اثرات هارمونیک

 

کیفیت برق برای شرکت ها و مصرف کنندگان انرژی الکتریکی از اهمیت خاصی برخوردار است. لوازمی همچون کامپیوترها، لوازم الکتریکی و دستگاه های صنعتی قابل برنامه ریزی و کنترل کننده ها، نسبت به اغتشاش در برق بسیار حساسند.

از سوی دیگر، استفاده از لوازم تولید کننده اغتشاش در سیستم قدرت مانند منابع الکترونیک قدرت و کنترل دور موتورها روند رو به افزایشی یافته است. هارمونیک ها آلوده سازی شکل موج را در اشکال سینوسی آن ها نشان می دهند.

ولی فقط در مضارب فرکانس اصلی تخریب شکل موج را می توان در فرکانس های مختلف (مضارب فرکانس اصلی) بعنوان یک نوسان دوره ای به وسیله آنالیز فوریه تجزیه و تحلیل کرد.

 

برای بررسی، دریافت لیست قیمت و خرید بانک خازنی و رگولاتور هوشمند اشنایدر کلیک کنید.

برای پشتیبانی فنی با شرکت الیکا الکتریک تماس بگیرید: 

۰۳۱-۳۲۶۶۴۵۵۰

۰۳۱-۳۲۶۶۳۸۳۶

۰۳۱-۳۲۶۶۳۸۳۷


در حال حاضر هارمونیک های فرد و زوج و مرتبۀ ۳ در اندازه های مختلف ضرایب فرکانس‌های مختلف در سامان‌های الکتریکی موجودند که مستقیماً تجهیزات سامانه الکتریکی را متأثر می سازند. در معنایی وسیعتر هارمونیک‌های زوج و مرتبه ۳ هریک تلاش می کنند که دیگری را خنثی نمایند.

ولی در مدت زمانی که بار نامتعادل است این هارمونیک‌های فرد اول مانند هارمونیک‌های زوج و مرتبۀ ۳ منجر به اضافه بار در نول و اتلاف انرژی شدید می شوند. با تمام احوال هارمونیک‌های فرد اول مانند هارمونیک پنجم، هفتم، یازدهم، سیزدهم و … عملکرد این تجهیزات الکتریکی را تحت تاثیر قرار دهند.

به دلیل افزایش اعوجاجهای هارمونیکی در شبکه های فشار ضعیف و متوسط، طراحی بانک های خازنی بسیار مشکل و پیچیده است.

  • بارهای غیر خطی

یکسو سازها، کنترلرهای الکترونیکی موتورها، مبدلهای فرکانس و دیگر بارهای الکترونیکی برای جبران توان راکتیو مصرفی، نیاز به خازن دارند و در عین حال این مصرف کننده ها مولد هارمونیک هستند. در صورت نزدیک بودن فرکانس رزونانس مجموعه ترانس و خازن به فرکانس هارمونیک‌ها، امکان وقوع خطر بسیار محتمل است. بارهای غیرخطی باعث ایجاد هارمونیک‌های ناخواسته در شبکه می گردد که موجب اشکالات زیر می شود:

  • عدم تقارن
  • اعوجاج در ولتاژ
  • خطا در ارتباطات
  • کاهش ضریب توان
  • خطای اندازه گیری
  • کاهش توان موتورها
  • تشدید سری و موازی
  • خطا در انتخاب کابل قدرت
  • افزایش درجه حرارت و  اضافه بار در ترانسفورمرها

بارهایی که به صورت غیر خطی از مدار جریان دریافت می کند معمولاً مولد هارمونیک‌ها هستند تعدادی از این ادوات عبارتند از:

   ۱- منابع تغذیه UPS

   ۲- منابع تغذیه تلویزیون و کامپیوتر

   ۳- درایوهای موتورهای القایی که جهت تغییر دور موتور به کار می روند

انواع موتور الکتریکی

  • بانک خازنی

بانک‌ خازنی تزریق شده به شبکه به همراه اندوکتانس های موجود در شبکه تشکیل بک مدار رزونانسی می دهند در هنگام تشدید، جریان مؤثر واحدهای خازنی به شدت افزایش می یابد که باید با نصب فیلترهای مناسب حفاظت گردند هارمونیک های ولتاژ و جریان تاثیرات متفاوتی بر تجهیزات الکتریکی دارند. خازن های قدرت هم در هارمونیک ها ولتاژی و هم در هارمونیک های جریانی آسیب پذیرند به طور عمده هارمونیک های جریان موجب تداخل مغناطیسی و همچنین موجب افزایش اتلاف در شبکه های توزیع می شوند.

هارمونیک های جریان وابسته به باراند، در حالی که سطح هارمونیک‌های ولتاژ به پایداری سامانه تغذیه و هارمونیک های بار (هارمونیک های جریان) بستگی دارد.

عموماً هارمونیک‌های ولتاژ از هارمونیک‌های جریان کمتر خواهند بود. تشدید سلفی- خازنی در همه انواع بارها مشاهده می شود. ولی اگر هارمونیک‌ها در شبکه توزیع نباشند تاثیر تشدید کمتر می شود.

در هر ترکیب سلفی-خازنی در حالت سری یا در حالت موازی، در فرکانسی خاصی تشدید رخ می دهد که این فرکانس خاص فرکانس تشدید نامیده می شود. فرکانس تشدید فرکانسی است که در آن راکتنس خازنی (XC) و راکتنس القایی (XL) برابر هستند.

برای بارهای که شامل اندوکتانس بار و یا راکتنس ترانسفورماتور هستند که با XL  نشان داده می شود و راکتنس خازن تصحیح ضریب توان که به صورت XC نشان داده می شود فرکانس تشدیدی برابر با LC خواهیم داشت. راکتنس خازنی متناسب با فرکانس کاهش می یابد چون XC با فرکانس نسبت عکس دارد.

ولی راکتنس خازنی متناسب با فرکانس افزایش می یابد چون XL با فرکانس نسبت مستقیم دارد. این فرکانس تشدید به سبب متغیر بودن الگوی بار متغیر خواهد بود. این مساله برای ظرفیت خازنی ثابت کل که برای اصلاح ضریب توان در نظر گرفته شده پیچیده تر است.

حداکثر هارمونیک های کلی ولتاژ از ۴۰۰ ولت تا ۳۳ کیلوولت ۵ درصد است و برای مرتبه های زوج ۱٫۵ درصد برای مراتب فرد ۳ درصد است اما باید توجه داشت برای خازن ها حداکثر هارمونیک کلی ولتاژ برای عدم استفاده از فیلتر ۳ درصد باید باشد.

                                                               خازن ۲۵ کیلووار اشنایدر الکتریک

 

اصلاح ضریب توان به کمک فیلتر اکتیو موازی

هارمونیک ها، ولتاژ جریان سینوسی هستند که فرکانس آنها مضرب صحیحی از فرکانس نامی سیستم (۵۰ هرتز) است. شکل موج های اعوجاج یافته می توانند به مؤلفه فرکانس اصلی و تعدادی هارمونیک تجزیه شود. در شبکۀ قدرت، اعوجاج هارمونیکی به دلیل وجود مشخصۀ غیر خطی تجهیزات و بارها ایجاد میشود که امروز در شبکه ها به طور وسیعی استفاده می شوند.

 

  • اثرات مخرب هارمونیک ها

   اثرات تعیین کننده و عمدۀ هارمونیک ها عبارتند از:

  • اختلالات مخابراتی
  • نویز اضافی در موتور و دیگر وسایل
  • عملکرد نامناسب وسایل کنترل کننده
  • تلفات اضافی در خازن ها و ماشین های الکتریکی
  • عملکرد نامناسب سیستم های تولید کننده سیگنال و رله های حفاظتی

   

  • رفع مشکل هارمونیک

برای رفع مشکل هارمونیک ها می توان از فیلترهای اکتیو استفاده کرد. همانطور که در تصویر زیرملاحظه می شود فیلترهای اکتیو موازی نزدیک مصرف کننده و به صورت موازی با آن به شبکه وصل میشود. هدف اصلی از به کارگیری این وسیله، تزریق هارمونیک های جریان (برابر هارمونیک های جریان بار) به نقطۀ اتصال می باشد. در این صورت جریان کشیده شده از منبع عاری از هارمونیک خواهد بود. یکی ازکاربردهای فرعی فیلترهای اکتیو موازی جبران توان راکتیو می باشد. بدین صورت که علاوه بر تزریق جریان هارمونیکی، جریان راکتیو را نیز به نقطۀ اتصال تزریق می کنند و در واقع مشابه خازن، توان راکتیو جاری شده در شبکه کاهش می یابد.

                             

 

 

  • ضریب توان اقتصادی خازن

هزینۀ برق مصرفی در تعرفه های چند قسمتی، به وسیله نصب خازن در مدار که منجر به کاهش توان راکتیو میشود، انجام می گردد. اما به جهت هزینه بر بودن نصب خازن لازم است به هزینه انرژی الکتریکی و هزینۀ نصب و راه اندازی خازن توجه شود و با توجه به این هزینهها اقتصادی ترین ضریب توان تعیین شود. بدیهی است برای تعرفه های یک قسمتی، ضریب توان اقتصادی بی معنی است چرا که در این نوع تعرفه، هزینه انرژی راکتیو و جریمه پایین بودن ضریب توان اعمال نمی شود.

 
 

بیشتر بخوانید

خازن اصلاح ضریب قدرت چیست؟

رگولاتور ولتاژ چیست؟

تابلوی خازنی

روش های جبران سازی ضریب توان

محاسبه ضریب توان در تابلوهای برق


 

  • مسدود کننده هارمونیک ها

برای کاربری سالم خازن ها لازم است که فرکانس تشدید مدار LC (سلف-خازن) که شامل اندوکتانس بار و خازن های اصلاح ضریب توان می شود، به فرکانسی دور از کمترین فرکانس هارمونیک تغییر داده شود.

برای مثال هارمونیک هایی که در سامانه تولید می شوند و خازن های قدرت را متأثر می سازند، هارمونیک های پنجم، هفتم، یازدهم، سیزدهم و غیره هستند. پایین ترین هارمونیکی که بر خازن ها تاثیر می گذارد هارمونیک پنجم است که در فرکانس ۲۵۰ هرتز دیده می شود.

ترکیب سری  LC(سلف-خازن) در فرکانسی زیر ۲۵۰ هرتز تشدید می کند. بنابراین در همه فرکانس‌های هارمونیک‌ها ترکیب سری سلف و خازن مانند یک ترکیب سلفی عمل خواهد کرد و امکان تشدید برای هارمونیک پنجم یا هر هارمونیک بالاتری از بین می رود.

این ترکیب سلف و خازن که در آن فرکانس تشدید در فرکانسی دور از فرکانس هارمونیک تنظیم شده است، مدار LC (سلف-خازن) نامیزان شده (De-Tuned) نام دارد.

ضریب نامیزان سازی نسبت راکتنس به ظرفیت خازنی است. در مدار خازنی نامیزان شده، اساساً سلف مانند دستگاه مسدود کننده هارمونیک‌ها عمل می کند. برای خازن‌ها ضریب مناسب نامیزان سازی حدود ۷ درصد است که فرکانس تشدید را در ۱۸۹ هرتز تنظیم می کند.

نامیزان ساز ی ۶۷،۵ درصد همچنین در جایی استفاده می شود که فرکانس تشدیدی معادل ۲۱۰ هرتز دارد. نامیزان سازی ۱۴ درصد فرکانس تشدیدی معادل ۱۳۴ هرتز دارد. (در فرکانس ۵۰ هرتز) این مقدار نامیزان سازی برای حذف هارمونیک سوم نیز موثر است.

هر سه درجه نامیزان سازی، مسدود کردن (بلوکه کردن) هارمونیک‌ها از خازن ها را تضمین می کنند. در هنگام طراحی بانک های نامیزان سازی خازن نیازمند آن هستند که با نکات اساسی زیر مشخص شوند:

۱- محاسبه خازن کل خروجی مورد نیاز

۲- انتخاب درجه نامیزان سازی (۵٫۶۷ درصد -۷ درصد  -۱۴ درصد)

۳- محاسبه افزایش ولتاژ به وسیله سلف های سری که در انتخاب ولتاژ خازن مورد استفاده بسیار موثر است.

(درجه نامیزان سازی-۱) / (ولتاژ شبکه) = ولتاژ خازن انتخابی درجه نامیزان سازی مطلوب بر پایه هارمونیک موجود است.

لازم است که هارمونیک های سمت بار اندازه گیری شوند تا در درجه نامیزان  تصمیم گیری شود.

Fr = Fn√۱/p  

در فرمول های فوق Fr فرکانس رزونانس، Fn فرکانس شبکه و P درصد نامیزان سازی

شایان ذکر طراحی بانک های خازنی فیلتر دار کاری تخصصی می باشد و بهتر است با مشاورین کیفیت توان این کار صورت گیرد.

 

 در صورتی که سوالی در خصوص مطالب بیان شده دارید می توانید در قسمت نظرات از ما بپرسید یا با ارائه پیشنهادات خود، ما را در بالا بردن کیفیت مقالات یاری کنید. 

مقالات مرتبط

نظرات