การออกแบบขนาดของสายนิวทรัล (N) เพื่อลดผลกระทบของฮาร์มอนิก

เป็นที่กล่าวกันว่า สายนิวทรัลยิ่งใหญ่ยิ่งป้องกันปัญหาผลกระทบจากฮาร์มอนิกได้ดี คำกล่าวนี้จริงหรือไม่ คำตอบก็คือจริงครับ แต่ว่าจริงๆอย่างไรและเมื่อไหร่ควรจะใช้สายนิวทรัลใหญ่และเมื่อไหร่จะใช้สายเล็กก็เป็นเรื่องของรายละเอียดครับ

ปัจจุบันผู้ออกแบบระบบไฟฟ้าได้นิยมการออกแบบสาย N เป็นแบบ Full Neutral ก็คือมีขนาด N เท่ากับสายเฟสกันแล้ว ซึ่งแตกต่างจากในอดีตที่นิยมออกแบบเพียงแค่ Half Neutral ซึ่งไม่เพียงพอต่อวงจรที่มีโหลดฮาร์มอนิกในปริมาณมาก นอกจากนี้ในบางกรณีก็จะพบการออกแบบเป็น Double Neutral ซึ่งก็คือเบิ้ลสาย N เป็น 2 เท่าของสายเฟสเลย ซึ่งก็แน่นอนว่ายิ่งสายนิวทรัลขนาดใหญ่เท่าไหร่ก็จะยิ่งมีผลกระทบเนื่องจากฮาร์มอนิกน้อย แต่การลงทุนก็จะยิ่งแพงขึ้น

เมื่อไหร่จะเลือกสายนิวทรัลแบบใดนั้นเราก็ต้องเข้าใจก่อนว่า ฮาร์มอนิกส่งผลกระทบต่อสายนิวทรัลอย่างไรครับ ผลกระทบของกระแสฮาร์มอนิกที่มีต่อสายนิวทรัลมีที่สำคัญ 2 ประการครับคือ

1. กระแสฮาร์มอนิกลำดับที่ 3n ไหลมารวมกันในสายนิวทรัล ถ้าสายมีขนาดเล็กก็จะทำให้เกิดความร้อนสูง และสายไหม้
2. การที่กระแสความถี่สูงจำนวนมากไหลในสายนิวทรัล ทำให้เกิดแรงดันตกคร่อมสาย N และทำให้แรงดันเฟสเทียบ N มีค่าฮาร์มอนิก ซึ่งทำให้แรงดันตกลงหรือทำให้เกิดการรบกวนแก่อุปกรณ์อื่นๆในระบบ เท่าที่ผมพบมาบางครั้งแรงดัน L-L ฮาร์มอนิกไม่ค่อยสูงหรอกครับ แต่พอไปวัดแรงดัน L-N ก็ปรากฏว่าฮาร์มอนิกสูงกว่ากันมาก ซึ่งแบบนี้โหลดเฟสเดียวต่างๆที่เราใช้ก็จะได้รับผลกระทบครับ แรงดันฮาร์มอนิกใน V L-N นั้นจำนวนมากเกิดจากกระแสไหลกลับในสายนิวทรัลนี้แหละครับ

เมื่อเราออกแบบระบบไฟฟ้า เราก็ต้องคิดสะระตะครับ ตั้งแต่เรื่องของเงินลงทุนไปจนกระทั่งสมรรถนะของระบบ ถ้าเราไปออกแบบโดยใช้ Double Neutral เสียตั้งแต่สายที่เดินมาจากหม้อแปลง ก็รับรองได้ว่า เจ้งครับ แพงเกินไป แล้วทีนี้อะไรคือหลักการ ก็ต้องเรียนว่าต้องดูเป็นกรณีๆไป ขึ้นอยู่กับลักษณะของโหลดในแต่จะ Feeder ครับ ซึ่งผมพอจะสรุปคร่าวๆคือ

1. ถ้าใน Feeder ย่อยนั้นๆมีแต่โหลดฮาร์มอนิกเฟสเดียวชนิดเดียวกันจำนวนมาก เปิดพร้อมๆกันตลอดเวลา และใช้กระแสปริ่มๆขนาดสายแล้ว ก็ให้ Double Neutral ไปเลยครับ
2. ถ้าใน Feeder ย่อยนั้นมีโหลดสามเฟสเป็นส่วนใหญ่ แม้จะมีฮาร์มอนิกมาก เอาแค่ Half Neutral ก็พอครับ
3. Feeder ย่อยมีโหลดเฟสเดียวมาก มีฮาร์มอนิกมาก เปิดบ้างปิดบ้าง ไม่ Balance ซะบ่อยๆ ก็ใช้ประมาณ Full Neutral นะครับ
4. โดยทั่วไปสาย N จากหม้อแปลงมาที่ MDB ถ้าเป็นโรงงานใช้แค่ Half Neutral ก็เพียงพอครับ แต่ถ้าเป็นอาคารออฟฟิศ ต้องดูระยะทางด้วย อาจจะต้องใช้ Full Neutral เหมือนกัน ส่วน Double Neutral ผมว่าน่าจะเกินจำเป็น
5. อาคารออฟฟิศที่มี PC จำนวนมากๆ มีหลอดไฟเยอะๆ ผมแนะนำให้ใช้ Full Neutral ครับ
6. อาคาร Server ที่มี คอมพิวเตอร์ขนาดใหญ่ UPS เฟสเดียวขนาดใหญ่ อย่างน้อยก็ Full Neutral และถ้าเป็นไปได้ก็ควรจะใช้ Double Neutral ไปเลยครับเพื่อเพิ่มเสถียรภาพและลดแรงดันฮาร์มอนิกที่จะเกิดขึ้นในระบบด้วย ผมเคยไปวัดบางที่ พบว่าแรงดันฮาร์มอนิกที่เกิดในสาย N เป็นสาเหตุสำคัญที่ทำให้ค่าแรงดันฮาร์มอนิกมีค่าสูง บางทีก็ทะลุเกิน 5% ไปแล้ว ถ้ามีสาย N ใหญ่หน่อยก็จะช่วยเรื่องนี้ได้มากครับ

การออกแบบระบบไฟฟ้าในกรณีที่คำนึงถึงฮาร์มอนิกนี้เป็นเรื่องที่ต้องทำรายละเอียดครับ ถ้าเราสามารถทราบโหลดทุกชนิดใน feeder ย่อยต่างๆก็จะสามารถนำมาคำนวณและหาค่าฮาร์มอนิกที่อาจจะเกิดขึ้นได้เลยครับ และสามารถพิจารณาต่อไปถึงเรื่องการติด Detune, Passfive Filter ต่างๆด้วย การ Sizing ระบบให้พอเหมาะนั้นก็ช่วยลดปัญหาฮาร์มอนิกได้มาก แต่บางครั้งถ้าปริมาณฮาร์มอนิกมากจริงๆ ก็ต้องติดตั้ง Filter ช่วยเช่นกัน