ในสถานีไฟฟ้าสมัยใหม่ การออกแบบระบบไฟฟ้าที่แม่นยำต้องอาศัยความเข้าใจที่ชัดเจนเกี่ยวกับโหลดชั่วขณะ (ชั่วคราว) และผลกระทบต่อขนาดของอุปกรณ์ โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับเครื่องชาร์จแบตเตอรี่ในระบบ DC บทความนี้จะอธิบายแนวคิดของโหลดชั่วขณะ ผลกระทบที่อาจเกิดขึ้น และวิธีการคำนวณความจุของเครื่องชาร์จอย่างถูกต้องภายใต้เงื่อนไขดังกล่าว

1. โหลดทันที (ชั่วคราว) คืออะไร?

โหลดชั่วคราวหมายถึงเหตุการณ์ที่มีความต้องการพลังงานสูงในระยะเวลาสั้นๆ ซึ่งโดยทั่วไปจะกินเวลาตั้งแต่ไม่กี่มิลลิวินาทีไปจนถึงหลายวินาที โหลดเหล่านี้มีลักษณะเฉพาะดังนี้:

(1) กระแสหรือกำลังไฟฟ้าแอมพลิจูดสูง

(2)ระยะเวลาสั้น

(3) จังหวะเวลาไม่แน่นอน

ตัวอย่างทั่วไป:

กระแสไฟกระชากระหว่างการสตาร์ทมอเตอร์หรือจ่ายไฟให้หม้อแปลง (สูงสุด 5–10 เท่าของกระแสไฟที่กำหนด)

การสลับไฟกระชากจากเครื่องเชื่อมหรืออุปกรณ์เหนี่ยวนำความถี่สูง

เหตุการณ์ผิดพลาด เช่น ฟ้าผ่าหรือไฟฟ้าลัดวงจร ทำให้เกิดโหลดกระชากระยะสั้นแต่รุนแรง

2. เหตุใดโหลดชั่วคราวจึงมีความสำคัญ?

(ก) ผลกระทบต่ออุปกรณ์ไฟฟ้า

ส่วนประกอบไฟฟ้า เช่น เบรกเกอร์ หม้อแปลง และสายเคเบิล จะต้องได้รับการจัดอันดับให้รองรับ:

ทนกระแสสูงสุด

ความเครียดจากความร้อนระหว่างเกิดไฟกระชาก:
การไม่ทำเช่นนั้นอาจส่งผลให้ฉนวนเสียหาย เกิดความร้อนสูงเกินไป หรืออุปกรณ์เสียหายได้

(b) ความท้าทายสำหรับอุปกรณ์ป้องกัน

รีเลย์ป้องกันอาจตีความโหลดชั่วคราวเป็นเงื่อนไขความผิดพลาดอย่างไม่ถูกต้อง ซึ่งเป็นสิ่งสำคัญ:

ตั้งค่าเกณฑ์การป้องกันที่เหมาะสม

แยกแยะระหว่างการเปลี่ยนแปลงชั่วขณะปกติและความผิดพลาดที่เกิดขึ้นจริง

3. วิธีการคำนวณความจุของเครื่องชาร์จ (ระบบ DC ของสถานีย่อย)

สถานการณ์:

เครื่องชาร์จจะจ่ายไฟให้กับระบบ DC ที่รองรับแบตเตอรี่ การป้องกันการควบคุม และโหลดฉุกเฉิน ขนาดที่เหมาะสมจะต้องคำนึงถึง:

ความต้องการการชาร์จแบตเตอรี่

โหลด DC แบบคงที่

โหลดศักย์ชั่วคราว (ทันที)

4. การคำนวณแบบทีละขั้นตอน

(ก) กำหนดกระแสการชาร์จ

สำหรับแบตเตอรี่ลิเธียมหรือตะกั่ว-กรด การชาร์จกระแสคงที่โดยทั่วไปจะอยู่ที่ 0.1C–0.2C โดยที่ C คือความจุที่กำหนด (Ah)

ตัวอย่าง:
ความจุแบตเตอรี่ = 200Ah
กระแสชาร์จ = 0.1C = 20A

(b) คำนวณกำลังการชาร์จ

แรงดันไฟในการชาร์จ = 2.35V/เซลล์ × 110 เซลล์ = 258.5V
กำลังชาร์จ = 20A × 258.5V = 5.17kW

(c) เพิ่มโหลดอื่น ๆ

โหลดสถานะคงที่ เช่น อุปกรณ์ควบคุม/ป้องกัน ≈ 1 กิโลวัตต์

โหลดชั่วคราว เช่น เบรกเกอร์ปิด ≈ 3kW (ระยะเวลาสั้น)

(ง) คำนึงถึงประสิทธิภาพและความปลอดภัย

ประสิทธิภาพเครื่องชาร์จ (η): โดยทั่วไป 85%

ปัจจัยมาร์จิ้น: โดยทั่วไปอยู่ที่ 20–30%

5. สูตรสุดท้าย

พี _{เครื่องชาร์จ} =พี _{การชาร์จไฟ} +พี _{โหลดปกติ} +พี _{โหลดชั่วคราว /} η ×(1+ระยะขอบ)

6. ตัวอย่างการคำนวณ

กรณี A: การชาร์จและโหลดชั่วคราวไม่ทับซ้อนกัน

กำลังชาร์จ = 5.2kW

โหลดปกติ = 1kW

โหลดชั่วคราว = ไม่รวม

P=(5.2+1)×1.2/0.85≈8.75 kW⇒เลือกเครื่องชาร์จ 10kW

กรณี B: การชาร์จและโหลดชั่วคราวเกิดขึ้นพร้อมกัน (สถานการณ์ที่เลวร้ายที่สุด)

โหลดชั่วคราว = รวม 3kW

P=(5.2+1+3)×1.2/0.85≈13.06 kW⇒เลือกเครื่องชาร์จ 15kW

บทสรุป

การออกแบบเพื่อรองรับสภาวะโหลดชั่วคราวถือเป็นสิ่งสำคัญในการรับรองความน่าเชื่อถือของสถานีไฟฟ้า การประเมินความต้องการสูงสุดต่ำเกินไปอาจนำไปสู่ความล้มเหลวของอุปกรณ์และระบบหยุดทำงาน เมื่อคำนวณความจุของเครื่องชาร์จ ควรพิจารณาสิ่งต่อไปนี้เสมอ:

ข้อกำหนดการชาร์จแบตเตอรี่

การทับซ้อนของโหลดแบบคงที่และชั่วคราว

ประสิทธิภาพและอัตรากำไรด้านความปลอดภัย

ด้วยการพิจารณาดังกล่าว คุณสามารถมั่นใจได้ว่าระบบไฟ DC ของคุณทำงานได้อย่างปลอดภัย มีประสิทธิภาพ และเชื่อถือได้ แม้ในช่วงที่มีไฟกระชากชั่วขณะก็ตาม