สำหรับการส่งจ่ายระบบไฟฟ้ากระแสสลับ (AC) ให้กับโหลดที่ต้องทำงานโดยอาศัยสนามแม่เหล็ก ถ้าไม่มีสนามแม่เหล็กอุปกรณ์ดังกล่าวจะไม่สามารถทำงานได้อย่างเช่น หม้อแปลง, มอเตอร์, บัลลาสต์ (หลอดไฟฟลูออเรสเซนต์) หรืออุปกรณ์อื่นๆ นั้นทำให้มุมทางไฟฟ้าของกระแสมีมุมต่างกัน (Phase Shifted) เมื่อเทียบกับมุมทางไฟฟ้าของแรงดันและทำให้เกิดการใช้พลังงานไฟฟ้ารีแอกทีฟ (Reactive Energy) ขึ้น ซึ่งพลังงานไฟฟ้ารีแอคทีฟ (หน่วยเป็นกิโลวาร์-ชั่วโมง (KVARhr)) นั้นก็เป็นอีกพลังงานหนึ่งที่ต้องโดนเรียกเก็บในบิลค่าไฟจากการไฟฟ้าเชกเช่นพลังงานไฟฟ้าจริง (Active Energy) (หน่วยเป็นกิโลวัตต์-ชั่วโมง (KWhr)) ซึ่งพลังงานไฟฟ้ารีแอคทีฟนั้นโหลดไม่ได้ใช้พลังงานในส่วนนี้จริงหรือถือว่าเป็นพลังงานที่สูญเสีย แต่กลับต้องเสียค่าใช้จ่ายในส่วนนี้ คงไม่ดีแน่ถ้ามีการใช้พลังงานไฟฟ้ารีแอคทีฟเป็นปริมาณมาก ด้วยเหตุนี้ต้องมีการปรับปรุงค่าพลังงานไฟฟ้ารีแอคทีฟเพื่อไม่ต้องโดนเรียกเก็บในบิลค่าไฟ ซึ่งวิธีหนึ่งที่ได้รับความนิยมอย่างแพร่หลายคือการติดตั้ง Capasitor Bank เพื่อปรับปรุงการใช้พลังงานในส่วนนี้
คุณสามารถไปอ่านบทความเพิ่มเติมเกี่ยวกับ Power Factor ได้ที่ คู่มือการแก้ Power Factor เพื่อคุณภาพไฟฟ้าที่ดี โดย Factomart
หากเปรียบเทียบให้เข้าใจกันง่ายๆ สามารถเปรียบเทียบกับเบียร์ 1 แก้ว ซึ่งสำหรับเบียร์ 1 แก้วนั้นไม่ได้มีเฉพาะส่วนที่เป็นของเหลวเพียงอย่างเดียวแต่จะมาพร้อมฟองเบียร์ด้วย ซึ่งส่วนของเหลวนั้นก็คือ Active Power (W), ส่วนฟองก็คือ Reactive Power (VAR) และ Apparent Power (VA) นั้นคือผลรวมของของเหลวกับฟองเบียร์ ซึ่งจะเห็นได้ว่า ส่วนที่เป็นของเหลวนั้นเป็นส่วนที่ดื่มได้จริงและเมาด้วย ส่วนที่เป็นฟองด้านบนนั้นดื่มไม่ได้ มีแล้วก็ไม่เกิดประโยชน์ จริงที่เบียร์เต็มแก้วแต่ถ้าส่วนที่เป็นฟองมากมันคงเป็นเรื่องที่ไม่ดีแน่
จากที่ได้กล่าวมาข้างต้นนั้นจะเกี่ยวข้องอย่างไรกับค่าเพาเวอร์แฟคเตอร์ (Power Factor) นั้นมาหาคำตอบด้วยกันเลย
1. Power Factor คืออะไร
อย่างแรกที่เราต้องทำความเข้าใจกันก่อน คือ ในระบบไฟฟ้ากระแสสลับ (AC) ค่ากำลังไฟฟ้าที่จ่ายให้แก่อุปกรณ์ไฟฟ้ามี 3 ส่วนด้วยกันคือ เริ่มกันที่ กำลังไฟฟ้าที่ใช้งานได้จริง (Active Power) คือ กำลังไฟฟ้าที่จ่ายให้กับโหลดแล้วได้เป็นพลังงานรูปอื่น เช่น ความร้อน แสงสว่าง หรือ พลังงานกล ใช้สัญลักษณ์ “ P ” มีหน่วยเป็น วัตต์ (Watt : W), กำลังรีแอคทีฟ (Reactive Power) คือ กำลังไฟฟ้าที่ใช้ในการสร้างสนามแม่เหล็กของมอเตอร์ หรือ หม้อแปลงไฟฟ้าและรีเลย์ ใช้สัญลักษณ์ “ Q ” มีหน่วยเป็นวาร์ (VAR) และสุดท้าย กำลังงานที่ปรากฏ (Apparent Power) คือ ผลรวมทางเวกเตอร์ของ VAR และ W ดังสมการที่ 2 เป็นกำลังไฟฟ้าโดยรวมทั้งหมดที่ต้องจ่ายใช้สัญลักษณ์ “ S ” มีหน่วยเป็น วีเอ หรือ โวลท์-แอมป์ (VA)
ซึ่งค่าเพาเวอร์แฟคเตอร์( Power Factor ,pf) หรือ ค่าตัวประกอบกำลังไฟฟ้า คืออัตราส่วนของกำลังงานไฟฟ้าที่ใช้งานจริง (P) หารด้วยค่ากำลังงานที่ปรากฏ (S) ดังสมการที่ 1 หรือ cos(θ) มีค่าไม่เกิน 1 โดยที่ค่า Power Factor นั้นถือเป็นอีกค่าหนึ่งที่สำคัญในระบบไฟฟ้า เนื่องจากเป็นตัวที่ทําให้ค่าใช้จ่ายต่างๆเพิ่มขึ้นหรือลดลงได้ ถ้าค่าตัวประกอบกําลังไฟฟ้าต่ำกระแสในระบบมาก แต่ใช้ทํางานได้น้อยหม้อแปลงตัวใหญ่จ่าย โหลดได้น้อย แรงดันตกในสายมาก การสูญเสียในสายไฟและหม้อแปลงจะมาก
2. สามเหลี่ยมกำลังไฟฟ้า
อย่างที่ได้กล่าวไปแล้วในข้างต้นว่า กำลังไฟฟ้าจะมีอยู่ 3 ส่วน ปกติจะคํานวณเฉพาะขนาด หากเอามาเขียนให้อยู่ในรูปของสามเหลี่ยมกำลังไฟฟ้าแล้วจะได้ดังรูปที่
ซึ่งจากสามเหลี่ยมกำลังไฟฟ้านั้นเราสามารถหาค่ากำลังไฟฟ้าทั้ง 3 ส่วนได้ดังนี้
โดยที่ θ คือมุมระหว่าง V กับ I ไม่เจาะจงวา Lead หรือ Lag เป็นมุมเดียวกับ θ ในสามเหลี่ยมกําลังไฟฟ้า และ Cosθ มีค่าระหว่าง 0 ถึง 1 หากในระบบไฟฟ้ามีตัวประกอบกำลังไฟฟ้าต่ำ (P.F) จะทำให้เกิดกำลังงานสูญเสียในอุปกรณ์ต่างๆ จึงเป็นภาระให้กับเครื่องกำเนิดไฟฟ้าและหม้อแปลง ส่งผลให้คุณภาพไฟฟ้าในระบบไม่ดี ทำให้เกิดการสูญเสียและสิ้นเปลืองพลังงานโดยใช่เหตุ โดยทางการไฟฟ้าได้มีมาตรการกำหนดให้ผู้ใช้ไฟฟ้า ต้องปรับปรุงระบบให้มีค่า Power Factor สูงกว่า 0.85 ขึ้นไป เพื่อให้ประสิทธิภาพของระบบไฟฟ้าของประเทศดีขึ้นและลดการสูญเสียพลังงานโดยรวม ซึ่งทางการไฟฟ้าจะมีค่าปรับสำหรับผู้ใช้ไฟฟ้าที่ไม่ปฏิบัติตาม จากที่กล่าวมาเบื้องต้น ทำให้ท่านผู้อ่านได้เข้าใจมากขึ้นสำหรับการปรับปรุงค่า Power Factor ให้เป็นไปตามมาตรฐานที่การไฟฟ้ากำหนด หรือ ทำให้ค่า Power Factor เข้าใกล้ 1 มากที่สุด ก็จะเป็นคุณประโยชน์ที่ดีต่อโรงงาน หรืออาคารของท่านเอง อีกทั้งยังช่วยให้ท่านประหยัดค่าใช้จ่ายได้อีกด้วย
3. โหลด R, L และ C มีผลอย่างไรต่อค่า Power Factor
โหลดที่เราใช้ในระบบไฟฟ้ามีด้วยกันหลากหลายประเภท ซึ่งโหลดแต่ละประเภทก็จะส่งผลต่อระบบไฟฟ้าของเราแตกต่างกัน ซึ่งสามารถจำแนกโหลดพื้นฐานเป็น 3 กลุ่ม ด้วยกันดังนี้คือ Load ประเภท Resistive (R), Inductive (L) และ Capacitive (C)
3.1 โหลดความต้านทาน (Resistive Load, R)
โหลดความต้าน เช่น หลอดไฟฟ้าแบบไส้ เตารีดไฟฟ้า หม้อหุงข้าว เครื่องทำน้ำอุ่น เป็นต้น ซึ่งเป็นโหลดที่ทำให้ค่า Power Factor เท่ากับ 1 ซึ่งหากพิจารณาจากกราฟความสัมพันธ์ระหว่างกระแสกับแรงดันของโหลดประเภทนี้แล้วนั้น กระแสและแรงดันมีมุมเฟสทางไฟฟ้าเดียวกัน ทำให้ไม่มีการใช้พลังงานรีแอคทีฟและไม่เกิดการสูญเสียพลังงานในระบบ
3.2 โหลดตัวเหนี่ยวนำ (Inductive Load, L)
โหลดตัวเหนี่ยวนำเป็นโหลดที่ทำให้ค่า Power Factor ไม่เท่ากับ 1 เช่น มอเตอร์ บัลลาสต์ของหลอดฟลูออเรสเซนต์ เครื่องปรับอากาศ เป็นต้น ซึ่งหากพิจารณาเฉพาะโหลด L จากกราฟความสัมพันธ์ระหว่างกระแสกับแรงดันแล้วนั้น กระแสที่สร้างขึ้นจะล้าหลังแรงดันอยู่ 90 ° เสมอหรือเกิดมุมทางไฟฟ้าต่างกัน (Phase-Shifted) กระแสตามหลังแรงดันอยู่ 90 ° ซึ่งหลายคนอาจจะรู้จักโหลดประเภทนี้เป็นแบบ Power Factor Lagging (ล้าหลัง)
3.3 โหลดตัวเก็บประจุ (Capacitive Load, C)
โหลดตัวเก็บประจุเป็นโหลดที่ทำให้ค่า Power Factor ไม่เท่ากับ 1 เช่นกัน ส่วนใหญ่ในอุตสาหกรรมจะเป็น Capacitor Bank ซึ่งหากพิจารณาเฉพาะโหลด C จากกราฟความสัมพันธ์ระหว่างกระแสกับแรงดันแล้วนั้น กระแสที่สร้างขึ้นจะนำหน้าแรงดันอยู่ 90 ° เสมอหรือเกิดมุมทางไฟฟ้าต่างกัน (Phase-Shifted) กระแสนำหน้าแรงดันอยู่ 90 ° ซึ่งหลายคนอาจจะรู้จักโหลดประเภทนี้เป็นแบบ Power Factor Leading (นำหน้า)
4. โดนปรับค่า Power factor ในบิลค่าไฟ ดูอย่างไร ?
เมื่อดูจากบิลค่าไฟแล้วจะเห็นได้ว่าไม่ใช่ทุกผู้ใช้ไฟฟ้าที่จะมีการปรับค่า Power factor ซึ่งตรงนี้ทางการไฟฟ้าทั้งนครหลวงและภูมิภาค ได้จําแนกประเภทของผู้ใชไฟฟ้าเป็น 7 ประเภท
ประเภทที่ 1
บ้านอยูอาศัย
ประเภทที่ 2
กิจการขนาดเล็ก
ประเภทที่ 3
กิจการขนาดกลาง
ประเภทที่ 4
กิจการขนาดใหญ่
ประเภทที่ 5
กิจการเฉพาะอย่าง
ประเภทที่ 6
สวนราชการและองค์กรที่ไม่แสว่งหากําไร
ประเภทที่ 7
สูบน้ําเพื่อการเกษตร
ซึ่งประเภทผู้ใช้ไฟฟ้าที่จะมีค่าปรับค่าเพาเวอร์แฟคเตอร์นั้น ได้แก่ ประเภทที่ 3 – 7 กล่าวคือหากเดือนใดมีเพาเวอร์แฟคเตอร์ล้าหลัง (Lag) ที่มีความต้องการพลังไฟฟ้ารีแอคตีฟเฉลี่ยใน 15 นาทีที่สูงสุดในช่วงเวลาใดเวลาหนึ่ง (kVAR) เกินกว่าร้อยละ 61.97 ของความต้องการพลังไฟฟ้าแอคตีฟเฉลี่ย ใน 15 นาทีที่สูงสุดในช่วงเวลาใดเวลาหนึ่ง (kW) ส่วนที่เกินจะต้องเสียค่าเพาเวอร์แฟคเตอร์ในอัตรากิโลวาร์ (kVAR) ละ 56.07 บาท (เศษของ kVAR ถ้าไม่ถึง 0.5 kVAR ตัดทิ้ง ตั้งแต่ 0.5 kVAR ขึ้นไปคิดเป็น 1 kVAR) สรุปให้เข้าใจง่ายๆ คือถ้า Power Factor ต่ำกว่า 0.85 แล้วจะเสียค่า kVAR เฉพาะในส่วนที่เกินกว่า 61.97% ของค่าความต้องการพลังไฟฟ้า โดยเสีย 56.07บาท/kVAR ถ้าไม่ถึง0.5kVAR ตัดทิ้ง ถ้าเกิน 0.5 kVAR ปัดขึ้นเป็น 1 kVAR เพื่อให้เข้าใจมากยิ่งขึ้นตัวอย่างน่าจะอธิบายได้ดีสุด มาดูกันเลย
จากภาพตัวอย่างใบเรียกเก็บค่าไฟฟ้าของโรงงานอุตสาหกรรมแห่งหนึ่งที่ต้องเสียค่าปรับเพาเวอร์แฟคเตอร์ (ดูในช่องสีแดง [3]) 11,118.63 บาท+VAT ซึ่งเงินตรงนี้ที่ต้องจ่ายหมายความว่าระบบไฟฟ้าของโรงงานแห่งนี้มีค่าเพาเวอร์แฟคเตอร์ต่ำกว่า 0.85 ทั้งนี้สามารถคำนวณด้วยตัวเองได้ว่าเงินจำนวนนี้มาจากไหนโดยค่าที่ต้องใช้ในการคำนวณมีดังนี้
- ค่ากิโลวัตต์ (kW) ที่สูงสุด (ดูในช่องสีเขียว [1]) = 487.20
- ค่ากิโลวาร์ (kVAR) (ดูในช่องสีส้ม [2]) = 511.20
เมื่อได้ทั้งสองค่าแล้ว มาหาค่าปรับค่าเพาเวอร์แฟคเตอร์ เมื่อมีการใช้กิโลวาร์เกิน 61.97% ของ กิโลวัตต์ที่สูงสุดหรือมีค่าเพาเวอร์แฟคเตอร์ต่ำกว่า 0.85 ซึ่งส่วนที่เกินนี้จะถูกเรียกเก็บในราคาหน่อยละ 56.07 บาท ดังนี้
| ค่าปรับค่าเพาเวอร์แฟคเตอร์ (บาท) | = [กิโลวาร์ (kVAR) – (กิโลวัตต์ (kW)*61.97/100)] *56.07 |
| = [511.20 – (487.20*61.97/100)]*56.07 | |
| = [511.20 – 301.92]*56.07 | |
| = [209.28]*56.07 | |
| = 209×56.07 | |
| ค่าปรับค่าเพาเวอร์แฟคเตอร์ | = 11,718.63 บาท |
นอกจากนี้เรายังสามารถหาได้ว่าค่าเพาเวอร์แฟคเตอร์ของระบบไฟฟ้าแห่งนี้จากที่โดนค่าปรับไปมีค่าเท่าไร ซึ่งสามารถหาได้จากสมการที่ 1 และ 2 ดังนี้
จากสมการที่ 1 เพื่อหาค่าเพาเวอร์แฟคเตอร์นั้น เรายังไม่ทราบว่า Apparent Power (S) กำลังไฟฟ้าปรากฎ ซึงสามารถหาค่านี้ได้จากสมการที่ 2 โดยที่
P = 487.20kW และ Q = 511.20kVAR ดังนั้น
| Apparent Power (S) | = 706.18 kVA |
| Power Factor (PF.) | = 487.20/706.18 |
| = 0.6899 |
ดังนั้นสรุปได้ว่า ค่าค่าเพาเวอร์แฟคเตอร์ของระบบไฟฟ้าแห่งนี้เท่ากับ 0.6899 ซึ่งต่ำกว่า 0.85 ทำให้โดนปรับค่าเพาเวอร์แฟคเตอร์ในบิลค่าไฟเป็นเงินจำนวน 11,718.63 บาท
สรุป
จากที่กล่าวมาข้างต้นจะเห็นได้ว่า การที่อุปกรณ์ไฟฟ้าที่มีค่าตัวประกอบกำลังไฟฟ้าต่ำ มีผลทำให้ระบบการจ่ายไฟฟ้ามีคุณภาพต่ำไปด้วย เนื่องจาก ประโยชน์ที่จะได้รับจากกำลังไฟฟ้าจริง (กิโลวัตต์) ในระบบไฟฟ้าจะต่ำกว่า ซึ่งทำให้การไฟฟ้าจำเป็นต้องเพิ่มขนาดของอุปกรณ์จำหน่ายและอุปกรณ์ส่งไฟฟ้าให้สูงขึ้น เพื่อให้สามารถรองรับปริมาณพลังไฟฟ้าส่วนที่ไม่จำเป็นหรือ รีแอคตีฟ (กิโลวาร์) ที่เกิดขึ้นด้วย อันไม่เป็นผลดีต่อประเทศชาติโดยรวมเราจึงจำเป็นต้องปรับปรุงค่าตัวประกอบกำลังไฟฟ้าให้สูงขึ้น อีกทั้งการมี Power Factor ที่สูงค่าเข้าใกล้เคียง 1 ยังเกิดผลประโยชน์ต่อเราผู้ใช้งานดังนี้
- สามารถประหยัดค่าพลังไฟฟ้ารีแอคตีฟ (กิโลวาร์) ซึ่งผู้ใช้ไฟฟ้าที่มีค่าตัวประกอบกำลังไฟฟ้า ที่ต่ำกว่า 0.85 จะต้องเสียค่าปรับค่าตัวประกอบกำลังไฟฟ้า ในอัตรา 56.07 บาท/กิโลวาร์ ซึ่งเมื่อผู้ใช้ไฟฟ้าปรับค่าตัวประกอบกำลังไฟฟ้าให้มีค่ามากกว่า 0.85 จะทำให้ผู้ใช้ไฟฟ้าสามารถประหยัดค่าไฟฟ้าในส่วนนี้ลงได้
- ผู้ใช้ไฟฟ้าสามารถประหยัดการลงทุนในการขยายระบบไฟฟ้าลงได้ เนื่องจากเมื่อมีการปรับปรุงตัวประกอบกำลังไฟฟ้าแล้วจะเป็นการเพิ่มความสามารถของสายไฟฟ้าและหม้อแปลงไฟฟ้าในการรับโหลด ได้เพิ่มขึ้น
- เมื่อมีการปรับปรุงค่าตัวประกอบกำลังไฟฟ้าแล้ว จะเป็นการลดกำลังไฟฟ้าสูญเสียในสายไฟฟ้าและหม้อแปลง อีกทั้งแรงดันไฟฟ้าตกจะน้อยลง (แรงดันไฟฟ้าดีขึ้น) ซึ่งผลข้างต้นจะนำมาซึ่งประโยชน์ต่อผู้ใช้ไฟฟ้าที่สามารถประหยัดค่าไฟฟ้าลงได้ และยังเป็นการเพิ่อประสิทธิภาพของการจ่ายไฟฟ้าของระบบไฟฟ้า ที่สามารถแสดงได้เป็นรูปธรรมที่ชัดเจน
