การปรับปรุงระบบไฟฟ้ากำลังเพื่อประหยัดพลังงานด้วยการติดตั้งชุดควบคุมมอเตอร์ชนิด VFD และระบบไฟฟ้าแสงสว่างใหม่ (Retrofitting Lighting System) ซึ่งเป็นวิธีที่ได้รับการยอมรับว่าเห็นผลอย่างรวดเร็วแต่ในบางครั้งก็อาจจะสร้างปัญหาให้กับระบบไฟฟ้าได้ หากว่าเป็นการติดตั้งอุปกรณ์ดังกล่าวภายในระบบไฟฟ้ากำลังที่ติดตั้งมานานแล้ว (Older Facility) ซึ่งระบบอาจไม่สามารถรองรับอุปกรณ์ใหม่ ๆ เหล่านี้ได้

จนในบางครั้งอาจจะสร้างปัญหาขึ้นมาได้ว่า ทำให้เมื่อลงทุนปรับปรุงระบบไฟฟ้ากำลังเพื่อประหยัดพลังงานแล้ว จึงเกิดปัญหาต่าง ๆ ตามมาอีกมากมาย ในบทความฉบับนี้ต้องการนำเสนอการตรวจสอบและแก้ไขปัญหาที่อาจจะเกิดขึ้นภายหลังจากที่ได้ติดตั้งชุดควบคุมมอเตอร์ชนิด VFD และระบบไฟฟ้าแสงสว่างใหม่แล้ว เชิญติดตามรายละเอียดในบทความฉบับนี้ได้เลยครับ

ชุดควบคุมมอเตอร์ชนิด VFD

การติดตั้งชุดควบคุมมอเตอร์ VFD เป็นวิธีประหยัดพลังงาน (Energy–saving Application) ที่ติดตั้งใช้งานมากที่สุดวิธีหนึ่ง เป็นการใช้ชุดควบคุมมอเตอร์ชนิด VFD ควบคุมเครื่องสูบน้ำ หรือ พัดลม วิธีนี้เป็นวิธีที่มีประสิทธิภาพโดยการปรับความเร็วรอบของมอเตอร์ (Motor Speed) เพื่อควบคุมอัตราการไหล (Flow Rate) ซึ่งเป็นวิธีที่ดีกว่าที่จะปล่อยให้มอเตอร์ เครื่องสูบน้ำ หรือ พัดลม ทำงานที่ความเร็วพิกัด (Full Speed) แล้วหรี่วาล์ว หรือ ลิ้นกันลม (Damper) เพื่อปรับอัตราการไหล อย่างไรก็ตาม ปัญหาอาจจะเกิดจากสิ่งต่อไปนี้

• เลือกและกำหนดขนาดชุดควบคุมมอเตอร์ชนิด VFD ไม่เหมาะสม
• ขณะที่ติดตั้งชุดควบคุมและมอเตอร์ไม่ได้คำนึงว่าต้องติดตั้ง VFD ด้วย
• ไม่ได้ตั้งค่าพารามิเตอร์ของ VFD ไว้ในขณะเริ่มเดินเครื่อง 
• ไม่ได้คำนึงถึงผลกระทบจากกระแสฮาร์มอนิกในขณะออกแบบและขณะซ่อมบำรุง

VFD เป็นอุปกรณ์ไฟฟ้าอิเล็กทรอนิกส์ที่ซับซ้อนที่ปรับเปลี่ยนแรงดันไฟฟ้าด้านออกและความถี่เพื่อควบคุมความเร็วรอบของมอเตอร์ เมื่อจ่ายแรงดันไฟฟ้าให้กับ VFD แต่กระแสไฟฟ้าจะยังไม่ไหลเข้า VFD จนกว่าวงจรเร็กติฟายเออร์ในภาคคอนเวอร์เตอร์จะเริ่มนำไฟฟ้า ทันทีที่ไดโอดยอมให้กระแสไฟฟ้าไหลได้

ทำให้เกิด ‘notch” ขึ้นบนกราฟแรงดันไฟฟ้ารูปไซน์ ผลที่เกิดขึ้นตามมาก็คือกราฟแรงดันไฟฟ้ารูปไซน์เพี้ยน (Distortion) นอกจากนี้วงจรเร็กติฟายเออร์ยังทำให้กระแสฮาร์มอนิกที่ความถี่สูง (เป็นจำนวนเท่าของความถี่มูลฐาน) ไหลกลับสู่ระบบจ่ายพลังงานไฟฟ้า (Distribution System) 

กระแสฮาร์มอนิกเหล่านี้ไม่เพียงแต่ทำให้แรงดันไฟฟ้าเกิดความเพี้ยน ยังทำให้เกิดปัญหาอื่น ๆ ตามมาอีกได้แก่ ฮาร์มอนิกลำดับที่สาม (3rd Harmonic) ทำให้เกิดความร้อนเกินที่ตัวนำนิวตรอลและหม้อแปลงไฟฟ้า ฮาร์มอนิกลำดับที่ 5 (5th Harmonic) ทำให้มอเตอร์เกิดความร้อนเกิน (Motor Overheating) เกิดเสียงดังผิดปกติ สั่น (Vibration) ผิดปกติ รวมถึงมอเตอร์ทำงานไม่มีประสิทธิภาพ (Motor Inefficient) เป็นต้น

• ตรวจสอบแบบติดตั้งเพื่อให้แน่ใจว่าการเลือกชุดควบคุม VFD, มอเตอร์ และอุปกรณ์เกี่ยวข้องเป็นไปอย่างถูกต้องและเหมาะสม สามารถทำงานเข้ากันได้ (Compatibility)

• ตรวจสอบประเภทของสายนำสัญญาณ สายไฟฟ้ากำลังถูกต้องหรือไม่ การติดตั้งอุปกรณ์และการเดินสายเหมาะสมกับสภาวะแวดล้อมของสถานที่ติดตั้งหรือไม่ สภาพของอุปกรณ์มีความสึกหรอ หรือ

ตรวจสอบค่าพารามิเตอร์ที่โปรแกรมไว้ในชุดควบคุมมอเตอร์ VFD ว่าข้อมูลที่ป้อนไว้สอดคล้องกับค่าบน Nameplate ของมอเตอร์หรือไม่ การตั้งค่าของ VFD สอดคล้องกับวิธีทำงานที่ต้องการหรือไม่ เช่น ปรับเปลี่ยนแรงบิดของพัดลม หรือ ปั๊มน้ำ เป็นต้น ถ้า VFD และมอเตอร์ทำงานไม่เข้ากัน เป็นไปได้ว่าตั้งค่าพารามิเตอร์ไม่ถูกต้องหรือมีการรีเซ็ตค่าเพื่อแก้ปัญหาบางอย่าง

ตรวจวัดแรงดันไฟฟ้าด้านเข้า (Input Voltage) ของ VFD ด้วยเครื่องมือวัดชนิด True–rms Digital Multi-meter ตรวจวัดค่าแรงดันไฟฟ้าไม่สมดุล (Voltage Unbalance) ว่าอยู่ในค่าที่ผู้ผลิตกำหนดหรือไม่ ตรวจวัดความถี่และระดับกระแสฮาร์มอนิก ณ จุดจ่ายพลังงานไฟฟ้าให้กับ VFD โดยใช้ PQ Analyzer รวมถึงตรวจวัดกระแสฮาร์มอนิกที่สายป้อนเมนที่จ่ายไฟให้กับโหลดอื่นและ VFD

รูปที่ 1 ถ้าชุดควบคุมมอเตอร์ VFD ที่เพิ่งติดตั้งใหม่ทำให้เกิดปัญหา จุดหนึ่งที่ต้องตรวจวัดก็คือแรงดันไฟฟ้าด้านเข้า (Input Voltage)

การปรับปรุงระบบไฟฟ้าแสงสว่างของอาคารหรือโรงงานนอกเหนือจากการเปลี่ยนหลอดไฟที่หมดอายุ หรือทำความสะอาดโคมไฟแล้ว ยังรวมถึงการติดตั้งบัลลาสต์อิเล็กทรอนิกส์แทนบัลลาสต์ชนิดแกนเหล็ก (Magnetic Ballasts) การติดตั้งระบบควบคุมไฟฟ้าแสงสว่างชนิดอิเล็กทรอนิกส์ประกอบด้วยเซนเซอร์ และอุปกรณ์หรี่ไฟ (Dimmer Switch) เป็นต้น ซึ่งการติดตั้งอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์เหล่านี้อาจทำให้เกิดปัญหากวนใจได้หากขาดความเข้าใจในคุณสมบัติอุปกรณ์

บัลลาสต์อิเล็กทรอนิกส์จะสร้างกระแสฮาร์มอนิกป้อนกลับเข้าไปในระบบจ่ายพลังงานไฟฟ้า ในอาคารหรือในโรงงานอุตสาหกรรมเก่ามักจะใช้สายนิวตรอลร่วม (Sharing Neutral) กระแสฮาร์มอนิกที่มีค่าสูงที่ไหลในสายนิวตรอลทำให้สายนิวตรอลเกิดความร้อนเกิน หากไม่ได้แก้ไขก็อาจจะทำให้ตู้ไฟฟ้าและหม้อแปลงไฟฟ้าเกิดความร้อนเกินได้

อุปกรณ์ควบคุมชนิดอิเล็กทรอนิกส์ที่มีสายนำสัญญาณไฟฟ้าแรงดันต่ำ 0 V ถึง 10 V ต้องติดตั้งอยู่ห่างจากสายไฟฟ้ากำลัง เพื่อป้องกันสัญญาณจากรบกวนซึ่งจะทำให้อุปกรณ์ควบคุมทำงานผิดพลาด วิธีป้องกันที่ดีที่สุดก็คือ เดินสายนำสัญญาณให้สั้นที่สุด

ตารางที่ 1 ปัญหาทั่วไปที่มักจะพบภายหลังจากการปรับปรุงระบบไฟฟ้าเพื่อประหยัดพลังงาน

สรุป

ภายหลังการปรับปรุงระบบไฟฟ้ากำลังเพื่อการประหยัดพลังงาน อาจจะมีปัญหาอื่น ๆ ติดตามมาอีก ซึ่งการแก้ไขปัญหาที่เกิดขึ้นควรเริ่มต้นจากการตรวจสอบงานออกแบบ, ตรวจสอบงานที่ได้ติดตั้งไปแล้ว รวมถึงต้องตรวจสอบขั้นตอนการเดินเครื่อง (Start up Procedures) ที่กำหนดไว้ ทั้งนี้ได้สรุปปัญหาที่พบและแนวทางแก้ไขและซ่อมแซมไว้ในตารางที่ 1 แล้ว