ค่าเพาเวอร์แฟกเตอร์ (Power factor)

ในระบบจ่ายไฟฟ้ากำลังนั้นค่าเพาเวอร์แฟกเตอร์มีส่วนสำคัญอย่างยิ่ง แต่มีหลายครั้งที่ผู้ที่เกี่ยวข้อง ทั้งผู้ออกแบบระบบหรือผู้รับผิดชอบในการจ่ายไฟฟ้า อาจไม่ให้ความสำคัญมากนัก บทความนี้จะกล่าวถึงองค์ประกอบและการผลดีของการปรับปรุงเพาเวอร์แฟกเตอร์ให้มีค่าที่เหมาะสมกัน

1. สามเหลี่ยมกำลังไฟฟ้า

ในระบบกระแสไฟฟ้าสลับ การวัดค่ากำลังไฟฟ้าสามารถวัดแยกออกเป็น 2 ส่วน ดังนี้

  • กำลังไฟฟ้าจริง (P) เป็นกำลังไฟฟ้าที่ใช้งานจริงมีหน่วยวัดเป็นวัตต์ หรือกิโลวัตต์
  • กำลังไฟฟ้ากำลังไฟฟ้ารีแอกทีฟ (Q) เป็นกำลังไฟฟ้าที่ต้องการสำหรับสร้างสนามแม่เหล็ก มีหน่วยวัดเป็นวาร์หรือกิโลวาร์

ค่ากำลังไฟฟ้าที่วัดได้ในระบบไฟฟ้ากระแสสลับ

รูปที่ 1 ค่ากำลังไฟฟ้าที่วัดได้ในระบบไฟฟ้ากระแสสลับ

 

2. คำจำกัดความของตัวประกอบกำลังไฟฟ้า


ตัวประกอบกำลังไฟฟ้าหมายถึงอัตราส่วนระหว่างกำลังไฟฟ้าจริง มีหน่วยเป็นวัตต์ ต่อกำลังไฟฟ้าที่ปรากฏ มีหน่วยเป็นโวลต์-แอมป์ ซึ่งอยู่ในรูปของ cos เราสามารถเขียนสมการตัวประกอบกำลังไฟฟ้าได้ดังนี้ตัวประกอบกำลังไฟฟ้า

ตัวอย่างที่ 1โรงงานอุตสาหกรรมแห่งหนึ่ง ระบบแรงดัน 3 เฟส   380 V อ่านกระแสจากมิเตอร์ได้ 1,360 A อ่านกำลังไฟฟ้าจริงจากมิเตอร์ได้ 500 kW ตัวประกอบกำลังไฟฟ้าโรงงานแห่งนี้มีค่าเท่าใด

3. อัตราค่าปรับตัวประกอบกำลังไฟฟ้า ในบิลค่าไฟฟ้า

จากอนุสนธิคณะรัฐมนตรี เมื่อวันที่ 16 เมษายน 2528 เห็นชอบในหลักการให้สิ่งจูงใจในการเพิ่มประสิทธิภาพการใช้ไฟฟ้าในภาคอุตสาหกรรม เพื่อให้ตัวประกอบกำลังไฟฟ้าสูงกว่า 0.85 การไฟฟ้าจะคิดเงินส่วนลดค่าความต้องการพลังไฟฟ้าเป็นโบนัสให้กับผู้ใช้ไฟฟ้าที่มีตัวประกอบกำลัง ไฟฟ้าสูงกว่า 0.85 ตามสูตรดังนี้

 อัตราค่าปรับตัวประกอบก าลังไฟฟ้า ในบิลค่าไฟฟ้า

 

ปัจจุบัน การไฟฟ้านครหลวงและการไฟฟ้าส่วนภูมิภาคเลิกใช้สูตรค่าปรับตัวประกอบกำลังไฟฟ้าและเลิกให้โบนัสจากสมการ โดยปรับค่าตัวประกอบกำลังไฟฟ้าใหม่คือ ถ้าผู้ใช้ไฟฟ้ามีตัวประกอบกำลังไฟฟ้าล้าหลังต่ำกว่า 0.85 โดยที่ในรอบเดือนถ้าผู้ใช้ไฟฟ้ามีความต้องการพลังไฟฟ้ารีแอกทีฟเฉลี่ยใน 15 นาทีที่สูงสุด เมื่อคิดเป็นกิโลวาร์เกินกว่า 61.97 เปอร์เซ็นต์ของความต้องการพลังไฟฟ้ารีแอกทีฟเฉลี่ยใน 15 นาทีที่สูงสุด เมื่อคิดเป็นกิโลวัตต์แล้วเฉพาะส่วนที่เกินต้องเสียค่าตัวประกอบกำลังไฟฟ้าในอัตรากิโลวาร์ละ14.02 บาท สำหรับการเรียกเก็บเงินค่าไฟฟ้าในรอบเดือนนั้นเศษของกิโลวาร์ถ้าไม่ถึง 0.5 กิโลวาร์ตัดทิ้ง ตั้งแต่ 0.5 กิโลวาร์ขึ้นไปคิดเป็น 1 กิโลวาร์

       รูปที่ 2 มุม ของค่าตัวประกอบกำลัง

ตัวอย่างที่ 2 กำลังไฟฟ้าจริงอ่านจากมิเตอร์ 500 kW ตัวประกอบกำลังไฟฟ้าของโรงงานมีค่า 0.6 ในปัจจุบันนี้การไฟฟ้าฯ เรียกเก็บค่าปรับตัวประกอบกำลังไฟฟ้าที่ต่ำกว่า 0.85 เป็นเงินเท่าใด

Ex.2

ในรอบเดือนถ้าผู้ใช้ กิโลวาร์สูงสุดเกินกว่า 61.97 เปอร์เซ็นต์ของกิโลวัตต์สูงสุดเฉลี่ยใน 15 นาที เฉพาะส่วนที่เกินต้องเสียค่าตัวประกอบกำลังไฟฟ้ากิโลวาร์ละ 14.02 บาท

4. ประโยชน์ที่ได้รับจากการปรับปรุงค่าตัวประกอบกำลังไฟฟ้า

ผลของตัวประกอบกำลังไฟฟ้าสูง
สำหรับค่ากำลังไฟฟ้าจริงที่ใช้งานคงที่ ถ้าค่าตัวประกอบกำลังไฟฟ้ายิ่งต่ำ (มุม ยิ่งมาก) ทำให้กำลังไฟฟ้าปรากฏและกระแสมีค่ามากขึ้น ในทำนองเดียวกันถ้าค่าตัวประกอบกำลังไฟฟ้ายิ่งสูง (มุม ลดลง) ทำให้กำลังไฟฟ้าปรากฏและกระแสมีค่าลดลง

รูปที่ 3 ผลของตัวประกอบกำลังไฟฟ้าสูงและต่ำ

รูปที่ 3 ผลของตัวประกอบกำลังไฟฟ้าสูงและต่ำ


ที่กำลังไฟฟ้าจริงคงที่ โหลดแรกมีกำลังไฟฟ้ารีแอกทีฟ kVAr1 ที่กำลังไฟฟ้าปรากฏ kVA1 ทำให้มุมตัวประกอบกำลังไฟฟ้าเท่ากับ 1 ในทำนองเดียวกันถ้ามุมตัวประกอบกำลังไฟฟ้าเท่ากับ 2 ค่ากำลังไฟฟ้าปรากฏจะลดลงเท่ากับ kVA2

ตัวอย่างที่ 3จากตัวอย่างที่ 1.1 ถ้าเพิ่มตัวประกอบกำลังไฟฟ้าเป็น 0.95 กระแสอ่านจากมิเตอร์จะลดลงเหลือเท่าใดEx.3

 

ถ้าทำให้ตัวประกอบกำลังไฟฟ้ามีค่าสูงจะทำให้มีผลดีดังนี้

  • ประหยัดค่าไฟฟ้า ตั้งแต่ปลายปี 2530 จนถึงปัจจุบัน การไฟฟ้านครหลวงและการไฟฟ้าส่วนภูมิภาคเลิกใช้สูตรค่าปรับตัวประกอบกำลังไฟฟ้าและเลิกให้โบนัสจากสมการแต่หันมาปรับค่าตัวประกอบกำลังไฟฟ้าใหม่คือ ถ้าผู้ใช้ไฟฟ้ามีตัวประกอบกำลังไฟฟ้าล้าหลังต่ำกว่า 0.85 โดยที่ในรอบเดือนถ้าผู้ใช้ไฟฟ้ามีความต้องการพลังไฟฟ้ารีแอกทีฟเฉลี่ยใน 15 นาทีที่สูงสุด เมื่อคิดเป็นกิโลวาร์เกินกว่า 61.97 เปอร์เซ็นต์ของความต้องการพลังไฟฟ้ารีแอกทีฟเฉลี่ยใน 14.02 นาทีที่สูงสุด เมื่อคิดเป็นกิโลวัตต์แล้วเฉพาะส่วนที่เกินต้องเสีย ค่าตัวประกอบกำลังไฟฟ้าในอัตรากิโลวาร์ละ 15 บาท สำหรับการเรียกเก็บเงินค่าไฟฟ้าในรอบเดือนนั้นเศษของกิโลวาร์ถ้าไม่ถึง 0.5 กิโลวาร์ตัดทิ้ง ตั้งแต่ 0.5 กิโลวาร์ขึ้นไปคิดเป็น 1 กิโลวาร์
  • ลดค่ากำลังสูญเสียในสาย การเพิ่มค่าตัวประกอบกำลังไฟฟ้าทำให้กำลังสูญเสียในสายลดลง และกำลังสูญเสียในสายสามารถหาได้ดังนี้

ระบบไฟฟ้าเฟสเดียว     :    กำลังสูญเสีย          =              2I2 R

ระบบไฟฟ้าสามเฟส       :    กำลังสูญเสีย          =              3I2 R

 

ตัวอย่างที่ 4มอเตอร์ขนาด 50 HP 3 เฟส 380 V PF 0.72 ใช้สายขนาด 35 mm ยาว 180 m ระยะเวลาที่ใช้งานรวม 160 ชั่วโมงต่อเดือน ถ้าค่าไฟหน่วยละ 2.75 บาท (1 UNIT = kWh) สามารถประหยัดค่าไฟฟ้าหลังจากปรับปรุง PF เป็น 0.95 ได้กี่บาทต่อปี เมื่อความต้านทานของสาย = 0.0005 โอห์มต่อเมตร (1 HP = 746 W)

Screen Shot 2015-10-26 at 4.02.13 PM

เปอร์เซ็นต์กำลังสูญเสียในสายลดลง

รูปที่ 4 การหาค่ากำลังสูญเสียในสายด้วยกราฟ

รูปที่ 4 การหาค่ากำลังสูญเสียในสายด้วยกราฟ

PF 0.6 แก้เป็น 0.8 กำลังสูญเสียในสายจะลดลง 44 เปอร์เซ็นต์

PF 0.6 แก้เป็น 1.0 กำลังสูญเสียในสายจะลดลง 64 เปอร์เซ็นต์

 

  • ระบบไฟฟ้าสามารถจ่ายโหลดเพิ่มมากขึ้น การปรับตัวประกอบกำลังไฟฟ้าให้สูงขึ้นทำให้กระแสของระบบลดลง เนื่องจากหม้อแปลงจ่ายโหลดทั้งกำลังไฟฟ้าจริงและกำลังไฟฟ้ารีแอกทีฟ เมื่อปรับปรุงกำลัง ไฟฟ้ารีแอกทีฟให้น้อยลงก็จะจ่ายกำลังไฟฟ้าจริงได้มากขึ้น

รูปที่ 5รูปที่ 5 จากกราฟถ้าปรับปรุงตัวประกอบกำลังไฟฟ้าให้สูงขึ้นจะทำให้ระบบไฟฟ้าสามารถจ่ายโหลดได้เพิ่มขึ้น

ตัวอย่างที่ 5 หม้อแปลง 400 kVA จ่ายโหลด 200 kW ที่ตัวประกอบกำลังไฟฟ้า 0.5 ถ้าปรับปรุงตัวประกอบกำลังไฟฟ้า เป็น 0.8 หม้อแปลงยังมีกำลังเหลือใช้อีกเท่าใด

Ex.5

หรือหาได้จากกราฟรูปที่ 1.25 ที่ตัวประกอบกำลังไฟฟ้าก่อนปรับปรุง (cos 1) เท่ากับ 0.5 และตัวประกอบกำลังไฟฟ้ารับปรุงใหม่ (cos 2) เท่ากับ 0.8 จะได้ kVA ที่เหลือมีค่า 0.75 และที่โหลด 200 kW หม้อแปลงยังมีกำลังเหลือใช้ 0.75 x 200 = 150 kVA    ตอบ

 

  •   ลดค่ากำลังสูญเสียในหม้อแปลง กำลังสูญเสียในหม้อแปลงประกอบด้วยกำลัง สูญเสียในลวดทองแดง ซึ่งขึ้นอยู่กับกระแสที่ไหลผ่านหม้อแปลงโดยคิดค่าจาก I2 R และกำลังสูญเสียในแกนเหล็ก ซึ่งสามารถหาค่าได้โดยประมาณกรณีไม่มีโหลด สำหรับค่ากำลังสูญเสียในแกนเหล็กไม่ขึ้นกับโหลดจึงมีค่าเกือบคงที่ซึ่งเป็นกำลังสูญเสียที่เกิดจากกระแสไหลวน และกำลังสูญเสียที่เกิดจากเส้น แรงแม่เหล็กค้าง

รูปที่ 6 แสดงค่ากำลังสูญเสียในแกนเหล็กและลวดทองแดง

รูปที่ 6 แสดงค่ากำลังสูญเสียในแกนเหล็กและลวดทองแดง

สำหรับกำลังสูญเสียในหม้อแปลงอาจหาได้จากกราฟ ดังรูปที่ 6 ค่า Cu หมายถึง ค่าการสูญเสียในลวดทองแดง และค่า Fe หมายถึง ค่ากำลังสูญเสียในแกนเหล็ก ในทำนองเดียวกันกราฟเส้นที่ 3 เป็นหม้อแปลงกรณีกำลังสูญเสียธรรมดา กราฟเส้นที่ 2 เป็นหม้อแปลงกรณีกำลังสูญเสียต่ำ และกราฟเส้นที่ 1 เป็นหม้อแปลงกรณีกำลังสูญเสียต่ำเป็นพิเศษ

ตัวอย่างที่ 6หม้อแปลงแบบกำลังสูญเสียธรรมดาขนาด 500 kVA จ่ายโหลดขนาด 300 kW ที่ PF 0.6 ระยะเวลาที่ใช้งาน 8 ชั่วโมงต่อวัน ถ้าค่าไฟฟ้าหน่วยละ 2.75 บาท ถ้าต้องการปรับปรุง PF เป็น 0.95 สามารถประหยัดค่าไฟฟ้าได้กี่บาทต่อปี

Ex.6

 

  • ระดับแรงดันไฟฟ้าดีขึ้น เมื่อตัวประกอบกำลังไฟฟ้าสูงขึ้น แรงดันตกในสายจะลดลง

รูปที่ 7 ความสัมพันธ์ระหว่างกำลังไฟฟ้าเป็นเปอร์เซ็นต์กับตัวประกอบกำลังไฟฟ้า ของขนาดสาย 35 mm2

รูปที่ 7 ความสัมพันธ์ระหว่างกำลังไฟฟ้าเป็นเปอร์เซ็นต์กับตัวประกอบกำลังไฟฟ้าของขนาดสาย 35 mm2

รูปที่ 7 เป็นความสัมพันธ์ระหว่างกำลังไฟฟ้าเป็นเปอร์เซ็นต์กับตัวประกอบกำลัง ไฟฟ้าของ ขนาดสาย 35 mm2 จะเห็นได้ว่าถ้าเพิ่ม PF จาก 0.5 เป็น 1.0 กำลังไฟฟ้าจะเพิ่มเป็นเท่าตัว


ที่มา : คู่มือการฝึกอบรมผู้รับผิดชอบด้านพลังงานอาวุโส. กรมพัฒนาพลังงานทดแทนและอนุรักษ์พลังงาน

ienergyguru.com

Advertisements
0 replies

Leave a Reply

Want to join the discussion?
Feel free to contribute!

ใส่ความเห็น

อีเมลของคุณจะไม่แสดงให้คนอื่นเห็น ช่องที่ต้องการถูกทำเครื่องหมาย *