คุณภาพกำลังไฟฟ้า (POWER QUALITY)
|
||||||||||||||||||
ศักดิ์ชัย นรสิงห์
แผนกวิจัยระบบจำหน่ายกองวิจัย ฝ่ายพัฒนาระบบไฟฟ้าการไฟฟ้าส่วนภูมิภาค Tel (02) 590-5577 sakchai@pea.or.th |
||||||||||||||||||
ปัญหาคุณภาพไฟฟ้าที่เกิดขึ้นโดยทั่วไปเกิดจาก 5 สาเหตุใหญ่ |
||||||||||||||||||
ตารางที่ 1 มุมมองต้นเหตุทำให้เกิดปัญหาคุณภาพไฟฟ้าจากการไฟฟ้าและผู้ใช้ไฟฟ้าในประเทศอเมริกา
|
||||||||||||||||||
แนวทางการแก้ไขปัญหาคุณภาพกำลังไฟฟ้าที่ถูกต้องนั้น จำเป็นต้องได้รับความร่วมมือกันระหว่างการไฟฟ้า และผู้ใช้ไฟฟ้า เช่นในส่วนของการไฟฟ้าจะต้องมีการปรับปรุงแก้ไขคุณภาพกำลังไฟฟ้าของแหล่งจ่ายไฟหรือระบบสายส่งและในระบบจำหน่าย ไฟฟ้า และส่วนของผู้ใช้ไฟต้องมีการควบคุมปัญหากำลังคุณภาพไฟฟ้าที่เกิดขึ้นจากการใช้อุปกรณ์ไฟฟ้าจากผู้ใช้ไฟเอง และอาจ ต้องนำข้อมูลทางไฟฟ้าและปัญหาต่างๆมาร่วมปรึกษากันและมีการร่วมกับบริษัทผู้ผลิตอุปกรณ์ไฟฟ้าเพื่อพิจารณาระดับการทำงาน ที่สัมพันธ์กันของอุปกรณ์กับแหล่งจ่ายไฟฟ้าซึ่งจะช่วยลดปัญหาคุณภาพไฟฟ้าในระดับหนึ่ง ในบทความนี้จะกล่าวเพียงคำนิยาม ปัญหาคุณภาพไฟฟ้าและสาเหตุ เพื่อพื้นฐานก่อนที่นำเสนอบทความที่เกี่ยวข้องกับคุณภาพกำลังไฟฟ้าต่อไป ปัญหาคุณภาพกำลังไฟฟ้า 1. ภาวะชั่วครู่ (Transient) คือปรากฏการณ์การเปลี่ยนแปลงของสภาพไฟฟ้า ( แรงดัน กระแส ) ในเวลาทันทีทันใดจากสภาพปกติแบ่งออกเป็น 2 ประเภท คือ Impulsive Transients และ Oscillatory Transients
1.1 อิมพัลส์ชั่วครู่ (Impulsive Transients) |
||||||||||||||||||
รูปที่1. กระแสที่เกิดขึ้นจากการเกิดอิมพัลส์ชั่วครู่เกิดโดยฟ้าผ่า |
||||||||||||||||||
มาตรฐาน IEEE std 1159 - 1995 มีการกำหนดค่าอิมพัลส์ตามช่วงระยะเวลาที่เกิดกับค่าระยะเวลาที่แรงดันเริ่มสูงขึ้น (rise time) ดังตารางที่ 2 |
||||||||||||||||||
ตารางที่2 แสดงค่าระยะเวลาที่แรงดันเริ่มสูงขึ้นกับช่วงระยะเวลาการเกิดของอิมพัลส์
|
||||||||||||||||||
1.2 ออสซิเลทชั่วครู่ (Oscillatory Transient) คือลักษณะของแรงดันหรือกระแสแรงดันมีค่าสูง เกิดขึ้นในทันทีทันใด ไม่มีความถี่เปลี่ยนแปลง มีการเปลี่ยนแปลงขั้ว (บวก ลบ) ของรูปคลื่นอย่างรวดเร็ว ดังรูปที่ 2, 3 และ4 มีสาเหตุเกิดจากการสวิตชิ่งของอุปกรณ์ในระบบ ผลทำให้อุปกรณ์ไฟฟ้า ได้รับความเสียหาย และฉนวนของอุปกรณ์มีการเสื่อมสภาพหรือมีการสูญเสียความเป็นฉนวนเร็วขึ้น มาตรฐาน IEEE std 1159 - 1995 มีการแบ่งการเกิดออสซิเลทในภาวะชั่วครู่ตามขนาดแรงดันและช่วงระยะเวลาการเกิดตามความถี่ ดังตารางที่ 3 |
||||||||||||||||||
ตารางที่3.แสดงขนาดแรงดันและช่วงเวลาตามความถี่ออสซิเลทชั่วครู่
|
||||||||||||||||||
รูปที่2 กระแสออสซิเลทใชั่วครู่เกิดจากการสวิตชิ่งคาปาซิเตอร์แบบ Back-to-Back |
||||||||||||||||||
รูปที่3 แรงดันออสซิเลทความถี่ต่ำชั่วครู่เกิดจากการสวิตชิ่งคาปาซิเตอร์แบบเข้าระบบ |
||||||||||||||||||
รูปที่4 แรงดันออสซิเลทความถี่ต่ำชั่วครู่เกิดจากเฟอโรเรโซแนนซ์ในสภาวะหม้อแปลงไม่มีโหลด |
||||||||||||||||||
2. การเปลี่ยนแปลงแรงดันช่วงระยะสั้น (Short Duration Voltage Variation) คือการเปลี่ยนแปลงค่าแรงดัน rms ที่มีระเวลาการเปลี่ยนแปลงค่าไม่เกิน 1 นาที มีสาเหตุส่วนใหญ่เกิดจากสภาวะความ ผิดพร่อง (fault) ทางไฟฟ้า ทำให้เกิดเหตุการณ์แรงดันตก (Voltage Sag หรือ Voltage Dip ) แรงดันเกิน (Voltage Swell) และไฟดับ (Interruptions) มาตรฐาน IEEE Std 1159-1995 มีการเรียกชื่อแรงดันดังกล่าวตามระยะเวลาที่เกิดคือเวลาทันที ทันใด(Instantaneous) ชั่วขณะ ( Momentary) และชั่วครู่(Temporary) ดังตารางที่4 |
||||||||||||||||||
ตารางที่4. แสดง ระยะเวลาการเกิดแรงดันตก แรงดันเกิน และไฟดับของการเปลี่ยนแปลงแรงดันช่วงเวลาสั้นๆ
|
||||||||||||||||||
2.1 แรงดันตกช่วงสั้น (Voltage Sag ) คือค่าแรงดัน rms มีขนาดลดลงระหว่าง 0.1-0.9 pu. ในช่วงเวลาระหว่าง 10 ms - 1min มีสาเหตุส่วนใหญ่ เกิดขึ้นกับเฟสที่เกิด ความผิดพร่องทางไฟฟ้า ดังรูปที่ 5 ทำให้แรงดันมีค่าลดลงเหลือ 0.2 pu. ของแรงดันปกติ (80% sag) ในช่วงเวลา 3 ไซเคิล และ รูปท ี่6 แรงดันมีค่าลดลงจากผลของการสตาร์ทมอเตอร์ขนาดใหญ่ ซึ่งมอเตอร์อินดัคชั่นขณะสตาร์ทจะมีกระแสสูงสูงถึง 6-10 เท่า ของกระแสโหลดปกติ ผลทำให้อุปกรณ์ที่ไวต่อการเปลี่ยนแปลงคุณลักษณะของแหล่งจ่ายไฟ มีการทำงานผิดพลาดหรือหยุดการ ทำงาน |
||||||||||||||||||
รูปที่ 5 Voltage Sag จากสาเหตุการเกิดความผิดพร่องทางไฟฟ้าลงดิน |
||||||||||||||||||
รูปที่ 6 Voltage Sag จากผลของการสตาร์ทมอเตอร์ขนาดใหญ่ |
||||||||||||||||||
2.2 แรงดันเกินช่วงสั้น (Voltage Swell) คือค่าแรงดัน rms มีขนาดเพิ่มขึ้นระหว่าง 1.1-1.8 pu. ในช่วงเวลาระหว่าง 10 ms - 1min ดังรูปท ี่7 มีสาเหตุส่วนใหญ่จะเกิด ขึ้นกับเฟสที่ไม่ได้เกิดความผิดพร่องทางไฟฟ้าโดยตรง หรืออาจเกิดจากการปลดโหลดขนาดใหญ่ออกจากระบบ หรือมีการต่อ คาปาซิเตอร์ขนาดใหญ่เข้าระบบ ผลทำให้อุปกรณ์ได้รับความเสียหาย หรือทำให้อุปกรณ์ ที่ไวต่อการเปลี่ยนแปลงคุณลักษณะ ของแหล่งจ่ายไฟมีการทำงานผิดพลาดหรือหยุดการทำงาน |
||||||||||||||||||
รูปที่ 7 Voltage Swell จากสาเหตุการเกิดความผิดพร่องทางไฟฟ้าลงดิน |
||||||||||||||||||
2.3 ไฟดับช่วงสั้น (Voltage Interruption) คือค่าแรงดัน rms มีค่าลดลงต่ำกว่า 0.1 pu. ในช่วงระหว่าง 10 ms - 1 min มีสาเหตุเกิดจากสภาวะความผิดพร่องทางไฟฟ้า ในระบบ ทำให้อุปกรณ์ป้องกันมีการตัดวงจรแหล่งจ่ายไฟออก ดังรูปที่ 8 แสดงการเกิดไฟดับช่วงระยะเวลาสั้นๆ ประมาณ 1.8 sec จากการทำงานของรีโคลสเซอร์ตัดวงจรแหล่งจ่ายออกจากระบบก่อนจะมีการต่อวงจรเข้าไปดังเดิมอีกผลทำให้อุปกรณ์ไฟฟ้า หยุดการงาน |
||||||||||||||||||
รูป ที่ 8 ไฟฟ้าดับชั่วขณะจากสาเหตุรีโคลสเซอร์มีการทำงานเนื่องจากการเกิดความผิดพร่องทางไฟฟ้า |
||||||||||||||||||
3. การเปลี่ยนแปลงแรงดันช่วงระยะยาว (Long Duration Voltage Variation) คือการเปลี่ยนแปลงค่าแรงดัน rms ที่มีระยะเวลาการเปลี่ยนแปลงค่าเกิน 1 นาที มีสาเหตุส่วนใหญ่เกิดจากการเปลี่ยนแปลง การทำงานโหลดขนาดใหญ่ ทำให้เกิดเหตุการณ์แรงดันตก (Undervoltage ) แรงดันเกิน ( Overvoltage ) และไฟดับ(Sustained Interruptions) 3.1 แรงดันตก (Undervoltage ) คือค่าแรงดัน rms มีขนาดลดลงระหว่าง 0.8-0.9 pu.ในช่วงเวลานานกว่า 1 min มีสาเหตุเกิดขึ้นจากผลของการสวิตชิ่งโหลด ขนาดใหญ่เข้าระบบ หรือมีการปลดคาปาซิเตอร์ออกจากระบบ ผลทำให้อุปกรณ์ได้รับความเสียหาย เนื่องจากเกิดการรับภาระ เกิน (Overload) 3.2 แรงดันเกิน (Overvoltage ) คือค่าแรงดัน rms มีขนาดเพิ่มขึ้นระหว่าง 1.1-1.2 pu.ในช่วงเวลานานกว่า 1 min มีสาเหตุเกิดขึ้นจากผลของการปลดโหลด ขนาดใหญ่ออกจากระบบ หรือมีการสวิตชิ่งคาปาซิเตอร์เข้าระบบ หรือการปรับแทปหม้อแปลงไม่เหมาะสมกับระบบ ผลทำให้ อุปกรณ์ได้รับความเสียหายเนื่องจากแรงดันเกิน 3.3 ไฟดับ (Voltage Interruption) คือค่าแรงดัน rms มีค่าลดลง 0.0 pu. ในช่วงเวลาเกินกว่า 1 min มีสาเหตุเกิดจากสภาวะความผิดพร่องทางไฟฟ้าในระบบ ทำให้อุปกรณ์ป้องกันมีการตัดวงจรแหล่งจ่ายไฟออกถาวร ดังรูปที่ 9 แสดงการเกิดไฟดับช่วงระยะยาวจากการทำงานของ รีโคลสเซอร์ตัดวงจรแหล่งจ่ายออกจากระบบถาวร (Lockout) เมื่อสภาวะความผิดพร่องทางไฟฟ้ายังอยู่ในระบบ เป็นผลทำให้ อุปกรณ์ไฟฟ้าหยุดการทำงาน |
||||||||||||||||||
รูปที่9 ขั้นตอนการทำงานรีโคสเซอร์ในระบบของ กฟภ. |
||||||||||||||||||
4.แรงดันไม่สมดุล (Voltage Unbalance) คือแรงดันของระบบ 3 เฟสมีขนาดแตกต่างกัน ( 0.5-2% ) หรือมีมุมเปลี่ยนไปจาก 120 องศา เกิดจากความไม่ สมดุลขนาด ของโหลดแต่ละเฟส สามารถกำหนดได้จากอัตราส่วนขององค์ประกอบลำดับลบ V2 ( Negative Sequence ) หรือองค์ประกอบ ลำดับศูนย์ V0 (Zero Sequence ) ต่อองค์ประกอบลำดับบวก V1 (Positive Sequence)ดังรูปที่10 ผลทำให้อุปกรณ์เช่นมอเตอร์ หม้อแปลงไฟฟ้ามีอายุการใช้งานน้อยลงเนื่องจากผลความร้อนที่เกิดขึ้น |
||||||||||||||||||
รูปที่10 แรงดันไม่สมดุลที่สายป้อนที่จ่ายไฟให้ที่พักอยู่อาศัย |
||||||||||||||||||
5.ความผิดเพี้ยนรูปคลื่น(WAVEFORM DISTORTION) การผิดเพี้ยนของรูปคลื่น คือ การเบี่ยงเบนในสภาวะคงตัวของรูปคลื่นไซด์ที่มีความถี่ทางกำลังไฟฟ้า และสามารถอธิบาย คุณลักษณะได้โดยแยกองค์ประกอบทางความถี่ออกมา การผิดเพี้ยนของรูปคลื่นแบ่งออกได้ 5 ชนิด - องค์ประกอบไฟตรง (DC offset) - ฮาร์มอนิก (Harmonic) - อินเตอร์ฮาร์มอนิก (Interharmonic) &nb |
========================================================