هارمونیک زمانی رخ می‌دهد که به یک بار الکتریکی ولتاژ سینوسی اعمال شود و آن بار، جریان غیرسینوسی از منبع بگیرد. به این نوع بارها، بارهای هارمونیک‌زا گفته می‌شود که ناشی از ویژگی‌های غیرخطی آنها هستند. بسیاری از تجهیزات مدرن تولید هارمونیک می‌کنند.
از جمله این تجهیزات می‌توان به لامپ‌های فلورسنت و مدارهای تغذیه آنها، شارژرها، درایوهای الکتریکی و منابع تغذیه سوئیچینگ اشاره کرد. در مقابل، تنها تعداد کمی از مصرف‌کننده‌ها مانند لامپ‌های رشته‌ای، اتو و برخی موتورهای الکتریکی باکیفیت، هارمونیک تولید نمی‌کنند.
اگر به عنوان متخصص برق فعالیت می‌کنید، احتمالاً با مسائلی مانند سوختن کابل‌ها و اختلال در تجهیزات حفاظتی و اندازه‌گیری روبرو شده‌اید. یکی از دلایل اصلی این مشکلات، وجود هارمونیک‌ها در سیستم برق است.
هارمونیک‌ها باعث اعوجاج در سیگنال‌های ولتاژ و جریان می‌شوند و کیفیت عملکرد شبکه قدرت را کاهش می‌دهند. با افزایش استفاده از تجهیزات الکترونیکی و بارهای غیرخطی، حجم هارمونیک‌ها در شبکه برق افزایش یافته است.
در این مقاله از آکادمی ماهر، به بررسی هارمونیک‌ها و نحوه ایجاد آنها پرداخته‌ایم. همچنین می‌توانید برای اطلاعات بیشتر، دوره جامع آموزش ارتینگ دکتر شجاعیان را تهیه کنید.
مفهوم کیفیت توان (Power Quality)
کیفیت توان یکی از مباحث مهم در سیستم‌های تولید و انتقال نیرو است که در سال‌های اخیر اهمیت بیشتری یافته است. در گذشته، به دلیل سادگی بارهای الکتریکی و روش‌های تولید انرژی، این موضوع چندان مورد توجه نبود. اما امروزه، کیفیت توان به میزان شباهت موج‌های ولتاژ و جریان به شکل موج سینوسی ایده‌آل اشاره دارد.
بسیاری از مصرف‌کننده‌های برق امروزی، از لامپ‌ها گرفته تا وسایل خانگی و صنعتی دیجیتالی، می‌توانند کیفیت توان را کاهش دهند. برای مثال، مدارهای الکترونیکی مانند اینورترها و شارژرهای باتری، مخصوصاً شارژرهای لوازم الکترونیکی، کیفیت توان شبکه را کاهش می‌دهند.
استفاده از منابع تجدیدپذیر مانند سیستم‌های خورشیدی و نیروگاه‌های بادی نیز به دلیل مبدل‌های الکترونیک قدرت، بر کیفیت توان تأثیر می‌گذارد. برخی از پدیده‌های مهم در کیفیت توان شامل موارد زیر هستند:
- سطح ولتاژ: تجهیزات الکتریکی باید با ولتاژ مشخصی کار کنند. ولتاژ پایین باعث اختلال در عملکرد و ولتاژ بالا فشار بر عایق‌ها را افزایش می‌دهد.
عدم تعادل ولتاژ: در سیستم ولتاژ سه‌فاز، اندازه ولتاژ هر سه فاز باید برابر و اختلاف زاویه ۱۲۰ درجه باشد. عدم رعایت این شرایط منجر به عدم تعادل و بروز مشکلاتی مانند گرم شدن بیش از حد تجهیزات می‌شود.
افت ولتاژ موقت (Voltage Sag)
افت ولتاژ موقت که به آن دره ولتاژ نیز گفته می‌شود، نوعی کاهش ولتاژ است که در آن سطح ولتاژ به مدت بیش از نیم سیکل تا یک دقیقه به زیر مقدار نامی (۱۰ تا ۹۰ درصد مقدار نامی) می‌رسد. این وضعیت ممکن است بر اثر افزایش ناگهانی جریان بار، کاهش سریع ولتاژ شبکه یا بروز اتصالی در سیستم قدرت رخ دهد. برای مثال، در فرکانس ۵۰ هرتز هر سیکل قدرت ۲۰ میلی‌ثانیه و در فرکانس ۶۰ هرتز ۱۶ میلی‌ثانیه است.
افزایش ولتاژ موقتی (Voltage Swell)
افزایش ولتاژ موقتی به وضعیتی اطلاق می‌شود که در آن ولتاژ برای مدت ۰.۵ سیکل تا یک دقیقه از مقدار نامی خود بالاتر می‌رود (بیش از ۱۱۰٪ مقدار نامی). این مشکل ممکن است به دلیل تغییر ناگهانی جریان بار یا رفع اتصالی در سیستم رخ دهد.
وقفه ولتاژ (Voltage Interruption)
وقفه ولتاژ به معنای صفر شدن دامنه ولتاژ برای مدت کوتاهی است. این حادثه ممکن است به دلیل مشکلات در سیستم توزیع یا به علت وقوع صاعقه رخ دهد و می‌تواند از نیم سیکل قدرت تا چند دقیقه طول بکشد.
نوسان ولتاژ (Flicker)
نوسان ولتاژ به تغییرات پیوسته در دامنه ولتاژ بین ۹۰ تا ۱۱۰ درصد مقدار نامی گفته می‌شود. تغییرات ناگهانی بار، مانند روشن شدن موتورهای بزرگ یا راه‌اندازی دستگاه‌هایی مثل دستگاه جوش و کوره، می‌تواند منجر به این نوسانات شود. این پدیده باعث سوسو زدن در سیستم‌های روشنایی و کاهش عمر وسایل الکترونیکی می‌گردد. نوسان ولتاژ با دو پارامتر فرکانس و عمق اندازه‌گیری می‌شود.
تداخل الکتریکی (Electrical Interference)
تداخل الکتریکی زمانی رخ می‌دهد که سیگنال‌های ارسالی از مدارهای دیگر، خطوط انتقال یا فرستنده‌های رادیویی بر سیگنال ولتاژ مدار مورد نظر تأثیر بگذارند. این تداخل می‌تواند کیفیت سیگنال را کاهش داده و عملکرد تجهیزات را تضعیف کند.
عدم زمین مناسب (Lack of Grounding)
زمین کردن به معنای اتصال مدارهای الکتریکی به زمین است که به پایداری سیستم، کاهش نویز و تداخل، و حفاظت تجهیزات الکترونیکی در برابر الکتریسیته ساکن کمک می‌کند. قطع ارتباط سیستم زمین می‌تواند به تجهیزات الکترونیکی حساس آسیب برساند.
حالت‌های گذرا (Transients)
حالت‌های گذرا به نوسانات کوتاه و ناگهانی ولتاژ و جریان در یک دوره زمانی کوتاه اشاره دارد. عواملی مانند صاعقه، سوئیچینگ در مدارهای الکتریکی و اشکالات در سیستم توزیع می‌توانند این نوسانات را ایجاد کنند.
مدت این نوسانات در حد چند میلی‌ثانیه است و می‌تواند بر عملکرد و قابلیت اطمینان تجهیزات الکتریکی اثرات مخربی بگذارد.
جمع بندی
هارمونیک‌ها از عوامل مهمی هستند که می‌توانند کیفیت توان در سیستم‌های توزیع برق را کاهش دهند. این اختلالات ممکن است به تجهیزات و مدارهای الکتریکی آسیب‌های جدی وارد کرده و عملکرد شبکه قدرت را مختل کنند.
این مقاله به معرفی هارمونیک‌ها و چگونگی ایجاد آنها پرداخته و اثرات منفی آنها بر برخی مدارها و تجهیزات الکتریکی را بررسی کرده است. اجرای سیستم زمین استاندارد به عنوان یکی از راهکارهای اصلی برای مقابله با هارمونیک‌ها و حفاظت از سیستم در برابر آسیب‌های ناشی از آنها مورد تأکید قرار گرفته است.
- سه شنبه ۰۸ آبان ۰۳ ۱۱:۰۵ ۴ بازديد
- ۰ نظر