در یک دنیای ایده‌آل، موج ولتاژ و جریان برق شهری، یک موج کاملا سینوسی، روان و خالص با فرکانس ثابت (در ایران ۵۰ هرتز) است. این موج سینوسی، سالم‌ترین و کارآمدترین شکل انرژی برای تغذیه تجهیزات الکتریکی است. اما در دنیای واقعی، این موج زیبا اغلب توسط پدیده‌ای نامرئی و مخرب به نام هارمونیک (Harmonics) دچار اعوجاج و آلودگی می‌شود. هارمونیک‌ها، در واقع آلودگی صوتی شبکه برق شما هستند؛ نویزهایی ناخواسته که کیفیت توان را کاهش داده و می‌توانند خسارات سنگین و پنهانی را به تجهیزات شما وارد کنند.
اما این هارمونیک‌ها از کجا می‌آیند و چرا در دنیای مدرن امروزی به یک چالش جدی برای مهندسان برق تبدیل شده‌اند؟ در این مقاله بنیادین از نوآوران برق پارسیان، به زبان ساده مفهوم هارمونیک، منابع ایجاد آن و اثرات مخربی که بر روی سیستم‌های الکتریکی می‌گذارد را بررسی می‌کنیم.
هارمونیک‌ها از کجا می‌آیند؟ مقصر اصلی: بارهای غیرخطی
منبع اصلی تولید هارمونیک، تجهیزاتی هستند که به آن‌ها بارهای غیرخطی (Non-linear Loads) گفته می‌شود. یک بار خطی (مانند یک هیتر برقی ساده)، جریانی کاملا سینوسی و متناسب با ولتاژ از شبکه می‌کشد. اما بارهای غیرخطی، جریان را به صورت پالس‌های کوتاه و غیرسینوسی از شبکه دریافت می‌کنند. این شکل موج جریان غیرسینوسی، طبق تحلیل‌های ریاضی (سری فوریه)، از مجموع یک موج اصلی با فرکانس ۵۰ هرتز و چندین موج سینوسی دیگر با فرکانس‌هایی که مضرب صحیحی از فرکانس اصلی هستند (مانند 100، 150، 250 هرتز و…) تشکیل شده است. به این امواج ناخواسته با فرکانس بالاتر، هارمونیک گفته می‌شود.
در دنیای امروز، ما توسط بارهای غیرخطی احاطه شده‌ایم:
- منابع تغذیه سوئیچینگ: در تمام کامپیوترها، سرورها، تلویزیون‌ها و شارژرهای موبایل.
- درایوها و اینورترها (VFDs): که به طور گسترده برای کنترل دور موتورها در صنعت استفاده می‌شوند.
- سیستم‌های روشنایی مدرن: مانند لامپ‌های LED و فلورسنت.
- کوره‌های القایی و دستگاه‌های جوشکاری.
اثرات مخرب هارمونیک‌ها بر روی تجهیزات
این امواج آلوده، پس از تولید توسط بارهای غیرخطی، در کل شبکه برق داخلی یک ساختمان یا کارخانه جریان پیدا کرده و اثرات مخرب خود را بر روی سایر تجهیزات اعمال می‌کنند:
گرم شدن بیش از حد ترانسفورماتورها و کابل‌ها: هارمونیک‌ها باعث افزایش تلفات در هسته و سیم‌پیچ‌های ترانسفورماتورها و افزایش تلفات حرارتی در کابل‌ها (به ویژه در سیم نول) می‌شوند. این حرارت اضافی، عمر مفید این تجهیزات گران‌قیمت را به شدت کاهش می‌دهد.
عملکرد نادرست کلیدهای حفاظتی: جریان‌های هارمونیکی می‌توانند باعث عملکرد بی‌مورد و ناخواسته کلیدهای مینیاتوری و اتوماتیک (Nuisance Tripping) شوند و در فرآیندهای صنعتی اختلال ایجاد کنند.
آسیب به بانک‌های خازنی: خازن‌ها در برابر هارمونیک‌ها بسیار آسیب‌پذیر هستند. آن‌ها جریان‌های هارمونیکی را جذب کرده و به سرعت داغ شده، باد می‌کنند و می‌سوزند. این پدیده می‌تواند منجر به خرابی کل تابلوی بانک خازنی شود.
اختلال در تجهیزات دقیق و ارتباطی: هارمونیک‌ها می‌توانند بر روی سیستم‌های کنترل، شبکه‌های کامپیوتری و خطوط تلفن، نویز و تداخل ایجاد کرده و باعث عملکرد نادرست آن‌ها شوند.
کاهش راندمان کلی سیستم: در مجموع، هارمونیک‌ها باعث افزایش تلفات انرژی، کاهش ضریب توان واقعی و کاهش راندمان کلی سیستم الکتریکی شما می‌شوند.
سخن پایانی
هارمونیک‌ها یک واقعیت انکارناپذیر در سیستم‌های الکتریکی مدرن هستند. نادیده گرفتن آن‌ها می‌تواند منجر به کاهش عمر تجهیزات، افزایش هزینه‌های نگهداری و اتلاف انرژی شود. اولین قدم برای مقابله با این پدیده، شناخت آن و سپس آنالیز شبکه برای اندازه‌گیری میزان این آلودگی است. پس از آن می‌توان با استفاده از راهکارهای مهندسی مانند فیلترهای پسیو و اکتیو هارمونیک، این آلودگی‌ها را حذف کرده و سلامت شبکه برق را تضمین نمود.
برای آنالیز دقیق هارمونیک شبکه، ارائه گزارش‌های کیفیت توان و طراحی و اجرای راهکارهای فیلترینگ، می‌توانید بر روی دانش و تجهیزات پیشرفته تیم فنی نوآوران برق پارسیان حساب کنید.
بدون دیدگاه