التوافقيات فى الشبكات الكهربية harmonic

التوافقيات فى الشبكات الكهربية harmonic

3- التوافقيات:

3-1 التعريف:

هى عبارة عن إشارات كهربية غير مرغوب فيها تظهر مركبة على الموجة الأساسية فى الشبكة الكهربية وترددها عبارة عن مضاعفات من التردد الاساسى وتتسبب فى تشوة موجة التيار او تشوة موجة الجهد او تشوة الاثنين معا حيث ترددها (100،150،200،250،300،350).



ويتم تقسيم التوافقيات الى توافقيات ذات رتبة فردية (f3، f7، f5).

وتوافقيات ذات الرتبة الزوجية(f2،f4،f6).

والتوافقيات الفردية هى الاكثر شيوعا فى الشبكات الكهربية واكثرها تاثيرا توافقيات الدرجة الثالثة .

3-2 أسباب وجود التوافقيات فى الشبكات الكهربية.


1-اسباب من ناحية الحمل .

2- اسباب من ناحية الشبكة.

اولا:

الاسباب من ناحية الحمل .

تقوم الاحمال غير الخطية عموما بتوليد التوافقيات فى مصدر تغذيتها وهذة الاحمال هى التى تكون فيها اشكال موجة التيار غير موافقة لشكل موجة الجهد .

ملحوظة "

الاحمال الخطية لاتحدث توافقيات .

الاحمال الغير خطية تحدث توافقيات .



من امثلة المعدات ذات المصدر الرئيسى لوجود التوافقيات من ناحية الحمل .

1-موحدات التيار فى الاجهزة الالكترونية :

تنتج موحدات التيار فى الاجهزة الالكترونية كم كبير من التوافقيات بسبب تغيير شكل الموجة الخارجة عن الموجة الداخلة .

وبالرغم من ان تاثير كل جهاز الكترونى فى زيادة توافقيات الشبكة صغير الا ان كثرة عدد الاجهزة الالكترونية تجعلها مصدر مؤثر للتوافقيات فى الشبكة .


2- مصابيح الفلورسنت:

تولد المصابيح قوس كهربى صغير يتولد عنها توافقيات من الدرجة الثالثة ومن الخبرة العملية دلت على ان قيمة هذة التوافقيات قد تصل الى 30%من قيمة تيار التردد الاساسى .
/



3- المعدات ذات القوس الكهربى:

تعد الافران ذات القوس الكهربى من اكبر المصادر المولدة للتوافقيات كما فى مصانع الحديد والصلب وتتشابة معها معدات اللحام بالقوس الكهربى.

من أمثلة المعدات ذات المصدر الرئيسي لوجود التوافقيات من ناحية الشبكة.



1- المحولات:

ينتج عن المحولات فى حالة تحميلها كمية من التوافقيات عادة لا تكون كبيرة ولاكن زيادتها فى الشبكة بوجة عام يؤثر على أداء المحول.
/



2-الآلات الدوارة:

تكون ملفات المولدات ثلاثية الأطوار متماثلة فى شكل كافي عادا وعلى نحو يجعل قيمة جهد التوافقيات المتولدة صغيرة جدا بما لا يسبب تأثير على الموجة الأساسية.



3-المكثفات:

تتولد التوافقيات فى الدوائر التي تحتوى على المكثفات وتسبب تيارات التوافقيات العاملة تسخينا ذائدا.
[b]3-3 المشكلات الناتجة عن التوافقيات.


تسبب التوافقيات مشكلات عديدة للمعدات الكهربية المختلفة وأجهزة التحكم مما يؤدى إلى انخفاض كفاءة تشغيلها أو تعطيل عملها وفيما يلي أهم المشكلات الناتجة عن التوافقيات فى أجهزة ومعدات الشبكة الكهربية.



3-3-1 المحولات:

&تؤثر التوافقيات على المحولات تأثير مزدوجا حيث تسبب زيادة فى المفاقيد النحاسية والمفاقيد الحديدية ويكون التأثير الاجمالى هو زيادة سخونة المحول.



& يعتمد الفقد فى المحول الناتج عن التوافقيات على التردد وتكون التوافقيات ذات القيمة العالية فى التردد لها تأثير ملحوظ على الفقد وتؤدى زيادة درجة الحرارة إلى تدهور العزل مما يؤدى عنة تعطل المحول بالكامل.

&وينبغي إذا كان من المتوقع استعمل المحول فى وجود موجة مشوهة ( وجود التوافقيات ) إن يتم تصميمة على أساس هامش أمان اكبر مما يؤدى إلى زيادة التكلفة لإنشاء المحول.



& ويمكن خفض قدرة تحميل المحول فى وجود التوافقيات.







3-3-2 الآلات والمحركات الدوارة:

تتأثر الآلات والمحركات الدوارة بالتوافقيات وتزداد سخونتها الناتجة من الفقد فى الحديد والنحاس عند التوافقيات قد تؤثر التوافقيات على العزل وتؤدى إلى زيادة الضوضاء الناتجة عنة.



يمكن إن تؤدى التوافقيات فى المحرك الحثى إلى توزيع المجال المغناطيسي فى الفجوة الهوائية بشكل يمكن إن يؤدى إلى ظاهرة تسمى الزحف أو الامتناع عن الحركة.



قد تؤدى التوافقيات عالية الدرجة إلى تدهور أداء أجهزة التحكم فى السرعة وأجهزة بدء الحركة الالكترونية الخاصة بالمحركات.



3-3-3 الموصلات:

قد تسبب التوافقيات فى زيادة فى تحميل الموصلات وزيادة فى تسخينها وفى بعض الأحيان يمكن آن تسبب التوافقيات الثلاثية ذات الدرجات الفردية (9، 6، 3) قد تؤدى إلى تسخين موصلات التعادل.



3-3-4 المعدات الالكترونية:

يمكن آن تتسبب التوافقيات فى تشغيل المعدات الالكترونية بطريقة سيئة وخاصة تلك التي تشتمل على أجهزة تحكم (plc) المبرمج المستخدم فى العمليات الصناعية.



[b]3-3-5 أجهزة القياس:

تتم معايرة عدادات استهلاك الطاقة على أساس آن التغذية الكهربية تتم من موجة ذات شكل جيبي خالص وقد تعطى هذة العدادات قراءات خاطئة عند وجود التوافقيات.







3-3-6 مصابيح التفريغ الغازية:

يحدث العطل فى الكوابح بسبب السخونة الذائدة التي تسببها التوافقيات.





3-3-7 معدات أخرى:

ينتج بسبب التوافقيات خلل فى مرحلات التحكم والوقاية و مفاتيح لوحات التوزيع و المعدات المستخدمة فى التسخين الكهربي.

وبشكل عام يمكن آن تسبب التوافقيات الشديدة التي تؤثر فى الدائرة لفترة زمنية طويلة إجهاد حراري يترتب علية استهلاك المعدات بصورة سريعة.


الحدود القياسية لقيم التوافقيات بالشبكة الكهربية :

تنص معظم المواصفات القياسية العالمية على الحدود المسموح بها للتوافقيات وذلك لحماية معدات ومكونات الشبكة الكهربية من الآثار الناتجة عن وجود توافقيات التيار والجهد وتحدد هذة المعاملات كتالى .
[size=18] [center]
3-4-1 معامل تشوة الجهد[size=12]VTHD:
ويطلق علية اجمالى التشوة فى الجهد (total harmonic distortin for voltage)


حسابات أخرى لسعة ، والفولتية ، والتيارات ، وهلم جرا تعادل. For a voltage signal, for instance, the ratio of the squares of the RMS voltages is equivalent to the power ratio: للإشارة الجهد ، على سبيل المثال ، كانت نسبة ساحات نظام إدارة الموارد الفولتية تعادل قوة النسبة :


حيث :
V1 الجهد الفعال للمركبة الأساسية (v1= r.m.s) الجهد الفعال للقيمة الأساسية .
N هى رتبة التوافقيات .
Vn الجهد الفعال للتوافقيات ذات الرتبة a..


In this calculation, V n means the RMS voltage of harmonic n , where n=1 is the fundamental harmonic. في هذا الحساب ، ن نظام إدارة الموارد من الجهد متناسق ن ، حيث ن = 1 الأساسي هو متناسق. One can also calculate THD using all harmonics (n=∝): كما يمكن للمرء أن يحسب THD باستخدام جميع التوافقيات (ن = α) :


تعاريف أخرى يمكن استخدامها. Many authors define THD as an amplitude ratio rather than a power ratio. تحديد العديد من المؤلفين THD باعتبارها نسبة السعة بدلا من نسبة الطاقة. This results in a definition of THD which is the square root of that given above. ويؤدي ذلك إلى وضع تعريف للTHD التي هي الجذر التربيعي للأن المذكور أعلاه. For example in terms of voltages the definition would be: على سبيل المثال من حيث الفولتية التعريف ما يلي :



3-4-2 معامل تشوة موجة التيار THDI:
ويطلق علية اجمالى التشوة فى التيار (Distort the current wave factor)


3-5 طرق تقليل التوافقيات (اخماد التوافقيات )

يجب التخلص من مصادر توليد التوافقيات الشديدة فى الشبكة المغذية للمستهلك .
وذلك بعلاج موضعيا لمنع انتشار تاثيرها فى الشبكة ويمكن فى هذة الحالة اجراء بعض التعديلات فى الشبكة لتقليل من ضرر التوافقيات اما اذا كان ذلك مكلفا فيمكن الاكتفاء بازالة الاثار الضارة .
وعندما يصبح من العسير خفض توافقيات معينة ينبغى تقوية مكونات الشبكة بالقدر الذى يمكنها من تحمل هذة التوافقيات ويتم ذلك باجراء التالى :
1- زيادة مساحة مقطع الكابلات او اضافة كابلات جديدة لزيادة قدرة الشبكة على تحمل التوافقيات العالية .
2- خفض القدرة عند تحميل المحولات (حيث يكون الخفض من 50الى 70%)مع اضافة وحدات جديدة او استبدال الوحدات القائمة بأخرى جديدة ذات قدرة عالية .
3- إعادة توزيع الاحمال فى الشبكات ثلاثية الاوجة لموازنة التوافقيات او لموازنة تيارات الاحمال بجميع الموصلات .

3-5-1 التعديلات التى يمكن اجرائها على الشبكة لتقليل حجم التوافقيات او ازالتها:
توجد عدة تعديلات يمكن أجرائها على الشبكة لخفض حجم مشكلة التوافقيات أو إزالتها نهائيا مثل؛
& اضافة ملفات حثية على التوالى مع المكثفات يعتبر توصيل ملفات حثية على التوالى من اكثر الطرق شيوعا لتقليل قيمة التوافقيات وذلك بتوصيل ملف حثى ذى قلب قابل للتشبع مع المكثف.




& اضافة ملفات حثية على التوازى مع المكثفات ويمكن التحكم فى مفاعلتة لتقليل قيمة التوافقيات .




استخدام مرشح مكون من مكثفات وملفات توالى وتوازى .