تبادل
لینک هوشمند
گوناگون از قدرت:مقاله: بارهای هارمونیک
بسمه تعالی
تهیه وتنظیم:محمدرضا حدادکاشانی
گوناگون از قدرت:
مقاله: بارهای هارمونیک
مقدمه: هنگاميكه استفاده ازمبدلهاي الكترونيك قدرت دراواخردهه 1970 معمول گرديد،توجه بسياري ازمهندسين شركتهاي برق درموردتوانايي پذيرش و اعو جاج هارمونیکی توسط سيستمهاي قدرت رابرانگيخت . پيشبينيهاي مأيوسكنندهاي ازسرنوشت سيستمهاي قدرت درصورت اجازه استفاده ازاين تجهيزات انجام گرفت. درحاليكه بعضي ازاين نگرانيهااحتمالاًبيش ازحد قلمداد گرديدند،ولي بررسي مفهوم كيفيت رقم ديون اين افرادبهدلي پيگيري آنهادرمورداين مسئله ميباشد.
بروزهارمونيك درسيستمهاي برق اولين پيامدعناصرغيرخطي درشبكه است. بهخاطرگسترش فزاينده استفاده ازعناصرغيرخطي درسيستمهاي برق،مانندراهاندازها (درايورهاي تنظيم سرعت) ومبدلهاي الكترونيكي قدرت،مقدارهارمونيك شكل موج جريان وولتاژبهطورچشمگيري افزايش يافته است وبنابراين اهميت موضوع كاملاًمشخص است.
بررسي مسائل هارمونيكهامنجربه تحقيقاتي گرديدكه نتايج آن نقطه نظرات متعددي درموردكيفيت برق بود. به نظربرخي ازمحققين،اعوجاج هارمونيكي هنوزمهمترين مسئلـه كيفيت برق ميباشد. مسائل هارمونيكي بابسياري ازقوانين معمولي طراحي سيستمهاي قدرت وعملكردآن تحت فركانس اصلي مغايراست. بنابراين مهندس برق باپديدههاي ناآشنايي روبروميشودكه نيازبه ابزارپيچيده وتجهيزات پيشرفته براي حل مشكلات وتجزيه وتحليل آنها دارد.
گرچه تحليل مسائل هارمونيكي ميتوانددشوارباشد،ولي خوشبختانه همة سيستم قدرت داراي مشكل هارمونيكي نيست وفقط درصدكمی ازفيدرهاي مربوط به سيستمهاي توزيع تحت تأثيرعوامل ناشي ازهارمونيكها قرارميگيرند. مشتركين برق درصورت وجودهارمونيكها مشكلات زيادتري ازشركتهاي برق راتحمل ميكنند. مشتركين صنعتي كه ازمحركههاي موتورباقابليت تنظيم سرعت،كورههاي قوس الكتريكي،كورههاي القايي،يكسوكنندهها،اينورترها،دستگاههاي جوش ونظايرآن استفاده ميكنند،نسبت به مسائل ناشي ازاعوجاج هارمونيكي ضربه پذيرترازبقية مشتركين ميباشند.
اعوجاج هارمونيكي يك پديده جديد درسيستمهاي قدرت به شما نميرود. نگرانی ناشي ازاعوجاج دربسياري ازدورهها در سيستمهای قدرت الكتريكی جريان متناوب وجودداشته ودنبال شده است.
جستجوي منابع ومطالب تكنيكي دهههاي قبل نشان ميدهدكه مقالات مختلفي دررابطه بااين موضوع انتشاريافته است.
اولين منابع هارمونيكي شناخته شده،ترانسفورماتورهابودندواولين مشكل نيزدرسيستمهاي تلفن پديد آمد.
استفاده گروهي ازلامپهاي قوس الكتريك بهدليل مؤلفههاي هارمونيكي توجه اتخاصي رابرانگيخت ولي اين مسائل به اندازه اهميت مسئله مبدلهاي الكترونيك قدرت درسالهاي اخيرنبوده است
خوشبختانه درطي اين سالها پژوهشگر ان متوجه شده اند كه اگرسيستم انتقال به نحومناسبي طراحي گردد، بهنحوي كه بتواند مقدار توان موردنياز بارهارا به راحتي تأمين نمايد، احتمالا ايجادمشكل ناشي ازهارمونيكهابراي سيستم قدرت بسياركم خواهد بود،گرچه اين هارمونيكهاميتوانندموجب مسائلي درسيستمهاي مخابراتي شوند.
اغلب درسيستمهاي قدرت مشكلات زماني بروزميكنندكه خازنهاي موجود درسيستم باعث ايجاد تشديد دريك فركانس هارمونيكي گردند. دراين شرايط اغتشاشات واعوجاجات،بسياربيش ازمقاديرمعمول ميگردند.
امكان ايجاداين مشكلات درمورد مراكزكوچك مصرف وجوددارد ولي شرايط بدتر درسيستمهاي صنعتي بهدليل درجه زيادي ازتشديد رخ ميدهد.
علت ايجاد اعوجاج هارمونيكي
اعوجاج هارمونيك درسيستمهاي قدرت ناشي ازعناصرغيرخطي ميباشد. عنصرغيرخطي عنصري است كه جريان آن متناسب باولتاژاعمالي نميباشد افزايش چند درصدي ولتاژممكن است باعث شودكه جريان دوبرابرشده ونيزموج جريان شكل ديگري به خود بگيرد. اين مورد ساده ای ازمنبع توليد اعوجاج درسيستم قدرت ميباشد.
هرشكل موج اعوجاجي؛ پريودي را که ميتوان به صورت جمع موجهاي سينوسي بيان نمود. يعني وقتي كه شكل موج ازيك سيكل به سيكل ديگر تغييرنكند،اين موج راميتوان به صورت جمع امواج سينوسي خالص كه درآن فركانس هرموج سينوسي، مضرب صحيحي ازفركانس اصلي موج اعوجاج ي ا ست نمايش داد.
اين موجهاي سينوسي كه فركانس آنهاضريب صحيحي ازفركانس اصلي ميباشند،هارمونيكهاي مؤلفه اصلي گويند. جمع اين موجهاي سينوسي به سري فوريه معروف است اينمفهوم رياضي اولين بارتوسط فوريه رياضيدان فرانسوي مورد توجه قرارگرفت.
مزاياي فني واقتصاد ي كاهش هارمونيكها
اگرچه بحث تفصيلي درموردخسارات هارمونيكها ،پيچيده است ولي ميتوان دريك جمعبندي اجمالي مزاياي كاهش هارمونيكها رابهشرح زيربيان نمود :
1)كاهش تلفات تجهيزات الكتريك وشبكه بر ق رساني
2)آزادسازي ظرفيت تجهيزات شبكه مانند موتورهاي الكتريكي وترانسفورماتورها
3)افزايش طول عمرتجهيزات به دليل كاهش تلفا توكاهش درجه حرارت
4)كاهش احتمال رزونانس موازی وسري درشبكه
5)افزايش راندما نموتورهاي الكتريكي
6)كاهش خطاي عملكردرلهها،تجهيزات كنترلي وحفاطتي شبكه ناشي ازتأثيرات هارمونيكها
7)كاهش خطاي قرائت دستگاههاي اندازهگيري وكنتورهاودرنتيجه كاهش خطاي مبالغ دريافتي ازمشتركين
عملكردبهترتجهيزات شبكه ومشتركين ازجمله ماشينهاي الكتريك يبهدليل كاهش اثرگشتاورهاي مخالف بهواسطه برخي ازهارمونيكها
9)بهبودرضايت مشتركين به دليل بهبود كيفيت توان
تجهيزات آسيب پذير
موتورهاي الكتريك ازجمله وسايلي هستندكه درمعرض بيشترين اثرنامطلوب هارمونيكها قراردارند، هارمونيك حاصل از ولتاژ تغذيه باعث تلفات بالاتردرموتورهاي الكتريكي شده كه باعث كاهش ظرفيت نامي ميشود.
كاهش عمروفرسوده شدن عايقبندي موتور بهخاط رافزايش دماي داخلي بالاترازميزان نامي،ازديگراثرات نامطلوب هارمونيكها درموتورهاي الكتريكي است.
سيستم عايقبندي آسيبپذيرترين قسمت يك موتورالكتريكي درمقابل افزايش دماي حاصلازهارمونيك است.تسريع درفرسايش، خطاو مشكلات عايقي وكاهش عمرمعمول ترين نشانههاي مشاهده شده درسيستمهاي عايقيِ درمعرض اضافه حرارت،ميباشد.
منابع توليد هارمونيك
پيدايش عناصرنيمه هادي والمانهاي غيرخطي نظيرديود،تريستورو ... واستفادة فراوان ازآنهادرشبكههاي قدرت عامل جديدي براي ايجادهارمونيك درسيستمهاي قدرت بهوجودآورد. كاربرداين عناصرراميتواندرتجهيزات وسيستمهاي قدرت زيرديد:
- كورههاي قوسالكتريكي والقايي
- يكسوكنندههاومبدلهاي الكترونيك قدرت
- تجهيزات مورداستفاده دركنترلكنندههاي سرعت ماشينهاي الكتريكي ( VSD)
- كاربرد SVCبعنوان ابزارمهمي دركنترل توان راكتيو
- بارهاي غيرخطي شامل دستگاههاي جوشكاري
- جريان مغناطيسي ترانسفورماتور
ازسوي ديگرعوامل زيررانيزميتوان به عنوان توليدكنندةهارمونيك درنظرگرفت:
- توليدشكل موج غيرسينوسي توسط ماشينهاي سنكرون ناشي ازوجودشيارهاوعدم توزيع يكنواخت سيمپيچيهاي استاتور
- توزيع غيرسينوسي فوران مغناطيسي درماشينهاي سنكرون
همچنين صنايع زيرراميتوان ازجمله عوامل توليد هارمونيك درشبكههاي الكتريكي محسوب نمود:
- صنايع شامل مجتمعهاي شيميايي وپتروشيمي ونيزصنايع ذوب آلومينيم كه ازيكسو كنندههاي پرقدرت براي توليد برقDC موردنيـاز،انجام فرآيندهاي شيميـائي وذوب آلومينيـم استفـاده ميكنند. باتوجـه به قـدرت بالا،اين يكسـوكنندهها هارمونيك قابل ملاحظهاي درشبكة قدرت به وجود ميآورند.
- استفاده ازسيستمهاي الكترونيك قدرت درسيستم حمل ونقل برقي ماننداتوبوس برقي ومترو ها باعث ميشود سطوح زيادي ازهارمونيك به سيستم توزيع تزريق شود.
- بارهاي غيرخطي مانندكورههاي قوس الكتريكی كه درصنايع ذوبآهن استفاده ميشودازعوامل توليد هارموني كدرمقياس بزرگ ميباشند.
نظرات شما عزیزان:
