อธิบายฮาร์มอนิกในระบบไฟฟ้าและ THD: สาเหตุ ผลกระทบ การวัด และการแก้ไข

ฮาร์มอนิกในระบบไฟฟ้าคือองค์ประกอบของแรงดันหรือกระแสที่มีความถี่เป็นจำนวนเท่าของความถี่มูลฐานของระบบไฟฟ้า ในระบบ 50 Hz ฮาร์มอนิกอันดับที่ 3 จะเท่ากับ 150 Hz และอันดับที่ 5 คือ 250 Hz ส่วนในระบบ 60 Hz จะเท่ากับ 180 Hz และ 300 Hz ตามลำดับ องค์ประกอบเหล่านี้จะรวมเข้ากับรูปคลื่นมูลฐานและทำให้แรงดันหรือกระแสเบี่ยงเบนไปจากรูปคลื่นไซน์ในอุดมคติ.

ความเพี้ยนฮาร์มอนิกรวม (THD) เป็นการรวมเนื้อหาของฮาร์มอนิกทั้งหมดเข้าเป็นค่าเปอร์เซ็นต์เดียว ซึ่งมีประโยชน์สำหรับการคัดกรอง การดูแนวโน้ม และการเปรียบเทียบค่าที่วัดได้ แต่ค่า THD เพียงอย่างเดียวไม่สามารถระบุแหล่งกำเนิด ลำดับฮาร์มอนิกหลัก จุดที่สอดคล้องตามมาตรฐาน หรือวิธีการแก้ไขที่ถูกต้องได้ การประเมินที่เชื่อถือได้ต้องแยกความแตกต่างระหว่างความเพี้ยนของแรงดันและความเพี้ยนของกระแส ยืนยันตำแหน่งที่ทำการวัด ตรวจสอบสเปกตรัมของฮาร์มอนิก และประเมินการติดตั้งภายใต้สภาวะโหลดที่เป็นตัวแทนของระบบ.

สิ่งสำคัญที่ต้องจดจำ

• โหลดแบบไม่เป็นเชิงเส้นสร้างกระแสฮาร์มอนิกเนื่องจากมีการดึงกระแสเป็นพัลส์แทนที่จะแปรผันตามสัดส่วนของแรงดันที่จ่ายให้.
• กระแสฮาร์มอนิกที่ไหลผ่านอิมพีแดนซ์ของระบบจะทำให้เกิดความเพี้ยนของแรงดันฮาร์มอนิก.
• THDv, THDi และความเพี้ยนความต้องการรวม (TDD) ใช้ตัวเศษหรือค่าอ้างอิงที่แตกต่างกัน จึงไม่ควรนำมาใช้แทนกัน.
• IEEE 519 ใช้กำหนดเป้าหมายความเพี้ยนของแรงดันและกระแสในสภาวะคงตัวที่จุดเชื่อมต่อร่วม (PCC) ของผู้ใช้งาน ไม่ใช่เพื่อใช้เป็นเกณฑ์ตัดสินผ่าน/ไม่ผ่านแบบครอบคลุมสำหรับขั้วต่อของอุปกรณ์ทุกชนิด.
• ค่า THDi ที่สูงขณะโหลดต่ำอาจทำให้เข้าใจผิดได้เนื่องจากค่ากระแสพื้นฐานที่ใช้เป็นตัวหารมีค่าน้อย ส่วน TDD จะให้ค่าอ้างอิงตามความต้องการสำหรับการประเมินที่จุด PCC.
• การบรรเทาปัญหาควรทำหลังจากทำการวัดค่าแล้ว โดยอุปกรณ์อย่างรีแอคเตอร์, ฟิลเตอร์แบบพาสซีฟ, ฟิลเตอร์กรองฮาร์มอนิกแบบแอคทีฟ, เรคติฟายเออร์แบบหลายพัลส์ และไดรฟ์แบบ Active Front End สามารถแก้ปัญหาที่แตกต่างกันได้.
• ชุดคาปาซิเตอร์แบงก์สำหรับปรับปรุงค่าตัวประกอบกำลังไฟฟ้ามาตรฐานไม่ถือเป็นฟิลเตอร์กรองฮาร์มอนิกโดยอัตโนมัติ และอาจก่อให้เกิดความเสี่ยงต่อการเกิดเรโซแนนซ์หากนำไปใช้งานโดยไม่มีการศึกษาเรื่องฮาร์มอนิกก่อน.

สรุปภาพรวมของฮาร์มอนิก, THD และ TDD

ปริมาณ	สิ่งที่อธิบาย	ค่าอ้างอิง	การใช้งานที่ดีที่สุด	ข้อผิดพลาดทั่วไปในการตีความ
ฮาร์มอนิกเฉพาะลำดับ	ขนาดของฮาร์มอนิกหนึ่งลำดับ เช่น ลำดับที่ 5	พื้นฐานหรือข้อมูลอ้างอิงอื่นที่ระบุไว้	การระบุแหล่งกำเนิดหลักและการเลือกฟิลเตอร์	การพิจารณาเพียงแค่ค่า THD และพลาดอันดับฮาร์มอนิกหลักไปหนึ่งลำดับ
THDv	ความเพี้ยนรวมของแรงดันไฟฟ้าฮาร์มอนิก	แรงดันไฟฟ้าพื้นฐาน	การประเมินคุณภาพรูปคลื่นที่บัสหรือขั้วต่อของอุปกรณ์	การใช้ขีดจำกัดแรงดันไฟฟ้าค่าเดียวในทุกตำแหน่ง
THDi	ความเพี้ยนรวมของกระแสฮาร์มอนิก	กระแสพื้นฐาน ณ ขณะที่ทำการวัด	การประเมินโหลดและการติดตามพฤติกรรมการทำงานของโหลด	การเปรียบเทียบ THDi ระหว่างสภาวะโหลดเบาและโหลดเต็มพิกัดโดยไม่มีบริบทประกอบ
TDD	กระแสฮาร์มอนิกโดยรวมเมื่อเทียบกับกระแสความต้องการสูงสุด	กระแสโหลดความต้องการสูงสุด, IL	IEEE 519-style current assessment at the PCC	ถือว่าเป็นอีกชื่อหนึ่งของ THDi
สเปกตรัมฮาร์มอนิก	ขนาดของแต่ละลำดับฮาร์มอนิกที่วัดได้	ความถี่มูลฐานหรือค่าอ้างอิงของเครื่องมือวัด	การวินิจฉัยแหล่งกำเนิดและการเลือกวิธีการลดผลกระทบ	การใช้ค่ารวมเพียงค่าเดียวโดยไม่ได้ตรวจสอบแต่ละลำดับ

สิ่งใดที่ทำให้เกิดฮาร์มอนิกในระบบไฟฟ้า?

โหลดเชิงเส้นดึงกระแสไฟฟ้าที่มีรูปคลื่นเป็นสัดส่วนโดยตรงกับแรงดันไฟฟ้าที่จ่ายเข้ามา ตัวอย่างที่เห็นได้ง่ายคือเครื่องทำความร้อนแบบต้านทาน ในขณะที่โหลดไม่เป็นเชิงเส้นจะมีการเปลี่ยนแปลงค่าอิมพีแดนซ์ในแต่ละรอบ หรือมีการใช้การสวิตชิ่งและการเรียงกระแส ทำให้กระแสไฟฟ้าที่ดึงมามีลักษณะเป็นพัลส์หรือถูกตัดเป็นส่วนๆ การวิเคราะห์แบบฟูริเยร์สามารถอธิบายรูปคลื่นคาบที่บิดเบือนนั้นได้ว่าเป็นองค์ประกอบพื้นฐานรวมกับองค์ประกอบฮาร์มอนิก.

ความถี่ของลำดับฮาร์มอนิก ชม. คือ:

fh = h x f1

โดยที่:
fh = ความถี่ฮาร์มอนิก
h  = ลำดับฮาร์มอนิก: 2, 3, 4, 5...
f1 = ความถี่พื้นฐาน: โดยปกติคือ 50 Hz หรือ 60 Hz

โหลดที่ก่อให้เกิดฮาร์มอนิกทั่วไป ได้แก่:

• อินเวอร์เตอร์ความถี่แปรผันแบบหกพัลส์ (VFDs) และโหลดประเภทเรกติฟายเออร์อื่นๆ;
• เครื่องสำรองไฟ (UPSs);
• แหล่งจ่ายไฟแบบสวิตชิ่งในคอมพิวเตอร์ เซิร์ฟเวอร์ และอุปกรณ์ควบคุม;
• ไดรเวอร์ LED และบัลลาสต์อิเล็กทรอนิกส์สำหรับอุปกรณ์ส่องสว่าง;
• เครื่องชาร์จแบตเตอรี่และอุปกรณ์ชาร์จรถยนต์ไฟฟ้า;
• อุปกรณ์เชื่อม เตาหลอมอาร์ก และกระบวนการทางอุตสาหกรรมแบบไม่เชิงเส้นอื่นๆ;
• อุปกรณ์แม่เหล็กอิ่มตัวภายใต้สภาวะการทำงานที่ผิดปกติ.

โดยทั่วไปโหลดจะส่งกระแสฮาร์มอนิกออกมาก่อน เมื่อกระแสดังกล่าวไหลผ่านหม้อแปลง สายเคเบิล บัสบาร์ และอิมพีแดนซ์ของแหล่งจ่าย จะทำให้เกิดแรงดันตกคร่อมที่เป็นฮาร์มอนิก ความผิดเพี้ยนของแรงดันไฟฟ้าที่เกิดขึ้นนี้สามารถส่งผลกระทบต่ออุปกรณ์อื่นๆ ที่เชื่อมต่ออยู่บนบัสเดียวกันได้ ความแตกต่างนี้มีความสำคัญเนื่องจากการเปลี่ยนโหลดที่ไวต่อสัญญาณไม่สามารถขจัดแหล่งกำเนิดปัญหาในระดับระบบได้ ในขณะที่การติดตั้งตัวกรองที่บัสผิดตำแหน่งอาจช่วยปรับปรุงคุณภาพไฟฟ้าได้เพียงเล็กน้อยเท่านั้น.

ฮาร์มอนิกทำให้รูปคลื่น AC ผิดเพี้ยนได้อย่างไร

รูปคลื่นไซน์ในอุดมคติจะมีเพียงความถี่พื้นฐานเท่านั้น โหลดแบบไม่เชิงเส้นในความเป็นจริงอาจดึงกระแสพื้นฐานร่วมกับกระแสลำดับที่ 3, 5, 7 และลำดับที่สูงกว่า ในแต่ละช่วงเวลา ส่วนประกอบเหล่านี้จะรวมกันทางพีชคณิต ผลลัพธ์ที่ได้อาจดูเหมือนมียอดแบน มีจุดแหลม มีรอยบาก หรือผิดเพี้ยนในรูปแบบอื่น ถึงแม้ว่าค่าแรงดันไฟฟ้า RMS จะดูใกล้เคียงกับค่าปกติก็ตาม.

รูปร่างและสเปกตรัมของรูปคลื่นให้ข้อมูลที่แตกต่างกัน:

• รูปคลื่นในโดเมนเวลาแสดงถึงการเกิดนอตชิง (notching), การแบนที่ยอดคลื่น (flat-topping), ค่าเครสต์แฟกเตอร์ที่สูง และพฤติกรรมการสวิตชิ่ง.
• สเปกตรัมในโดเมนความถี่แสดงให้เห็นว่าฮาร์มอนิกอันดับใดที่มีอิทธิพลหลัก.
• THD ให้ค่ารวมที่สะดวก แต่ไม่สามารถแสดงได้ว่าความเพี้ยนส่วนใหญ่มาจากอันดับที่ 3, 5, 7 หรือกระจายตัวอยู่ในหลายอันดับ.

สำหรับการออกแบบเพื่อลดผลกระทบ สเปกตรัมมักจะสามารถนำไปใช้ปฏิบัติได้จริงมากกว่าค่ารวมเพียงอย่างเดียว.

Total Harmonic Distortion คำนวณอย่างไร?

Voltage THD

Voltage THD คือค่ารากที่สองของผลรวมกำลังสองของแรงดันฮาร์มอนิกหารด้วยแรงดันพื้นฐาน:

THDv = [sqrt(V2^2 + V3^2 + ... + Vh^2) / V1] x 100%

V1 = แรงดัน RMS พื้นฐาน
Vh = แรงดัน RMS ของฮาร์มอนิกอันดับที่ h

THDv บ่งชี้ว่ารูปคลื่นแรงดันไฟฟ้า ณ จุดวัดมีความเบี่ยงเบนไปจากส่วนประกอบพื้นฐานมากน้อยเพียงใด โดยได้รับอิทธิพลจากกระแสฮาร์มอนิกและค่าอิมพีแดนซ์ระหว่างแหล่งจ่ายและจุดวัด.

THDi ของกระแสไฟฟ้า

THDi ของกระแสไฟฟ้าใช้โครงสร้างเดียวกัน แต่เป็นการอ้างอิงกระแสฮาร์มอนิกเทียบกับกระแสพื้นฐานที่วัดได้ในขณะนั้น:

THDi = [sqrt(I2^2 + I3^2 + ... + Ih^2) / I1] x 100%

I1 = กระแสพื้นฐาน RMS ณ ขณะที่วัด
Ih = กระแส RMS ของฮาร์มอนิกอันดับที่ h

THDi มีประโยชน์เมื่อประเมินพฤติกรรมของโหลดแบบไม่เชิงเส้นเฉพาะตัว อย่างไรก็ตาม ผลลัพธ์อาจเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วที่โหลดต่ำเนื่องจาก I1 มีค่าต่ำ แม้ว่ากระแสฮาร์มอนิกสัมบูรณ์จะไม่ได้อยู่ในสภาวะที่เลวร้ายที่สุดของระบบก็ตาม ควรบันทึกค่ากระแสโหลดและสถานะการทำงานควบคู่ไปกับค่า THDi เสมอ.

ค่าความเพี้ยนรวมเชิงความต้องการ (Total Demand Distortion)

TDD อ้างอิงกระแสฮาร์มอนิกกับค่ากระแสความต้องการใช้ไฟฟ้า แทนที่จะเป็นกระแสพื้นฐานขณะใดขณะหนึ่ง:

TDD = [sqrt(I2^2 + I3^2 + ... + Ih^2) / IL] x 100%

IL = กระแสโหลดความต้องการสูงสุดที่ PCC ซึ่งกำหนดไว้สำหรับวิธีการประเมินที่เกี่ยวข้อง

ตัวหารที่มีความเสถียรมากกว่านี้ทำให้ TDD เหมาะสำหรับการประเมินว่ากระแสฮาร์มอนิกของสถานประกอบการสัมพันธ์กับความต้องการใช้ไฟฟ้าที่ PCC อย่างไร ซึ่งที่ถูกต้อง อิล., ช่วงเวลาการรวมข้อมูล, ระยะเวลาการสังเกตการณ์ และอัตราส่วนการลัดวงจรต้องเป็นไปตามมาตรฐานที่เกี่ยวข้องและการศึกษาของโครงการ ห้ามใช้พิกัดของเซอร์กิตเบรกเกอร์, กระแสไฟฟ้าบนเนมเพลทของหม้อแปลง หรือการวัดค่าเฉพาะจุดโดยไม่มีเหตุผลรองรับ.

เหตุใด THDv และ THDi จึงอาจบอกเล่าเรื่องราวที่แตกต่างกัน

ความเพี้ยนของกระแสไฟฟ้าสูงไม่ได้หมายความว่าความเพี้ยนของแรงดันไฟฟ้าจะสูงเสมอไป ระบบไฟฟ้าที่แข็งแกร่งซึ่งมีค่าอิมพีแดนซ์แหล่งจ่ายต่ำอาจดูดซับกระแสฮาร์มอนิกจำนวนมากได้ในขณะที่ยังคงรูปคลื่นแรงดันไฟฟ้าที่ค่อนข้างสะอาด ส่วนระบบที่อ่อนแอหรือสายป้อนที่มีอิมพีแดนซ์สูงและยาวอาจเกิดความเพี้ยนของแรงดันไฟฟ้าได้มากกว่าแม้จะมีกระแสฮาร์มอนิกน้อยกว่าก็ตาม.

การแยกแยะเพื่อวินิจฉัยในทางกลับกันก็มีประโยชน์เช่นกัน:

• ค่า THDi สูงที่สาขาหนึ่งแต่ค่า THDv ที่บัสหลักอยู่ในเกณฑ์ที่ยอมรับได้ มักชี้ให้เห็นว่าเป็นโหลดแบบไม่เป็นเชิงเส้นในพื้นที่ซึ่งมีผลกระทบต่อระบบจำกัด.
• ค่า THDv ที่สูงขึ้นในหลายฟีดเดอร์บ่งชี้ถึงความเพี้ยนที่บัสบาร์ต้นทางร่วมกันหรือสภาวะเรโซแนนซ์.
• ค่า THDv ที่สูงขึ้นที่จุดรับไฟก่อนที่โหลดหลักของไซต์งานจะทำงานอาจบ่งชี้ถึงผลกระทบจากต้นทางที่ต้องอาศัยการตรวจสอบจากฝั่งการไฟฟ้า.
• ค่า THDi ที่สูงเฉพาะในโหมดการทำงานใดโหมดหนึ่งบ่งชี้ถึงแหล่งกำเนิดที่เกิดจากกระบวนการผลิต เช่น โหลดของไดรฟ์ การนำกระแสของเร็กติไฟเออร์ หรือการทำงานของเครื่องชาร์จ.

ฮาร์มอนิกก่อให้เกิดปัญหาอะไรได้บ้าง?

ฮาร์มอนิกไม่ได้ทำให้เกิดอาการเพียงรูปแบบเดียว ผลกระทบของฮาร์มอนิกขึ้นอยู่กับอันดับของฮาร์มอนิก ขนาดของฮาร์มอนิก อิมพีแดนซ์ของระบบ รูปแบบโหลด การจัดวางระบบสายดิน การเกิดเรโซแนนซ์ และการออกแบบอุปกรณ์.

ความร้อนที่เพิ่มขึ้นในตัวนำ บัสบาร์ และหม้อแปลง

กระแสฮาร์มอนิกทำให้ค่ากระแส RMS รวมเพิ่มขึ้น ส่งผลให้ตัวนำเกิดความร้อนสูงขึ้น องค์ประกอบความถี่สูงยังเพิ่มการสูญเสียจากกระแสไหลวน (eddy-current) และปรากฏการณ์ผิวตัวนำ (skin-effect) ในชิ้นส่วนแม่เหล็กและชิ้นส่วนตัวนำ หม้อแปลงที่จ่ายโหลดชนิดไม่เป็นเชิงเส้นปริมาณมากอาจประสบปัญหาการสูญเสียในขดลวดและกระแสรั่วไหลเพิ่มขึ้น แม้ว่าความต้องการกำลังไฟฟ้าเฉลี่ยเป็น kW จะดูเป็นปกติก็ตาม.

จุดเชื่อมต่อที่มีความต้านทานสูงอยู่แล้วจะมีความเสี่ยงเป็นพิเศษ เนื่องจากกระแส RMS ที่มีความเพี้ยนจะส่งผลเพิ่มให้ I²R ความร้อน วิธีการวินิจฉัยในคู่มือของ VIOX เกี่ยวกับ การที่ขั้วต่อร้อนเกินไป ช่วยแยกแยะระหว่างโหลดฮาร์มอนิกกับการเชื่อมต่อที่หลวมหรือเสื่อมสภาพ.

การที่ตัวนำนิวทรัลร้อนเกินไป

ในระบบสามเฟสสี่สายที่สมดุล กระแสพื้นฐานของโหลดเฟสเดียวที่มีลักษณะคล้ายกันจะหักล้างกันในสายนิวทรัลเป็นส่วนใหญ่ ฮาร์มอนิกอันดับสาม (Triplen harmonics) รวมถึงอันดับที่ 3, 9 และ 15 เป็นองค์ประกอบลำดับศูนย์ (zero-sequence components) และสามารถรวมกันในสายนิวทรัลแทนที่จะหักล้างกัน ดังนั้นการอ่านค่ากระแสเฟสที่สมดุลจึงไม่ได้รับประกันว่ากระแสในนิวทรัลจะต่ำ.

ควรวัดโหลดของนิวทรัลโดยตรงในจุดที่มีการรวมกันของโหลดเฟสเดียวที่เป็นอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ อย่าสับสนหน้าที่การนำกระแสของนิวทรัลกับเส้นทางของสายดินป้องกัน โดยข้อแตกต่างนี้ได้อธิบายไว้ใน บาร์นิวทรัลเทียบกับบาร์กราวด์.

การสูญเสียในมอเตอร์, การกระเพื่อมของแรงบิด และเสียงรบกวน

ฮาร์มอนิกของแรงดันไฟฟ้าจะสร้างสนามแม่เหล็กหมุนที่ความเร็วและทิศทางต่างกัน ในมอเตอร์เหนี่ยวนำ ลำดับฮาร์มอนิกบางส่วนจะต้านสนามแม่เหล็กหมุนพื้นฐาน ในขณะที่บางส่วนจะเสริมทิศทางของมันที่ความเร็วซิงโครนัสต่างๆ ผลลัพธ์ที่ตามมาอาจรวมถึงการสูญเสียในขดลวดทองแดงและในเหล็กที่เพิ่มขึ้น การกระเพื่อมของแรงบิด การสั่นสะเทือน เสียงรบกวน และระยะขอบทางความร้อนที่ใช้งานได้ลดลง.

เมื่อมีไดรฟ์เข้ามาเกี่ยวข้อง ให้แยกฮาร์มอนิกด้านอินพุตออกจากความเครียดของแรงดันไฟฟ้า PWM ด้านเอาต์พุต ไลน์รีแอคเตอร์หรือตัวกรองฮาร์มอนิกด้านอินพุตจะจัดการกับปัญหาที่แตกต่างจากเอาต์พุตรีแอคเตอร์ ไซน์เวฟฟิลเตอร์ หรือ dV/dt ตัวกรอง โดยที่ของ VIOX คู่มือเปรียบเทียบ VFD กับซอฟต์สตาร์ทเตอร์ ให้บริบทที่กว้างขึ้นของการควบคุมมอเตอร์.

การใช้งานเกินพิกัดและการกำทอนของคาปาซิเตอร์

คาปาซิเตอร์ปรับปรุงตัวประกอบกำลังช่วยลดความต้องการกำลังไฟฟ้ารีแอกทีฟที่ความถี่พื้นฐาน แต่อิมพีแดนซ์จะลดลงเมื่อความถี่สูงขึ้น เมื่อรวมกับค่าความเหนี่ยวนำของระบบ อาจทำให้เกิดการกำทอนแบบขนานหรือแบบอนุกรมใกล้กับลำดับฮาร์มอนิกที่มีอยู่ ผลลัพธ์อาจทำให้แรงดันไฟฟ้าหรือกระแสฮาร์มอนิกขยายตัวและทำให้คาปาซิเตอร์ รีแอคเตอร์ หม้อแปลง หรืออุปกรณ์สวิตช์เกิดโหลดเกิน.

ดังนั้น ไม่ควรนำแบงก์คาปาซิเตอร์ทั่วไปมาใช้เป็นวิธีแก้ปัญหาฮาร์มอนิกแบบครอบจักรวาล ในกรณีที่ฮาร์มอนิกมีนัยสำคัญ การออกแบบอาจจำเป็นต้องใช้รีแอคเตอร์แบบดีจูน (detuned reactors), พาสซีฟฟิลเตอร์แบบจูน (tuned passive filter), แอคทีฟฮาร์มอนิกฟิลเตอร์ (active harmonic filter) หรือโซลูชันทางวิศวกรรมอื่นๆ สำหรับวัตถุประสงค์และขอบเขตของการแก้ไขตัวประกอบกำลังโดยอัตโนมัติจะกล่าวถึงใน รูปแบบเต็มและการทำงานของ APFC.

การทำงานที่ผิดพลาดและอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ทำงานผิดปกติ

รูปคลื่นที่บิดเบี้ยวอาจเพิ่มกระแสสูงสุด, เปลี่ยนจุดตัดศูนย์, เพิ่มความร้อน และรบกวนอุปกรณ์ที่คาดหวังว่าแหล่งจ่ายจะมีรูปคลื่นใกล้เคียงกับรูปไซน์ อาการที่อาจเกิดขึ้นได้แก่ การทำงานของอุปกรณ์ป้องกันโดยไม่มีสาเหตุชัดเจน, การแจ้งเตือนของชุดคาปาซิเตอร์, เสียงรบกวนจากหม้อแปลง, การรีเซ็ตระบบควบคุม, การอ่านค่าที่ไม่ถูกต้องจากเครื่องมือวัดที่ไม่เหมาะสม และอายุการใช้งานของอุปกรณ์ที่ลดลง.

อาการเหล่านี้ไม่ใช่หลักฐานยืนยันถึงการมีอยู่ของฮาร์มอนิก สายไฟหลวม, แรงดันไฟฟ้าไม่สมดุล, แรงดันชั่วขณะ, โหลดเกิน, การรบกวนทางแม่เหล็กไฟฟ้า และการตั้งค่าที่ไม่ถูกต้องอาจแสดงอาการคล้ายกัน จำเป็นต้องทำการวัดค่าก่อนเลือกวิธีแก้ไข.

ควรวัดค่าฮาร์มอนิกที่ไหนและอย่างไร?

แผนการวัดค่าควรตอบโจทย์ที่กำหนดไว้ เช่น การปฏิบัติตามมาตรฐานที่จุด PCC, การแก้ไขปัญหาอุปกรณ์, การระบุแหล่งกำเนิด, การวางแผนกำลังการผลิต หรือการตรวจสอบหลังการลดทอนผลกระทบ การวัดค่าเพียงจุดเดียวมักไม่สามารถตอบคำถามทั้งห้าข้อนี้ได้.

1. กำหนดขอบเขตการวัดค่า

สำหรับการประเมิน IEEE 519 ระดับสถานที่ ให้ระบุจุด PCC ตามสัญญาหรือทางวิศวกรรม สำหรับการแก้ไขปัญหาภายใน ให้วัดค่าที่จุดเชื่อมต่อภายในโรงงาน บัสจ่ายไฟหลัก สายป้อนที่น่าสงสัย และขั้วต่อของโหลดตามความจำเป็น พร้อมทั้งจัดทำเอกสารแผนภาพเส้นเดียวและตำแหน่งของการอ่านค่าทุกจุด.

2. ใช้เครื่องมือวัดที่เหมาะสม

ใช้เครื่องวิเคราะห์คุณภาพไฟฟ้าที่สามารถวัดแรงดันและกระแสไฟฟ้าสามเฟสได้พร้อมกัน จับค่าสเปกตรัมฮาร์มอนิก, THDv, THDi, TDD ตามที่กำหนด, บันทึกเหตุการณ์ และวัดกระแสในสายนิวทรัลสำหรับระบบสี่สาย มาตรฐาน IEC 61000-4-7 กล่าวถึงเครื่องมือวัดฮาร์มอนิกและอินเตอร์ฮาร์มอนิก ในขณะที่ IEC 61000-4-30 กำหนดวิธีการวัดคุณภาพไฟฟ้าและระดับชั้นของการวัด.

มิเตอร์แบบตอบสนองค่าเฉลี่ยพื้นฐานไม่เพียงพอสำหรับการวินิจฉัยรูปคลื่นที่ผิดเพี้ยน มิเตอร์แบบ true-RMS สามารถปรับปรุงความแม่นยำของกระแสและแรงดัน RMS ได้ แต่โดยปกติแล้วไม่สามารถทดแทนเครื่องวิเคราะห์คุณภาพไฟฟ้าสำหรับการวิเคราะห์ลำดับฮาร์มอนิก แนวโน้ม ทิศทาง และการปฏิบัติตามมาตรฐานได้.

3. บันทึกสภาวะการทำงานที่เป็นตัวแทน

บันทึกการวัดค่าตลอดช่วงสภาวะการทำงานแทนที่จะอาศัยเพียงค่าที่วัดได้ในขณะใดขณะหนึ่งเพียงครั้งเดียว:

• โหลดขั้นต่ำ โหลดปกติ และโหลดสูงสุดของสถานที่;
• สภาวะการเร่งความเร็วของไดรฟ์, การทำงานคงที่, และสภาวะความเร็วต่ำ;
• โหมดการทำงานของ UPS หรือเครื่องชาร์จ;
• สเตจของคาปาซิเตอร์แบงก์ที่สลับเข้าและออกจากระบบ;
• การทำงานของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าและแหล่งจ่ายไฟหลักในกรณีที่สามารถใช้งานร่วมกันได้;
• รอบการผลิตที่เกี่ยวข้องกับข้อร้องเรียนหรือความร้อนสูงเกินไป.

4. บันทึกบริบทพร้อมกับค่า THD ทุกค่า

อย่างน้อยที่สุด ให้บันทึก:

• ตำแหน่งที่ทำการวัดและการกำหนดค่าระบบ;
• แรงดันไฟฟ้าระหว่างเฟสกับเฟส และระหว่างเฟสกับนิวทรัลตามความเหมาะสม;
• กระแส RMS ของเฟสและนิวทรัล;
• THDv, THDi และ TDD ในส่วนที่เกี่ยวข้อง;
• สเปกตรัมฮาร์มอนิกรายลำดับและค่าเฟส;
• kW, kVA, kvar, เพาเวอร์แฟกเตอร์ และสถานะโหลด;
• สถานะของหม้อแปลงไฟฟ้า ตัวนำ และชุดคาปาซิเตอร์;
• การประทับเวลาและช่วงเวลาในการบันทึกข้อมูล.

5. การตรวจสอบแหล่งกำเนิดอย่างเป็นระบบ

เริ่มต้นที่จุดประเมินและเปรียบเทียบค่าที่อ่านได้จากต้นทางและปลายทาง หากความเพี้ยนเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วเมื่อมีการจ่ายไฟให้ฟีดเดอร์หนึ่ง ให้ตรวจสอบกิ่งนั้นต่อไป หากฟีดเดอร์หลายแห่งแสดงความเพี้ยนของแรงดันไฟฟ้าในลักษณะเดียวกัน ให้ตรวจสอบบัสรวม, การกำทอนของคาปาซิเตอร์ หรือแหล่งจ่ายไฟต้นทาง.

ลำดับที่ถูกต้องคือ การวัด ระบุตำแหน่ง สร้างแบบจำลอง ลดผลกระทบ และตรวจสอบ. การติดตั้งตัวกรองก่อนที่จะกำหนดค่าพื้นฐานนี้อาจเป็นการปกปิดอาการหนึ่ง ในขณะที่ปล่อยให้แหล่งกำเนิดจริงหรือการเรโซแนนซ์ยังคงอยู่โดยไม่ได้รับการแก้ไข.

มาตรฐานมีวิธีการนำไปใช้กับฮาร์มอนิกอย่างไร

อ้างอิง	Primary role	ขอบเขตในทางปฏิบัติ
IEEE 519-2022	เป้าหมายความเพี้ยนของแรงดันไฟฟ้าและกระแสไฟฟ้าในระบบ	ใช้ ณ จุดเชื่อมต่อร่วม (PCC) ของผู้ใช้งานภายใต้สภาวะคงตัวที่กำหนดไว้ โดยขีดจำกัดของกระแสไฟฟ้าจะขึ้นอยู่กับบริบทของระบบ ซึ่งรวมถึงความแข็งแกร่งในการลัดวงจรเมื่อเทียบกับความต้องการใช้ไฟฟ้า
IEC 61000-4-7	เครื่องมือวัดสัญญาณฮาร์มอนิกและอินเตอร์ฮาร์มอนิก	กำหนดวิธีการจัดกลุ่มและวัดองค์ประกอบทางสเปกตรัมสำหรับอุปกรณ์และการประเมินระบบจ่ายไฟฟ้า
IEC 61000-4-30:2025	วิธีการวัดคุณภาพไฟฟ้า ณ หน้างานจริง	กำหนดวิธีการที่ทำซ้ำได้และแนวทางระดับ Class A/Class S สำหรับพารามิเตอร์ต่างๆ รวมถึงฮาร์มอนิกของแรงดันและกระแส
IEC 61000-2-4:2024	ระดับความเข้ากันได้ในระบบจำหน่ายไฟฟ้าอุตสาหกรรม	ใช้ที่จุดเชื่อมต่อภายในโรงงานและแยกสภาพแวดล้อมทางแม่เหล็กไฟฟ้าในอุตสาหกรรมออกเป็นระดับที่กำหนดไว้
IEC 61000-3-2 / IEC 61000-3-12	ขีดจำกัดการปล่อยกระแสฮาร์มอนิกสำหรับหมวดหมู่อุปกรณ์ที่ระบุ	มาตรฐานระดับอุปกรณ์ที่มีขอบเขตที่กำหนด ไม่สามารถใช้แทนการประเมิน PCC ของโรงงานทั้งหมดได้

กฎสามข้อเพื่อป้องกันข้อผิดพลาดส่วนใหญ่เกี่ยวกับมาตรฐาน:

1. ยืนยันจุดประเมิน. ขีดจำกัดที่ PCC ไม่ใช่ขีดจำกัดที่อินพุตของ VFD หรือแผงย่อยทางไกลโดยอัตโนมัติ.
2. ยืนยันตัวหารและวิธีการหาค่าเฉลี่ย. THDi และ TDD อาจให้ค่าเปอร์เซ็นต์ที่แตกต่างกันมากจากสเปกตรัมกระแสไฟฟ้าเดียวกัน.
3. ตรวจสอบฉบับที่เกี่ยวข้องและขอบเขตของอุปกรณ์ให้ชัดเจน. ข้อกำหนดของการไฟฟ้า ข้อมูลจำเพาะของโครงการ รหัสโครงข่ายไฟฟ้าประจำภูมิภาค และมาตรฐานผลิตภัณฑ์ อาจเพิ่มข้อผูกพันนอกเหนือจากคำแนะนำทั่วไป.

คุณควรใช้วิธีลดสัญญาณฮาร์มอนิกวิธีใด?

ไม่มีตัวกรองใดที่ดีที่สุดในทุกสถานการณ์ ให้เลือกวิธีที่เหมาะสมโดยพิจารณาจากสเปกตรัมของแหล่งกำเนิด ความแปรผันของโหลด ค่าความต้านทานเชิงซ้อนของระบบ ประสิทธิภาพที่ต้องการ พื้นที่ที่มีอยู่ การสูญเสีย ความสามารถในการบำรุงรักษา และการขยายระบบในอนาคต.

สถานการณ์	ทางเลือกในการลดสัญญาณที่ควรประเมิน	ข้อควรพิจารณาทางวิศวกรรม
ไดรฟ์แบบซิกซ์พัลส์ทั่วไปหนึ่งชุด	AC line reactor, DC choke, passive harmonic filter, low-harmonic drive หรือ active-front-end drive	การลดค่าที่ต้องการ, ช่วงโหลด, แรงดันตก, ประสิทธิภาพ, พื้นที่ติดตั้ง, การจัดวางแบบบายพาส
โหลดแบบไม่เป็นเชิงเส้นหลายตัวที่มีความต้องการเปลี่ยนแปลง	active harmonic filter แบบรวมศูนย์หรือแบบกระจาย	ตำแหน่ง CT, กระแสชดเชย, ลำดับฮาร์มอนิก, ความหลากหลายของโหลด, เผื่อการขยายตัว
ลำดับฮาร์มอนิกหลักที่มีเสถียรภาพ	passive filter แบบปรับจูนหรือแบบแถบกว้าง	อิมพีแดนซ์ของเครือข่าย, ความคลาดเคลื่อนในการปรับจูน, หน้าที่ของคาปาซิเตอร์, การเรโซแนนซ์, การทำงานของเครื่องกำเนิดไฟฟ้า
การแก้ไขค่าตัวประกอบกำลังในเครือข่ายที่มีสัญญาณรบกวน	ธนาคารคาปาซิเตอร์แบบดีทูน (detuned capacitor bank) หรือธนาคารตัวกรองที่ได้รับการออกแบบมาโดยเฉพาะ	สเปกตรัมที่มีอยู่, ความถี่เรโซแนนซ์, กระแสของคาปาซิเตอร์, ภาระการสลับ, การตั้งค่าตัวควบคุม
กระแสฮาร์มอนิกอันดับสาม (triplen harmonic) สูงในระบบสี่สาย	ลดการปล่อยมลพิษจากแหล่งกำเนิด, กระจายโหลดใหม่, ใช้การกรองที่เหมาะสม และทบทวนการออกแบบนิวทรัล/หม้อแปลง	การวัดกระแสในสายนิวทรัล, ความสามารถในการทนความร้อนของตัวนำ, ความเหมาะสมของหม้อแปลง, โหลดอิเล็กทรอนิกส์ในอนาคต
โครงการใหม่ที่มีความต้องการใช้เรกติไฟเออร์ขนาดใหญ่	เรกติไฟเออร์แบบมัลติพัลส์ (multipulse rectifier), หม้อแปลงแบบเลื่อนเฟส, อุปกรณ์หน้างานแบบแอคทีฟ (active front end) หรืออุปกรณ์ที่มีค่าฮาร์มอนิกต่ำตามที่ระบุ	ความแข็งแกร่งของแหล่งจ่าย, ความซ้ำซ้อน, ความซับซ้อนของหม้อแปลง, ต้นทุนตลอดอายุการใช้งาน, เป้าหมายการปฏิบัติตามข้อกำหนด
อุปกรณ์ที่มีอยู่เดิมเกิดความร้อนสูงเกินไปแล้ว	การลดโหลดและการควบคุมความเสี่ยงจากความร้อนก่อนการบรรเทาปัญหาอย่างถาวร	การสำรวจฮาร์มอนิก, การตรวจสอบการเชื่อมต่อ, การระบายอากาศ, สภาพของตัวนำและหม้อแปลง

Line Reactors และ DC Chokes

Reactors ช่วยเพิ่มค่าอิมพีแดนซ์และทำให้กระแสไฟฟ้าที่ดึงโดยโหลดประเภทเรกติไฟเออร์ราบเรียบขึ้น อุปกรณ์เหล่านี้ค่อนข้างเรียบง่ายและทนทาน แต่ผลลัพธ์ขึ้นอยู่กับอิมพีแดนซ์ของแหล่งจ่ายและการออกแบบไดรฟ์ อุปกรณ์เหล่านี้ช่วยลดกระแสฮาร์มอนิกแทนที่จะกำจัดให้หมดไป และทำให้เกิดแรงดันตกคร่อมรวมถึงการสูญเสียพลังงาน.

ฟิลเตอร์ฮาร์มอนิกแบบพาสซีฟ

ฟิลเตอร์แบบพาสซีฟประกอบด้วยตัวเหนี่ยวนำและตัวเก็บประจุเพื่อสร้างเส้นทางที่มีอิมพีแดนซ์ต่ำสำหรับความถี่ฮาร์มอนิกที่เลือกหรือเพื่อการลดทอนแบบบรอดแบนด์ ฟิลเตอร์เหล่านี้สามารถมีประสิทธิภาพสำหรับโหลดที่มีความเสถียรและคาดการณ์ได้ แต่ต้องได้รับการออกแบบโดยอ้างอิงจากเครือข่ายจริง การปรับจูน (Detuning), ค่าความคลาดเคลื่อนของอุปกรณ์, การเปลี่ยนแปลงของโหลด และการทำงานร่วมกับเครื่องกำเนิดไฟฟ้าหรือธนาคารตัวเก็บประจุชุดอื่นจำเป็นต้องมีการทบทวน.

Active Harmonic Filter

Active Harmonic Filter จะทำการวัดความเพี้ยนและฉีดกระแสชดเชยเข้าไป ระบบนี้สามารถปรับตัวเข้ากับรูปแบบโหลดที่เปลี่ยนแปลงได้ดีกว่าและสามารถจัดการกับลำดับฮาร์มอนิกได้หลายลำดับ แต่ต้องมีการระบุขนาดกระแส, การจัดวาง CT, การตอบสนอง, ตู้ควบคุม, ค่าความสูญเสีย และวัตถุประสงค์ในการควบคุมให้ชัดเจน.

Low-Harmonic Drive และ Active Front End

สถาปัตยกรรมของ Low-harmonic drive ช่วยลดความเพี้ยนที่แหล่งกำเนิด แทนที่จะใช้วิธีชดเชยโหลดหลายตัวที่บัสบาร์ร่วมกัน ระบบนี้อาจช่วยให้การติดตั้งใหม่ทำได้ง่ายขึ้น แต่จะส่งผลต่อต้นทุน, พื้นที่ติดตั้ง, ค่าความสูญเสีย, ความเข้ากันได้ทางแม่เหล็กไฟฟ้า และกลยุทธ์การบำรุงรักษา ทั้งนี้ ความสามารถในการจ่ายพลังงานย้อนกลับ (Regenerative capability) และการมีค่าความเพี้ยนฮาร์มอนิกต่ำ เป็นข้อกำหนดที่แยกจากกัน แม้ว่าผลิตภัณฑ์หนึ่งตัวอาจมีคุณสมบัติทั้งสองอย่างก็ตาม.

ขั้นตอนการตรวจสอบฮาร์มอนิกในทางปฏิบัติ

1. กำหนดข้อร้องเรียนและขอบเขต. ระบุปัญหาหลักว่าเป็นเรื่องความร้อนเกิน, การทำงานผิดพลาดที่น่ารำคาญ, การปฏิบัติตามมาตรฐาน, การขยายระบบ หรืออุปกรณ์ทำงานผิดปกติ.
2. ทบทวนแผนผังแบบเส้นเดียว (One-line diagram) และรายการโหลด. ระบุโหลดแบบไม่เป็นเชิงเส้น (nonlinear loads), ธนาคารตัวเก็บประจุ (capacitor banks), เครื่องกำเนิดไฟฟ้า, หม้อแปลงไฟฟ้า และสายป้อนที่มีความยาว.
3. กำหนดค่าเริ่มต้นที่จุดเชื่อมต่อโครงข่าย (PCC) หรือบัสหลัก. บันทึกแรงดันไฟฟ้า, กระแสไฟฟ้า, ความต้องการพลังงาน, THD/TDD และสเปกตรัมฮาร์มอนิก.
4. ติดตามอันดับฮาร์มอนิกที่โดดเด่นไปยังโหลดสาขา. เปรียบเทียบการเปลี่ยนแปลงเมื่อโหลดหลักทำงานเป็นรอบ.
5. ตรวจสอบการเรโซแนนซ์และอิมพีแดนซ์ของระบบไฟฟ้า. รวมข้อมูลของหม้อแปลงไฟฟ้าและธนาคารตัวเก็บประจุในการศึกษา.
6. เลือกแนวทางการบรรเทาปัญหาที่เป็นไปได้. เปรียบเทียบการลดสัญญาณรบกวนที่แหล่งกำเนิด การกรองแบบพาสซีฟ การกรองแบบแอคทีฟ และมาตรการความทนทานของอุปกรณ์.
7. สร้างแบบจำลองสมรรถนะที่คาดหวัง. ตรวจสอบสภาวะการทำงานปกติ ขั้นต่ำ สูงสุด ของการไฟฟ้า และเครื่องกำเนิดไฟฟ้า.
8. ดำเนินการโดยคำนึงถึงการป้องกันและการออกแบบทางความร้อน. ประสานงานตัวนำ อุปกรณ์สวิตช์ การระบายอากาศ และการป้องกันตัวกรอง.
9. ทำการวัดซ้ำตามวิธีการเดิม. ตรวจสอบการปรับปรุงที่ตำแหน่งเดิมและสภาวะโหลดที่เปรียบเทียบกันได้.

ข้อผิดพลาดทั่วไปในการประเมินฮาร์มอนิก

การถือว่าค่าร้อยละ THD ทุกค่าเป็นปริมาณเดียวกัน

ให้ระบุค่าเป็น THDv, THDi หรือ TDD เสมอ และบันทึกตัวหารของค่าดังกล่าวไว้ ค่าร้อยละที่ไม่มีการระบุปริมาณที่วัดและตำแหน่งถือเป็นข้อมูลที่ไม่สมบูรณ์.

การวัดที่โหลดแบบไม่เป็นเชิงเส้นเท่านั้น

การวัดที่ขั้วต่อโหลดจะอธิบายลักษณะของโหลด แต่ไม่ได้ระบุถึงความสอดคล้องหรือผลกระทบต่อระบบที่จุด PCC ให้ทำการวัดทั้งสองจุดเมื่อจำเป็น.

การใช้ THD โดยไม่มีสเปกตรัมฮาร์มอนิก

ระบบสองระบบอาจมีค่า THD เท่ากัน แต่ต้องการการแก้ไขที่แตกต่างกันเนื่องจากลำดับฮาร์มอนิกหลักมีความแตกต่างกัน ให้บันทึกข้อมูลฮาร์มอนิกแยกแต่ละลำดับไว้.

การติดตั้งคาปาซิเตอร์โดยไม่ตรวจสอบการเรโซแนนซ์

คาปาซิเตอร์สามารถเลื่อนจุดเรโซแนนซ์ของโครงข่ายไปสู่ฮาร์มอนิกที่มีอยู่เดิมได้ ให้ตรวจสอบเนื้อหาฮาร์มอนิกและค่าอิมพีแดนซ์ก่อนที่จะเพิ่มหรือขยายระบบปรับปรุงตัวประกอบกำลัง.

สมมติฐานที่ว่า SPD ช่วยกำจัดฮาร์มอนิก

อุปกรณ์ป้องกันไฟกระชาก (SPD) จะจำกัดแรงดันไฟฟ้าเกินชั่วขณะตามการออกแบบของอุปกรณ์ ไม่ได้ทำหน้าที่กรองฮาร์มอนิกความถี่ต่ำของระบบไฟฟ้าอย่างต่อเนื่อง ฮาร์มอนิกและไฟกระชากจำเป็นต้องมีการประเมินและมาตรการป้องกันที่แตกต่างกัน สำหรับขอบเขตการป้องกันแรงดันไฟฟ้าเกินชั่วขณะ โปรดดูที่ สิ่งที่อุปกรณ์ป้องกันไฟกระชากทำหน้าที่.

การพิจารณาใช้สายนิวทรัลขนาดใหญ่ขึ้นหรือหม้อแปลงเป็นมาตรการลดผลกระทบที่แหล่งกำเนิด

อุปกรณ์ที่มีความทนทานต่อความร้อนอาจทนต่อโหลดฮาร์มอนิกได้ดีกว่า แต่ไม่ได้หมายความว่าจะช่วยลดการฉีดกระแสฮาร์มอนิกหรือความเพี้ยนของแรงดันไฟฟ้าได้ ควรแยกมาตรการด้านความสามารถในการทนทานออกจากมาตรการลดการปล่อยฮาร์มอนิก.

คำถามที่ถูกถามบ่อย

ฮาร์มอนิกและ THD มีความแตกต่างกันอย่างไร?

ฮาร์มอนิกคือองค์ประกอบความถี่แต่ละส่วนที่เป็นจำนวนเท่าของความถี่มูลฐาน ส่วน THD คือค่าร้อยละหนึ่งที่แสดงถึงขนาดรากที่สองของผลรวมกำลังสองขององค์ประกอบฮาร์มอนิกเหล่านั้นเทียบกับค่าอ้างอิงที่กำหนด.

THD วัดที่แรงดันไฟฟ้าหรือกระแสไฟฟ้า?

สามารถวัดได้ทั้งสองอย่าง โดย THDv อธิบายถึงความเพี้ยนของรูปคลื่นแรงดันไฟฟ้า ในขณะที่ THDi อธิบายถึงความเพี้ยนของรูปคลื่นกระแสไฟฟ้า จำเป็นต้องระบุปริมาณที่วัดเนื่องจากสาเหตุ ขีดจำกัด และการแปลผลมีความแตกต่างกัน.

เหตุใดค่า THD ของกระแสไฟฟ้าจึงอาจดูสูงมากเมื่อใช้งานที่โหลดต่ำ?

THDi คือการนำกระแสฮาร์มอนิกมาหารด้วยกระแสพื้นฐาน ณ ขณะนั้น เมื่อใช้งานที่โหลดต่ำ ค่าตัวหารที่เป็นกระแสพื้นฐานจะมีค่าลดลง ส่งผลให้เปอร์เซ็นต์ดังกล่าวสามารถเพิ่มสูงขึ้นได้แม้ว่ากระแสฮาร์มอนิกในเชิงสัมบูรณ์จะไม่ได้เพิ่มขึ้นก็ตาม ให้พิจารณาขนาดของกระแส สเปกตรัม และค่า TDD ในกรณีที่เกี่ยวข้อง.

ความแตกต่างระหว่าง THDi และ TDD คืออะไร?

THDi คือการอ้างอิงกระแสฮาร์มอนิกกับกระแสพื้นฐาน ณ ขณะที่วัดค่า ส่วน TDD จะอ้างอิงกับกระแสโหลดสูงสุดที่กำหนดไว้ ดังนั้น TDD จึงมีความเสถียรมากกว่าสำหรับการประเมินที่จุด PCC ในสภาวะโหลดที่มีการเปลี่ยนแปลง.

ฮาร์มอนิกทำให้กระแสในสายนิวทรัลเพิ่มขึ้นเสมอหรือไม่?

ไม่เสมอไปในทุกระบบ ประเด็นที่น่ากังวลที่สุดคือในระบบสามเฟสสี่สายที่จ่ายไฟให้กับโหลดแบบไม่เป็นเชิงเส้นชนิดเฟสเดียวจำนวนมาก ซึ่งกระแสฮาร์มอนิกลำดับที่สาม (triplen harmonics) สามารถรวมกันในสายนิวทรัลได้ ควรวัดค่าที่สายนิวทรัลโดยตรงแทนการคาดเดาว่าจะมีการหักล้างกัน.

ธนาคารคาปาซิเตอร์สามารถลดค่า THD ได้หรือไม่?

ได้เฉพาะเมื่อมีการออกแบบมาเป็นส่วนหนึ่งของระบบกรองฮาร์มอนิกหรือระบบชดเชยกำลังไฟฟ้าแบบดีจูน (detuned compensation) เท่านั้น ธนาคารคาปาซิเตอร์แบบมาตรฐานอาจไม่สามารถลดค่า THD ได้ และอาจทำให้เกิดการบิดเบือนของสัญญาณเพิ่มขึ้นหากเกิดการเรโซแนนซ์กับค่าความเหนี่ยวนำในระบบ.

SPD ทำหน้าที่กรองฮาร์มอนิกหรือไม่

ไม่ SPD มีไว้สำหรับจัดการกับแรงดันเกินชั่วขณะ ส่วนฮาร์มอนิกเป็นองค์ประกอบของรูปคลื่นแบบสภาวะคงตัวหรือที่เกิดขึ้นซ้ำๆ ซึ่งต้องอาศัยการลดที่แหล่งกำเนิด รีแอคเตอร์ ตัวกรองฮาร์มอนิก หรือมาตรการด้านคุณภาพไฟฟ้าอื่นๆ.

ควรทำการวัดตามมาตรฐาน IEEE 519 ที่จุดใด

IEEE 519 กำหนดเป้าหมายความเพี้ยนในสภาวะคงตัวไว้ที่จุดร่วมการต่อเชื่อม (PCC) ของผู้ใช้ โดยจะต้องระบุตำแหน่ง PCC ที่แท้จริงจากรูปแบบการบริการและโครงการ ไม่ใช่สมมติให้เป็นทุกขั้วต่อของอุปกรณ์.

ต้องใช้เครื่องมือชนิดใดในการวัด THD

ให้ใช้เครื่องวิเคราะห์คุณภาพไฟฟ้าที่เหมาะสมกับวัตถุประสงค์ของการประเมิน และสามารถบันทึกแรงดันไฟฟ้าสามเฟส กระแสไฟฟ้า สเปกตรัมฮาร์มอนิก THD และ TDD ได้เมื่อจำเป็น สำหรับมัลติมิเตอร์แบบ true-RMS นั้นมีประโยชน์ในการหาค่า RMS ที่แม่นยำบนรูปคลื่นที่ผิดเพี้ยน แต่โดยทั่วไปจะไม่สามารถทำการวิเคราะห์ฮาร์มอนิกได้อย่างสมบูรณ์.

สรุป

การประเมินฮาร์มอนิกไม่ใช่การค้นหาตัวเลข THD ที่ยอมรับได้เพียงค่าเดียว แต่เป็นการตรวจสอบองค์ประกอบของรูปคลื่น ตำแหน่งการวัด ความแข็งแกร่งของระบบ พฤติกรรมของโหลด และการทำงานร่วมกันของอุปกรณ์อย่างเป็นระบบ.

เริ่มต้นด้วยการแยกแยะระหว่าง THDv, THDi และ TDD ให้ทำการวัดที่ขอบเขตที่ถูกต้องภายใต้สภาวะการทำงานที่เป็นตัวแทนของระบบ เก็บข้อมูลสเปกตรัมฮาร์มอนิกแต่ละลำดับ และติดตามลำดับความถี่หลักไปยังแหล่งกำเนิด จากนั้นจึงเลือกวิธีการลดทอนที่สอดคล้องกับเครือข่าย ได้แก่ รีแอคเตอร์สำหรับเพิ่มอิมพีแดนซ์และทำให้เรียบขึ้น, ตัวกรองแบบพาสซีฟสำหรับสเปกตรัมที่คาดการณ์ได้, ตัวกรองแบบแอคทีฟสำหรับโหลดที่เปลี่ยนแปลง หรือใช้อุปกรณ์ชนิดฮาร์มอนิกต่ำเมื่อการลดที่แหล่งกำเนิดเป็นทางเลือกที่ดีกว่าสำหรับระบบไฟฟ้า.

สำหรับผู้ประกอบตู้ไฟฟ้าและ OEM ข้อมูลจำเพาะที่สำคัญที่สุดไม่ใช่เพียงแค่ “ค่า THD ต่ำ” เท่านั้น แต่เป็นข้อกำหนดด้านประสิทธิภาพที่ชัดเจนซึ่งผูกติดอยู่กับจุดเชื่อมต่อร่วม (PCC) หรือขั้วต่อของอุปกรณ์ ช่วงโหลดขณะปฏิบัติงาน มาตรฐานที่เกี่ยวข้อง วิธีการวัด และขั้นตอนการตรวจสอบ.

เอกสารอ้างอิง

• IEEE 519-2022: มาตรฐานสำหรับการควบคุมฮาร์มอนิกในระบบไฟฟ้ากำลัง
• IEC 61000-4-7: การวัดและการตรวจวัดฮาร์มอนิกและอินเตอร์ฮาร์มอนิก
• IEC 61000-4-30:2025: วิธีการวัดคุณภาพไฟฟ้า
• IEC 61000-2-4:2024: ระดับความเข้ากันได้ในระบบจ่ายไฟฟ้าเชิงอุตสาหกรรม
• Schneider Electric: ข้อพิจารณาด้านคุณภาพไฟฟ้า
• ABB Technical Guide No. 6: คู่มือเกี่ยวกับฮาร์มอนิกสำหรับไดรฟ์ AC
• Fluke: การแก้ไขปัญหาฮาร์มอนิกในระบบไฟฟ้า