คุณภาพไฟฟ้าของอุตสาหกรรมหลอมเหล็กและรีดเหล็ก
ตอนที่ 2 กรณีศึกษาการแก้ปัญหาแรงดันไฟฟ้าตกชั่วขณะในอุตสาหกรรมรีดเหล็ก

ศักดิ์ชัย นรสิงห์  
sakchai@pea.co.th

จากบทความตอนที่ 1 ได้กล่าวถึงปัญหาแรงดันไฟฟ้าตกชั่วขณะที่มีผลกระทบต่อการทำงานของอุปกรณ์ปรับความเร็วมอเตอร์และชุดอุปกรณ์ควบคุมในอุตสาหกรรมรีดเหล็ก โดยทำให้กระบวนการผลิตหยุดการทำงาน จากการปลดวงจรของชุดป้องกันแรงดันไฟฟ้าของอุปกรณ์ปรับความเร็วมอเตอร์หรือการปลดวงจรของชุดอุปกรณ์ควบคุมในไลน์การผลิต                          

แนวทางการแก้ไขปัญหาดังกล่าวตามสากลทั่วไปที่จากบทความต่างประเทศมีวิธีการแก้ไขที่แตกต่างกันไป ทั้งนี้จะขึ้นกับความเหมาะสมทางด้านวิศวกรรมและการลงทุนของแต่ละระบบ ดังเช่นการใช้ข้อมูลจำนวนมากน้อยในการนำมามาวิเคราะห์การแก้ไขปัญหา หรือการใช้อุปกรณ์ที่มีเทคโนโลยีประเภทต่าง ๆ มาติดตั้งเพิ่มเติมเพื่อช่วยลดผลกระทบจากปัญหาแรงดันไฟฟ้าตกชั่วขณะ ซึ่งจะกล่าวในบทความต่อไป 

ในบทความนี้จะกล่าวถึงกรณีศึกษาการแก้ปัญหาแรงดันไฟฟ้าตกชั่วขณะที่ส่งผลกระทบต่อบริษัทแห่งหนึ่งโดยประกอบกิจการอุตสาหกรรมรีดเหล็กแผ่นเย็นตั้งอยู่ในนิคมอุตสาหกรรมมาบตาพุด จังหวัดระยอง ซึ่งเป็นบริษัทที่มีอุปกรณ์ในไลน์การผลิตต่อการเปลี่ยนแปลงของแรงดันมากกว่าบริษัทอื่น ๆ

ปัญหาที่บริษัทได้รับคือเมื่อมีเหตุการณ์แรงดันไฟฟ้าตกชั่วขณะ ทำให้กระบวนการผลิตรีดเหล็กแผ่นเย็นหยุดการทำงาน ส่งผลกระทบทำให้บริษัทมีต้นทุนสูงขึ้นจากการเสียวัสดุดิบ และค่าเสียโอกาสในการผลิตแต่ละครั้งมีมูลค่าเป็นจำนวนเงินมาก จากปัญหาดังกล่าวบริษัทได้แจ้งไปยังการไฟฟ้าส่วนภูมิภาคซึ่งบริษัทได้รับไฟอยู่ถึงปัญหาที่บริษัทได้รับผลกระทบ                          

โดยให้การไฟฟ้าส่วนภูมิภาคลดปัญหาการเกิดฟอลต์ของวงจรอื่น ๆ ที่เป็นสาเหตุที่ทำให้บริษัทได้รับแรงดันไฟฟ้าตกชั่วขณะ ซึ่งการไฟฟ้าส่วนภูมิภาคได้ทำปรับปรุงระบบจำหน่ายไฟฟ้าแต่ก็สามารถลดจำนวนครั้งการเกิดแรงดันไฟฟ้าตกชั่วขณะได้ในระดับหนึ่ง ด้วยสภาพระบบจำหน่าย  

สายส่งของการไฟฟ้าบ้านเราเป็นแบบสายเหนือดินที่มีความยาวด้วยการจ่ายไฟที่ระยะทางไกล และจากการเกิดฟอลต์ที่การไฟฟ้าไม่สามารถควบคุมได้ ดังเช่นเหตุการณ์ รถยนต์ชนเสา ฟ้าผ่าระบบสายส่งหรือจำหน่าย การลดจำวนการเกิดฟอลต์ในระบบจึงไม่สามารถลดจำนวนลงให้เป็นศูนย์ได้   

ฟ้าผ่าในระบบสายส่งเป็นสาเหตุหนึ่งที่ทำให้เกิดฟอลต์ในระบบไฟฟ้า

การแก้ปัญหาแรงดันไฟฟ้าตกชั่วขณะที่ได้ผล ส่วนหนึ่งต้องมีความร่วมมือกันระหว่างการไฟฟ้าและและบริษัทที่ได้รับผลกระทบ ดังเช่นกรณีศึกษาของบริษัทที่กล่าวถึงในบทความนี้ที่ประสบความสำเร็จในการแก้ไขปัญหาแรงดันไฟฟ้าตกชั่วขณะ โดยได้ดำเนินการติดตั้งอุปกรณ์ในไลน์การผลิตเพิ่มเติมเพื่อลดผลกระทบจากปัญหาแรงดันไฟฟ้าตกชั่วขณะ โดยมีขั้นตอนแนวทางการแก้ไขปัญหาดังนี้

1. บริษัทแจ้งได้รับปัญหาแรงดันไฟฟ้าตกชั่วขณะไปยังหน่วยงานการไฟฟ้าที่รับผิดชอบในพื้นที่อยู่ โดยบอกวันและเวลาที่กระบวนการผลิตหยุดการทำงาน ซึ่งบริษัทตรวจสอบในเบื้องต้นแล้วว่าเกิดจากแรงดันไฟฟ้าตกชั่วขณะ   

2. การไฟฟ้าเข้าพบให้ข้อมูล ลักษณะการเกิดปัญหาแรงดันไฟฟ้าตกชั่วขณะ คุณลักษณะแรงดันไฟฟ้าตกชั่วขณะ (ความลึกของแรงดันที่ตก, ระยะเวลาแรงดันที่ตก) 

3. การประชุมร่วมระหว่างการไฟฟ้าและบริษัท ฯ เพื่อร่วมกันหาแนวทางการลดผลกระทบแรงดันไฟฟ้าตกชั่วขณะ โดยแต่งตั้งทีมงานศึกษาการลดผลกระทบ

4. ศึกษาลักษณะแรงดันไฟฟ้าตกชั่วขณะที่บริษัทได้รับและค่าป้องกันแรงดันไฟฟ้าของอุปกรณ์ที่ทำให้กระบวนการหยุดการทำงาน
       4.1 สถานีไฟฟ้าที่บริษัทรับไฟอยู่ มีเครื่องวัดซึ่งสามารถตรวจวัดแรงดันไฟฟ้าตกชั่วขณะได้จึงทำให้ทราบลักษณะแรงดันไฟฟ้าตกชั่วขณะที่บริษัทได้รับ 

คุณลักษณะแรงดันไฟฟ้าตกชั่วขณะที่บัส 115 kV สถานีไฟฟ้าระยอง 2 ของปี 2547 โดยฟอลต์ส่วนใหญ่จะเป็นลักษณะฟอลต์แบบชนิดลัดวงจรลงดินเฟสเดียว

จากข้อมูลแรงดันไฟฟ้าตกชั่วขณะที่สถานีไฟฟ้าระยองที่บัส 115 kV ต้องนำมาปรับค่าใหม่ให้ได้ค่าแรงดันไฟฟ้าตกชั่วขณะด้านแรงต่ำของผู้ใช้ไฟโดยใช้แบบจำลองระบบไฟฟ้าด้วยโปรแกรม PSS/ADEPT ในการหาค่าความสัมพันธ์ของแรงดันไฟฟ้าตกกรณีแบบแบบ L- L หรือ L-N จากลักษณะการต่อหม้อแปลงด้านแรงสูง (Dy1) และด้านแรงต่ำ (Dy11) ที่มี Phase Shift ของหม้อแปลงต่างกัน ซึ่งการใช้ข้อมูลในการวิเคราะห์ที่ดีควรมีเครื่องมือวัดติดตั้งที่โหลดจะทำให้ได้ค่าที่ถูกต้องมากขึ้น

แบบจำลองระบบไฟฟ้าด้วยโปรแกรม PSS/ADEPT

ตัวอย่างค่าความสัมพันธ์ของแรงดันไฟฟ้าตกชั่วขณะด้านแรงสูงและแรงต่ำ

4.2 ศึกษาการตั้งค่าการป้องกันของอุปกรณ์ที่หยุดการทำงานจากแรงดันไฟฟ้าตกชั่วขณะ จากการตรวจสอบพบว่าอุปกรณ์ที่ไวต่อแรงดันตกชั่วขณะเป็นอุปกรณ์ปรับความเร็วรอบของไลน์การผลิตหนึ่ง มีการตั้งค่าป้องกันแรงดันตกที่ภาค Control ค่อนข้างเร็วมากโดยมีการตั้งค่าไว้ที่ 85 % ของแรงดันปกติในเวลา 20 ms และที่ภาค Power ตั้งค่าป้องกันแรงดันไฟฟ้าตกไว้ที่ 50 % ของแรงดันปกติ  

ซึ่งเมื่อไลน์การผลิตหยุดการทำงาน อุปกรณ์ปรับความเร็วรอบจะแสดง Code Fault 5 “Momentary Power System Supply Interruption” และเมื่อนำข้อมูลค่าแรงดันไฟฟ้าตกชั่วขณะเทียบกับการตั้งค่าป้องกันแรงดันตกของอุปกรณ์พบว่าสอดคล้องกับการหยุดการทำงานไลน์การผลิต

ส่วนหนึ่งของไลน์การผลิตที่มีปัญหาหยุดการทำงานจากแรงดันไฟฟ้าตกชั่วขณะ

ลักษณะค่าแรงดันไฟฟ้าตกชั่วขณะที่บริษัทได้รับผลกระทบจำนวน 5 เหตุการณ์

แสดงการตั้งค่าป้องกันแรงดันตกของอุปกรณ์ปรับความเร็วรอบ

5. จากข้อมูลดังข้างต้นนำมาศึกษาและพิจารณาพบว่าการควบคุมความลึกของแรงดันไฟฟ้าตกชั่วขณะและระยะเวลาของแรงดันตกในส่วนของการไฟฟ้าทำได้ยากกว่าการปรับปรุงในส่วนของอุปกรณ์ในการผลิตของบริษัท โดยจะเห็นได้จากความแตกต่างของการตั้งค่าการป้องกันแรงดันตกทางของอุปกรณ์ปรับความเร็วรอบในส่วนของภาค Control และภาค Power และด้วยฟอลต์ที่เกิดขึ้นในระบบไฟฟ้า

ส่วนใหญ่จะเป็นฟอลต์แบบชนิดลัดวงจรลงดินเส้นเดียว การทนต่อการปลดวงจรจากแรงดันไฟฟ้าตกชั่วขณะในส่วนของภาค Power จะดีกว่าภาค Control มาก เนื่องจากเป็นการป้องกันแรงดัน DC กรณีแรงดันตกเฟสเดียวอีกสองเฟสที่เหลือจะช่วยยกระดับแรงดัน DC ไว้ไม่ให้ตกลงมาก ดังนั้นแนวทางการแก้ปัญหาควรปรับปรุงจะที่ภาค Control ของอุปกรณ์ปรับความเร็วรอบ

และจากการปรึกษาผู้ผลิตอุปกรณ์ไม่แนะนำให้ปรับค่าการป้องกันแรงดันตกใหม่ ซึ่งจะเหลือเพียงวิธีเดียวคือการหาแหล่งจ่ายไฟที่ต่อเนื่องมาจ่ายที่ภาค Control ของอุปกรณ์ปรับความเร็วรอบ ( Inverter Control Power) ซึ่งเป็นการลงทุนที่ถูกกว่าการแก้ปัญหาทั้งระบบ บริษัทจึงทดลองใช้ UPS ชนิด Online มาจ่ายที่ภาค Control ของอุปกรณ์ปรับความเร็วรอบแทนการรับไฟโดยตรงจากการไฟฟ้า

6. การทดสอบบริษัทใช้ UPS ขนาด 5 kVA มาทดลอง จากผลการทดสอบ พบว่า Converter เกิดการ Trip ขึ้น เนื่องจากมุมเฟสของ Synchronized Power มีการขยับไปจากเดิมมาก จนมุมเฟสไม่ตรงกับ Main Power Source ซึ่งผลที่ตามมานั้น จะทำให้ Converter ไม่สามารถสร้างแรงดัน 600V ได้ จนถึง อาจเกิด Commutation Failure          

หรือ กรณีร้ายแรงจะเกิดการ Short Circuit จน Fuse ในระบบป้องกัน Thyristor เกิดขาดขึ้นได้ ทำให้จำเป็นที่จะต้องปรับตั้งใหม่ จะต้องปรับตั้งมุมเฟสของ Converter ให้สัมพันธ์กับ Main Power Source โดยปรับให้เข้าใกล้ 120o มากที่สุดซึ่งหลังจากที่ได้ทำการปรับแล้ว ปรากฏว่าสามารถใช้งานได้ผล 

7.หลังจากทดลองและใช้งานได้ผลแล้วจึงได้มีการขยายผลเพิ่มจำนวนและขนาด UPS อีกรวมประมาณ 60 kVA เพื่อจ่ายโหลดที่เป็นส่วนภาค Control ของอุปกรณ์ปรับความเร็วรอบ (Inverter Control Power) หลังจากนั้นเมื่อได้รับแรงดันไฟฟ้าตกชั่วขณะกระบวนการผลิตดังกล่าวไม่เกิดปัญหาหยุดการทำงานอีก (อาจเกิดได้ถ้าเกิดฟอลต์แบบชนิด 3 เฟสฟอลต์ที่มีค่าแรงดันตกเกิน 50 %)

ลักษณะแรงดันไฟฟ้าตกชั่วขณะหลังจากที่ติดตั้ง UPS ไปแล้ว กระบวนการผลิตไม่เคยหยุดการทำงานจากปัญหาแรงดันไฟฟ้าตกชั่วขณะ

จากการแก้ไขปัญหาแรงดันไฟฟ้าตกชั่วขณะในกรณีดังกล่าวข้างต้น นับว่าเป็นความโชคดีของผมที่สถานีไฟฟ้าของการไฟฟ้ามีเครื่องวัดที่สามารถวัดแรงดันไฟฟ้าตกชั่วขณะได้ และประกอบกับทางบริษัทมีความต้องการแก้ไขปัญหาอย่างจริงจังและมีทีมงานวิศวกรที่มีความรู้ จึงทำให้เกิดความร่วมมืออย่างดีและได้ข้อมูลที่ละเอียดในการนำมาศึกษาการแก้ไขปัญหา จึงทำให้การแก้ไขปัญหาดังกล่าวมีความเหมาะสมทางด้านวิศวกรรมและการลงทุนมากที่สุด

ในบทความนี้ผมหวังว่าท่านผู้อ่านคงมีความเข้าใจในการแก้ไขปัญหาแรงดันไฟฟ้าตกชั่วขณะมากขึ้น และสามารถนำไปประยุกต์ใช้ได้  สำหรับในตอนหน้าจะนำเสนอแนวทางการแก้ไขปัญหาแรงดันไฟฟ้าตกชั่วขณะตามสากลที่เขาทำกันโดยใช้อุปกรณ์ต่าง ๆ มาช่วยเพิ่มขีดความสามารถการทนต่อแรงดันไฟฟ้าตกชั่วขณะ