علت ايجاد اعوجاج هارمونيكي:
اعوجاج هارمونيكي در سيستمهاي قدرت ناشي از عناصر غيرخطي ميباشد. عنصر غيرخطي عنصري است كه جريان آن متناسب با ولتاژ اعمالي نميباشد افزايش چند درصدي ولتاژ ممكن است باعث شود كه جريان دوبرابر شده و نيز موج جريان شكل ديگري به خود بگيرد. اين مورد ساده اي از منبع توليد اعوجاج در سيستم قدرت ميباشد.
منابع هارمونیک:
پيدايش عناصر نيمه هادي و المانهاي غيرخطي نظير ديود ، تريستور و … و استفادة فراوان از آنها در شبكههاي قدرت عامل جديدي براي ايجاد هارمونيك در سيستمهاي قدرت بهوجود آورد. كاربرد اين عناصر را ميتوان در تجهيزات و سيستمهاي قدرت زير ديد:
- كورههاي قوس الكتريكي و القايي
- يكسوكنندهها و مبدلهاي الكترونيك قدرت
- تجهيزات مورد استفاده در كنترلكنندههاي سرعت ماشينهاي الكتريكي
- كاربرد SVC بعنوان ابزار مهمي دركنترل توان راكتيو
- بارهاي غيرخطي شامل دستگاههاي جوشكاري
- جريان مغناطيسي ترانسفورماتور
- توليد شكل موج غير سينوسي توسط ماشينهاي سنكرون ناشي از وجود شيارها و عدم توزيع يكنواخت سيمپيچيهاي استاتور
- توزيع غير سينوسي فوران مغناطيسي در ماشينهاي سنكرون
- صنايع شامل مجتمعهاي شيميايي و پتروشيمي و نيز صنايع ذوب آلومينيم كه از يكسوكنندههاي پرقدرت براي توليد برق DC مورد نيـاز انجام فرآيندهاي شيميـائي و ذوب آلومينيـم استفـاده ميكنند. با توجـه به قـدرت بالا، اين يكسـوكنندهها هارمونيك قابل ملاحظهاي در شبكة قدرت به وجود ميآورند.
- استفاده از سيستمهاي الكترونيك قدرت در سيستم حمل و نقل برقي مانند اتوبوس برقي و متروها باعث ميشود سطوح زيادي از هارمونيك به سيستم توزيع تزريق شود.
- بارهاي غيرخطي مانند كورههاي قوس الكتريكي كه در صنايع ذوبآهن استفاده ميشود از عوامل توليد هارمونيك در مقياس بزرگ ميباشند.
برخی از اثرات مخرب اغتشاشات هارمونيکی عبارتند از:
- گرم شدن بيش از حد ترانسفورماتورها و تجهيزات دوراني مانند الکتروموتورها
- بارگذاري بيش از حد خط نول و افزايش ولتاژ غير قابل قبول نول نسبت به زمين
- ایجاد شکست عایقی در سيم پيچ الکتروموتورها و در نتیجه سوختن سيم پيچها
- معيوب شدن کارتهای الکترونيکی بویژه کارت های شبکه و تغذیه سيستمهای الکترونيکی
- اختلال در فرکانسهای ارسال اطلاعات در سيستمهای صدا و سيما و شبکه های مخابراتی
- لطمه به بانكهاي خازني و معيوب کردن خازنها
- فعال شدن بی دليل فيوزها و كليدهاي حفاظتی
- كاركرد غير قابل اعتماد تجهيزات الكترونيكي و ژنراتورها
- ايجاد خطا در سنجش توسط دستگاه های اندازه گيری
- افزايش تلفات انرژي كه افزايش بهاي قبض برق مصرفی را به دنبال دارد
- افزايش ميزان تعميرات و زمان توقف دستگاه ها
- افزايش جريان در خط نول
حذف هارمونیک ها و انواع فیلتر ها
پس از تایید وجود هارمونیک ها و در صورتی که مقدار THD بیش از حد تعریف شده توسط استاندارد IEC 61000-2-4 و یا تعیین شده توسط شبکه باشد، باید یک راه حلی برای حذف یا کاهش هارمونیک ها پیدا کنیم؛ راه حل برای اجرا بستگی به ویژگی های نصب و راه اندازی دارد.
ساده ترین راه حل که در ولتاژ کم ولتاژ استفاده می شود، استفاده از کویل های مسی است که به عنوان فیلتر فرکانس بالا عمل می کنند، جریان راه اندازی یکسو کننده ها را محدود می کند و مانع تداخل متقابل می شود.
در شبکه ها و تاسیسات با آلودگی الکتریکی بالا (سطح هارمونیک بالا)، توصیه به نصب فیلترهای هارمونیکی می گردد.
جبران هارمونیک ها می تواند متمرکز باشد، با فیلترهای هارمونیک متصل شده در تابلو ورودی اصلی، یا غیر متمرکز یا محلی که در این روش نصب فیلترهای هارمونیک نزدیک به تجهیزاتی است که منابع اصلی هارمونیک هستند.
فیلترهای هارمونیک به سه دسته تقسیم می شوند:
1- فیلترهای پسیو(Passive filters)
این نوع فیلتر ها توسط مدارهای سری LC ساخته شده اند که برای هر یک از فرکانس هایی طراحی شده اند که قرار است فیلتر هارمونیکی برای آن فرکانس ها انجام شود که معمولا ۵، ۷ و ۱۱ می باشد. ویژگی های اصلی آنها عبارتند از:
- هیچ محدودیتی برای حذف جریان هارمونیکی در حال حذف وجود ندارد.
- آنها اصلاح ضریب توان را انجام می دهند.
- وقتی تغییرات در شبکه وجود دارد، ریسک افزایش هارمونیک ها تقویت می شود.
- به علت آلودگی الکترومغناطیسی خارجی ، خطر اضافه بار وجود دارد.
2- فیلترهای فعال(Active Filters)
این نوغ فیلتر ها از قسمت های الکترونیکی و میکرو پردازشی تشکیل شده اند، کنترل هارمونیکهای مرتبه 2 تا 50 را دارند؛ برای هر محدوده فرکانسی در این نوع فیلتر یک جریان تولید می شود که دارای تغییر فاز ۱۸۰ درجه و در همان مقدار جریان هارمونیکی است که باید جبران شود لذا هارمونیک مورد نظر حذف می شود.
این نوع فیلترها با تغییرات شبکه، بارها و محدوده هارمونیک سازگار است، مخصوصا برای جبران غیر مرکزی یا محلی مناسب است.
3- فیلترهای ترکیبی(Hybrid filters)
این نوع فیلتر هاترکیبی از فیلترهای فعال و غیر فعال است، کنترل هارمونیک در محدوده بین مرتبه 2 تا 25 را انجام می دهند، و همچنین انجام اصلاح ضریب توان نیز انجام می دهند.
