هارمونيک ها

 

 

فهرست مطالب:

• شناخت و بررسي مقدماتي هارمونيكها

  • كليات
  • اعوجاج هارمونيكي

• منابع توليد هارمونيك

  • منابع تغذيه تكفاز
  • مبدلهاي قدرت سه فاز AC و DC
  • تجهيزات قوس زننده
  • عناصر اشباع شونده

• اثر اعوجاج هارمونيكي بر روي عملكرد تجهيزات قدرت

  • اثر بر روي خازنها
  • اثر بر روي ترانسفورماتورها
  • اثر بر روي موتورها

• پاسخ سيستم قدرت به منابع هارمونيكي

  • امپدانس سيستم
  • امپدانس خازن
  • تشديد موازي

اثر بار مقاومتي

 

• شناسايي محل منابع هارمونيكي

 

• كنترل هارمونيكها

  • كاهش جريانهاي هارمونيكي ناشي از بارها
  • فيلترگذاري
  • اصلاح پاسخ فركانسي سيستم
  • تجهيزات فيلتركردن هارمونيكها- فيلترهاي اكتيو، پسيو و هيبريد
  • طراحي فيلترها

• برنامه هاي كامپيوتري براي محاسبه هارمونيكها

  • مدلسازي منابع هارمونيكي
  • برنامه هاي كامپيوتري براي محاسبه هارمونيكها
  • قابليت برنامه هاي تحليل هارمونيكي

 

• اصول و شرايط عمومي محدودكردن هارمونيكها

  • كليات
  • عوامل تاثير گذار بر تعيين حدود مجاز هارمونيكها
  • فلسفه تعيين محدوديتها

 

• مقررات استاندارد حدود مجاز هارمونيكها در برخي از كشورهاي جهان

 

• استاندارد مجاز هارمونيكها در شبكه برق ايران (استاندارد توانير)

 

 ۱- شناخت و بررسي مقدماتي هارمونيكها

۱-۱ كليات

• يكي از مسائل و مشكلات مهم كيفيت برق در سيستمهاي توزيع و انتقال مسئله هارمونيكها مي باشد.

 

• اعوجاجهاي هارمونيكي در سيستمهاي قدرت مشكلات خاصي را بدنبال دارند كه عدم عملكرد مناسب تجهيزات، كاهش عمر و پايين آمدن راندمان از مهمترين آنهاست.

 

• شركتهاي برق بايستي ضمن مانيتورينگ ميزان اعوجاجهاي هارمونيكي در شبكه

محدوديتهايي را ارائه نمايند تا از آسيب ديدگي تجهيزات مشتركين خانگي و صنعتي جلوگيري گردد.

 

• در اغلب مواقع، اعوجاج ولتاژ در سيستمهاي انتقال كمتر از يك درصد است و هرچه به سمت مشتركين نزديكتر مي شويم، ميزان اعوجاجهاي هارمونيكي بيشتر مي شود.

 

۱-۲ اعوجاجهاي هارمونيكي

• اعوجاج هارمونيكي در شبكه هاي قدرت ناشي از عناصر )و بارهاي( غيرخطي است. جريان عنصر غيرخطي، درحاليكه ولتاژ اعمال شده به آن سينوسي است، بصورت غير سينوسي مي باشد.

هرشكل موج اعوجاجي را مي توان بصورت تركيبي از موجهاي سينوسي با فركانسهاي و دامنه هاي مختلف نشان داد. اين موجهاي سينوسي كه فركانس آنها ضريب صحيحي از فركانس اصلي ۵۰ هرتز باشد، هارمونيكهاي مولفه اصلي مي نامند. درصورتيكه فركانس آنها ضريبي صحيح از فركانس اصلي ۵۰ هرتز هارمونيكهاي مياني ناميده مي شوند.

وقتي كه دو نيم سيكل مثبت و منفي يك موج شبيه بهم باشند، سري فوريه فقط داراي هارمونيكهاي فرد خواهد بود و در اغلب موارد شاهد حضور هارمونيكهاي زوج در سيستم قدرت نيستيم.

• وجود هارمونيكهاي زوج در سيستم اغلب نشان دهنده اشكالي در سيستم است.
• بارهاي غيرخطي منبع توليد هارمونيكهاي جريان هستند و هارمونيكها را به سيستم قدرت تزريق مي كنند. اعوجاج ولتاژ نيز در اثر عبور جريان اعوجاجي از امپدانس سري و خطي شبكه ايجاد مي شود.
• جريانهاي هارمونيكي عبور كننده از امپدانس سيستم باعث ايجاد افت ولتاژ براي هر هارمونيك خواهد شد و در نتيجه باعث ايجاد ولتاژ هارمونيكي در دو سر بار مي گردد.

۲- منابع توليد هارمونيك ها

عوامل مهم توليد هارمونيكها :  

• جريان مغناطيسي ترانسفورماتورها
• بارهاي غيرخطي مانند دستگاههاي جوشكاري
• كوره هاي قوس الكتريكي و القايي
• سيستمهاي HVDC (انتقال برق فشار قوي DC)
• تجهيزات بكار رفته در كنترل كننده هاي سرعت ماشينهاي الكتريكي
• تجهيزات مورد استفاده در حمل و نقل برقي مانند اتوبوسهاي برقي و متروها
• اتصال نيروگاههاي خورشيدي و بادي به سيستمهاي توزيع
• كاربرد SVC بعنوان كنترل كننده استاتيك توان راكتيو شبكه
• صنايعي نظير مجتمعهاي شيميايي، پتروشيمي، ذوب كه نياز به يكسوكننده هاي پرقدرت براي توليد برق DC مورد نياز خود.

 ۲-۱ منابع تغذيه تكفاز

در حال حاضر بارهاي تغذيه شده از طريق مبدلهاي الكترونيك قدرت  مهمترين بارهاي غيرخطي را تشكيل مي دهند.

ادوات الكترونيك قدرت بكار رفته در صنعت :

• محركه هاي موتور با قابليت تنظيم سرعت
• منابع تغذيه سوئيچينگ
• راه اندازي موتورهاي جريان مستقيم
• شارژرها
• بالاستهاي الكترونيكي
• يكسوكننده ها

 

ادوات الكترونيك قدرت در ساختمانهاي تجاري :

• وجود تجهيزات الكترونيكي تكفاز بيشماري همچون كامپيوترهاي شخصي
• تامين ۴۰ تا ۶۰ درصد روشنايي توسط لامپهاي فلورسنت

 

 ۲-۱ منابع تغذيه تكفاز

Ø منابع تغذيه تكفاز به دو گروه عمده تقسيم مي شوند:

 

۱) تكنولوژي قديمي، كنترل ولتاژ در طرف متناوب توسط ترانسفورماتور بود تا ولتاژ را در سطح مورد نظر طرف مستقيم  كاهش دهد كه بدليل وجود ترانس، هارمونيكها كاهش مي يابند.

 

۲) در تكنولوژي جديد از  منابع تغذيه سوئيچينگ (تبديل DC/DC) استفاده مي كنند  كه مزاياي آن عبارتند از وزن كم، اندازه كوچك،   راندمان      بالا،       عدم     نياز       به ترانسفورماتور و عيب عمده آنها توليد  هارمونيكهاي سوم جريان است كه در نوترال باهم جمع مي شوند.

۲-۲

مبدلهاي الكترونيك قدرت سه فاز برخلاف مبدلهاي قدرت تكفاز داراي هارمونيك سوم  نيستند و به دو دسته محركه هاي AC و DC تقسيم مي شوند.

 

۱) محركه هاي DC : يكسوسازي تنها عمل مورد نياز در محركه هاي DC است. اغلب محركه هاي DC از يكسو كننده هاي ۶ پالسه و محركه هاي بزرگتر از يكسوكننده هاي ۱۲ پالسه استفاده مي كنند.

درايوهاي ۶ پالسه هارمونيكهاي ۵ و ۷ بالاتر و درايوهاي ۱۲ پالسه هارمونيكهاي۱۱۱ و ۱۳ قابل ملاحظه اي دارند.

 

۲-۲

۲) محركه هاي AC : در محركه هاي AC از خروجي يكسوكننده براي توليد ولتاژ AC استفاده مي شود كه اين ولتاژ با فركانس

قابل تنظيم براي تغذيه موتورها بكار مي رود. اينوترها به دو دسته اينورتر ولتاژ(VSI) و اينورتر جريان (CSI) تقسيم مي شوند.

• براي ورودي يك VSI احتياج به منبع

ولتاژ DC ثابت (با ريپل كم) است كه اين امر توسط يك فيلتر (خازن و سلف) صورت مي گيرد. ورودي يك CSI احتياج به يك

منبع جريان ثابت (با ريپل كم) دارد كه توسط يك سلف انجام مي شود.

• عمومي ترين نوع محركه هاي AC از نوع یک VSIهمراه با تکنیکPWM کنترل ان است.

 

۲-۳  تجهيزات قوس زننده

• اين دسته شامل كوره هاي قوس الكتريكي، دستگاههاي جوشكاري، لامپهاي روشنايي )فلورسنت، بخار سديم، بخار جيوه( با بالاست مغناطيسي است.

 

• مشخصه ولتاژ- جريان قوسهاي الكتريكي غيرخطي مي باشد. بدنبال جرقه زدن، جريان قوس افزايش و ولتاژ آن كاهش مي يابد و مقدار جريان توسط امپدانس سيستم محدود مي شود.

 

• كوره هاي قوس الكتريكي بعنوان منبع ولتاژ هارمونيكي داراي جريان متداول بيش از ۶۰ كيلو آمپر بوده و امپدانس محدود كننده آنها شامل كابل و سيمهاي رابط، امپدانس سيستم و ترانسفورمر است.

 

• در لامپهاي روشنايي، قسمت عمده هارمونيكها مربوط به رفتار ذاتي قوس است و بالاستهاي الكترونيكي  هارمونيكهاي كمتري نسبت به بالاستهاي مغناطيسي توليد مي كنند.

 

۲-۴  عناصر اشباع شونده

• ترانسفورماتورها و موتورها بدليل دارا بودن هسته فولادي در دسته تجهيزات فوق قرار مي گيرند.

 

• هارمونيكها در اين تجهيزات بدليل مشخصه مغناطيس كنندگي غيرخطي آهن توليد مي شوند.

 

• گرچه جريان تحريك ترانسفورمر داراي هارمونيك زيادي در سطوح ولتاژ كاري است ولي اين ميزان در حدود ۱% جريان بار كامل است و مانند وسايل قوس زننده داراي هارمونيكي در حدود ۲۰% بار نامي نيستند.

 

• با اين وجود بدليل اينكه در سيستمهاي توزيع

صدها ترانسفورمتور بكار مي روند، اثر آن خصوصاً در زمان كم باري شبكه قابل ملاحظه  خواهد بود.

مقايسه ميزان هارمونيكهاي توليد شده ناشي از منابع هارمونيكي بررسي شده

 

۳– اثر اعوجاج هارمونيكي بر روي عملكرد تجهيزات قدرت

آثار سوء هارمونيكها بر سيستم قدرت و تجهيزات آن :

• شكست عايقي بانكهاي خازني و افزايش جريان و توان راكتيو آنها
• افزايش تلفات اهمي و تلفات اضافي در هسته و ايجاد حرارت اضافي در ترانسها و موتورها
• افزايش تلفات در كابلها و خطوط هوايي و كاهش ميزان بارگذاري آنها
• شكست عايقي كابلها
• عملكرد نامناسب و پاسخ اشتباه رله ها
• ايجاد خطا در دستگاه هاي اندازه گيري
• ايجاد نويز و تداخل با سيستمهاي مخابراتي و PLC و ….

 

۳-۱اثربرخازنها

• اصولاً خازنها در معرض دو نوع هارمونيكهاي ۵ و ۷ مي باشند.
• اغتشاش ۴ درصدي هارمونيك پنجم و ۳ درصدي هارمونيك هفتم باعث مي گردد ۲۰ درصد هارمونيك پنجم جريان و ۲۱ درصد هارمونيك هفتم جريان را بدنبال دارد

 

۳-۲اثر برترانسها

• بعنوان يك قاعده عمومي، ترانسي كه اعوجاج جريان در آن بيش از ۵% باشد، توان نامي آن كاهش مي يابد.

 

• موارد مختلف ناشي از هارمونيكهاي جريان بار كه باعث افزايش دماي ترانسفورماتور مي گردد عبارتند از:
• افزايش جريان مجاز به بيشتر از حد مجاز
• تلفات ناشي از جريانهاي گردابي
• افزايش تلفات هسته ناشي از هارمونيكها (كمتر از موارد قبلي)

 

۳-۳اثر برموتورها

• موتورها در مقابل اعوجاج هارمونيكي ولتاژ ضربه پذير مي باشند. اعوجاج هارمونيكي ولتاژ در ترمينالهاي خروجي موتور موجب ايجاد فلوهاي هارمونيكي در داخل موتور مي گردد.

 

• اثر هارمونيكها روي روتور شبيه به اثر جريان توالي منفي در فركانس اصلي است.

 

• اثرات هارمونيكها بر روي موتورها عبارتند از:
• افزايش تلفات موتور
• كاهش راندمان
• لرزش (تنش مكانيكي) و سروصدا

 

• هنگاميكه اعوجاج ولتاژ بيش از ۵% گردد، تلفات حرارتي اضافي ايجاد مشكل مي كند.

 

• موتورهاي با قدرت پايين در ميرايي مولفه هاي هارمونيكي نقش بازي مي كنند و بسته به نسبت X/R موتور باعث تضعيف تشديد هارمونيكي مي شوند. (برخلاف موتورهاي بزرگ بدليل X/R بزرگ)

 

۴– پاسخ سيستم قدرت به منابع هارمونيكي

۴-۱ امپدانس سيستم

• در فركانس اصلي (۵۰ هرتز) سيستمهاي قدرت اصولاً بصورت اندكتيو ند.
• در مطالعات هارمونيكي سيستم قدرت، اين فرض كه مقاومت سيستم تا فركانس كمتر از مرتبه ۹ تغيير زيادي نمي كند، قابل قبول است.
• براي كابلها و خطوط با در نظر گرفتن اثر پوستي، مقاومت بصورت تقريبي با مربع فركانس تغيير مي كند.
• مقاومت معادل ترانسهاي بزرگ بدليل تلفات جريان گردابي متناسب با فركانس افزايش مي يابد.
• در ولتاژهاي پايين وجه غالب راكتانس معادل سيستم ناشي از امپدانس ترانسها است (در حدود ۹۰%)

 

۴-۲  امپدانس خازن

 

• خازنهاي موازي كه براي تصحيح ضريب توان بكار مي روند، در فركانسهاي مختلف امپدانس سيستم را شديداً تحت تاثير قرار مي دهند.

 

• خازنها خود عامل توليد هارمونيك نيستند ولي اعوجاج هارمونيكي گاهي اوقات بدليل حضور خازنها تشديد مي شود.

 

• درحاليكه راكتانس اندكتيو با افزايش فركانس و متناسب با آن افزايش مي يابد، راكتانس خازن متناسب با فركانس كاهش مي يابد.

۴-۳ تشديد موازي

مدارهاي شامل سلف و خازن داراي چندين فركانس طبيعي هستند كه هنگاميكه يكي از اين فركانسها برابر فركانس سيستم قدرت گردد، پديده تشديد بوجود مي آيد و جريان و ولتاژ در آن فركانس مقدار بالايي را خواهد داشت.

۴-۴ اثر بار مقاومتي

• ميزان ميرايي ايجاد شده توسط مقاومت يا بارهاي مقاومتي در سيستم قدرت باعث كاهش ولتاژ و جريان در حالت تشديد مي گردد بطوريكه تنها افزايش ۱۰% بار مقاومتي تاثير بسزايي در كاهش پيك امپدانس سيستم دارد.
• اگر طول خط يا كابلهاي بين شينه خازني و نزديكترين ترانسفورمر زياد باشد،

بدليل افزايش مقاومت سيستم ناشي از كابلها و خطوط، پديده تشديد اثر نامطلوب كمتري را ايجاد مي كند.

• بدترين شرايط تشديد زماني است كه خازنها در پستهاي توزيع اصلي يا پستهاي واحدهاي صنعتي باشند كه در اين حالت امپدانس ترانسفورماتور وجه غالب را داشته و نسبت X/R بالاست، لذا مقاومت نسبي كم شده و پيك امپدانس تشديد موازي تيزتر و اين پديده خرابي خازنها، ترانسها و ساير تجهيزات را در پي دارد.

 ۵- شناسايي محل منابع هارمونيكي

در فيدرهاي توزيع شعاعي و كارخانجات صنعتي،  تمايل اصلي هارمونيكهاي توليد شده، جريان يافتي از محل توليد (بارهاي هارمونيك زا) بطرف منبع تغذيه سيستم است. زيرا امپدانس سيستم كمترين امپدانسي است كه جريانها در مقابل خود داشته و ميل به اتشار بدان سمت دارند.

كارهاي اصلي در شناسايي محل  منابع هارمونيكي:

۱-نصب تجهيزات اندازه گيري  كيفيت توان

۲-قطع و وصل تك تك بارها

۳-مانيتورينگ سيستم

۴-بررسي نتايج اندازه گيري  ها و تحليل وضعيت شبكه

 

 تذكر مهم :

لزوم جداسازي تمامي بانكهاي خازني از شبكه زيرا در تعيين محل بارهاي هارمونيك زا ايجاد مشكل مي نمايند.

 

 

مدت زمان لازم براي اندازه گيري هارمونيك :

كل مدت زمان اندازه گيري برابر يك هفته ميباشد.

• بازه هاي زماني اندازه گيري :

بازه زماني بسيار كوتاه مدت     :  برابر با ۳ ثانيه

بازه زماني كوتاه مدت  :  برابر با ۱۰دقيقه

• شاخص هارمونيك شينه :
  • حداكثر هارمونيك اندازه گيري شده در بازه زماني كوتاه مدت
  • احتمال تجمعي ۹۵ درصد هارمونيك اندازه گيري شده در بازه زماني بسيار كوتاه مدت

(از ميان دو مقدار فوق مقدار بزرگتر به عنوان شاخص شينه انتخاب ميشود.)

• مكانهاي اندازه گيري :
  • در پستهاي فوق توزيع و انتقال : دو بار در سال
  • در پستهاي توزيع : يك بار در سال ( پستهاي با مشتركين هارمونيك زا)
  • در صورت شكايت مشتركين

 

 ۶- كنترل هارمونيكها

 ۶-۱كاهش جريان هارمونيكي ناشي از بارها

راهكارهاي كاهش هارمونيك در منابع مختلف توليد هارمونيك شبكه :

• كاهش ولتاژ اعمالي به ترانس براي خارج شدن از ناحيه اشباع مغناطيسي و توليد هارمونيك كمتر
• اضافه نمودن يك راكتور (سلف) سري در خط DC تغذيه كننده محركه هاي AC
• تبديل مبدلهاي ۶ پالسه به ۱۲ پالسه براي كاهش ۹۰% هارمونيكهاي ۵ و ۷
• استفاده از ترانسهاي مثلث براي انتشار هارمونيكهاي مضرب ۳ بارها به شبكه
• استفاده از ترانسهاي زيگزاگ و زمين كرد آنها براي انتقال هارمونيكهاي مضرب ۳به زمین

 

۶-۲ فيلترگذاري

• فيلترهاي موازي با اتصال كوتاه كردن جريان هارمونيكي تا حد امكان اعوجاج را كاهش مي دهند. اين روش معمولترين نوع فيلترگذاري بوده و بدليل مسائل اقتصادي بيشتر ترجيح داده مي شود.
• استفاده از فيلترهاي سري براي سد كردن هارمونيكهاي جريان روش ديگر

فيلتر گذاري است.اين نوع فيلتر از آنجائيكه موجب اعوجاجي شدن ولتاژ بار مي شود، كمتر مورد استفاده قرار مي گيرد. كاربرد عملي آن، قرار گرفتن در مسير اتصال نقطه ستاره بانك خازني به زمين است تا هارمونيكهاي مرتبه ۳ سد شوند.

فيلترهاي اكتيو (فعال) نيز با وارد كردن مولفه هارمونيكي جريان به يك بارغيرخطي، عمل حذف هارمونيكها را انجام مي دهند.

 

۶-۳ اصلاح پاسخ فركانسي سيستم

با روشهاي زير مي توان پاسخ سيستم به هارمونيكها را بهبود بخشيد :

• اضافه كردن فيلتر موازي (براي حذف هارمونيكها)
• اضافه كردن راكتور براي تنظيم مجدد سيستم (براي جلوگيري از تشديد)
• تغيير اندازه خازن با استفاده از خازنهاي سوئيچ شونده و كنترل كننده هاي اتوماتيك (ارزانترين روش)
• نصب خازنها در مراكز صنعتي در محلهاي بسيار نزديك به بارها (جهت كاهش احتمال تشديد)
• جابجاكردن محل نصب خازن به نقاطي با امپدانس اتصال كوتاه متفاوت (براي مشتركان صنعتي امكان پذير نيست)
• حذف خازن (قبول تلفات بيشتر، ولتاژ پايين تر و پرداخت جريمه اقتصادي مصرف توان راكتيو)

 

۶-۴تجهيزات فيلتركردن هارمونيكها

سه دسته از انواع فيلترها براي حذف هارمونيكها بكار مي روند :

۱) فيلترهاي پسيو (غيرفعال) ……………. …..… Passive Filters

۲) فيلترهاي اكتيو (فعال) .………………..…… Active Filters

۳) فيلترهاي هيبريد (تركيبي).………………..  Hybrid FilterS

۱) فيلترهاي پسيو :

• فيلترهاي پسيو از اندوكتانس و خازن (و مقاومت) ساخته مي شوند.
• اين فيلترها در روش سنتي بهبود كيفيت توان مورد استفاده بودند.
• مقاديرشان با توجه به امپدانس سيستم بگونه اي انتخاب مي گردد تا امكان حذف يك هارمونيك خاص يا يك پهناي هارمونيكي را از طريق كاهش هارمونيكها ياسد عبور آنها بكار فراهم آورد.
• اين فيلترها بصورت سري و يا موازي با بار بكار مي روند.

 

مزايا :  قيمت بسيار كم  و ساختمان ساده

معايب :

• احتمال تشديد هارمونيكها ناشي از امپدانس فيلتر و منبع
• نياز به يك فيلتر پسيو براي حذف هر هارمونيك خاص مي باشد.

اگر  تغييراتي بصورت تصادفي در اندازه دامنه و فركانس جريانهاي داراي اعوجاج رخ دهد، استفاده از آن فيلتر پسيو ديگر موثر نمي باشد.

۲) فيلترهاي اكتيو :

• پيشرفت ادوات الكترونيك قدرت و بوجود آمدن روشهاي جديد كنترل
• فيلترهاي اكتيو داراي ساختار يك اينورتر بمنظور حذف هارمونيكها و جبرانسازي توان راكتيو بكار گرفته شده اند.
• مجموعه بار غيرخطي و فيلتر اكتيو بصورت يك بار خطي از ديد شبكه خواهد بود.
• اين فيلترها نيز بصورت موازي يا سري با بار قرار مي گيرند. فيلتر اكتيو سري براي تصحيح ولتاژ و فيلترهاي اكتيو موازي براي جبران جريان هارمونيكي بكار مي روند.

مزايا :

• جبران تمامي هارمونيكها توسط يك وسيله برخلاف فيلترهاي پسيو
• تطبيق ديناميك با تغييرات شبكه

معايب :

– فيلترهاي اكتيو بدليل اينكه همواره ولتاژ و جريان زيادي را در دو سر خود مي بينند، بايستي توان نامي زيادي داشته باشند و اين امر موجب افزايش حجم وافزايش قيمت مي گردد.

 

۳) فيلترهاي هيبريد :

تركيب فيلترهاي پسيو و اكتيو

 

مزايا :

• قيمت و توان نامي كمتر
• جبران تمامي هارمونيكها توسط يك وسيله(اكتيو)
• تطبيق ديناميك با تغييرات شبكه (اكتيو)
• عدم حساسيت زياد به تغييرات المانها و امپدانس منبع (پسيو)
• بازدهي بيشتر و امكان استفاده با آرايشها و سيستمهاي كنترلي متعدد

 

در ادامه چندين آرايش متداول فيلترهاي هيبريد در سيستمهاي قدرت آورده شده است.

فيلتر اكتيو و پسيو و بار هر سه باهم موازي

• كار فيلتر اكتيو، جبران جريان هارمونيكي بعد از فيلترهاي پسيو مي باشد.
• فيلتر هيبريد بعنوان يك منبع جريان تلقي مي شود كه با بار غير خطي كه منبع هارمونيك است، موازي مي باشد.
• فيلتر اكتيو بگونه اي كنترل مي شود كه همانند يك امپدانس بينهايت در فركانس اصلي و يك مقاومت كم در فركانس هارمونيكها از خود رفتار نمايد.

فيلتر پسيو موازي و اكتيو سري با بار

• فيلتر اكتيو توسط ترانسهاي كوپلينگ به شبكه متصل بوده و با بار غيرخطي سري مي باشد درحاليكه فيلتر پسيو با بار موازي است.
• اين ساختار بدليل توان نامي كم فيلتر اكتيو كه در حدود ۵% توان نامي بار

است، مورد توجه بيشتري قرار داشته و همانند يك ايزولاتور هارمونيكي بين بار و منبع عمل مي نمايد.

• عمل اصلي فيلتر اكتيو در اين ساختار، جبران سازي مستقيم هارمونيكها نبوده بلكه ايزولاسيون هارمونيكهاي موجود بين بار و منبع مي باشد.

فيلتر اكتيو و پسيو سري باهم و موازي با بار

• فيلتر اكتيو و پسيو باهم سري شده و مجموعه با بار غيرخطي موازي بسته شده است.
• فيلتر پسيو براي جبران سازي هارمونيكهاي مرتبه هاي دلخواه تنظيم مي گردد.
• فيلتر اكتيو نيز مانند يك منبع ولتاژ كنترل شده با جريان بوده و هارمونيكهاي جبران كننده را به مدار تزريق مي نمايد.

 

فيلتر اكتيو و پسيو سري باهم و موازي با بار داراي سلف موازي با ترانس كوپلينگ

• يك سلف بصورت موازي با فيلتر اكتيو و ترانس كوپلينگ استفاده شده است.
• در صورت بروز عيب در فيلتر اكتيو و خارج شدن آن از مدار به كمك فيوز،

فيلتر پسيو و سلف موازي همچنان در مدار باقي مانده و به حذف هارمونيكها مي پردازند.

• با اضافه شدن سلف موازي به سيستم، ولتاژ و جريان كمي بر روي فيلتر اكتيو افتاده و اين موضوع موجب كاهش توان نامي فيلتر اكتيو مي گردد.

فيلتر اكتيو و پسيو سري باهم و موازي با بار بهمراه فيلتر پسيو كنترل شده

• فيلتر پسيو كنترل شده تريستوري بموازات فيلتر پسيو در مدار قرار دارد.
• فيلتر پسيو هارمونيكهاي مراتب تنظيم شده را حذف نموده و براي رفع مشكلات رزونانس فيلتر پسيو از يك فيلتر اكتيو بصورت سري با آن استفاده مي شود.
• با روشن و خاموش شدن تريستورها، جبران توان راكتيو بصورت ديناميكي و بر اساس نيازهاي سيستم صورت مي گيرد.

 

۶-۵ طراحي فيلترها

 ۷- برنامه هاي كامپيوتري  براي تحليل هارمونيكها

 

۷-۱ مدلسازي منابع هارمونيكي

مدلسازي منابع هارمورنيك ولتاژ بصورت يك منبع ولتاژ سري با شبكه قدرت و منبع هارمونيك جريان بصورت يك منبع جريان موازي با شبكه قدرت مي باشد كه اندازه آنها برابر مجموع ميزان هارمونيكهاي موجود در شبكه با فركانسهاي مربوطه

 

۷-۲ برنامه هاي كامپيوتري تحليل هارمونيكي

• با گسترش نرم افزارهاي تخصصي در تحليل و آناليز سيستمهاي قدرت كه بر اساس مدلسازي تجهيزات شبكه بصورت مدارهاي الكتريكي معادل آنها مي باشد ،برخي به آناليز هارمونيكي شبكه (Harmonic Analysis) مي پردازند

 

• سه مورد از اين نرم افزارها كه در ايران نيز وجود دارند، عبارتند از :

DIgSILENT              CYME                   ETAP

 

۷-۳ قابليت برنامه هاي تحليل هارمونيكي

• توانايي حل شبكه هاي بزرگ با حداقل چند صد گره
• قابليت حل سيستمهاي چند فاز در حالات نامتعادل
• قابليت تعيين امپدانس سيستم در فركانسهاي مختلف و بدست آوردن مشخصه فركانسي سيستم
• تحليل همزمان چندين منبع هارمونيكي مختلف در شبكه
• قابليت مدلسازي تمامي تجهيزات شبكه با انواع اتصالات رايج موثر در تحليل شبكه

و ساير امكانات متداول در نرم افزارهاي مشابه جهت تحليل و مدلسازي شبكه هاي قدرت (توزيع، انتقال و صنعتي)

 

۸- اصول و شرايط عمومي  محدودكردن هارمونيكها

کلیات۱-۸

در رابطه با حل مسائل هارمونيكي بايستي مسائل زير را درنظر گرفت:

 

• كليه تجهيزات بايستي تحمل هارمونيكهاي ولتاژ تا حد منطقي و قابليت كار در آن را دارا باشند.

 

• امكان اتصال تجهيزاتي كه توليد هارمونيك مي كنند با قبول شرايطي وجود داشته باشد.

 

• در تعيين حد مصونيت يا مقدار مجاز هارمنيكها، بايستي احتمالي بودن هارمونيكها را در نظر گرفت.

 

بررسي اثر تكي و تجمعي هارمونيكهاي مختلف در شبكه قدرت

 

۲-۸ عوامل تاثير گذار بر تعيين حدود مجازهارمونیکها

 

همانطور كه اشاره گرديد پارامترهاي مختلفي در تعيين حدود مجاز هارمونيكها موثرند. بطوركلي  در تعيين محدوديت هارمونيكي، طبقه بندي مشتركين مي تواند عامل مهمي باشد. براي اين مسئله  توجه به دو نكته زير الزامي است :

 

۱) اطمينان از اينكه كليه تجهيزات مورد استفاده تحت تاثير قرار نمي گيرند.

 

۲) مقدار تجمعي هارمونيكها ناشي از بارهاي مختلف در حد قابل قبولي قرار بگيرد.

 ۸-۳ فلسفه تعيين محدوديتها

• فلسفه تعيين حدود مجاز هارمونيكها در دو مقوله مختلف قرار مي گيرد:

 

۱) بايد حدود هارمونيكهاي جريان هر مشترک و همچنين حداكثر هارمونيكهاي ولتاژ در هر شينه تعيين و توصيه گردد. (براي مدنظر قراردادن اثرات بارهاي تكي و نيز تجمعي بارها)

 

۲) از آنجائيكه حذف كامل هارمونيكها مقدور نيست، لذا بايستي بين عوامل اقتصادي و كاهش هارمونيكها تعادلي برقرار نمود. (منافع همگاني مشتركان و شركتهاي برق)

 

• همچنين در تعيين حدود مجاز اعوجاج ولتاژ و جريان بايستي عدم همزماني بين عوامل ايجاد كننده جريان هارمونيكي را از ديدگاه زماني مدنظر قرار داد.

۹– مقررات استاندارد حدود مجاز  هارمونيكها در برخي از كشورهاي جهان

 آلمان

• كليه تجهيزاتي كه نسبت قدرت اتصال كوتاه شينه محل تغذيه آنها به شبكه كمتر از ۱% باشد، احتياج  به بررسي هارمونيكي نبوده و جهت اتصال مجاز است.

 

• نسبت ظرفيت بار غيرخطي به كل بار مشترک كمتر از ۳۰% باشد.

 

• مقدار هارمونيكهاي ولتاژ در شينه مشترک براي هارمونيكهاي پنجم و هفتم كمتر از ۵% و براي هارمونيكهاي يازدهم و سيزدهم كمتر از ۳% باشد.

 فرانسه

• كليه تجهيزاتي كه نسبت قدرت اتصال كوتاه شينه محل تغذيه آنها به شبكه كمتر از ۱% و يا ظرفيت نامي مشترک كمتر از ۵۰۰ كيلو ولت آمپر باشد، احتياج  به بررسي هارمونيكي نبوده و جهت اتصال مجاز است.

 

• مقدار مجاز جمع هارمونيكهاي ولتاژ يك مشترک بايستي كمتر از ۱/۶% و مقدار هريك از هارمونيكهاي زوج مشترک نبايستي بيش از ۰/۶% و مقدار مجاز جمع هارمونيكهاي ولتاژ شبكه فشار متوسط بايستي كمتر از ۳% باشد.

 استراليا

• ماكزيمم ظرفيت يك مبدل سه فاز كه مي تواند به شبكه توزيع وصل شود برابر ۳.۰% قدرت اتصال كوتاه شينه محل اتصال باشد.
• در شرايط زير بايستي حدود استاندارد مورد بررسي قرار گيرد:
• حداقل سطح اتصال كوتاه شبكه هاي فشار ضعيف و متوسط بترتيب كمتر از ۵ و

۵۰ مگاولت آمپر باشد.

• ظرفيت دستگاه نصب شده در شبكه هاي فشار ضعيف و متوسط بترتيب بيش از ۷۵ و ۵۰۰ كيلوولت آمپر باشد.
• مجموع هارمونيكهاي توليد شده بيش از مقادير مجاز باشد.

 

 انگلستان

• ماكزيمم ظرفيت مبدل سه فاز متصل به شبكه هاي توزيع مطابق جدول باشد.
• ماكزيمم ظرفيت مبدل تكفاز براي ولتاژ ۲۴۰ ولت كمتر از ۵ كيلوولت آمپر و براي ولتاژ ۴۱۵ يا ۴۸۰ ولت كمتر از ۷/۵ كيلوولت آمپر باشد.
• اتصال تجهيزات توليد كننده هارمونيكهاي زوج و تزريق كننده جريان DC به شبكه هاي AC ممنوع است.

فنلاند

اتصال تجهيزات تزريق كننده جريان DC به شبكه هاي AC ممنوع است.

 بلژيك

لهستان

• چنانكه ظرفيت مبدل ۶ پالسي كمتر از ۲% قدرت اتصال كوتاه محل تغذيه و ظرفيت مبدل ۱۲ پالسي كمتر از ۳/۵% قدرت اتصال كوتاه محل تغذيه باشد، اجازه وصل مشترک بدون بررسيهاي هارمونيكي صورت مي گيرد.

 

• درصورتيكه مشترک در ۹۰% ساعات مقادير هارمونيكهاي ولتاژي بيش از مقادير جدول ذيل را ايجاد ننمايد، اجازه كار داده مي شود. مشترک مي تواند در۱۰% ساعات ديگر روز، تا دو برابر اعداد داده شده در جدول را توليد نمايد.

 

 

۱۰- استاندارد مجاز هارمونيكها  در شبكه برق ايران

(استاندارد توانير)

 

باتشکراز دكتر سيد حسين حسيني

 

وب سایت :                                   

WWW.ABARMOHANDESI.COM

 ID کانال تلگرام واینستاگرام                           

ABARMOHANDESI