กำลังไฟฟ้าเสมือน หรือ กำลังไฟฟ้ารีแอคทีฟ (Q): พลังงานที่ ‘จำเป็น’ แต่ ‘ไม่ได้ใช้งาน’ ในระบบไฟฟ้า AC
ในบทความก่อนหน้า เราได้ทำความรู้จักกับ “กำลังไฟฟ้าปรากฏ” (Apparent Power – S) ซึ่งเป็นกำลังไฟฟ้าทั้งหมดที่ดูเหมือนจะไหลในระบบไฟฟ้ากระแสสลับ (AC) และมีหน่วยเป็นโวลต์-แอมแปร์ (VA) กันไปแล้ว แต่ในสามเหลี่ยมกำลังไฟฟ้า ยังมีกำลังไฟฟ้าอีกประเภทหนึ่งที่น่าสนใจและมีความสำคัญไม่แพ้กัน ซึ่งบางครั้งอาจถูกเรียกว่า “กำลังไฟฟ้าเสมือน” แต่ชื่อทางเทคนิคที่เป็นมาตรฐานสากลคือ “กำลังไฟฟ้ารีแอคทีฟ” (Reactive Power) สัญลักษณ์คือ Q และมีหน่วยเป็น “วาร์” (VAR – Volt-Ampere Reactive) บทความนี้จะมาทำความเข้าใจกำลังไฟฟ้าชนิดนี้กัน (ข้อมูล ณ วันที่ 8 เมษายน 2025, กรุงเทพมหานคร)
กำลังไฟฟ้ารีแอคทีฟ (Q) คืออะไร? ทำไมอาจเรียกว่า “เสมือน”?
กำลังไฟฟ้ารีแอคทีฟ (Q) คือ ส่วนประกอบของกำลังไฟฟ้าในระบบ AC ที่เกี่ยวข้องกับการสร้างและคงไว้ซึ่ง สนามแม่เหล็ก ในอุปกรณ์ประเภทตัวเหนี่ยวนำ (Inductor – L) เช่น มอเตอร์, หม้อแปลงไฟฟ้า และ สนามไฟฟ้า ในอุปกรณ์ประเภทตัวเก็บประจุ (Capacitor – C) พลังงานในส่วนนี้ไม่ได้ถูกเปลี่ยนไปเป็นงานที่เป็นประโยชน์โดยตรง (เช่น แสงสว่าง, ความร้อน, การเคลื่อนที่) แต่มันจะ ไหลวนไปมาระหว่างแหล่งจ่ายกับอุปกรณ์ L และ C ในแต่ละรอบของไฟฟ้า AC
เหตุที่บางครั้งอาจถูกเรียกว่า “กำลังไฟฟ้าเสมือน” ก็เพราะมันเป็นกำลังไฟฟ้าที่ ไม่ได้ทำงานจริง ในเชิงกลหรือความร้อน มันเป็นเพียงพลังงานที่จำเป็นในการ “เตรียม” หรือ “ค้ำจุน” สภาวะทางแม่เหล็กไฟฟ้าให้อุปกรณ์บางชนิดทำงานได้เท่านั้น
ต้นกำเนิดของ Q: ตัวเหนี่ยวนำ (L) และ ตัวเก็บประจุ (C)
- ตัวเหนี่ยวนำ (Inductor – L): อุปกรณ์เช่น มอเตอร์ไฟฟ้า, บัลลาสต์ขดลวด, หม้อแปลงไฟฟ้า ต้องการกำลังไฟฟ้ารีแอคทีฟ (+Q) จากแหล่งจ่าย เพื่อนำไปสร้างสนามแม่เหล็ก ซึ่งจำเป็นต่อหลักการทำงานของมัน เราอาจมองว่า L “บริโภค” หรือ “ต้องการ” Q
- ตัวเก็บประจุ (Capacitor – C): อุปกรณ์ตัวเก็บประจุ จะเก็บและคายพลังงานในสนามไฟฟ้าของมัน ในระบบ AC มันทำหน้าที่เสมือน “จ่าย” กำลังไฟฟ้ารีแอคทีฟ (-Q) กลับคืนสู่ระบบ หรืออาจมองว่ามัน “บริโภค” Q ที่มีค่าติดลบ นี่คือเหตุผลที่ Capacitor ถูกนำมาใช้ในการปรับปรุงค่าตัวประกอบกำลังไฟฟ้า เพื่อชดเชย Q ที่ L ต้องการ
ตำแหน่งในสามเหลี่ยมกำลังไฟฟ้า (Role in the Power Triangle)
หากเรากลับไปดูสามเหลี่ยมกำลังไฟฟ้า:
- P (กำลังไฟฟ้าจริง – W): คือ ด้านฐาน
- Q (กำลังไฟฟ้ารีแอคทีฟ – VAR): คือ ด้านตั้งฉาก
- S (กำลังไฟฟ้าปรากฏ – VA): คือ ด้านตรงข้ามมุมฉาก
ความสัมพันธ์คือ S² = P² + Q² และ Q = S × sin(φ) โดย φ คือมุมเฟสระหว่างแรงดันกับกระแส
จะเห็นได้ว่า:
- ถ้า Q มีค่ามาก (เมื่อเทียบกับ P) จะทำให้มุม φ ใหญ่ขึ้น
- ค่าตัวประกอบกำลังไฟฟ้า (Power Factor – PF) คือ PF = cos(φ) ดังนั้น เมื่อ φ ใหญ่ขึ้น ค่า PF จะต่ำลง (เข้าใกล้ 0) แสดงว่าระบบใช้พลังงานได้ไม่มีประสิทธิภาพเท่าที่ควร เพราะมี S (VA) สูงเกินความจำเป็นเมื่อเทียบกับ P (W) ที่ใช้งานจริง
ผลกระทบของกำลังไฟฟ้ารีแอคทีฟ (Q):
แม้ Q จะไม่ได้ทำงานจริง แต่มันส่งผลกระทบต่อระบบไฟฟ้าหลายประการ:
- ความจำเป็น: ดังที่กล่าวไป อุปกรณ์ประเภทตัวเหนี่ยวนำ (ซึ่งมีอยู่มากมายในระบบ) จำเป็นต้องใช้ Q เพื่อทำงาน
- เพิ่มกำลังไฟฟ้าปรากฏ (S): การมี Q ทำให้ค่า S โดยรวมสูงขึ้น (S = √(P² + Q²))
- เพิ่มกระแสไฟฟ้าในระบบ (Irms): เนื่องจาก S = Vrms × Irms การที่ S สูงขึ้น หมายความว่าระบบต้องจ่ายกระแสไฟฟ้า (Irms) มากขึ้น เพื่อส่งกำลังไฟฟ้าจริง (P) ในปริมาณเท่าเดิม
- เพิ่มการสูญเสียพลังงาน: กระแสไฟฟ้าที่สูงขึ้น (Irms) ทำให้เกิด การสูญเสียพลังงานในรูปความร้อน (I²R Losses) ในสายส่ง, หม้อแปลง, และสายไฟต่างๆ สูงขึ้นโดยไม่จำเป็น เป็นการสิ้นเปลืองพลังงาน
- แรงดันตก: กระแสที่สูงขึ้นทำให้เกิดแรงดันตก (Voltage Drop) ในสายส่งมากขึ้น ส่งผลต่อคุณภาพไฟฟ้าที่ปลายทาง
- ลดความสามารถในการจ่ายไฟของระบบ: อุปกรณ์ในระบบผลิตและส่งจ่ายไฟฟ้า (เครื่องกำเนิดไฟฟ้า, หม้อแปลง) มีขีดจำกัดในการจ่ายกำลังไฟฟ้าปรากฏ (kVA หรือ MVA) การมี Q สูงๆ ในระบบ จะไป “กิน” ขีดความสามารถเหล่านี้ ทำให้เหลือความสามารถในการจ่ายกำลังไฟฟ้าจริง (kW หรือ MW) น้อยลง
ทำไมต้องจัดการ Q? (การปรับปรุงตัวประกอบกำลังไฟฟ้า – Power Factor Correction)
จากผลกระทบข้างต้น จะเห็นว่าการมี Q ในระบบมากเกินไป (โดยเฉพาะจากโหลด L) เป็นสิ่งที่ไม่พึงประสงค์ การจัดการ Q หรือที่เรียกว่า การปรับปรุงตัวประกอบกำลังไฟฟ้า (Power Factor Correction) จึงมีความสำคัญ โดยมีเป้าหมายเพื่อลดค่า Q สุทธิในระบบให้เหลือน้อยที่สุด (ทำให้ PF เข้าใกล้ 1) วิธีที่นิยมคือ:
- การติดตั้งตัวเก็บประจุ (Capacitor Bank): เนื่องจาก Capacitor จ่าย -Q จึงสามารถนำไปติดตั้งใกล้ๆ กับโหลดประเภท L (เช่น มอเตอร์ในโรงงาน) เพื่อ “ชดเชย” หรือ “จ่าย” Q ให้กับโหลด L โดยตรง ลดการดึง Q จากแหล่งจ่ายไฟฟ้าหลัก
ประโยชน์ของการปรับปรุง Power Factor:
- ลดค่ากำลังไฟฟ้าปรากฏ (S)
- ลดกระแสไฟฟ้า (Irms) ที่ไหลในระบบ
- ลดการสูญเสียพลังงาน (I²R Losses)
- ปรับปรุงระดับแรงดันไฟฟ้าให้คงที่มากขึ้น
- เพิ่มความสามารถในการจ่ายกำลังไฟฟ้าจริง (P) ของระบบ
- ลดหรือหลีกเลี่ยงค่าปรับ Power Factor จากการไฟฟ้า (สำหรับผู้ใช้ไฟรายใหญ่)
ความสำคัญในระบบไฟฟ้าปัจจุบัน:
การบริหารจัดการกำลังไฟฟ้ารีแอคทีฟเป็นหัวใจสำคัญของการดำเนินงานระบบไฟฟ้าที่มั่นคงและมีประสิทธิภาพ โดยเฉพาะในภาคอุตสาหกรรมและพาณิชยกรรมที่มีการใช้มอเตอร์และอุปกรณ์เหนี่ยวนำจำนวนมาก การควบคุม Q ช่วยให้ระบบไฟฟ้าของประเทศไทยและทั่วโลกทำงานได้อย่างเต็มประสิทธิภาพ
บทสรุป
กำลังไฟฟ้ารีแอคทีฟ (Q) หรือที่อาจเรียกว่า “กำลังไฟฟ้าเสมือน” คือ พลังงานที่จำเป็นต่อการทำงานของอุปกรณ์ประเภทตัวเหนี่ยวนำและตัวเก็บประจุ แต่ไม่ได้ถูกเปลี่ยนไปเป็นงานโดยตรง การมี Q มากเกินไปในระบบไฟฟ้า AC ส่งผลเสียต่อประสิทธิภาพโดยรวม ทำให้กำลังไฟฟ้าปรากฏ (S) และกระแสไฟฟ้า (I) สูงขึ้น เกิดการสูญเสียพลังงานมากขึ้น และลดทอนความสามารถของระบบ การทำความเข้าใจและการจัดการ Q อย่างเหมาะสมผ่านการปรับปรุงตัวประกอบกำลังไฟฟ้า จึงเป็นสิ่งจำเป็นอย่างยิ่งต่อการสร้างระบบพลังงานไฟฟ้าที่มีประสิทธิภาพและยั่งยืน
#ช่างไฟดอทคอม บริการงานซ่อมบำรุงระบบไฟฟ้า ไฟฟ้ากำลัง งานออกแบบติดตั้ง ครบจบ
ขั้นตอนการใช้บริการ
แอดไลน์ > แจ้งปัญหา > รอราคา > ตกลงราคา > รับบริการ
