نقش خازنها به عنوان المان های الكتریكی و الكترونیكی كارآمد در صنایع مربوط به تولید و انتقال و توضیع امروزی غیر قابل انكار است بگونه ای كه دیگر هرگز نمی توان چنین صنایعی را بدون وجود خازنهای نیرو متصور شد.از این رو شناخت كامل خازنها و عوامل تاثیر گذار برآنها و حفظ و نگهداری و نظارت دقیق بر آنها ، برای افزایش طول عمر خازن ها و كار كرد بهینه آنها امری است الزامی و اجتناب ناپذیر.

 

كلید واژه- خازن قدرت ، فركانس ، هارمونیك ها.

مقدمه

 

درسالهای اولیه هارمونیكها در صنایع چندان رایج نبودند.به خاطر مصرف كننده های خطی متعادل. مانند : موتورهای القایی سه فاز،گرم كنندها وروشن كننده های ملتهب شونده تا درجه سفیدی و ..... این بارهای خطی جریان سینوسی ای در فركانسی برابر با فركانس ولتاژ می كشند. بنابراین با این تجهیزات اداره كل سیستم نسبتا با سلامتی بیشتری همراه بود. ولی پیشرفت سریع در الكترونیك صنعتی در كاربری صنعتی سبب بوجود آمدن بارهای غیر خطی صنعتی شد. در ساده ترین حالت ، بارهای غیرخطی شكل موج بار غیر سینوسی از شكل موج ولتاژ سینوسی رسم می كنند (شكل موج جریان غیر سینوسی).

 

پدیدآورنده های اصلی بارهای غیر خطی درایوهای AC / DC ، نرم راه اندازها ، یكسوسازهای 6 / 12 فاز و ... می باشند. بارهای غیرخطی شكل موج جریان را تخریب می كنند. در عوض این شكل موج جریان شكل موج ولتاژ را تخریب می نماید. بنابراین سامانه به سمت تخریب شكل موج  در هر دوی ولتاژ و جریان می شود. در این مقاله سعی شده است تا بزبانی هرچه ساده تر توضیحی در مورد نحوه عملكرد هارمونیك ها و راه كاری برای دوری از تاثیر گذاری آنها بر خازنها ی نیرو ارائه شود.

 

اساس هارمونیك ها :

 

اصولا هارمونیك ها آلوده سازی شكل موج را در اشكال سینوسی آنها نشان می دهند. ولی فقط در مضارب فركانس اصلی . تخریب شكل موج را می توان در فركانس های مختلف (مضارب فركانس اصلی) بعنوان یك نوسان دوره ای بوسیله آنالیز فوریه تجزیه و تحلیل كرد. در حال حاضر هارمونیكهای فرد و زوج و مرتبه 3 در اندازه های مختلف ضرایب فركانس های مختلف در سامانه های الكتریكی موجودند كه مستقیما تجهیزات سامانه الكتریكی را متاثر می سازند. در معنایی وسیعتر هارمونیكهای زوج و مرتبه 3 هریك تلاش می كنند كه دیگری را خنثی نمایند. ولی در مدت زمانی كه بار نا متعادل است این هارمونیك های زوج و مرتبه 3 منجر به اضافه بار در نول و اتلاف انرژی شدید می شوند. با تمام احوال هارمونیك های فرد اول مانند هارمونیك پنجم ، هفتم ، یازدهم ، سیزدهم و .... عملكرد این تجهیزات الكتریكی را تحت تاثیر قرار می دهند. برای فهم بهتر تاثیر هارمونیك ها ، شكل زیر تاثیر تخریب هارمونیك پنجم بر شكل موج سینوسی را نشان می دهد :

 

 

 

 

هارمونیك های ولتاژ و جریان تاثیرات متفاوتی بر تجهیزات الكتریكی دارند. ولی عموما بیشتر تجهیزات الكتریكی به هارمونیكهای ولتاژ بسیار حساس اند. تجهیزات اصلی نیرو مانند موتورها، خازن ها و غیره بوسیله هارمونیكهای ولتاژ متاثر می شوند. به طور عمده هارمونیكهای جریان موجب تداخل مغناطیسی (Magnetic Interfrence) و همچنین موجب افزایش اتلاف در شبكه های توزیع می شوند. هارمونیكهای جریان وابسته به بار اند ، در حالی كه سطح هارمونیكهای ولتاژ به پایداری سامانه تغذیه و هارمونیكهای بار (هارمونیكهای جریان) بستگی دارد. عموما هارمونیك های ولتاژ از هارمونیك های جریان كمتر خواهند بود.   

 

 

تشدید:

 

اساسا تشدید سلفی – خازنی در همه انواع بارها مشاهده می شود. ولی اگر هارمونیك ها در شبكه توضیع شایع نباشند تاثیر تشدید فرونشانده می شود.

در هر تركیب سلفی – خازنی چه در حالت سری و چه در حالت موازی ، در فركانسی خاص تشدید رخ می دهد كه این فركانس خاص فركانس تشدید نامیده می شود. فركانس تشدید فركانسی است كه در آن رآكتنس خازنی (Xc) و رآكتنس القایی (XL) برابر هستند.

برای تركیبی مثالی برای بار صنعتی كه شامل اندوكتانس بار و یا رآكتنس ترانسفورماتور كه بعنوان XL عمل می كند و رآكتنس خازن تصحیح ضریب توان كه بصورت Xc خودنمایی می كند فركانس تشدیدی برابر با LC خواهیم داشت . رآكتنس خازنی متناسب با فركانس كاهش می یابد (توجه : Xc با فركانس نسبت عكس دارد). در حای كه رآكتنس القایی متناسب با آن افزایش می یابد (توجه

: XL با فركانس نسبت مستقیم دارد).این فركانس تشدید به سبب متغیر بودن الگوی بار متغیر خواهد بود. این مساله برای ظرفیت خازنی ثابت كل برای اصلاح ضریب توان پیچیده تر است. برای درك صحیح این پدیده لازم است دو نوع وضعیت تشدید شامل حالت تشدید سری و حالت تشدید موازی مورد توجه قرار گیرند. این دو امكان در زیر توضیح داده می شوند.

 

 

تشدید سری:

 

یك تركیب سری رآكتنس سلفی – خازنی ، مدار تشدید سری شكل می دهد كه در شكل زیر نشان داده شده است.

 

 

به خاطر تركیب سری سلف و خازن ، در فركانس تشدید امپدانس كل به پایین ترین سطح كاهش می یابد و این امپدانس در فركانس تشدید طبیعتی مقاومتی دارد. بنا براین در فركانس تشدید رآكتنس خازنی و رآكتنس سلفی (القایی) برابر هستند.این امپدانس پایین برای توان ورودی در فركانس تشدید ، افزایش توانی جریان را نتیجه می دهد.شكل داده شده زیر رفتار امپدانس خالص در وضعیت تشدید سری را نشان می دهد.

 

 

 

 

 

در كاربری صنعتی رآكتنس ترانسفورماتور قدرت به علاوه خازنهای اصلاح ضریب توان در سمت ولتاژ پایین به عنوان یك مدار تشدید موازی برای سمت ولتاژ بالای ترانسفورماتور عمل می كند. اگر این فركانس تشدید تركیب سلف و خازن بر فركانس هارمونیك شایع در صنعت منطبق شود ، بخاطر بستری با امپدانس پایین ارائه شده توسط خازن ها برای هارمونیك ها ، منجر به افزایش توانی جریان خازن ها خواهد شد. از این رو خازن های ولتاژ پایین در سطحی بسیار بالا اضافه بار پیدا خواهند كرد كه همچنین این عمل موجب تحمیل بار اضافی بر ترانسفورماتور می شود. این پدیده منجر به تخریب ولتاژ در شبكه ولتاژ پایین می شود.

 

 

تشدید موازی:

 

 

یك تشدید موازی تركیبی از رآكتنس خازنی و القایی است كه در شكل زیر نمایش داده شده است.

 

 

 

در اینجا رفتار امپدانس برعكس حالت تشدید موازی خواهد بود كه در شكل داده شده در زیر ، نشان داده شده است.در فركانس تشدید امپدانس منتجه مدار به مقداری بالا افزایش می یابد. این ، منجر به بوجود آمدن مدار تشدید موازی میان خازن های اصلاح ضریب توان و اندوكتانس بار می شود كه نتیجه آن عبور ولتاژ بسیار بالا هم اندازه  امپدانس ها و جریان های گردابی بسیار بالا درون حلقه خواهد بود.

 

 

 

 

 

در كاربری صنعتی خازن اصلاح ضریب توان مدار تشدید موازی با اندوكتانس بار تشكیل می دهد.هارمونیك های تولید شده از سمت بار رآكتنس شبكه را افزایش می دهند. كه موجب بلوكه شدن هارمونیك های سمت تغذیه می شود.این منجر به تشدید موازی اندوكتانس بار و اندوكتانس خازنی می شود. مدار LC (سلفی – خازنی) مواز ی ، شروع به تشدید میان آنها می كند كه منجر به ولتاژ بسیار بالا و جریان گردابی بسیار بالا در درون حلقه مدار سلف – خازن (LC) می شود. نتیجه این امر آسیب به تمام سمت ولتاژ پایین سامانه الكتریكی است.

ایزوله كردن تشدید موازی از ایزولاسیون تشدید سری نسبتا پیچیده تر است.اساسا این امر بخاطر تنوع بار صنعتی از زمانی به زمان دیگر است كه موجب تغییر فركانس تشدید می شود. شكل زیر تاثیر ظرفیت خازنی ثابت و اندوكتانس متغیر را نشان می دهد.

 

 

 

 

این تغییر مداوم فركانس تشدید ممكن است موجب تطبیق فركانس تشدید بر فركانس هارمونیك شود كه ممكن است منتج به ولتاژ بالا و جریان بالا كه سبب نقص و خرابی تجهیزات الكتریكی می شوند ، گردد.بنا بر این در هر دو تشدید موازی و سری خازنهای قدرت متاثر هستند كه بكار گیری دستگاه های حفاظتی و ایمنی را برای خازنها ایجاب می نماید. این امر درك صحیح بر خازنهای قدرت را قبل از از اعمال تصحیح بخاطر تاثیر هارمونیك ها و تشدید ایجاب می نماید.

تاریخ ارسال پست: 1391 ساعت: 20:57
برچسب ها : اثر هارمونیك ها بر خازن ها,