ผลกระทบของฮาร์มอนิกต่อระบบไฟฟ้าและอุปกรณ์

วันนี้จะขอเขียนถึงเรื่องที่ผมถนัดที่สุดใน Power Quality (PQ) ซะหน่อยนะครับ นั่นก็คือเรื่องฮาร์มอนิก (Harmonic) สำหรับหลายๆคนที่ไม่คุ้นเคย ฮาร์มอนิกดูจะเป็นเรื่องลึกลับสุดๆ ถึงแม้ว่าทางการไฟฟ้า ทางจุฬา รวมถึงผู้ผลิตหลายค่าย จะได้พยายามเดินสายจัดบรรยาย จัดอบรมมากมายหลายครั้ง แต่ก็ดูเหมือนว่าฮาร์มอนิกก็ยังคงเป็นเรื่องลึกลับเสมอครับ ก็ปั้ดโธ่ ก็แค่ไฟฟ้ากระแสสลับส่งมาเป็นรูปไซน์เรียนตั้งนานกว่าจะเข้าใจ แล้วทีนี้พอเป็นฮาร์มอนิก มีไซน์ซ้อนไซน์อีกตั้งหลายชั้นหลายซ้อน มันก็เลยยิ่งเป็นเรื่องวุ่นๆครับ ซึ่งวันนี้ผมก็ไม่ได้คิดว่าจะมานั่งอธิบายหรอกครับว่าฮาร์มอนิกคืออะไร เพราะว่าหลายๆท่านก็ได้อธิบายเอาไว้ดีพอสมควรแล้ว เช่น อ.ไชยะที่จุฬา ผมเองก็คงไม่สามารถอธิบายได้ดีกว่าท่านเหล่านั้นน่ะครับ

ทีนี้ถ้าเราเป็นผู้ใช้ไฟฟ้า เป็นโรงงานอุตสาหกรรม เราจะต้องระวังอะไรเกี่ยวกับฮาร์มอนิกบ้าง แล้วการมีฮาร์มอนิกในระบบจะเกิดผลร้ายแรงอย่างไรบ้าง ซึ่งผมจะต้องขอแยกเป็น 2 อย่างครับ คือแยกเป็นแรงดันฮาร์มอนิกและกระแสฮาร์มอนิก ซึ่งถ้ามีเยอะๆก็พังทั้งคู่ครับ แล้วเท่าไหร่ที่เรียกว่าเยอะ ก็หลักคร่าวๆก็คือมากกว่า 5% ครับ ทั้งกระแสและแรงดันฮาร์มอนิก ถ้าอย่างใดอย่างหนึ่งมากกว่า 5% ก็เข้าเขตอันตรายแล้วครับ

กระแสฮาร์มอนิกนั้นผมถือว่าจริงๆแล้วอันตรายน้อยกว่าแรงดันฮาร์มอนิกครับ ถ้ามีเยอะๆ แต่ไม่มากเมื่อเทียบกับขนาดของระบบ และไม่มากจนกระทั่งทำให้แรงดันฮาร์มอนิกเกิดขึ้นมากก็ไม่ค่อยเป็นปัญหาครับ สิ่งที่กระแสฮาร์มอนิกจะทำให้เกิดความเสียหายได้ก็คือ
1. หม้อแปลงร้อนเกิน และพังไว
2. สายร้อนเกิน และอาจจะไหม้ได้โดยเฉพาะสายนิวทรัลครับ

เรื่องสายนิวทรัลร้อนนี้มักเกิดในโรงงานเก่าๆที่ออกแบบไว้เมื่อกว่า 20 ปีก่อน แล้วไม่ได้ออกแบบรองรับเรื่องฮาร์มอนิกไว้ แล้วพอมีโหลดพวกคอมพิวเตอร์หรือหลอดประหยัดไฟมากๆ ก็อาจจะเกิดความร้อนเกินจากกระแสฮาร์มอนิกได้ครับ หลักๆก็คือกระแสฮาร์มอนิกไหลผ่านที่ไหนมากที่นั่นก็จะร้อนเกินครับ

ทีนี้ที่อันตรายกว่าก็คือ แรงดันฮาร์มอนิกครับ แรงดันฮาร์มอนิกจะเกิดจากการที่กระแสฮาร์มอนิกในระบบมีค่าสูง และสูงมากจนทำให้แรงดันในระบบที่ควรจะเป็นรูปไซน์เริ่มเพี้ยนไปเยอะครับ ทีนี้พอแรงดันมันเพี้ยน โหลดที่ต่ออยู่ในระบบก็จะเจอแรงดันเพี้ยนๆกันไปหมด และแรงดันเพี้ยนหรือแรงดันฮาร์มอนิกนี้ก็จะทำให้เกิดปัญหาสำคัญหลายอย่างครับ
1. สุดยอดปัญหายอดนิยม คาปาซิเตอร์ระเบิด โดยมากมักจะเกิดเรโซแนนซ์ก่อน แล้วแรงดันฮาร์มอนิกก็เพิ่มขึ้นกระแสฮาร์มอนิกเพิ่มขึ้น ก็ร้อนเกิด overload แล้วก็ระเบิดครับ
2. หลอดไฟฟ้าอายุการใช้งานสั้น
3. PLC พัง
4. Computer พัง หรือบางทีข้อมูลหาย

จริงๆมีมากกว่านี้ครับ แต่ที่ยกมาแค่ 4 ข้อนี้ก็เพราะว่า เจอกันบ่อยๆ และผมเพิ่งเจอมาสดๆร้อนๆกับเรื่อง คาปาซิเตอร์ระเบิดกับหลอดไฟพังเร็วครับ

ที่เล่ามาคร่าวๆคือพิษสงของฮาร์มอนิกที่เริ่มจะเจอกันมากขึ้นทุกทีในเมืองไทยครับ ก็ถ้าท่านใดเริ่มเจอปัญหาในลักษณะเหล่านี้ ก็อาจจะลองเอา Power Quality Analyzer ของยี่ห้อใดก็ได้ครับมาลองวัดดู แล้วก็อาจจะเป็นไปได้ทีเดียวครับว่า ปัญหาฮาร์มอนิกได้มาเยือนท่านซะแล้ว แต่ไม่ต้องตกใจครับ ทางแก้มี ถูกบ้าง แพงบ้าง ก็แล้วแต่ชนิดของปัญหาครับ ซึ่งผมจะมาเล่าในโอกาสต่อไปครับ

Substation 115kV กับการเพิ่มคุณภาพไฟฟ้า

หลายๆคนคงทราบดีอยู่แล้วถึงการประโยชน์ของการมี Substaton 115kV ไว้ในโรงงานหรือหน่วยงานนะครับ ใครๆก็ชอบที่จะมี Sub 115kV ทั้งนั้น แต่เนื่องด้วยราคาหลายสิบล้าน ถ้าใช้ไฟฟ้ากันไม่มากจริงๆก็ไม่คุ้มที่จะทำ ส่วนใหญ่การจะตัดสินใจทำ Sub 115kV หรือไม่นั้นก็ขึ้นอยู่กับว่าจะประหยัดค่าไฟฟ้าคุ้มค่าหรือไม่นะครับ

แต่ก็มีบางกรณีเหมือนกันที่เรื่องของคุณภาพไฟฟ้าเป็นปัจจัยหลักที่ทำให้หน่วยงานตัดสินใจทำ Sub 115kV ครับ ซึ่งตัวอย่างที่ผมเคยเจอมาเลยก็คือที่ NASTDA (สวทช) ซึ่งเมื่อหลายปีก่อนใช้ไฟฟ้าในระดับแรงดัน 22kV แต่ช่วงที่ผมอยู่ในราวๆปี 2546 ไฟฟ้าดับหรือกระพริบบ่อยมากๆ เนื่องจากใน Line 22kV แถวๆนั้น มีรถชนเสาไฟฟ้าบ่อยครับ และบางทีโรงงานจำนวนมากที่ใช้ Feeder ก็ทำให้เกิด Fault บ่อยๆไฟก็เลยกระพริบทุกเดือนครับ ซึ่งถือว่าเลวร้ายมากแบะไม่เหมาะสมกับศูนย์วิจัยครับ ซึ่งต่อมาทางสวทชก็เลยสร้าง Sub 115kV ขึ้นมาแล้วก็หลังจากนั้นปัญหาคุณภาพไฟฟ้าก็ลดลงไปมากครับ

มีโรงงานที่ผมได้เคยร่วมงานด้วยหลายที่ที่ทำ Sub 115kV ซึ่งโดยทั่วไปแล้วเมื่อเทียบกับโรงงานที่ใช้ไฟฟ้าในระดับ 22kV จะมีคุณภาพไฟฟ้าดีกว่ามากครับ เป็นตัวเลขคร่าวๆก็คือ จากที่เคยไฟกระพริบเดือนละครั้ง หรือปีละ 12 ครั้ง ก็จะเหลือแค่ราวๆปีละ 2 ครั้งเท่านั้นครับ เพราะว่า Line 115kV มันอยู่สูงมาครับ เสาก็แข็งแรง กิ่งไม่พาดไม่ถึงแล้วก็รถชนไม่พังง่ายๆครับ

Power Quality คุณภาพไฟฟ้า

Power Quality หรือ คุณภาพไฟฟ้าคืออะไร?

Power Quality ที่เราแปลกันว่า คุณภาพไฟฟ้า และที่เราเรียกกันสั้นๆว่า PQ (ซึ่งผมก็จะขอเรียกสั้นๆว่า PQ นี่แหละ) กำลังเริ่มมีคนพูดถึงกันมาขึ้นเรื่อยๆในบ้านเรา จริงๆ PQ ไม่ใช่เรื่องใหม่ในบ้านเรา แต่สามารถย้อนไปไกลเกือบๆ 20 ปีแล้ว และการไฟฟ้าเองก็ออกกฎด้านฮาร์มอนิกซึ่งก็เป็นเรื่องหนึ่งของ PQ มาตั้งแต่ปี 1998 เพียงแต่ว่ายังไม่ได้บังคับใช้จริงจังเท่านั้น เนื่องจากปํญหาที่เกิดขึ้นยังไม่รุนแรง

PQ เป็นเรื่องที่พูดถึงกันมาตั้งแต่สมัยเริ่มใช้ไฟฟ้ากันใหม่ๆแล้ว การส่งจ่ายไฟฟ้านั้นถ้าจะให้ผู้ใช้งานสามารถใช้ได้ ไม่ใช่สักแต่ว่าส่งๆไปก็จบ แต่ไฟฟ้าที่จะใช้งานได้นั้นต้องมีคุณภาพด้วย และผู้ใช้งานแต่ละแบบก็ต้องการคุณภาพไฟฟ้าที่แตกต่างกัน ซึ่งอันนี้ผมจะเอาไว้อธิบายทีหลัง แล้วทีนี้ อะไรบ้างที่ประกอบกันเป็นสิ่งที่เรียกว่า คุณภาพไฟฟ้า คนที่เคยเรียนวิชาไฟฟ้ามาก่อนก็อาจจะพอนึกออกบ้าง แต่คนที่ไม่เคยเรียน หรืออาจจะเรียนมาแต่ไม่ค่อยจะรู้เรื่อง เรื่องคุณภาพไฟฟ้าก็จะเป็นเรื่องขมๆเลยล่ะ เพราะแค่ไฟฟ้าคืออะไรก็ยากแก่การเข้าใจแล้ว พอเรื่องคุณภาพไฟฟ้าก็ยิ่งไปกันใหญ่

คุณภาพไฟฟ้าถ้าว่ากันตามหลักวิชาการเลยก็คือ คุณภาพของไฟฟ้าที่จุดที่ผู้ใช้ไฟฟ้าเอาไปใช้ โดยไฟฟ้าที่มี่คุณภาพจะต้องมีลักษณะที่สำคัญคือ
1. ไฟฟ้าต้องมาสม่ำเสมอ
2. ขนาดแรงดันต้องคงที่
3. ความถี่ต้องคงที่
4. แรงดันไฟฟ้าต้องมีรูปคลื่นไม่เพี้ยน เช่น ถ้าส่งกระแสสลับมาเป็นไซน์ก็ต้องเป็นไซน์ มาเป็นกระแสตรงก็ต้องตรง
5. ต้องไม่มี Polution ทางไฟฟ้าที่เป็นอันตรายหรือรบกวนอุปกรณ์ไฟฟ้า ปะปนเข้ามา คลื่นฟ้าผ่า หรือการรบกวนผ่านระบบสายดิน

เอาล่ะขอเกริ่นไว้เท่านี้ก่อนครับ แล้วจะมาเขียนเพิ่มเติมอีกทีครับ