การควบคุมคุณภาพและประสิทธิภาพของกำลังไฟฟ้า นั้นนำไปสู่การกระตุ้นให้มีการศึกษาและวิจัยเรื่องของคุณภาพไฟฟ้า (Power Quality) หรือ PQ มากขึ้น และเมื่อมีการพูดถึง PQ แล้ว สิ่งที่จะตามมานั้นก็คือปัญหาของระบบไฟฟ้าที่ทำให้คุณภาพแย่ลง จะดีกว่าไหมถ้าผู้รับผิดชอบด้านพลังงานไฟฟ้า สามารถเข้าใจถึงต้นเหตุของการเกิดปัญหา และลักษณะของปัญหา เพื่อที่จะได้เตรียมการจัดการได้อย่างมีประสิทธิภาพ
การควบคุมคุณภาพและประสิทธิภาพของกำลังไฟฟ้า หมายถึง การที่ทำให้อุปกรณ์ไฟฟ้าที่เป็นภาระของแหล่งจ่ายกำลังไฟฟ้า (Electrical Load) ได้รับกำลังไฟฟ้าเหมือนหรือใกล้เคียงกับกำลังไฟฟ้าที่จ่ายออกมาจากแหล่งกำเนิดมากที่สุด ซึ่งในทางปฏิบัติถ้าไม่มีการควบคุมประสิทธิภาพของกำลังไฟฟ้าจะทำให้เกิดการสูญเสียในกระบวนการจ่ายกำลังไฟฟ้าในปริมาณที่มากอันจะส่งผลให้โรงงานต้องสิ้นเปลืองค่าไฟฟ้าเป็นจำนวนมาก โดยเราได้สรุปปัญหาในระบบไฟฟ้าไว้ให้ 10 ปัญหา ดังนี้
10 ปัญหา และสาเหตุการเกิดปัญหาในระบบไฟฟ้า
Voltage Interruption
Voltage Interruption คือ การเกิดไฟฟ้าดับช่วงสั้นๆ เมื่อค่าแรงดัน rms มีค่าลดลงต่ำกว่า 0.1 pu. (Per Unit) ในช่วงระหว่าง 10ms - 1min โดยมีสาเหตุหลักๆ มาจากการเปิด และการทำงานแบบอัตโนมัติของอุปกรณ์ป้องกันภายในระบบไฟฟ้า เพื่อทำการซ่อมบำรุงรักษาระบบที่เกิดปัญหา ซึ่งปัญหาหลักในระบบไฟฟ้าหลักมักเกิดจากการลัดวงจร ฉนวนไฟฟ้าเสื่อม เกิดฟ้าผ่า และการที่เกิด Flashover ที่ฉนวนไฟฟ้า

Voltage sag, Voltage dip
Voltage sag, Voltage dip คือ การเกิดแรงดันไฟฟ้าตกช่วงสั้นๆ เมื่อค่าแรงดัน rms มีขนาดลดลงระหว่าง 0.1-0.9 pu. (Per Unit) ในช่วงเวลาระหว่าง 10ms - 1min มีสาเหตุส่วนใหญ่มาจากการ Faults ในระบบสายส่ง ในระบบจ่ายไฟฟ้า หรือการ Start Load ขนาดใหญ่ในระบบ เช่น มอเตอร์ ปั้มน้ำ ปั้มลม เครื่องปรับอากาศ โดยไม่มีการติดตั้งอุปกรณ์ Softstart Motor เพื่อช่วยลดกระแสกระชากขณะ Start motor

Voltage fluctuation
Voltage fluctuation คือ การเปลี่ยนแปลงรูปคลื่นแรงดันไฟฟ้าอย่างต่อเนื่อง ซึ่งค่าของค่าแรงดัน rms ที่เปลี่ยนแปลงจะมีขนาดไม่เกินช่วงแรงดัน 0.95-1.05 pu. (Per Unit) มีสาเหตุส่วนใหญ่มาจากการใช้อุปกรณ์ประเภทเตาหลอมแบบอาร์ค และระบบที่มีการใช้การเหนี่ยวนำ หรือสร้างสนามแม่ไฟฟ้า เช่น Induction Furnace นอกจากนี้ยังผลปัญหาที่เกิดจากระบบสายส่งสัญญาณวิทยุ และปัญหาจากระบบกราวด์ที่ไม่ดี รวมถึงสัญญาณรบกวนแบบ EMI/RFI

Under voltage
Under voltage คือ การเกิดแรงดันไฟฟ้าตกเป็นช่วงเวลานาน โดยค่าแรงดัน rms มีขนาดลดลงอยู่ระหว่าง 0.8-0.9 pu. (Per Unit) ซึ่งเกิดขึ้นในช่วงเวลานานกว่า 1 min โดยมีสาเหตุหลักเกิดขึ้นจากผลของการต่อโหลดขนาดใหญ่ Heavy Load เข้าระบบ หรือมีการใช้โหลดมากขึ้น นอกจากนี้การปลดคาปาซิเตอร์ Capacitor Bank ออกจากระบบ ก็สามารถทำให้แรงดันไฟฟ้าในระบบตกได้เช่นกัน

Voltage Oscillation-Transient
Voltage Oscillation-Transient การเปลี่ยนแปลงลักษณะของแรงดันแบบทันทีทันใด โดยลักษณะของแรงดันมีค่าสูงและความถี่มีการเปลี่ยนแปลง โดยมีสาเหตุหลักๆ เกิดจากการ Switching ของอุปกรณ์ในระบบ

Voltage Spike Surge-Transient
Voltage Spike Surge-Transient คือ การเปลี่ยนแปลงลักษณะของแรงดันแบบทันทีทันใด โดยลักษณะของแรงดันมีค่าความชันสูงมาก ความถี่ไม่มีการเปลี่ยนแปลง โดยกำหนดให้มีขั้วทิศทางเดียวหรือเรียกว่าเสิร์จ (Surge) โดยมีสาเหตุหลักๆ เกิดจากฟ้าผ่าซึ่งอาจเกิดได้โดยตรงหรือในบริเวณใกล้เคียง การเกิดไฟฟ้าสถิต ESD การทำงานของอุปกรณ์ควบคุมตัวประกอบกำลังไฟฟ้า PF Controller ที่ใช้ Capacitors bank

Harmonic distortion
Harmonic distortion คือ การเกิดสัญญาณรบกวนที่คลื่นความถี่หลักทางไฟฟ้า ซึ่งมีส่วนประกอบในรูปสัญญาณคลื่นไซน์ (Sine wave) โดยมีความถี่เป็นจำนวนเต็มเท่าของความถี่หลักมูล (Fundamental Frequency ในระบบไฟฟ้าประเทศไทยมีค่า 50 Hz ) เช่น ฮาร์มอนิกลำดับที่ 3มีค่าความถี่เป็น150Hz ฮาร์มอนิกลำดับที่ 5 มีค่าความถี่เป็น 250Hz สาเหตุส่วนใหญ่เกิดจากการทำงานของอุปกรณ์ Power Electronics ที่ทำหน้าที่เป็น Switch ซึ่งเป็นโหลดแบบไม่เป็นเชิงเส้น (Non Linear Load) ในระบบไฟฟ้า เช่น Switching Power Supply, VFD Inverter

Noise
Noise หรือสัญญาณรบกวน คือ สัญญาณทางไฟฟ้าที่ไม่ต้องการจะมีความถี่ต่ำกว่า 200 kHz และเข้ามาปะปนบนสัญญาณแรงดันที่เป็นความถี่หลัก 50Hz สาเหตุส่วนใหญ่มาจากระบบส่งสัญญาณวิทยุ การเกิด Faulty ที่อุปกรณ์ ระบบการสายดินหรือกราวด์ที่ไม่สมบูรณ์ นอกจากนี้ยังเกิดจากแหล่งกำเนิด EMI/RFI

Frequency variation
Frequency variation หรือการเปลี่ยนแปลงความถี่ทางไฟฟ้า คือ ปรากฏการณ์ที่ความถี่ของระบบไฟฟ้ามีค่าเปลี่ยนไปจากค่าความถี่ปกติ 50 Hz สาเหตุส่วนใหญ่มาจากระบบไฟฟ้าสำรองที่ทำงานไม่สมบูรณ์ เช่น ระบบเจนเนอเรเตอร์ Generator เครื่องปั่นไฟฟ้า ทำให้สร้างแรงดันไฟฟ้าที่มีความถี่ผิดเพี้ยนไป

Notching
Notching หรือคลื่นรอยบาก คือ สิ่งรบกวนทางแรงดันไฟฟ้าลักษณะคล้ายกับฮาร์มอนิกและทรานเชี้ยนท์ที่มีลักษณะต่อเนื่อง สาเหตุส่วนใหญ่มาจากการทำงานอย่างรวดเร็วของอุปกรณ์ Power Electronics เช่น SCR, Diode ในการตัดต่อแรงดันไฟฟ้า ทำให้เกิดการขลิบ หรือแหว่งของรูปคลื่นไฟฟ้า ซึ่งเกิดขึ้นในอุปกรณ์เช่น เครื่องเชื่อม อุปกรณ์ควบคุมมอเตอร์ เลเซอร์ และคาปาซิเตอร์ แบงค์

จะเห็นได้ว่าปัญหาของระบบไฟฟ้านั้นมีอยู่มากมาย และเกิดจากหลากหลายสาเหตุ ซึ่งสัญญาณรบกวนในระบบไฟฟ้าที่เกิดขึ้น ปัจจุบันมีต้นเหตุมาจากโหลดที่ไม่เป็นเชิงเส้น ซึ่งรูปแบบของสัญญาณรบกวนที่เกิดขึ้นมักทำให้เกิดการผิดเพี้ยนของรูปคลื่นไซน์ในระบบไฟฟ้า ซึ่งในบทความต่อไปทางทีมงานจะอธิบายถึงผลกระทบกับระบบไฟฟ้าที่ท่านดูแลอยู่ เช่น Data Center, Telecommunication, Automation จากสัญญาณรบกวนทางไฟฟ้าที่ได้กล่าวมาในบทความนี้ และแนะนำการอุปกรณ์ ที่มาการแก้ปัญหาสัญญาณรบกวนในระบบไฟฟ้าด้วยเครื่องสำรองไฟฟ้า UPS (Solved The Power Disturbances by UPS systems) ในบทความต่อๆ ไป