بررسی تاثیر هارمونیک‌ها بر عملکرد کلید هوایی  ACB

بررسی تاثیر هارمونیک‌ها بر عملکرد کلید هوایی  ACB

معرفی هارمونیک‌ها و اثرات آنها بر سیستم‌های قدرت

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.

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.

تعریف هارمونیک و فرکانس‌های هارمونیک

هارمونیک در صنعت برق چیست؟

در سیستم‌های برق AC، شکل موج ایده‌آل ولتاژ و جریان، سینوسی است. با این حال، در عمل، به دلیل وجود بارهای غیرخطی، شکل موج ولتاژ و جریان می‌تواند اعوجاج یافته و شامل مؤلفه‌های با فرکانس‌های بالاتر از فرکانس اصلی (60 هرتز در ایران) باشد. این مؤلفه‌های اضافی با فرکانس بالاتر را هارمونیک می‌نامند.

فرکانس هر هارمونیک ضرب فرکانس اصلی است. به عنوان مثال، هارمونیک سوم دارای فرکانسی 3 برابر فرکانس اصلی (180 هرتز)، هارمونیک پنجم دارای فرکانسی 5 برابر فرکانس اصلی (300 هرتز) و به همین ترتیب.

منابع تولید هارمونیک

بارهای غیرخطی، که جریان یا توان را به صورت غیرخطی از منبع تغذیه می‌کشند، عامل اصلی ایجاد هارمونیک در سیستم‌های برق هستند. برخی از متداول‌ترین بارهای غیرخطی عبارتند از:

• رِکتیفایِر ها: از AC به DC تبدیل می‌کنند.
• اینورترها: از DC به AC تبدیل می‌کنند.
• فرن‌های قوس الکتریکی: در صنایع فولاد و ذوب فلزات استفاده می‌شوند.
• لامپ‌های کم‌مصرف: از دیمرها و مدارهای الکترونیکی استفاده می‌کنند.
• موتورهای AC: به ویژه موتورهای القایی و درایوهای سرعت متغیر.

اثرات هارمونیک

هارمونیک‌ها می‌توانند اثرات مخربی بر سیستم‌های برق داشته باشند، از جمله:

• افزایش تلفات: هارمونیک‌ها می‌توانند تلفات اضافی را در سیم‌ها، ترانسفورماتورها و سایر تجهیزات الکتریکی ایجاد کنند، که منجر به گرم شدن و کاهش راندمان می‌شود.
• افت ولتاژ: هارمونیک‌ها می‌توانند باعث افت ولتاژ در شبکه شوند، که می‌تواند بر عملکرد تجهیزات حساس تأثیر بگذارد.
• تداخل الکترومغناطیسی (EMI): هارمونیک‌ها می‌توانند EMI ایجاد کنند که می‌تواند بر عملکرد تجهیزات الکترونیکی در نزدیکی تأثیر بگذارد.
• ناپایداری سیستم: در موارد شدید، هارمونیک‌ها می‌توانند باعث ناپایداری سیستم و خاموشی شوند.

اندازه‌گیری هارمونیک

میزان هارمونیک در سیستم‌های برق را می‌توان با استفاده از آنالیزورهای هارمونیک اندازه‌گیری کرد. این دستگاه‌ها می‌توانند سطوح هارمونیک‌های مختلف را در ولتاژ و جریان اندازه‌گیری کنند.

کاهش هارمونیک

روش‌های مختلفی برای کاهش هارمونیک در سیستم‌های برق وجود دارد، از جمله:

• استفاده از فیلترهای هارمونیک: فیلترهای هارمونیک می‌توانند هارمونیک‌های ناخواسته را از سیستم حذف کنند.
• تغییر بارهای غیرخطی: می‌توان با جایگزینی بارهای غیرخطی با بارهای خطی یا با استفاده از روش‌های کنترل مناسب، میزان هارمونیک تولید شده توسط بارها را کاهش داد.
• بهبود طراحی سیستم: می‌توان با طراحی سیستم‌های برق با در نظر گرفتن هارمونیک، از ایجاد هارمونیک جلوگیری کرد.

فرکانس‌های هارمونیک رایج

در سیستم‌های برق، هارمونیک‌های 3، 5، 7 و 11 رایج‌ترین هستند. این هارمونیک‌ها به دلیل بارهای غیرخطی رایج مانند رِکتیفایِر ها، لامپ‌های کم‌مصرف و موتورهای AC ایجاد می‌شوند.

هارمونیک‌های 3 و 5 معمولاً بزرگترین هارمونیک‌ها در سیستم‌های برق هستند. هارمونیک 3 می‌تواند باعث گرم شدن بیش از حد خنثی در سیستم‌های سه فاز شود، در حالی که هارمونیک 5 می‌تواند باعث افت ولتاژ شود.

نتیجه‌گیری

هارمونیک‌ها یک پدیده مهم در سیستم‌های برق هستند که می‌توانند اثرات مخربی بر تجهیزات و عملکرد سیستم داشته باشند. با اندازه‌گیری و کاهش هارمونیک، می‌توان کیفیت توان را بهبود بخشید و از مشکلات احتمالی جلوگیری کرد.

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:

1. 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 …

2. 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.

اثرات هارمونیک‌ها بر ولتاژ و جریان

هارمونیک‌ها، مولفه‌های فرکانسی اضافی هستند که بر شکل موج سینوسی ولتاژ یا جریان اعمال شده به یک بار غیرخطی اضافه می‌شوند. این بارهای غیرخطی شامل طیف گسترده‌ای از دستگاه‌های الکتریکی مدرن مانند:

• رِکتیفایرها
• اینورتر ها
• فرکانس‌سازها
• لامپ‌های فلورسنت فشرده
• کوره‌های قوس الکتریکی

حضور هارمونیک‌ها در سیستم قدرت می‌تواند اثرات مخربی بر ولتاژ و جریان و همچنین بر تجهیزات متصل به سیستم داشته باشد.

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.

تاثیرات بر جریان:

• افزایش جریان: هارمونیک‌ها می‌توانند جریان RMS را افزایش دهند، حتی اگر جریان پیک بدون تغییر باقی بماند. این افزایش جریان می‌تواند منجر به گرم شدن بیش از حد سیم‌ها و تجهیزات شود و ظرفیت آنها را کاهش دهد.
• تداخل الکترومغناطیسی: جریان‌های هارمونیکی می‌توانند میدان‌های الکترومغناطیسی (EMF) ایجاد کنند که می‌تواند بر سایر تجهیزات الکتریکی و الکترونیکی در مجاورت تأثیر بگذارد.
• مشکلات در اندازه‌گیری: هارمونیک‌ها می‌توانند اندازه‌گیری دقیق ولتاژ و جریان را با استفاده از ابزارهای اندازه‌گیری سنتی دشوار کنند.

تاثیرات بر تجهیزات:

• کاهش عمر مفید: هارمونیک‌ها می‌توانند عمر مفید تجهیزات الکتریکی را با افزایش گرم شدن، تنش عایقی و فرسایش مکانیکی کاهش دهند.
• ناپایداری: هارمونیک‌ها می‌توانند باعث ناپایداری در عملکرد تجهیزات، مانند موتورها، ژنراتورها و سیستم‌های کنترل شوند.
• خرابی: در موارد شدید، هارمونیک‌ها می‌توانند منجر به خرابی ناگهانی تجهیزات شوند.

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:

1. 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.
2. قطع:
   • 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.
3. حفاظت:
   • 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

عوامل موثر بر عملکرد کلید هوایی ACB

عملکرد کلید هوایی (ACB) تحت تاثیر عوامل مختلفی قرار می گیرد که می توان آنها را به دو دسته کلی عوامل داخلی و عوامل خارجی تقسیم کرد:

عوامل داخلی:

• طراحی و ساخت: کیفیت مواد و قطعات به کار رفته در ساخت کلید هوایی، دقت در مونتاژ و همچنین طراحی اصولی آن، تاثیر مستقیمی بر عملکرد و طول عمر کلید خواهد داشت.
• مکانیزم عملکرد: نوع مکانیزم عملکرد کلید هوایی، مانند مکانیزم فنری، مغناطیسی یا هیدرولیکی، می تواند بر سرعت، دقت و قدرت عملکرد آن اثر بگذارد.
• سیستم اطفاء جرقه: کارآمدی سیستم اطفاء جرقه در خاموش کردن قوس الکتریکی ایجاد شده هنگام قطع و وصل جریان، نقش مهمی در جلوگیری از آسیب به کنتاکت ها و افزایش طول عمر کلید دارد.
• سیستم حفاظتی: وجود سیستم های حفاظتی مناسب، مانند رله های اضافه جریان، اتصال کوتاه و زمین، می تواند از کلید در برابر اضافه بار، اتصال کوتاه و سایر خطاها محافظت کند و عملکرد صحیح آن را تضمین نماید.

عوامل خارجی:

• شرایط محیطی: عواملی مانند درجه حرارت، رطوبت، گرد و غبار و لرزش می تواند بر عملکرد کلید هوایی تاثیر منفی بگذارد.
• نحوه نصب و راه اندازی: نصب و راه اندازی صحیح کلید هوایی مطابق با دستورالعمل های سازنده، از بروز مشکلات عملکردی در آینده جلوگیری می کند.
• نحوه نگهداری و تعمیرات: انجام منظم تعمیرات و بازرسی های دوره ای مطابق با برنامه نگهداری ارائه شده توسط سازنده، برای حفظ عملکرد بهینه و افزایش طول عمر کلید ضروری است.

علاوه بر موارد فوق، برخی از عوامل دیگر که می توانند بر عملکرد کلید هوایی تاثیر بگذارند عبارتند از:

• ولتاژ و جریان نامی: کلید هوایی باید برای ولتاژ و جریان نامی مدار مورد نظر انتخاب و تنظیم شود.
• میزان اتصال کوتاه: کلید هوایی باید قادر به تحمل و قطع جریان اتصال کوتاه در مدار باشد.
• فرکانس عملکرد: تعداد دفعات قطع و وصل کلید در واحد زمان می تواند بر طول عمر آن تاثیر بگذارد.
• نوع بار: نوع بار متصل به کلید هوایی، مانند بارهای موتوری یا بارهای القایی، می تواند بر عملکرد آن اثر بگذارد.

ایجاد نویز و تداخل الکترومغناطیسی بر اثر هارمونیک ها

هارمونیک ها، مولفه های فرکانسی ناخواسته ای هستند که در سیگنال های الکتریکی AC وجود دارند و مضرب صحیحی از فرکانس اصلی (معمولاً 50 یا 60 هرتز) هستند. آنها می توانند توسط تعدادی از بارهای غیرخطی مانند درایوهای موتور AC، کوره های القایی و منبع تغذیه های سوئیچینگ ایجاد شوند.

هارمونیک ها می توانند اثرات مخربی بر سیستم های الکتریکی داشته باشند، از جمله:

• افزایش نویز و تداخل الکترومغناطیسی (EMI): هارمونیک ها می توانند در سیم ها و کابل ها جریان یابند و میدان های الکترومغناطیسی (EMF) ایجاد کنند که می تواند بر عملکرد تجهیزات الکتریکی دیگر در نزدیکی تأثیر بگذارد. این امر می تواند منجر به مشکلاتی مانند افت کیفیت برق، خطاهای داده و حتی آسیب به تجهیزات شود.
• گرم شدن بیش از حد سیم ها و تجهیزات: هارمونیک ها می توانند تلفات اضافی را در سیم ها و تجهیزات الکتریکی ایجاد کنند، که منجر به گرم شدن بیش از حد و در نهایت خرابی می شود.
• کاهش توان: هارمونیک ها می توانند توان مفید موجود در سیستم الکتریکی را کاهش دهند.
• بی ثباتی ولتاژ: هارمونیک ها می توانند باعث نوسانات ولتاژ شوند که می تواند به تجهیزات الکتریکی حساس آسیب برساند.

راه های مختلفی برای کاهش هارمونیک ها و اثرات مخرب آنها وجود دارد، از جمله:

• استفاده از فیلترهای هارمونیک: فیلترهای هارمونیک دستگاه هایی هستند که می توانند هارمونیک ها را از سیگنال های الکتریکی حذف کنند. انواع مختلفی از فیلترهای هارمونیک وجود دارد و نوع مورد نیاز به کاربرد خاص بستگی دارد.
• استفاده از تجهیزات کم هارمونیک: می توان از تجهیزاتی که هارمونیک کمتری تولید می کنند استفاده کرد. این تجهیزات به طور خاص برای کاهش تولید هارمونیک طراحی شده اند و می توانند به کاهش نویز و EMI در سیستم های الکتریکی کمک کنند.
• تغییر در پیکربندی سیستم الکتریکی: با تغییر در پیکربندی سیستم الکتریکی، می توان تا حدی هارمونیک ها را کاهش داد. به عنوان مثال، می توان بارهای غیرخطی را در فازهای مختلف توزیع کرد تا از غلبه هر فاز جلوگیری شود.

کاهش هارمونیک ها می تواند به بهبود کیفیت برق، افزایش قابلیت اطمینان تجهیزات و کاهش هزینه های عملیاتی کمک کند.

روش‌های کاهش هارمونیک‌ها

روش‌های مختلفی برای کاهش هارمونیک‌ها در سیستم‌های قدرت وجود دارد که به طور کلی به دو دسته کلی تقسیم می‌شوند:

1. روش‌های کاهشی:

در این روش‌ها تلاش می‌شود تا از تولید هارمونیک‌ها در منبع جلوگیری شود. برخی از روش‌های کاهشی عبارتند از:

• استفاده از فیلترهای ورودی: فیلترها می‌توانند هارمونیک‌های با فرکانس بالا را از جریان یا ولتاژ ورودی به تجهیزات حذف کنند.
• طراحی مناسب مبدل‌های الکترونیکی: با طراحی اصولی مبدل‌های الکترونیکی می‌توان میزان تولید هارمونیک‌ها را به طور قابل توجهی کاهش داد.
• استفاده از بارهای خطی: بارهای خطی، جریانی با شکل موج سینوسی از شبکه دریافت می‌کنند و هارمونیک تولید نمی‌کنند. جایگزینی بارهای غیرخطی با بارهای خطی می‌تواند به کاهش هارمونیک‌ها کمک کند.

2. روش‌های جبران‌کننده:

در این روش‌ها هارمونیک‌های تولید شده توسط بارهای غیرخطی، توسط فیلترهای مخصوصی به نام فیلترهای اکتیو یا جبران‌کننده هارمونیک، حذف می‌شوند.

برخی از روش‌های جبران‌کننده عبارتند از:

• فیلترهای اکتیو: فیلترهای اکتیو می‌توانند هارمونیک‌های با هر فرکانسی را حذف کنند.
• جبران‌کننده‌های STATCOM: STATCOM ها (Static Synchronous Compensator) می‌توانند هارمونیک‌های با فرکانس پایین را حذف کنند و همچنین به بهبود پایداری ولتاژ شبکه نیز کمک می‌کنند.
• جبران‌کننده‌های SVC: SVC ها (Static Var Compensator) می‌توانند هارمونیک‌های با فرکانس پایین را حذف کنند و همچنین به تنظیم ولتاژ شبکه نیز کمک می‌کنند.

انتخاب روش مناسب برای کاهش هارمونیک‌ها به عوامل مختلفی مانند نوع بار، سطح هارمونیک‌ها، بودجه و الزامات فنی بستگی دارد.

فیلترهای هارمونیک

فیلترهای هارمونیک: دروازه بانان سیستم‌های قدرت

فیلترهای هارمونیک، سربازان خط مقدم در نبرد با آلودگی هارمونیک در سیستم‌های قدرت هستند. این فیلترها با ظرافت، هارمونیک‌های ناخواسته را که می‌توانند به تجهیزات آسیب برسانند و راندمان را کاهش دهند، از بین می‌برند و به شبکه‌ای تمیز و کارآمد کمک می‌کنند.

نقش حیاتی فیلترهای هارمونیک:

• کاهش اعوجاج: هارمونیک‌ها مانند ناخالصی در سیگنال برق عمل می‌کنند و شکل موج سینوسی صاف را به اعوجاجی ناخوشایند تبدیل می‌کنند. فیلترها این ناخالصی‌ها را حذف می‌کنند و ولتاژ و جریان را به شکل سینوسی ایده‌آل باز می‌گردانند.
• محافظت از تجهیزات: هارمونیک‌ها می‌توانند باعث گرمای بیش از حد، نویز و خرابی زودرس در موتورها، ترانسفورماتورها، خازن‌ها و سایر تجهیزات حساس شوند. فیلترها با حذف هارمونیک‌ها، طول عمر تجهیزات را افزایش می‌دهند و از هزینه‌های تعمیرات و تعویض جلوگیری می‌کنند.
• بهبود کیفیت توان: هارمونیک‌ها می‌توانند بر کیفیت توان شبکه برق تأثیر منفی بگذارند و باعث افت ولتاژ، چشمک زدن لامپ‌ها و اختلال در عملکرد تجهیزات الکترونیکی شوند. فیلترها با حذف هارمونیک‌ها، کیفیت توان را بهبود می‌بخشند و پایداری و قابلیت اطمینان شبکه را افزایش می‌دهند.
• کاهش مصرف انرژی: هارمونیک‌ها می‌توانند تلفات اضافی در سیستم‌های قدرت ایجاد کنند و مصرف انرژی را افزایش دهند. فیلترها با حذف هارمونیک‌ها، راندمان سیستم را افزایش می‌دهند و به صرفه‌جویی در هزینه‌های برق کمک می‌کنند.

انواع فیلترهای هارمونیک:

• فیلترهای پسیو: این فیلترها از اجزای ساده و ارزان مانند سلف، خازن و مقاومت برای مسدود کردن هارمونیک‌های خاص فرکانس استفاده می‌کنند.
• فیلترهای اکتیو: این فیلترها از فناوری پیشرفته‌تر برای شناسایی و حذف هارمونیک‌ها در زمان واقعی استفاده می‌کنند.

انتخاب فیلتر مناسب:

انتخاب فیلتر مناسب به عوامل مختلفی مانند نوع بار، سطح هارمونیک، بودجه و الزامات فنی بستگی دارد. متخصصان برق می‌توانند با بررسی دقیق نیازهای شما، بهترین نوع فیلتر را برای سیستم شما توصیه کنند.

مزایای استفاده از فیلترهای هارمونیک:

• افزایش طول عمر تجهیزات
• کاهش هزینه‌های تعمیر و نگهداری
• بهبود کیفیت توان
• کاهش مصرف انرژی
• افزایش راندمان سیستم
• کاهش نویز و تداخل
• پایداری بیشتر شبکه برق

فیلترهای هارمونیک، راه‌حلی ضروری برای سیستم‌های قدرت امروزی هستند. با حذف هارمونیک‌ها، به حفظ سلامت تجهیزات، ارتقای کیفیت برق و صرفه‌جویی در هزینه‌ها کمک می‌کنند.

جبران توان راکتیو

جبران توان راکتیو

توان راکتیو (Reactive Power) بخشی از توان الکتریکی است که برای انجام کار مفید استفاده نمی‌شود، اما برای ایجاد میدان‌های مغناطیسی در موتورها و سایر تجهیزات القایی ضروری است.

وجود توان راکتیو در شبکه برق معایبی به همراه دارد، از جمله:

• افزایش تلفات خطوط انتقال: جریان ناشی از توان راکتیو تلفات اضافی در خطوط انتقال ایجاد می‌کند که به هدر رفتن انرژی و افزایش هزینه‌ها می‌انجامد.
• کاهش ولتاژ: توان راکتیو می‌تواند باعث افت ولتاژ در شبکه شود که بر عملکرد تجهیزات الکتریکی تأثیر منفی می‌گذارد.
• افزایش بار ترانسفورماتورها: جریان ناشی از توان راکتیو بار اضافی بر ترانسفورماتورها تحمیل می‌کند و ظرفیت آنها را کاهش می‌دهد.

جبران توان راکتیو به معنای کاهش و بهینه‌سازی این بخش از توان الکتریکی است. این کار با استفاده از تجهیزات مختلفی مانند خازن‌ها و راکتورها انجام می‌شود.

مزایای جبران توان راکتیو:

• کاهش تلفات خطوط انتقال: با جبران توان راکتیو، جریان در خطوط انتقال کاهش می‌یابد و در نتیجه تلفات نیز به طور قابل توجهی کم می‌شود.
• افزایش ولتاژ: جبران توان راکتیو به افزایش ولتاژ در شبکه کمک می‌کند و عملکرد تجهیزات الکتریکی را بهبود می‌بخشد.
• کاهش بار ترانسفورماتورها: با جبران توان راکتیو، بار ترانسفورماتورها کاهش می‌یابد و ظرفیت آنها افزایش می‌یابد.
• بهبود ضریب توان: ضریب توان نسبت توان فعال به توان ظاهری است. جبران توان راکتیو به افزایش ضریب توان و کارایی سیستم الکتریکی کمک می‌کند.
• کاهش هزینه‌های برق: با جبران توان راکتیو، مصرف برق به طور قابل توجهی کاهش می‌یابد و در نتیجه هزینه‌های برق نیز کم می‌شود.

روش‌های جبران توان راکتیو:

• جبران سازی انفرادی: در این روش، از خازن‌ها برای جبران توان راکتیو در محل مصرف کننده مانند موتورها استفاده می‌شود.
• جبران سازی گروهی: در این روش، از خازن‌ها برای جبران توان راکتیو گروهی از مصرف کننده‌ها در یک تابلو برق استفاده می‌شود.
• جبران سازی مرکزی: در این روش، از خازن‌ها یا راکتورها در پست برق برای جبران توان راکتیو کل شبکه استفاده می‌شود.

انتخاب روش مناسب جبران توان راکتیو به عوامل مختلفی مانند نوع بار، میزان توان راکتیو، ولتاژ شبکه و بودجه بستگی دارد.

تغییر در طراحی سیستم‌های قدرت

سیستم‌های قدرت در حال گذار از یک شبکه سنتی متمرکز بر تولید برق فسیلی به یک سیستم مدرن و پویا با منابع انرژی تجدیدپذیر و توزیع‌شده هستند. این تغییر با چالش‌ها و فرصت‌های متعددی همراه است که نیازمند تغییرات اساسی در طراحی سیستم‌های قدرت است.

برخی از مهم‌ترین تغییرات در طراحی سیستم‌های قدرت عبارتند از:

• افزایش استفاده از منابع انرژی تجدیدپذیر: منابع انرژی تجدیدپذیر مانند انرژی خورشیدی، بادی و آبی به طور فزاینده‌ای در حال جایگزینی منابع انرژی فسیلی هستند. این امر به دلیل نگرانی‌های زیست‌محیطی و تمایل به تنوع‌بخشی به منابع تامین برق است. منابع انرژی تجدیدپذیر ذاتاً متناوب هستند، به این معنی که تولید آنها به شرایط آب و هوایی بستگی دارد. این امر نیازمند راه‌حل‌های جدیدی برای ذخیره‌سازی انرژی و مدیریت شبکه است.
• توزیع‌زدایی تولید برق: با پیشرفت فناوری، تولید برق در حال توزیع شدن از نیروگاه‌های بزرگ متمرکز به سمت منابع تولید کوچکتر و پراکنده مانند پنل‌های خورشیدی روی پشت‌بام و توربین‌های بادی کوچک است. این امر به افزایش تاب‌آوری شبکه و کاهش تلفات خطوط انتقال کمک می‌کند.
• دیجیتالیزه شدن: سیستم‌های قدرت به طور فزاینده‌ای در حال دیجیتالی شدن هستند. از فناوری‌های اطلاعات و ارتباطات (ICT) برای جمع‌آوری داده‌ها، نظارت بر شبکه و کنترل عملیات استفاده می‌شود. این امر به افزایش کارایی و قابلیت اطمینان شبکه کمک می‌کند.
• مشارکت فعال مصرف‌کنندگان: مصرف‌کنندگان دیگر صرفاً مصرف‌کننده‌های منفعل برق نیستند. آنها می‌توانند با استفاده از فناوری‌هایی مانند پاسخ تقاضا و تولید همزمان، در مدیریت شبکه مشارکت فعال داشته باشند.

چالش‌های پیش روی طراحی سیستم‌های قدرت:

• ادغام منابع انرژی تجدیدپذیر: منابع انرژی تجدیدپذیر ذاتاً متناوب هستند و می‌توانند باعث نوسانات ولتاژ و فرکانس در شبکه شوند. این امر نیازمند راه‌حل‌های جدیدی برای حفظ پایداری شبکه است.
• مدیریت شبکه توزیع‌شده: شبکه‌های توزیع‌شده پیچیده‌تر از شبکه‌های سنتی هستند و نیازمند راه‌حل‌های جدیدی برای مدیریت و کنترل آنها هستند.
• امنیت سایبری: سیستم‌های قدرت دیجیتالی‌شده در برابر حملات سایبری آسیب‌پذیر هستند. این امر نیازمند اقدامات امنیتی قوی برای محافظت از شبکه است.
• مقررات: قوانین و مقررات موجود اغلب برای سیستم‌های قدرت جدید مناسب نیستند. این امر نیازمند به‌روزرسانی قوانین و مقررات برای تسهیل نوآوری و سرمایه‌گذاری در فناوری‌های جدید است.

فرصت‌های پیش روی طراحی سیستم‌های قدرت:

• افزایش پایداری: سیستم‌های قدرت جدید می‌توانند پایدارتر و مقاوم‌تر در برابر اختلالات باشند.
• کاهش هزینه‌ها: فناوری‌های جدید می‌توانند به کاهش هزینه‌های تولید و انتقال برق کمک کنند.
• کاهش انتشار گازهای گلخانه‌ای: سیستم‌های قدرت جدید می‌توانند به کاهش انتشار گازهای گلخانه‌ای و مقابله با تغییرات آب و هوایی کمک کنند.
• ایجاد شغل: سرمایه‌گذاری در سیستم‌های قدرت جدید می‌تواند به ایجاد شغل و رشد اقتصادی کمک کند.