هارمونیک در الکتریسیته چیست؟
هارمونیک ها جریان ها یا ولتاژهایی با فرکانس هایی هستند که مضرب صحیح فرکانس توان اصلی (50 هرتز در ایران) هستند. به عنوان مثال، اگر فرکانس اساسی (موج اصلی) 50 هرتز باشد، هارمونیک دوم 100 هرتز و هارمونیک سوم 150 هرتز خواهد بود. این پدیده حاصل کار بارهای غیر خطی است که جریان را به صورت پالس های ناگهانی (به جای موج سینوسی صاف) از شبکه می کشند. در نتیجه، جریان های هارمونیک به وجود آمده و به قسمت های دیگر سیستم قدرت انتقال می یابند.
منابع اصلی ایجاد هارمونیک:
- ماشین آلات با نوسانات سریع در جریان بار (مانند موتورهای بزرگ هنگام راه اندازی).
- ماشین آلات مجهز به درایوهای فرکانس متغیر (VFD/اینورترها).
- تجهیزات الکترونیکی اداری و خانگی مانند رایانه ها، مانیتورها، تلویزیون ها و سیستم های روشنایی LED که از منابع تغذیه حالت سوئیچ (SMPS) استفاده می کنند.
- کوره های قوس الکتریکی.
اعوجاج هارمونیک کامل (THD) چیست؟
وضعیت کلی هارمونیک ها در یک سیستم توسط معیار مهمی به نام اعوجاج هارمونیک کامل (Total Harmonic Distortion یا THD) بیان می شود. THD در واقع مجموع تمام اثرات هارمونیک ها نسبت به موج بنیادی است و معمولاً تا مضرب 40 یا 50 فرکانس اساسی (2 تا 2.5 کیلوهرتز) اندازه گیری می شود.
این مقدار از نظر سلامت کیفیت توان بسیار حیاتی است:
- THD ولتاژ (THD_V): باید کمتر از 8 درصد نسبت به ولتاژ پایه باشد (بر اساس استانداردهایی مانند IEEE 519). مقادیر بالاتر می تواند به تجهیزات حساس آسیب جدی بزند.
- THD جریان (THD_I): تصویر متفاوتی دارد. اگر جریان اتصال کوتاه (ISC) به اندازه کافی بالاتر از جریان بار (IL) باشد، THD جریان تا حدودی کمتر اهمیت پیدا می کند، زیرا در این شرایط هارمونیک های ولتاژ (که مخرب ترند) تحت تأثیر قرار نمی گیرند. با این حال، در سطوح بالای اعوجاج جریان (مثلاً تا 40 درصد)، ریسک مشکلات گرمایشی افزایش می یابد.
بررسی طیف هارمونیک (نمودار درصد هر هارمونیک مجزا) اولین سطح بررسی پس از محاسبه THD است. به طور معمول، بزرگترین هارمونیک ها در مضرب های 3، 5 و 7 دیده می شوند و پس از آن به سرعت کاهش می یابند.
👇لیست محصولات خازن صنعتی بهنیکو
اثرات مخرب هارمونیک ها بر تجهیزات
عدم رسیدگی به مشکل هارمونیک می تواند منجر به عواقب جدی و پرهزینه ای شود:
- گرم شدن بیش از حد ترانسفورماتورها: یکی از رایج ترین نشانه ها است. جریان های هارمونیک تلفات جریان گردابی (Eddy Current Losses) را به شدت افزایش می دهند که نتیجه آن گرمای غیرعادی و کاهش عمر مفید ترانسفورماتور است.
- قطع شدن ناگهانی کلیدهای اتوماتیک (کمپکت): هارمونیک ها می توانند باعث عملکرد ناخواسته تجهیزات حفاظتی شوند.
- خرابی تجهیزات حساس الکترونیکی: بهخصوص درایوهای فرکانس متغیر، سیستم های UPS و بانک های خازنی.
- مشکلات ضریب توان: در برخی موارد، حضور هارمونیک ها می تواند اندازه گیری ضریب توان را مخدوش کرده و هزینه های اضافی برق را تحمیل کند.
✅ کاهش مصرف برق و حفاظت از تجهیزات حیاتی اگر ترانسفورماتورهای شما دچار گرمای بیش از حد می شوند یا به دنبال بهینه سازی مصرف انرژی و کاهش تلفات شبکه هستید، مجموعه بهنیکو با ارائه ترانسفورماتورهای بهینه، فیلترهای اکتیو و راهکارهای کاهش مصرف برق در کنار شماست.
برای مشاوره تخصصی در زمینه ترانسفورماتور و کاهش مصرف برق، با مجموعه بهنیکو تماس بگیرید.
📞 01144443988 - 01144443979
ابزار و تکنیک های کلیدی برای اندازه گیری هارمونیک
همانطور که داده های جستجو نشان می دهد، نحوه اندازه گیری هارمونیک دغدغه اصلی کاربران است. اندازه گیری هوشمندانه، کلید شناسایی منشأ مشکل است.
1. دستگاه هارمونیک یاب (آنالایزر کیفیت توان)
برای سنجش دقیق هارمونیک ها، نیاز به استفاده از دستگاه آنالایزر کیفیت توان (Power Quality Analyzer) است. این دستگاه ها، که گاهی به آنها "دستگاه هارمونیک" نیز گفته می شود، قادرند:
- THD ولتاژ و جریان را محاسبه کنند.
- سطح هر هارمونیک مجزا (تا مرتبه بالا) را نمایش دهند.
- سایر پارامترهای کیفیت توان (مانند فلیکر، عدم تعادل ولتاژ و ...).
- داده ها را برای تحلیل روند در طول زمان ثبت کنند.
2. محل های هوشمندانه اندازه گیری
انتخاب محل اندازه گیری بسیار مهم است:
- نقطه اتصال مشترک (PCC): این نقطه، محل اتصال شما به شبکه اصلی تأمین برق است. اندازه گیری در این محل، سلامت کلی سیستم و تأثیر آن بر شبکه عمومی را مشخص می کند.
- نزدیک بارهای غیرخطی بزرگ: فیدرهای ورودی به درایوهای فرکانس متغیر (VFDs)، سیستم های UPS پرقدرت، و بانک های خازنی. هدف در اینجا یافتن منبع با بالاترین THD جریان است.
- ورودی تجهیزات حساس: اندازه گیری در فیدر تجهیزاتی که دچار مشکل یا خرابی مکرر می شوند.
3. مراحل نظرسنجی و مانیتورینگ
اندازه گیری هارمونیک باید به عنوان یک فعالیت تعمیر و نگهداری معمول در نظر گرفته شود:
- مشاهده روندها: داده های جمع آوری شده در بازه های زمانی مختلف (ماهانه، فصلی، سالانه) را با هم مقایسه کنید تا الگوهای افزایش یا کاهش هارمونیک ها را کشف کنید.
- جمع آوری اطلاعات گذشته: در صورت وجود، داده های قدیمی را برای تعیین وضعیت اولیه (Baseline) سیستم بررسی کنید.
- مصاحبه با اپراتورها: اغلب اپراتورها در مورد نوسانات بار و مشکلات تجهیزات اطلاعات ارزشمندی دارند که می تواند شما را به منبع اصلی هدایت کند.
نحوه کاهش و حذف هارمونیک ها در سیستم های قدرت
پس از اندازه گیری و شناسایی منبع، دو راهکار اصلی برای کاهش اعوجاج هارمونیک وجود دارد:
الف. نصب فیلترهای هارمونیک
نصب فیلترها (اعم از پسیو یا اکتیو) اغلب مؤثرترین و مقرون به صرفه ترین راهکار است.
- فیلترهای پسیو: معمولاً متشکل از خازن، سلف و مقاومت هستند و برای حذف یک یا چند هارمونیک خاص (مانند هارمونیک های 5 و 7) طراحی می شوند.
- فیلترهای اکتیو: تجهیزات پیشرفته ای هستند که هارمونیک ها را به صورت پویا اندازه گیری کرده و جریان هایی با فاز مخالف تولید می کنند تا آنها را خنثی کنند. این فیلترها در محیط هایی با بارهای غیرخطی متعدد و متغیر عملکرد بهتری دارند.
ب. تعویض ترانسفورماتور با ضریب K بالا
اگر مشکل اصلی گرم شدن ترانسفورماتور باشد، جایگزینی آن با یک ترانسفورماتور دارای ضریب K (K-Factor) بالاتر توصیه می شود. ترانسفورماتورهای K-Factor برای تحمل تلفات حرارتی ناشی از هارمونیک ها طراحی شده اند و گران تر از ترانس های استاندارد هستند، اما می توانند در مواردی که فیلتر کردن پیچیده است، تنها راه حل عملی باشند.
✅ مشاوره خازنی برای منزل و صنعت
برای بهبود ضریب توان، کاهش هارمونیک و جلوگیری از جریمه های اداره برق، استفاده از فیلترهای هارمونیک و بانک های خازنی ضروری است. مجموعه بهنیکو خدمات جامع خود را هم برای بهینه سازی سیستم های خانگی و اطلاع از قیمت خازن برای منزل و هم برای سامانه های صنعتی و سفارش و اجرای بانک خازنی با بهترین کیفیت ارائه می دهد.
سؤالات متداول (FAQ)
۱. هارمونیک های مرتبه فرد (Odd Harmonics) و زوج (Even Harmonics) چه تفاوتی دارند؟
هارمونیک های فرد (مانند 3، 5، 7) در سیستم های قدرت بسیار رایج تر هستند و توسط تجهیزاتی مانند VFDها و منابع تغذیه تولید می شوند. هارمونیک های زوج (مانند 2، 4، 6) معمولاً کمتر شایع هستند و نشان دهنده مشکلات خاصی مانند عدم تقارن در خروجی اینورترها یا اختلاف در نیم سیکل های مثبت و منفی هستند.
۲. هارمونیک سوم (Triple-N Harmonics) چه مشکلی ایجاد می کند؟
هارمونیک های سوم و مضرب های آن (مانند 9، 15) که به "تریپل-اِن" معروف هستند، در سیستم های سه فاز چهارسیمه (با نول) با بارهای تک فاز غیرخطی (مانند کامپیوترها) به وجود می آیند. این هارمونیک ها به جای حذف شدن، در سیم نول با هم جمع شده و باعث جاری شدن جریان بسیار بالا در سیم نول و در نتیجه گرم شدن یا ذوب شدن آن می شوند.
۳. THD_V مجاز چقدر است؟
بر اساس استاندارد بین المللی و توصیه های IEEE 519، در شبکه های عمومی برق، میزان مجاز اعوجاج هارمونیک ولتاژ (THD_V) در نقاط اتصال مشترک (PCC) معمولاً بین 3 تا 5 درصد برای ولتاژهای مختلف و حداکثر تا 8 درصد است.
۴. آیا نصب بانک خازنی به تنهایی مشکل هارمونیک را حل می کند؟
خیر. در حضور هارمونیک های بالا، نصب بانک های خازنی معمولی ممکن است وضعیت را بدتر کند. خازن ها می توانند با سلف های سیستم (مانند ترانسفورماتورها) وارد رزونانس شده و سطح هارمونیک را به شدت تقویت کنند و باعث خرابی خود خازن ها یا دیگر تجهیزات شوند. در این شرایط، باید از بانک های خازنی مجهز به فیلترهای دی تیون (Detuned Filters) استفاده کرد.