برق قدرت

امروزه استفاده از بارهای غیر خطی روبه افزایش است و به تبع آن مقادیر هارمونیک­ها نیز افزایش می­یابد استاندارد برای کیفیت برق تحویل شرکتهای توزیع برق را ملزم به رعایت حدودی نموده که با توجه به آن مقادیر هارمونیک­ها از میزان تعیین شده نباید بیشتر باشد
بررسی تأثیرات هارمونیک هابر شبکه­های قدرت
مقدمه
از آنجا که شکل موج در شبکه­های قدرت کاملاً سینوسی نیست و با شکل موج سینوسی کامل تفاوت دارد و با توجه به تعریف ریاضی سری فوریه این موضوع را به صورت زیر تغییر می­کنند.
سری فوریه
هر شکل موج متناوب را می­توان به صورت حاصل جمع چند تابع سینوسی،  نمایش داد.
:
 
به هر یک از جملات این سری به اصطلاح ،هارمونیک گفته می­شود.
این بدین معناست که در شبکه­های قدرت شکل موج از تعدادی موج سینوسی که مضرب صحیحی از فرکانس پایه می­باشند، تشکیل شده است.
موج با فرکانس قدرت ۵۰ یا ۶۰ هرتز، هارمونیک اصلی یا Fundamental گویند و به همین ترتیب موج با فرکانسهای۱۰۰ یا ۱۲۰ و ۱۵۰ یا ۱۸۰ به ترتیب هارمونیک دوم و سوم موج گویند .
برای بیان اثر هارمونیک­ها روی یک شکل موج از معیاری به نام اعوجاج کلی هارمونیک یا THD (Cigre یا Iec-555-1) استفاده می­شود.
حال با این پیش فرض و زمینه که نسبت به هارمونیک­ها پیدا کردیم می­رویم به سراغ شبکه های قدرت.
بارهای شبکه قدرت
بار شبکه­های قدرت را می­توان به دو گروه بارهای خطی و غیرخطی تقسیم­بندی نمود.
۱- بارهای خطی بارهای هستند که با اتصال به منبع ولتاژ سینوسی جریان سینوسی از شبکه می­کشد مثل بارهای مقاومتی (هیترها) سلفی (ماشین­های القایی) و خازنی (بانک­های خازنی).
۲- بارهای غیرخطی بارهای هستند که در صورت اتصال به منبع ولتاژ سینوسی جریان متناوب اما غیرسینوسی از شبکه می­باشد.
به طور کلی بارهای الکترونیک قدرت (یک سو کننده­ها، درایورهای سرعت، Ups و اینورترها)، فرومغناطیس (ترانسها به خاطر مشخصه غیرخطی هستند و ا بزارهای قوس (تجهیزات کوره) را شامل می­شود.
اثرات نامطلوب هارمونیک­ها:
۱- قطع فیوزها و کلیدها
(تلفات ناشی از اثرات Skin effect یا اثر پوسته) با فرکانس متناسب است و با حضور هارمونیک­ها این تلفات افزایش یافته است و حرارت ناشی از آن باعث قطع کلیدهای حفاظتی می­شود.
۲- تلفات
۳- اضافه بار خازن­ها
راکتانس خازن با فرکانس نسبت عکس دارد و با افزایش فرکانس راکتانس خازن کاهش و در نتیجه جریان آن افزایش می­یابد و اضافه بار خازن­ها را موجب می­شود.
۴- تلفات کابلها و باسبارها
این تلفات نیز ناشی از Skin effect هستند.
۵- لرزش و سروصدا
این اثر در موتورها ظاهر ­شده و موجب کاهش عمر موتور می­شود.
۶- تداخل مخابراتی
هارمونیک­ها به دلیل فرکانس بالایی که دارند اگر خطوط قدرت در کنار خطوط مخابراتی قرار داشته باشند، می­توانند باعث اختلال و نویز در شبکه مخابراتی گردند.
۷- افزایش جریان سیم نول
حدود هارمونیک
امروزه استفاده از بارهای غیر خطی روبه افزایش است و به تبع آن مقادیر هارمونیک­ها نیز افزایش می­یابد استاندارد برای کیفیت برق تحویل شرکتهای توزیع برق را ملزم به رعایت حدودی نموده که با توجه به آن مقادیر هارمونیک­ها از میزان تعیین شده نباید بیشتر باشد لذا هم مصرف کننده و هم تولید کنندگان ملزم به رعایت حدود استاندارد هستند به طوری که اگر میزان هارمونیک تزریقی به شبکه از طرف مصرف کنندگان از حد مجاز فراتر رود ، باید نسبت به رفع آن اقدام کنند، در غیر این صورت جریمه به آنها تعلق می­گیرد.
Voltage THD%
Voltage
5%Up to 20KV
2.5%20KV Up to 132KV
1.5%Over 132 KV

تولید کنندگان هارمونیک:
۱- کانورتورها:
عبارتند از پل­های یک سو کننده یا به طور کلی مبدلهای استاتیک که از دیودها و ترانزیستورها را تشکیل شده­ا ند.
۲- کوره­ها:
که به دو گروه AC و DC تقسیم می­شوند.
۳- روشنایی:
لامپ­های تخلیه و فلورسنت منابع هارمونیک جریان هستند در اینگونه بارها هارمونیک ۳ تا ۲۵% هارمونیک اصلی نیز می­رسد.
۴- ترانسها:
به طور کلی کلیه تجهیزاتی که دارای هسته مغناطیسی هستند.
راه حلهای کاهش اثرات هارمونیکی:
۱- خازن­های مقاوم در برابر هارمونیک (Harmontc Proof)
2- فیلترهای Active
3- فیلترهای Passive در دو نوع جذب کننده Tune و دفع کننده Detune
4- محدود کردن خروجی منابع هارمونیک
۵- کاهش ضریب همزمانی منابع هارمونیک