به آزمون تاپ خوش آمدید!

بارهای هارمونیک

بارهای هارمونیک

مقدمه:

هنگامی‎‎که استفاده از مبدل‎ های الکترونیک قدرت در اواخر دهه 1970 معمول گردید، توجه بسیاری از مهندسین شرکت‎ های برق درمورد توانایی پذیرش اعوجاج هارمونیکی توسط سیستم‎ های قدرت را برانگیخت . پیش‎‎بینی‎ های مأیوس‎‎ کننده‎‎ای از سرنوشت سیستم‎‎ های قدرت درصورت اجازه استفاده ازاین تجهیزات انجام گرفت. درحالی‎‎که بعضی ازاین نگرانی‎ها احتمالاً بیش از حد قلمداد گردیدند، ولی بررسی مفهوم کیفیت برق مدیون این افراد به‎ دلیل پیگیری آنها درمورد این مسئله می‎‎ باشد.

بروز هارمونیک در سیستم‎  های برق اولین پیامد عناصر غیرخطی در شبکه است. به ‎‎‎خاطر گسترش فزاینده استفاده از عناصر غیرخطی در سیستم ‎‎های برق، مانند راه ‎‎اندازها (درایورهای تنظیم سرعت) و مبدل‎‎ های الکترونیکی قدرت، مقدار هارمونیک شکل موج جریان و ولتاژ به‎‎‎طور چشمگیری افزایش یافته است و بنابراین اهمیت موضوع کاملاً مشخص است.

Image result for ‫بارهای هارمونیک‬‎  بارهای هارمونیک jCQqz

بررسی مسائل هارمونیک‎‎ ها منجر به تحقیقاتی گردید که نتایج آن نقطه‎‎ نظرات متعددی درمورد کیفیت برق بود. به‎‎ نظر برخی از محققین، اعوجاج هارمونیکی هنوز مهمترین مسئلـه کیفیت برق می ‎‎باشد. مسائل هارمونیکی با بسیاری از قوانین معمولی طراحی سیستم ‎های قدرت و عملکرد آن تحت فرکانس اصلی مغایر است. بنابراین مهندس برق با پدیده‎‎ های ناآشنایی روبرو می ‎‎شود که نیاز به ابزار پیچیده و تجهیزات پیشرفته برای حل مشکلات و تجزیه و تحلیل آنها دارد. گرچه تحلیل مسائل هارمونیکی می‎‎ تواند دشوار باشد، ولی خوشبختانه همة سیستم قدرت دارای مشکل هارمونیکی نیست و فقط درصد کمی از فیدرهای مربوط به سیستم‎ های توزیع تحت ‎‎تأثیر عوامل ناشی از هارمونیک‎‎ ها قرار می‎‎گیرند. مشترکین برق در صورت وجود هارمونیک‎ ها مشکلات زیادتری از شرکت‎های برق را تحمل می‎کنند. مشترکین صنعتی که از محرکه‎‎های موتور با قابلیت تنظیم سرعت، کوره‎‎های قوس الکتریکی، کوره‎‎های القایی، یکسوکننده ‎‎ها ، اینورترها، دستگاه‎‎ های جوش و نظایر آن استفاده می‎‎کنند، نسبت به مسائل ناشی از اعوجاج هارمونیکی ضربه‎‎ پذیرتر از بقیة مشترکین می‎ باشند.

اعوجاج هارمونیکی یک پدیده جدید در سیستم‎ های قدرت به شمار نمی‎ رود. نگرانی ناشی از اعوجاج در بسیاری از دوره‎ ها درسیستم‎ های قدرت الکتریکی جریان متناوب وجود داشته و دنبال شده است. جستجوی منابع و مطالب تکنیکی دهه ‎های قبل نشان می‎ دهد که مقالات مختلفی دررابطه با این موضوع انتشار یافته است. اولین منابع هارمونیکی شناخته‎‎ شده، ترانسفورماتورها بودند و اولین مشکل نیز در سیستم‎ های تلفن پدید آمد. استفاده گروهی از لامپ ‎های قوس الکتریک به‎‎‎ دلیل مؤلفه‎ های هارمونیکی توجهات خاصی را برانگیخت ولی این مسائل به اندازه اهمیت مسئله مبدل‎ های الکترونیک قدرت در سال‎های اخیر نبوده است.

خوشبختانه در طی این سال ها پژوهشگران متوجه شده اند که اگر سیستم انتقال به نحو مناسبی طراحی گردد، به ‎‎نحوی که بتواند مقدار توان مورد نیاز بارها را به راحتی تأمین نماید، احتمال ایجاد مشکل ناشی از هارمونیک‎ ها برای سیستم قدرت بسیار کم خواهد بود، گرچه این هارمونیک‎ ها می‎توانند موجب مسائلی در سیستم‎ های مخابراتی شوند. اغلب در سیستم‎ های قدرت مشکلات زمانی بروز می‎کنند که خازن‎ های موجود در سیستم باعث ایجاد تشدید دریک فرکانس هارمونیکی گردند. دراین شرایط اغتشاشات و اعوجاجات، بسیار بیش از مقادیر معمول می‎گردند. امکان ایجاد این مشکلات در مورد مراکز کوچک مصرف وجود دارد ولی شرایط بدتر در سیستم‎ های صنعتی به‎ دلیل درجه زیادی از تشدید رخ می‎دهد.

علت ایجاد اعوجاج هارمونیکی


اعوجاج هارمونیکی در سیستم‎های قدرت ناشی از عناصر غیرخطی می‎باشد. عنصر غیرخطی عنصری است که جریان آن متناسب با ولتاژ اعمالی نمی‎باشد افزایش چند درصدی ولتاژ ممکن است باعث شود که جریان دوبرابر شده و نیز موج جریان شکل دیگری به خود بگیرد. این مورد ساده ای از منبع تولید اعوجاج در سیستم قدرت می‎باشد.
 
هر شکل موج اعوجاجی پریودیک را می‎توان به صورت جمع موج‎ های سینوسی بیان نمود. یعنی وقتی که شکل موج از یک سیکل به سیکل دیگر تغییر نکند، این موج را می‎توان به صورت جمع امواج سینوسی خالص که درآن فرکانس هر موج سینوسی، مضرب صحیحی از فرکانس اصلی موج اعوجاجی است نمایش داد. این موج ‎های سینوسی که فرکانس آن‎ها ضریب صحیحی از فرکانس اصلی می ‎باشند، هارمونیک‎ های مؤلفه اصلی گویند. جمع این موج ‎های سینوسی به سری فوریه معروف است این مفهوم ریاضی اولین بار توسط فوریه ریاضیدان فرانسوی مورد توجه قرار گرفت.

مزایای فنی و اقتصادی کاهش هارمونیک‎‎ ها


اگرچه بحث تفصیلی درمورد خسارات هارمونیک‎‎ ها ، پیچیده است ولی می‎توان در یک جمع‎‎ بندی اجمالی مزایای کاهش هارمونیک ‎‎ها را به‎ شرح زیر بیان نمود :
1)کاهش تلفات تجهیزات الکتریکی و شبکه برق‎‎رسانی 
2)آزادسازی ظرفیت تجهیزات شبکه مانند موتورهای الکتریکی و ترانسفورماتورها 
3)افزایش طول عمر تجهیزات به‎ دلیل کاهش تلفات و کاهش درجه حرارت
4)کاهش احتمال رزونانس موازی و سری در شبکه
5)افزایش راندمان موتورهای الکتریکی 
6)کاهش خطای عملکرد رله‎‎ ها ، تجهیزات کنترلی و حفاطتی شبکه ناشی از تأثیرات هارمونیک‎‎ ها 
7)کاهش خطای قرائت دستگاه ‎‎های اندازه‎ گیری و کنتورها و در نتیجه کاهش خطای مبالغ دریافتی از مشترکین 
خونسرد  بارهای هارمونیک icon cool عملکرد بهتر تجهیزات شبکه و مشترکین از جمله ماشین ‎‎های الکتریکی به ‎‎دلیل کاهش اثر گشتاورهای مخالف به‎واسطه برخی از هارمونیک‎‎ ها
9)بهبود رضایت مشترکین به ‎دلیل بهبود کیفیت توان

تجهیزات آسیب‎‎پذیر 


موتورهای الکتریکی ازجمله وسایلی هستند که درمعرض بیشترین اثر نامطلوب هارمونیک ‎ها قراردارند، هارمونیک حاصل‎‎از ولتاژ تغذیه باعث تلفات بالاتر در موتورهای الکتریکی شده که باعث کاهش ظرفیت‎ نامی می ‎‎شود. کاهش عمر و فرسوده شدن عایق‎‎بندی موتور به‎‎‎خاطر افزایش دمای داخلی بالاتراز میزان نامی، از دیگر اثرات نامطلوب هارمونیک‎ ها در موتورهای الکتریکی است.
سیستم عایق‎‎بندی آسیب‎‎پذیرترین قسمت یک موتور الکتریکی درمقابل افزایش دمای حاصل‎‎از هارمونیک است.تسریع در‎ فرسایش، خطا و مشکلات عایقی و کاهش عمر معمول‎‎ترین نشانه‎‎های مشاهده شده در سیستم‎های عایقیِ درمعرض اضافه حرارت، می‎‎باشد.
 
منابع تولید هارمونیک 


پیدایش عناصر نیمه هادی و المان‎‎ های غیرخطی نظیر دیود ، تریستور و … و استفادة فراوان از آنها در شبکه‎‎ های قدرت عامل جدیدی برای ایجاد هارمونیک در سیستم‎ های قدرت به‎وجود آورد. کاربرد این عناصر را می‎توان در تجهیزات و سیستم‎ های قدرت زیر دید:
–    کوره ‎های قوس الکتریکی و القایی
–    یکسوکننده‎‎ ها و مبدل‎‎های الکترونیک قدرت
–    تجهیزات مورد استفاده در کنترل‎‎کننده‎ های سرعت ماشین‎ های الکتریکی ( VSD)
–    کاربرد SVC بعنوان ابزار مهمی درکنترل توان راکتیو
–    بارهای غیرخطی شامل دستگاه ‎‎های جوشکاری
–    جریان مغناطیسی ترانسفورماتور
 از سوی دیگر عوامل زیر را نیز می‎توان به عنوان تولیدکنندة هارمونیک در نظر گرفت:
–    تولید شکل موج غیر سینوسی توسط ماشین ‎های سنکرون ناشی از وجود شیارها و عدم توزیع یکنواخت سیم‎‎ پیچی‎ های استاتور
–    توزیع غیر سینوسی فوران مغناطیسی در ماشین‎ های سنکرون
همچنین صنایع زیر را می‎توان از جمله عوامل تولید هارمونیک در شبکه‎ های الکتریکی محسوب نمود:
–    صنایع شامل مجتمع‎ های شیمیایی و پتروشیمی و نیز صنایع ذوب آلومینیم که از یکسوکننده‎ های پرقدرت برای تولید برق DC مورد نیـاز انجام فرآیندهای شیمیـائی و ذوب آلومینیـم استفـاده می‎کنند. با توجـه به قـدرت بالا، این یکسـوکننده ‎ها هارمونیک قابل ملاحظه‎ای در شبکة قدرت به وجود می‎آورند.
–    استفاده از سیستم‎ های الکترونیک قدرت در سیستم حمل و نقل برقی مانند اتوبوس برقی و متروها باعث می‎شود سطوح زیادی از هارمونیک به سیستم توزیع تزریق شود.
–    بارهای غیرخطی مانند کوره ‎های قوس الکتریکی که در صنایع ذوب‎‎ آهن استفاده می‎ شود از عوامل تولید هارمونیک در مقیاس بزرگ می‎باشند.

برای آشنایی با کتاب راهنمای من برق اینجا کلیک کنید.

نظر دهید

پاسخ دهید

آزمون تاپ
Logo
بازیابی رمز عبور
مقایسه موارد
  • کل (0)
مقایسه
0