پروژه منابع هارمونیک سیستم فشار قوی و روشهای کاهش آن

مقدماتی هارمونیک ها

کلیات

یکی از مسائل و مشکلات کیفیت برق در سیستم های توزیع و انتقال، مسئله هارمونیک ها می باشد که توجه زیادی را به خود جلب نموده است به طوری که مطالب بسیاری را در این خصوص می توان در کتب و مقالات گوناگون جستجو نمود.

اعوجاجات هارمونیکی باعث ایجاد مشکلات خاصی در شبکه های قدرت می شوند. از جلمه این مشکلات می توان به عدم عملکرد مناسب تجهیزات و نیز کاهش عمر و پایان آمدن راندمان دستگاه ها اشاره نمود.

در چنین حالتی مطالعه هارمونیک ها و ارائه یکسری قوائد و مقررات اجتناب ناپذیر خواهد بود. محدد نمودن اعوجاجهارمونیکی هم از نظر شرکتهای برق و هم از نظر مشترکین لازم می باشد. شرکتهای برق باید محدودیتهایی را ارائه نماید تا از آسیب دیدگی تجهیزات مشترکین، اعم از مشترکین خانگی و صنعتی جلوگیری شود. از طرف دیگر با توجه به اینکه ایجاد یک موج کاملاً سینوسی از طرف شرکتهای برقنمی تواند تضمین شود، لذا مشترکین باید اعوجاج ها تولید شده توسط تجهیزات خود را محدود نمایند.

مشترکین برق در صورت وجود هارمونیک ها مشکلات زیادتری از شرکت های برق را تحمل می کنند. مشترکین صنعتی که از محرک های موتور با قابلیت تنظیم سرعت، کوره های قوس الکتریکی، کوره های القایی و نظایر آن استفاده می کنند، نسبت به مسائل ناشی از اعوجاج هارمونیکی ضربه پذیر از بقیه مشترکین میباشند.

...

منابع تولید هارمونیک ها

مقدمه

هارمونیک های ولتاژ و جریان سیستم قدرت، ناشی از مشخصه های غیر خطی بارهای خاصی از سیستم می باشند. در این فصل ابتدا آن دسته از منابع تولید هارمونیککه در آنها از مبدل های استاتیکی AC/DC استفاده شده است، مورد بحث قرار خواهند گرفت. شایان ذکر است که مبدل های استاتیکی AC/DC بیشترین نقش را در تولید جریان های هارمونیکی و ایجاد اعوجاج در شکل موج های ولتاژ و جریان در شبکه های صنعتی و سیستم های انتقال و توزیع را بر عهده دارند.

پس از مبدل های استاتیکی، سایر منابع تولید کننده هارمونیک در این فصل معرفی شده و مورد تحلیل قرار گرفته اند.

منابع تغذیه تک فاز

در حال حاضر بارهای تغذیه شده از طریق مبدل های الکترونیک قدرت مهمترین بارهای غیر خطی شبکه های قدرت را تشکیل می دهند. در دهه گذشته، پیشرفت در تکنولوژی نیمه هادی ها، انقلابی را در مبحث الکترونیک قدرت به وجود آورده است و نشانه های زیاد وجود دارد که این روند ادامه خواهد داشت. نیمه هادی ها در تجهیزاتی مانند محرکه های موتور با قابلیت تنظیم سرعت، منابع تغذیه سوئیچینگ، راه اندازی موتورهای جریان مستقیم، شارژها، بالاستهای الکترونیک و بسیاری از یکسو کننده استفاده می شوند. از سوی دیگر، به دلیل استفاده از کامپیوترهای شخصی، درصد بارهایی که شامل المان های الکترونیک قدرت هستند به طور افزاینده ای در بخش های مختلف رشد یافته است. امروزه مهمترین نگرانی در ساختمانهای تجاری وجود تجهیزات الکترونیکی تک فازی است که اعوجاج های زیادی را در سیستم سیم کشی ایجاد می کنند. توان جریان مستقیم برای تجهیزات مدرن الکترونیکی و میکروپروسسوری مورد استفاده در این ساختمان ها از طریق یکسو کننده تمام موج دیودی تک فاز، تأمین می شود.

منابع تغذیه تک فاز به دو گروه عمده تقسیم می شوند. تکنولوژی قدیمی تر از کنترل ولتاژ در طرف متناوب ( مانند ترانسفورماتور) استفاده می کند تا ولتاژ را در سطح مورد نیاز طرف مستقیم کاهش دهد. در این حالت اندوکتانس ترانسفورماتور دارای این حسن جانبی است که شکل موج جریان ورودی را صاف تر نموده و هارمونیک ها را کاهش می دهد.

در تکنولوژی جدیدتر، از منابع تغذیه سوئیچینگ استفاده می کنند. در این سیستم از تبدیل DC/DC برای ایجاد خروجی مطلوبتر استفاده می شود و در نتیجه تجهیزات مورد استفاده سبک تر خواهند بود. پل دیود ورودی به صورت مستقیم به خط AC متصل می شود در نتیجه نیازی به ترانسفورماتور نخواهد بود.

این حالت باعث ایجاد یک ولتاژ DC تنظیم شده در دو سرخازن می گردد. این ولتاژ DC سپس توسط یک سوئیچ کننده فرکانس بالا به حالت AC بر می گردد و بعد از آن دوباره یکسو می شود و کامپیوترهای شخصی، چاپگرها، دستگاه های کوپی و بسیاری از وسائل الکترونیکی تک فاز در حال حاضر از این منبع تغذیه استفاده می کنند.

مزیت اصلی این سیستم وزن کم، اندازه کوچک، راندمان بالا و عدم نیاز به ترانسفورماتور می باشد. این سیستم تغییرات شدید در ولتاژ ورودی را نیز تأمین می کند. از آنجایی که اندوکتانس بزرگی در طرف AC وجود ندارد، جریان ورودی منبع تغذیه، در هنگام شارژ خازن C1 به صورت پالس های کوتاهی در هر نیم سیکل در خواهد آمد. مشخصه تمایز منابع تغذیه سوئیچینگ، وجود هارمونیکسوم بسیار بالا در جریان آنها است. چون هارمونیک های سوم جریان در نقطه نوترال با یکدیگر جمع می گردند لذا افزایش کاربرد این منبع تغذیه باعث اضافه بارد در هادی نوترال می گردد. این پدیده در مورد ساختمان های قدیمی که نوترال آنها کوچک انتخاب شده اند نگرانی بیشتری را به دنبال دارد. در صورتی که بار شامل تعداد زیادی از منابع تغذیه سوئیچینگ باشد گرم شدن ترانسفورماتور هانیز باید در نظر گرفته شود.

...

آثار هارمونیک ها

مقدمه

اعوجاجات هارمونیکی به صورت جریان های هارمونیکی توسط بارهای غیر خطی به بقیه شبکه تزریق شده و با توجه به امپدانس شبکه، بصورت اعوجاجات ولتاژ هارمونیکی به تجهیزات مختلف اعمال می شود. لذا تجهیزات مورد استفاده در شبکه های قدرت آلوده به هارمونیکبطور دائم در معرض این اعوجاجات می باشند. لازم است تأثیرات این اعوجاج ها بر تجهیزات را مورد استفاده قرار داده و چنانچه عملکرد صحیح تجهیزات تحت تأثیر قرار بگیرد، می بایستی روش هایی را به منظور کاهش اینگونه تأثیرات جستجو نمود

اعوجاجات هارمونیکی دارای اثرات متفاوتی بر روی تجهیزات و سیستم های الکتریکی می باشند. به عنوان مثال باعث ایجاد تداخل در سیستم مخابراتی گردد. تداخلات در چنین وضعیتی بستگی به مسیر و اندازه هارمونیکو تلفات را در خطوط افزایش می دهند. از طرف دیگر، وسایل اندازه گیری موجود در سیستم های قدرت نیز ممکن است در این حالت دچار خطای اندازه گیری شوند به علاوه، هارمونیک ها میتوانند باعث عملکرد نامناسب رله ها، کلیدها، فیوزها، سیستم های فرمان از راه دور و غیره در شبکه قدرت گردند.

وجود سلف و خازن درشبکه قدرت و ایجاد تشدید در یک یا چند هارمونیک می تواند باعث افزایش اعوجاجات هارمونیکی گردیده که به نوبه خود افزایش آثار سوء هارمونیک های جریان را به دنبال خواهد داشت.

در این فصل به مطالعه تأثیرات هارمونیک ها بر شبکه های قدرت و مخابرات، و نیز چگونگی این تأثیرات خواهیم پرداخت.

خازن ها

اعوجاجاتهارمونیکی می توانند به دو صورت مستقیم و غیر مستقیم بر روی خازن ها تأثیر گذار باشند که در بخشه ای زیر به آن خواهیم پرداخت.

اثرات مستقیم

در تأثیر مستقیم، خازن را به طور مستقل و به دور از سایر تجهیزات تحت اعوجات هارمونیکی قرار داده تا عملکرد آن را مورد ارزیابی قرار دهیم. این اعوجاجات می توانند باعث افزایش جریان خازن، افزایش تنش الکتریکی و افزایش تلفات دی الکتریکی خازن بشوند که در هر یک از این موارد می توان انتظار خرابی عایق خازن و بالاخره خارج شدن خازن از مدار را داشت.

افزایش جریان

تجهیزات سیستم های قدرت اغلب تحت تأثیر هارمونیک های ولتاژ هستند. از مهمترین تجهیزاتی که تحت تأثیر این هارمونیک ها قرار می گیرند. خازن های مورد استفاده در شبکه به منظور تصحیح ضریب قدرت می باشند. یکی از مواردی که باعث آسیب رسیدن به خازن ها می گردد، گرم شدن ناشی از اضافه جریان شدید خازن می باشد که خود ناشی از ولتاژهای هارمونیکی دو سر آن است.

...

روشهای حذف هارمونیکها

مقدمه

به علت کاربرد وسیع تجهیزات غیر خطی در شبکه قدرت، اعوجاجات هارمونیکی به عنوان مشکلی جدی در راستای افزایش عملکرد نادرست تجهیزات، افزایش تلفات و غیره مطرح می شود. هر چه کاربرد این تجهیزات گسترش یابد نیاز به وجود یک روش قابل اعتماد برای هارمونیک ها در مراحل مختلف طراحی، تحلیل و بهره برداری از سیستم های قدرت بیشتر احساس می گردد. لذا هم شرکت های تولید کننده انرژی الکتریکی به دنبال روش های مؤثر کاهش اعوجاجات هارمونیکی می باشند

روش های موجود برای کاهش مقدار اعوجاجات ناشی از هارمونیک ها موضوع اصلی این فصل را تشکیل خواهد داد

...