|
การลดค่าไฟฟ้าโดยการใช้ตัวคาปาซิเตอร์แก้ค่าเพาเวอร์แฟคเตอร์
|
|
นายไฟฟ้า
|
กำลังไฟฟ้าในระบบไฟฟ้ากระแสสลับทั่วไป สามารถแบ่งออกได้เป็นสองส่วนคือ
1.
กำลังไฟฟ้าที่ใช้งาน หรือกำลังงานจริง (active or real power)
มีหน่วยเป็นกิโลวัตต์ (kW) ซึ่งจะเป็นกำลังงาน
ที่เครื่องจักรอุปกรณ์จะนำไปใช้งานจริง
เช่น เปลี่ยนเป็นความร้อน แสงสว่าง หรือไปเป็นทอร์กที่ใช้ในการ
ขับเคลื่อน
2.
กำลังรีแอคตีฟ (reactive power ,Q (VAR) ) เป็นพลังงานที่ใช้สร้างสนามแม่เหล็ก
เพื่อเป็น ตัวกลางในการ
แปรรูปพลังงานในอุปกรณ์ไฟฟ้า
เช่น มอเตอร์ , หม้อแปลง , หลอดไฟฟ้าฟลูออเรสเซนต์
ล้วนแล้วแต่ต้อง
การกำลังรีแอกตีฟในการทำงานทั้งสิ้น
แต่พลังงานจริงๆ ที่ได้รับจากอุปกรณ์ เหล่านี้ ไม่ได้เกิดจากกำลัง
รีแอกตีฟ แต่เกิดจากกำลังไฟฟ้าที่ใช้งาน ดังนั้นถ้าในโรงงานมีอุปกรณ์เหล่านี้
จำนวนมาก ความต้องการ
กำลังรีแอกตีฟก็จะมากขึ้นด้วย กำลังรีแอกตีฟจะส่งผลให้กระแส
ไฟฟ้าที่ไหลเข้าอุปกรณ์มีค่ามากขึ้น ซึ่งการ
เพิ่มขึ้นของกระแสไฟฟ้าจะส่งผลเสียกับระบบไฟฟ้าดังนี้
2.1
อุปกรณ์ป้องกันระบบไฟฟ้าในโรงงานจะต้องมีอัตราพิกัดการทนกระแสสูงขึ้นตาม
2.2
กระแสไฟฟ้าที่ไหลในสายไฟฟ้าจะมีค่าสูงขึ้น ทำให้เกิดการสูญเสียในสายไฟฟ้ามากขึ้น
รวมถึงเกิด
แรงดันตกคร่อมในสายไฟฟ้าสูงขึ้นตาม
2.3
เมื่อกระแสไฟฟ้าทั้งโรงงานเพิ่มสูงขึ้น
หม้อแปลงซึ่งเป็นตัวจ่ายกระแสไฟฟ้าก็จะต้องทำงานหนักขึ้น
และทำงานอย่างไม่มีประสิทธิภาพเท่าใดนัก
3.
อุปกรณ์หรือเครื่องจักรกลไฟฟ้านั้นต้องการผลรวมแบบเวกเตอร์ของกำลังงานทั้งสองส่วนนี้
จะได้กำลังงาน
ปรากฏ (apparent power ) มีหน่วยเป็นกิโลโวลต์แอมแปร์ (kVA)
ซึ่งก็คือกำลัง งานที่ต้องจ่ายให้กับเครื่องจักร
หรืออุปกรณ์ไฟฟ้านั้น ๆ ค่ากำลังงานปรากฏ จะมีค่าเท่ากับค่าแรงดันคูณกับค่ากระแส
ค่านี้วัดออกมาในรูปของ
ค่า RMS หากในระบบไฟฟ้ามีการใช้ค่า กำลังรีแอกตีฟ อยู่ จะทำค่ากำลังงานปรากฏ
มากกว่าค่ากำลังไฟฟ้า
ที่ใช้งานเสมอ
ค่าเพาเวอร์แฟกเตอร์ ( power factor , pf ) ก็คือค่าอัตราส่วนระหว่างกำลังงานจริงต่อกำลังงาน
ปรากฏ
โดยค่านี้จะทำให้เราทราบว่าเครื่องจักรอุปกรณ์ไฟฟ้า
หรือระบบไฟฟ้าต่างๆ นั้นใช้กำลังงานจริงเป็น
สัดส่วนเท่า
ไร ค่าเพาเวอร์แฟกเตอร์สูง ย่อมแสดงถึงประสิทธิภาพในการใช้งานเครื่องจักรอุปกรณ์
หรือระบบ
นั้นสูงตามไปด้วย ค่าเพาเวอร์แฟกเตอร์ จะมีค่าอยู่ระหว่าง 0
- 1 ซึ่งขึ้นอยู่ชนิดอุปกรณ์ ดังแสดงในตารางที่1
|
|
ตารางที่ 1 แสดงค่าเพาเวอร์แฟกเตอร์โดยประมาณของอุปกรณ์ไฟฟ้า
|
|
อุปกรณ์
|
ค่าเพาเวอร์แฟกเตอร์
|
| อินดัคชั่นมอเตอร์
(Induction Motor) |
ทำงานที่
0 %ของพิกัด ------->
0.17
ทำงานที่ 25%ของพิกัด ------->
0.55
ทำงานที่ 50%ของพิกัด -------> 0.73
ทำงานที่ 75%ของพิกัด -------> 0.80
ทำงานที่ 100 % ของพิกัด
-----> 0.85
|
| หลอดไฟฟ้าชนิดไส้(Incandescent
Light) |
1
|
| หลอดไฟฟ้าชนิดฟลูออเรสเซนต์
(Fluorescent Light) |
0.5
|
|
หลอดไฟฟ้าชนิดดิสชาร์จ (Discharge Light) |
0.4-0.6
|
| เตาหลอม
(Furnaces) |
0.8-1
|
| เครื่องมือเชื่อม
(Welding Device) |
0.7-0.9
|
|
การแก้ไขปรับปรุงค่าเพาเวอร์แฟกเตอร์ ของระบบไฟฟ้าให้มีค่าสูงขึ้นจะก่อให้เกิดผลดีดังเช่น
1.
ลดกระแสไฟฟ้าที่ไหลอยู่ในอุปกรณ์ หรือระบบไฟฟ้านั้น ๆ ซึ่งจะทำให้ลดค่ากำลังงานสูญเสียในระบบไฟฟ้าลง
จะมีผลดีต่อ
อุปกรณ์ต่าง ๆ มีอายุการใช้งานนานขึ้น
2.
ลดแรงดันไฟฟ้าตก (voltage drop) ในระบบไฟฟ้าลง
3.
ลดค่าไฟฟ้าลง โดย
- ลดค่าพลังงานไฟฟ้า ( kW-hr) เนื่องจากมีการลดกระแสไฟฟ้าที่สูญเสียลง
-
ลดค่าความต้องการพลังงาานไฟฟ้ารีแอกตีฟ ซึ่งทางการไฟฟ้ากำหนดไว้ว่า
ผู้ใช้ไฟฟ้าที่มีค่าเพาเวอร์แฟกเตอร์
(lag) ในช่วงเดือนใด มีความต้องการพลังงานไฟฟ้ารีแอกตีฟเฉลี่ยใน15
นาทีที่สูงสุด เมื่อคิดเป็นกิโลวาร์
( maximum 15 minute kilovar demand ) เกินกว่าร้อยละ 63 ของค่าความต้องการพลังงานไฟฟ้าแอกตีฟเฉลี่ยใน
15 นาทีที่สูงสุด เมื่อคิดเป็นกิโลวัตต์ ( maximun 15 minute kilowatt
demand ) แล้ว เฉพาะส่วนที่เกินจะต้องเสียค่า
เพาเวอร์ในอัตรากิโลวาร์ละ 14.02 บาท (จาก "อัตราค่าไฟฟ้า
ตุลาคม 2543 " ของการไฟฟ้าส่วนภูมิภาค)
จากผลดีเบื้องต้นดังกล่าวนี้
จึงทำให้เราน่าจะหันมาให้ความสนใจ ว่าเราจะปรับปรุงค่าเพาเวอร์แฟกเตอร์ให้สูง
ขึ้นได้อย่างไรใช้เงินลงทุนเท่าไหร่คุ้มค่าในการลงทุนหรือไม ่เพราะท่านอาจจะเป็นผู้หนึ่งที่กำลังจ่ายค่าเพาเวอร์
แฟกเตอร์นี้โดยไม่รู้ตัวอยู่ก็ได้
|
|
หลักการเบื้องต้นเกี่ยวกับค่าเพาเวอร์แฟกเตอร์
จากที่กล่าวมาถึงความสัมพันธ์ระหว่างกำลังงานทั้งสามประเภทสามารถเขียนเป็นภาพแบบเวกเตอร์ได้ดังรูปที่
1
โดยค่าเพาเวอร์แฟกเตอร์หาได้จาก
|
รูปที่ 1 เวกเตอร์ความสัมพันธ์ของกระแสและกำลังงาน
|
ค่าเพาเวอร์แฟกเตอร์
อาจจะเป็นแบบตามหลัง ( lagging ) หรือแบบนำหน้า ( leading ) ก็ได้
(ตามหลักการของ
เวกเตอร์ ) ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับทิศทางการไหลของกำลังงานที่ใช้จริง
และกำลังงานรีแอกตีฟ ถ้ากำลังงานทั้งสองนี้ไปใน
ทิศทางเดียวกัน ค่าเพาเวอร์แฟกเตอร์จะเป็นแบบตามหลัง แต่ถ้าใช้คนละทิศทางแล้ว
ค่าเพาเวอร์แฟกเตอร์จะ
เป็นนำหน้า
การปรับปรุง
ค่าเพาเวอร์แฟกเตอร์
เราสามารถปรับปรุงค่าเพาเวอร์แฟกเตอร์
ให้มีค่าสูงขึ้นได้สองวิธีคือ
1.
ใช้คาปาซิเตอร์ ต่อเข้าไปในระบบไฟฟ้านั้น ๆ
2.
ใช้มอเตอร์ชิงโครนัส ติดตั้งแทนมอเตอร์เดิมที่ใช้มอเตอร์แบบเหนี่ยวนำแต่การแก้ไขเพาเวอร์แฟกเตอร์จะเกิด
ขึ้นก็ต่อเมี่อมอเตอร์ซิงโคนัสทำงานเท่านั้น
โดยในที่นี้จะกล่าวถึงการใช้คาปาซิเตอร์ต่อเข้าไปในระบบไฟฟ้าเท่านั้น
|
รูปที่ 2 ความสัมพันธ์ของกำลังงานต่างๆ ก่อนและหลังปรับค่าเพาเวอร์แฟคเตอร์
|
ซึ่งค่าในวงเล็บใหญ่
สามารถดูได้จากตารางที่ 2 แต่การเลือกขนาดคาปาซิเตอร์ดังกล่าวต้องคำนึงถึงผลกระทบ
อันได้แก่
1.
ค่าฮาร์มอนิกส์ ที่อาจจะเกิดขึ้นหรือเกิดแรงดันเกินพิกัด ( over
voltage)
2.
ราคาของคาปาซิเตอร์ ทั้งนี้จึงต้องมีการคำนวณค่าใช้จ่ายที่เกิดขึ้นด้วย
|
ตัวอย่าง
การวิเคราะห์ผลการประหยัดที่เกิดขึ้น
เมี่อติดตั้งคาปาซิเตอร์ในระบบไฟฟ้าโรงงานอุตสาหกรรม แห่งหนึ่งใช้ไฟฟ้า
ระบบ
3 เฟส แบบ Y มีภาระไฟฟ้าทั้งสิ้นเท่ากับ 2,000 กิโลวัตต ์มีค่าเพาเวอร์แฟกเตอร์เท่ากับ
0.7 ถ้าต้องการแก้ไข
ปรับปรุงค่าเพาเวอร์แฟกเตอร์เป็น 0.9 จะต้องลงทุนประมาณเท่าไหร่
และประหยัดเงินเท่าไหร่บ้าง โดยถ้าราคา
คาปาซิเตอร์รวมค่าติดตั้งเฉลี่ยประมาณ 400 บาท /kVAR, อายุเฉลี่ยของคาปาซิเตอร์ประมาณ
20 ปี, อัตราดอกเบี้ย15,
ค่า rated transformer เท่ากับ 3,500 kVA, เวลาทำงาน 24
ชั่วโมงต่อวันวันทำงาน 26 วันต่อเดือน, อัตราค่าไฟฟ้าเฉลี่ย
ประมาณ 1.7 บาทต่อหน่วย (kW-hr), ประสิทธิภาพของหม้อแปลง
ประมาณ 98%
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
| |
| |
