کنترل دیستورسیون هارمونیک در سیستم‌های الکتریکی نقش بسزایی در راه‌اندازی بدون مشکل و افزایش عمر تجهیزات ایفا می‌کند. وقتی یک سیستم الکتریکی را با یک بررسی کامل مورد ارزیابی قرار می‌دهیم، این امکان فراهم می‌شود تا انحرافات ولتاژ و جریانی که مشکلات هارمونیکی سیستم را نشان می‌دهند، شناسایی شوند. ابزارهای معتبری مانند آنالایزر کیفیت توان در این زمینه بسیار مفید هستند، چرا که اندازه‌گیری دقیق متغیرهای مختلف را امکان‌پذیر می‌کنند. نتایج به دست آمده از تست‌ها نشان می‌دهند که کدام محدوده‌های فرکانسی دارای فعالیت هارمونیک بالایی هستند و این اطلاعات به ما کمک می‌کنند تا درک بهتری از تأثیر این هارمونیک‌ها روی عملکرد و فرسایش تدریجی تجهیزات داشته باشیم. همچنین بررسی سابقه عملیاتی گذشته نیز داستان‌هایی را درباره توسعه مشکلات هارمونیکی در طول ماه‌ها یا سال‌ها روایت می‌کند، که این امر به یافتن راه‌حل‌های پایدار و نه گذرا کمک می‌کند.
ارزیابی پروفایل هارمونیک یک سیستم الکتریکی نیازمند یک بازرسی جامع است که هم انحرافات جریان و هم ولتاژ را در نقاط مختلف شبکه اندازه‌گیری می‌کند. آنالایزرهای کیفیت توان اندازه‌گیری‌های دقیقی فراهم می‌کنند که نقشه‌های جامعی از فعالیت هارمونیک درون سیستم ایجاد می‌کنند. این دستگاه‌ها مشخصات موج را در فرکانس‌های مختلف ضبط می‌کنند و به شناسایی مناطق مشکل‌ساز کمک می‌کنند که در آنها اعوجاج هارمونیک به حدی افزایش می‌یابد که نیاز به توجه دارد. درک تأثیر این هارمونیک‌ها بر عملکرد کلی سیستم و دوام تجهیزات، نقشی حیاتی در برنامه‌ریزی برای نگهداری ایفا می‌کند. بررسی سابقه پارامترهای عملیاتی و تقاضای بار، دیدگاه ارزشمندی نسبت به نحوه تکامل الگوهای اعوجاج هارمونیک در طول زمان فراهم می‌کند و این امکان را فراهم می‌کند که بتوان مشکلات احتمالی را پیش از بروز مسائل جدی که بر تولید یا ایمنی تأثیر می‌گذارند، پیش‌بینی کرد.
شناسایی منشأ هارمونیک‌ها همچنان بخش مهمی از فرآیند عیب‌یابی به شمار می‌رود. تجهیزاتی مانند درایوهای فرکانس متغیر (VFD)، یکسوسازها و سیستم‌های UPS اغلب عوامل اصلی تولید هارمونیک محسوب می‌شوند. هنگام بررسی این اجزای مختلف، مهندسان باید دقیقاً مشخص کنند که هر یک چقدر در محتوای هارمونیک کل سیستم تأثیر دارند. روش متداول در این زمینه، انجام آنالیز طیف جریان هارمونیک است که در واقع به ما می‌گوید هر جزء ممکن است چه نوع مشکلاتی ایجاد کند. بررسی پروفایل‌های بار هم اطلاعاتی اضافی در مورد شدت هارمونیک‌ها در حال حاضر و همچنین آنچه که ممکن است در آینده در صورت عدم تغییر شرایط رخ دهد، فراهم می‌کند. با جمع‌آوری و درک این داده‌ها، تکنسین‌ها می‌توانند روش‌های مناسب کاهش اثرات هارمونیک را طراحی کنند تا بتوانند از وقوع خاموشی‌های غیرضروری جلوگیری کرده و عملکرد هموار سیستم‌های الکتریکی را تضمین کنند.
رعایت استانداردهای IEEE 519 در حفظ سطوح قابل قبول تغییرات ولتاژ در سراسر تأسیسات اهمیت زیادی دارد. این استانداردها در واقع میزان قابل قبول تغییرات ولتاژ و جریان را در مکان‌هایی مانند کارخانه‌ها و ساختمان‌های اداری مشخص می‌کنند. وقتی تیم ما به بررسی میزان انطباق یک سیستم با این الزامات می‌پردازد، می‌توانیم نقاطی که احتمالاً مشکل‌ساز هستند را شناسایی کنیم. رفع این مشکلات تنها یک روش خوب عملی نیست، شرکت‌هایی که این قواعد را نادیده می‌گیرند اغلب در آینده با جریمه‌های سنگینی روبرو می‌شوند. معمولاً نرم‌افزارهای خاصی را اجرا می‌کنیم که تمامی موارد را با استانداردها مقایسه کرده و گزارش‌های جامعی تهیه می‌کنند که به‌خوبی مشخص می‌کنند کدام بخش‌ها نیازمند اصلاح هستند. این رویکرد تنها باعث ادامه‌ی روان عملیات نمی‌شود، بلکه از هزینه‌های غیرمنتظره ناشی از نقض مقررات نیز شرکت‌ها را حفاظت می‌کند.
فیلترهای هارمونیک غیرفعال بر اساس اصولی بسیار ساده کار می‌کنند. این فیلترها اساساً از سلف‌ها، خازن‌ها و گاهی مقاومت‌ها استفاده می‌کنند تا بتوانند با فرکانس‌های پیچیده‌ای که سیستم‌های الکتریکی را بهم می‌ریزند، مقابله کنند. این نوع فیلترها معمولاً در شرایطی بهتر عمل می‌کنند که بار الکتریکی تقریباً ثابت و قابل پیش‌بینی باشد، چرا که برای تورش‌های فرکانس ثابتی که اغلب در محیط‌های صنعتی دیده می‌شود طراحی شده‌اند. یکی از مزایای بزرگ فیلترهای غیرفعال، قیمت آنهاست. برای بسیاری از تولیدکنندگانی که با بودجه محدودی کار می‌کنند، این موضوع آنها را به گزینه‌ای بدیهی تبدیل می‌کند، هرچند محدودیت‌هایی نسبت به گزینه‌های فعال دارند. کارخانه‌های تولیدی در بخش‌های مختلف از نصب این فیلترها نتایج واقعی دیده‌اند. به عنوان مثال، در کارخانه‌های فولاد، پس از اجرای این فیلترها، بسیاری از واحدها گزارش دادند که نه تنها بهره‌وری انرژی بهتر شده، بلکه عمر دستگاه‌های گران‌قیمت آنها نیز افزایش یافته است. صرفه‌جویی‌ها با گذشت زمان جمع می‌شوند و این همان دلیلی است که بسیاری از کارخانه‌ها همچنان به راهکارهای فیلتر غیرفعال اتکا دارند، حتی در حالی که فناوری‌های جدیدتری نیز در دسترس هستند.
فیلترهای فعال با جبران کردن اعوجاجات هارمونیکی که در حال رخ دادن هستند، عمل می‌کنند، به‌روزرسانی خود را در زمان تغییر بارها انجام می‌دهند و از بروز مشکلات هارمونیکی بیشتر جلوگیری می‌کنند. فیلترهای غیرفعال معمولاً زمانی بهتر عمل می‌کنند که شرایط تقریباً ثابت باشند، در حالی که فیلترهای فعال در مکان‌هایی که عملیات به‌طور مداوم نوسان دارد، به‌خوبی عمل می‌کنند. فکر کنید به مکان‌هایی مانند برج‌های اداری یا مزارع سرور که نیازهای برق در طول روز دائماً تغییر می‌کنند. فناوری فیلتر فعال امروزی دارای مدارهای هوشمندانه‌تری است که به آنها اجازه می‌دهد در زمان واقعی تنظیم شوند و در شرایط دشوار متمایز شوند. آنچه این فیلترها را خاص می‌کند، سهولت در جاگذاری در سیستم‌های برقی موجود بدون نیاز به تغییرات اساسی در سیم‌کشی است، که به معنای بهتر شدن کیفیت برق به‌طور کلی است. فراتر از واکنش سریع، این سیستم‌ها در واقع عمر طولانی‌تری دارند و در بلندمدت هزینه‌های را کاهش می‌دهند. ما شاهد بودیم که نصب‌هایی انجام شده است که شرکت‌ها با نصب فیلترهای فعال موفق به جلوگیری از خسارات گران‌قیمت ناشی از توقف فعالیت و خرابی تجهیزات شده‌اند، به جای اینکه صبر کنند مشکلات هارمونیکی بروز کنند.
سیستم‌های فیلتر ترکیبی بهترین ویژگی‌های فناوری‌های فیلتر کردن غیرفعال و فعال را با هم ترکیب می‌کنند تا با مشکلات هارمونیک در سیستم‌های الکتریکی مقابله کنند. آنچه این سیستم‌ها را متمایز می‌کند، توانایی عملکرد کارآمد آنها در فرکانس‌های مختلف است که باعث کاهش هارمونیک‌ها و در عین حال بهبود ضریب توان می‌شود. بسیاری از کارخانه‌های تولیدی و واحدهای صنعتی پس از نصب این سیستم‌های ترکیبی شاهد نتایج قابل توجهی بوده‌اند، از جمله کاهش ملموس سطح اعوجاج هارمونیکی و بهبود خوانش‌های ضریب توان. در طراحی یک راهکار ترکیبی، مهندسان باید ابتدا چندین نکته مهم را در نظر بگیرند. سیستم باید با زیرساخت‌های موجود به خوبی سازگار باشد و همچنین باید دستگاه‌های مناسب اصلاح ضریب توان را نیز در نظر گرفت. برای واحدهایی که با نیازهای الکتریکی پیچیده‌ای مواجه هستند و کنترل هارمونیک‌ها و حفظ خوب ضریب توان هر دو اهمیت دارند، این رویکردهای ترکیبی اغلب به عنوان عملی‌ترین راه‌حل موجود اثبات شده‌اند.
برای تعیین ولتاژ و جریان مناسب فیلترهای هارمونیک، باید به دقت به نیازهای واقعی کاربرد و همچنین تمام پارامترهای سیستم توجه کرد. در اولین گام، محاسبات دقیقی باید بر اساس حداکثر شرایط بار و رفتار ولتاژ سیستم تحت شرایط مختلف انجام شود. تطبیق صحیح این مشخصات با سیستم برق اصلی فقط یک روش خوب نیست، بلکه ضروری است تا از خرابی تجهیزات در آینده جلوگیری شود. وقتی فیلترها خیلی کوچک باشند یا با سیستم موجود هماهنگ نباشند، مشکلاتی مانند گرم شدن بیش از حد اتفاق می‌افتد و عملیات به‌صورت ناکارآمد انجام می‌شود. مثال‌های واقعی زندگی نشان می‌دهند که چه اتفاقی می‌افتد اگر این مشخصات کافی نباشد: کارخانه‌ها دچار خرابی‌های مکرر می‌شوند، تیم‌های تعمیرات به‌طور مداوم فراخوانده می‌شوند و هزینه‌ها به شدت افزایش پیدا می‌کنند. این تجربیات دقیقاً اهمیت تعیین صحیح مشخصات را در کاربردهای عملی برجسته می‌کنند.
در انتخاب فیلترها، پوشش هارمونیک‌های رایج اولویت دارد، به‌ویژه هارمونیک‌های ناامیدکننده با مرتبه 5، 7 و 11 که در همه جای محیط‌های صنعتی ظاهر می‌شوند. توجه دقیق به این هارمونیک‌ها به معنای مبارزه مستقیم با اعوجاج هارمونیک است و این امر اهمیت زیادی دارد، چرا که توان اعوجاج‌یافته می‌تواند به تجهیزات آسیب برساند و انواع مشکلات کیفیتی ایجاد کند. برای انتخاب فیلتر مناسب، باید به عملکرد آن در محدوده‌های مختلف فرکانسی توجه کرد. مواردی مانند کاهش THD و توانایی مقابله با تغییرات بار بدون از دست دادن عملکرد را باید بررسی کرد. پوشش خوب در محدوده طیف فرکانسی همچنین تفاوت بزرگی در تجهیزات اصلاح ضریب توان ایجاد می‌کند که در نهایت منجر به راه‌اندازی سیستم‌ها بدون مشکلات غیرمنتظره و روان روزانه می‌شود.
در ساخت فیلترهای هارمونیک که باید با سایر تجهیزات اصلاح ضریب توان موجود در سیستم کار کنند، رعایت امپدانس مناسب امری بسیار مهم است. زمانی که سطوح امپدانس به درستی با یکدیگر تطبیق داده شوند، اجزای مختلف شروع به کار بهتر با یکدیگر می‌کنند و این موضوع به معنای کاهش هارمونیک و بهبود کیفیت کلی توان است. روش‌های متعددی برای بررسی و تنظیم مقدار امپدانس توسط مهندسان وجود دارد. رایج‌ترین روش‌ها شامل استفاده از دستگاه‌های خاصی به نام آنالایزر امپدانس یا انجام شبیه‌سازی‌ها در نرم‌افزارهای کامپیوتری برای یافتن بهترین تنظیمات است. به عنوان مثال، در تأسیسات صنعتی بسیاری مواقع مشکلاتی رخ می‌دهد که ناشی از تطبیق نبودن امپدانس‌ها است و منجر به هدررفت انرژی و کاهش کارایی می‌شود. این مشکلات معمولاً با دقت در تطبیق مقادیر امپدانس قابل حل هستند، به گونه‌ای که دستگاه‌های فیلتر کننده هارمونیک بدون ایجاد هیچ تداخلی در پارامترهای سیستم الکتریکی جاگذاری شوند.
در انتخاب فیلترهای هارمونیک برای استفاده صنعتی، تحمل دما باید در رأس لیست قرار گیرد، به ویژه در شرایطی که دمای محیط کارخانه‌ها بسیار بالا می‌رود. این فیلترها باید بتوانند گرمای شدید را تحمل کنند تا بتوانند در طول زمان دوام بیاورند و به درستی کار کنند. گواهی‌های استانداردهایی مانند IEC 61000 یا IEEE 519 را به عنوان نشانه‌ای خوب از اینکه فیلتر چقدر می‌تواند در شرایط سخت عملکرد خوبی داشته باشد، در نظر بگیرید. متخصصان صنعتی شاهد موارد زیادی بوده‌اند که فیلترهایی که دارای رده‌بندی دمایی مناسب نیستند، خیلی زودتر از انتظار دچار خرابی می‌شوند، چون گرما به تدریج آنها را از بین می‌برد. به همین دلیل مهندسان باهوش همیشه ابتدا مشخصات دمایی را بررسی می‌کنند، وقتی فیلترهایی را برای کارخانه‌ها، انبارها یا هر مکان دیگری که دماهای روزانه نوسان زیادی دارند، مشخص می‌کنند.
اینکه فیلترهای هارمونیک به درستی با سیستم‌های تصحیح ضریب قدرت (PFC) کار کنند، تفاوت اساسی در نصب‌های الکتریکی ایجاد می‌کند. وقتی این اجزا به خوبی با یکدیگر تعامل داشته باشند، هم کارایی انرژی و هم قابلیت اطمینان سیستم به طور کلی افزایش می‌یابد. حقیقتاً حیله کار در این است که فیلترهای هارمونیک را به گونه‌ای پیکربندی کنیم که با سیستم‌های PFC موجود هماهنگ عمل کنند. بسیاری از تکنسین‌ها با مشکل مواجه می‌شوند وقتی تنظیمات به درستی انجام نگرفته باشد - مثلاً تنظیمات اشتباه یا اینکه اجزا به خوبی با هم هماهنگ نباشند - و این امر اغلب منجر به هدررفت انرژی یا حتی خرابی تجهیزات می‌شود. به عنوان مثالی از کارخانه‌های تولیدی می‌توان نام برد. پس از نصب سیستم‌های یکپارچه‌ای که تعادل مناسبی بین فیلتر کردن هارمونیک و تصحیح ضریب قدرت داشتند، چندین واحد تولیدی گزارش دادند که حدود 15 تا 20 درصد از هزینه‌های ماهانه برق خود کاسته‌اند. این نوع صرفه‌جویی در طول زمان به سرعت تجمع می‌یابد.
ترکیب فیلترهای هارمونیک با تجهیزات اصلاح ضریب توان نیازمند توجه ویژه به مشکلات رزونانس است، به خصوص اگر بخواهیم این سیستم‌ها در طول زمان به خوبی کار کنند. رزونانس در واقع زمانی اتفاق می‌افتد که فرکانس طبیعی یک سیستم با نیروهای خارجی هم‌خوانی پیدا کند، که این امر می‌تواند از کاهش راندمان تا خسارات فیزیکی واقعی را به همراه داشته باشد. مهندسان خبره از همان ابتدا این موضوع را می‌دانند و روش‌های مختلفی را از همان آغاز پروژه نصب برای شناسایی و مدیریت مشکلات احتمالی رزونانس در نظر می‌گیرند. بیشتر متخصصان از ابزارهای مدل‌سازی کامپیوتری و نرم‌افزارهای شبیه‌سازی استفاده می‌کنند تا قبل از اینکه تطابق نادرست فرکانس‌ها به مشکلات واقعی تبدیل شود، آنها را شناسایی کنند. تجربه نشان می‌دهد که بسیاری از سیستم‌های الکتریکی به دلیل اینکه در مراحل اولیه برنامه‌ریزی به عوامل رزونانس توجهی نشده است، دچار مشکلات جدی مرتبط با فرکانس می‌شوند، بنابراین صرف وقت اضافی برای ارزیابی این جنبه‌ها در مرحله طراحی واقعاً بازدهی دارد.
در مورد جبران توان موازی، منظور استفاده همزمان از فیلترهای هارمونیکی کنار دستگاه‌های اصلاح ضریب توان است که با هم کار می‌کنند تا عملکرد کل سیستم را بهبود بخشند. این روش به این دلیل بسیار موثر است که هم مشکلات هارمونیکی را حل می‌کند و هم ضریب توان را بهبود می‌دهد و در نتیجه محیط الکتریکی پاک‌تری ایجاد می‌شود. صنایعی که با نیازهای متغیر به انرژی سروکار دارند، بیشترین استفاده را از این سیستم‌های ترکیبی می‌برند، چون راه‌حل‌های تکی دیگر کارایی لازم را ندارند. از نظر مالی، شرکت‌ها صرفه‌جویی‌های واقعی را نیز تجربه می‌کنند. تحقیقات نشان می‌دهد که مراکزی که از این روش دوگانه استفاده می‌کنند، معمولاً در صورت حساب انرژی بیشتر صرفه‌جویی می‌کنند تا مراکزی که فقط از راه‌حل‌های جداگانه استفاده می‌کنند. بهره‌وری بهتر به معنای کاهش هزینه‌های روزانه است و همچنین اطمینان از حفظ کیفیت پایدار برق در طول زمان است که این موضوع برای عملیات تولیدی که در آنها توقف زمان‌بر و پرهزینه است، بسیار مهم است.
نگاه کردن به فیلترهای هارمونیک نیازمند آن است که هزینه اولیه چیزی را در مقابل پس‌اندازی که ممکن است در صورت‌های انرژی در آینده ایجاد کند، متعادل کنیم. هزینه‌های نصب به همراه نگهداری مداوم به میزان قابل توجهی بسته به اینکه منظور فیلترهای غیرفعال، فعال یا مدل‌های ترکیبی که هر دو رویکرد را با هم ترکیب می‌کنند، متفاوت است. شرکت‌های خردمند در اینجا همچنین محاسباتی انجام می‌دهند و به این فکر می‌کنند که چقدر می‌توانند در بلندمدت پس‌انداز کنند و اغلب متوجه می‌شوند که این پس‌اندازها بیشتر یا کل هزینه اولیه را جبران می‌کند. به عنوان مثال، بسیاری از تولیدکنندگان گزارش می‌دهند که پس از نصب سیستم‌های مناسب فیلتراسیون هارمونیک، صورت‌های ماهانه برق خود را حدود 15 درصد کاهش داده‌اند. با این حال، اعداد واقعاً بهترین داستان را روایت می‌کنند. مهندسان با تجربه توصیه می‌کنند که نمودارهای ساده‌ای تهیه شود که نقطه سربه‌سر را بین سرمایه‌گذاری اولیه و زمانی که پس‌اندازهای واقعی ماه به ماه شروع می‌شود، نشان دهد.
بررسی کلیه هزینه‌های مربوطه در طول زمان، به شرکت‌ها کمک می‌کند تا درک بهتری از هزینه واقعی گزینه‌های مختلف فیلتر در بلندمدت داشته باشند. منظور شامل تمام موارد از خرید اولیه فیلترها، نصب آنها، نگهداری و کارکرد صحیح تا زمان دفع آنها است. هنگام مقایسه فیلترهای غیرفعال، فعال و ترکیبی (هیبریدی) در کنار هم، شرکت‌ها می‌توانند بینش روشن‌تری نسبت به اینکه چه چیز برای شرایط خاص خود بهترین عملکرد را دارد به دست آورند. به عنوان مثال، فیلترهای هارمونیک غیرفعال معمولاً در ابتدا ارزان‌تر هستند و نیاز به مراقبت کمتری نسبت به فیلترهای فعال دارند که به تنظیمات و بازبینی‌های مداوم نیاز دارند. مطالعات موردی واقعی اغلب نشان می‌دهند که چگونه عدم در نظر گرفتن این هزینه‌های عمرانی منجر به هزینه‌های غیرمنتظره در آینده می‌شود. بسیاری از شرکت‌ها به روش سختی یاد گرفته‌اند که انتخاب نادرست نوع فیلتر سبکی در عملیات و هدررفت هزینه‌ها را به دنبال دارد، چیزی که هر شرکتی باید هنگام بودجه‌بندی برای خرید تجهیزات به آن فکر کند.
فیلترهای هارمونیک فعال نسبت به فیلترهای غیرفعال نیاز به نگهداری بیشتری دارند که به طور قابل توجهی بر هزینه مالکیت و عملکرد آنها در طول زمان تأثیر می‌گذارد. هر کسی که به بررسی هزینه‌های مؤلفه‌های فعال می‌پردازد، باید این عامل را از همان ابتدا در برنامه‌ریزی خود در نظر بگیرد. واحدهایی که از فیلترهای فعال استفاده می‌کنند، بهتر است قبل از بروز مشکلات، برنامه‌های نگهداری منظمی را اجرا کنند. ما شاهد بسیاری مواردی بوده‌ایم که غفلت از نگهداری به خاموشی‌های گران‌قیمت یا صورت‌های تعمیراتی سنگین منجر شده است. به عنوان مثال Facility X را در نظر بگیرید که تا زمانی که سیستم آن به طور کامل در ساعات اوج تولید از کار افتاد، اقدامی برای نگهداری نکرد. سرویس منظم کردن به این فیلترها کمک می‌کند تا به بهترین شکل کار کنند و از سردرد خاموشی‌های ناگهانی جلوگیری شود. واقعیت این است که نگهداری مناسب تنها مسئله پیشگیری از بحران نیست، بلکه در واقع به دلیل بهره‌وری بهتر انرژی، در بلندمدت به صرفه‌جویی در هزینه‌ها نیز کمک می‌کند.
EN
Hot News