ฮาร์มอนิกคืออะไร ? มีผลเสียอย่างไรต่อระบบไฟฟ้า
ในความหมายทางไฟฟ้า ฮาร์มอนิก (Harmonic) ก็คือ กระแสหรือแรงดันในรูปสัญญาณคลื่นไซน์ ( Sinusoidal หรือ sine wave ) ของสัณญาณหรือปริมาณในคาบใดๆ ที่มีความถี่เป็นจำนวนเท่าของความถี่หลักมูล (Fundamental Frequency) เช่นกระแสฮาร์มอนิกที่ 3 จะมีความถี่เป็น 3 เท่าของความถี่หลักมูล นั่นก็คือ ความถี่ 150 เฮิรท์ เพราะความถี่หลักมูลในประเทศเราเท่ากับ 50 เฮิร์ท หรือแรงดันฮาร์มอนิกที่ 5 ก็หมายความว่า แรงดันที่เกิดจากกระแสฮาร์มอนิกที่ 5ไหลผ่านค่าต้านทาน ( หรือค่า impedance ของระบบ ) นั้น ๆ
รูปคลื่นที่ปรากฏ = รูปคลื่นที่ความถี่ 50 Hz รูปคลื่นที่ความถี่ 250 Hz รูปคลื่นที่ความถี่ 250 Hz
กระแสที่ปรากฏ = กระแสที่ความถี่ 50 Hz. กระแสที่ความถี่ 250 Hz ( I 5th ) กระแสที่ความถี่ 350 Hz. ( I 7th ) ...
ฮาร์มอนิก เกิดขึ้นได้อย่างไร ?
คำตอบง่ายๆ คือ เกิดจากโหลดหรืออุปกรณ์ไฟฟ้าที่ไม่เป็นเชิงเส้น ( non- linear load ) ครับ คำตอบง่าย ๆ แต่เข้าใจยากหน่อย ขอสรุปง่ายๆ ว่าหากเรามีแหล่งจ่ายไฟที่เป็นรูปสัญญาณคลื่นไซน์ จ่ายให้กับโหลดชนิดหนึ่ง แล้วทำให้กระแสหรือแรงดันของแหล่งจ่ายไฟนั้น มีรูปสัญญาณคลื่นไซน์ที่ผิดเพี้ยนไปจากเดิม เราเรียกโหลดประเภทนั้นว่า โหลดไม่เป็นเชิงเส้น และกระแสหรือแรงดันที่เข้าไปทำให้เกิดการผิดเพี้ยนไปนั้น เราเรียกมันว่า กระแสฮาร์มอนิก หรือแรงดันฮาร์มอนิก
ฮาร์มอนิก มีผลกระทบต่อคุณภาพไฟฟ้าอย่างไร ?
ฮาร์มอนิกเป็นกระทบจากการใช้อุปกรณ์หรือเครื่องจักรไฟฟ้าที่ไม่เป็นเชิงเส้น ซึ่งปัจจุบันนิยมใช้กันแพร่หลาย ทั้งนี้เพราะการพัฒนาของอิเล็กทรอนิกกำลัง ( power electronic ) มีบทบาทในวงการอุตสาหกรรมมาก เพราะช่วยในการประหยัดพลังงานไฟฟ้า ช่วยการควบคุมการทำงานของมอเตอร์ไฟฟ้าอย่างมีประสิทธิภาพ และอีกหลายๆเหตุผลในเครื่องจักรต่าง ๆ หรือแม้แต่หลอดไฟฟ้าแบบ compact Lamp ที่หลายหน่วยงานของรัฐกำลังรณรงค์ให้เปลี่ยนจากหลอดไฟฟ้าธรรมดามาเป็นแบบอิเลคทรอนิกที่ไม่ต้องใช้บัลลาสท์ เมื่อมีจำนวนมาก ๆ ปัญหาฮาร์มอนิกที่ 3 ก็จจะตามมาอย่างหลีกเลี่ยงได้ยาก
กระแสฮาร์มอนิกจำนวนมากพอ ระบบไฟฟ้านั้นย่อมไม่มีเสถียรภาพ และมีโอกาสก่อความเสียหายอย่างรุนแรงในบางกรณี ( การพิจารณาว่า ณ จุดใดมีปริมาณฮาร์มอนิก มาก หรือ น้อยนั้น ขอให้อ้างอิงถึงข้อกำหนดกฏเกณฑ์ฮาร์มอนิกกี่ยวกับไฟฟ้าประเภทธุรกิจและอุตสาหกรรม ซึ่งเราสามารถเข้าไปเยี่ยมชม website นี้เพื่อศึกษาข้อมูลเพิ่มเติม และ download ได้จาก website ของการไฟฟ้าส่วนภูมิภาค : www.pea.co.th ครับ ) หรือส่งข้อสงสัยมายังบริษัทฯ เพื่อจะได้ชี้แจง ตอบข้อซักถามเป็นรายๆในรายละเอียดต่อไป
ลองพิจารณาเทียบเคียงกับกรณีที่ท่านอาจเคยพบแต่อาจไม่นึกเอะใจว่า มันคือปัญหามาจากฮาร์มอนิก และอาการความเสียหายที่ท่านเคยพบ ถามว่าท่านเคยตรวจวัดปริมาณฮาร์มอนิกในหน่วยงานท่านแล้วหรือยัง ? ถ้ายัง ท่านอย่าเพิ่งมองข้ามปัญหาที่เกิดจากฮาร์มอนิกในหน่วยงานของท่าน เพราะหากเกิดจากปัญหาฮาร์มอนิกจริง การแก้ปัญหาจะไม่ยุ่งยากและตรงประเด็น และช่วยรักษาคุณภาพไฟฟ้าของท่านได้อย่างมีประสิทธิภาพ
1. ผลกระทบต่อชุด Capacitor Banks ที่ใช้ปรับปรุงค่า power factor
1.1 Capacitor Banks ที่ใช้อยู่ มีอายุการงานสั้นมาก ( น้อยกว่า 1 - 3 ปี )
1.2 Capacitor Banks ที่ใช้อยู่เกิดการระเบิดเสียหายอย่างรุนแรง
1.3 ชุดป้องกันคาปาซิเตอร์ เช่น Fuse ขาดบ่อยมาก Circuit breaker เกิดการ trip และ และชุด magnetic contactor หน้าสัมผัสดูดติดกัน ไม่แยกออก เป็นต้น
1.4 ชุด Detuned Filter เสียหาย ไม่สามารถทำงานได้
2. ผลกระทบต่ออุปกรณ์ไฟฟ้าบางชนิดที่ต้องการความเที่ยงตรง
2.1 เครื่องจักรทำงานผิดพลาด ไม่แน่นอน ทำให้ชิ้นงานเสียหาย
2.2 เครื่องจักรเกิดอาการสะดุดบางชั่วขณะ
2.3 ชุด electronic board ในเครื่องจักรเสียหายบ่อยมาก
2.4 มอเตอร์ทำงานสียงดัง สั่น ร้อนผิดปกติ
3. ผลกระทบต่อระบบไฟฟ้า
3.1 เมนเซอร์กิจ ( Air Circuit Breaker ) เกิดการ TRIP โดยไม่ทราบสาเหตุ
3.2 สายไฟร้อนจัด ทั้งๆ ที่วัดกระแสไม่เกินขนาดของสายไฟที่จะทนได้
3.3 ได้รับจดหมายเตือนจากการไฟฟ้าให้ปรับปรุงค่าPF และหรือให้ควบคุมปริมาณ ฮาร์มอนิกให้อยู่ในข้อกำหนดของการไฟฟ้า
3.4 ชุด relay ป้องกันที่เมนไฟฟ้าเสียหายรุนแรง
3.5 หม้อแปลงร้อนจัด ทั้งๆ ที่กระแสยังไม่เกินพิกัด
3.6 สายนิวตรอน ( Neutral line ) มีกระแสสูงมาก ร้อนจัดหรืออาจเสียหาย ทั้งๆ ที่มีขนาดเท่าครึ่งหนึ่งหรือเท่ากับสายไฟเมน ( เกิดจากผลกระทบจากฮาร์มอนิกที่ 3 )
3.7 มอเตอร์สั่นคราง ( Mechanical Oscillation ) ( เกิดจากกระแสฮาร์มอนิกที่ 5 และที่ 7 มีปริมาณสูงมาก )
4. ผลกระทบต่อเศรษฐกิจ
4.1 ทำให้บิลค่าไฟฟ้าสูงขึ้น เพราะชุด capacitor banks ไม่สามารถทำงานต่อเนื่องได้ ( ปัจจุบันการไฟฟ้าคิดค่า Kvar ( ที่ต่ำกว่า PF < 0.85 ) ละ 56.04 บาท )
4.2 ผิดข้อกำหนดมาตราฐานกฏเกณฑ์ฮาร์มอนิกของการไฟฟ้า
4.3 รบกวนการทำงานของเครื่องจักร ทำให้ประสิทธิภาพของขบวนการผลิตลดลง
4.4 เสียค่าใช้จ่ายในการซ่อมบำรุง และเปลี่ยนอุปกรณ์ที่เสียหายบ่อยมาก ( โดยเฉพาะ capacitor และอุปกรณ์ป้องกัน )
ผู้เขียน : นายพิพิธ ศรีรัตนโพธิ์ชัย ( วศ.บ ไฟฟ้า )