1.ในเวลาจ่ายไฟจะพบว่ามีกระแส 2 ส่วน
คือ
-
สวนที่เรียกว่า active
current ทำให้เกิด active power ที่จะใช้จ่ายกำลัง
power ให้ load
-
สวนที่เรียกว่า reactive
current ทำให้เกิด reactive power ส่วนนี้
ไม่ให้ power ที่เป็นประโยชน์กับ
load
ที่ต่ออยู่
อาจเป็นได้ทั้งกระแสชนิด inductive
และ capacitive
ส่วนหลังนี้ทำให้ generator
มี load เพิ่มขึ้น ทั้งยังทำให้หม้อแปลงต้องถูกจำกัดรายจ่าย
active power ไปที่ load เกิด loss
เพิ่มขึ้นในสาย conductor หากลดกระแสส่วนนี้ได้ก็จะทำให้สามารถ ผลิต/ส่ง
active power
ได้มากขึ้นการต่อ reactive compensator ขนานกับ load หรือ สายส่งเป็นวิธีลดกระแสส่วนนี้ให้ต่ำลง
2.
compensator
เนื่องจากส่วนที่เป็น
reactive
power ทำให้กระแสรวมเพิ่มสูงขึ้น เกิด voltage drop และlosses
เพิ่มขึ้นในลวดตัวนำที่กระแสทั้งหมดไหลผ่านอุปกรณ์ที่ใช้ลด reactive power ไดแก่
2.1
ชนิด uncontrolled
reactive compensation
เป็นชนิดต่อ
fix ไม่มีการปลด-สับ เช่น shunt reactor / shunt capacitor
bank ที่ใช้จำนวนหนึ่ง unit หรือ หนึ่ง bank
ต่อขนานเข้ากับระบบจำหน่ายโดยผ่านfuse ไมสามารถปรับค่าได้
2.2
ชนิด controlled
reactive compensation
สามารถปรับค่าได้เพื่อควบคุม parameter บางตัวของระบบที่ต้องการ ได้แก่
2.2.1 synchronous condenser เป็น rotating machine
-
under
excited synchronous machine เมื่อต้องการใช้เป็น inductive loads
-
over excited
synchronous machine เมื่อต้องการใช้เป็น capacitive loads
2.2.2 static var compensator มีการออกแบบไดหลายรูปแบบ เช่น
-
shunt
capacitor bank/shunt reactor bank ที่ใช้ circuit breaker เป็นตัวสับเขา-ปลดออก
โดยออกแบบ
แบ่งเป็น step/bank
สามารถใช้งานตามจำนวน reactive power ที่ต้องการลด
เรียกว่า mechanically switched
reactor/capacitor
-
continuous
controlled โดยใช้ thyristor เป็นตัวตัดต่อที่สามารถควบคุมให้ได้ปริมาณ
reactive var ที่ต้องการ ได้แก่ thyristor controlled reactor :TCR
-
discontinuous
controlled ใช thyristor เป็นตัวตัดต่อที่แทน circuit breaker สามารถ ควบคุม
ให้ทั้ง bank เข้า-ออกได้ ได้แก่ thyristor switched capacitor :TSC
และthyristor switched reactor : TSR
อุปกรณ์เหล่านี้สามารถใช้ร่วมกันได้
การใช้ร่วมกันเรียกว่า static
var compensation : SVC
ทำหน้าที่เป็น reactive plant
3.
mechanically switched capacitor
ในระบบ distribution จะใช้ capacitor
unit หรือ capacitor bank ขนาดเล็กๆ
ติดตั้งที่เสาต่อเข้า
line ผ่าน fuse ในกรณีที่ bank มีขนาดใหญ่ขึ้น อาจใช้ switcher แทน fuse ในสถานีจำเป็นต้องใช้ bank
ขนาดใหญ่มี แรงดัน และ mvar สูง จะใช้ circuit breaker เป็นตัวปลด-สับพร้อมมีระบบป้องกัน
ปกติจะมี reactor ขนาดเล็กๆ ตอ series กับ capacitor เพื่อทำหน้าที่ลด
inrush
*current หรือ transient ที่เกิดขึ้นขณะ energize ถ้ามีขนาดใหญ่จะทำหน้าที่ลดกระแส
harmonic
ข้อควรระวัง การเกิด pre-strike หรือ re-strike ในขณะที่
breaker ทำงาน close และ open
ซึ่งจะทำให้เกิด
transient
over voltage
output ระหว่าง U-I จะ linear แต่ขณะที่แรงดันเปลี่ยนไป ค่า reactive power จะเปลี่ยนไปตาม factor ของ (ratio ของ U) 2
การ
energize การใช้งานประจำวันหากต้องปลด-สับหลายๆ
ครั้ง ควร energize ขณะที่ capacitor ไม่มี
trap charge หรือ เหลืออยู่ในระดับ 50-70 volt ซึ่งต้องมีอุปกรณ์สำหรับ
discharge เช่น discharge resistor
-harmonic
capacitor unit จะมี load เพิ่มขึ้นจากกระแส harmonics
ลำดับต่างๆ ที่ไหลผ่าน
และเกิด voltage stresses ที่ capacitor element
- losses ปกติจะน้อยมาก เกิดจาก dielectric loss, film loss,
connecting/internal fuse loss
และ discharge resistor loss
-over
voltage / over current ค่อนข้างจะมีผลและอิทธิพล (sensitive)
ต่อ shunt capacitor จึงต้องมี
ระบบป้องกัน ซึ่งใช้หลักการของ
unbalance เช่น unbalance voltage relay, unbalance current relay
วัตถุประสงค์ในการใช้
capacitor
bank
- เป็น voltage support ในระบบที่ weak
- ปรับปรุง power factor
3.1.
การออกแบบ capacitor bank
การออกแบบจำเป็นต้องคำนึงถึง
- ความปลอดภัยในการใช้งานและไม่เป็นพิษต่อสิ่งแวดล้อม
- capacitor
unit หรือกระป๋องต้องกำหนดขนาด แรงดันที่เหมาะสม
- ลักษณะการต่อแต่ละ unit เพื่อทำเป็น bank
- สภาพการใช้งาน
3.2
capacitor unit
capacitor
unit แบ่งตามลักษณะโครงสร้างได้เป็น 3 ชนิด
1. internally fused
2. fuseless
3. externally fused
ปลดออกจากระบบเพื่อให้เหลือแรงดันไมเกิน 50-70
volt ภายในเวลา 5 -10 นาทีสามารถคำนวณ
หาค่า
discharge
resistor : R ได้จาก สมการ
R.ln(V√2/UR) = t/ C. megaohm
โดยที่
V = rated
voltage : kV
UR =
residual voltage : kV
C =
capacitance : µ F
t =
discharge time : min.
-แต่ละกระป๋องต้องทนแรงดันที่เกิดขึ้นจาก
internal
fault (brusting pressure) ได้โดยที่ตัวถังต้องไม่แตกออก
-dielectric
fluid ที่ใช้ต้องไม่มีสาร PCB เจือปนและไม่เป็นพิษต่อสิ่งแวดล้อม
-การกำหนด output kVAR ต่อกระป๋อง ควรทำให้เป็นมาตรฐานเพื่อให้สามารถกำหนดขนาดของกระป๋อง (dimension) ที่จะนำไปติดตั้ง และเป็นการกำจัด spare ไม่ให้มีหลายขนาด
3.3 การต่อ bank สามารถต่อใช้งานได้หลายลักษณะ
เช่น
a) Delta (b)
Ground Y
(c)
Ungrounded Y (d) Ungrounded Double Y-Neutrals
(e) Ground
Double Y
ในระบบแรงสูง
capacitor
bank ที่ติดตั้งในสถานีมีการต่อใช้งานเป็น 3
ลักษณะดังนี้
- แรงดัน 22/33 kV :ungrounded bank ที่ต่อแบบ wye
จะใช้ voltage transformer ต่อ
ระหว่าง
จุด neutral กับ ground เพื่อใช้กับระบบป้องกันที่ตรวจวัด
unbalance voltage ของ
neutral point
หรือ จะต่อเป็นแบบ wye-wye
ใช้ current transformer (CT) ต่อระหว่าง จุด neutral
ของแต่ละ wye
เชื่อมผ่าน CT เข้าหากัน เพื่อใช้กับระบบป้องกันที่ตรวจวัด
unbalance
current ใน neutral wire
- แรงดัน 69/115 kV: ungrounded bank ที่ต่อแบบ wye-wye
(หรือ double wye)
neutral tied, จะใช้ current transformer (CT) ต่อระหว่าง
จุด neutral ของแต่ละ
wye เชื่อมผ่าน CT เข้าหากัน เพื่อใช้กับระบบป้องกันที่ตรวจวัด
unbalance
current
ในneutral wire
- แรงดัน 230 kV: grounded bank ที่ต่อเป็นแบบ wye-wye
(หรือ double wye) neutral
tied/grounded, หรือ H
connection หรือ hybrid connection, ในระบบแรงสูงจำเป็นต้องนำ
capacitor หลาย unit ต่อ series กัน จึงอาจเปลี่ยนตำแหน่งของ unbalance
CT ไปอยู่จุดเชื่อมต่อ
ของ capacitors ตำแหน่งที่เป็นลำดับของ
group เดียวกันของแต่ละ wye เข้าหากัน และอาจต่อ
neutral ของ bank ลง ground
3.4 การลดหรือจำกัด(limit)
ค่า inrush
current ในขณะ energizeขณะที่ energize
capacitor bank ที่ถูก discharge แล้หรือไม่มี trap
charge เหลืออยู่แล้ว จะเหมือนเกิดลัดวงจร (short circuit) bank จะสร้าง inrush current สูงมากโดยเฉพาะ energize ในขณะแรงดันระบบเป็น peak การ energize เพียงหนึ่ง bank เรียกว่า isolated bank inrush
current จะรุนแรงมากที่สุดขณะ energize ชนิด back
to back คือ การ energize ขณะแรงดันระบบเป็นpeak
ขนานกับ bank
/ banks ที่ใช้งานอยู่ energized bank/banks จะ discharge พลังงานของประจุเข้าสู่ energizing
bank กระแสสูงสุดจะเกิดขณะนำ bank สุดท้ายเข้าใช้ เพราะexisting
bank จะมี reactance ลดลงเหลือเท่ากับ ( L/n-1) และ capacitance
เพิ่มเป็น (n-1)C
การลดค่า
inrush
current จะใช้ current limiting reactor ต่อ
series กับ bank เพื่อลด
oscillating
frequency และเพิ่ม impedance ในช่วงแรกของ inrush
3.4.1 การคำนวณขนาด inrush current
กรณี
back to back
switching (เมื่อมี bank อื่นสับเข้าอยู่ก่อน)
โดยที่
Ipk = inrush
current peak
Q = MVAr of
capacitor bank
Qi =
Q1+Q2+….Qn-1
Qn = Q ของ bank ที่จะ switching เข้า
Leq =
inductance series รวมทุก bank
L1, L2,
….Ln-1 = L ที่ Switching เข้าอยู่ก่อน
Ln = L ที่จะ Switching เข้า
การต่อใน
ungrounded
bank จะติด current limiting reactor ไว้ที่ด้าน
line แต่ grounded bank
อาจต่อที่ด้าน
neutral คือใส่ไว้ในแต่ละ phase ก่อนต่อรวมกันเป็น neutral
point แรงดันที่เพิ่มขึ้น
เนื่องจากการนำ
capacitor
bank เข้าใช้งานหาได้จากสมการ
∆u/U ≈ Q/S
∆u = แรงดันที่เพิ่มขึ้น
U = แรงดันก่อน energize
Q = MVAR ของ capacitor bank
S = short
circuit MVA ตรงจุดที่ energize
ในทางปฏิบัติ
การนำ bank เข้าใช้งานแต่ละครั้งแรงดันไม่ควรเปลี่ยนสูงเกิน
3 %
3.4.2
ค่า/ขนาดของ reactance มีผลต่อ resonnant
frequency
system
impedance และ capacitance ของ c-bank ที่นำเข้าใช้งานในลักษณะขนานกับระบบอาจทำให้เกิด
resonant
frequency ที่ใกล้กับ harmonic ที่เกิดขึ้นจาก
load
wr = 1/(√ Ls.C) ; h . ws = wr ; wr = 2πfr
wr = natural frequency (resonant frequency)
ws = system
frequency : Hz
h = harmonic
order
C = per
phase bank capacitance : farad
Ls = system
inductance : henry
h = wr/ ws = √ (short circuit level ที่จุดต่อเข้า/ capacitor bank MVAR)
ในทางปฏิบัติ
Ls จะเปลี่ยนแปลงตลอดเวลา ขึ้นอยู่กับสภาพของ network คือ
จำนวน line,
และหม้อแปลงที่ต่ออยู่ในระบบ รวมถึงการเดินเครื่อง generator และรวมถึง load ที่ต่อเข้า
จึงทำ
ให้ resonant frequency ไม่คงที่
เปลี่ยนแปลงได้
-ทั่วไป capacitor bank ขนาดใหญ่จะมี reactor
ต่อ series อยู่
อาจมีไว้เพื่อลดกระแส inrush
หรือ มีวัตถุประสงค์ใช้เป็น
harmonic
filter หรือ de-tuned bank
-การทำ harmonic filter จะปรับ tune :
resonant frequency ของ bank ให้เท่ากับ
frequency
ที่ต้องการกรอง (ในทางปฏิบัติจะให้เกิด
resonant
frequency ต่ำกว่าต้องการเล็กน้อย)
-การทำ de-tuned bank จะปรับให้มี resonant
frequency ต่ำกว่า harmonic ต่ำสุดที่เกิดขึ้น
ในระบบ เพื่อให้ harmonic ต่างๆ
เห็น impedance ของ bank เป็น inductance เช่น
harmonic ลำดับที่ต่ำที่สุดในระบบคือลำดับที่
5 จะทำ de-tuned bank ต้องเลือก
reactor
ขนาด 6% ทำให้bank มี resonant frequency ต่ำกว่า
5
XL – XC = 0
h . XL - XC/
h = 0
h = √ XC/ XL = √ 100/6 = 4.08 < 5
การต่อ
series
reactor ขนาดที่สูงขึ้นเพื่อทำเป็น tuned หรือ
de-tuned bank จะทำให้แรงดันคร่อม
capacitor สูงขึ้น (จึงต้องระวัง unit voltage rating) และระบบจะได MVAR
จาก bank มากขึ้น
4.
mechanically switched reactor
ประกอบด้วย
shunt
reactor ที่ใช้ circuit breaker เป็นอุปกรณ์ตัด-ต่อเข้ากับ transmission
line, bus
bar, หรือ transformer-tertiary terminal
reactor มีลักษณะเหมือนหม้อแปลงเพียงแต่ core จะมี air-gap
output ในช่วงแรงดันใช้งานจะมีความสัมพันธ์ของ U-I
เป็น linear แต่ในขณะที่แรงดันสูง
เกินมากๆ
จะเกิด saturation ของ iron core: ทำให้ impedance ลดลง
reactor ไม sensitive กับ over voltage สามารถทนสภาพแรงดับเกินในช่วงเวลาหนึ่ง
วัตถุประสงค์ในการใช้งาน
- เป็นอุปกรณ์ควบคุมแรงดันที่ปลายสายส่งยาวๆ
หรือ cable
- เป็น compensation ให้ capacitance ของสายส่งยาวๆ
หรือ cable
- ใช้เพื่อ control แรงดัน และ reactive
power ของ underground cable
5.
SVC static var compensator
มีวัตถุประสงค์ในการใช้งาน
- ควบคุมแรงดันตรงจุดติดตั้งอย่างต่อเนื่อง
- เพิ่มการไหลของ active power ใน transmission
line
- ลด temporary over voltage
- เพิ่ม transient stability
- damping
power system oscillation
- ใช้ลดแรงดันกระพริบ flickering voltage
เนื่องจาก
SVC สามารถแก้ปัญหาของระบบส่งกำลังไฟฟ้าได้หลายอย่าง ผู้ใช้จำเป็นต้อง
ระบุสิ่งที่ต้องการหรือปัญหาที่ประสงค์จะใช้ SVC ช่วยเพื่อผู้ออกแบบจะได้ออกแบบที่เหมาะสม
range ของ reactive power ที่ต้องการ
output ของ SVC สามารถกำหนดได้ดังนี้
- กำหนดค่า reactive power output ที่ rated
line-line voltage เป็น
inductive
MVAR
capacitive
MAR
- ในช่วงของ inductive range จะเกิด maximum total
reactive power output
(inductive) ที่ maximum system voltage
- ในช่วงของ capacitive range จะเกิด minimum
total reactive power output
(capacitive)
ที่ minimum system voltage
specification
of SVC
SVC ทุกชนิดสามารถให้ reactive power ตามที่ต้องการได้ที่ nominal
rating อย่างไรก็
ตาม
SVC แต่ละชนิดจะทำงานตามลักษณะเฉพาะที่ออกแบบไว้ ผู้ใช้งานจำเป็นต้องให้ข้อมูล
- nominal
rating
- ความสามารถในการ over load (capability)
- การควบคุมและตอบสนองขณะระบบผิดไปจากกำหนด (control and dynamic performance)
- ระดับของ harmonics ทั้งก้อน
(background) และขณะใช้ SVC
ข้อมูลบางอย่างที่ต้องคำนึงถึง
- การกำหนดค่า inductive power สูงมาก ( low
reactance) ในช่วง inductive range จะมีผล
ทำให้ transient overload capability สูงขึ้น มี harmonic
มีปริมาณสูงขึ้นราคา reactor ถูกลง
- ถ้ากำหนด capacitive range ไม่กว้างนักจะทำให้
ราคา capacitor และหม้อแปลงลดลง
ไม่มีความคิดเห็น:
แสดงความคิดเห็น