บทที 14 การปรับปรุงตัวประกอบกําลัง · Real Power = 120 x 0.5 = 60 kW Reactive Power = ( 1202 –602 ) = 103.9 kVAR มอเตอร์

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

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

3

5

ตวอยางท� 14.1 โรงงานแหงหน�งมโหลด 600 kW, 800 kVAR กาลงไฟฟาเสมอนจะเปนเทาใด

วธทาkVA =

=

= 1000

6

14.3. นยามของ Power Factor

POWER FACTOR =

=

= cos

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 %

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 %

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

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

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

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

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.

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

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

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

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

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�

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 ]

17

33

รปท� 14.5 % Reduction in Losses จากการปรบปรง P.F.

34


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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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 )

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

29

57


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

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 )

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

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

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

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

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

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

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

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

39

77


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

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


หมอแปลง 1000 kVA, P.F. ของโหลด 70 % Lagging ตองปรบปรงใหได

- 85 % Lagging

- 90 % Lagging

- 95 % Lagging

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

42

83


P.F. 90% Lagging = cos2

2 = cos-1 0.90 = 25.8°


= 700 x ( tan 45.6 – tan 25.8 )

= 376 kVAR

84


P.F. 95% Lagging = 2

= cos-1 0.95 = 18.2°


= 700 x ( tan 45.6 – tan 18.2 )

= 485 kVAR

เพ�อความสะดวกขนาด Capacitors อาจคดเปน30% ของพกดหมอแปลง

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

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�

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 %

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

47

93

2. Ferromagnetic Devices


- Transformers

- Magnetic Ballasts

94

3. Arcing Devices


- Arc Furnaces

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

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

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

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

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.

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

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

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

56

111


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


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

57

113


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

Documents

บทที 14 การปรับปรุงตัวประกอบกําลัง · Real Power = 120 x 0.5 = 60 kW Reactive Power = ( 1202 –602 ) = 103.9 kVAR มอเตอร์