پاورپوینت شناخت و بررسي مقدماتي هارمونيكها 98 اسلاید pptx

دسته بندي : فنی و مهندسی » برق، الکترونیک، مخابرات
این پاورپوینت با موضوع هارمونیک ها با98 اسلاید با عناوین زیر

1- شناخت و بررسي مقدماتي هارمونيكها
1-1- كليات
1-2- اعوجاج هارمونيكي

2- منابع توليد هارمونيك
2-1- منابع تغذيه تكفاز
2-2- مبدلهاي قدرت سه فاز AC و DC
2-3- تجهيزات قوس زننده
2-4- عناصر اشباع شونده

3- اثر اعوجاج هارمونيكي بر روي عملكرد تجهيزات قدرت
3-1- اثر بر روي خازنها
3-2- اثر بر روي ترانسفورماتورها
3-3- اثر بر روي موتورها

4- پاسخ سيستم قدرت به منابع هارمونيكي
4-1- امپدانس سيستم
4-2- امپدانس خازن
4-3- تشديد موازي
4-5- اثر بار مقاومتي

5- شناسايي محل منابع هارمونيكي

6- كنترل هارمونيكها
6-1- كاهش جريانهاي هارمونيكي ناشي از بارها
6-2- فيلترگذاري
6-3- اصلاح پاسخ فركانسي سيستم
6-4- تجهيزات فيلتركردن هارمونيكها- فيلترهاي اكتيو، پسيو و هيبريد
6-5- طراحي فيلترها

7- برنامه هاي كامپيوتري براي محاسبه هارمونيكها
7-1- مدلسازي منابع هارمونيكي
7-2- برنامه هاي كامپيوتري براي محاسبه هارمونيكها
7-3- قابليت برنامه هاي تحليل هارمونيكي

8- اصول و شرايط عمومي محدودكردن هارمونيكها
8-1- كليات
8-2- عوامل تاثير گذار بر تعيين حدود مجاز هارمونيكها
8-3- فلسفه تعيين محدوديتها

9- مقررات استاندارد حدود مجاز هارمونيكها در برخي از كشورهاي جهان

10- استاندارد مجاز هارمونيكها در شبكه برق ايران

1-1 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.

1-2 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 (50 هرتز) باشد، هارمونيكهاي مولفه اصلي مي نامند. درصورتيكه فركانس آنها ضريبي صحيح از فركانس اصلي (50 هرتز) نباشد، 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.

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.

2-1 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 40 تا 60 درصد روشنايي توسط لامپهاي فلورسنت

2-1 منابع تغذيه تكفاز
منابع تغذيه تكفاز به دو گروه عمده تقسيم مي شوند:

1) 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.

2) 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.

2-2 مبدلهاي قدرت سه فاز AC وDC

مبدلهاي الكترونيك قدرت سه فاز برخلاف مبدلهاي قدرت تكفاز داراي هارمونيك 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 تجهيزات 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.

كارهاي اصلي در شناسايي محل منابع هارمونيكي:

1- نصب تجهيزات اندازه گيري كيفيت توان
2- قطع و وصل تك تك بارها
2- مانيتورينگ سيستم
3- بررسي نتايج اندازه گيري ها و تحليل وضعيت شبكه

مدت زمان لازم برای اندازه گیری هارمونیک :
کل مدت زمان اندازه گیری برابر یک هفته میباشد.
بازه های زمانی اندازه گیری :
بازه زماني بسيار كوتاه مدت : برابر با 3 ثانيه
بازه زماني كوتاه مدت : برابر با 10دقيقه

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

6-1كاهش جريان هارمونيكي ناشي 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.