CAPACITOR IN POWER SYSTEM

คาปาซิเตอร์ ผลิตขึ้นจากแผ่นโลหะตัวนำไฟฟ้าบาง ๆ 2 แผ่น วางซ้อนกันและคั่นกลางด้วยแผ่นฉนวนไฟฟ้า ม้วนเป็นรูปทรงกระบอก นำบรรจุในภาชนะที่อาจมีการเติมน้ำมันบางชนิดที่เป็นฉนวนไฟฟ้าเข้าไป เพื่อช่วยเป็นตัวกลางในการระบายความร้อนที่เกิดขึ้นขณะใช้งาน ตัวคาปาซิเตอร์นี้มีความสามารถในการเก็บสะสมพลังงานไฟฟ้าในรูปของสนามไฟฟ้า (electric field) หรือในรูปของการเก็บประจุไฟฟ้า ซึ่งมีหน่วยที่ใช้วัดความสามารถในการเก็บประจุไฟฟ้าเป็น “ฟารัด”(farad) ความต้องการให้ได้ค่าการเก็บประจุสูงขึ้น ทำได้โดยวิธีนำแผ่นโลหะที่ซ้อนกัน มีพื้นที่มากขึ้น แต่ยังมีขีดจำกัดที่ไม่สามารถทำให้แผ่นโลหะดังกล่าวมีพื้นที่ใหญ่มากได้

ดังนั้นจึงมีอีกวิธีหนึ่งโดยการจำคาปาซิเตอร์ตัวเล็ก ๆ จำนวนหลายๆ ตัวมาต่อขนานกันทางวงจร

จะได้ค่าความจุไฟฟ้ารวมตามสมการ ดังนี้ 

โดยที่ C เป็นค่าความจุไฟฟ้ารวม และ 

เป็นค่าความจุไฟฟ้าของคาปาซิเตอร์ตัวเล็ก ๆ แต่ละตัว แต่ในบางครั้งความจำเป็นในการใช้งานอาจต้องการให้มีค่าความจุไฟฟ้าของคาปาซิเตอร์มีขนาดเพียงเล็กน้อยที่ไม่สามารถจะสร้างขึ้นได้ เราก็อาจใช้คาปาซิเตอร์หลายๆตัว มาต่อแบบอนุกรมทางไฟฟ้า 

ก็จะได้ค่าความจุไฟฟ้าดังสมการ 

ค่าความจุไฟฟ้าของคาปาซิเตอร์มันจะไม่ถูกนำมาใช้โดยตรง แต่จะแปลงค่าไปในรูปอื่น ดังต่อไปนี้

1.คาปาซิทีฟรีแอคแตนซ์ เป็นค่าหนึ่งซึ่งเปรียบเทียบได้กับค่าความต้านทานไฟฟ้าของตัวต้านทาน (resistor) ซึ่งมีค่า

โดยที่ f เป็นความถี่ของระบบไฟฟ้ามีหน่วยเป็น เฮิรตซ์ (Hertz) และ Xc คาปาซิทีฟรีแอคแตนซ์ มีหน่วยเป็น โอห์ม (Ohm)

2.รีแอคทีฟเพาเวอร์ เป็นกำลังงานไฟฟ้าที่ตัวคาปาซิเตอร์สะสมไว้ดังสมการ 

ซึ่งมีหน่วยเป็น VAR (volt-amp.reactive) โดยที่ V เป็นระดับแรงดันไฟฟ้าของระบบไฟฟ้ามีหน่วยเป็น โวลต์ (volt)

เพาเวอร์แฟคเตอร์คืออะไร

ระบบไฟฟ้ากระแสสลับ หรือระบบไฟฟ้าที่เราใช้กันตามบ้านนั่นเอง มีการวัดกำลังงานไฟฟ้าหลายหน่วยดังนี้

ก.กำลังไฟฟ้าจริง (actual power) หรือแอคทีฟเพาเวอร์ (active porwer) จะมีหน่วยวัดเป็นวัตต์ (watt) :Pw

ข.รีแอคทีฟเพาเวอร์ (reactive power: Pr) มีหน่วยวัดเป็น VAR กำลังไฟฟ้าส่วนนี้จะมีค่าก็ต่อเมื่อในวงจรไฟฟ้านั้น ๆ มีโหลด ชนิดที่เป็นขดลวด เช่น มอเตอร์ เป็นต้น และที่เป็นคาปาซิเตอร์ รวมอยู่ด้วย

ค.กำลังไฟฟ้าที่ปรากฏ (apparent power : Pa) คือกำลังไฟฟ้าที่มีหน่วยวัดเป็นโวลต์-แอมแปร์ (volt-ampere :VA)

สำหรับค่าเพาเวอร์แฟคเตอร์เราก็จะสามารถหาได้จากอัตราส่วนระหว่างกำลังไฟฟ้าจริงต่อกำลังไฟฟ้าที่ปรากฏ ดังสมการ

โดยที่ power factor      
เป็นมุมระหว่างไฟฟ้าจริงกับกำลังไฟฟ้าที่ปรากฏ จะมีค่าอยู่ระหว่าง +90 องศาถึง -90 องศา

การที่มุม PF  มีค่าเป็นบวก นั้นแสดงว่าภายในวงจรไฟฟ้านั้นประกอบด้วยโหลดไฟฟ้าที่เป็นคาปาซิเตอร์ อยู่มาก ผลจากนี้ทำให้ค่า PF เป็นค่าที่เรียกว่า leading PF

และอีกกรณีหนึ่งคือมุม PF มีค่าเป็นลบก็จะแสดงว่าภายในวงจรไฟฟ้าประกอบด้วยโหลดไฟฟ้าที่เป็นพวกขดลวดอยู่มาก โดยรีแอคทีฟเพาเวอร์มีค่าเป็นลบ ซึ่งผลทำให้ค่า PF เป็นแบบที่เรียกว่า lagging PF

ได้อะไรเมื่อค่า PF มีค่าสูง

1.การลดค่ากำลังงานไฟฟ้าสูญเสียในสายไฟฟ้า
2.ช่วยให้สายไฟฟ้านำกำลังไฟฟ้าได้สูงขึ้น

3.ช่วยเพิ่มความสามารถในการจ่ายกำลังไฟฟ้าของหม้อแปลงไฟฟ้า

4.การแก้ปัญหาแรงดันไฟฟ้าตกในสายไฟฟ้า

5.การลดค่าการใช้พลังงานไฟฟ้า

คาปาซิเตอร์กับระบบไฟฟ้ากำลัง

การกำหนดขนาดกำลังของคาปาซิเตอร์ที่จะนำมาใช้ในการปรับปรุงค่าเพาเวอร์แฟคเตอร์ เราควรต้องให้ความสำคัญด้วย เพราะการเลือกขนาดที่ไม่เหมาะสม นอกจากจะไม่ให้ประโยชน์อย่างที่เราตั้งใจไว้กลับจะเป็นผลเสียแก่ระบบไฟฟ้าหรืออุปกรณ์ไฟฟ้าอีกด้วย ถ้าคาปาซิเตอร์มีขนาดใหญ่เกินจำเป็น การหาขนาดของคาปาซิเตอร์ เราสามารถหาได้จากสมการ ดังนี้

P_c เป็นขนาดของคาปาซิเตอร์มีหน่วยเป็น kVAR

P_w เป็นขนาดกำลังไฟฟ้าจริงที่ใช้มีหน่วยเป็น kw

การติดตั้งคาปาซิเตอร์ สามารถติดตั้งได้ 2 วิธีการคือ

1.ติดตั้งประจำตัวอุปกรณ์ไฟฟ้าแต่ละตัวที่ให้ค่า PF ต่ำ แล้วต้องการปรับปรุงค่า PF ให้สูงขึ้น ซึ่งวิธีนี้เป็นวิธีการที่นิยมใช้กับอุปกรณ์ไฟฟ้าประเภทมอเตอร์ชนิดเหนี่ยวนำซึ่งเป็นมอเตอร์ที่ให้ PF ต่ำ

2.การติดตั้งคาปาซิเตอร์สำหรับระบบไฟฟ้าทั้งระบบ คือการนำคาปาซิเตอร์มาติดตั้งรวมกันที่ต้นทางของระบบไฟฟ้าซึ่งเป็นวิธีการที่ค่อนข้างจะนิยมใช้กันมาก เพราะนอกจากจะทำให้การควบคุมดูแลได้สะดวกแล้ว ยังสามารถนำเอาระบบการควบคุมอัตโนมัติมาใช้ได้ด้วย ซึ่งเรียกกันว่า  automatic capacitor bank

Automatic capacitor bank

เนื่องจากการใช้คาปาซิเตอร์มาติดตั้งรวมกันเพื่อปรับปรุงค่า PF ของระบบไฟฟ้าทั้งหมด มีปัญหาเกี่ยวกับการเปลี่ยนแปลงการใช้กำลังไฟฟ้าในระบบนั้นๆ อยู่ตลอดเวลา จึงต้องมีการเปลี่ยนแปลงค่าของคาปาซิเตอร์ไปด้วย เพื่อให้มีความสัมพันธ์กับการใช้กำลังไฟฟ้าในขณะนั้น ๆ ระบบการตัดต่อคาปาซิเตอร์กับวงจรไฟฟ้าแบบอัตโนมัติจึงถูกนำมาใช้ โดยมีอุปกรณ์ควบคุมซึ่งเรียกกันว่า ชุดควบคุม PF (Power factor controller) หรือชุดควบคุมรีแอคทีฟเพาเวอร์(kVAR controller) เป็นตัวควบคุมเพื่อให้ระบบไฟฟ้ามีค่า PF ตามที่ตั้งเอาไว้ วิธีการเลือกค่าคาปาซิเตอร์ให้เหมาะสม ต้องพิจารณารายการดังต่อไปนี้

1.กำลังไฟฟ้าที่ใช้สูงสุด

2.กำลังไฟฟ้าเฉลี่ยและเป็นระดับค่าที่ใช้เป็นประจำ

3.กำลังไฟฟ้าที่มักมีการผันแปร

4.ระดับ PF สูงสุด-ต่ำสุดที่ยอมรับได้

*******************************************

สนใจรายละเอียดเกี่ยวกับ Capacitor และอุปกรณ์ควบคุมได้ที่นี้ครับ