منابع و آثار هارمونیک در شبکه چیست؟
یكی از مسائل و مشكلات مهم كيفيت برق در سيستمهای توزيع و انتقال مسئله هارمونیکها میباشد. در ادامه به بررسی منابع و آثار هارمونیک در شبکه میپردازیم. اعوجاجهای هارمونيكی در سيستمهای قدرت مشكلات خاصی را به دنبال دارند كه عدم عملكرد مناسب تجهيزات، كاهش عمر و پايين آمدن راندمان از مهمترین آنهاست.
در این مطلب به مواردی
-
هارمونیک چیست؟
-
انواع منابع هارمونیک چیست؟
-
راهکارهای کاهش هارمونیک درمنابع مختلف تولید هارمونیک درشبکه
-
منابع و اثار هارمونیک در شبکه را نام میبریم.
۱.هارمونیک چیست؟
یكي از مسائل و مشكلات مهم كيفيت برق در سيستمهای توزيع و انتقال مسئله هارمونیکها میباشد. در ادامه به بررسی منابع و آثار هارمونیک در شبکه میپردازیم. اعوجاجهای هارمونيكی در سيستمهای قدرت مشكلات خاصی را به دنبال دارند كه عدم عملكرد مناسب تجهيزات، كاهش عمر و پايين آمدن راندمان از مهمترین آنهاست هر شکل موج اعوجاجی را میتوان به صورت تركيبی از موجی سينوسی با فرکانسهای و دامنههای مختلف نشان داد. اين موجهای سينوسی كه فركانس آنها ضريب صحيحی از فركانس اصلي (50 هرتز) باشد، هارمونیکهای مولفه اصلی مینامند. درصورتیکه فركانس آنها ضريبی صحيح از فركانس اصلي (50 هرتز) نباشد، هارمونیکهای ميانی ناميده میشوند. جريانهای هارمونيكی عبور كننده از امپدانس سيستم باعث ايجاد افت ولتاژ برای هر هارمونيك خواهد شد و درنتیجه باعث ايجاد ولتاژ هارمونيكی در دو سربار میگردد.
به بیان ساده می توان گفت در صورتی که جریان یا ولتاژ از فرم سینوسی خارج شود و یا در سینوسی کامل نباشد، سیستم دچار هارمونیک شده است. هارمونیکها، ولتاژ و جریانهای الکتریکی هستند که در شبکه قدرت بر اثر نوعی از بارهای الکتریکی به وجود میآیند.در جریان متناوب و عادی شبکههای قدرت، ولتاژ سینوسی در یک فرکانس خاص، معمولا 50 یا 60 هرتز است زمانی که یکبار الکتریکی خطی به سیستم متصل میشود، در این حالت جریان سینوسی با همان فرکانس ولتاژ شکل میگیرد. وقتیکه یکبار غیرخطی مانند یکسو کنندهها به سیستم قدرت متصل میشوند باعث به وجود آمدن جریانی میشوند که دقیقا سینوسی نیست.
شکل موج جریان میتواند بسته به نوع بار و در اثر متقابلش با دیگر اجزا سیستم بهکلی پیچیده شود. صرفنظر از پیچیدگیها، شکل موج جریان که از طریق تجزیه و تحلیل سری فوریه توضیح داده میشود، این امکان وجود دارد که موج را به یک موج ساده تجزیه کرده که در فرکانس سیستم قدرت، در مضرب صحیحی از فرکانس اصلی رخ دهد.
۲.انواع منابع هارمونیک چیست؟
بطور کلی، هارمونیکها عمدتا توسط بارهای غیرخطی بودن ایجاد میشدند، و امروزه، تجهیزات ایجاد کننده هارمونیک در همه تاسیسات صنعتی، تجاری و مسکونی به عنوان بار غیرخطی وجود دارند. نمونههای بیشتر از بارهای غیرخطی شامل تجهیزات دفتری واداری معمول، مانند رایانهها پرینترها و همچنین درایوهای با سرعت قابل تنظیم هستند. باید به این نکته نیز اشاره کرد که همه انواع بارها هارمونیک را به داخل تزریق نمی کنند و هارمونیک تولیدی مشخصات بار بستگی دارد، در شکل زیر یک نمونه از بارهایی که باعث ایجاد هارمونیک می شود نشان داده شده است.
برای مطالعه بیشتر توزیع شبکه های الکتریکی را پیشنهاد میدهیم
نمونهای از این بارها در ادامه آورده شده است.
– دستگاه های متشکل از مدارهای الکترونیکی قدرت مانند تجهیزات صنعتی (ماشین های جوشکاری، کوره های قوس، کوره های القایی ، یکسو کننده ها)
– درایوهای با سرعت متغیر برای موتورهای آسنکرون و DC
– تجهیزات اداری (رایانه های شخصی، دستگاه های فتوکپی ، دستگاه های نمابر و غیره)
– لوازم خانگی (تلویزیون، مایکروویو، لامپ های فلورسنت و غیره)
– منابع تغذیه بدون وقفه (UPS)
– اشباع تجهیزات (اساساً ترانسفورماتورها) که ممکن است جریان غیرخطی ایجاد کنند
۳.راهکارهای کاهش هارمونیک در منابع مختلف تولید هارمونیک شبکه
– کاهش ولتاژ اعمالی به ترانس برای خارج شدن از ناحیه اشباع مغناطیسی و تولید هارمونیک کمتر
– اضافه نمودن یک راکتور (سلف) سری در خط DC تغذیهکننده محرکههای AC
– تبدیل مبدلهای ۶ پالسه به ۱۲ پالسه برای کاهش ۹۰٪ هارمونیکهای ۵ و ۷
– استفاده از ترانسهای مثلث برای انتشار هارمونیکهای مضرب ۳ بارها به شبکه
– استفاده از ترانسهای زیگزاگ و زمین کرد آنها برای انتقال هارمونیکهای مضرب ۳ به زمین
معادله گسترش هارمونیک یک تابع تناوبی به شرح زیر است:
که Yo مولفه DC و Ymax.n مقدار ماکزیمم هارمونیک nام w فرکانس زاویه ای و Φn جابجایی اولیه از مولفههای هارمونیک در ۰=t میباشند. در شکل زیر موج جریان نشان داده شده تحت تأثیر اعوجاج هارمونیکی نشان داده شده است که از مولفه های اصلی و هارمونیک هاتشکیل شده است.
همانطور که در شکل نیز مشاهده می شود. شکل موج ها با فرکانس های متفاوت غیر از فرکانس اصلی در شبکه ایجاد می کنند که ضرایبی از فرکانس های اصلی می باشد.
هر هارمونیک بنا به عدد مشخص شده خود دارای فرکانس متفاوتی است به عنوان مثال هارمونیک ۳ دارای فرکانس ۱۵۰ هرتز (۵۰×۳ در صورتی که فرکانس یک کشور ۶۰ باشد ۶۰×۳)، و با هارمونیک ۵ دارای فرکانس۲۵۰ هرتز میباشد. در شکل زیر نمونهای هارمونیکها در یک سیکل به همراه شکل موج اصلی نشان داده شده است. همانطور که مشخص میباشد هارمونیک ها با مضرب کوچکتر دارای مقادیر بیشتری می باشند.
منابع و آثار هارمونیک در شبکه باعث ایجاد اعوجاجهایی بر روی موج اصلی ولتاژ و جریان می شوند. که این اعوجاجها برای تجهیزات مضر است.
برای مطالعه بیشتر برگه حفاظت سیستم قدرت را پیشنهاد میدهیم
۴.آثار هارمونیک در شبکه
آثار هارمونیکها بر کلیه تجهیزات سیستم قدرت از جمله موارد زیر تأثیر میگذارند:
– ماشینهای سنکرون و آسنکرون
– ترانسفورماتور
– بانکهای خازن
– کابلها
– رلههای حفاظتی
– تجهیزات اندازهگیری
– کلیدهای قطع کننده مدار
– فیوزها
– سیستم ارتباطی
– تجهیزات روشنایی
– غیره
دیدگاهها