บทที่ 03 — ไฟฟ้ากระแสสลับ AC

03.1 คลื่นไซน์และพารามิเตอร์ (Sine Wave Parameters)

แรงดันไฟฟ้ากระแสสลับในระบบไฟฟ้ากำลังมีรูปร่างเป็นคลื่นไซน์ เพราะเครื่องกำเนิดไฟฟ้าหมุนด้วยความเร็วคงที่ตัดผ่านสนามแม่เหล็กที่กระจายตัวเป็นรูปไซน์รอบตัวเครื่อง (รายละเอียด ดู ch06 และ ch30) รูปแบบทั่วไปเขียนได้เป็น \(v(t) = V_m\sin(\omega t + \phi)\) ซึ่งมี 3 พารามิเตอร์หลัก ได้แก่ ขนาดยอด \(V_m\) ความถี่เชิงมุม \(\omega\) และมุมเฟส \(\phi\)

โดย \(v(t)\) คือแรงดันขณะใดขณะหนึ่ง (V), \(V_m\) คือแรงดันยอด (V), \(\omega\) คือความถี่เชิงมุม (rad/s), \(f\) คือความถี่ (Hz), \(\phi\) คือมุมเฟส (rad หรือ °) และ \(T\) คือคาบ (s)

ระบบไทยที่ 50 Hz จะมีคาบ \(T = 1/50 = 20\) ms และความถี่เชิงมุม \(\omega = 2\pi \times 50 = 314.16\) rad/s — ตัวเลข 314 จะปรากฏซ้ำ ๆ ในทุกการคำนวณ AC ของระบบ 50 Hz จนควรจดจำไว้ หนึ่งรอบเต็มเทียบเท่า 360° หรือ 2π เรเดียน โดยครึ่งรอบแรกเป็นค่าบวก 10 ms และครึ่งรอบหลังเป็นค่าลบอีก 10 ms หมายความว่ากระแสไฟฟ้าสลับทิศทางถึง 100 ครั้งต่อวินาที

มุมเฟสบอกว่า "ใครนำใครตาม" ระหว่างคลื่นสองชุด เช่น แรงดันสองชุดที่ต่างเฟสกัน 30° ที่ความถี่ 50 Hz จะเหลื่อมเวลากันจริง ๆ เท่ากับ 30/360 × 20 ms = 1.67 ms ข้อควรรู้อีกอย่างคือความถี่ในระบบจริงไม่เคยนิ่งเป๊ะที่ 50.00 Hz เสียทีเดียว แต่จะแกว่งอยู่ในช่วงเล็ก ๆ ราว ±0.05 Hz ตลอดเวลาตามสมดุลของโหลด (ดู ch01, ch31)

1. Exhaust hood — ฝาครอบทางออกไอน้ำจากปลายกังหันแรงดันต่ำ (LP) ก่อนไอน้ำไหลลงสู่ condenser ด้านล่าง (ดู ch21)
2. High-pressure turbine (HP) — กังหันช่วงแรงดันสูงสุด รับไอน้ำจาก boiler โดยตรง เป็นจุดเริ่มต้นของสาย shaft ทั้งชุด (ดู ch19)
3. Intermediate-pressure turbine (IP) — กังหันช่วงกลาง รับไอน้ำที่ผ่าน reheat จาก boiler กลับมาแล้ว ต่อเนื่องจาก HP
4. Low-pressure turbine (LP) — กังหันช่วงแรงดันต่ำสุด ใบพัดยาวที่สุดในชุดเพราะไอน้ำขยายตัวมากแล้ว ก่อนถูกส่งเข้า condenser
5. Coupling — จุดต่อเพลาระหว่างกังหันแต่ละช่วงและเครื่องกำเนิดไฟฟ้า ทำให้ทุกชิ้นหมุนที่ความเร็วรอบเดียวกันสอดคล้องกันเป๊ะ (3,000 rpm ที่ 50 Hz)
6. Generator — เครื่องกำเนิดไฟฟ้าที่แปลงพลังงานกลจากเพลาหมุนให้เป็นไฟฟ้ากระแสสลับ 50 Hz — นี่คือจุดกำเนิดคลื่นไซน์ที่หัวข้อนี้กำลังอธิบาย (ดู ch30)
7. Steam inlet — ท่อไอน้ำแรงดันสูงจาก boiler ที่ไหลเข้าสู่ HP turbine เป็นจุดเริ่มต้นของการแปลงพลังงานความร้อนเป็นพลังงานกล
8. Steam chest — กล่องควบคุมไอน้ำที่มีวาล์วควบคุมปริมาณไอน้ำเข้ากังหัน ใช้ปรับโหลดของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าโดยตรง
9. Bearing pedestal — ฐานรองรับตลับลูกปืนที่รับน้ำหนักเพลาหมุนความเร็วสูงหลายตันตลอดความยาว shaft ต้องมีระบบหล่อลื่นและวัดความสั่นสะเทือนต่อเนื่อง
10. Excitation system — ระบบจ่ายกระแส field ให้ generator สร้างสนามแม่เหล็ก ควบคุมแรงดันขาออกของเครื่องกำเนิดไฟฟ้า (ดู ch30–31)
11. Foundation / bedplate — ฐานรากคอนกรีตขนาดใหญ่ที่รองรับน้ำหนักและแรงสั่นสะเทือนของเครื่องจักรทั้งชุด ต้องแยกอิสระจากโครงสร้างอาคารเพื่อกันการสั่นสะเทือนส่งผ่าน

03.2 RMS, Peak, Average (RMS vs Peak vs Average)

ค่า RMS (root-mean-square) นิยามผ่านความร้อนที่เกิดขึ้นจริง กล่าวคือเป็นค่า DC ที่จะให้ความร้อนในตัวต้านทานเท่ากับที่คลื่น AC นั้นให้จริง ด้วยนิยามนี้ค่า RMS จึงเป็นค่าที่ใช้คำนวณกำลังไฟฟ้าได้โดยตรง และเป็นค่าที่มิเตอร์วัดไฟฟ้าและป้ายพิกัดอุปกรณ์ทุกชนิดระบุไว้เสมอ

โดย \(V_{rms}\) คือค่ารากกำลังสองเฉลี่ย (V), \(V_m\) คือค่ายอด (V) และ \(V_{avg}\) คือค่าเฉลี่ยครึ่งคาบ (V) — สำหรับคลื่นไซน์แท้ \(V_{rms} = V_m/\sqrt{2} = 0.707V_m\) ดังนั้น "ไฟบ้าน 220 V" ที่คุ้นเคยจึงมีค่ายอดจริงสูงถึง 311 V ส่วนระบบ 380 V มีค่ายอดสูงถึง 537 V ซึ่งเป็นเหตุผลว่าทำไมฉนวนของอุปกรณ์ไฟฟ้าต้องออกแบบให้ทนแรงดันค่ายอดนี้ ไม่ใช่แค่ค่า RMS ที่อ่านได้จากมิเตอร์

ค่าเฉลี่ยครึ่งคาบคำนวณได้จาก \(V_{avg} = 2V_m/\pi = 0.637V_m\) (หากเฉลี่ยตลอดทั้งคาบของคลื่นไซน์แท้จะได้ศูนย์เพราะครึ่งบวกหักล้างครึ่งลบพอดี) อัตราส่วนที่ควรรู้จักคือ form factor (RMS/average) เท่ากับ 1.11 สำหรับไซน์แท้ และ crest factor (peak/RMS) เท่ากับ 1.414 หากค่าที่วัดได้เพี้ยนไปจากตัวเลขเหล่านี้ แสดงว่ารูปคลื่นผิดเพี้ยนไปจากไซน์แท้แล้ว (รายละเอียดเรื่อง harmonics ดู ch04)

มิเตอร์ราคาถูกบางรุ่นไม่ได้วัดค่า RMS จริง แต่วัดค่าเฉลี่ยแล้วคูณด้วย 1.11 เพื่อแปะป้ายว่าเป็นค่า RMS วิธีนี้จะอ่านค่าผิดทันทีเมื่อคลื่นมี harmonic ปนอยู่ งานด้าน power quality จึงต้องใช้มิเตอร์ประเภท "true RMS" เท่านั้น และพึงระลึกไว้เสมอว่าค่าแรงดัน/กระแสทุกตัวที่ปรากฏในหนังสือเล่มนี้และบนหน้าจอ DCS เป็นค่า RMS ทั้งสิ้น เว้นแต่จะระบุไว้เป็นอย่างอื่นชัดเจน

1. Display screen — จอแสดงผลของออสซิลโลสโคป แสดงรูปคลื่นตามเวลาจริง แกนนอนคือเวลา แกนตั้งคือแรงดัน ต่างจากมิเตอร์ทั่วไปที่โชว์แค่ตัวเลขเดียว ไม่เห็นรูปคลื่น
2. Waveform trace — เส้นคลื่นไซน์สีเหลืองที่ปรากฏบนจอ ในภาพนี้จอแสดงค่า Pk-Pk 2.00V และ RMS 707mV ซึ่งตรงกับความสัมพันธ์ \(V_{rms}=0.707V_m\) พอดี (peak = 1.00V, RMS = 0.707V) เป็นตัวอย่างจริงที่ยืนยันสูตรในหัวข้อนี้
3. Control panel — แผงควบคุมฟังก์ชันต่าง ๆ ของเครื่อง เช่น การวัด (Measure) การจับสัญญาณ (Acquire) และการตั้งค่า trigger
4. Function buttons — ปุ่มลัดเข้าถึงฟังก์ชันเฉพาะทาง เช่น การตั้งระดับ trigger ที่กำหนดจุดเริ่มจับภาพคลื่นแต่ละรอบให้นิ่งไม่กระพริบ
5. USB port — ช่องเสียบสำหรับบันทึกภาพหน้าจอหรือข้อมูลคลื่นออกไปวิเคราะห์ต่อ มีประโยชน์เวลาต้องเก็บหลักฐานความผิดปกติของรูปคลื่นไปเทียบภายหลัง
6. Probe inputs (channels) — ช่องรับสัญญาณจากสายโพรบ เครื่องนี้มี 2 ช่อง (CH1, CH2) ทำให้เทียบรูปคลื่น 2 จุดพร้อมกันได้ เช่น เทียบมุมเฟสระหว่างแรงดันกับกระแส
7. Probe cables — สายนำสัญญาณจากจุดวัดมาเข้าเครื่อง ต้องมีฉนวนดีและ compensate ค่าความจุของสายให้ถูกต้องก่อนใช้วัดละเอียด
8. Probe tip and ground clip — ปลายโพรบสำหรับแตะจุดวัด และคลิปสายดินที่ต้องหนีบกับจุดอ้างอิง 0V ของวงจรเสมอ ก่อนแตะปลายโพรบที่จุดวัดจริง

03.3 เฟเซอร์ (Phasor Representation)

Phasor คือลูกศรหมุนที่ถูก "หยุดถ่ายรูป" ไว้ ณ ขณะใดขณะหนึ่ง โดยความยาวของลูกศรแทนขนาด (นิยมใช้ค่า RMS) และมุมของลูกศรแทนเฟส วิธีนี้สามารถแทนคลื่นไซน์ที่ความถี่เดียวกันได้ครบถ้วนโดยไม่ต้องเขียนสมการเวลาให้ยุ่งยาก เขียนได้ทั้งแบบ polar เช่น \(220\angle 0°\) V หรือแบบ rectangular เช่น \(a+jb\) โดยใช้ \(j=\sqrt{-1}\) (วิศวกรไฟฟ้าใช้ตัว j แทน i เพื่อไม่ให้สับสนกับสัญลักษณ์กระแสไฟฟ้า)

โดย \(\bar{V}\) คือ phasor แรงดัน (V), \(V_{rms}\) คือขนาด (V), \(\phi\) คือมุมเฟส (°) และ \(j\) คือหน่วยจินตภาพ

คุณสมบัติสำคัญที่ต้องจำคือการคูณด้วย \(j\) มีผลเท่ากับการหมุนลูกศร 90° ทวนเข็มนาฬิกา ส่วนการหารด้วย \(j\) มีผลเท่ากับหมุน −90° นี่คือเหตุผลที่ inductor เขียนแทนด้วย \(jX_L\) และ capacitor เขียนแทนด้วย \(-jX_C\) ในสัญกรณ์เชิงซ้อน การบวกปริมาณ AC ต้องบวกแบบเวกเตอร์เสมอ ไม่ใช่บวกตัวเลขขนาดตรง ๆ เช่น \(100V\angle0° + 100V\angle120°\) จะได้ผลลัพธ์ \(100V\angle60°\) ไม่ใช่ 200 V ตามที่หลายคนเข้าใจผิด

การแปลงไปมาระหว่าง polar และ rectangular ทำได้ด้วย \(a = M\cos\theta\), \(b = M\sin\theta\) และย้อนกลับด้วย \(M = \sqrt{a^2+b^2}\), \(\theta = \tan^{-1}(b/a)\) แผนภาพ phasor คือภาษาหลักที่จะใช้ต่อเนื่องใน ch04–05 และใช้จริงตอน synchronize เครื่องกำเนิดไฟฟ้าเข้าระบบ (ดู ch31) โดย synchroscope ที่เห็นในห้องควบคุมก็คือการเทียบ phasor สองตัวไล่กันดี ๆ นั่นเอง

03.4 R, L, C ในวงจร AC (R, L, C Behavior in AC)

อุปกรณ์ไฟฟ้าพื้นฐานสามชนิดมีพฤติกรรมต่างกันมากเมื่อเจอไฟ AC ตัวต้านทาน (R) มีกระแสร่วมเฟสกับแรงดันพอดี (0°) และกินกำลังจริงเพียงอย่างเดียว ตัวเหนี่ยวนำ (L) มีกระแส "ตามหลัง" แรงดันอยู่ 90° (lagging) เพราะธรรมชาติของมันต้านการเปลี่ยนแปลงของกระแส โดยมี reactance \(X_L = 2\pi f L\) ที่เพิ่มขึ้นตามความถี่ — ที่ความถี่ศูนย์ (DC) ตัวเหนี่ยวนำจึงทำตัวเป็นแค่เส้นลวดธรรมดา ส่วนตัวเก็บประจุ (C) มีกระแส "นำหน้า" แรงดันอยู่ 90° (leading) โดยมี reactance \(X_C = 1/(2\pi f C)\) ที่ลดลงตามความถี่ — ที่ DC ตัวเก็บประจุจึงทำตัวเป็นวงจรเปิด

โดย \(X_L\) คือ inductive reactance (Ω), \(X_C\) คือ capacitive reactance (Ω), \(f\) คือความถี่ (Hz), \(L\) คือความเหนี่ยวนำ (H) และ \(C\) คือความจุไฟฟ้า (F) ตัวช่วยจำที่วิศวกรไฟฟ้าใช้กันทั่วโลกคือ "ELI the ICE man" — ใน L: ตัวอักษร E (แรงดัน) มาก่อน I (กระแส); ใน C: ตัวอักษร I มาก่อน E

ในทางฟิสิกส์ ตัวเหนี่ยวนำและตัวเก็บประจุไม่ได้กินกำลังจริงเลย แต่จะสลับพลังงานไปมากับแหล่งจ่ายทุกครึ่งรอบ โดยเก็บพลังงานไว้ชั่วคราวในรูปสนามแม่เหล็ก (L) หรือสนามไฟฟ้า (C) พฤติกรรมนี้เป็นที่มาของ "reactive power" ที่จะอธิบายละเอียดใน ch04 ในสถานการณ์จริงของโรงไฟฟ้า ขดลวดของมอเตอร์และหม้อแปลงมีลักษณะเป็น R+L ผสมกัน สายส่งที่ยาวมากมีทั้ง L อนุกรมกับตัวสายและ C ขนานระหว่างสายกับดิน ส่วน capacitor bank ที่ใช้ปรับปรุง power factor จะเป็น C แทบล้วน (ดู ch04) แม้แต่สายเคเบิลใต้ดินที่ยาวมาก ๆ ก็มีค่า C สะสมสูงจนต้องนำมาคิดคำนวณด้วย ค่าจริงที่พบในหน้างานคือ reactance ของหม้อแปลงขนาดใหญ่อยู่ที่ราว 10–15% (คิดเป็น per-unit) และมอเตอร์เหนี่ยวนำขณะ start จะกินกระแสสูงถึง 5–7 เท่าของพิกัดปกติ เพราะ impedance ขณะเริ่มหมุนยังต่ำมาก (ดู ch33)

1. Top ring (structural support) — วงแหวนโครงสร้างด้านบนที่ยึดขดลวดแต่ละชั้นให้เป็นทรงกระบอกมั่นคง ทนแรงบิดทางกลจากสนามแม่เหล็กที่เกิดขึ้นขณะมีกระแสไหลผ่านสูง
2. High-voltage terminal — ขั้วต่อแรงสูงที่รับไฟเข้า-ออกจาก reactor เชื่อมต่อกับระบบสายส่งหรือบัสบาร์ของสถานี
3. Aluminum conductor winding (air-core coil) — ขดลวดอะลูมิเนียมพันเป็นเกลียวหลายชั้นรอบแกนอากาศ (ไม่มีแกนเหล็ก) คือตัวสร้างค่า \(X_L\) ล้วน ๆ ของอุปกรณ์นี้ ยิ่งพันมากรอบยิ่งได้ค่า inductance สูง
4. Vertical support insulator — ฉนวนรองรับแนวตั้งที่กันกระแสไฟฟ้าแรงสูงไม่ให้ไหลลงโครงเหล็กด้านล่าง เห็นเป็นสายโค้งด้านขวาของภาพ
5. Bottom ring (structural support) — วงแหวนโครงสร้างด้านล่าง คู่กับวงแหวนบนช่วยล็อกรูปทรงกระบอกของขดลวดไม่ให้บิดเบี้ยว
6. Porcelain column insulator (support) — เสาฉนวนพอร์ซเลนที่ยกทั้งชุด reactor ให้ลอยจากพื้น รักษาระยะห่างทางไฟฟ้าที่ปลอดภัยจากโครงสร้างที่ต่อ ground
7. Base support structure — โครงฐานเหล็กที่รับน้ำหนักทั้งหมดของ reactor ลงสู่พื้นคอนกรีต ต้องออกแบบให้มั่นคงเพราะ reactor มีน้ำหนักมากและอยู่กลางแจ้งตลอดปี

1. Stator Frame (Housing) — โครงตัวถังนอกสุดของสเตเตอร์ ทำหน้าที่ยึดแกนเหล็กและขดลวดทั้งหมดไว้ พร้อมระบายความร้อนออกสู่ภายนอก
2. Copper Windings (Phase Coil) — ขดลวดทองแดงที่พันเรียงในร่องแกนเหล็ก เมื่อมีกระแส AC ไหลผ่านจะสร้างสนามแม่เหล็กหมุน คือส่วนที่ทำให้สเตเตอร์นี้มีทั้งค่า R (ความต้านทานลวดทองแดง) และค่า L (การเหนี่ยวนำจากขดลวด) ผสมกัน
3. Laminated Iron Core (Stator Yoke) — แกนเหล็กบางซ้อนกันเป็นแผ่น ๆ (laminated) แทนที่จะเป็นเหล็กตันชิ้นเดียว เพื่อลด eddy current loss ในแกนขณะสนามแม่เหล็กสลับทิศ
4. Slot Insulation (Barriers) — ฉนวนกั้นระหว่างขดลวดกับร่องแกนเหล็ก ป้องกันไม่ให้ลวดทองแดงสัมผัสแกนเหล็กโดยตรงจนลัดวงจร
5. Cooling Fins — ครีบระบายความร้อนบนผิวนอกของโครงตัวถัง เพิ่มพื้นที่ผิวสัมผัสอากาศเพื่อระบายความร้อนจาก copper loss (I²R) ในขดลวด
6. Stator Slots — ร่องบนแกนเหล็กที่ใช้วางขดลวดแต่ละเฟส จำนวนและการจัดเรียงร่องกำหนดจำนวนขั้วแม่เหล็กของมอเตอร์
7. Wedge — ลิ่มยึดปิดปากร่องหลังใส่ขดลวดแล้ว ป้องกันไม่ให้ขดลวดหลุดออกจากร่องขณะมอเตอร์สั่นสะเทือนระหว่างทำงาน
8. Coil End (Lacing) — ปลายขดลวดที่โผล่พ้นแกนเหล็กออกมาทั้งสองด้าน มัดยึดด้วยเชือกหรือสายรัดพิเศษ (lacing) ให้แข็งแรงทนแรงทางกลจากสนามแม่เหล็กขณะสตาร์ท
9. Mounting Foot — ฐานยึดมอเตอร์เข้ากับโครงสร้างหรือฐานเครื่องจักรที่ขับ ต้องมีความแม่นยำสูงเพื่อให้แนวเพลามอเตอร์ตรงกับโหลดที่ขับ

03.5 อิมพีแดนซ์ (Impedance)

Impedance \(\bar{Z} = R + jX\) คือ "ความต้านทานรวมของโลก AC" มีหน่วยเป็นโอห์มเช่นเดียวกับความต้านทาน โดยถ้า X เป็นบวกแสดงว่าวงจรมีลักษณะ inductive และถ้า X เป็นลบแสดงว่าเป็น capacitive ขนาดของ impedance คำนวณได้จาก \(|Z| = \sqrt{R^2+X^2}\) และมุมของมันคือ \(\theta = \tan^{-1}(X/R)\) ซึ่งมุมนี้เองคือมุมที่กระแสตามหลังแรงดันในวงจรนั้น

โดย \(\bar{Z}\) คือ impedance เชิงซ้อน (Ω), \(R\) คือความต้านทาน (Ω), \(X\) คือ reactance สุทธิเท่ากับ \(X_L - X_C\) (Ω) และ \(\theta\) คือมุมเฟสของ impedance (°) — Ohm's law เวอร์ชัน AC เขียนเป็น \(\bar{V} = \bar{I}\bar{Z}\) ซึ่งหมายความว่ากฎทุกข้อจาก ch02 ไม่ว่าจะเป็นวงจรอนุกรม/ขนาน, KVL/KCL หรือ voltage divider ยังคงใช้ได้หมด เพียงแค่เปลี่ยนตัวเลขธรรมดาให้เป็นเลขเชิงซ้อนเท่านั้น การต่ออนุกรมบวก Z ตรง ๆ ได้เลย ส่วนการต่อขนานใช้ \(1/Z_{total} = \sum 1/Z_k\) เหมือนกับตัวต้านทานทุกประการ เพียงแต่เป็นจำนวนเชิงซ้อน

Impedance triangle ที่มีฐานเป็น R ด้านตั้งเป็น X และด้านทแยงเป็น Z มีหน้าตาเหมือนกันเป๊ะกับ power triangle ที่จะพบใน ch04 และมีมุม θ เดียวกันด้วย อีกปรากฏการณ์หนึ่งที่ควรรู้คือ skin effect: ที่ความถี่ 50 Hz กระแสไฟฟ้าจะมีแนวโน้มไหลกระจุกตัวใกล้ผิวของตัวนำมากกว่าไหลตรงกลาง (ความลึกผิวหรือ skin depth ในทองแดงอยู่ที่ราว 9 มม.) ด้วยเหตุนี้ตัวนำขนาดใหญ่มากจึงมักทำเป็นท่อกลวงหรือตีเกลียวแยกฉนวนแต่ละเส้น ทำให้ค่า R ที่ความถี่ 50 Hz สูงกว่าค่า R ที่วัดด้วยไฟ DC เล็กน้อย

03.6 วงจร Series RLC และ Resonance (Series RLC & Resonance)

ในวงจร series RLC ค่า reactance สุทธิคือ \(X = X_L - X_C\) — ถ้า \(X_L > X_C\) วงจรจะมีลักษณะ inductive โดยรวม (กระแสตามหลังแรงดัน) แต่ถ้า \(X_C > X_L\) วงจรจะมีลักษณะ capacitive โดยรวม (กระแสนำหน้าแรงดัน) ปรากฏการณ์ resonance จะเกิดขึ้นเมื่อ \(X_L = X_C\) พอดี ทำให้ reactance สุทธิหายไปเหลือแค่ \(R\) เพียงอย่างเดียว ซึ่งเป็นจุดที่ impedance ต่ำที่สุด กระแสไหลสูงสุด และกระแสร่วมเฟสกับแรงดันพอดี

ข้อที่ต้องระวังอย่างยิ่งคือ ที่จุด resonance แรงดันตกคร่อม L และ C แต่ละตัวอาจสูงกว่าแรงดันแหล่งจ่ายได้หลายเท่าตัว (คูณด้วยค่า Q factor) ซึ่งเป็นอันตรายจริงที่เกิดขึ้นได้ในระบบกำลัง ค่า Q คำนวณได้จาก \(Q = \omega_0 L/R = (1/R)\sqrt{L/C}\) ยิ่ง Q สูงเท่าไร resonance จะยิ่งแหลมคมและขยายแรงดันได้มากเท่านั้น

โดย \(f_0\) คือความถี่ resonance (Hz), \(L\) คือความเหนี่ยวนำ (H) และ \(C\) คือความจุไฟฟ้า (F)

ในบริบทของโรงไฟฟ้า resonance มักเป็น "ผู้ร้าย" มากกว่าพระเอก: capacitor bank ที่ติดตั้งไว้ปรับปรุง power factor เมื่อรวมกับ reactance ของหม้อแปลงในระบบ อาจเกิด resonance พอดีกับความถี่ harmonic อันดับ 5 หรือ 7 ที่มาจาก VFD (variable frequency drive) ทำให้กระแสขยายตัวสูงผิดปกติจนอาจทำให้ capacitor ระเบิดได้ (รายละเอียด ดู ch04) ปรากฏการณ์ ferroresonance ที่เกิดใน voltage transformer (VT) ก็เป็นญาติใกล้ชิดกันของปรากฏการณ์นี้ (ดู ch35) ในทางกลับกัน ก็มีการใช้ resonance ให้เป็นประโยชน์เช่นกัน เช่น วงจร filter และ tuned circuit ในระบบสื่อสารผ่านสายส่ง (PLC — power line carrier)

1. High-voltage connection (MV busbar) — จุดเชื่อมต่อกับบัสบาร์แรงดันปานกลางของระบบ นำกระแสไฟฟ้าเข้าสู่ชุด capacitor bank ทั้งแถว
2. Porcelain bushing (terminal insulator) — บุชชิ่งฉนวนพอร์ซเลนที่ยื่นออกจากตัวถัง capacitor แต่ละหน่วย ทำหน้าที่นำกระแสเข้าตัวเก็บประจุพร้อมกันไปด้วยฉนวนกันไฟรั่วออกตัวถังโลหะ
3. Stainless steel capacitor unit (housed element) — ตัวถังสแตนเลสที่บรรจุแผ่นตัวเก็บประจุภายใน แต่ละหน่วยคือแหล่งกำเนิด \(X_C\) หนึ่งตัว เมื่อนำหลายหน่วยมาต่อรวมกันเป็น bank จะได้ค่าความจุรวมตามต้องการเพื่อชดเชย reactive power ของโหลด inductive ในระบบ
4. Mounting rack (steel frame) — โครงเหล็กที่จัดเรียง capacitor หลายหน่วยเป็นแถวเป็นแนว ให้เป็นระเบียบและถอดเปลี่ยนหน่วยที่เสียได้สะดวก
5. Ground connection — จุดต่อลงดินของโครงเหล็กทั้งชุด จำเป็นมากเพราะ capacitor ที่ตัดออกจากระบบแล้วยังมีประจุค้างอยู่ภายใน ต้องรอ discharge ให้ปลอดภัยก่อนเข้าใกล้เสมอ
6. Inter-unit connecting conductor — ตัวนำที่เชื่อม capacitor แต่ละหน่วยเข้าด้วยกันเป็นวงจรอนุกรม/ขนานตามการออกแบบ bank เพื่อให้ได้ค่าความจุรวมและระดับแรงดันที่ต้องการ
7. Vent/disconnect device (overpressure protection) — อุปกรณ์ระบายความดัน/ตัดวงจรภายในหน่วย capacitor หากเกิดความผิดปกติภายในจนความดันสะสมสูงเกิน จะทำงานก่อนตัวถังระเบิดเสียหายรุนแรง
8. Unit mounting base (insulated support) — ฐานรองรับแต่ละหน่วยที่มีฉนวนคั่น กันไม่ให้ capacitor แต่ละชั้นลัดวงจรถึงกันผ่านโครงเหล็ก

สรุปท้ายบท

ศัพท์เทคนิคในบทนี้

แบบทดสอบท้ายบท