harmonic คืออะไร? เข้าใจฮาร์มอนิกในระบบไฟฟ้า

ฮาร์มอนิก (harmonic) คือสัญญาณไฟฟ้าที่มีความถี่เป็น “ทวีคูณ” ของความถี่พื้นฐาน (fundamental frequency) เช่น ถ้าระบบไฟฟ้าทำงานที่ความถี่พื้นฐาน 50 Hz ฮาร์มอนิกลำดับที่ 3 จะมีความถี่ 150 Hz ส่วนลำดับที่ 5 จะมีความถี่ 250 Hz เป็นต้น

การเกิด ฮาร์มอนิก มักพบในระบบที่มีโหลดประเภท non-linear load คือโหลดที่ดึงกระแสไฟฟ้าไม่เป็นคลื่นไซน์สมบูรณ์ เช่น

• มอเตอร์ที่ใช้ VFD (Variable Frequency Drive)
• อุปกรณ์คอมพิวเตอร์ และ SMPS (Switch Mode Power Supply)
• UPS และเครื่องชาร์จ
• หลอดไฟ LED และบัลลาสต์อิเล็กทรอนิกส์

โหลดเหล่านี้ทำให้รูปคลื่นกระแสเพี้ยน และเกิดฮาร์มอนิกลำดับต่าง ๆ ซึ่งจะรวมกับสัญญาณพื้นฐานจนทำให้เกิด ค่า ฮาร์มอนิก สูงขึ้น

ผลกระทบของฮาร์มอนิก

เมื่อมีฮาร์มอนิกมากเกินไป จะเกิดปัญหาหลายอย่างในระบบไฟฟ้า เช่น

• ความร้อนเกิน ในหม้อแปลง สายไฟ และมอเตอร์
• เพิ่มกระแสในสายนิวทรัล โดยเฉพาะ Triplen harmonics (ลำดับ 3, 9, 15 ฯลฯ)
• ทำให้เพาเวอร์แฟกเตอร์รวมลดลง ส่งผลให้ค่าไฟฟ้าเพิ่ม
• อุปกรณ์ป้องกันไฟฟ้า เช่น เบรกเกอร์ อาจทำงานผิดพลาด
• อาจเกิด เรโซแนนซ์ กับคาปาซิเตอร์ ทำให้แรงดันฮาร์มอนิกสูงผิดปกติ

การวัดกระแสฮาร์มอนิก (Current harmonic analysis)

การจัดการปัญหาฮาร์มอนิก เริ่มจากการวิเคราะห์และวัดค่าด้วยเครื่องมือที่เหมาะสม เช่น Power Quality Analyzer หรือแคลมป์มิเตอร์ที่รองรับการวัดฮาร์มอนิก แต่ในปัจจุบันสามารถวัดด้วยมิเตอร์วัดพลังงานบางรุ่น ตัวอย่างเช่น Lovato DMG series

สิ่งที่ควรบันทึกและวิเคราะห์ ได้แก่:

• ค่าความเพี้ยนรวม THD (Total Harmonic Distortion) ทั้งแรงดันและกระแส
• TDD (Total Demand Distortion) เพื่อดูความสัมพันธ์กับโหลด
• ค่าส่วนประกอบฮาร์มอนิกลำดับต่าง ๆ เช่น I3, I5, I7
• รูปคลื่น (waveform) และสเปกตรัม (spectrum) เพื่อระบุแหล่งกำเนิด

การ การวัดกระแสฮาร์มอนิก เป็นขั้นตอนสำคัญในการวางแผนปรับปรุงคุณภาพพลังงาน

วิธีลดฮาร์มอนิก

เพื่อลดค่า ฮาร์มอนิก ในระบบ สามารถใช้วิธีดังนี้:

• ติดตั้ง Passive Filter จูนลำดับฮาร์มอนิกที่ต้องการกำจัด
• ใช้ Active Harmonic Filter เพื่อชดเชยฮาร์มอนิกแบบไดนามิก
• เพิ่ม Line Reactor หรือ DC Choke ที่อินเวอร์เตอร์หรือ VFD
• เลือกใช้อุปกรณ์ Low-THD ในการออกแบบระบบ
• ปรับสมดุลโหลดสามเฟส ลดปัญหากระแสนิวทรัลสูง

สรุป

harmonic หรือ ฮาร์มอนิก คือปัญหาด้านคุณภาพพลังงานที่ต้องจับตา เพราะมีผลต่อประสิทธิภาพและความทนทานของอุปกรณ์ไฟฟ้า การทำ Current harmonic analysis และควบคุม ค่า ฮาร์มอนิก ให้อยู่ในมาตรฐานที่เหมาะสม จะช่วยยืดอายุการใช้งาน ลดการสูญเสียพลังงาน และทำให้ระบบไฟฟ้ามีความเสถียรยิ่งขึ้น