تبلیغات اینترنتیclose
بررسی هارمونیک ها در سیستمهای قدرت اندازه گیری وروش حذف آنها

EMI : Electro Magnetic Interface

لزوم بررسي EMI ها:

آثار مخرب ناشي ازآن بر روي عملکرد صحيح تجهيزات الکتريکي و الکترونيکي مجاور که به سه روش زير صورت مي گيرد:

هدايتي

القايي

تشعشعي

لازم بذکر است امروز بسياري از کارخانه ها در بخش کنترل مجهز به ادوا ت الکتريکي والکترونيکي مانند کامپيوتر و ...شده اند که مجاورت اين تجهيزات با منابع توليد هارمونيک مي تواند به سيستم کنترل و در نتيجه به خط توليد صدمات سنگيني را وارد سازد، هماهنگي اين دوبخش در کنار يکديگر تحت عنوان سازگاري الکترومغناطيسي (EMC) مد نظر بوده است.

EMC : Electro Magnetic compatibility

اثرهارمونيک بريك موج سينوسي

هارمونيکهاي ايجاد شده توسط مبدلهاي قدرت

تاريخچه:

تاريخ علم برق تجربه شهر هارتفورد آمريکا در سال1893ميلادي را به عنوان اولين مشکل ايجاد شده توسط اعوجاجات هارمونيکي ياد مي کند.

- درآن هنگام، مشکل موتوري بود که بيش از حد گرم مي شد و مشکلات عايق بندي را براي مهندسين بوجود مي آورد.

- عاملي که سبب شد محققين عيب را در سيستم انتقال جستجو کنند، کارکرد صحيح موتور در کارخانه سازنده بود.

- نتايج تحقيقات، عامل گرم شدن را پديده تشديد رخ داده در خطوط انتقال نشان مي داد.

که فرکانس تشديد فرکانسي بغيراز فرکانس برق شهر بود.

اروپا ئيان بدليل اينکه از فرکانس هاي پائين تري استفاده مي کردند، تا آن زمان با خسارات آشکاري ناشي از پديده تشديد مواجه نشده بودند.

نکته اي که جلب توجه مي کند اين است که در سال 1893ميلادي امکان دسترسي به تجهيزاتي از قبيل اسيلوسکوپ ويا حتي اسيلوگراف وجود نداشت.در آن زمان حتي امکان دسترسي به يک ولتمتر دقيق نيز وجود نداشت.

تنها وسيله اي که امکان استفاده از آن وجود داشت موج نما بود، که شکل موج را توسط قطع و وصل کردن يک زبانه نمونه گيري مي کرد.

کارکرد موج نما با گالوانومتر صفر بود، يعني اينکه در هر نقطه مي بايست يک پل متعادل مي شد.طبق گزارشات موجود بدست آوردن هر کدام از ضرايب فوريه يک ساعت طول مي کشيد.


نامتعادلي:

حالتي را بيان مي کند که در آن دامنه هاي ولتاژ سه فاز منبع يکسان نبوده ويا اختلاف فاز الکتريکي 120 نباشد و يا هر دو حالت ممکن همزمان رخ دهد.

دلايل اصلي نامتعادلي بارهاي تك فاز (مانند راه اهن الكتريكي)

و خطوط هوايي غير ترانسپوزه مي باشد

ماشيني که منبع ولتاژ تغذيه آن نامتعادل باشد، جريان نامتعادلي چندين برابر نامتعادلي ولتاژ منبع خواهد کشيد که سبب بالا رفتن دما خواهد شد.

اگر نامتعارلي جريان زياد گردد ممکن است سبب فعال شدن فيوز تکفاز گردد و باعث قطع موتور از شبكه گردد.

کانورترهاي چند فاز که در آنها ولتاژهاي ورودي در ايجاد شکل موج خروجي به ترتيب مشارکت مي کنند از منبع ولتاژ نامتعادل تاثير مي پذيرند و باعث ايجاد ريپل نامطلوب در DC وسبب ايجاد هارمونيک هاي نامشخص در AC مي گردند.

برخي از راه حل ها براي حذف هارمونيک ها:

طراحي جديد ژنراتورها :

يکي از مشکلات موجود در شبکه اين است که ژنراتورها توانايي ايجاد شکل موج کاملا سينوسي را نداشتند به همين منظور طرح جديدي از ژنراتورها معرفي گرديد که در آن سيم پيچي آرميچرها بصورت گسترده (غير متمركز) بسته شده بود.

خازن هاي موازي:

از اولين سالهايي که مشکل هارمونيک ها شناخته شده بود از خازن هاي شانت (موازي) جهت بهبود ضريب توان استفاده مي شد ؛ در محاسبات آن روز احتمال بروز تشديد در نظر گرفته نمي شد، اما امروزه بسياري از خازن ها مجهز به يک سلف شده اند و به يک فيلتر هارمونيکي تک تنظيمه تبديل شده اند.

هارمونيک ها در شبکه قدرت:

يکي از عوامل اصلي ايجاد هارمونيک در شبکه قدرت نيمه هادي ها(عناصر الكترونيك قدرت ) مي باشد که توانائي روشن و خاموش شدن ناگهاني در هر نقطه از موج را دارند.(ايجاد حالت هاي گذرا)

اگر در هر پريود نقطه کليد زني در نقطه مشابهي انجام شود، حالت گذرا شکلي متناوبي بخود مي گيرد.

چنين سيگنال هايي را مي توان با استفاده از بسط سري فوريه بصورت مجموعهاي از امواج سينوسي بيان نمود که به هارمونيکهاي شبکه قدرت معروفند.

وفرکانس آنها مضرب صحيحي از فرکانس اصلي شبکه مي باشد.

چون هارمونيک هاي شبکه قدرت داراي مولفه هاي فرکانسي متفاوتي در شبکه مي باشند امکان رخ دادن پديده تشديد در سلف ها و خازن هاي معادل شبکه قوت مي گيرد که به تبع آن ، دامنه مربوط به فرکانس تشديد افزايش مي يابد.


اعوجاج

- معمولا اعوجاج شکل موج با استفاده از مبحث هارمونيک ها مورد بررسي قرار مي گيرند.

- اگر فرکانس هارمونيک ها مضرب صحيحي از فرکانس اصلي شبکه نباشد به اين شکل موج ها هارمونيک هاي مياني گفته مي شود.

بطور کلي تجهيزات اعوجاج ساز، جريان هاي هارمونيکي توليد مي کنند وموجب ايجاد ولتاژهاي هارمونيکي بر روي امپدانس شبکه مي گردند.

تاثيرات اصلي و مشخص هارمونيک ها عبارتند از:

عملکرد نادرست ادوات کنترلي، سيستمهاي سيگناليک اصلي و رله هاي حفاظتي

خرابي بانک خازني بدليل شکست عايقي ويا افزايش بيش از حد توان راکتيو

نوسانات مکانيکي در ماشين هاي سنکرون و القايي

تلفات زياد در خازن ها، ترانسفورملتورها و ماشين هاي دوار

افزايش نويز موتورها و دستگاههاي ديگر

تداخلات تلفني

عملکرد ناپايدار مدارهاي آتش، بخصوص مدارهايي که بر اساس تشخيص نقطه

صفر ولتاژ عمل مي کنند

خطا در دستگاههاي اندازه گيري که بر اساس القا کار مي کنند

منابع هارمونيکي:

کوچک وقابل پيش بيني (خانگي و مسکوني)

بزرگ و تصادفي (کوره قوس الکتريکي)

بزرگ وقابل پيش بيني (کانورترهاي استاتيکي)

منابع کوچک وقابل پيش بيني:

- مصارف تجاري و مسکوني شامل تعداد زيادي مبدل قدرت تکفاز مي باشدکه در خروجي آنها خازن کوچکي بکار مي رود.(مانند تلوزيون ها وكامپيوترها)

- گرچه قدرت نامي هر يک از آنها زياد نيست، ولي اختلاف کمي در ترکيب آنها وجود دارد، بنحوي که ترکيب آنها مقدار قابل ملاحظه اي هارمونيک فرد توليد مي کند.

- لامپهاي تخليه گازي نيز به علت اينکه هارمونيک هاي مشابهي توليد مي کنند به هارمونيک هاي ديگر تجهيزات اضافه مي شوند.

منابع کوچک وقابل پيش بيني

منابع بزرگ و تصادفي:

متداولترين و آسيب رسانترين بار بزرگ تصادفي،کوره قوس الکتريکي مي باشد.

قوس الکتريکي هارمونيک وهارمونيک مياني با تغيير تصادفي توليد مي کند که حذف آن با فيلترهاي معمولي مقرون به صرفه نيست.

- اتصال به بالاترين سطح ولتاژ و استفاده از راکتانس هاي سري از جمله راه کارهايي هستند که براي کاهش اثر اين کوره ها بر روي کيفيت توان استفاده مي شوند.

منابع بزرگ و تصادفي طيف فركانسي نمونه عمليات قوس الكتريكي
طي مرحله ذوب(شكل اول)
طي مرحله پالايش(شكل دوم)

منابع بزرگ وقابل پيش بيني:

مبدلهاي قدرت بزرگ؛مانند آنچه که در کوره هاي ذوب و سيستمهاي HVDC(High Voltage DC) استفاده مي شوند توليد کننده اصلي جريان هارمونيکي هستند.

-پيکر بندي استاندارد مورد استفاده در سيستم HVDC و صنعتي مبدل 12 پالس است.

HVDC(High Voltage Dc)

در طراحي آنها تلاش فراواني جهت حذف اين جريانها در محل توليد صورت مي گيرد.

مبدل 12 پالسه زير از دو مبدل 6 پالسه تشكيل شده است.

12(توالي مثبت) وk+1 - جريانهاي هارمونيک مشخص براي اين نوع مبدل از مرتبه
(توالي منفي) هستند ودامنه آنها با مرتبه هارمونيک نسبت عکس دارد. 12k-1

نوسانات ولتاژ

نوسانات ولتاژ به دو گروه عمده تقسيم مي شوند:

الف) تغييرات ولتاژ پله اي به صورت با قاعده يا بي قاعده در زمان، مانند آنچه توسط ماشين هاي جوشکاري، کارخانه هاي نورد ، و وسايل مورد استفاده در معدن توليد مي شوند.


ب) تغييرات ولتاژ متناوب يا تصادفي:
تغييرات ولتاژ متناوب يا تصادفي(داراي سيکل)، ناشي از تغييرات متناظر امپدانس بار که نمونه آن بار کوره هاي القايي مي باشد.


هارمونيک ها و شبکه قدرت درايران:

صنايع فعال در کشور= برخي منابع توليد هارمونيک

مجتمع فولاد و صنايع ذوب آهن:

از کوره هاي عظيم قوس الکتريکي براي ذوب فلز استفاده مي کنند.در کنار اين کوره ها از SVC (STATIC VAR CONTROL)براي بهبود ضريب توان استفاده مي شود.

مجتمع پتروشيمي و صنايع شيميايي:

جهت انجام بسياري از فرايندها به برق DC نيازمند مي باشند. از اين رو براي تامين برق DC مورد نياز اين مراکز از يکسو کننده هاي پرقدرتي استفاده مي شود که سهم قابل توجهي را در توليد هارمونيکهاي شبکه خواهند داشت. محرکهاي موتور DC در اين مراکز نيز مانند هر مجتمع صنعتي ديگر از منابع توليد هارمونيک خواهند بود.

سيستمهاي انتقالHVDC :

- داراي دو ايستگاه مبدل در ابتدا و انتها مي باشند که يکي در حالت يکسو کنندگي وديگري در حالت اينورتري کار مي کند. ايستگاه هاي مبدل فوق داراي پلهاي مبدل تمام تريستوري مي باشند ومي دانيم اين پلها در رديف مهمترين منابع توليد هارمونيک مي باشند .

لازم بذکر است شبکه سراسري فعلا بدليل عدم وجود چنين سيستمهايي از آسيب هاي آن نيز در امان مي باشد ولي در صورتي که بحث انتقال انرژي با کشورهاي مجاور از طريق HVDC مطرح شود هارمونيکهاي آن نيز بايستي در نظر گرفته شود.

سيستم حمل ونقل برق شهري(مترو):

جهت تغذيه و کنترل سرعت وگشتاور موتورهاي الکتريکي متصل به لوکوموتيوها از محرکه هايي استفاده مي کنند که به نوبه خود در نقش منبع هارمونيک، باعث ايجاد اعوجاج در شکل موج ولتاژ و جريان سيستمي مي شود که شبکه مترو را تغذيه مي کند. به خاطر افزايش متروها در ايران بررسي هارمونيك هاي اين قسمت از اهميت ويژه اي برخوردار است .

ادوات نيمه هادي (مقاومت غيرخطي )

کاربرد اين ادوات در صنعت و لامپهاي تخليه اي يکي ديگر از منابع توليد هارمونيک مي باشد.

تقسيم بندي هارمونيک ها:

- معمولا براي تعيين احتياجات لازم براي لوازم اندازه گيري، هارمونيک ها به سه دسته تقسيم مي شوند:

شبه ثابت (تغيير آرام)

نوساني

تغيير سريع(تغييرات خيلي کوتاه مدت هارمونيک ها)

تفاوت مشخصه هاي اين سه نوع هارمونيک نيازمنديهاي مختلفي را در طراحي لوازم الکتريکي را بوجود مي آورند:

براي اندازه گيري هارمونيک هاي شبه ثابت مي توان بين پنجره هاي مشاهده مستطيلي يک فاصله 0.1 تا 0.5 ثانيه بوجود آورد.

براي دست يابي به هارمونيک نوساني عرض پنجره بايستي به 0.32 ثانيه کاهش يابد و هيچ فاصله اي نبايد بين پنجره هاي متوالي باشد.

هارمونيکهاي با تغيير سريع ، بايستي توسط پنجره هاي متوالي بدون فاصله و با عرض 0.08 تا 0.16 ثانيه اي اندازه گيري شوند.

دستگاههاي اندازه گيري، هارمونيك هاي شبه ثابت فقط جهت بررسي تاثيرات با دوره طولاني (مانند اثر حرارتي)، يا براي اتدازه گيري جريان هارمونيکي ثابت، مناسب مي باشد.

اندازه گيري جريان هاي هارمونيکي متغير مانند آنچه که توسط لوازم خانگي و موتورها و...توليد مي شود بايستي پيوسته وبدون وقفه بين دوره هاي متوالي مشاهده صورت گيرد.

معمولا اندازه گيري هارمونيک ها تا مرتبه پنجاه ام توصيه مي شود.

اگر تاثيرات لحظه اي کوتاه مدت مد نظر باشد، ماکزيمم هر کدام از هارمونيک ها بايستي ثبت شوند و احتمال تجمعي آنها محاسبه گردد.

اگر تاثيرات حرارتي طولاني مدت مد نظر باشد بايستي، ماکزيممم مقدارموثر هرکدام ازهر هارمونيک ها واحتمال تجمعي آنها بايستي محاسبه گردد.

با توجه به مقادير بزرگي از داده ها که بايستي ثبت شوند، مي توان از ارزيابي آماري مشاهدات مختلف در اين فاصله زماني جهت خلاصه کردن داده ها استفاده نمود:

فاصله زماني خيلي کوتاه (سه ثانيه)

فاصله زماني کوتاه مدت (ده دقيقه)

فاصله زماني طولاني (يک ساعت)

فاصله زماني يک روزه (24 ساعت)

فاصله زماني يک هفته اي (هفت روز)

محل اندازه گيري هارمونيک ها:

- حدود تعيين شده توسط استانداردها براي نقطه اشتراک مصرف کننده با شبکه (PCC)تعريف مي شود.

PCC : Point of Common Coupling

- معمولا اندازه گيري هارمونيک ها به منظور ارزيابي اعوجاجات هارمونيکي در محل PCC انجام مي پذيرد.

- اندازه گيري در ديگر قسمت هاي شبکه مي تواند ميزان کلي آلودگي شبکه قدرت را مشخص نمايد.

- اندازه گيري هارمونيک ها در محل بارهاي غير خطي کمک مي کند تا بتوان نوع بار را در مجموع بارهاي مصرف کننده از نظر آلودگي مشخص نمود.

- با اندازه گيري در نقاط مختلف شبکه مي توان چگونگي حذف هارمونيک ها را توسط عامل فيلتر مشخص نمود .

از طريق ترانسفورماتورهاي pcc معمولا اتصال شبكه توليد با شبكه مصرف در محل
كاهنده انجام مي گيرد. بنابراين اتصال سيم پيچ ترانسفورماتور تنها در مولفه صفر دامنه هاي جريان هارمونيكي موثر مي باشد . چون اكثر بارهاي صنعتي سه فاز هستند در ان صورت اتصال ترانس ها تنها در زاويه فاز جريان هاي هارمونيك ها تاثير خواهد گذاشت.
ولي در بارهاي تك فاز اتصال ترانس ها مهم است . در اين راستا اتصال به صورت ستاره/مثلث است. چون مولفه هاي صفر را در بخش مثلث خود نگه مي دارد. (بر خلاف ستاره /ستاره)

اندازه گيري هارمونيك هاي ولتاژ

مقدارمولفه هارمونيکهاي ولتاژ يا جريان بر اساس شاخصهاي اعوجاج کل و اعوجاج تکي آنها مشخص ميشوند.

اعوجاج تکي ولتاژ نسبت مقدار ولتاژ هارمونيک مشخص به مقدار ولتاژ با فرکانس نامي است.

منظورازاعوجاج کل ولتاژيا THD نسبت جذر مجموع مربعات مقدار موثرهاي کليه هارمونيکهاي ولتاژ به مقدار ولتاژ با فرکانس نامي است.

اندازه گيري هارمونيك هاي ولتاژ

اندازه گيري هارمونيك هاي ولتاژ در بخش فشار ضعيف شبكه مصرف كننده را مي توان از طريق اتصال مستقيم به باس انجام

داد . در ولتاژهاي بالاتر مي توان از

استفاده كرد تا به سطح پايين براي اندازه گيري برسد.PT

اندازه گيري هارمونيك هاي جريان

علاوه بر اندازه گيري هارمونيك هاي ولتاژ لازم است هارمونيك هاي جريان نيز اندازه گيري

شود تا با استانداردهاي مشخص شده مقايسه گردد. -معمولا حدود جريان هاي هارمونيكي بر حسب درصدي از يك جريان ثابت (متوسط ماكزيمم جريان ديماند بار) است .

-نكته مهم در اين مورد اين است كه به خاطر تغيير بار در شبكه و نيز تغيير در ضريب بار مولفه اصلي جريان در حال تغيير مي باشد .به همين خاطر در بسياري از موارد محاسبه حدود جريان هاي هارمونيكي مشكل مي باشد .

نمونه هائي از هارمونيك سنج ها

AEMC F25 Clamp On Harmonic Meter

اعوجاج كل ولتاژ(%THD) :

ضريب اعوجاج : (%DF)

توانائي اندازه گيري مقدار پيك هاي هارمونيك ها در ولتاژ و جريان

دستگاه روبرو قابليت هاي زير را دارا مي باشد :

Microwave Spectrum Analyzers

اين دستگاه بدليل قابليت آناليز طيف بالا (پاسخ فركانسي بالا) توانائي اندازه گيري مرتبه بالاي هارمونيك هاي ولتاژ را دارد

براي كار در ولتاژهاي بالا بايستي از مبدلهاي مناسب(PT , CT) استفاده كرد

Agilent Esa-e
Series Spectrum Analyzer,100 Hz To 3.0 G

دستگاه زير عملكردي مشابه دستگاه قبل داشته ولي پاسخ فركانسي بالاتري را دارا مي باشد

صفحه قبل صفحه بعد
نظر شما
نام : *
پست الکترونیک :
وب سایت/بلاگ :
*
:) :( ;) :D
;)) :X :? :P
:* =(( :O @};-
:B /:) =D> :S
کد امنیتی : *


برچسب ها: ,
موضوع : | لينك ثابت
نوشته شده در تاريخ چهارشنبه 27 دی 1391 توسط حميد تلك آبادي