เมื่อเกิดเหตุการณ์ไฟฟ้าปกติดับลง เครื่องกำเนิดไฟฟ้าจะสตาร์ทเครื่องอัตโนมัติและวิ่งตัวเปล่าไปจนกระทั่งแรงดันไฟฟ้าทางด้านออกสูงถึง 90% ของแรงดันไฟฟ้าพิกัด
การคำนวณขนาดเครื่องกำเนิดไฟฟ้าสำหรับสตาร์ทมอเตอร์ไฟฟ้าขนาดใหญ่
(Sizing Gen-Sets for Large Motor Starting)
ขวัญชัย กุลสันติธำรงค์
kwanchai2002@hotmail.com
เมื่อเกิดเหตุการณ์ไฟฟ้าปกติดับลง เครื่องกำเนิดไฟฟ้าจะสตาร์ทเครื่องอัตโนมัติและวิ่งตัวเปล่าไปจนกระทั่งแรงดันไฟฟ้าทางด้านออกสูงถึง 90% ของแรงดันไฟฟ้าพิกัด Automatic Transfer Switch จะสับไฟจ่ายไฟฟ้าไปยังตู้ควบคุมมอเตอร์ เมื่อไฟแสดงสถานะแรงดันไฟฟ้าที่ตู้ควบคุมมอเตอร์สว่างขึ้น แสดงว่าเครื่องกำเนิดไฟฟ้าจ่ายไฟฟ้าให้เรียบร้อยแล้ว เมื่อเจ้าหน้าที่ผู้ปฏิบัติงานกดปุ่มเดินเครื่องมอเตอร์ไฟฟ้าขนาดใหญ่ในกระบวนการผลิต
ทันใดนั้น Starting Holding Coil ซึ่งเป็นคอนแทกเตอร์รักษาแรงดันไฟฟ้าคร่อมคอยล์ได้จาก Starter Contact สับเข้า-ออก แต่ปรากฏว่ามอเตอร์ไฟฟ้าหยุดนิ่งเนื่องจากมีแรงบิดไม่เพียงพอในการสร้างอัตราเร่งของมอเตอร์ เหตุการณ์นี้มีโอกาสจะเกิดขึ้นได้ถ้าคำนวณขนาดเครื่องกำเนิดไฟฟ้าไม่ถูกต้อง
เป็นที่ทราบโดยทั่วไปว่ามอเตอร์ไฟฟ้าต้องการกระแสสูง (High Inrush Current) ในช่วงสตาร์ทถึง 6 เท่าของ Full Load Current มอเตอร์ไฟฟ้าที่ขับโหลดประเภท High Inertia ต้องการกำลังไฟฟ้าเป็น 3 เท่าของกำลังไฟฟ้าพิกัดในระหว่างสตาร์ท ความต้องการดังกล่าวรวมเรียกว่า Motor Starting kVA ซึ่งเป็นปัจจัยหลักในการคำนวณขนาดเครื่องกำเนิดไฟฟ้า
นอกจากนี้ปัจจัยอื่น ๆ ที่มีผลต่อการคำนวณขนาดเครื่องกำเนิดไฟฟ้าได้แก่ ฮาร์มอนิกที่เกิดจาก Variable Speed Drive (VFD) ลำดับการสตาร์ทมอเตอร์ (Sequential Starting of Motors) เป็นต้น เพื่อป้องกันไม่ให้เกิดปัญหาดังกล่าวข้างต้นในขณะสตาร์ทมอเตอร์ไฟฟ้าขนาดใหญ่ จึงจำเป็นต้องพิจารณาถึงปัจจัยต่าง ๆ ที่มีผลต่อการคำนวณขนาดเครื่องกำเนิดไฟฟ้าซึ่งท่านผู้อ่านสามารถติดตามรายละเอียดได้ในบทความฉบับนี้ครับ
เกิดอะไรขึ้นขณะสตาร์ทมอเตอร์ไฟฟ้า
Induction Motor มีรูปกราฟต่าง ๆ ขณะสตาร์ทดังรูปที่ 1
รูปที่ 1 กราฟต่าง ๆ แสดงคุณลักษณะของ Induction Motor ในขณะสตาร์ท
ในขณะสตาร์ท มอเตอร์จะดึงกระแสไฟฟ้าสูงถึง 6 เท่าของ Full Load Current โดยกระแสไฟฟ้าจะสูงอยู่จนมอเตอร์มีความเร็ว 80 % ของความเร็วพิกัด โดยกระแสไฟฟ้าสูงนี้มีผลทำให้เกิด Generator Voltage Dip ด้วย
มอเตอร์ไฟฟ้าต้องการกำลังไฟฟ้าเริ่มต้นขณะมอเตอร์ไฟฟ้าหยุดนิ่งสูงถึง 150% ของกำลังไฟฟ้าพิกัดของมอเตอร์ โดยต้องการกำลังไฟฟ้าสูงสุดถึง 300% ที่ความเร็ว 80% และที่แรงดันไฟฟ้าเต็มพิกัด (Full Voltage)
มอเตอร์ไฟฟ้าต้องสร้างแรงบิดที่แรงดันไฟฟ้าเต็มพิกัดให้มากกว่าแรงบิดที่ต้องการของโหลด กราฟแรงบิดของมอเตอร์อยู่เหนือกราฟแรงบิดของโหลด ผลต่างของแรงบิดทั้งสองที่ความเร็วต่าง ๆ แสดงถึงอัตราเร่งของมอเตอร์ เนื่องจากแรงบิดของมอเตอร์เป็นสัดส่วนกับแรงดันไฟฟ้า ดังนั้นการลดแรงดันไฟฟ้ามีผลทำให้แรงบิดของมอเตอร์ลดลงด้วย
เครื่องกำเนิดไฟฟ้าที่มีขนาดเหมาะสมจะสามารถรองรับ Starting kVA ของมอเตอร์ได้ สร้างแรงดันไฟฟ้าที่มอเตอร์ต้องการได้ ทำให้มอเตอร์มีแรงบิดที่เพียงพอเพื่อเร่งความเร็วของโหลดให้เท่ากับความเร็วพิกัดของมอเตอร์
Voltage Dip และ Frequency Dip ในเครื่องกำเนิดไฟฟ้าขณะสตาร์ทมอเตอร์
ในขณะสตาร์ทมอเตอร์จะเกิด Voltage Dip และ Frequency Dip ที่มีค่ามากหากเครื่องกำเนิดไฟฟ้ามีขนาดไม่เหมาะสม นอกจากนี้โหลดไฟฟ้าบางประเภทที่รับไฟฟ้าจากเครื่องกำเนิดไฟฟ้าจะมีความไวต่อการเปลี่ยนแปลงแรงดันไฟฟ้าและความถี่ทำให้เกิดปัญหาต่าง ๆ ตามมา เช่นความถี่ของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าที่เปลี่ยนแปลง 1 Hz/sec มีผลทำให้ Static UPS ทำงานผิดปกติได้ หรือในกรณีของมอเตอร์เอง เมื่อเกิด Voltage Dip เป็นช่วงเวลานานโดยเครื่องกำเนิดไฟฟ้าไม่สามารถจ่ายแรงดันไฟฟ้าพิกัดได้จะทำให้
* มอเตอร์ทำงานที่แรงดันไฟฟ้าต่ำ (Low Voltage Operation) เป็นสาเหตุทำให้เกิดความร้อนเกิน (Over Heating)
* มอเตอร์ต้องใช้เวลานานในการเร่งความเร็วของโหลด (Extended Load Acceleration Times)
* อุปกรณ์ป้องกันมอเตอร์ (Motor Protection Devices) หรือเซอร์กิตเบรกเกอร์เปิดวงจร
* อุปกรณ์ป้องกันเครื่องกำเนิดไฟฟ้า (Engine –Generator Protection Devices) สั่งดับเครื่องยนต์
เมื่อเครื่องกำเนิดไฟฟ้าทำงานและมีการสตาร์ทมอเตอร์ที่แรงดันไฟฟ้าเต็มพิกัด มอเตอร์จะมีค่าอิมพีแดนซ์ต่ำขณะมอเตอร์หยุดนิ่งทำให้เกิดกระแสไฟฟ้าสูงหรือ High Inrush Current (Ism) ขึ้น กระแสไฟฟ้า Ism นี้จะไหลผ่านขดลวด Generator Armature ซึ่งมีค่าอิมพีแดนซ์สูงเทียบกับค่าอิมพีแดนซ์รวมของเครื่องกำเนิดไฟฟ้า ทำให้เกิด Voltage Drop ในเครื่องกำเนิดไฟฟ้า
รูปที่ 2 กราฟแสดงการตอบสนองของแรงดันไฟฟ้าด้านออกเครื่องกำเนิดไฟฟ้าในขณะสตาร์ทมอเตอร์
จากกราฟในรูปที่ 2 ในทันทีที่ Starter Contact ปิดวงจรที่เวลา t = 0 จะเกิด Voltage Drop ที่ด้านออกของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าซึ่งเป็นฟังก์ชันของ Generator Subtransient reactance (X”d) โดยทั่วไปเมื่อเครื่องกำเนิดไฟฟ้าสำรองมีขนาดใหญ่ขึ้น ค่ารีแอกแตนซ์ของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าจะต่ำลง ดังนั้นวิธีการหนึ่งที่จะลดค่า Instantaneous Voltage Dip คือการเพิ่มขนาดของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าให้ใหญ่ขึ้น
แรงดันไฟฟ้าด้านออกของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าอาจจะลดต่ำลงอีกขึ้นอยู่กับการตอบสนองของ Automatic Voltage Regulator และ Excitation System เช่น Voltage Regulator กำหนดค่าให้ Voltage Dip ไม่เกิน 10 % ของ Rated Voltage เมื่อมีการเปลี่ยนแปลง Load 80 % ของ Rated Load และ Recovery Time ไม่เกิน 5 วินาที Voltage Regulator นี้จะตอบสนองต่อการเปลี่ยนแปลงแรงดันไฟฟ้าได้เร็วกว่า Voltage Regulator ที่กำหนดค่า Voltage Dip ไม่เกิน 20% ของ Rated Voltage เป็นต้น
เครื่องกำเนิดไฟฟ้าที่ผลิตขึ้นใช้งานส่วนใหญ่เป็นชนิด Synchronous Generator พร้อม Permanent Magnet Excitation Systems ซึ่งระบบ PMG Excitation นี้จะมีกำลังไฟฟ้าเป็นอิสระจากแรงดันไฟฟ้าด้านออกของเครื่องกำเนิดไฟฟ้า ทำให้ระบบ PMG Excitation สามารถรักษาระดับกำลังไฟฟ้าได้อย่างเพียงพอในสภาวะ Transient Loading จึงทำให้เครื่องกำเนิดไฟฟ้ามีค่า Voltage Dip ไม่มากเกินไปและ Recovery Time ดีขึ้น
นอกจากนี้ Automatic Voltage Regulator ที่ใช้งานในปัจจุบันยังประกอบด้วยฟังก์ชัน Under Frequency Protection ซึ่งในระหว่างที่เครื่องกำเนิดไฟฟ้าทำงานในสภาวะโหลดเกินชั่วขณะความเร็วของเครื่องยนต์อาจจะตกลงUnder Frequency Protection จะลดกำลังไฟฟ้าของ Excitation ลงทำให้แรงดันไฟฟ้าด้านออกของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าลดลงตามหรือเกิด Voltage Dip ขึ้น ในขณะเดียวกันก็จะทำให้โหลดของเครื่องยนต์ลดลง เครื่องยนต์จะสามารถเร่งความเร็วกลับสู่ความเร็วพิกัดได้ โดยปกติแล้วค่า Generator Terminal Voltage Dip จะมีค่าสูงสุดไม่เกิด 30% โดยจะไม่ทำให้ระบบป้องกันของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าทำงานและส่งคำสั่งดับเครื่องยนต์
หลังจากเกิด Voltage Dip เครื่องกำเนิดไฟฟ้าต้องสามารถปรับแรงดันไฟฟ้าให้ได้อย่างน้อย 90% ของแรงดันพิกัด โดยแรงดันไฟฟ้าอย่างน้อย 90% นี้จะทำให้มอเตอร์สร้างแรงบิดเพื่อเร่งความเร็วของโหลดสู่ความเร็วพิกัดของมอเตอร์ได้
เมื่อมอเตอร์สตาร์ทโหลดประเภท High Starting Torque ซึ่งต้องการ Recovery Voltage สูงกว่าโหลดประเภทLow Starting Torque ดังนั้น Automatic Voltage Regulator ต้องตอบสนองต่อ Voltage Dip ที่เกิดขึ้นและสร้าง Recovery Voltage ที่เพียงพอให้กับมอเตอร์ในการสร้างแรงบิดขณะสตาร์ทอีกด้วย
สรุปได้ว่าความสามารถของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าขณะสตาร์ทมอเตอร์ไฟฟ้าขนาดใหญ่โดยปราศจาก Voltage Dip หรือ Frequency Dip ที่มากเกินไปขึ้นอยู่กับ
* กำลังของเครื่องยนต์ และกำลังไฟฟ้าของ Alternator ที่เพียงพอ
* การตอบสนองของ Generator Excitation System ที่เหมาะสม
* ความเร่งของมอเตอร์และโหลดของมอเตอร์
วิธีการสตาร์ทมอเตอร์กับการคำนวณขนาดเครื่องกำเนิดไฟฟ้า
1. การสตาร์ทมอเตอร์แบบลดแรงดันไฟฟ้า (Using Reduced Voltage Starting)
การลดแรงดันไฟฟ้าทำให้ค่า Starting kVA ของมอเตอร์ลดลง มีผลทำให้ขนาดเครื่องกำเนิดไฟฟ้าลดลง และ Voltage Dip มีค่าไม่มากเกินไป รวมถึงทำให้การขับโหลดมอเตอร์ Smooth ขึ้น แต่การลดแรงดันไฟฟ้าทำให้แรงบิดของมอเตอร์ลดลงด้วย ดังนั้นการพิจารณาเลือกใช้วิธีการสตาร์ทมอเตอร์ประเภทนี้ต้องแน่ใจว่ามอเตอร์มีแรงบิดเพียงพอที่จะขับโหลดได้เพื่อเป็นการป้องกันมอเตอร์ไม่ให้เกิดความเสียหาย
ตารางที่ 1 เปรียบเทียบความแตกต่างของการสตาร์ทมอเตอร์แบบลดแรงดันไฟฟ้าในแต่ละวิธี
2. การสตาร์ทมอเตอร์โดยการใช้ Solid State Starter (Using Solid State Starter)
Solid State Starter มีคุณสมบัติในการปรับแรงบิดช่วงสตาร์ท (Starting Torque) อัตราเร่งเทียบกับเวลา (Acceleration Ramp Time) และค่า Current Limit เพื่อควบคุมอัตราเร่งในช่วงสตาร์ทมอเตอร์
การปรับค่า Current Limit เป็นการลดค่า Inrush Current และเป็นการปรับลดค่า Starting kVA ที่มีผลต่อขนาดเครื่องกำเนิดไฟฟ้า ช่วงการปรับตั้งค่า Current Limit จะอยู่ระหว่าง 150% ถึง 600% ของ Full Load Current ของมอเตอร์ การตั้งค่า Current Limit ที่ 600% ของ Solid–State Starter นี้มีผลต่อการคำนวณขนาดเครื่องกำเนิดไฟฟ้าเช่นเดียวกับการสตาร์ทมอเตอร์แบบ DOL
การปรับตั้งค่า Current Limit นี้มีผลในการลดแรงบิดของมอเตอร์ ในกรณีของการคำนวณขนาดเครื่องกำเนิดไฟฟ้า การขยายอัตราเร่งเทียบกับเวลา และการตั้งค่า Current Limit ไว้ต่ำจะทำให้ Voltage Dip และ Frequency Dip มีค่าไม่มากเกินไป
จุดอ่อนในการใช้ Solid–State Motor Starter ซึ่งประกอบด้วย SCR (Silicon–Controlled Rectifier) ก็คือทำให้เกิด Voltage Distortion ขึ้น เพื่อชดเชยปัญหาดังกล่าวต้อง Oversize เครื่องกำเนิดไฟฟ้า ซึ่งปกติจะกำหนดขนาดเครื่องกำเนิดไฟฟ้าเป็น 2 เท่าของ Running kW Load ยกเว้นว่ามีการใช้ Automatic Bypass ในวงจร Starting Motor ถ้า Solid–State Starter ประกอบด้วย Automatic Bypass ในขณะสตาร์ทมอเตอร์ SCR Starter จะอยู่ในวงจรไฟฟ้าหลังจากนั้นเมื่อมอเตอร์วิ่งแล้ว Bypass Contactor จะปิดวงจรเพื่อปลด SCR ในกรณีนี้ทำให้ไม่ต้องสนใจ Voltage Distortion ในระหว่างสตาร์ทมอเตอร์จึงไม่ต้อง Oversize เครื่องกำเนิดไฟฟ้า
3. การใช้ Variable Frequency Drive (VFD) ในการสตาร์ทมอเตอร์ (Using VFD Starter)
VFD Starter นี้เป็นชนิด Current Limit และลดค่า Starting kVA โดยกระแสไฟฟ้าของ VFD เป็น Nonlinear Current ซึ่งเป็นสาเหตุทำให้เกิด Voltage Distortion ขึ้น ดังนั้นการคำนวณขนาดเครื่องกำเนิดไฟฟ้าต้องคำนึงถึงผลของ Voltage Distortion นี้ด้วย โดยปกติต้อง Oversize Generator เพื่อทำให้ % THD มีค่าไม่เกิน 15 % หรือน้อยกว่า
ในกรณีใช้ VFD ชนิด 6 Pulse ต้อง Oversize Generator เป็น 2 เท่าของ Running kW ของ VFD ในกรณีที่ใช้ VFD ชนิด Pulse Width Modulated (PWM) จะ Oversize Generator เพียง 1.4 เท่าของ Running kW ของ VFD
4. การสตาร์ทมอเตอร์แบบ Step Starting Sequence
การสตาร์ทมอเตอร์ตามลำดับมีผลต่อการคำนวณขนาดเครื่องกำเนิดไฟฟ้าอย่างมาก การกำหนดให้สตาร์ทมอเตอร์ทั้งหมดพร้อมกันทำให้เครื่องกำเนิดไฟฟ้าต้องมีขนาดใหญ่มาก ในกรณีที่มีการสตาร์ทมอเตอร์โดยใช้ระบบควบคุมอัตโนมัติ การคำนวณขนาดเครื่องกำเนิดไฟฟ้าสามารถกำหนดให้สตาร์ทมอเตอร์ตัวใหญ่สุดเป็นลำดับสุดท้ายโดยมีโหลดอื่น ๆ ใช้งานอยู่แล้ว
วิธีคำนวณขนาดเครื่องกำเนิดไฟฟ้า
การคำนวณขนาดเครื่องกำเนิดไฟฟ้าทำได้ 2 วิธีได้แก่ วิธีการคำนวณด้วยมือ โดยใช้ตาราง Spreadsheet และวิธีการคำนวณโดยใช้โปรแกรมคอมพิวเตอร์ของผู้ผลิตเครื่องกำเนิดไฟฟ้า ซึ่งวิธีการพื้นฐานในการคำนวณทั้งสองวิธีนี้เหมือนกันโดยมีหลักสำคัญอยู่ที่ว่าต้องใช้ข้อมูลตามจริงในการคำนวณ
ถ้าขาดข้อมูลตามจริงแล้วละก็ การใช้โปรแกรมคอมพิวเตอร์น่าจะเป็นวิธีที่ดีที่สุด เพราะข้อมูลที่มีอยู่แล้วของโปรแกรมเป็นข้อมูลที่ใช้อ้างอิงได้ อย่างไรก็ตามการใช้วิธีการคำนวณด้วยมือก็ให้ผลของการทำงานของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าในเกณฑ์ที่ยอมรับได้กล่าวคือ Recovery Voltage มีค่าไม่น้อยกว่า 90% ของแรงดันไฟฟ้าพิกัด และ Voltage Dip ในขณะสตาร์ทมอเตอร์ทันทีมีค่าอยู่ระหว่าง 20 % ถึง 30%
ค่า Voltage Dip และค่า Frequency Dip ในขณะสตาร์ทมอเตอร์ทันทีของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าขนาดเดียวกันมีค่าไม่เท่ากันแล้วแต่ผู้ผลิตแต่ละราย ดังนั้นถ้ามีความจำเป็นในการประเมินผลการทำงานของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าขณะ Transient Loading แล้วคงต้องใช้โปรแกรมคอมพิวเตอร์ของผู้ผลิตเครื่องกำเนิดไฟฟ้าช่วยในการคำนวณ
ตารางที่ 2 แสดงรหัสอักษรของ AC Motors
ตารางที่ 3 ค่าประสิทธิภาพของมอเตอร์ชนิด Squirrel Cage Induction Motors
การคำนวณขนาดเครื่องกำเนิดไฟฟ้าด้วยมือ มีขั้นตอนดังต่อไปนี้
ขั้นตอนที่ 1 รวบรวมข้อมูล ต้องรวบรวมข้อมูลดังต่อไปนี้ของมอเตอร์แต่ละตัว
* Nameplate HP
* Running Kilowatt (Rkw)
* Running Kilovolt – Amperes (RkVA)
* Running Motor Power Factor (PF)
* Starting Motor PF
* Locked Rotor kVA/hp
สมการที่ใช้คำนวณ Rkw และ RkVA ของมอเตอร์ ได้แก่
Rkw = [(Nameplate hp) x (0.746 kW/hp)]/Efficiency …… (1)
RkVA = Rkw/Running Motor PF ……………………………… (2)
สมการที่ใช้คำนวณ SkVA และ SkW ของมอเตอร์ ได้แก่
SkVA = (Nameplate hp) x (Locked Rotor kVA/hp) ………... (3)
SkW = (SkVA) x (Starting Motor PF) …………………………. (4)
ขั้นตอนที่ 2 หาผลรวมของ Rkw, RkVA, SkVA และ SkW ของโหลดไฟฟ้าทั้งหมด
ขั้นตอนที่ 3 เลือกเครื่องกำเนิดไฟฟ้าโดยการเปรียบเทียบผลรวมของค่า Rkw, RkVA, SkVA และ SkW กับข้อกำหนดทางเทคนิคของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าของผู้ผลิต
ดูตัวอย่างการคำนวณดีกว่านะครับเพื่อความเข้าใจยิ่งขึ้น
ตัวอย่างที่ 1 จงคำนวณขนาดเครื่องกำเนิดไฟฟ้าที่สตาร์ทโหลดทั้งสามประเภทดังต่อไปนี้พร้อมกันในครั้งเดียวโดยวิธีแบบ DOL
* มอเตอร์ขนาด 200 แรงม้าจำนวน 2 ตัว ชนิด Code G มีค่า SkVA per hp 5.9 มีค่า Running Efficiency 92 % มีค่า Starting PF 0.25 และค่า Running PF 0.91
* โหลดไฟฟ้าแสงสว่างชนิดฟลูออเรสเซนต์ 100 kVA มีค่า PF 0.95
วิธีทำ
ขั้นตอนที่ 1 รวบรวมข้อมูลและคำนวณค่า Rkw, RkVA, SkVA และ SkW ของโหลดต่าง ๆ
มอเตอร์ขนาด 200 HP จะมีค่าต่าง ๆ ดังนี้
Rkw = (200 hp x 0.746 kW/hp)/0.92 = 162.2 kW
RkVA = 162.2 kW/0.91 PF = 178.2 kVA
SkVA = 200 hp x 5.9 kVA/hp = 1,180 kVA
SkW =1,180 kVA x 0.25 PF = 295 kW
โหลดไฟฟ้าแสงสว่างชนิดฟลูออเรสเซนต์
Rkw = 100 kVA x 0.95 PF = 95 kW
RkVA = 100 kVA
SkVA = 100 kVA
SkW = 100 kVA x 0.95 = 95 kW
ขั้นตอนที่ 2 หาผลรวมของค่า Rkw, RkVA, SkVA และ SkW
ขั้นตอนที่ 3 การเลือกขนาดเครื่องกำเนิดไฟฟ้า
อย่างน้อยที่สุดเครื่องกำเนิดไฟฟ้าต้องมีขนาดที่จ่ายโหลดไฟฟ้าขณะสตาร์ท (Starting Demand) และในช่วงโหลดไฟฟ้าขณะคงตัว (Steady Stage Running Load) จากข้อมูลของเครื่องกำเนิดไฟฟ้ายี่ห้อหนึ่ง จะเลือกเครื่องกำเนิดไฟฟ้าขนาดและคุณสมบัติดังต่อไปนี้
ตารางที่ 4 Motor Starting Data–Diesel Generator Sets ของผู้ผลิตเครื่องกำเนิดไฟฟ้ายี่ห้อหนึ่ง
ขนาดเครื่องกำเนิดไฟฟ้า = 1,000 kW มีค่า SkVA = 2,906 kVA ที่ Voltage Dip 30% เพียงพอที่จะจ่าย SkVA รวม = 2,460 kVA และสามารถจ่ายโหลดไฟฟ้าขณะคงตัวได้อย่างเพียงพอ รวมถึงค่า Running Kilowatt Load 420 kW เป็นสัดส่วน 42% ของขนาดเครื่องกำเนิดไฟฟ้าสำรอง 1,000 kW (โดยปกติเครื่องยนต์ดีเซลต้องมีโหลดต่อเนื่องไม่น้อยกว่า 30% ของ Rated kW ของเครื่องยนต์)
ตัวอย่างที่ 2 สมมติว่าโหลดรวมทั้งหมดเป็นไปตามข้อที่ 1 โดยสตาร์ทมอเตอร์พร้อมกัน แต่เปลี่ยนเป็นวิธีการสตาร์ทมอเตอร์แบบลดแรงดันไฟฟ้าด้วย Auto Transformer ที่มีค่า Tap Setting 65% โดยค่า Tap Setting 65% จะลดค่า Starting kVA ด้วยตัวคูณลด (.65)2 หรือเท่ากับ 0.42
ขั้นตอนที่ 1 คำนวณค่า Rkw, RkVA, SkVA และ SkW ของโหลดต่าง ๆ
Rkw = (200 hp x 0.746 kW /hp) /0.92 = 162.2 kW
RkVA = 162.2 kW / 0.91 PF = 178.2 kVA
SkVA = 200 hp x 5.9 kVA/hp x (.65) 2 = 495 kVA
SkW = 495 kVA x 0.25 PF = 124 kW
โหลดไฟฟ้าแสงสว่างชนิดฟลูออเรสเซนต์
Rkw = 100 kVA x 0.95 PF = 95 kW
RkVA = 100 kVA
SkVA = 100 kVA
SkW = 100 kVA x 0.95 = 95 kW
ขั้นตอนที่ 2 หาผลรวมของค่า Rkw, RkVA, SkVA และ SkW
ขั้นตอนที่ 3 การเลือกขนาดเครื่องกำเนิดไฟฟ้า
จากข้อมูลของผู้ผลิตเลือกใช้เครื่องกำเนิดไฟฟ้าขนาด 440 kW ที่มีค่า SkVA = 1,337 kVA ที่ Voltage Dip 30% เพียงพอที่จะจ่าย SkVA รวม = 1,090 kVA และสามารถจ่ายโหลดไฟฟ้าขณะคงตัวได้อย่างเพียงพอ รวมถึงค่า Running Kilowatt Load 420 kW เป็นสัดส่วน 95% ของขนาดเครื่องกำเนิดไฟฟ้าสำรอง 440 kW ถ้าต้องการเผื่อโหลดเพิ่มเติมในอนาคตก็อาจจะเลือกใช้เครื่องกำเนิดไฟฟ้าขนาด 500 kW ได้ครับ
การคำนวณขนาดเครื่องกำเนิดไฟฟ้าด้วยโปรแกรมคอมพิวเตอร์ของผู้ผลิต
จากโปรแกรมคอมพิวเตอร์ของผู้ผลิตเครื่องกำเนิดไฟฟ้ายี่ห้อหนึ่ง ได้กำหนดให้ผู้ใช้งานใส่ค่าพารามิเตอร์ของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าได้แก่ Maximum Allowable Voltage dip (10%, 20%, 30%), Rated Voltage (i.e. 400/230, 415/240 VAC), Type of Generator (Prime, Standby) นอกจากนี้ในโปรแกรมฯจะกำหนดโหลดไฟฟ้าชนิดต่าง ๆ ไว้ให้เลือกได้แก่ มอเตอร์ ไฟฟ้าแสงสว่าง UPS Air Compressor Air-Condition Loads เป็นต้น โดยผู้คำนวณต้องใส่รายละเอียดของโหลดไฟฟ้าดังกล่าว เช่นมอเตอร์มีขนาดกี่แรงม้า หรือ กี่กิโลวัตต์ อาจจะระบุเป็น Full Load Current ก็ได้ขึ้นอยู่กับข้อมูลของมอเตอร์ที่มี วิธีการสตาร์ทมอเตอร์ เช่นสตาร์ทแบบ DOL แบบ Star–Delta เป็นต้น
เมื่อระบุโหลดต่าง ๆ ครบถ้วนแล้ว ผู้ใช้งานต้องกำหนดลำดับการสตาร์ทของโหลดไฟฟ้าแต่ละประเภทโดยจะกำหนดให้โหลดไฟฟ้าประเภทใดสตาร์ทก่อนและหลังก็ได้โดยขึ้นกับลักษณะการทำงานจริงของโหลดไฟฟ้านั้นในระบบ โดยปกติแล้วจะกำหนดให้โหลดประเภทที่ Automatic Start ทันทีที่มีไฟฟ้าให้สตาร์ทก่อนเป็นลำดับที่หนึ่ง สำหรับมอเตอร์จะกำหนดให้มอเตอร์ตัวใหญ่สุดสตาร์ทเป็นตัวสุดท้ายและมอเตอร์อื่น ๆ ทำงานอยู่แล้วเป็นต้น
เมื่อป้อนข้อมูลต่าง ๆ ครบถ้วนแล้ว ก็สั่งโปรแกรมฯทำการคำนวณขนาดเครื่องกำเนิดไฟฟ้าได้เลย จากการใช้โปรแกรมฯช่วยคำนวณขนาดเครื่องกำเนิดไฟฟ้าตามข้อมูลในตัวอย่างที่ 2 ข้างต้นจะได้ขนาดเครื่องกำเนิดไฟฟ้าขนาด 550 kW Standby Rating โดยมีรายละเอียดในรูปที่ 3 Recommended Generator Report
รูปที่ 3 Recommended Generator Report
สรุป
การคำนวณขนาดเครื่องกำเนิดไฟฟ้ามีหลายปัจจัยที่ต้องพิจารณาตามรายละเอียดข้างต้น ซึ่งแต่ละปัจจัยมีผลต่อการคำนวณขนาดเครื่องกำเนิดไฟฟ้าเป็นอย่างมาก ดังนั้นเพื่อไม่ให้เกิดปัญหาในขณะสตาร์ทมอเตอร์ต้องพิจารณาปัจจัยดังกล่าวให้ครบถ้วนด้วยครับ
ข้อมูลอ้างอิง
1. Sizing Gen – Sets for Large Motor Starting , EC&M February 1999, page 26 – 32
2. Generator Set Sizing Guide, Caterpillar Engine Division, USA
3. Cummin Power Suit Calculation Programme Version 4.0, USA
สงวนลิขสิทธิ์ ตามพระราชบัญญัติลิขสิทธิ์ พ.ศ. 2539 www.thailandindustry.com
Copyright (C) 2009 www.thailandindustry.com All rights reserved.
ขอสงวนสิทธิ์ ข้อมูล เนื้อหา บทความ และรูปภาพ (ในส่วนที่ทำขึ้นเอง) ทั้งหมดที่ปรากฎอยู่ในเว็บไซต์ www.thailandindustry.com ห้ามมิให้บุคคลใด คัดลอก หรือ ทำสำเนา หรือ ดัดแปลง ข้อความหรือบทความใดๆ ของเว็บไซต์ หากผู้ใดละเมิด ไม่ว่าการลอกเลียน หรือนำส่วนหนึ่งส่วนใดของบทความนี้ไปใช้ ดัดแปลง โดยไม่ได้รับอนุญาตเป็นลายลักษณ์อักษร จะถูกดำเนินคดี ตามที่กฏหมายบัญญัติไว้สูงสุด
Thailandindustrycom_official
