فیلتر هارمونیک

برای بهبود درک هارمونیک بهتر است اول توضییح مختصری راجع به توان راکتیو داده شود.
توان راكتيو در واقع تواني است كه خود را به شكل اضافه جريان در سيستم هاي قدرت نشان ميدهد.همانطوركه از اسمش پيداست در واقع اين پارامتر قابل تبديل به ساير انرژي ها نيست.

درواقع نمي توان با اين توان كاري انجام داد زيرا نمي توان آن را به شكل انرژي مثل انرژي جنبشي ( براي استفاده در موتور ها ) تبديل كرد . به طريق مشابه امكان تبديل آن به انرژي نور صوت و… وجود ندارد.
البته توان راكتيو مولفه اي بسيار ضروري در سيستم قدرت است .
مثلا براي بوجودآمدن ميدان ها ( اعم از مغناطيسي و الكتريكي ) شرط لازم است. اما ضرورتي ندارد از منبع تامين شود!
يعني اينكه مي شود توان را در محل مصرف و در دور ترين نقطه به منبع توان توليد كنيم. با اين كار ظرفيت شبكه به شكل چشم گيري افزايش ميابد هادي ها خنكتر كار مي كنند و از ظرفيت ترانسفرمرها مي توان استفاده بهينه تري داشت.
اما در سيستم هاي امروزي حضور پديده اي به نام هارمونيك كمي معادلات را پيچيده و البته گران تر از گذشته كرده است.
در شكل زير توان راكتيو بارنگ قرمز مشخص شده(بدون هارمونيك)

هارمونيك ها به تخريب شكل موج(جريان يا ولتاژ)مي پردازند.هارمونيك هااز نظر رياضي قابل اثبات تحليل و بررسي هستند. به استناد نظريه فوريه دانشمند بنام فرانسوي ميتوان گفت كليه توابع رياضي(مانندبرق شبكه ايران كه يك فانكشن برحسب سينوس و متغيير با زمان است)را مي توان برحسب بينهايت تابع ديگر نوشت به بيان ساده ترمولفه هاي هارمونيك درواقع ضرايب صحيح از مولفه اصلي( همان فركانس اصلي شبكه ) هستندكه حضورشان باعث تخريب شكل موج ميشود. شودخازن ها(همه نوع خازن كه مستقيما به شبكه متصل شده است) داراي ويژگي هستندكه منجربه تخريب خود ميشوند خازن ها مولفه فركانس- امپدانس منفي دارندبدين معني كه با افزايش فركانس امپدانس شروع به كم شدن ميكند و درنتيجه جريان افزايش يافته كه نتيجه چيزي جز تخريب خازن نيست حال با نصب راكتور هارمونيك شما يك سلف رابا خازن بصورت سريال بسته ايد ازآنجاكه نمودار فركانس- امپدانس در سلفها دقيقا عكس خازن است يعني با افزايش فركانس جريان كم خواهد شد مي توان نتيجه گرفت كه جريان در شاخه سري ثابت ميماند طبيعتا پديده تخريب خازن ها تقريبا متوقف مي شود.

شايد در نگاه اول نصب تجهيزي كه وظيفه حفاظت از قطعي را دارد و گاها چند برابر خود قطعه اصلي قيمت دارد زياد منطقي نباشد ولي وجود خازن هاي اصلاح ضريب قدرت بدون فيلتر هارمونيك مناسب موجب انفجار آن مي شود در واقع منظور از خراب شدن خازن همين موضوع است البته خازن ها داراي سيستم هاي حفاظتي متناسب مي باشند اما ريسك كردن منطقي نيست!و گاها خسارات جبران ناپذيري به شبكه و ساير تجهيزات اعمل ميكند.
این خازن ها در یک کارخانه خدمات ورق کاری (دارای دستگاه های cnc ) واقع در خیابان اتحاد تهران در سال ۱۳۹۱ بدون فیلتر نصب شده بود :
(سعی نکنید مارک خازن را تشخیص دهید طوری عکس گرفته شده که برند خازن قابل دیدن نباشد اما بدانید که خازن ساخت یک کشور اروپایی است)

بعد از بهینه سازی این بانک خازن مشکل انفجاز مکرر خازن ها برطرف شد
thd-i این کارخانه حدود ۱۸ تا ۲۳ درصد بود.
در این مورد برند خازن مشخص است .
این خازن در هارمونیک ۵ تا ۷ درصدی طی مدت چند سال به شکل در آمده است ( به متورم شدن بالای خازن دقت کنید )

همچنین خازن های روغنی باکیفیتی مانند پارس هم در مقابل هارمونیک به زانو در می آیند !
این خازن در سال ۱۳۸۹ ساخته شده و در سال ۱۳۹۳ دچار نشت روغن شده است ( به آثار روغن روی بدنه دقت کنید ) .
قیمت این خازن از فیلتر هارمونیک مناسبش گرانتر است . و نصب فیلتر برای این چنین خازن هایی کاملا ضرورت دارد (البته با در نظر گرفتن زوایای مختلف )
این خازن در یک شرکت داروسازی در جاده مخصوص کرج نصب شده بود و thd-i برابر با ۲۵ تا ۳۵ درصد را تحمل می کرد .

دليل دوم اين است كه نصب فيلتر هارمونيك احتمال وقوع رزونانس پارالل را بسيار كم مي كند اين موضوع بسيار حائز اهميت است از ذكر آثار مخرب رزونانس (تشديد) صرفه نظر ميكنيم.
دليل ديگر نصب راكتور افزايش شگفت انگيز امر خازن ها مي باشد اگر شبكه داراي هارمونيك زيادي مي باشد نصب خازن بدون راكتور تقريبا غير ممكن است.
از خواص ديگر نصب راكتور ها كاهش نصبي هارمونيك شبكه مي باشد البته اين مورد بستگي بسيار زيادي به ساير المان هاي موجود و هارمونيك توان ها و… دارد كه مقادير واقعي قابل استخراج باشد البته تجربه ثابت کرده است نصب فیلتر هارمونیک محاسبه شده و درست در یک بانک خازن مانع رشد انفجاری هارمونیک بعد از ورود بانک خازن به مدارد خواهد شد .
خاطر نشان می سازد ورود بانک خازن بدون فیلتر هارمونیک به مدار سطح هارمونیک را تا ۴ برابر افزایش می دهد .

يك راكتور سريال با خازن توانايي كنترل جريان راهندازي خازن را تا حد زيادي دارد . ميدانيم خازن ها در لحضه سوييچ رفتاري بسيار شبيه به اتصال كوتاه از خود نشان مي دهند اين امر معمولا با كنتاكتور هاي خازني تا حد قابل كنترل است و با نصب راكتور هارمونيكك به شكل قابل ملاحظه اي محدود مي شود .
در لحظه اتصال كوتاه ( قالبا فيلم متالايز) راكتور ها محدود كننده جريان اتصال كوتاه خوب و قابل اعتمادي هستند زيرا ساختار آنها بسيار مقاوم بوده و مانند ساير تجهيزات ( كنتاكتور كليد و هادي ها و… ) ظرافت خاصي ندارد لذا در لحظه اتصال كوتاه آسيب پذيري به مراتب كمتري دارند و البته خاصيت اينداكتور به شكلي است كه با افزايش جريان مقابله ميكند لذا به صورت هوشمند هرچه قدرت اتصال كوتاه بيشتر باشد توان محدود كنندگي راكتور هم بيشتر مي شود.
همچنين اگر فيلتر با خازن ماسب در شبكه قرار گيرد مي تواند از گرم شدن ترانسفرمر ها و هادي ها جلوگيري كند و از عملكرد بي مورد و رله ها و تجهيزات حفاظتي جلوگييري كند .
به دليل زياد بودن دامنه هارمونيك ها در سيستم قدرت و فركانس نسبتا بالا امكان اختلال در سيستم هاي مخابراتي وجود دارد كه راكتور ها توانايي ستودني در تقليل اين امر دارند.
فيلتر هارمونيك اگر درست انتخاب شود نقش بسزايي در كاهش سطح اعوجاج در سيستم دارد و هارمويك ولتاژ را تا حد قابل قبولي كاهش مي دهدكه اين امر در سال هاي بسيارمورد توجه مهندسين محترم قرار گرفته است.
موارد ذكر شده مزيت هاي عمده راكتور هارمونيك (فيلتر هارمونيك ) است كه به اختصار اشاره شد با نگاهي سطحي مي توان به اين نتيجه رسيد كه نصب اين تجهيزدر شبكه هاي امروزي كه با المان هاي هارمونيك زا اجين شده چقدر ضروري است واستفاده از آن همواره روبه افزايش است تصميم شما خريدار محترم براي نصب اين تجهيز كار آمد بسيارحركت هوشمندانه وآينده نگرانه اي ارزيابي مي شود .