ปัญหาไฟกระพริบ (Voltage Flicker) และความผันผวนแรงดันจากตู้เชื่อมและเตาหลอมไฟฟ้า

1. ไฟกระพริบและความผันผวนแรงดัน: จากตู้เชื่อมถึงเตาหลอม

ไฟกระพริบ (Voltage Flicker) เกิดจากโหลดที่ดึงกระแสเปลี่ยนแปลงอย่างรวดเร็วซ้ำ ๆ ทำให้แรงดันในระบบแกว่งตัวเป็นจังหวะ แม้ขนาดการแกว่งจะเล็กเพียงไม่กี่เปอร์เซ็นต์ แต่หากความถี่การแกว่งอยู่ในย่านประมาณ 1-25 เฮิรตซ์ ดวงตามนุษย์จะไวต่อการเปลี่ยนความสว่างของแสงไฟเป็นพิเศษ ก่อความรำคาญและความล้าของสายตาผู้ปฏิบัติงาน แหล่งกำเนิดคลาสสิกคือเตาหลอมอาร์กไฟฟ้า (Electric Arc Furnace) ซึ่งกระแสอาร์กแกว่งรุนแรงตลอดช่วงหลอมเศษเหล็ก รองลงมาคือเครื่องเชื่อมความต้านทานแบบจุด เครื่องเชื่อมอาร์ก และมอเตอร์ที่สตาร์ตบ่อย

นอกเหนือจากความรำคาญทางสายตา ความผันผวนแรงดันอย่างรวดเร็ว (Rapid Voltage Change / RVC) ยังกระทบอุปกรณ์อื่นในระบบเดียวกัน เช่น ทำให้แรงบิดมอเตอร์สั่น อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ทำงานคลาดเคลื่อน และหากโรงงานตั้งอยู่บนสายป้อนร่วมกับผู้ใช้ไฟรายอื่น ปัญหาอาจลุกลามเป็นข้อร้องเรียนต่อการไฟฟ้า ซึ่งสามารถตรวจย้อนหาแหล่งกำเนิดได้จากลายเซ็นการแกว่งของแรงดัน ผู้ประกอบการจึงควรจัดการปัญหาที่ต้นทางก่อนถูกบังคับด้วยเงื่อนไขการเชื่อมต่อ

2. ดัชนี Pst / Plt และมาตรฐานการประเมิน

การวัดไฟกระพริบใช้เครื่องวัดฟลิกเกอร์ตามมาตรฐาน IEC 61000-4-15 ซึ่งจำลองการตอบสนองของหลอดไฟและการรับรู้ของสายตามนุษย์ ออกมาเป็นดัชนีความรุนแรงระยะสั้น Pst (คำนวณทุก 10 นาที) และระยะยาว Plt (เฉลี่ยจาก Pst 12 ค่า ครอบคลุม 2 ชั่วโมง) ค่า Pst เท่ากับ 1.0 คือระดับที่ผู้สังเกตส่วนใหญ่เริ่มรู้สึกรำคาญ มาตรฐาน EN 50160 ใช้ Plt เป็นเกณฑ์ประเมินคุณภาพแรงดันของระบบจำหน่าย

ด้านการปล่อยฟลิกเกอร์ของอุปกรณ์ อนุกรม IEC 61000-3 กำหนดขีดจำกัดสำหรับอุปกรณ์ที่ต่อกับระบบแรงต่ำ ส่วนโหลดอุตสาหกรรมขนาดใหญ่ที่เชื่อมต่อระบบแรงกลางและแรงสูง นิยมประเมินด้วยแนวทางการจัดสรรโควตาฟลิกเกอร์ตามกำลังลัดวงจร ณ จุดเชื่อมต่อ หลักการโดยรวมคือยิ่งระบบต้นทางแข็งแรง (กำลังลัดวงจรสูง) ผลกระทบจากโหลดผันผวนยิ่งต่ำ การประเมินก่อนติดตั้งเตาหลอมหรือเครื่องเชื่อมขนาดใหญ่จึงต้องใช้ข้อมูลกำลังลัดวงจรจากการไฟฟ้าประกอบเสมอ

• IEC 61000-4-15 — เครื่องวัดฟลิกเกอร์และดัชนี Pst / Plt
• Pst = 1.0 คือเกณฑ์ที่คนส่วนใหญ่เริ่มรู้สึกรำคาญ
• EN 50160 — ใช้ Plt ประเมินคุณภาพแรงดันระบบจำหน่าย
• ต้องใช้ข้อมูลกำลังลัดวงจรที่จุดเชื่อมต่อประกอบการประเมิน

3. การตรวจวัดหาแหล่งกำเนิดและวิเคราะห์ความรุนแรง

การวิเคราะห์เริ่มจากติดตั้งเครื่องวิเคราะห์คุณภาพไฟฟ้าที่รองรับการวัดฟลิกเกอร์ตาม IEC 61000-4-15 ที่จุดต่อร่วมและที่วงจรป้อนโหลดต้องสงสัยพร้อมกัน บันทึกต่อเนื่องอย่างน้อยหนึ่งสัปดาห์ให้ครอบคลุมทุกกะการผลิต จากนั้นเทียบช่วงเวลาที่ค่า Pst พุ่งสูงกับตารางเดินเครื่องของเตาหลอม เครื่องเชื่อม หรือเครื่องจักรอื่น หากเวลาตรงกันจะระบุแหล่งกำเนิดได้อย่างมั่นใจ พร้อมทั้งวัดขนาดการเปลี่ยนแปลงกระแส (ΔI) และคำนวณการเปลี่ยนแปลงแรงดัน (ΔV) ผ่านอิมพีแดนซ์ระบบ

สำหรับโครงการติดตั้งโหลดผันผวนใหม่ ควรวิเคราะห์เชิงคาดการณ์ก่อนติดตั้งโดยใช้ข้อมูลลักษณะโหลดจากผู้ผลิตเครื่องจักรร่วมกับกำลังลัดวงจรที่จุดเชื่อมต่อ เพื่อประมาณค่า Pst ที่จะเกิดขึ้น หากผลคาดการณ์เกินเกณฑ์จะได้วางแผนอุปกรณ์ชดเชยตั้งแต่ต้น ซึ่งประหยัดกว่าการแก้ปัญหาหลังเครื่องจักรเข้าระบบแล้วอย่างมาก และหลีกเลี่ยงความขัดแย้งกับผู้ใช้ไฟข้างเคียงตั้งแต่แรก

4. เทคโนโลยีลดฟลิกเกอร์และแนวทางเชิงปฏิบัติ

อุปกรณ์ชดเชยหลักสำหรับโหลดผันผวนรุนแรงคือ Static Var Compensator (SVC) และ STATCOM ซึ่งจ่ายกำลังรีแอกทีฟเปลี่ยนแปลงเร็วตามจังหวะโหลด โดย STATCOM ที่ใช้อิเล็กทรอนิกส์กำลังสมัยใหม่ตอบสนองเร็วกว่าและลดฟลิกเกอร์ได้ดีกว่าในย่านความถี่ที่ตารับรู้ สำหรับเตาหลอมอาร์ก การติดตั้งรีแอกเตอร์อนุกรมช่วยทำให้อาร์กเสถียรขึ้นและลดการแกว่งของกระแสได้อีกทางหนึ่ง

มาตรการที่ไม่ต้องลงทุนอุปกรณ์ใหญ่ก็มีผลเช่นกัน ได้แก่ การแยกโหลดผันผวนไปอยู่บนหม้อแปลงหรือสายป้อนเฉพาะไม่ปะปนกับแสงสว่างและโหลดสำนักงาน, การขอเชื่อมต่อที่ระดับแรงดันสูงขึ้นซึ่งมีกำลังลัดวงจรมากกว่า, การปรับตารางเดินเครื่องเชื่อมหลายเครื่องไม่ให้จังหวะตรงกัน และการเปลี่ยนหลอดแสงสว่างเป็นชนิดที่ไวต่อฟลิกเกอร์น้อยลง วิศวกรควรจัดลำดับมาตรการจากต้นทุนต่ำไปสูง โดยใช้ผลตรวจวัดเป็นตัวตัดสินว่าระดับใดเพียงพอ

• STATCOM / SVC สำหรับชดเชยกำลังรีแอกทีฟความเร็วสูง
• รีแอกเตอร์อนุกรมช่วยให้อาร์กของเตาหลอมเสถียรขึ้น
• แยกโหลดผันผวนออกจากวงจรแสงสว่างและสำนักงาน
• จัดตารางเครื่องเชื่อมหลายเครื่องไม่ให้ทำงานพร้อมกัน