ค่าตัวประกอบกำลังไฟฟ้า หรือ ค่าเพาเวอร์แฟคเตอร์ (Power Factor: PF)

    Power Factor

ค่าตัวประกอบกำลังไฟฟ้าหรือเพาเวอร์แฟคเตอร์ (Power Factor: PF)        

         เครื่องวัดค่าตัวประกอบกำลังไฟฟ้า หรือ ค่าเพาเวอร์แฟคเตอร์ (Power Factor: PF) เป็นอุปกรณ์ที่ใช้วัดค่าตัวประกอบกำลังไฟฟ้าคือ อัตราส่วนของกำลังงานจริง (Real Power ตัวกำลังงานปรากฎ Apparent Power) ในวงจรไฟฟ้าใดๆ จะมีค่าเปลี่ยนแปลงได้ ตั้งแต่ 0 ถึง 1 โดยค่าตัวประกอบกำลังไฟฟ้านี้ ยิ่งมีค่าสูงยิ่งดี ดังรูป (ก) ซึ่งมีติดไว้ที่หน้าตู้ MDB ค่าตัวประกอบกำลังไฟฟ้าอาจเป็นแบบนำหน้า (Leading) หรือแบบตามหลัง (Lagging) ก็ได้ ขึ้นอยู่กับภาระโหลดของไฟฟ้า ถ้าภาระโหลดทางไฟฟ้าจำเป็นต้องใช้พลังงานส่วนหนึ่งเพื่อสร้างสนามแม่เหล็กเช่น มอเตอร์ หม้อแปลง บัลลาสต์ เป็นต้น

          ค่าตัวประกอบกำลังไฟฟ้าจะเป็นแบบตามหลังแต่ภาระโหลดทางไฟฟ้าสามารถจ่ายกำลังงานรีแอคทีฟเข้าสู่ระบบไฟฟ้าได้ เช่น ตัวคาปาซิเตอร์ ซิงโครนัสมอเตอร์ เป็นต้น ค่าตัวประกอบกำลังไฟฟ้าจะเป็นแบบนำหน้า
          โดยทั่่วไปค่าตัวประกอบกำลังไฟฟ้าในโรงงานอุตสาหกรรม หรืออาคารต่างๆ ส่วนใหญ่จะเป็นแบบตามหลังทั้งสิ้น ซึ่งถ้าค่าตัวประกอบกำลังไฟฟ้าต่ำกว่า 0.85 จะต้องเสียค่าปรับเนื่องจากตัวประกอบกำลังไฟฟ้าต่ำกว่ามาตรฐาน โดยคิดจากกิโลวาร์ที่เกิน 61.97% ของค่าความต้องการพลังงานไฟฟ้าสูงสุดในรอบเดือนน้้น กิโลวาร์ละ 14.02 บาท

 

ตัวประกอบกำลังไฟฟ้ามีความสัมพันธ์ทางไฟฟ้าดังสมการ

P = V x I x cos∅

         จากสมการจะเห็นได้ว่า แรงดันไฟฟ้า (V) ถูกควบคุมให้ระดับแรงดันไฟฟ้าคงที่ด้วยหม้อแปลงไฟฟ้าที่จ่ายเข้ามาและกำลังไฟฟ้า (P) เป็นค่าที่อุปกรณ์ต้องการใช้ และได้กำหนดมาจากอุปกรณ์ไฟฟ้าเอง ดังนั้นตัวแปรที่มีผลกระทบกับค่าตัวประกอบกำลัง คือ กระแสไฟฟ้า (I) ถ้าอุปกรณ์ไฟฟ้ามีค่าตัวประกอบกำลังไฟฟ้า (cos∅) ที่ต่ำจะทำให้กระแสไฟฟ้า (I) สูงขึ้นตัวอย่าง ถ้าอุปกรณ์ต้องการกำลังไฟฟ้า (P) 220 กิโลวัตต์ (สมมุติว่าเป็นไฟฟ้า 1 เฟส) แรงดันไฟฟ้า (V) 220 โวลต์ และตัวประกอบกำลัง (cos∅) เท่ากับ 1 เช่น ภาระโหลดที่เป็นความต้านทาน หรือ ฮีตเตอร์ไฟฟ้า (Heater) เป็นต้น 

         สามารถคำนวนหากระแสไฟฟ้าได้ดังนี้แทนค่า I = P / (V x cos∅) I = 220,000/(220x1) = 1,000 แอมป์ แต่ถ้าตัวประกอบกำลัง (cos∅) เท่ากับ 0.6 (เช่น ภาระโหลดเป็นมอเตอร์) มีแรงดันไฟฟ้า (V) และใช้กำลังไฟฟ้า (P) เท่ากัน สามารถคำนวน

         หากระแสไฟฟ้าได้ดังนี้แทนค่า I = P / (V x cos∅) I = 220,000/(220x6) = 1,666 แอมป์ จะเห็นว่าถ้าเครื่องจักรอุปกรณ์ที่มีแรงดันไฟฟ้าเท่ากันและต้องการกำลังไฟฟ้าที่เท่ากันแต่ถ้าค่าตัวประกอบกำลัง(cos∅) มีค่าต่ำ จะส่งผลให้กระแสไฟฟ้ามีค่าสูงขึ้น ซึ่งทำให้สูญเสียพลังงานไฟฟ้าในสายไฟและระบบการจ่ายกำลังไฟฟ้ามากขึ้น

 

 

วิธีการปรับปรุงตัวประกอบกำลัง

       เนื่องจากภาระโหลดไฟฟ้าในโรงงานมีค่าไม่คงที่ตลอดเวลา ดังนั้นการปรับปรุงตัวประกอบกำลัง โดยการติดตั้ง คาปาซิเตอร์ เพื่อเพิ่มค่าตัวประกอบกำลังไฟฟ้าจำเป็นต้องมีระบบควบคุมเพื่อใช้ในการตัดต่อตัวคาปาซิเตอร์ให้เหมาะสมกับภาระโหลด โดยตำแหน่งการติดตั้ง คาปาซิเตอร์ เพื่อปรับปรุงค่าตัวประกอบกำลังไฟฟ้าจะมีตำแหน่งติดตั้งอุปกรณ์หลักอยู่ 3 ตำแหน่ง คือ
1. ติดตั้งที่ส่วนกลาง (Central)
2. ติดตั้งที่แต่ละภาระโหลด (Individual)
3. ติดตั้งที่กลุ่มของภาระโหลด (Group)

 

 

ประโยชน์ที่ได้รับจากการปรับปรุงตัวประกอบกำลังไฟฟ้า

1.ระบบไฟฟ้าสามารถรับภาระโหลดได้มากขึ้นเมื่อค่าตัวประกอบกำลังไฟฟ้ามีค่าสูงขึ้น กระแสไฟฟ้าที่ไหลอยู่ในระบบระหว่างแหล่งจ่ายไฟกับจุดที่มีการปรับปรุงจะมีค่าลดลง นั้นคือเครื่องจักรต้นกำลังหรืออุปกรณ์ไฟฟ้าที่ใช้กำลังไฟฟ้าน้อยลงทำให้สามารถ เพิ่มภาระโหลดเข้าไปในระบบได้โดยไม่ทำให้ภาระโหลดเกินพิกัด

2. กำลังไฟฟ้าสูญเสียในระบบลดลงกำลังไฟฟ้าที่สูญเสียในสายไฟ และอุปกรณ์ไฟฟ้าต่างๆ จึงเป็นสัดส่วนผกผันกับค่าตัวประกอบกำลังไฟฟ้า

3. ลดการเกิดแรงดันตกในสายส่ง (Voltage Drop)สายส่งไฟฟ้าโดยทั่วไปที่ใช้กับแรงดันไฟฟ้ากระแสสลับ จะมีคุณสมบัติซึ่งแทนได้ด้วยความต้านทานไฟฟ้าต่ออนุกรมกับความเหนี่ยวนำไฟฟ้า โดยปกติจะมีค่าประมาณ 0.4 ถึง 0.9 μH/m สำหรับไฟฟ้า 3 เฟส

4. ค่าไฟฟ้าลดลง เมื่อค่าตัวประกอบกำลังไฟฟ้ามีค่าสูงขึ้น จะมีผลทำให้กระแสไฟฟ้าที่ไหลในวงจรลดลงกำลังไฟฟ้าที่สูญเสียในระบบไฟฟ้าจะลดลง และไม่ต้องเสียค่าปรับในส่วนของตัวประกอบกำลังไฟฟ้า(ต้องจ่ายก็ต่อเมื่อค่าตัวประกอบกำลังต่ำลงกว่า 0.85) ทำให้ค่าไฟฟ้าในแต่ละเดือนลดลง


การควบคุมค่าตัวประกอบกำลัง (Power Factor Controller)
       เมื่อเห็นความสำคัญของตัวประกอบกำลังแล้ว โรงงานควรมั่นตรวจสอบดูแลบำรุงรักษาระบบควบคุมตัวประกอบกำลังให้ดี แต่ถ้าโรงงานใดยังไม่มีระบบควบคุมตัวประกอบกำลังควรดำเนินการติดตั้งเพื่อไม่ให้เสียโอกาส และเสียค่าใช้จ่ายพลังงาน
ส่วนประกอบของรระบบควบคุมค่าตัวประกอบกำลังแบบอัตโนมัติ ประกอบด้วย
1. ตัวเก็บประจุหลายตัวต่อขนานกัน (Capacitor Bank)
2. ชุดควบคุมค่าตัวประกอบกำลัง (Power Factor Control Relay)
3. คอนแทคเตอร์ (Contactor) สำหรับต่อตัวเก็บประจุเข้าหรือปลดตัวเก็บประจุออกจากระบบ
4. ฟิวส์หรือเซอร์กิตเบรกเกอร์ สำหรับป้องกันคอนแทคเตอร์สายไฟ และตัวเก็บประจุ

ระบบควบคุมค่าตัวประกอบกำลังแบบอัตโนมัติเป็นการควบคุมค่าตัวประกอบกำลัง (Power Factor)

       เป็นการควบคุมค่าตัวประกอบกำลัง (Power Factor) ซึ่งเป็นอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ หรือ ไมโครโปรเซสเซอร์ โดยรับสัญญาณกระแส (Current Transformer: CT) และแรงดันไฟฟ้าโดยตรงจากระบบไฟฟ้า ส่งมาประมวลผลหาค่ากำลังไฟฟ้ารีแอคทีฟ แล้วเปรียบเทียบกับค่าตัวประกอบกำลังไฟฟ้าที่ต้องการ ถ้ากำลังไฟฟ้ารีแอคทีฟไม่ถึงหรือเกินค่าที่ตั้งไว้ ก็จะส่งสัญญาณให้ระบบคอนแทคเตอร์ทำงาน เพื่อสั่งตัดหรือต่อตัวเก็บประจุเข้ากับระบบไฟฟ้า จนกระทั้งตัวประกอบกำลังใกล้เคียงกับค่าที่ตั้งไว้มากที่สุด แต่เนื่องจากตัวเก็บประจุที่ติดตั้งในแต่ละขั้น (Step) จะให้กำลังไฟฟ้ารีแอคทีฟที่แน่นอนค่าหนึ่ง ดังนั้นค่าตัวประกอบกำลังที่ได้จริง จึงมีความคลาดเคลื่อนจากค่าที่ตั้งไว้บ้าง ทั้งนี้ต้องให้ค่าตัวประกอบกำลังมีค่าใกล้เคียงหรือเท่ากับ 1 ระบบไฟฟ้าจึงจะทำงานอย่างมีประสิทธิภาพมากที่สุด

       โดยปกติโรงงานทุกแห่งจะมีชุดควบคุมตัวประกอบกำลัง เพื่อทำหน้าที่ควบคุมให้ตัวประกอบกำลังอยู่ในช่วงค่าที่กำหนด แต่เมื่อใช้งานเป็นเวลานานตัวเก็บประจุจะเสื่อมตามอายุ หรือตัวควบคุมมีโอกาสชำรุดได้เนื่องจากมีการทำงานอย่างต่อเนื่อง ทำให้ไม่สามารถควบคุมตัวประกอบกำลังได้ ทางโรงงานจึงควรมีการติดตามตรวจวัด และบำรุงรักษาชุดควบคุมตัวประกอบกำลังอยู่เป็นประจำ เพื่อประโยชน์กับทางโรงานเอง