Page 1
1
1
บทท� 14 การปรบปรงตวประกอบกาลง
2
14.1 บทนา
- โหลดของระบบไฟฟาตองการใชกาลงไฟฟาจรง ( kW )และกาลงไฟฟา Reactive ( kVAR ) ในการทางาน
- โดยท �วไป P.F. ของระบบคอนขางต�า
- P.F. ต�ามผลเสยหลายอยางเชน กาลงสญเสยเพ�ม เปนตน
- ระบบไฟฟาจงตองมการปรบปรง P.F. ใหสงข�น
Page 2
2
3
ระบบไฟฟาจงจาเปนตองปรบปรง P.F. ใหมคาสงข�น
- ทาไดโดยการตดต �ง Capacitors ขนานเขากบระบบไฟฟา
- ระบบไฟฟาปจจบนม Non- linear Loads เพ�มข�น
การม Harmonic อาจทาความเสยหายกบ Capacitors
จาเปนตองพจารณาเร�องน� ในการปรบปรง P.F. ดวย
4
14.2 กาลงไฟฟา
kVA =
รปท� 14.1 กาลงไฟฟากระแสสลบ
Page 3
3
5
ตวอยางท� 14.1 โรงงานแหงหน�งมโหลด 600 kW, 800 kVAR กาลงไฟฟาเสมอนจะเปนเทาใด
วธทาkVA =
=
= 1000
6
14.3. นยามของ Power Factor
POWER FACTOR =
=
= cos
Page 4
4
7
หรอ
kW = kVA x cos
kVAR = kVA x sin
= kW x tan
8
ตวอยางท� 14.2P.F. ของโรงงานตามตวอยางท� 1 มคาเทาใด
วธทา
P.F. = kW / kVA
= 600 / 1000
= 0.6
= 60 %
Page 5
5
9
ตวอยางท� 14.3 โรงงานแหงหน�งใชไฟ 380 V, 3 , 4 w วดกระแสได 1,000 A และกาลงไฟฟาจรงได 400 kWP.F มคาเทาใด
วธทาReal Power = 400 kW
Apparent Power =
= 658.2 kVA
10
P.F. = kW / kVA
= 400 / 658.2
= 0.61
= 61 %
Page 6
6
11
ตวอยาง โรงงานแหงหน�งใชระบบไฟฟา 3 เฟส 4 สาย , 400 / 230 V
มโหลดตาง ๆ ดงน�
- แสงสวาง 120 kVA , P.F. 50 % Lagging
- มอเตอร 220 kW , P.F. 80 % Lagging
- ความรอน 100 kW , P.F. 100 %
ใหคานวณหา kVA รวม และ P.F.รวม
12
แสงสวาง
Real Power = 120 x 0.5 = 60 kW
Reactive Power = ( 1202 – 602 ) = 103.9 kVAR
มอเตอร
Real Power = 220 kW
Apparent Power = 220 / 0.8 = 275 kVA
Reactive Power = ( 2752 – 2202) = 165 kVAR
ความรอน
Real Power = 100 kW
Reactive Power = 0
Page 7
7
13
Real Power ( kW ) Reactive Power ( kVAR )
แสงสวาง 60 103.9
มอเตอร 220 165
ความรอน 100 0
รวม 380 268.9
kVA = ( 3802 + 268.92 ) = 465.5
P.F = ( 380 / 465.5 ) x 100 = 81.6 %
14
Leading และ lagging Power Factor
Φ V
IΦ V
I
กระแสนาหนาแรงดน
P.F. Leading
กระแสตามหลงแรงดนP.F. Lagging
โหลดของอปกรณสวนมากและระบบไฟฟาจะม P.F. Lagging
รปท� 14.2 P.F. leading และ lagging
Page 8
8
15
14.4. พ�นฐานการปรบปรง Power Factor
a) มอเตอรรบ Active และ Reactive current จากแหลงจายไฟรวม 100 A b) มอเตอรรบ Active current 80A จากแหลงจายไฟ
Reactive current 60A จาก Capacitor
รปท� 14.3 การแสดงโหลดของมอเตอรเหน�ยวนา
16
การคานวณหาขนาด Capacitors เพ�อปรบปรง P.F.
รปท� 14.4 การคานวณหา kVAr ของ Capacitors
Page 9
9
17
จากรป
P.F. .กอนปรบปรง = cos 1
P.F. หลงปรบปรง = cos 2
kVAR = kW x tan kVAR ท� P.F. กอนปรบปรง = kW x tan1
kVAR ท� P.F. หลงปรบปรง = kW x tan2
ดงน�น kVAR of Capacitors = kW x ( tan 1 – tan 2 )
18
ตวอยางท� 14.4โรงงานแหงหน�งมโหลด 400 kW,
P.F. 77 % lagging
ตองการปรบปรง P.F. ใหเปน 95 % lagging
จะตองใช Capacitors ขนาดเทาใด
Page 10
10
19
วธทาP.F. กอนปรบปรง = cos 1 = 0.77
1 = 39.7
P.F. หลงปรบปรง = cos 2 = 0.95
2 = 18.2
kVAR ของ Capacitors = 400 x ( tan 39.7 - tan 18.2 )
= 400 x ( 0.829 - 0.329 )
= 200
20
Original
PowerFactor
Corrected Power Factor
0.80 0.81 0.82 0.83 0.84 0.85 0.86 0.87 0.88 0.89 0.90 0.91 0.92 0.93 0.94 0.95 0.96 0.97 0.98 0.99 1.0
0.500.510.520.530.540.550.560.570.580.590.600.610.620.630.640.650.660.670.680.690.700.710.720.730.740.75
0.982
0.937
0.893
0.850
0.809
0.769
0.730
0.692
0.655
0.619
0.583
0.549
0.516
0.483
0.451
0.419
0.388
0.358
0.328
0.299
0.270
0.242
0.214
0.186
0.15
1.008
0.962
0.919
0.876
0.835
0.795
0.756
0.718
0.681
0.645
0.609
0.575
0.542
0.509
0.474
0.445
0.414
0.384
0.354
0.325
0.296
0.268
0.240
0.212
0.18
1.034
0.989
0.945
0.902
0.861
0.821
0.782
0.744
0.707
0.671
0.635
0.601
0.568
0.535
0.503
0.471
0.440
0.410
0.380
0.351
0.322
0.294
0.266
0.238
0.21
1.060
1.015
0.971
0.928
0.887
0.847
0.808
0.770
0.733
0.697
0.661
0.627
0.594
0.569
0.529
0.497
0.466
0.436
0.406
0.377
0.348
0.320
0.292
0.264
0.23
1.086
1.041
0.997
0.954
0.913
0.873
0.834
0.796
0.759
0.723
0.687
0.653
0.620
0.587
0.555
0.523
0.492
0.462
0.432
0.403
0.374
0.346
0.318
0.290
0.26
1.112
1.067
1.023
0.980
0.939
0.899
0.860
0.822
0.785
0.749
0.713
0.679
0.646
0.613
0.581
0.549
0.518
0.488
0.458
0.429
0.400
0.372
0.344
0.316
0.28
1.139
1.094
1.050
1.007
0.966
0.926
0.887
0.849
0.812
0.776
0.740
0.706
0.673
0.640
0.608
0.576
0.545
0.515
0.485
0.456
0.427
0.399
0.371
0.342
0.31
1.165
1.120
1.076
1.033
0.992
0.952
0.913
0.875
0.838
0.802
0.766
0.732
0.699
0.666
0.634
0.602
0.571
0.541
0.511
0.482
0.453
0.425
0.397
0.369
0.34
1.192
1.147
1.103
1.060
1.019
0.979
0.940
0.902
0.865
0.829
0.793
0.759
0.726
0.693
0.661
0.629
0.598
0.568
0.538
0.509
0.480
0.452
0.424
0.396
0.36
1.220
1.175
1.131
1.088
1.047
1.007
0.968
0.930
0.893
0.857
0.821
0.787
0.754
0.721
0.689
0.657
0.626
0.596
0.566
0.537
0.508
0.480
0.452
0.424
0.39
1.248
1.203
1.159
1.116
1.075
1.035
0.996
0.958
0.921
0.885
0.849
0.815
0.782
0.749
0.717
0.685
0.654
0.624
0.594
0.565
0.536
0.508
0.480
0.452
0.42
1.276
1.231
1.187
1.144
1.103
1.063
1.024
0.986
0.949
0.913
0.877
0.843
0.810
0.777
0.745
0.713
0.682
0.652
0.622
0.593
0.564
0.536
0.508
0.480
0.45
1.306
1.261
1.217
1.174
1.133
1.093
1.054
1.016
0.979
0.943
0.907
0.873
0.840
0.807
0.775
0.743
0.712
0.682
0.652
0.623
0.594
0.566
0.538
0.510
0.48
1.337
1.292
1.248
1.205
1.164
1.124
1.085
1.047
1.010
0.974
0.938
0.904
0.871
0.838
0.806
0.774
0.743
0.713
0.683
0.654
0.625
0.597
0.569
0.541
0.51
1.369
1.374
1.280
1.237
1.196
1.156
1.117
1.079
1.042
1.006
0.970
0.936
0.903
0.870
0.838
0.806
0.775
0.745
0.715
0.686
0.657
0.629
0.601
0.573
0.54
1.403
1.358
1.314
1.271
1.230
1.190
1.151
1.113
1.076
1.040
1.004
0.970
0.937
0.904
0.872
0.840
0.809
0.779
0.749
0.720
0.691
0.663
0.635
0.607
0.58
1.440
1.395
1.351
1.308
1.267
1.227
1.188
1.150
1.113
1.077
1.041
1.007
0.974
0.941
0.909
0.877
0.846
0.816
0.786
0.757
0.728
0.700
0.672
0.644
0.61
1.481
1.436
1.392
1.349
1.308
1.268
1.229
1.191
1.154
1.118
1.082
1.048
1.015
0.982
0.950
0.918
0.887
0.857
0.827
0.798
0.769
0.741
0.713
0.685
0.65
1.529
1.484
1.440
1.397
1.356
1.316
1.277
1.239
1.202
1.166
1.130
1.096
1.063
1.030
0.998
0.966
0.935
0.905
0.875
0.846
0.817
0.789
0.761
0.733
0.70
1.589
1.544
1.500
1.457
1.416
1.376
1.337
1.299
1.262
1.226
1.190
1.156
1.123
1.090
1.068
1.026
0.995
0.965
0.935
0.906
0.877
0.849
0.821
0.793
0.76
1.732
1.687
1.643
1.600
1.559
1.519
1.480
1.442
1.405
1.369
1.333
1.299
1.266
1.233
1.201
1.169
1.138
1.108
1.078
1.049
1.020
0.992
0.964
0.936
0.90
ตารางการหาคาการปรบปรง P.F.
Page 11
11
21
OriginalPowerFactor
Corrected Power Factor
0.80 0.81 0.82 0.83 0.84 0.85 0.86 0.87 0.88 0.89 0.90 0.91 0.92 0.93 0.94 0.95 0.96 0.97 0.98 0.99 1.0
0.760.770.780.790.800.810.820.830.840.850.860.870.880.890.900.910.920.930.940.950.960.970.980.99
0.1050.0790.0520.0260.000
0.1310.1050.0780.0520.0260.000
0.1570.1310.1040.0780.0520.0260.000
0.1830.1570.1300.1040.0780.0520.0260.000
0.2090.1830.1560.1300.1040.0780.0520.0260.000
0.2350.2090.1820.1560.1300.1040.0780.0520.0260.000
0.2620.2360.2090.1830.1570.1310.1050.0790.0530.0270.000
0.2880.2620.2350.2090.1830.1570.1310.1050.0790.0530.0260.000
0.3150.2890.2620.2360.2100.1840.1580.1320.1060.0800.0530.0270.000
0.3430.3170.2900.2640.2380.2120.1860.1600.1340.1080.0810.0550.0280.000
0.3710.3450.3180.2920.2660.2400.2140.1880.1620.1360.1090.0830.0560.0280.000
0.3990.3730.3460.3200.2940.2680.2420.2160.1900.1640.1370.1110.0840.0560.0280.000
0.4290.4030.3760.3500.3240.2980.2720.2460.2200.1940.1670.1410.1140.0860.0580.0300.000
0.4600.4340.4070.3810.3550.3290.3030.2770.2510.2250.1980.1720.1450.1170.0890.0610.0310.000
0.4920.4660.4390.4130.3870.3610.3350.3090.2830.2570.2300.2040.1770.1490.1210.0930.0630.0320.000
0.5260.5000.4730.4470.4210.3950.3690.3430.3170.2910.2640.2380.2110.1830.1550.1270.0970.0660.0340.000
0.5630.5370.5100.4840.4580.4320.4060.3800.3540.3280.3010.2750.2480.2200.1920.1640.1340.1030.0710.0370.000
0.6040.5780.5510.5250.4990.4730.4470.4210.3950.3690.3420.3160.2890.2610.2330.2050.1750.1440.1120.0790.0410.000
0.6520.6260.5990.5730.5470.5210.4950.4690.4430.4170.3900.3640.3370.3090.2810.2530.2230.1920.1600.1260.0890.0480.000
0.7120.6850.6590.6330.6090.5810.5550.5290.5030.4770.4500.4240.3970.3690.3410.3130.2830.2520.2200.1860.1490.1080.0600.000
0.8550.8290.8020.7760.7500.7240.6980.6720.6460.6200.5930.5670.5400.5120.4840.4560.4260.3950.3630.3290.2920.2510.2030.143
0.00
ตารางการหาคาการปรบปรง P.F. ( ตอ )
22
14.5 ประโยชนของการปรบปรง P.F.
การปรบปรง P.F. ของระบบไฟฟาสงข�นจะ ใหประโยชนดงตอไปน�
1. ระบบไฟฟาสามารถรบโหลดไดเพ�มข�น2. ระดบแรงดนเพ�มข�น3. กาลงสญเสยของระบบลดลง4. ลดคา kVAR Charge
Page 12
12
23
1. ระบบไฟฟาสามารถรบโหลดไดเพ�มข�น
- P.F. สงข�น kVA ของโหลดลดลง- ทาใหระบบสามารถจายโหลดไดมากข�น
- เคร�องกาเนดไฟฟา หมอแปลง และสายไฟฟาจายโหลดไดเพ�มข�น
24
ตวอยางท� 14.5Real or Active Power ( kW )ของโหลดเทาเดม Apparent Power ( kVA ) จะมคาลดลงเม�อ P.F. เพ�มข�น ดงตาราง
วธทา
Power Factor ( % ) 60 70 80 90 100
Real or Active Power ( kW ) 600 600 600 600 600
Reactive Power ( kVAR) 800 612 450 291 0
Apparent Power ( kVA) 1,000 857 750 667 600
Page 13
13
25
ตวอยางท� 14.6ถา Apparent Power ( kVA ) ของระบบคงท�ระบบจะสามารถจาย Real or Active Power ( kW )เพ�มข�นถา P.F.เพ�มข�น ดงตาราง
วธทา
Power Factor ( % ) 60 70 80 90 100
Real or Active Power ( kW ) 360 420 480 540 600
Reactive Power ( kVAr ) 480 428 360 262 0
Apparent Power ( kVA ) 600 600 600 600 600
26
2. ระดบแรงดนเพ�มข�นแรงดนตกระหวางสายหาไดจาก
V = 3 I ( R cos + X sin )
โดยท�I = กระแสสาย ( A )R = ความตานทานทางเดยว ( )X = รแอกแตนซทางเดยว ( ) = มมของ P.F
เม�อปรบปรง P.F. ใหสงข�น I จะลดลง จะมคาเลกลงทาใหV มคาลดลง
Page 14
14
27
ตวอยางท� 14.7
มอเตอรเหน�ยวนาชนด 3 เฟส ขนาด 37 kW , 380 Vมกระแสเตมพกด 75 A P.F. 82 % อยหางจากแหลงจายไฟฟา 150 mใชสายไฟฟาขนาด 50 mm2 ถาปรบปรง P.F.ใหเปน 95 % จงหาแรงดนตกกอนและหลงปรบปรง P.F. กาหนด R = 0.424 / km
และ X = 0.284 / km
28
วธทา
กอนปรบปรง P.F.
cos 1 = 0.82sin 1 = 0.572
= 9.94 V
Page 15
15
29
หลงปรบปรง P.F.
I = 75 x 0.82 / 0.95
= 64.7 A
Cos 2 = 0.95Sin 2 = 0.312
= 8.26 V
30
แรงดนตกในหมอแปลง
% V ( เพ�มข�น )ไมสามารถแสดงรปน�ไดในขณะน�
Page 16
16
31
ตวอยางท� 14.8ถาตดต �ง Capacitors 200 kVAR เขากบหมอแปลง 1,000 kVAUt = 6% แรงดนจะเพ�มข�นเทาใด
วธทา
% V ( เพ�มข�น ) =
= 1.2 %
32
3. กาลงสญเสยของระบบลดลง
กาลงสญเสยในตวนาไฟฟาของระบบ เปนสดสวนกาลงสองของกระแส เม�อปรบปรง P.F. ใหสงข�น ทาใหกระแสลดลงดงน �นกาลงสญเสยจงเปนสดสวนกลบกบ P.F. กาลงสอง
% Loss Reduction = 100 x [ 1 - ( P.F1 / P.F2 ) 2 ]
Loss Reduction = Loss at P.F.1 x [ 1 - ( P.F1 / P.F2 ) 2 ]
Page 17
17
33
รปท� 14.5 % Reduction in Losses จากการปรบปรง P.F.
34
ตวอยางท� 14.9
โรงงานแหงหน�งใชหมอแปลงขนาด 1,000 kVA , 22 kV/400-230 V จายโหลด 600 kW , 800 kVAR เม�อปรบปรง P.F. ใหได 95 % จะลดกาลงสญในหมอแปลงไดเทาใดกาหนดใหกาลงสญเสยในหมอแปลงท�กอนการปรบปรง P.F. = 13,500 W
Page 18
18
35
วธทา
กอนการปรบปรง P.F.
kVA =
=
= 1,000
P.F.1 = kW / kVA
= 600 / 1000
= 0.6
36
หลงการปรบปรง P.F.
P.F2 = 0.95
กาลงสญลดลง = Loss Reduction
= Loss at P.F.1 x [ 1 - ( P.F1 / P.F2 )2 ]
= 13,500 x [ 1 - ( 0 .6 / 0.95 )2 ]
= 8,115 W
Page 19
19
37
4. ลดคา kVAR Charge
- ตามอตราไฟฟาใหมไดเพ�มการปรบคา kVAR สวนเกน จาก 14.02 บาท / kVAR เปน 56.07 บาท / kVAR
ถาคา P.F ต�ากวา 0.85
38
การคานวณ kVAR ท�เกน
- kVAR ( Over ) = kVAR ( Read ) - kW ( Peak ) 0.6197
- คา 0.6197 ไดมาจาก Cos = 0. 85 = 31.79
tan = 0.6197
- การไฟฟาฯ ตองการ PF ไมต�ากวา, 0.85 Lagging
ปจจบนในหลายประเทศ จะ ปรบปรง PF ใหได 0.90 – 0.95
Page 20
20
39
ตวอยาง ผใชไฟฟาฟาประเภทท� 4 มคาดงน�ขนาดหมอแปลง 1000 kVA 22 kV / 400 V
Load loss 13.5 kWความตองการพลงไฟฟาสงสด 500 kWความตองการ Reactive Power 510 kVAR
40
คา kVA = ( 500 ² + 510 ² ) = 714คา P.F. = 500 / 714 = 0.70
kVAR ( Over ) = kVAR ( Read ) - kW ( Peak ) x 0.6197 = 510 - 500 x 0.6197= 200
อตราคาไฟฟาเดมโดนปรบ = 200 x 14.02= 2,804 บาท
อตราคาไฟฟาใหมโดนปรบ = 200 x 56.07= 11,214 บาท
Page 21
21
41
- ถาปรบปรง P.F. ใหได ประมาน 0.90 โดยใช Capacitor Bank 6 x 50 kVAR ราคา Capacitor bank + อปกรณ = 250,000 บาท
จะคนทน 250.000 / 11.214 = 22 เดอน
- ความจรงจะคนทนไดเรวกวาน� ถาคดคาDemand ChargeEnergy Charge
42
14.6 Capacitor แรงดนต�า
- LV Capacitor ปจจบนนยมใชแบบ Dry Type
- LV Capacitor แบบ Dry Type ใช Polypropylene เปน Dielectric
Polypropylene เปน Dielectric ท�ม Permittivity สง , จด Breakdown สง
ทาใหสามารถ ลดความหนา ลงได คา Capacitance จงมคาสง
Page 22
22
43
Capacitor แรงดนต�า ( ตอ )
- LV Capacitor จะมขนาด Compact - Loss ลดลงเหลอประมาณ 0.2 W / kVAR
- Polypropylene Film ท�ใชเปน Dielectric จะถก Metalized ดวย Zinc / Aluminium Alloy
ซ�งใชเปน Electrodes
- เรยก Capacitor แบบน�วา MKP Capacitor
44
14.6.1 Impregnation
เม�อมความช�นและอากาศเขาไปภายในตว Capacitorจะ ทาใหเกด Oxidation ท� Electrode ทาใหอาย Capacitor ส �นลง ดงน �นจาเปน
ตอง Impregnate สารบางอยางเขาไปขณะน�ม 2 แบบ คอ
1 ) Gas Impregnation2 ) Resin Impregnation
Page 23
23
45
Gas Impregnationใช Inert Gas อดเขาภายใน Gas ท�ใชคอ Nitrogen ตอง Impregnation ภายใต Vacuum
Resin ImpregnationResin ท�ใชเปนแบบ Non – PCB
และ Biodegradable คอไมเปนพษ และถกสะลายโดยธรรมชาตได
46
14.6.2 Self – Healing
เน�องจาก Dielectric ท�ใชบางมาก ด �งน �นเวลาใชงาน อาจม Thermal หรอ Electrical Overload ได อาจทาใหเกด Breakdown การ Breakdown
จะทาให Dielectric layers แยกจากกน และ Metal ท�บรเวณ Faulty area จะถก Burn out
ขบวนการน� จะทาใหเกด Isolation ของ Faulty Area คา Capacitance ลดลงเพยงเลกนอย
นอยกวา 100 pF ตอคร �ง Capacitor จะยงคงใชงานตอไปได
ขบวนการน� เรยกวา Self – Healing process
Page 24
24
47
14.6.3 Inrush Current
เม�อตอ Capacitor เขา จะเกดกระแสพงเขาCapacitor ชดเด�ยว Inrush Current
มขนาดเปนหลายเทากระแสพกด อาจถง 40 In สาหรบ Automatic Capacitor Bank
Capacitor Step สดทาย จะม Inrush Current สงสด เน�องจาก Capacitorห ท�ตออยแลว
จะจายกระแสเขาดวย ทาให Inrush Current อาจสงถง 200 In
48
Inrush Current ท�สงน� มผลตออายการใชงาน Capacitor และ Magnetic Contactors
การแกปญหา Inrush ทาได 2 แนวทาง คอ
1 ) ตอ Current Limiting Reactor CLR อนกรมเขากบ Capacitor
2 ) ตอ Current Limiting Resistor อนกรมเขากบ Capacitor
Page 25
25
49
14.6.4 Discharge Devices
เม�อตอ Capacitors เขากนระบบไฟฟา จะมประจไฟฟาเกบไวในตว Capacitor
ดงน �นเม�อตด Capacitor ออกจากระบบ ประจไฟฟา เหลาน�จะยงคงคางอย ซ�งอาจเปนอตรายได
ตามมาตรฐาน IEC 60831-1-2 จะตองม Discharge Devices เพ�อลดแรงดนให
ไมเกน 75 V ภายใน 3 นาทโดยท �วไปในการออกแบบ จะลด ใหเหลอ 50 V ภายใน 1 นาท
50
Discharge Devices ท�ใชม 2 แบบ คอ
1 ) Discharge Resistors
2 ) Discharge Reactor
Page 26
26
51
Discharge Resistors ใช Resistors ขนาดท�คานวณได
ตดเขาท�ข �ว Capacitor อยางถาวรวธน� งายและราคาถก แตจะม Loss ท�ตว Resistors
ตลอดเวลาใชงาน
Discharge Reactors ใช Reactors ตอเขาท�ข �ว Capacitor ขณะใชงาน Reactor
จะมคา Reactance สง กระแสต�า Loss จะนอยมาก เม�อตด Capacitor ออก Reactor จะม D.C Resistance ต�า
ทาให Discharge ไดรวดเรว
52
14.6.5 Overpressure Disconnector
Capacitor มอายการใชงานประมาณ 100,000 – 130,000 ชม. และถา แรงดนเกน หรออณหภมสง อายกจะส �นลง
เม�อเกด Self – Healing ข�นหลายๆคร �ง อายของ Capacitorกย�งส �นลง จนหมดอายลง เม�อ Capacitor หมดอายลง กเหมอนถกลดวงจร
กระแสจะสงข�นมาก และ เกดความดนเพ�มข�น ภายใน Unit ดงน �นจาเปนตองมอปกรณ
เพ�อตด Capacitor ออกจากวงจรอปกรณน�คอ Pressure Sensitive Disconnector
Page 27
27
53
รปท� 14.6 Capacitor แรงดนต�า
54
14.7 พกด LV Capacitors
- Capacitors พกดข�นอยกบคา Capacitance
- Capacitance ของ Capacitors มหนวยเปน F ( Farad )
หรอ F ( Micro Farad )
Page 28
28
55
VAR = V IC = 2 f C V2
รปท� 14.7
56
- Reactive Power ของ Capacitors หนวยเปน kVAR
- แปรตามแรงดนยกกาลงสอง
kVAR2 = kVAR1 ( V2 / V1)2
Page 29
29
57
ตวอยางท� 14.10
Capacitors พกด 80 kVAR , 525 V.
ใชงานท�แรงดน 400 V
กาลงไฟฟา Reactive จะเปนเทาใด
58
วธทา
kVAR2 = kVAR1 ( V2 / V1 ) 2
= 80 ( 400 / 525 ) 2
= 46 kVAR
Page 30
30
59
14.8 วธการปรบปรง P.F. ( Method of Compensation )
Capacitors เพ�อปรบปรง P.F. อาจตดต �ง ได 4 ลกษณะคอ
1. Individual Compensation
2. Group Compensation
3. Central Compensation
4. Combined Compensation
60
วธการปรบปรง P.F.
คะแปซเตอรสามารถตดต �งตามจดตางๆในระบบไฟฟาซ�งอาจแยกเปน 4 ลกษณะของการปรบปรง P.F. คอ
- การปรบปรงท�ตวอปกรณ ( Individual Compensation )
- การปรบปรงเปนกลม ( Group Compensation )
- การปรบปรงรวม ( Central Compensation )
Page 31
31
61
การตดต �ง Capacitors แบบตางๆ
รปท� 14.8 ตาแหนงการตดต �ง Capacitors
62
1 การปรบปรงท�ตวอปกรณ ( Individual Compensation )
- ใชกบอปกรณไฟฟาท�สาคญ
ท�ตองการ Reactive Power ท�แนนอน เชน
หมอแปลง มอเตอร เปนตน
- กาลงสญเสยท�สายไฟท�เขาอปกรณลดลง
- สามารถจาย Reactive Power ไปท�โหลดท�ตองการจรงๆ
Page 32
32
63
2 การปรบปรงเปนกลม ( Group Compensation )
- ถาโหลดสามารถรวมเปนกลมท�ใชงานพรอมๆกน
- สามารถปรบปรง P.F. ไดโดยตดต �ง Capacitors ชดเดยว
- เชน มอเตอรขนาดเลกหลาย ๆ ตวทางานพรอมกน
64
3. การปรบปรงแบบรวม (Central Compensation)
- ใชกบสถานประกอบการขนาดใหญท�มอปกรณไฟฟาจานวนมากท�ทางานไมพรอมกน
- ความตองการ Reactive Power เปลยนแปลงตลอดเวลา- การปรบปรง P.F. ทาไดตอ Capacitors
เขาท�แผงสวตชไฟใหญ- การควบคม ทาไดดวย
Manual ControlAutomatic Control
Page 33
33
65
4. การปรบปรงผสม ( Combined Compensation )
- ปรบปรง P.F. ท�อปกรณหลกแบบIndividual Compensation
- ปรบปรง P.F. ท�เปนกลมGroup Compensation
- ปรบปรง P.F. รวมของโหลดท�เหลอท�ทางานไมตอเน�องและไมพรอมกน
66
14.9 การควบคม Capacitors แบบอตโนมต
- ใชสาหรบการปรบปรง P.F. ของโหลดท�ไมคงท�และตองการ Reactive Power ไมคงท�
- ระบบจะตดตอ Capacitors เขา ใหเหมาะสมกบโหลดตลอดเวลา
Page 34
34
67
ระบบควบคม Capacitors แบบอตโนมตมประกอบท�สาคญดงน�
- Capacitors หลายตวตอขนานกน
- Power Factor Controller ( P.F.C. )
- คอนแทคเตอร
- ฟวส หรอ เซอรกตเบรคเกอร
68
รปท� 14.9 Single Line Diagram ของระบบควบคม capacitors แบบอตโนมต
Page 35
35
69
โปรแกรมการตดตอ Capacitors
1) การทางานแบบหลายข �น ( Multi Step Operation )
- ม Capacitors ขนาดเทากนหรอตางกนหลายชด
- การสบ Capacitors เขาออกตาม Program ท�ต �งไว
70
ตารางท� 14.2 โปรแกรม 1: 1: 1: 1: 1: 1
605040302010kVAR
X10
XX105
XXX104
XXXX103
XXXXX102
XXXXXX101
Capacitor654321
Stage
- Capacitors ทกตวมขนาดเทากน- การสบเขาเปนไปตามลาดบ
Page 36
36
71
ตารางท� 14.3 โปรแกรม 1 : 2 : 2 : 2 : 2 : 2
110100908070605040302010kVA
R
XX206
XXXX205
XXXXXX204
XXXXXXXX203
XXXXXXXXXX202
XXXXXX101
Capacitor1110987654321
Stage
- Capacitor ตวแรกมขนาด 1หนวย ตวท�เหลอมขนาด 2 หนวย- การสบเขาตาม kVAR ท�ตองการ
72
ตารางท� 14.4 โปรแกรม 1 : 2 : 4 : 4 : 4
150140130120110100908070605040302010kVAR
XXXX405
XXXXXXXX404
XXXXXXXXXXXX403
XXXXXXXX202
XXXXXXXX101
Capacitor151413121110987654321
Stage
- Capacitor ตวแรกมขนาด 1 หนวย ตวท�สองขนาด 2 หนวยตวท�เหลอมขนาด 4 หนวย
Page 37
37
73
2.) การทางานแบบวงรอบ (Cyclic Operation)
รปท� 14.10 แสดงการทางานแบบวงรอบ (Cyclic Operation)
74
Cyclic Operation- Capacitor ตวท�เขากอน ตองออกกอน
- ถา P.F. ของระบบมคาต�ากวาท�ต �งไว PFC จะส �งให Capacitor
ตวท� 1 , 2 , 3 เขาตามลาดบ
- ถาโหลดลดลง ความตองการ Reactive Power ลดลง
PFC จะส �งใหปลด Capacitor ตวท� 1 ออก
- ตอมาถาโหลดเพ�มข�น ความตองการ Reactive Power มากข�น
PFC จะส �งใหตอตวท� 4 , 5 เขาตามลาดบ
- และถาโหลดลดลง PFC จะส �งปลดตวท� 2 , 3 ออกตามลาดบ
- ดงน �น Capacitors ทกตวจะมโอกาสใชงานพอ ๆกน
Page 38
38
75
14.10 การหา ขนาด สาย CB , Fuse สาหรบ Capacitors
ขนาดสายIC = 1.3 x 1.1 x In
= 1.43 Inโดยท�
IC = ขนาดสายไฟฟา (A)In = พกดกระแสของ Capacitors (A)
76
ขนาด CB , Fuse
ICB = IFuse = 1.3 x 1.15 x In
= 1.495 In
= 1.50 In
Page 39
39
77
ตวอยางท� 14.11
Capacitors ขนาด 50 kVAR, 400 V จะตองใชสายไฟฟา และ Fuse เทาใด
วธทาIn = ( 50 x1000 ) / ( 3 x 400 )
= 72 A
IC = 1.43 x 72
= 103 A
78
สายไฟฟา
ใชสาย 3 x 50 mm2 (119 A)
Fuse , CB
IFuse = 1.50 x 72
= 108 A
ใช Fuse ขนาด 125 A
Page 40
40
79
14.11 ขนาดพกดรวม ของ Capacitor ในระบบไฟฟา
สาหรบระบบท�ทราบขนาดของหมอแปลงแลว ถาตองการปรบปรงตวประกอบกาลง จาก 80 % เปน 95 % Lagging จะตองใช Capacitor ขนาด 30 % พกดหมอแปลง
kVAR (Capacitor) = 30% kVA (Transformer)
80
ตวอยางท� 14.12
หมอแปลง 1000 kVA, P.F. ของโหลด 70 % Lagging ตองปรบปรงใหได
- 85 % Lagging
- 90 % Lagging
- 95 % Lagging
Page 41
41
81
วธทา
จะตองใช Capacitors ขนาดเทาใด กอนปรบปรง
P.F. = 70% Lagging
= cos-1 0.7= 45.6°
kW = kVA x P.F.= 1000 x 0.7= 700
82
ปรบปรงใหได 85 % Lagging
P.F. 85% Lagging = cos2
2 = cos-1 0.85 = 31.8°
kVAR of Capacitor = kW x ( tan 45.6 – tan 31.8 )
= 700 x ( tan45.6 – tan 31.8 )
= 281 kVAR
Page 42
42
83
ปรบปรงใหได 90 % Lagging
P.F. 90% Lagging = cos2
2 = cos-1 0.90 = 25.8°
kVAR of Capacitor = kW x ( tan 45.6 – tan 25.8 )
= 700 x ( tan 45.6 – tan 25.8 )
= 376 kVAR
84
ปรบปรงใหได 95 % Lagging
P.F. 95% Lagging = 2
= cos-1 0.95 = 18.2°
kVAR of Capacitor = kW x ( tan 45.6 – tan 18.2 )
= 700 x ( tan 45.6 – tan 18.2 )
= 485 kVAR
เพ�อความสะดวกขนาด Capacitors อาจคดเปน30% ของพกดหมอแปลง
Page 43
43
85
ตวอยางท� 14.13 สถานประกอบการแหงหน�งใชหมอแปลงขนาด 1600 kVA
จะตองใช Capacitors พกดรวมเทาใด
ในการปรบปรงตวประกอบกาลง
86
วธทา
kVAR of Capacitor = 30 % ของพกดหมอแปลง= 0.30 x 1600= 480 kVAR
ใช Capacitors ตวละ 50 kVAR รวม 10 ตว
50 x 10 = 500 kVAR
Page 44
44
87
14.12 Harmonic กบการปรบปรงตวประกอบกาลง
Harmonic ในระบบไฟฟาไดเพ�มข�นอยางรวดเรว
เน�องจากการใชเพ�มข�นของ Non-linear Loads
โหลดท�ไมเปนเชงเสนเหลาน�สวนมาก
มาจากอปกรณอเลกทรอนกส
และมผลทาใหคณภาพ ( Power Quality )
ของระบบไฟฟาเสยไป
88
ปรมาณ Harmonic ในระบบไฟฟากาลงอาจหาไดจาก Total Harmonic Distortion (THD) คา THD สามารถคานวณกระแสไดดงน�
Page 45
45
89
โดยท�n = ลาดบของ Harmonic
H = ลาดบสงสดของ Harmonic
Cn = ปรมาณ Harmonic ลาดบท� n ( V , A )
C1 = ปรมาณท� Fundamental Frequency ( V , A )
90
ตวอยาง กระแสไฟฟามคา
i = 110sin t + 33sin 3t +20sin 5t + 13sin 7t
ใหหาคา THD
THD = ( 332 + 202 + 132 ) / 110
= 0.3702 x 100
= 37.02 %
Page 46
46
91
14.12.1 แหลงกาเนด Harmonic
คอ โหลดท�ไมเปนเชงเสน ( Non-linear Loads )
Harmonic Non-linear Loads อาจแบงได 3 แบบ
- Power Electronics
- Ferromagnetic Devices
- Arcing Devices
92
1. Power Electronics
โหลดเหลาน� คอ
- Rectifiers
- Variable Speed Driver
- UPS
- Inverter
Page 47
47
93
2. Ferromagnetic Devices
โหลดเหลาน� คอ
- Transformers
- Magnetic Ballasts
94
3. Arcing Devices
โหลดเหลาน� คอ
- Arc Furnaces
Page 48
48
95
14.12.2 ผลของ Harmonic ตออปกรณไฟฟา
Harmonic ในระบบไฟฟาจะสงผลตอระบบและอปกรณไฟฟาดงน�
1. Rectifiersทาให Misfiring ของ Thyristers
2. Motorsกาลงสญเสยจะเพ�มข�น และเกด Hamonic Torque
96
3. Transformersกาลงสญเสยจะเพ�มข�น และเกด Stress ตอฉนวน
4. Control Equipmentมการรบกวนตอการทางานของระบบควบคมอาจทาใหระบบควบคมทางานผดพลาด
5. สาย NeutralHarmonic ท�สามจะทาใหสาย Neutral เกด Overload ได
Page 49
49
97
14.12.3 ผลของ Harmonic ตอ Capacitors
กระแสท�ไหลผาน Capacitors สามารถคานวณไดจากสตร
Ic = V / Xc ,
= 2 f C V
เม�อความถ�เพ�มข�นกระแสท�ไหลเขา Capacitors จะเพ�มข�น
98
คา Capacitive Reactance จะลดลงตามความถ�ท�เพ�มข�น
ดงน �นท�ลาดบ Harmonic สงๆ ตว Capacitors
จะรบกระแส Harmonic มากข�น
ทาใหเกด Heating และ Dielectric Stress
ตอฉนวนของตว Capacitor อายการใชงานจะส �นลง
และในบางกรณจะทาใหเกดความเสยหายได
Page 50
50
99
14.12.4 การแกปญหา Harmonic
การปรบปรงตวประกอบกาลงของระบบไฟฟา
เปนเร�องท�จาเปนตองทาแมวาระบบจะม Harmonic กตาม
100
การปรบปรงตวประกอบกาลงสาหรบระบบไฟฟาท�มปญหา Harmonic อาจทาได 4 แบบ คอ
- ใช Standard Banks
- ใช Overrated Banks
- ใช Detuned Banks
- ใช Tuned Banks
Page 51
51
101
การใช Standard Banks
ถาระบบไฟฟามแหลงผลต Harmonic นอย คอ
ไมเกน 10 - 15 % ของพกดหมอแปลงและ THD ไมเกน 5 %
สามารถใช Capacitors Banks มาตรฐานคอขนาดพกด
แรงดน 400V , 415V ตามท�ไดกลาวมาแลว
102
การใช Overrated Banks
ถาระบบไฟฟามแหลงผลต Harmonic มากข�น
กใช Capacitors Banks ท�มพกดแรงดนสงข�น
คอ 440 V , 480 V, 500 V หรอ 525 V ได
Page 52
52
103
การใช Detuned Banks
ถาระบบไฟฟามแหลงกาเนด Harmonic มากกวา 20 - 50% ของพกดหมอแปลงและ THD 10 - 20%
จาเปนตอง Filter เขาชวย เรยกวา Detuned Filter Banks.
104
การใช Tuned Banks
ถาระบบไฟฟามแหลงกาเนด Harmonic สงมาก
และตองการแกปญหา Harmonic แบบถาวร
จาเปนตองใช Filter แบบ Tuned Filter Banks.
Page 53
53
105
Detuned Filter
Detuned Filter เปน Filter ท�นยมใชมากท�สด
ในระบบไฟฟาแรงดนต�าประกอบดวย Reactor ตออนกรมกบ Capacitors
และ Tuned ใหเกด Resonance ท�ความถ�คาหน�ง
106
สาหรบ Filter แบบน�ระดบ Harmonic ท� Tuned
ใหเกด Resonance อาจคานวณไดจากสตร
โดยท�nrs = ระดบ Harmonic
XC = Capacitive Reactance ของ Capacitors
XL = Inductive Reactance ของ Reactor
Page 54
54
107
Reactor ท�มาตออนกรมกบ Capacitors
จะคดคา Reactance เปน % ของ XC
ตวอยาง ถา Reactor XL = 7 %Resonance frequency เปนเทาใด , f = 50 Hznrs = ( 100 / 7 ) = 3.78frs = 3.78 x 50 = 189 Hz
108
คา Tuning Frequency ท�นยมใชในการออกแบบDetuned Filter มดงตาราง
% XL nrs frs ( Hz )
5.6767
4.204.083.78
210204189
ตารางท� 14.5 Tuning Frequency
Page 55
55
109
คาถามทายบทคาถามทายบท
1) กาลงไฟฟากระแสสลบท�จายใหแกอปกรณไฟฟา สามารถแบงออกไดก�สวน อะไรบาง
2) การปรบปรงตวประกอบกาลงไฟฟา ในระบบใหสงข�นจะใหประโยชนอะไรบาง
3) การปรบปรงตวประกอบกาลง อาจตดต �ง Capacitors ไดก�แบบอะไรบาง
110
คาถามทายบท…(ตอ)คาถามทายบท…(ตอ)
4) Capacitors ท�ใชสาหรบปรบปรงตวประกอบกาลง ในแรงดนต�าปจจบนนยมใชแบบอะไร
5) จงอธบายการทางานแบบวงกลม (Cycle Operation) ของ Capacitors มาพอเขาใจ
6) โรงงานแหงหน�งมโหลด 600 kW, 800 kVAR กาลงไฟฟาเสมอนและ P.F. เปนเทาใด
7) จงเขยน Phaser Diagram สาหรบ P.F. Lagging
Page 56
56
111
คาถามทายบท…(ตอ)คาถามทายบท…(ตอ)
8) ระบบไฟฟา 1000 kVA, P.F.= 70% Lagging ตองการปรบปรงใหได P.F. = 100% จะตองใช Capacitors เทาใด
9) Capacitors ขนาด 100 kVAR, 400 V, 3 ph กระแสพกดเทาใด
10) Capacitors ขนาด 100 kVAR, 400 V, 3 ph ถาแรงดนท�ข �วตกเหลอ 370 V, Reactive Power จะลดลงเหลอเทาใด
112
คาถามทายบท…(ตอ)คาถามทายบท…(ตอ)
11) การควบคม Capacitors แบบอตโนมตคออะไร จงอธบาย
12) Capacitors ขนาด 25 kVAR, 400 V, 3 ph สายไฟฟาตองมพกดเทาใด
13) Capacitors ขนาด 100 kVAR, 400 V, 3 ph Fuse ท�ใชปองกนตองมขนาดเทาใด
Page 57
57
113
คาถามทายบท…(ตอ)คาถามทายบท…(ตอ)
14) หมอแปลงขนาดพกด 1250 kVA, 22 kV / 400 -230 V ถาตองการปรบปรงตวประกอบกาลง ตองใช Capacitors รวมอยางนอยเทาใด
15) การเเก Harmonic สาหรบ Capacitors ดวยการใช Overrated Banks คออะไร จงอธบาย
16) Detuned Filter ท�ใช Reactor ขนาด 6.5 % Tuning Frequency เปนเทาใด