پاورپوینت شناخت و بررسی مقدماتی هذرمونیکها

پاورپوینت , شناخت و بررسی مقدماتی هارمونیکها , 98 اسلاید , pptx

بخشی از متن:
این پاورپوینت با موضوع هارمونیک ها با98 اسلاید با عناوین زیر

1- شناخت و بررسی مقدماتی هارمونیکها
1-1- کلیات
1-2- اعوجاج هارمونیکی

2- منابع تولید هارمونیک
2-1- منابع تغذیه تکفاز
2-2- مبدلهای قدرت سه فاز AC و DC
2-3- تجهیزات قوس زننده
2-4- عناصر اشباع شونده

3- اثر اعوجاج هارمونیکی بر روی عملکرد تجهیزات قدرت
3-1- اثر بر روی خازنها
3-2- اثر بر روی ترانسفورماتورها
3-3- اثر بر روی موتورها

4- پاسخ سیستم قدرت به منابع هارمونیکی
4-1- امپدانس سیستم
4-2- امپدانس خازن
4-3- تشدید موازی
4-5- اثر بار مقاومتی

5- شناسایی محل منابع هارمونیکی

6- کنترل هارمونیکها
6-1- کاهش جریانهای هارمونیکی ناشی از بارها
6-2- فیلترگذاری
6-3- اصلاح پاسخ فرکانسی سیستم
6-4- تجهیزات فیلترکردن هارمونیکها- فیلترهای اکتیو، پسیو و هیبرید
6-5- طراحی فیلترها

7- برنامه های کامپیوتری برای محاسبه هارمونیکها
7-1- مدلسازی منابع هارمونیکی
7-2- برنامه های کامپیوتری برای محاسبه هارمونیکها
7-3- قابلیت برنامه های تحلیل هارمونیکی

8- اصول و شرایط عمومی محدودکردن هارمونیکها
8-1- کلیات
8-2- عوامل تاثیر گذار بر تعیین حدود مجاز هارمونیکها
8-3- فلسفه تعیین محدودیتها

9- مقررات استاندارد حدود مجاز هارمونیکها در برخی از کشورهای جهان

10- استاندارد مجاز هارمونیکها در شبکه برق ایران

1-1 کلیات
یکی از مسائل و مشکلات مهم کیفیت برق در سیستمهای توزیع و انتقال مسئله هارمونیکها می باشد.
اعوجاجهای هارمونیکی در سیستمهای قدرت مشکلات خاصی را بدنبال دارند که عدم عملکرد مناسب تجهیزات، کاهش عمر و پایین آمدن راندمان از مهمترین آنهاست.

شرکتهای برق بایستی ضمن مانیتورینگ میزان اعوجاجهای هارمونیکی در شبکه محدودیتهایی را ارائه نمایند تا از آسیب دیدگی تجهیزات مشترکین خانگی و صنعتی جلوگیری گردد.

در اغلب مواقع، اعوجاج ولتاژ در سیستمهای انتقال کمتر از یک درصد است و هرچه به سمت مشترکین نزدیکتر می شویم، میزان اعوجاجهای هارمونیکی بیشتر می شود.


1-2 اعوجاجهای هارمونیکی
اعوجاج هارمونیکی در شبکه های قدرت ناشی از عناصر (و بارهای) غیرخطی است. جریان عنصر غیرخطی، درحالیکه ولتاژ اعمال شده به آن سینوسی است، بصورت غیر سینوسی می باشد.

هرشکل موج اعوجاجی را می توان بصورت ترکیبی از موجهای سینوسی با فرکانسهای و دامنه های مختلف نشان داد. این موجهای سینوسی که فرکانس آنها ضریب صحیحی از فرکانس اصلی (50 هرتز) باشد، هارمونیکهای مولفه اصلی می نامند. درصورتیکه فرکانس آنها ضریبی صحیح از فرکانس اصلی (50 هرتز) نباشد، هارمونیکهای میانی نامیده می شوند.

وقتی که دو نیم سیکل مثبت و منفی یک موج شبیه بهم باشند، سری فوریه فقط دارای هارمونیکهای فرد خواهد بود و در اغلب موارد شاهد حضور هارمونیکهای زوج در سیستم قدرت نیستیم.

وجود هارمونیکهای زوج در سیستم اغلب نشان دهنده اشکالی در سیستم است.

عوامل مهم تولید هارمونیکها :

- جریان مغناطیسی ترانسفورماتورها

- بارهای غیرخطی مانند دستگاههای جوشکاری

- کوره های قوس الکتریکی و القایی

- سیستمهای HVDC (انتقال برق فشار قوی DC)

- تجهیزات بکار رفته در کنترل کننده های سرعت ماشینهای الکتریکی

- تجهیزات مورد استفاده در حمل و نقل برقی مانند اتوبوسهای برقی و متروها

- اتصال نیروگاههای خورشیدی و بادی به سیستمهای توزیع

- کاربرد SVC بعنوان کنترل کننده استاتیک توان راکتیو شبکه

- صنایعی نظیر مجتمعهای شیمیایی، پتروشیمی، ذوب که نیاز به یکسوکننده های پرقدرت برای تولید برق DC مورد نیاز خود.



2-1 منابع تغذیه تکفاز
در حال حاضر بارهای تغذیه شده از طریق مبدلهای الکترونیک قدرت مهمترین بارهای غیرخطی را تشکیل می دهند.

ادوات الکترونیک قدرت بکار رفته در صنعت :
- محرکه های موتور با قابلیت تنظیم سرعت
- منابع تغذیه سوئیچینگ
- راه اندازی موتورهای جریان مستقیم
- شارژرها
- بالاستهای الکترونیکی
- یکسوکننده ها

ادوات الکترونیک قدرت در ساختمانهای تجاری :

- وجود تجهیزات الکترونیکی تکفاز بیشماری همچون کامپیوترهای شخصی

- تامین 40 تا 60 درصد روشنایی توسط لامپهای فلورسنت


2-1 منابع تغذیه تکفاز
منابع تغذیه تکفاز به دو گروه عمده تقسیم می شوند:

1) تکنولوژی قدیمی، کنترل ولتاژ در طرف متناوب توسط ترانسفورماتور بود تا ولتاژ را در سطح مورد نظر طرف مستقیم کاهش دهد که بدلیل وجود ترانس، هارمونیکها کاهش می یابند.



2) در تکنولوژی جدید از منابع تغذیه سوئیچینگ (تبدیل DC/DC) استفاده می کنند که مزایای آن عبارتند از وزن کم، اندازه کوچک، راندمان بالا، عدم نیاز به ترانسفورماتور و عیب عمده آنها تولید هارمونیکهای سوم جریان است که در نوترال باهم جمع می شوند.



2-2 مبدلهای قدرت سه فاز AC وDC



مبدلهای الکترونیک قدرت سه فاز برخلاف مبدلهای قدرت تکفاز دارای هارمونیک سوم نیستند و به دو دسته محرکه های AC و DC تقسیم می شوند.



1) محرکه های DC : یکسوسازی تنها عمل مورد نیاز در محرکه های DC است. اغلب محرکه های DC از یکسو کننده های 6 پالسه و محرکه های بزرگتر از یکسوکننده های 12 پالسه استفاده می کنند.



درایوهای 6 پالسه هارمونیکهای 5 و 7 بالاتر و درایوهای 12 پالسه هارمونیکهای 111 و 13 قابل ملاحظه ای دارند.



2) محرکه های AC :



در محرکه های AC از خروجی یکسوکننده برای تولید ولتاژ AC استفاده می شود که این ولتاژ با فرکانس قابل تنظیم برای تغذیه موتورها بکار می رود. اینوترها به دو دسته اینورتر ولتاژ (VSI) و اینورتر جریان (CSI) تقسیم می شوند.



2-3 تجهیزات قوس زننده

این دسته شامل کوره های قوس الکتریکی، دستگاههای جوشکاری، لامپهای روشنایی (فلورسنت، بخار سدیم، بخار جیوه) با بالاست مغناطیسی است.
مشخصه ولتاژ- جریان قوسهای الکتریکی غیرخطی می باشد. بدنبال جرقه زدن، جریان قوس افزایش و ولتاژ آن کاهش می یابد و مقدار جریان توسط امپدانس سیستم محدود می شود.


کوره های قوس الکتریکی بعنوان منبع ولتاژ هارمونیکی دارای جریان متداول بیش از 60 کیلو آمپر بوده و امپدانس محدود کننده آنها شامل کابل و سیمهای رابط، امپدانس سیستم و ترانسفورمر است.


2-4 عناصر اشباع شونده
ترانسفورماتورها و موتورها بدلیل دارا بودن هسته فولادی در دسته تجهیزات فوق قرار می گیرند.


هارمونیکها در این تجهیزات بدلیل مشخصه مغناطیس کنندگی غیرخطی آهن تولید می شوند.


گرچه جریان تحریک ترانسفورمر دارای هارمونیک زیادی در سطوح ولتاژ کاری است ولی این میزان در حدود 1% جریان بار کامل است و مانند وسایل قوس زننده دارای هارمونیکی در حدود 20% بار نامی نیستند.



آثار سوء هارمونیکها بر سیستم قدرت و تجهیزات آن



- شکست عایقی بانکهای خازنی و افزایش جریان و توان راکتیو آنها

- افزایش تلفات اهمی و تلفات اضافی در هسته و ایجاد حرارت اضافی در ترانسها و موتورها

- افزایش تلفات در کابلها و خطوط هوایی و کاهش میزان بارگذاری آنها

- شکست عایقی کابلها

- عملکرد نامناسب و پاسخ اشتباه رله ها

- ایجاد خطا در دستگاه های اندازه گیری

- ایجاد نویز و تداخل با سیستمهای مخابراتی و PLC

و

3-1 اثر بر خازنها
اصولاً خازنها در معرض دو نوع هارمونیکهای 5 و 7 می باشند.

اغتشاش 4 درصدی هارمونیک پنجم و 3 درصدی هارمونیک هفتم باعث می گردد 20 درصد هارمونیک پنجم جریان و 21 درصد هارمونیک هفتم جریان را بدنبال دارد.



3-2 اثر بر ترانسها
بعنوان یک قاعده عمومی، ترانسی که اعوجاج جریان در آن بیش از 5% باشد، توان نامی آن کاهش می یابد.
موارد مختلف ناشی از هارمونیکهای جریان بار که باعث افزایش دمای ترانسفورماتور می گردد عبارتند از:
- افزایش جریان مجاز به بیشتر از حد مجاز
- تلفات ناشی از جریانهای گردابی
- افزایش تلفات هسته ناشی از هارمونیکها

3-3 اثر بر موتورها
موتورها در مقابل اعوجاج هارمونیکی ولتاژ ضربه پذیر می باشند. اعوجاج هارمونیکی ولتاژ در ترمینالهای خروجی موتور موجب ایجاد فلوهای هارمونیکی در داخل موتور می گردد

اثر هارمونیکها روی روتور شبیه به اثر جریان توالی منفی در فرکانس اصلی است.

4-1 امپدانس سیستم
در فرکانس اصلی (50 هرتز) سیستمهای قدرت اصولاً بصورت اندکتیو ند.
در مطالعات هارمونیکی سیستم قدرت، این فرض که مقاومت سیستم تا فرکانس کمتر از مرتبه 9 تغییر زیادی نمی کند، قابل قبول است.

برای کابلها و خطوط با در نظر گرفتن اثر پوستی، مقاومت بصورت تقریبی با مربع فرکانس تغییر می کند.

مقاومت معادل ترانسهای بزرگ بدلیل تلفات جریان گردابی متناسب با فرکانس افزایش می یابد.

در ولتاژهای پایین وجه غالب راکتانس معادل سیستم ناشی از امپدانس ترانسها است (در حدود 90%)


4-2 امپدانس خازن
خازنهای موازی که برای تصحیح ضریب توان بکار می روند، در فرکانسهای مختلف امپدانس سیستم را شدیداً تحت تاثیر قرار می دهند.

خازنها خود عامل تولید هارمونیک نیستند ولی اعوجاج هارمونیکی گاهی اوقات بدلیل حضور خازنها تشدید می شود.

درحالیکه راکتانس اندکتیو با افزایش فرکانس و متناسب با آن افزایش می یابد، راکتانس خازن متناسب با فرکانس کاهش می یابد.

4-3 تشدید موازی

مدارهای شامل سلف و خازن دارای چندین فرکانس طبیعی هستند که هنگامیکه یکی از این فرکانسها برابر فرکانس سیستم قدرت گردد، پدیده تشدید بوجود می آید و جریان و ولتاژ در آن فرکانس مقدار بالایی را خواهد داشت.

4-4 اثر بار مقاومتی

میزان میرایی ایجاد شده توسط مقاومت یا بارهای مقاومتی در سیستم قدرت باعث کاهش ولتاژ و جریان در حالت تشدید می گردد بطوریکه تنها افزایش 10% بار مقاومتی تاثیر بسزایی در کاهش پیک امپدانس سیستم دارد.

اگر طول خط یا کابلهای بین شینه خازنی و نزدیکترین ترانسفورمر زیاد باشد، بدلیل افزایش مقاومت سیستم ناشی از کابلها و خطوط، پدیده تشدید اثر نامطلوب کمتری را ایجاد می کند.

بدترین شرایط تشدید زمانی است که خازنها در پستهای توزیع اصلی یا پستهای واحدهای صنعتی باشند که در این حالت امپدانس ترانسفورماتور وجه غالب را داشته و نسبت X/R بالاست، لذا مقاومت نسبی کم شده و پیک امپدانس تشدید موازی تیزتر و این پدیده خرابی خازنها، ترانسها و سایر تجهیزات را در پی دارد.



کارهای اصلی در شناسایی محل منابع هارمونیکی:

1- نصب تجهیزات اندازه گیری کیفیت توان

2- قطع و وصل تک تک بارها

2- مانیتورینگ سیستم

3- بررسی نتایج اندازه گیری ها و تحلیل وضعیت شبکه


مدت زمان لازم برای اندازه گیری هارمونیک :
کل مدت زمان اندازه گیری برابر یک هفته میباشد.
بازه های زمانی اندازه گیری :
بازه زمانی بسیار کوتاه مدت : برابر با 3 ثانیه
بازه زمانی کوتاه مدت : برابر با 10دقیقه

شاخص هارمونیک شینه :


- حداکثر هارمونیک اندازه گیری شده در بازه زمانی کوتاه مدت



- احتمال تجمعی 95 درصد هارمونیک اندازه گیری شده در بازه زمانی بسیار کوتاه مدت



(از میان دو مقدار فوق مقدار بزرگتر به عنوان شاخص شینه انتخاب میشود.)


مکانهای اندازه گیری

در پستهای فوق توزیع و انتقال : دو بار در سال

- در پستهای توزیع :

یک بار در سال ( پستهای با مشترکین هارمونیک زا)

- در صورت شکایت مشترکین

6-1کاهش جریان هارمونیکی ناشی از بارها
راهکارهای کاهش هارمونیک در منابع مختلف تولید هارمونیک شبکه :

- کاهش ولتاژ اعمالی به ترانس برای خارج شدن از ناحیه اشباع مغناطیسی و تولید هارمونیک کمتر
- اضافه نمودن یک راکتور (سلف) سری در خط DC تغذیه کننده محرکه های AC


- تبدیل مبدلهای 6 پالسه به 12 پالسه برای کاهش 90% هارمونیکهای 5 و 7


- استفاده از ترانسهای مثلث برای انتشار هارمونیکهای مضرب 3 بارها به شبکه


- استفاده از ترانسهای زیگزاگ و زمین کرد آنها برای انتقال هارمونیکهای مضرب 3 به زمین



6-2 فیلترگذاری
فیلترهای موازی با اتصال کوتاه کردن جریان هارمونیکی تا حد امکان اعوجاج را کاهش می دهند. این روش معمولترین نوع فیلترگذاری بوده و بدلیل مسائل اقتصادی بیشتر ترجیح داده می شود.

پرداخت با کلیه کارتهای عضو شتاب امکان پذیر است.