เนื่องจากระบบไฟฟ้าสมัยใหม่ต้องพึ่งพาโหลดแบบไม่เชิงเส้นมากขึ้น ความเพี้ยนฮาร์มอนิกรวมในกระแส (THDi) จึงกลายเป็นปัจจัยสำคัญในการรับประกันคุณภาพไฟฟ้าและอายุการใช้งานของอุปกรณ์ ในบทความนี้ เราจะมาสำรวจว่า THDi คืออะไร สาเหตุ ผลกระทบต่ออุปกรณ์ และวิธีการลดทอนโดยใช้เทคนิคการกรองฮาร์มอนิกขั้นสูง

1. THDi คืออะไร?

THDi ย่อมาจาก Total Harmonic Current Distortion (ความเพี้ยนของกระแสฮาร์มอนิกรวม) ใช้เพื่อวัดระดับความเพี้ยนของรูปคลื่นกระแสไฟฟ้าภายในระบบไฟฟ้า ซึ่งแสดงถึงอัตราส่วนของกระแสฮาร์มอนิกรวมต่อกระแสพื้นฐาน โดยทั่วไปจะแสดงเป็นเปอร์เซ็นต์

ตามมาตรฐานแห่งชาติ GB/T 14549-93:

กริดสาธารณะ: THDi < 5%

กริดแรงดันสูง (>10kV): THDi < 4%

ระบบอุตสาหกรรม: THDi < 5%

ระบบที่อยู่อาศัย: THDi < 3%

ระบบระดับไฮเอนด์ (เช่น การจัดเก็บพลังงาน): THDi อาจน้อยกว่า 3%

2. แหล่งกำเนิดหลักของความเพี้ยนฮาร์มอนิก THDi ส่วนใหญ่เกิดจากโหลดแบบไม่เชิงเส้น ซึ่งเป็นอุปกรณ์ที่ความสัมพันธ์ระหว่างแรงดันไฟฟ้ากับกระแสไฟฟ้าไม่เป็นไปตามกฎของโอห์ม อุปกรณ์เหล่านี้ดึงกระแสไฟฟ้าที่ไม่ใช่ไซน์ แม้ภายใต้แรงดันไฟฟ้าแบบไซน์ ทำให้เกิดฮาร์มอนิกที่ความถี่พื้นฐานทวีคูณ

ตัวอย่างที่สำคัญ ได้แก่:

อุปกรณ์สวิตชิ่งเซมิคอนดักเตอร์ (ไดโอด ไทริสเตอร์ IGBT): ทำให้เกิดคลื่นพัลส์หรือถูกตัด ส่งผลให้เกิดฮาร์โมนิกลำดับสูง

เครื่องชาร์จอุตสาหกรรมพร้อมการแก้ไข :วงจรเรียงกระแส 6 พัลส์สร้าง THDi >30% โดยมีฮาร์มอนิกที่ 5, 7, 11 และ 13 วงจรเรียงกระแส 12 พัลส์ลด THDi ลงเหลือ 8–10% แต่ยังคงต้องมีการกรอง

3. ผลกระทบของ THDi สูงต่ออุปกรณ์

1. หม้อแปลงร้อนเกินไปและลดพิกัด กระแสฮาร์มอนิกจะเพิ่มการสูญเสียกระแสเอ็ดดี้ ทองแดง และกระแสจรในหม้อแปลง ผลกระทบจากผิวจะรุนแรงขึ้น ส่งผลให้อุณหภูมิสูงขึ้นและต้องลดระดับ (โดยทั่วไป 15–20%) ความร้อนสูงเกินไปในระยะยาวนำไปสู่การเสื่อมสภาพของฉนวนและอายุการใช้งานที่ลดลง

2. ความเสี่ยงจากการสั่นพ้องของตัวเก็บประจุและการระเบิด ตัวเก็บประจุมีรีแอคแตนซ์ที่ขึ้นอยู่กับความถี่ ฮาร์มอนิกลำดับสูง (เช่น ฮาร์มอนิกลำดับที่ 11) สามารถทำให้เกิดการสั่นพ้องและกระแสกระชากได้ ข้อมูลในโลกแห่งความเป็นจริงแสดงให้เห็นว่ากระแสฮาร์มอนิกพุ่งสูงจาก 1.3% ถึง 39% ซึ่งนำไปสู่แรงดันเกินของตัวเก็บประจุและอาจเกิดการระเบิดได้

3. การเสื่อมสภาพของฉนวนสายเคเบิล ฮาร์มอนิกส์เพิ่มความเข้มข้นของเอฟเฟกต์ผิวและความร้อนของสายเคเบิลสองเท่า ฮาร์มอนิกส์ที่สามที่ซ้อนทับกันในระบบที่ไม่สมดุลจะเพิ่มกระแสในสายกลางให้สูงขึ้นถึง 3 เท่าของกระแสเฟส ส่งผลให้มีความเสี่ยงต่อการเกิดการคายประจุ ไฟฟ้าลัดวงจร และไฟไหม้มากขึ้น

4. ความผิดเพี้ยนของแรงดันไฟฟ้าและความผิดปกติของอุปกรณ์ เมื่อ THDi เกิน 15% ความเพี้ยนของแรงดันไฟฟ้า (THDu) จะเพิ่มขึ้น ส่งผลต่อระบบควบคุมความแม่นยำและอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่ละเอียดอ่อน

4. มาตรการบรรเทาฮาร์มอนิกที่มีประสิทธิภาพ

1. อัพเกรดเป็น วงจรเรียงกระแส 12 พัลส์ การเปลี่ยนวงจรเรียงกระแส 6 พัลส์จะช่วยลด THDi จาก 30–40% เหลือ 8–12%

2. การแก้ไขค่ากำลังไฟฟ้า (PFC) วงจร PFC เชิงแอ็คทีฟในเครื่องชาร์จและแหล่งจ่ายไฟสามารถระงับฮาร์มอนิกที่ 5 และ 7 ได้ ทำให้ THDi น้อยกว่า 5%

3. ตัวกรองพลังงานแอคทีฟ (APF) APF ตรวจจับฮาร์มอนิกแบบเรียลไทม์และจ่ายกระแสชดเชย ด้วยประสิทธิภาพการปราบปราม 95% ที่เวลาตอบสนอง <5 มิลลิวินาที จึงครอบคลุมฮาร์มอนิกลำดับที่ 2 ถึง 50 เมื่อใช้ร่วมกับฟิลเตอร์ LC แบบพาสซีฟ จะสามารถกำจัดฮาร์มอนิกลำดับที่ 11 และ 13 ได้อย่างมีประสิทธิภาพ ซึ่งเหมาะอย่างยิ่งสำหรับการป้องกันด้านหม้อแปลง

5. สถานการณ์การใช้งานจริง

โซลูชันการกรองฮาร์มอนิกของเรา เมื่อปรับใช้กับเครื่องชาร์จอุตสาหกรรม EverExceed จะช่วยปรับปรุงคุณภาพไฟฟ้าในโครงสร้างพื้นฐานที่สำคัญได้อย่างมีนัยสำคัญ:

ศูนย์กลางการขนส่ง (สถานีรถไฟความเร็วสูงและรถไฟใต้ดิน)

สิ่งอำนวยความสะดวกและสถานีไฟฟ้าย่อยของเทศบาล

ระบบไฟส่องสว่างโรงไฟฟ้าและสถานีสับเปลี่ยน

ในการใช้งานเหล่านี้ อัตราการรับรองแรงดันไฟฟ้าเพิ่มขึ้นจาก 75% เป็น 99% และความเสียหายของส่วนประกอบอันเนื่องมาจากความไม่เสถียรของแรงดันไฟฟ้าลดลง 90%

บทสรุป: เหตุใดการจัดการ THDi จึงมีความสำคัญ THDi เป็นมากกว่าพารามิเตอร์ทางเทคนิค แต่เป็นตัวบ่งชี้ที่สำคัญของสุขภาพระบบไฟฟ้า การลดฮาร์มอนิกเชิงรุกช่วยปกป้องอุปกรณ์ของคุณ ปรับปรุงประสิทธิภาพ และรับประกันเสถียรภาพในการทำงาน

EverExceed นำเสนอโซลูชันการกรองฮาร์มอนิกขั้นสูงที่ออกแบบมาเพื่อการใช้งานในภาคอุตสาหกรรมโดยเฉพาะ ติดต่อเราวันนี้เพื่อเรียนรู้ว่าเราสามารถช่วยเพิ่มประสิทธิภาพระบบไฟฟ้าของคุณในด้านประสิทธิภาพ ความปลอดภัย และความน่าเชื่อถือได้อย่างไร