هارمونیکها چه هستند؟
هارمونیکها در سیستمهای قدرت، ولتاژها و جریانهای الکتریکی با فرکانسهای مضربی از فرکانس پایه (معمولاً 50 یا 60 هرتز) هستند. آنها به دلیل وجود بارهای غیرخطی در سیستم ایجاد میشوند، که جریان یا ولتاژ آنها با ولتاژ یا جریان اعمال شده متناسب نیست.
بارهای غیرخطی رایج شامل موارد زیر هستند:
- مبدلهای الکترونیکی قدرت: درایوهای موتور AC، کورههای القایی، منابع تغذیه DC
- لامپهای فلورسنت و LED: لامپهای کم مصرف و LED با دیمر
- فرها و مایکروویوها: لوازم آشپزخانه با کنترلهای الکترونیکی
- کامپیوترها و سایر تجهیزات الکترونیکی: رایانهها، چاپگرها، تلویزیونها
اثرات هارمونیکها بر سیستمهای قدرت
هارمونیکها میتوانند اثرات مخربی بر سیستمهای قدرت داشته باشند، از جمله:
- افزایش تلفات: هارمونیکها میتوانند تلفات اضافی را در سیمها، ترانسفورماتورها و سایر تجهیزات ایجاد کنند، که منجر به گرم شدن بیش از حد و کاهش راندمان میشود.
- کاهش کیفیت توان: هارمونیکها میتوانند ولتاژ و جریان را اعوجاج کنند، که میتواند بر عملکرد تجهیزات حساس مانند موتورها، رایانهها و تجهیزات مخابراتی تأثیر بگذارد.
- تداخل الکترومغناطیسی: هارمونیکها میتوانند تداخل الکترومغناطیسی (EMI) ایجاد کنند که میتواند بر عملکرد تجهیزات رادیویی و مخابراتی تأثیر بگذارد.
- رزونانس: هارمونیکها میتوانند با فرکانسهای طبیعی سیستم قدرت رزونانس کنند که منجر به افزایش ولتاژ و جریان و احتمال آسیب به تجهیزات میشود.
کنترل هارمونیکها
روشهای مختلفی برای کنترل هارمونیکها در سیستمهای قدرت وجود دارد، از جمله:
- استفاده از فیلترها: فیلترها میتوانند هارمونیکها را از جریان یا ولتاژ حذف کنند.
- تغییر بارها: میتوان بارها را برای کاهش تولید هارمونیکها تغییر داد.
- استفاده از ترانسفورماتورهای هارمونیک: این ترانسفورماتورها به گونهای طراحی شدهاند که هارمونیکها را کاهش دهند.
انتخاب روش مناسب کنترل هارمونیک به عوامل مختلفی از جمله نوع بار، سطح هارمونیک و بودجه بستگی دارد.
معرفی کلید هوایی ACB و نقش آن در سیستمهای قدرت
کلید هوایی (ACB) چیست؟
کلید هوایی که به آن قطع کننده مدار هوایی نیز گفته میشود، نوعی کلید قدرت است که برای قطع و وصل کردن جریان الکتریکی در تابلوهای برق فشار متوسط و فشار ضعیف استفاده میشود. عملکرد اصلی ACBها حفاظت از سیستمهای الکتریکی در برابر اضافه بار، اتصال کوتاه و سایر خطاها است.
در کلیدهای هوایی، از هوای فشرده برای خاموش کردن جرقه الکتریکی در هنگام قطع و وصل جریان استفاده میشود. این امر باعث میشود که ACBها در مقایسه با سایر انواع کلیدها مانند کلیدهای روغنی، ابعاد کوچکتر و وزن کمتری داشته باشند و همچنین نیاز به نگهداری کمتری داشته باشند.
جهت بررسی جامع کلید هوایی هیوندای کلیک کنید
اجزای اصلی کلید هوایی ACB
- مکانیزم قطع و وصل: این بخش از کلید، وظیفه قطع و وصل جریان الکتریکی را بر عهده دارد.
- سیستم اطفاء جرقه: این سیستم از هوای فشرده برای خاموش کردن جرقه الکتریکی در هنگام قطع و وصل جریان استفاده میکند.
- مکانیزم عمل: این بخش از کلید، فرمان قطع و وصل را به مکانیزم قطع و وصل منتقل میکند.
- بدنه: بدنه کلید، اجزای داخلی را در بر میگیرد و از آنها در برابر عوامل خارجی محافظت میکند.
نقش کلید هوایی ACB در سیستمهای قدرت
کلیدهای هوایی نقشهای مختلفی در سیستمهای قدرت ایفا میکنند که از جمله آنها میتوان به موارد زیر اشاره کرد:
- حفاظت از سیستم در برابر اضافه بار: در صورت عبور جریان بیش از حد مجاز از کلید، ACB به طور خودکار مدار را قطع میکند و از آسیب دیدن تجهیزات الکتریکی جلوگیری میکند.
- حفاظت از سیستم در برابر اتصال کوتاه: در صورت اتصال کوتاه در مدار، ACB به سرعت جریان را قطع میکند و از گسترش یافتن خطا و آسیب دیدن تجهیزات جلوگیری میکند.
- ایزولاسیون بخشهای مختلف سیستم: از ACBها میتوان برای جدا کردن بخشهای مختلف سیستم قدرت از یکدیگر استفاده کرد. این امر برای انجام تعمیرات و یا تست تجهیزات ضروری است.
- کنترل و سوئیچینگ: از ACBها میتوان برای کنترل و سوئیچینگ مدارهای الکتریکی استفاده کرد.
مزایای استفاده از کلید هوایی ACB
- ابعاد کوچک و وزن کم: ACBها در مقایسه با سایر انواع کلیدها مانند کلیدهای روغنی، ابعاد کوچکتر و وزن کمتری دارند.
- نیاز به نگهداری کم: ACBها نیاز به نگهداری کمتری نسبت به سایر انواع کلیدها دارند.
- عملکرد سریع: ACBها میتوانند به سرعت جریان را قطع کنند و از گسترش یافتن خطا جلوگیری کنند.
- عمر طولانی: ACBها عمر طولانی دارند و میتوان از آنها برای سالهای متمادی استفاده کرد.
- قابلیت اطمینان بالا: ACBها از نظر عملکرد بسیار قابل اعتماد هستند.
کاربردهای کلید هوایی ACB
کلیدهای هوایی در طیف گستردهای از کاربردها از جمله موارد زیر استفاده میشوند:
- صنایع: از ACBها در صنایعی مانند فولاد، سیمان، نساجی و ... برای حفاظت از موتورها، ژنراتورها و سایر تجهیزات الکتریکی استفاده میشود.
- ساختمانها: از ACBها در ساختمانهای مسکونی، تجاری و اداری برای حفاظت از سیمکشی برق و تجهیزات الکتریکی استفاده میشود.
- مراکز داده: از ACBها در مراکز داده برای حفاظت از سرورها و سایر تجهیزات الکتریکی حساس استفاده میشود.
- شبکههای برق: از ACBها در شبکههای برق برای حفاظت از خطوط انتقال و توزیع برق استفاده میشود.
بررسی تاثیر هارمونیکها بر عملکرد کلید هوایی ACB
هارمونیکها، اعوجاجهای موج سینوسی جریان یا ولتاژ هستند که فرکانسهای مضربی از فرکانس اصلی را دارا میباشند. این اعوجاجها میتوانند اثرات مخربی بر عملکرد کلید هوایی ACB داشته باشند، از جمله:
- افزایش تلفات: هارمونیکها میتوانند تلفات گرمایی را در کلید هوایی ACB افزایش دهند، که میتواند منجر به گرم شدن بیش از حد و خرابی زودرس آن شود.
- کاهش عمر مفید: هارمونیکها میتوانند عمر مفید کلید هوایی ACB را به دلیل تنشهای مکانیکی و الکتریکی اضافی که ایجاد میکنند، کاهش دهند.
- ایجاد نویز: هارمونیکها میتوانند نویز الکتریکی ایجاد کنند که میتواند بر عملکرد سایر تجهیزات الکتریکی در سیستم تأثیر بگذارد.
- ایجاد ناپایداری: هارمونیکها میتوانند باعث ناپایداری در سیستم برق شوند که میتواند منجر به خاموشی و سایر مشکلات شود.
برای کاهش اثرات مخرب هارمونیکها بر عملکرد کلید هوایی ACB، میتوان از چندین روش استفاده کرد، از جمله:
- استفاده از فیلترها: فیلترها میتوانند برای حذف هارمونیکها از جریان یا ولتاژ استفاده شوند.
- استفاده از ترانسفورماتورهای ایزوله: ترانسفورماتورهای ایزوله میتوانند برای جداسازی کلید هوایی ACB از سایر تجهیزات الکتریکی که ممکن است منبع هارمونیک باشند، استفاده شوند.
- استفاده از کلیدهای هوایی ACB با طراحی خاص: برخی از کلیدهای هوایی ACB به طور خاص برای عملکرد در محیطهای با سطوح بالای هارمونیک طراحی شدهاند.
انتخاب روش مناسب برای کاهش اثرات هارمونیکها بر عملکرد کلید هوایی ACB به عوامل مختلفی از جمله سطح هارمونیکها در سیستم، نوع کلید هوایی ACB و بودجه پروژه بستگی دارد.
در اینجا چند نکته اضافی در مورد تأثیر هارمونیکها بر عملکرد کلید هوایی ACB در زبان ساده آورده شده است:
- هارمونیکها مانند ناخالصیهایی هستند که میتوانند عملکرد کلید هوایی ACB را مختل کنند.
- هارمونیکها میتوانند باعث گرم شدن بیش از حد، خرابی زودرس و نویز در کلید هوایی ACB شوند.
- فیلترها، ترانسفورماتورهای ایزوله و کلیدهای هوایی ACB با طراحی خاص میتوانند برای کاهش اثرات هارمونیکها استفاده شوند.
منابع تولید هارمونیک در سیستمهای قدرت
منابع تولید هارمونیک در سیستمهای قدرت
هارمونیکها در سیستمهای قدرت، مولفههای فرکانسی اضافی هستند که به شکل موجهای ولتاژ و جریان سینوسی اضافه میشوند. این امر باعث اعوجاج در شکل موج و ایجاد مشکلاتی برای تجهیزات و کیفیت توان میشود.
منابع تولید هارمونیک را میتوان به دو دسته کلی تقسیم کرد:
- بارهای غیرخطی:
بارهای غیرخطی جریانهایی با شکل موج غیرسینوسی از شبکه برق میکشند. این بارها شامل طیف وسیعی از تجهیزات مانند:
- مبدلهای الکترونیک قدرت: درایوهای موتور AC، منابع تغذیه سوئیچینگ، لامپهای کممصرف (CFLs)، کورههای قوس الکتریکی، و ...
- فرآیندهای صنعتی: کورههای القایی، تصفیهکنندههای الکترواستاتیک، و ...
- منابع سیستم:
علاوه بر بارهای غیرخطی، منابع دیگری نیز میتوانند در تولید هارمونیک نقش داشته باشند، مانند:
- ژنراتورها: ژنراتورهای سنکرون و توربینهای بادی میتوانند هارمونیکهایی را به دلیل اشباع مغناطیسی و سایر پدیدههای غیرخطی تولید کنند.
- ترانسفورماتورها: ترانسفورماتورها، به ویژه ترانسفورماتورهای اشباعشده، میتوانند هارمونیکهایی را به دلیل اعوجاج مغناطیسی تولید کنند.
- تجهیزات سوئیچینگ: کلیدهای قدرت، کنتاکتورها و بریکرها میتوانند هنگام قطع و وصل شدن، هارمونیکهایی را تولید کنند.
تاثیرات هارمونیکها:
هارمونیکها میتوانند تاثیرات منفی متعددی بر سیستمهای قدرت داشته باشند، از جمله:
- گرم شدن بیش از حد سیمها و تجهیزات: هارمونیکها میتوانند تلفات اضافی را در سیمها و تجهیزات ایجاد کنند، که منجر به گرم شدن بیش از حد و کاهش عمر مفید آنها میشود.
- کاهش راندمان: هارمونیکها میتوانند راندمان موتورها، ژنراتورها و سایر تجهیزات الکتریکی را کاهش دهند.
- افت ولتاژ: هارمونیکها میتوانند افت ولتاژ را در شبکه ایجاد کنند، که میتواند بر عملکرد تجهیزات حساس تأثیر بگذارد.
- تداخل الکترومغناطیسی: هارمونیکها میتوانند تداخل الکترومغناطیسی (EMI) ایجاد کنند که میتواند بر عملکرد تجهیزات ارتباطی و الکترونیکی تأثیر بگذارد.
راهکارهای مقابله با هارمونیکها:
روشهای مختلفی برای مقابله با هارمونیکها در سیستمهای قدرت وجود دارد، از جمله:
- استفاده از فیلترهای هارمونیک: فیلترهای هارمونیک دستگاههایی هستند که میتوانند هارمونیکها را از ولتاژ یا جریان حذف کنند.
- طراحی سیستمهای قدرت با در نظر گرفتن هارمونیک: میتوان سیستمهای قدرت را به گونهای طراحی کرد که تا حد امکان در برابر هارمونیکها مقاوم باشند.
- استفاده از تجهیزات کمهارمونیک: میتوان از تجهیزاتی استفاده کرد که هارمونیک کمتری تولید میکنند.
انتخاب روش مناسب برای مقابله با هارمونیکها به عوامل مختلفی از جمله نوع منبع هارمونیک، سطح هارمونیک و الزامات کیفیت توان بستگی دارد.
بیشتر بخوانید: نگاهی به کلید اتوماتیک هوایی اشنایدر الکتریک در وبسایت الکتروشایلی
تاثیرات بر ولتاژ:
- اعوجاج شکل موج: هارمونیکها شکل موج ولتاژ را از شکل سینوسی ایدهآل آن منحرف میکنند و باعث اعوجاج در آن میشوند.
- افزایش ولتاژ: هارمونیکها میتوانند ولتاژ RMS را افزایش دهند، حتی اگر ولتاژ پیک بدون تغییر باقی بماند. این افزایش ولتاژ میتواند عایق تجهیزات را تحت فشار قرار دهد و منجر به خرابی شود.
- رزونانس: هارمونیکها میتوانند با فرکانسهای طبیعی سیستم قدرت رزونانس ایجاد کنند، که منجر به افزایش ولتاژ قابل توجه در نقاط خاصی از سیستم میشود.
کاهش اثرات هارمونیک:
روشهای مختلفی برای کاهش اثرات هارمونیکها در سیستمهای قدرت وجود دارد، از جمله:
- استفاده از فیلترهای هارمونیک: فیلترهای هارمونیک دستگاههایی هستند که میتوانند هارمونیکها را از ولتاژ یا جریان حذف کنند.
- تغییر بارها: جابجایی بارهای غیرخطی به نقاط مختلف سیستم قدرت میتواند به کاهش تأثیر آنها بر ولتاژ و جریان کمک کند.
- استفاده از ترانسفورماتورهای ایزوله: ترانسفورماتورهای ایزوله میتوانند هارمونیکها را بین بخشهای مختلف سیستم قدرت جدا کنند.
مهم است که توجه داشته باشید که هارمونیکها یک موضوع پیچیده هستند و هیچ راهحلی برای همه مشکلات وجود ندارد. بهترین روش برای کاهش اثرات هارمونیکها در یک سیستم خاص به عوامل مختلفی از جمله نوع بارهای غیرخطی، پیکربندی سیستم قدرت و الزامات کیفیت توان بستگی دارد.
بررسی عملکرد کلید هوایی ACB
کلید هوایی (ACB) یا دژنکتور نوعی کلید فشار قوی است که در مدارهای الکتریکی برای قطع و وصل جریان، حفاظت از مدار در برابر اضافه بار، اتصال کوتاه و عیب به زمین و همچنین مانور و سوئیچینگ استفاده میشود.
نحوه عملکرد:
- اتصال:
- در حالت وصل، کنتاکتهای متحرک و ثابت با هم درگیر شده و مسیر عبور جریان برق را ایجاد میکنند.
- مکانیزم فنری یا هیدرولیکی برای اعمال فشار لازم برای غلبه بر مقاومت تماسی و ایجاد اتصال محکم بین کنتاکتها استفاده میشود.
- در شرایط خطا یا زمانی که نیاز به قطع جریان باشد، کنتاکتها از یکدیگر جدا میشوند.
- مکانیزم اطفاء جرقه برای خاموش کردن قوس الکتریکی ایجاد شده در هنگام جدایی کنتاکتها استفاده میشود.
- این مکانیزم میتواند از هوای فشرده، گاز SF6 یا خلا استفاده کند.
- ACB ها به رله های مختلفی مجهز هستند که عملکرد مدار را رصد کرده و در صورت بروز خطا، فرمان قطع را صادر میکنند.
- رله های اضافه بار، اتصال کوتاه، افت ولتاژ و افزایش ولتاژ از جمله رله های رایج در ACB ها هستند.
اجزای اصلی:
- مکانیزم عمل: شامل بخشهایی مانند فنر، اهرم، میلگرد و ... برای حرکت دادن کنتاکتها
- کنتاکتها: محل اتصال یا قطع جریان
- مکانیزم اطفاء جرقه: برای خاموش کردن قوس الکتریکی
- رله ها: برای حفاظت از مدار در برابر خطاها
- محفظه: برای محافظت از اجزای داخلی در برابر محیط
انواع ACB:
- ACB کشویی: کنتاکتها به صورت کشویی حرکت میکنند.
- ACB فیکس: کنتاکتها در یک محل ثابت قرار دارند و با حرکت یک مکانیزم به هم متصل یا جدا میشوند.
کاربردها:
- در تابلوهای برق فشار قوی
- در صنایع مختلف مانند فولاد، سیمان، نفت و گاز، پتروشیمی و ...
- در مراکز مسکونی و تجاری
مزایای:
- سرعت عملکرد بالا
- قابلیت اطمینان بالا
- عمر طولانی
- تنوع بالا در مدل ها و رنج های مختلف
- سهولت در تعمیر و نگهداری
معایب:
- قیمت بالا
- اشغال فضای نسبتاً زیاد
- تولید نویز
نکات مهم در انتخاب ACB:
- ولتاژ و جریان نامی
- نوع حفاظت مورد نیاز
- ابعاد و فضای نصب
- شرایط محیطی
- قیمت
