อะไรทำให้เกิดฮาร์โมนิกในระบบไฟฟ้า

ฮาร์โมนิกในระบบไฟฟ้าเกิดจากโหลดที่ไม่เป็นเชิงเส้นซึ่งสร้างคลื่นรูปโค้งของกระแสหรือแรงดันที่ไม่เป็นไซนัสในระบบไฟฟ้าสลับ ฮาร์โมนิกคือส่วนประกอบของคลื่นไซนัสที่มีความถี่เป็นจำนวนเต็มเท่าของความถี่พื้นฐาน สาเหตุหลักของฮาร์โมนิกในระบบไฟฟ้ามีดังนี้:

โหลดที่ไม่เป็นเชิงเส้น

โหลดที่ไม่เป็นเชิงเส้นคือโหลดที่กระแสไม่ได้มีความสัมพันธ์เชิงเส้นกับแรงดัน โหลดประเภทนี้พบได้บ่อยในระบบไฟฟ้า และแหล่งกำเนิดหลักๆ ได้แก่:

• เรกทิไฟเออร์: อุปกรณ์ที่ใช้แปลงไฟฟ้าสลับเป็นไฟฟ้าตรง เช่น อะแดปเตอร์พลังงาน คอนเวอร์เตอร์ความถี่ ฯลฯ

• แหล่งจ่ายไฟสวิตชิง: แหล่งจ่ายไฟที่ใช้ในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์สมัยใหม่ เช่น แหล่งจ่ายไฟคอมพิวเตอร์ ที่ชาร์จโทรศัพท์มือถือ ฯลฯ

• อินเวอร์เตอร์: อุปกรณ์ที่ใช้แปลงไฟฟ้าตรงเป็นไฟฟ้าสลับ พบได้ในระบบพลังงานแสงอาทิตย์ สถานีชาร์จรถยนต์ไฟฟ้า ฯลฯ

• ไดรเวอร์ความถี่แปรผัน: อุปกรณ์ที่ใช้ควบคุมความเร็วของมอเตอร์ ใช้กันอย่างกว้างขวางในสาขาการอัตโนมัติอุตสาหกรรม

• เครื่องเชื่อมอาร์ก: จะมีกระแสที่ไม่เป็นเชิงเส้นเกิดขึ้นระหว่างกระบวนการเชื่อม

• หลอดไฟแบบปล่อยก๊าซ: เช่น หลอดฟลูออเรสเซนต์ หลอดโซเดียมความดันสูง ฯลฯ จะสร้างฮาร์โมนิกในขณะเริ่มทำงานและในการทำงาน

อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์สำหรับระบบไฟฟ้า

อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์สำหรับระบบไฟฟ้าที่ใช้กันอย่างกว้างขวางในระบบไฟฟ้าสมัยใหม่เป็นแหล่งกำเนิดฮาร์โมนิกสำคัญ:

• คอนเวอร์เตอร์ความถี่: ใช้ในการควบคุมความเร็วและแรงบิดของมอเตอร์ไฟฟ้าสลับ หลักการทำงานจะสร้างฮาร์โมนิก

• UPS (Uninterruptible Power Supply): จะสร้างฮาร์โมนิกเมื่อเปลี่ยนไปใช้โหมดแบตเตอรี่

• คอนเวอร์เตอร์: อุปกรณ์ที่ใช้ในการเปลี่ยนความถี่ของไฟฟ้าสลับ เช่น คอนเวอร์เตอร์ที่ใช้ในการผลิตไฟฟ้าจากลม

มอเตอร์และหม้อแปลง

แม้แต่มอเตอร์และหม้อแปลงแบบดั้งเดิม ก็อาจมีฮาร์โมนิกเกิดขึ้นเล็กน้อยเนื่องจากเหตุผลเช่น ผลกระทบจากการอิ่มตัวของสนามแม่เหล็ก:

• มอเตอร์: โดยเฉพาะในระยะเริ่มต้น ฮาร์โมนิกอาจเกิดขึ้นเนื่องจากผลกระทบของเส้นโค้งการแม่เหล็กที่ไม่เป็นเชิงเส้น

• หม้อแปลง: เมื่อหม้อแปลงทำงานในพื้นที่ที่อิ่มตัว มันจะสร้างฮาร์โมนิก

ปัญหาของระบบสายส่งเอง

• โหลดที่ไม่สมดุล: โหลดที่ไม่สมดุลในระบบสามเฟสสามารถทำให้กระแสกลางมีฮาร์โมนิก

• การส่งผ่านระยะไกล: ในการส่งผ่านระยะไกล ผลของการเหนี่ยวนำและการสะสมของสายอาจทำให้ฮาร์โมนิกขยายตัว

ปัจจัยอื่นๆ

• การเสื่อมสภาพของอุปกรณ์ไฟฟ้า: อุปกรณ์ไฟฟ้าที่เก่าอาจสร้างฮาร์โมนิกเพิ่มเติมเนื่องจากการเสื่อมสภาพของชิ้นส่วนภายใน

• การออกแบบที่บกพร่อง: ระบบไฟฟ้าที่ออกแบบไม่ดีอาจทำให้ฮาร์โมนิกขยายตัวหรือเกิดขึ้น

ผลกระทบของฮาร์โมนิก

ฮาร์โมนิกสามารถก่อให้เกิดผลกระทบที่หลากหลายต่อระบบไฟฟ้า รวมถึงแต่ไม่จำกัดเพียง:

• การสูญเสียของอุปกรณ์เพิ่มขึ้น: ฮาร์โมนิกสามารถทำให้เกิดการสูญเสียเพิ่มเติมของมอเตอร์ หม้อแปลง และอุปกรณ์อื่นๆ ลดอายุการใช้งาน

• ลดประสิทธิภาพของระบบ: ฮาร์โมนิกสามารถลดประสิทธิภาพของระบบและเพิ่มการใช้พลังงาน

• กระทบความแม่นยำในการวัด: ฮาร์โมนิกจะแทรกแซงความแม่นยำในการวัดของมาตรวัดพลังงาน ส่งผลให้คำนวณค่าไฟฟ้าไม่ถูกต้อง

• แทรกแซงระบบสื่อสาร: ฮาร์โมนิกจะทำให้เกิดการแทรกแซงต่อระบบสื่อสารและส่งผลต่อคุณภาพการส่งสัญญาณ

• กระตุ้นการสั่นสะเทือน: ในบางกรณี ฮาร์โมนิกสามารถสั่นสะเทือนกับอินดักเตอร์และแคปาซิเตอร์ในระบบ ทำให้เกิดปัญหาคุณภาพไฟฟ้าอย่างรุนแรง

มาตรการปราบฮาร์โมนิก

เพื่อลดผลกระทบของฮาร์โมนิก ปกติจะใช้มาตรการดังต่อไปนี้:

• ฟิลเตอร์: ติดตั้งฟิลเตอร์แบบพาสซีฟหรือแอคทีฟเพื่อซึมซับหรือต้านทานฮาร์โมนิก

• เพิ่มความเหนี่ยวนำของโหลด: โดยเพิ่มความเหนี่ยวนำของโหลดเพื่อปราบฮาร์โมนิก

• ปรับปรุงลักษณะของโหลด: ใช้โหลดที่มีฮาร์โมนิกน้อย เช่น เรกทิไฟเออร์สามเฟสแทนที่จะใช้เรกทิไฟเออร์เดี่ยวเฟส

• การชดเชยพลังงานปฏิกิริยาแบบไดนามิก: ใช้อุปกรณ์เช่น SVG (Static Reactive Power Generator) สำหรับการชดเชยพลังงานปฏิกิริยาแบบไดนามิก

สรุป

ฮาร์โมนิกในระบบไฟฟ้าเกิดจากโหลดที่ไม่เป็นเชิงเส้น เช่น เรกทิไฟเออร์ แหล่งจ่ายไฟสวิตชิง อินเวอร์เตอร์ ไดรเวอร์ความถี่แปรผัน ฯลฯ ฮาร์โมนิกสามารถส่งผลกระทบต่อประสิทธิภาพและความน่าเชื่อถือของระบบไฟฟ้า ดังนั้นจึงจำเป็นต้องใช้มาตรการที่เหมาะสมเพื่อปราบหรือกำจัดฮาร์โมนิก