ขวัญชัย กุลส้นติธำรงค์
kwanchai2002@hotmail.com
 

ในหลายกรณี ปัญหาการทำงานผิดปกติของเครื่องจักรหรืออุปกรณ์ไฟฟ้าที่เกิดขึ้นเป็นรอบ ๆ (Cyclical) มักจะสัมพันธ์กับการทำงานของระบบจ่ายพลังงานไฟฟ้า ในขณะเดียวกันก็มีปัญหาการทำงานผิดปกติของเครื่องจักรหรืออุปกรณ์ไฟฟ้าที่เกิดขึ้นเป็นครั้งคราว (Intermittent) ไร้รูปแบบหรือไม่พบความสัมพันธ์กับสิ่งใด ๆ เลย

แต่ปัญหาประเภทหลังนี้มักจะเกี่ยวข้องกับความผิดปกติในการเดินสายและการต่อลงดิน (Wiring & Grounding) ซึ่งทำให้เกิดสัญญาณรบกวนทางไฟฟ้า (Electrical Noise) ไหลวนอยู่ในระบบ ผลที่ติดตามมาก็คือว่ากระแสไฟฟ้าที่ไหลวนอยู่นี้จะไปรบกวนวงจรไฟฟ้าที่มีความไวต่อการรบกวนทางไฟฟ้า ทำให้ระบบควบคุม (Control System) หยุดทำงานหรือทำงานผิดปกติไปเลย เป็นต้น

อย่างไรก็ตามวงจรไฟฟ้าที่มีการป้องกันเป็นอย่างดี เช่น ได้ออกแบบให้เป็นวงจรเฉพาะ (Dedicated Circuit) โดยไม่จ่ายพลังงานไฟฟ้าให้กับอุปกรณ์อื่นจากวงจรเดียวกัน หรือติดตั้งหม้อแปลงไฟฟ้าแบบแยกจ่ายชนิด Shielded Isolation Transformer สำหรับจ่ายพลังงานไฟฟ้าให้กับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ เป็นต้น ซึ่งก็ยังมีปัญหาเครื่องจักรหรืออุปกรณ์ไฟฟ้าทำงานผิดปกติเกิดขึ้นได้อีก ติดตามรายละเอียดของสาเหตุและวิธีการแก้ไขในกรณีตัวอย่างนี้ได้เลยครับ

กรณีตัวอย่างการทำงานผิตปกติของระบบสายพาน
โรงงานผลิตอาหารแช่แข็งที่ทันสมัยแห่งหนึ่งพบปัญหาที่ระบบสายพานที่ทำหน้าที่ลำเลียงวัตถุดิบไปยังไลน์การผลิตทำงานผิดปกติ ระบบสายพานนี้ขับเคลื่อนโดยชุดควบคุมมอเตอร์ชนิด VSD ขนาด 5 แรงม้า ซึ่งติดตั้งใหม่ โดยความเร็วของชุดควบคุมขึ้นอยู่กับปริมาณของการผลิต ความผิดปกติที่เกิดขึ้นนี้มีความรุนแรงมากเนื่องจากต้องมีการรีเซ็ตระบบควบคุมด้วยมือ (Manually Reset) อยู่เรื่อย ๆ เพื่อให้กระบวนการผลิตยังคงทำงานต่อไปได้

ผู้จัดการด้าน Facility Management ดูเหมือนว่าจะมีความรู้ความเข้าใจถึงปัญหาการรบกวนของฮาร์มอนิก (Harmonic Problem) เขาเชื่อว่าฮาร์มอนิกเป็นต้นเหตุของปัญหานี้ ในระบบไฟฟ้ากำลังของโรงงานต้องมีกระแสฮาร์มอนิกในปริมาณสูงจากการติดตั้งอุปกรณ์ไฟฟ้าชนิดโหลดไม่เป็นเชิงเส้น (Non-linear Load) ซึ่งก็คือ Variable Speed Drive: VSD นั่นเอง

อย่างไรก็ตามจากการตรวจสอบโหลดไฟฟ้าทั้งหมดที่ติดตั้งอยู่ในระบบทั้งหมดก็พบความจริงว่าชุดควบคุมมอเตอร์ VSD เป็นอุปกรณ์ไฟฟ้าชนิดโหลดไม่เป็นเชิงเส้นเพียงอย่างเดียวที่ติดตั้งอยู่ในพื้นที่การผลิต (Processing Area) ที่มีการจ่ายไฟฟ้าจากหม้อแปลงไฟฟ้าขนาด 3,000 kVA ด้วยขนาดของชุดควบคุมมอเตอร์ VSD ที่มีขนาดเล็กเมื่อเทียบขนาดของแหล่งจ่ายที่มีขนาดใหญ่นี้ จึงตัดไปได้เลยว่าฮาร์มอนิกไม่ใช่ต้นเหตุของปัญหานี้

ได้มีการวัดแรงดันไฟฟ้าและกระแสไฟฟ้าที่ตำแหน่งเมนสวิตซ์เข้าอาคารโดยใช้เครื่องมือวัดชนิด True RMS ผลการวัดพบว่าค่าที่วัดได้อยู่ในช่วงที่ปกติไม่พบความผิดปกติใด ๆ และเมื่อใช้เครื่องมือ harmonic analyzer ในการตรวจวัดปริมาณกระแสไฟฟ้าฮาร์มอนิกรวมของระบบก็พบว่า ค่า Current THD น้อยกว่า 2% ซึ่งสอดคล้องกับการวิเคราะห์ขนาดของโหลดชนิดไม่เป็นเชิงเส้นเทียบกับขนาดของแหล่งจ่ายพลังงาน (วิธีนี้เป็นไปตามมาตรฐาน IEEE 519) และจากการวัดกระแสฮาร์มอนิกแต่ละลำดับเฉพาะลำดับเลขคี่จนถึงลำดับที่ 21 พบว่ามีกระแสฮาร์มอนิกในแต่ละลำดับน้อยกว่า 3 %

นอกจากนั้นได้มีการประสานไปที่หน่วยงานการไฟฟ้าท้องถิ่นพบว่าในรอบสามเดือนที่ผ่านมาไม่มีเหตุการณ์การทำงานของระบบจ่ายพลังงานที่เชื่อมโยงไปยังการทำงานผิดปกติของระบบสายพานจนทำให้ระบบสายพานหยุดทำงาน

Shield Isolation Transformer ยังทำงานได้ดีอยู่หรือไม่
ถ้าตรวจดูการติดตั้งด้วยตาเปล่ารวมถึงได้กล่าวมาแล้วข้างต้น ปัญหาการทำงานของระบบสายพานอาจจะเกี่ยวข้องกับการเดินสายและการต่อลงดินจนทำให้เกิดสัญญาณรบกวนทางไฟฟ้า (Electrical Noise) ไหลวนอยู่ในระบบก็เป็นได้

ขั้นตอนต่อไปก็คือการตรวจสอบว่าหม้อแปลงไฟฟ้าแบบแยกจ่ายชนิด Shield Isolation Transformer  (ซึ่งเป็นพระเอกของเรา) ยังทำหน้าที่กำจัดกระแสไฟฟ้ารบกวน (Noise Rejection) ตามที่ควรจะเป็นอยู่หรือไม่และมีระดับการต่อลงดินอ้างอิง (Ground Reference) ที่ดีอยู่หรือไม่ โดยการใช้เครื่องมือวัดมัลติมิเตอร์ชนิด True RMS วัดค่าแรงดันไฟฟ้าระหว่าง Casing ของชุดควบคุมมอเตอร์ VSD ชุดแรก กับสายนิวตรอลหลังหม้อแปลงไฟฟ้าแบบแยกจ่าย (Secondary Neutral) ซึ่งควรจะอ่านค่าได้เท่ากับ 0 แต่ค่าที่วัดได้กลับมีค่าเท่ากับ 35 V การวัดเช่นเดียวกันนี้กับชุดควบคุมมอเตอร์ชนิด VSD อีกสองชุดก็ให้ผลเดียวกัน

ไดอะแกรมในรูปที่ 1 แสดงการเดินสายที่ถูกต้องของหม้อแปลงไฟฟ้าแบบแยกจ่าย สังเกตได้ว่า Incoming Ground, Shield, Core และ Secondary Neutral (สายนิวตรอลหลังหม้อแปลง) ต่อลงดินที่จุด ๆ เดียว หรือมีศัพท์เรียกกันว่า Single Point Grounding และที่จุดนี้ก็ต้องต่อลงดินเข้ากับระบบดินของอาคารด้วย

รูปที่ 1 การต่อสายของหม้อแปลงไฟฟ้าแบบแยกจ่ายที่ถูกต้อง Incoming Ground, Shield, Core และ Secondary Neutral (สายนิวตรอลหลังหม้อแปลง) ต่อลงดินที่จุด ๆ เดียว หรือมีศัพท์เรียกกันว่า Single Point Grounding และที่จุดนี้ก็ต้องต่อลงดินเข้ากับระบบดินของอาคารด้วย

เมื่อถอดฝาครอบของหม้อแปลงไฟฟ้าแบบแยกจ่ายออกเพื่อตรวจดูการเดินสายภายใน ก็พบว่าการต่อลงดินที่แตกต่างออกไปตามที่แสดงในรูปที่ 2 สายนิวตรอลหลังหม้อแปลงไม่ได้ต่อลงดินเข้ากับจุด Single Point Grounding และไม่ได้มีการต่อหม้อแปลงลงดินเข้ากับระบบดินของอาคาร เมื่อได้ทำการต่อลงดินอย่างถูกต้องแล้วและทำการวัดค่าแรงดันไฟฟ้า Neutral to Case Ground ก็ได้ค่าแรงดันไฟฟ้าเป็นศูนย์ การทำงานผิดปกติของระบบสายพานที่อธิบายไม่ได้ก็หายไปอย่างไร้ร่องรอย

รูปที่ 2 การต่อสายของหม้อแปลงไฟฟ้าแบบแยกจ่ายที่ไม่ถูกต้องสายนิวตรอลหลังหม้อแปลงไม่ได้ต่อลงดินไปที่จุด Single Point Grounding หม้อแปลงไฟฟ้าแบบแยกจ่ายไม่ได้ต่อลงดินที่จุดติดตั้งกับระบบดินของอาคาร

สรุป
กรณีศึกษาเบื้องต้นแสดงให้เห็นว่าความผิดปรกติที่เกิดเป็นคราว ๆ ไปส่วนใหญ่จะไม่เกี่ยวข้องกับระบบจ่ายพลังงานไฟฟ้า ผู้ใช้งานในกรณีนี้ไม่ได้คิดว่าปัญหาที่เกิดขึ้นจะเกี่ยวข้องการเดินสายและการต่อลงดินของหม้อแปลงไฟฟ้าแบบแยกจ่ายทำให้เกิดความเข้าใจผิดว่าการรบกวนทางไฟฟ้า (ที่เกิดจากหม้อแปลงไฟฟ้าแบบแยกจ่าย) เกิดจากกระแสฮาร์มอนิก

เอกสารอ้างอิง
1. The Case of the Unreliable Conveyors : EC&M July 2008 page 36 & 37
2. www.ecmweb.com
3. IEEE Std 1100 – 1999 Recommended Practice for Powering and Grounding Electronic Equipment