ลดฮาร์มอนิกแก้ปัญหาคุณภาพไฟฟ้าได้

คุณกำลังเผชิญปัญหาเหล่านี้อยู่หรือไม่?

• มอเตอร์และหม้อแปลงร้อนเกินไป
• เบรกเกอร์ทริปบ่อย
• ฟิวส์ขาดบ่อย
• ตัวเก็บประจุทำงานผิดปกติ
• สัญญาณโทรศัพท์ถูกรบกวน
• อินเวอร์เตอร์ทำงานผิดปกติ
• PLC และคอมพิวเตอร์ขัดข้อง - เช่น หน้าจอ "ค้าง"
• หลอดไฟกะพริบรุนแรง

ถ้าคุณพบสัญญาณดังกล่าวแสดงว่าโรงงานของคุณอาจมีปัญหาฮาร์มอนิก และคุณจะแก้ปัญหาฮาร์มอนิก (Harmonic) ได้อย่างไร

เพื่อให้เข้าใจวัตถุประสงค์ของการกรองฮาร์มอนิก(Harmonic filtering) เราจำเป็นต้องเข้าใจก่อนว่าฮาร์มอนิกคืออะไร

แรงดันไฟฟ้าของแหล่งจ่ายไฟ AC ที่ใช้ในประเทศของเราจะมีความถี่ 50Hz ซึ่งแรงดันจะแกว่งไปมาระหว่างบวกและลบ 50 ครั้งต่อวินาทีมีลักษณะเป็นรูปคลื่นไซน์(sine wave)ที่สมบูรณ์ โหลดไฟฟ้ากระแสสลับประเภท Linear เช่น เครื่องทำความร้อน หรือหลอดไฟไส้จะสร้างกระแสไฟที่เป็นไปตามรูปคลื่นไซน์เดียวกันกับแรงดันไฟฟ้า กราฟด้านล่างแสดงรูปคลื่น Sine ของแรงดันไฟฟ้าและกระแสไฟฟ้าที่เกิดจากโหลดประเภท Linear  สีน้ำเงินคือแรงดันไฟฟ้าและสีแดงคือกระแสไฟฟ้า

อย่างไรก็ตามการใช้งานกับโหลดประเภท Non-linear เช่น Inverter หรือ VSD กระแสไฟฟ้าจะไม่เป็นไปตามแรงดันไฟฟ้า กราฟด้านล่างแสดงตัวอย่างของรูปคลื่นกระแสไฟที่เกิดจากโหลด Non-linear ซึ่งรูปคลื่นนี้สามารถแบ่งออกเป็นส่วนประกอบย่อยของคลื่น Sine ที่ทวีคูณจากความถี่ 50Hz ส่วนประกอบเหล่านี้เรียกว่า "ฮาร์มอนิก(Harmonics)" ปริมาณฮาร์มอนิกที่เกิดขึ้นถูกกำหนดเป็นเปอร์เซ็นต์ของกระแสไฟปกติ 50Hz

อะไรจะเกิดขึ้นถ้าไม่กรองหรือลดฮาร์มอนิก?

ฮาร์มอนิกที่เกิดจากโหลด non-linear เช่น Inverter หรือ VSD อาจทำให้เกิดการรบกวนระบบจ่ายไฟฟ้า ซึ่งไม่เพียงแต่จะส่งผลกระทบต่ออุปกรณ์ที่ติดตั้งในบริเวณเดียวกันเท่านั้น แต่ยังรวมถึงผู้ใช้ไฟฟ้ารายอื่นที่ได้รับไฟฟ้าจากหม้อแปลงตัวเดียวกันด้วย ผลข้างเคียงของฮาร์มอนิกรวมถึง การสร้างความร้อนและเพิ่มความสูญเสียขึ้นในหม้อแปลง มอเตอร์และสายเคเบิล

ด้วยเหตุนี้หน่วยงานของการไฟฟ้ามักต้องการให้ฮาร์โมนิกส์ถูกกำจัดหรือหลงเหลือไว้ให้น้อยที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้  เพราะมันไม่ได้สร้างปัญหาให้คุณเท่านั้นแต่ยังส่งผลกระทบผู้อื่นด้วย โดยทั่วไปฮาร์มอนิกควรน้อยกว่า 5% เพื่อให้บรรลุเป้าหมายดังกล่าวจึงจำเป็นต้องกรองหรือลดฮาร์มอนิกที่โหลดประเภท Non-linear ต่างๆ

ประเภทของอุปกรณ์กรองฮาร์มอนิก

ตัวกรองฮาร์มอนิก (harmonic filters) คือ อุปกรณ์ที่ใช้สำหรับลดฮาร์มอนิกให้อยู่ในระดับที่ยอมรับได้ มักใช้เพื่อลดความผิดเพี้ยนของฮาร์มอนิกที่เกิดจาก VSD หรือ Inverter มีสองประเภทหลัก ๆ ดังนี้
1.Passive Filter โดยทั่วไปตัวกรองแบบพาสซีฟจะกรองฮาร์มอนิกของ inverter หรือ VSD เพียงตัวเดียว ดังนั้นจะต้องใช้ตัวกรองแยกต่างหากสำหรับ Inverter แต่ละตัว นอกจากนั้นตัวกรองแบบพาสซีฟจะมีประสิทธิภาพสูงสุดเมื่อใช้งานที่เต็มพิกัดของโหลด(full load) ดังนั้นควรระมัดระวังการเลือกขนาดให้เหมาะสมกับโหลด

2.Active Filter ตัวกรองประเภทนี้จะคอยตรวจสอบค่ากระแสและสร้างกระแสไฟขึ้นมาเพื่อลดฮาร์มอนิกตามที่ต้องการ ตัวกรองเพียงตัวเดียวสามารถกรองฮาร์มอนิกของ Inverter หลายขนาดที่แตกต่างกันได้ นอกจากนั้นตัวกรองจำนวนหลายตัวยังสามารถชดเชยปัญหาคุณภาพพลังงานไฟฟ้าอื่นๆได้ เช่น เพาเวอร์แฟคเตอร์ต่ำ แต่ข้อเสียคือต้นทุนเพราะตัวกรองชนิดนี้มีราคาค่อนข้างแพงกว่าตัวกรองแบบพาสซีฟ

ประโยชน์จากการลดฮาร์มอนิก

การลดฮาร์มอนิกส่งผลดีหลายอย่างให้กับโรงงานอุตสาหกรรมแต่กลับถูกละเลย  ข้างล่างนี้แสดงประโยชน์ที่ได้รับจากการลดฮาร์มอนิก

1. ลดต้นทุนพลังงานไฟฟ้า เพราะการสูญเสียที่อยู่ในรูปแบบความร้อนลดลง
2. เพิ่มสมรรถณะและผลผลิต เพราะเครื่องจักรทำงานได้ราบรื่น
3. ประหยัดพลังงานไฟฟ้าได้ 5% ถึง 20%
4. ยืดอายุการใช้งานของอุปกรณ์ไฟฟ้าต่างๆ เช่น หม้อแปลงไฟฟ้า สายไฟ เป็นต้น
5. ลดการลงทุน เพราะไม่ต้องออกขนาดหม้อแปลง และสายไฟ ที่ใหญ่เกินความจำเป็น