พิมพ์คำที่ต้องการค้นหา ทั้งภาษาไทยและอังกฤษ
  1. หน้าแรก
  2. คลังความรู้
  3. เพาเวอร์แฟกเตอร์
  4. ตู้คาปาซิเตอร์

// บทที่ 19.4 · เพาเวอร์แฟกเตอร์ · Automatic Capacitor Banks

ตู้คาปาซิเตอร์อัตโนมัติ: PF Controller ขั้นสวิตช์ C/k คอนแทกเตอร์ ตัวต้านทานคายประจุ และการบำรุงรักษา

โหลดของโรงงานเปลี่ยนตลอดวัน คาปาซิเตอร์ขนาดคงที่จะชดเชยขาดตอนโหลดหนักและเกินตอนโหลดเบา ตู้คาปาซิเตอร์อัตโนมัติแก้ปัญหานี้ด้วยการวัด PF ตลอดเวลาแล้วสับหรือปลดคาปาซิเตอร์ทีละขั้น หน้านี้มีตู้จำลองเสมือนให้ลองตั้งค่าเหมือนกดคอนโทรลเลอร์จริง

เขียนโดย อาจารย์มดอัปเดต
ตู้จำลองเสมือน ส่วนประกอบ คอนโทรลเลอร์ · C/k แบ่งขั้น บำรุงรักษา · อาการเสีย
สรุปใน 30 วินาที
  • ตู้ = CT + PF controller + ฟิวส์/MCCB + คอนแทกเตอร์ AC-6b + คาปาซิเตอร์ + ตัวต้านทานคายประจุ + พัดลม (+ รีแอกเตอร์ถ้า detuned)
  • C/k = Q ขั้นเล็กสุด ÷ (√3 V × อัตราส่วน CT) — เกณฑ์ตัดสินใจสับ/ปลด
  • แบ่งขั้น 1:1:2:2 หรือ 1:2:4 ได้ระดับละเอียดด้วยคอนแทกเตอร์น้อยตัว
  • หน่วงเวลาต่อซ้ำ ≥ เวลาคายประจุ (มักตั้ง 30–60 s)

ส่วนประกอบของตู้ พื้นฐาน

อุปกรณ์หน้าที่ข้อกำหนดที่สำคัญ
CT (ที่สายเมน)ให้คอนโทรลเลอร์วัดกระแสรวมของโรงงานติดต้นทางของตู้คาปาซิเตอร์ (เห็นทั้งโหลดและคาปาซิเตอร์) · เฟสที่ CT ต้องตรงกับที่ตั้งค่าในคอนโทรลเลอร์
PF controllerคำนวณ P Q PF ตัดสินใจสับ/ปลดขั้น แสดงผล แจ้งเตือนตั้ง PF เป้า C/k หน่วงเวลา จำนวนขั้น การหมุนเวียน
ฟิวส์ NH / MCCB ต่อขั้นป้องกันลัดวงจรในขั้นพิกัด ≈ 1.5–1.8 เท่ากระแสคาปาซิเตอร์
คอนแทกเตอร์ AC-6bสับ/ปลดขั้นมีตัวต้านทานจำกัดกระแสพุ่งเข้า
คาปาซิเตอร์ (self-healing, IEC 60831)จ่าย kvarแรงดันพิกัด 440–480 V สำหรับระบบ 400 V มีอุปกรณ์ตัดเมื่อแรงดันภายในสูง
ตัวต้านทานคายประจุคายประจุให้ปลอดภัยและพร้อมสับซ้ำ≤ 75 V ภายใน 3 นาที (IEC 60831)
พัดลมและเทอร์โมสตัทระบายความร้อนคาปาซิเตอร์อายุสั้นลงครึ่งหนึ่งทุก 7–10 °C ที่ร้อนขึ้น
รีแอกเตอร์ detuned (ถ้ามี)กันเรโซแนนซ์ฮาร์มอนิกp = 7 % (189 Hz) หรือ 14 % (134 Hz) — อ่าน

คอนโทรลเลอร์ตัดสินใจอย่างไร กลาง

K1 Reactive power still needed รีแอกทีฟที่ยังขาด

ΔQ=Qmeasured−Ptan⁡φtargetΔQ>krQstep,min⇒สับΔQ<−krQstep,min⇒ปลด\Delta Q = Q_{measured} - P\tan\varphi_{target} \qquad \Delta Q > k_r Q_{step,min} \Rightarrow \text{สับ} \qquad \Delta Q < -k_r Q_{step,min} \Rightarrow \text{ปลด}

K2 C/k setting ค่า C/k (แอมป์ด้านทุติยภูมิ)

C/k=Qstep,min3 VL kCTkCT=IpIsC/k = \frac{Q_{step,min}}{\sqrt3\,V_L\,k_{CT}} \qquad k_{CT} = \frac{I_{p}}{I_{s}}

krk_r (มักประมาณ 0.6–0.7) กำหนดความกว้างของ “แถบนิ่ง” รอบเป้าหมาย ถ้าแคบเกินไป ขั้นเล็กจะสับไปมา (hunting) คอนโทรลเลอร์ยังหน่วงเวลาก่อนตัดสินใจ (ไม่ตอบสนองโหลดกระชากชั่วครู่) และห้ามสับขั้นเดิมซ้ำจนกว่าคายประจุเสร็จ

ตัวอย่าง K-1

ตู้ 6 × 25 kvar ระบบ 400 V CT 1000/5

  1. K2: C/k=25,000/(3×400×200)=0.18C/k = 25{,}000/(\sqrt3 \times 400 \times 200) = 0.18 A

  2. ถ้าใช้ CT 2000/5 (k = 400): C/k = 0.09 A — ค่ายิ่งเล็ก คอนโทรลเลอร์ยิ่งต้องวัดละเอียด เลือก CT ให้เหมาะกับกระแสโหลดจริง

  3. คอนโทรลเลอร์รุ่นใหม่หลายรุ่นวัด C/k อัตโนมัติตอนเริ่มใช้งาน (สับแต่ละขั้นแล้ววัดกระแสที่เปลี่ยน)

การแบ่งขั้น กลาง

K3 Number of levels จำนวนระดับที่ได้

ขั้นเท่ากัน n ขั้น: n ระดับ1:2:4:… (n ขั้น):2n−1 ระดับΔQres=Qstep,min\text{ขั้นเท่ากัน } n\ \text{ขั้น: } n\ \text{ระดับ} \qquad 1{:}2{:}4{:}\dots\ (n\ \text{ขั้น}): 2^n - 1\ \text{ระดับ} \qquad \Delta Q_{res} = Q_{step,min}
รูปแบบ (150 kvar)ระดับข้อดีข้อเสีย
6 × 256 ระดับ ทีละ 25สึกเท่ากัน หมุนเวียนได้คอนแทกเตอร์มาก
1:1:2:2 (25 25 50 50)6 ระดับ ทีละ 25คอนแทกเตอร์ 4 ตัวสับหลายขั้นพร้อมกันบางครั้ง
1:2:4 (25 50 100)7 ระดับ (ถึง 175)คอนแทกเตอร์น้อยที่สุดขั้นใหญ่สับบ่อย กระแสพุ่งเข้าสูง

กระแสพุ่งเข้าและการคายประจุ ขั้นสูง

K4 Inrush peak, single bank ค่ายอดกระแสพุ่งเข้า (สับขั้นแรก)

i^inrush2 IC≈2 SscQc\frac{\hat i_{inrush}}{\sqrt2\,I_{C}} \approx \sqrt{\frac{2\,S_{sc}}{Q_c}}

เมื่อสับขั้นใหม่ขนานกับขั้นที่มีประจุอยู่แล้ว (back-to-back) อิมพีแดนซ์ระหว่างกันเหลือแค่สายสั้น ๆ ในตู้ กระแสพุ่งเข้าสูงกว่ากรณีแรกมาก นี่คือเหตุผลของคอนแทกเตอร์ AC-6b ที่มีตัวต้านทานต่อก่อน หรือรีแอกเตอร์ (ซึ่งตู้ detuned มีอยู่แล้ว)

K5 Discharge resistor ตัวต้านทานคายประจุ (≤ 75 V ใน t วินาที)

R≤tC ln⁡ ⁣(2 UNUR)UR=75 V, t=180 sR \le \frac{t}{C\,\ln\!\left(\dfrac{\sqrt2\,U_N}{U_R}\right)} \qquad U_R = 75\ \text{V},\ t = 180\ \text{s}
ตัวอย่าง K-2

ขั้น 25 kvar 440 V (137 µF ต่อเฟส Δ) และหม้อแปลง 1,000 kVA 6 %

  1. K4: Ssc=1000/0.06=16,700S_{sc} = 1000/0.06 = 16{,}700 kVA → 2(16,700)/25=36.5\sqrt{2(16{,}700)/25} = 36.5 เท่าของค่ายอดพิกัด

  2. K5: R≤180/(137e-6×ln⁡(2⋅440/75))=180/(137e-6×2.12)=620 kΩR \le 180/(137\text{e-}6 \times \ln(\sqrt2 \cdot 440/75)) = 180/(137\text{e-}6 \times 2.12) = 620\ \text{k}\Omega

  3. ผู้ผลิตมักใส่ตัวต้านทานที่คายเร็วกว่ามาก (เช่น ถึง 50 V ใน 60 s) เพื่อให้คอนโทรลเลอร์สับขั้นเดิมซ้ำได้เร็ว — ค่าหน่วงเวลาต่อซ้ำในคอนโทรลเลอร์ต้องไม่สั้นกว่าเวลาคายประจุ

ตู้คาปาซิเตอร์จำลองเสมือน: หนึ่งวันของโรงงาน

หน้าจอคอนโทรลเลอร์ด้านบนแสดง cos φ และไฟสถานะของแต่ละขั้น เลื่อนแถบเวลาเพื่อดูว่าขั้นไหนสับอยู่ กราฟด้านล่างเทียบ PF เมื่อไม่มีตู้ (เส้นเทา) กับเมื่อมีตู้ (เส้นน้ำเงิน) พร้อม kvar ที่โหลดต้องการกับที่ตู้จ่าย ลองเปลี่ยนการแบ่งขั้น และลดค่า C/k เหลือ 0.3 แล้วดูจำนวนครั้งที่คอนแทกเตอร์ทำงาน

บำรุงรักษาและอาการเสีย พื้นฐาน

รายการความถี่วิธี
ดูหน้าจอคอนโทรลเลอร์ PF และการแจ้งเตือนรายสัปดาห์บันทึก PF ช่วงพีก
วัดกระแสแต่ละขั้นเทียบพิกัดทุก 6 เดือนลดลงเกิน 10–15 % = คาปาซิเตอร์เสื่อม (ความจุลด)
ภาพถ่ายความร้อน ขั้วต่อ ฟิวส์ คอนแทกเตอร์ทุก 6–12 เดือนหาจุดร้อน ขั้วหลวม
ทำความสะอาดแผ่นกรองพัดลมทุก 3–6 เดือนอุณหภูมิในตู้สูงทำให้อายุสั้น
ตรวจคาปาซิเตอร์บวม รั่ว กลิ่นทุกครั้งที่เปิดตู้เปลี่ยนทันที
อาการสาเหตุที่พบบ่อย
PF ไม่ขึ้นแม้สับครบทุกขั้นคาปาซิเตอร์เสื่อม ฟิวส์ขาด ตู้เล็กเกินไปเมื่อโหลดเพิ่ม หรือ CT ติดผิดตำแหน่ง (หลังตู้)
คอนโทรลเลอร์แสดง PF แปลก ๆ หรือนำหน้าตลอดCT ผิดเฟส กลับขั้ว k-l หรือตั้งค่าเฟสอ้างอิงผิด
คอนแทกเตอร์สับไปมาถี่C/k เล็กเกินไป หน่วงเวลาสั้น โหลดเปลี่ยนเร็ว (เครื่องเชื่อม ลิฟต์)
ฟิวส์ขาดบ่อย คาปาซิเตอร์ร้อนฮาร์มอนิกและเรโซแนนซ์ — ต้องวัด THD พิจารณาตู้ detuned
แรงดันสูงตอนกลางคืนขั้นค้าง (คอนแทกเตอร์ติด) หรือมีคาปาซิเตอร์คงที่มากเกิน

คำถามที่พบบ่อย

ค่า C/k ของ PF controller คืออะไร?

C/k คือกระแสรีแอกทีฟด้านทุติยภูมิของ CT ที่เทียบเท่ากับคาปาซิเตอร์ขั้นเล็กที่สุด คำนวณจาก Qขั้นเล็กสุด ÷ (√3 × V × อัตราส่วน CT) คอนโทรลเลอร์ใช้ค่านี้ตัดสินว่ารีแอกทีฟที่ขาดหรือเกินมากพอที่จะสับหรือปลดหนึ่งขั้นหรือยัง ถ้าตั้งเล็กเกินไปคอนแทกเตอร์จะสับไปมาบ่อย ถ้าตั้งใหญ่เกินไป PF จะไม่ถึงเป้า

ทำไมต้องใช้คอนแทกเตอร์สำหรับคาปาซิเตอร์โดยเฉพาะ?

ขณะสับคาปาซิเตอร์ที่ยังไม่มีประจุ โดยเฉพาะเมื่อมีขั้นอื่นต่ออยู่แล้ว (back-to-back) กระแสพุ่งเข้ามีค่ายอดหลายสิบถึงหลายร้อยเท่าของพิกัดในเวลาไม่กี่มิลลิวินาที หน้าสัมผัสคอนแทกเตอร์ธรรมดาจะเชื่อมติดหรือสึกเร็ว คอนแทกเตอร์ AC-6b มีหน้าสัมผัสช่วยพร้อมตัวต้านทานหน่วงที่ต่อก่อนหน้าสัมผัสหลักเพื่อจำกัดกระแสช่วงแรก