถึงขนาดของรีแอคเตอร์และเป็นผลให้คาปาซิเตอร์ที่ติดตั้งในระบบต้องมีอัตราทนแรงดันที่สูงขึ้นไปอีก

3. Tuned Filter

ตัวอย่างที่ 3 นี้เป็นการจำลองการแก้ไขค่าเพาเวอร์แฟคเตอร์ของระบบโดยการติดตั้ง Tuned Filter 6% H4, H5 และ H7 พิกัด1,544 kvar/7.2kV เข้ากับระบบ จากกราฟการตอบสนองความถี่กระแสฮาร์มอนิกพบว่าระบบนี้ฮาร์มอนิกอันดับที่ 4, 5 และ 7 จะถูกกรองออกและการขยายแรงดันเนื่องจากกระแสฮาร์มมอนิกจะเริ่มที่อันดับ 8

4. Static VAR Generator (SVG)

ตัวอย่างที่ 4 นี้เป็นการจำลองการแก้ไขค่าเพาเวอร์แฟคเตอร์ของระบบโดยการติดตั้ง Static VAR Generator พิกัด 2,198 kvar/6.6 kV เนื่องจาก SVG ทำงานโดยอาศัยการทำงานของอินเวอเตอร์ที่จะฉีดกระแสเข้าระบบตามการคำนวนของหน่วยประมวลผลเพื่อจ่ายกระแสรีแอคทีฟและกระแสฮาร์มอนิกเพื่อชดเชยและหักล้างกับกระแสที่มีอยู่ในระบบทำให้สามารถปรับค่าเพาเวอร์แฟคเตอร์ให้มีค่าใกล้เคียง PF.= 1 ได้ จากรูป Compensated by SVG จะพบว่าแรงดันยังมีความเพี้ยนอยู่บ้างเนื่องจากเป็นความเพี้ยนของแหล่งจ่ายขณะ No-load ที่มีอยู่แล้วตามผลการตรวจวัดและโมเดลที่ใช้ในการคำนวน

สรุปเปรียบเทียบผลการจำลองการทำงานของอุปกรณ์แก้ค่าเพาเวอร์แฟคเตอร์

เนื่องจากในการวิเคราะห์นี้ไม่สามารถใช้งาน Capacitor bank ได้อย่างแน่นอนเนืองจากจะเกิดการขยายฮาร์มอนิกอย่างรุนแรงจึงไม่นำมาสรุปเปรียบเทียบ ส่วนในกรณีของ Detuned filter และ Tuned filter นั้นไม่สามารถแก้ค่าเพาเวอร์แฟคเตอร์ได้มากกว่าที่ออกแบบเนื่องจากถ้าทำการเพิ่มพิกัดรีแอคทีฟให้มากว่านี้จะพบว่าค่า DPF. จะมีค่า Leading (พิจารณาจากเฟสแรงดัน-กระแสที่เกิดขึ้น) นอกจากนั้นหากยังมีกระแสฮาร์มอนิกอยู่ในระบบเป็นปริมาณมากตามทฤษฎีแล้วก็จะไม่สามารถทำให้ PF.= 1 ได้เช่นกัน แต่ในกรณีของ SVG นั้นจะไม่มีข้อจำกัดนี้เนื่องจากสามารถชดเชยหรือกำจัดกระอสฮาร์มอนิกออกขณะที่ชดเชยกำลังงานรีแอคทีฟได้พร้อมกันจึงสามารถแก้ค่าเพาเวอร์แฟคเตอร์ให้มีค่าใกล้เคียง PF.= 1 ได้

บทความโดย บริษัท เพาเวอร์ ควอลิตี้ ทีม จำกัด

สงวนลิขสิทธิ์ ห้ามทำซ้ำ คัดลอก หรือนำไปเผยแพร่ก่อนได้รับอนุญาตเป็นลายลักษณ์อักษรจากบริษัท ฯ