ความรู้มีประโยชน์ เกี่ยวกับสาเหตุของปัญหาทางไฟฟ้า และวิธีการแก้ไขปัญหาโดยใช้ UPS

คุณภาพ และการแก้ไขปัญหาทางไฟฟ้า

1. มาตรฐานระบบไฟฟ้าในประเทศไทย
2. คุณภาพกำลังไฟฟ้าคืออะไร
3. เหตุผลในการพิจารณาถึงคุณภาพกำลังไฟฟ้า
4. สาเหตุของปัญหาคุณภาพไฟฟ้าที่เกิดขึ้นโดยทั่วไป
5. ตัวอย่างปัญหาคุณภาพกำลังไฟฟ้า
6. การแก้ปัญหาทางไฟฟ้า

1. มาตรฐานระบบไฟฟ้าในประเทศไทย
STANDARD ELECTRICAL SYSTEM FOR THAILAND (VOLTAGE & FREQUENCY)
1.ระบบไฟฟ้า 1 Phase, 220V, 50Hz [Volt-Phase : L-N] เป็นระบบไฟฟ้าที่ใช้กับอาคารขนาดเล็ก, บ้านพักอาศัย หรือหน่วยงานย่อยๆ ภายในอาคารต่างขนาดใหญ่ทั่วๆ ไป
2.ระบบไฟฟ้า 3 Phase, 380V, 50Hz [Volt-Line : L-L] เป็นระบบไฟฟ้าที่ใช้กับอาคารขนาดใหญ่หรือตามโรงงานอุตสาหกรรม

- หม้อแปลงไฟฟ้าชนิด STAR TYPE (Y)

- หม้อแปลงไฟฟ้าชนิด DELTA TYPE

2. คุณภาพกำลังไฟฟ้าคืออะไร

ปัจจุบันคำว่า คุณภาพกำลังไฟฟ้า ( Power Quality ) เป็นคำที่พูดถึงบ่อยในเรื่องของความมั่นคง การจ่ายไฟฟ้าของระบบจากการไฟฟ้าฯ และกรณีเมื่อเกิดปัญหาอุปกรณ์ไฟฟ้ามีการทำงานผิดพลาดหรือ หยุดการทำงานจากผู้ใช้ไฟฟ้า ซึ่งเห็นได้ว่าคำนิยามของคำว่า คุณภาพกำลังไฟฟ้าระหว่างการไฟฟ้าและผู้ใช้ไฟฟ้า จะพูดถึงในกรณีที่แตกต่างกันไป แต่ในความเป็นจริงแล้ว มีความหมายเดียวกันซึ่งนิยามของ คุณภาพกำลังไฟฟ้าตามมาตรฐานสากล IEC และ IEEE ให้ความหมายของคุณภาพกำลังไฟฟ้า คือ คุณลักษณะของกระแส แรงดัน และความถี่ ของแหล่งจ่ายไฟฟ้าในสภาวะปกติไม่ทำให้อุปกรณ์ไฟฟ้ามีการทำงาน ผิดพลาดหรือเกิดการเสียหายขึ้น

Normal voltage

3. เหตุผลในการพิจารณาถึงคุณภาพกำลังไฟฟ้า
3.1. เนื่องจากในปัจจุบัน กระบวนการผลิตในภาคอุตสาหกรรมมีการใช้อุปกรณ์ไฟฟ้าที่มีเทคโนโลยีชั้นสูง ซึ่งมีความไวในการตอบสนอง ต่อการเปลี่ยนแปลง คุณภาพของกำลังไฟฟ้ามากกว่าในอดีต โดยเฉพาะอุปกรณ์ประเภทอิเล็คทรอนิกส์กำลัง เช่น อุปกรณ์ที่ถูกควบคุมด้วยไมโครโปรเซสเซอร์ Programmable Logic Controller ( PLC) , Adjustable Speed Drive( ASD) และรีเลย์บางชนิด ฯ เป็นต้น
3.2. การเพิ่มขึ้นของการใช้อุปกรณ์ไฟฟ้าที่มีเทคโนโลยีชั้นสูง ส่งผลต่อระบบไฟฟ้า ดังเช่น ตัวอย่างของกระบวนการผลิตในโรงงานอุตสาหกรรมหนึ่งมีการใช้อุปกรณ์ ASD เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพในการผลิตซึ่ง ASDเป็นแหล่งจ่ายฮาร์มอนิกส์ก็จะทำให้เกิดปัญหาฮาร์มอนิกส์ผลกระทบต่อระบบไฟฟ้านั้นได้ และถ้ามีคาปาซิเตอร์ติดตั้งอยู่ในระบบเพื่อปรับปรุงกำลังไฟฟ้า ก็ยิ่งทำให้เกิดปัญหาฮาร์มอนิกส์รุนแรงมากยิ่งขึ้น
3.3. ผู้ใช้ไฟทราบถึงปัญหาคุณภาพไฟฟ้าที่มีผลกระทบต่อกระบวนการผลิต ในอุตสาหกรรมของตัวเองมากขึ้นดังเช่นปัญหาจากแรงดันตกชั่วระยะสั้น (Voltage Sag)
3.4. ระบบไฟฟ้าที่มีการเชื่อมต่อถึงกัน ถ้าส่วนใดส่วนหนึ่งของระบบเกิดปัญหาคุณภาพไฟฟ้าก็จะทำให้ส่วนอื่นๆ ของระบบได้รับผลกระทบจากปัญหาคุณภาพกำลังไฟฟ้าตามไปด้วย ดังเช่น โรงงานอุตสาหกรรมหนึ่งมีการใช้โหลดที่เป็นแหล่งจ่ายฮาร์มอนิกส์ และ ฮาร์มอนิกส์นั้นอาจไหลเข้า สู่ระบบไฟฟ้า อาจทำให้โรงงานบริเวณข้างเคียงได้รับผลกระทบจากปัญหาฮาร์มอนิกด้วยเช่นกัน

4. สาเหตุของปัญหาคุณภาพไฟฟ้าที่เกิดขึ้นโดยทั่วไป
4.1. จากปรากฏการณ์ธรรมชาติเช่น ฟ้าผ่า
4.2. จากการเกิดสภาวะความผิดพร่อง (fault) ทางไฟฟ้าในระบบสายส่งและระบบจำหน่ายของการไฟฟ้า
4.3. จากการกระทำการสวิตชิ่งอุปกรณ์ในระบบ
4.4. จากการใช้งานอุปกรณ์ที่ไม่เป็นเชิงเส้นในระบบอุตสาหกรรม

5. ตัวอย่างปัญหาคุณภาพกำลังไฟฟ้า

Power Problems

5.1. แรงดันเกิน (Over voltage)

Over voltage

คือค่าแรงดัน rms มีขนาดเพิ่มขึ้นระหว่าง 1.1-1.2 pu.ในช่วงเวลานานกว่า 1 min มีสาเหตุเกิดขึ้นจากการอยู่ใก้ลแหล่งจ่ายไฟฟ้า มีการปลดโหลดขนาดใหญ่ออกจากระบบ หรือมีการสวิตชิ่งคาปาซิเตอร์เข้าระบบ หรือการปรับแทปหม้อแปลงไม่เหมาะสมกับระบบ ผลทำให้ อุปกรณ์ได้รับความเสียหายเนื่องจากแรงดันเกิน

5.2. แรงดันตก (Under voltage)

Under voltage

คือค่าแรงดัน rms มีขนาดลดลงระหว่าง 0.8-0.9 pu.ในช่วงเวลานานกว่า 1 min มีสาเหตุเกิดขึ้นจากความต้องการใช้พลังงานไฟฟ้ามีมากขึ้น หรือ อยู่ช่วงปลายของแหล่งจ่ายไฟฟ้า มีการสวิตชิ่งโหลดขนาดใหญ่เข้าระบบ หรือมีการปลดคาปาซิเตอร์ออกจากระบบ ผลทำให้อุปกรณ์ได้รับความเสียหาย เนื่องจากเกิดการรับภาระ เกิน

5.3. ไฟกระชาก (Surge)

Surge

คือขนาดกระแสและแรงดันที่มีค่าความชันสูงมาก เกิดขึ้นในทันทีทันใดไม่มีความถี่เปลี่ยนแปลงกำหนดให้มีขั้วทิศทางเดียว มีสาเหตุเกิดจากฟ้าผ่า ซึ่งอาจเกิดได้โดยตรงหรือในบริเวณใกล้เคียง ผลทำให้อุปกรณ์ในระบบได้รับความเสียหายจากแรงดันไฟฟ้าเกิน

5.4. ไฟเกินชั่วขณะ (Over Shoot)

Over Shoot

คือค่าแรงดัน rms มีขนาดเพิ่มขึ้นระหว่าง 1.1-1.8 pu. ในช่วงเวลาระหว่าง 10 ms - 1min มีสาเหตุส่วนใหญ่จะเกิดขึ้นกับเฟสที่ไม่ได้เกิดความผิดพร่องทางไฟฟ้าโดยตรง หรืออาจเกิดจากการปลดโหลด ขนาดใหญ่ออกจากระบบ หรือมีการต่อ คาปาซิเตอร์ขนาดใหญ่เข้าระบบ ผลทำให้อุปกรณ์ได้รับความเสียหาย หรือทำให้อุปกรณ์ ที่ไวต่อการเปลี่ยนแปลงคุณลักษณะของแหล่งจ่ายไฟมีการทำงานผิดพลาดหรือหยุดการทำงาน

5.5. มีสัญญาณรบกวน (Noise)

Noise

คือสัญญาณทางไฟฟ้าที่ไม่ต้องการ จะมีความถี่ต่ำกว่า 200 kHz ปะปนบนสัญญาณแรงดัน หรือกระแสในสายเฟส เป็นผลเกิดจากการต่อลงดินของระบบไฟฟ้าที่ไม่ถูกต้อง ของโหลดประเภทอิเล็คทรอนิกส์ หรืออุปกรณ์ควบคุมในระบบ การเหนี่ยวนำของสนามแม่เหล็กหรือคลื่นวิทยุ ผลทำให้อุปกรณ์ ดังกล่าวมีทำงานผิดพลาดหรือไม่สามารถทำงานได้

5.6. ไฟตกช่วงขณะ (Voltage Sags)

Voltage Sags

คือค่าแรงดัน rms มีขนาดลดลงระหว่าง 0.1-0.9 pu. ในช่วงเวลาระหว่าง 10 ms - 1min มีสาเหตุส่วนใหญ่ เกิดขึ้นกับเฟสที่เกิดความผิดพร่องทางไฟฟ้า เช่น แรงดันมีค่าลดลงจากผลของการสตาร์ทมอเตอร์ขนาดใหญ่ ซึ่งมอเตอร์อินดัคชั่นขณะสตาร์ทจะมีกระแสสูงสูงถึง 6-10 เท่า ของกระแสโหลดปกติ ผลทำให้อุปกรณ์ที่ไวต่อการเปลี่ยนแปลงคุณลักษณะของแหล่งจ่ายไฟ มีการทำงานผิดพลาดหรือหยุดการทำงาน

5.7. ไฟกระพริบ (Short Interruption)

Short Interruption

คือค่าแรงดัน rms มีค่าลดลงต่ำกว่า 0.1 pu. ในช่วงระหว่าง 10 ms - 1 min มีสาเหตุเกิดจากสภาวะความผิดพร่องทางไฟฟ้าในระบบ ทำให้อุปกรณ์ป้องกันมีการตัดวงจรแหล่งจ่ายไฟออก ทำให้อุปกรณ์ไฟฟ้า หยุดการทำงาน

5.8. ไฟดับ (Blackout)

Blackout

คือค่าแรงดัน rms มีค่าลดลง 0.0 pu. ในช่วงเวลาเกินกว่า 1 min มีสาเหตุเกิดจากสภาวะความผิดพร่องทางไฟฟ้าในระบบ ทำให้อุปกรณ์ป้องกันมีการตัดวงจรแหล่งจ่ายไฟออกถาวร เป็นผลทำให้ อุปกรณ์ไฟฟ้าหยุดการทำงาน

5.9. ฮาร์มอนิกส์ (Harmonic)

3rd Harmonic

คือส่วนประกอบในรูปสัญญาณคลื่นไซน์ (Sine wave) ของสัญญาณหรือปริมาณเป็นคาบใดๆ ซึ่งมีความถี่เป็นจำนวนเต็มเท่าของความถี่หลักมูล( Fundamental Frequency 50 Hz ) เช่น ฮาร์มอนิกลำดับที่ 3 มีค่าความถี่เป็น 150 Hz ฮาร์มอนิกลำดับที่ 5 มีค่าความถี่เป็น 250 Hz ฯ ผลของฮาร์มอนิกเมื่อรวมกันกับสัญญาณความถี่หลักมูลทางขนาด (Amplitude) และมุมเฟส ( Phase Angle ) ทำให้สัญญาณที่เกิดขึ้นมีขนาดเปลี่ยนไปและมีรูปสัญญาณเพี้ยน( Distortion )ไปจากสัญญาณคลื่นไซน์ เป็นผลจากการใช้อุปกรณ์ประเภทที่ไม่เป็นเชิงเส้น ทำให้อุปกรณ์ในระบบไฟฟ้า มีการทำงานผิดพลาด และถ้ามีการขยายของฮาร์มอนิกที่มีขนาดมากพออาจจะทำให้อุปกรณ์เกิดการชำรุดขึ้นได้

5.10. การแปรเปลี่ยนความถี่กำลังไฟฟ้า (Power Frequency Variation)

Power Frequency Variation

คือปรากฏการณ์ที่ความถี่ของระบบไฟฟ้า มีค่าเปลี่ยนไปจากค่าความถี่ปกติ 50 Hz เป็นผลจากการทำงานของ เครื่องกำเนิดไฟฟ้าขนาดใหญ่ผิดพลาดหรือมีการหลุดออกจากระบบ ทำให้มีผลกระทบต่อการทำงานของอุปกรณ์ไฟฟ้าที่มีการทำงานสัมพันธ์ กับความถี่ของระบบไฟฟ้า เช่น เครื่องกลไฟฟ้า

6. การแก้ปัญหาทางไฟฟ้า

สามารถแก้ปัญหาทางไฟฟ้าโดย ใช้อุปกรณ์ต่าง ๆ ได้ดังนี้ เช่น
EMI/RFI filters สามารถแก้ปัญหา Noise ได้
Surge Protection สามารถแก้ปัญหา Surge ได้
Voltage Stabilizer สามารถแก้ปัญหา Over voltage และ Under Volt ได้
Uninterrupted Power Supply (UPS) เป็นแหล่งจ่ายกำลังไฟฟ้าแบบต่อเนื่อง และให้พลังงานไฟฟ้า ที่มีคุณภาพและเสถียรภาพ โดยปราศจากปัญหาทางไฟฟ้า

UPS Solution

ที่มา
IEEE std 1159-1995 , IEEE Recommended Practice for Monitoring Electric Power Quality
Electrical Power Systems Quality " Roger C. Dugan , Mark F. McGranaghan ,H. Wayne Beaty "
http://www.ee.mut.ac.th/home/peerapol/semi_6.htm
http://www.9engineer.com/ee_main/Article/PQ.htm
เอกสารฝึกอบรม (Syndome) Blue Line Training 19 Jan 2007