การแก้ปัญหาแรงดันไฟฟ้าตกชั่วขณะ (Voltage Sag) ด้วยเครื่อง DVR สำหรับสายการผลิตไวสัมผัส

1. แรงดันตกชั่วขณะ: ภัยเงียบของสายการผลิตอัตโนมัติ

แรงดันตกชั่วขณะ (Voltage Sag) คือการที่แรงดันไฟฟ้าลดลงต่ำกว่าค่าปกติในช่วงเวลาสั้น ๆ ตั้งแต่ครึ่งไซเคิลจนถึงไม่กี่วินาที สาเหตุส่วนใหญ่มาจากความผิดพร่องในระบบส่งหรือจำหน่ายของการไฟฟ้า เช่น ฟ้าผ่า กิ่งไม้พาดสาย หรือการสตาร์ตมอเตอร์ขนาดใหญ่ในบริเวณใกล้เคียง แม้เหตุการณ์จะสั้นมาก แต่ก็เพียงพอที่จะทำให้คอนแทกเตอร์ปลดวงจร PLC รีเซ็ต หรือไดรฟ์ควบคุมมอเตอร์หยุดทำงานด้วยฟังก์ชันป้องกันแรงดันต่ำ

สำหรับอุตสาหกรรมที่กระบวนการผลิตต่อเนื่อง เช่น เซมิคอนดักเตอร์ ฟิล์มพลาสติก เส้นใยสังเคราะห์ หรือการขึ้นรูปแม่นยำ การหยุดสายการผลิตแม้เพียงไม่กี่วินาทีอาจทำให้ต้องทิ้งวัตถุดิบทั้งชุดและใช้เวลาหลายชั่วโมงกว่าจะกลับสู่สภาวะปกติ เครื่องกู้คืนแรงดันพลวัต (Dynamic Voltage Restorer / DVR) จึงเป็นอุปกรณ์ที่ออกแบบมาเพื่อชดเชยแรงดันที่หายไปแบบทันทีทันใด ก่อนที่โหลดไวสัมผัสจะรับรู้ถึงความผิดปกติ

2. การจำแนกความรุนแรงของ Sag ตามมาตรฐาน

มาตรฐาน IEC 61000-4-30 กำหนดวิธีตรวจวัดและนิยามเหตุการณ์แรงดันตกชั่วขณะ โดยระบุค่าความลึก (Residual Voltage) และระยะเวลา (Duration) ของแต่ละเหตุการณ์ ส่วนความทนทานของอุปกรณ์ต่อ Sag นิยมประเมินด้วยกราฟ ITIC Curve และมาตรฐาน SEMI F47 ซึ่งใช้แพร่หลายในอุตสาหกรรมเซมิคอนดักเตอร์ กราฟเหล่านี้บอกว่าอุปกรณ์ควรทำงานต่อได้เมื่อแรงดันตกถึงระดับใดเป็นเวลานานเท่าใด

ในระดับโครงข่าย มาตรฐาน EN 50160 อธิบายลักษณะแรงดันที่ผู้ใช้ไฟพึงคาดหวังจากระบบจำหน่ายสาธารณะ รวมถึงข้อเท็จจริงว่า Sag เป็นปรากฏการณ์ที่เกิดขึ้นได้ตามธรรมชาติของโครงข่าย ผู้ใช้ไฟที่มีโหลดไวสัมผัสจึงมีหน้าที่เสริมภูมิคุ้มกันฝั่งตนเอง การเก็บสถิติเหตุการณ์จริงในโรงงานเทียบกับกราฟความทนทานของอุปกรณ์ คือพื้นฐานของการตัดสินใจลงทุนอุปกรณ์ชดเชยอย่างมีเหตุผล

• IEC 61000-4-30 — วิธีตรวจวัดและนิยามเหตุการณ์ Sag/Swell
• ITIC Curve — กราฟความทนทานของอุปกรณ์ไอทีต่อแรงดันผิดปกติ
• SEMI F47 — ข้อกำหนดความทนต่อ Sag ของเครื่องจักรเซมิคอนดักเตอร์
• EN 50160 — ลักษณะแรงดันของระบบจำหน่ายสาธารณะ

3. หลักการทำงานและการเลือกขนาด DVR

DVR ต่ออนุกรมระหว่างแหล่งจ่ายกับโหลดผ่านหม้อแปลงฉีดแรงดัน (Injection Transformer) เมื่อระบบตรวจพบแรงดันตก อินเวอร์เตอร์จะดึงพลังงานจากตัวเก็บประจุหรือชุดกักเก็บพลังงานภายใน มาสังเคราะห์แรงดันส่วนที่ขาดแล้วฉีดเสริมเข้าไปแบบทันที โดยทั่วไปเวลาตอบสนองอยู่ในระดับต่ำกว่าหนึ่งในสี่ไซเคิล ทำให้โหลดปลายทางได้รับแรงดันใกล้เคียงปกติตลอดเหตุการณ์

การเลือกขนาด DVR พิจารณาจากสามปัจจัยหลัก ได้แก่ กำลังไฟฟ้าของโหลดที่ต้องปกป้อง ความลึกของ Sag ที่ต้องการชดเชย (เช่น ชดเชยได้ถึงแรงดันเหลือร้อยละ 50) และระยะเวลาชดเชยสูงสุดซึ่งขึ้นกับขนาดชุดกักเก็บพลังงาน ข้อมูลสถิติเหตุการณ์จริงจากการตรวจวัดต่อเนื่องหลายเดือนจะช่วยให้เลือกสเปกได้พอดีกับความเสี่ยงจริงของพื้นที่ ไม่จ่ายเผื่อเกินความจำเป็น

4. เปรียบเทียบทางเลือกและข้อควรระวังในการใช้งาน

DVR ไม่ใช่คำตอบเดียวของปัญหา Sag ทางเลือกอื่นได้แก่ UPS แบบ Online ซึ่งป้องกันได้ทั้งไฟดับสนิทแต่มีการสูญเสียพลังงานต่อเนื่อง, ชุดจ่ายไฟคอนแทกเตอร์แบบ Ride-through สำหรับวงจรควบคุม และการปรับตั้งค่าไดรฟ์ให้ทน Sag ได้ดีขึ้น (เช่น เปิดฟังก์ชัน Kinetic Buffering) การเลือกใช้ควรพิจารณาจากขอบเขตโหลดที่ต้องปกป้อง หากปกป้องเฉพาะวงจรควบคุมอาจใช้วิธีต้นทุนต่ำ แต่หากต้องปกป้องทั้งสายการผลิต DVR หรือ UPS ขนาดใหญ่จึงคุ้มค่า

ข้อควรระวังของ DVR คือเป็นอุปกรณ์ต่ออนุกรม จึงต้องออกแบบบายพาส (Bypass) ที่เชื่อถือได้ เผื่อกรณีอุปกรณ์ขัดข้องจะได้ไม่กลายเป็นจุดตัดวงจรของโหลดเสียเอง รวมถึงต้องประสานการทำงานกับระบบป้องกันกระแสเกินปลายทาง และทดสอบสถานการณ์จริงระหว่าง Commissioning เช่น จำลอง Sag ด้วยชุดทดสอบ เพื่อยืนยันว่าเวลาตอบสนองและความลึกการชดเชยเป็นไปตามที่ออกแบบ

• เทียบทางเลือก: DVR, Online UPS, Ride-through Supply, ปรับตั้งไดรฟ์
• ออกแบบวงจรบายพาสที่เชื่อถือได้สำหรับอุปกรณ์ต่ออนุกรม
• ประสานการทำงานกับระบบป้องกันกระแสเกินปลายทาง
• ทดสอบจำลอง Sag จริงระหว่าง Commissioning