فیلتر حذف هارمونیک بانک خازنی چیست و چه کاربردی دارد؟

فیلتر هارمونیک خازنی:

فیلتر حذف هارمونیک بانک خازنی، همانطور که از اسمش پیداست  به مانند یک نگهبان وظیفه بلوک کردن هارمونیک های مختلف را در برابر ورود به خازن دارند . جبران سازی توان راکتیو یکی از ابزار بهینه سازی هزینه انرژی و برگشت سریع سرمایه است. در طول چند سال گذشته با بهره گیری از مواد جدید و روشهای تولید پیشرفته، خازن های با تلفات بسیار اندک در حجم های کوچک ساخته شده است. با توسـعه وتولیـد کنتاکتورهای خازنی و رگولاتورهای میکـروپرسسوری بسیار پیشـرفته که تضمین کننده رفتار مناسب و بهینه بانک خازنی به تغییرات بار است، بانکهای خازنی کاملا قابل اعتماد گردیده اند.

با این وجود دلیل بسیاری بر لزوم آشنایی مشاوران و مصرف کنندگان باجنبه های پیچیده این موضوع وجود دارد.

انواع فیلتر هارمونیک خازنی

• برندهای معتبر فیلتر هارمونیک
• بهترین قیمت بازار تهران
• مشاوره فنی و گارانتی

قیمت فیلتر هارمونیک >

به دلیل افزایش اعوجاج های هارمونیکی درشبکه های فشار ضعیف و متوسط ، طراحی بانک های خازنی بسیار مشکل و پیچیده شده اند. یکسو سازها، کنترلرهای الکترونیکی موتورها، مبدل های فرکانس و دیگر بارهای الکترونیکی برای جبران توان راکتیو مصرفی، نیاز به خازن دارند و در عین حال این مصرف کنندگان مولد هارمونیک هستند. در صورت نزدیک بودن فرکانس رزونانس مجموعه ترانس و خازن به فرکانس هارمونیک، امکان وقوع خطر بسیار محتمل است.

بنابراین به منظور اجتناب از مسائل و هزینه های بعدی شدیدا پیشنهاد می گردد تا افراد با تجربه برای دستیابی به طراحی مناسب مورد مشاوره قرار گیرند.

هارمونیک چیست؟

در شبکه های فشار ضعیف کنونی شاهد رشد روز افزون مصرف کنندگانی هستیم که جریان غیر سینوسی از شبکه می کشند. عبور این جریان غیر سینوسی از امپدانس شبکه افت ولتاژی را ایجاد می نماید که باعث اعوجاج ولتاژ سینوسی شبکه می شود. این اعوجاج ها را می توان به سری فورید بسط داد، تمامی موجها (جمله های سری فوریه) با فرکانسی برابر مضرب صحیحی از فرکانس پایه (فرکانس شبکه) هارمونیک نامیده می شود.

5% دامنه هارمونیک پنجم

4% دامنه هارمونیک هفتم

2.5% دامنه هارمونیک یازدهم

بارهای صنعتی، تنها مولدین هارمونیک نیستند بلکه مصارف خانگی نیز اثر قابل توجه ای دارند. معمولا بارهای غیر خطی مولد هارمونیکهای فرد هستند و در شبکه غالبا با هارمونیکهای مرتبه سوم، پنجم، هفتم، یازدهم و سیزدهم مواجه هستیم.

هارمونیک ها کجا به وجود می آیند؟

در شبکه فشار ضعیف صنعتی، بویژه هنگامی که تغییر دهنده های سرعت موتورهای القایی نصب شده باشند.

در تمامی ساختمانهای مسکونی و تجاری : تمامی تلویزیونها ، کامپیوترها، لامپ های کم مصرف مولد هارمونیک هستند.

در ادامه مبحث فیلتر حذف هارمونیک بانک خازنی خواهیم داشت :

هارمونیک ها تا قبل از نصب خازن

دامنه و تنوع هارمونیکها بستگی به تعدد بارهای غیر خطی نصب شده در شبکه دارد. به عنوان مثال:

اگر مبدل 6 پالسه تریستوری با قدرت 50% قدرت ترانس در شبکه ای نصب شده باشد هارمونیک پنجم با دامنه 4% و هارمونیک هفتم با دامنه 3% در شبکه وجود خواهد داشت.

اگر تعداد زیادی مبدل تریستوری در شبکه نصب شوند به دلیل اختلاف فاز جریانهای آنها، اثر هارمونیکهای مبدل کمتر میشود.

به عنوان مثال اگر مبدل تریستوری با توان کلی 25% توان نامی ترانس در شبکه نصب شوند هارمونیک ها تقریبا به صورت زیرند:

هارمونیک پنجم با دامنه 1% الی 1.51% دامنه موج اصلی

هارمونیک هفتم با دامنه 0.7% الی 1% دامنه موج اصلی

اثر بانک خازنی بر دامنه هارمونیک ها

یک بانک خازنی بدون فیلتر همراه با اندوکتانس های شبکه تشکیل مدار رزونانسی می دهد. و در صورت حضور هارمونیک با فرکانس نزدیک به فرکانس رزونانس، اضافه ولتاژ و جریانهای رزونانسی رخ می دهد.

طراحی بانک خازنی برای شبکه هارمونیکی

ترکیبی از اطلاعات زیر در طراحی بانک مفید واقع می گردند.

– اندازه گیری هارمونیکهای ولتاژ و جریان در طی چند روز بدون حضور هیچ گونه خازنی چه در سمت فشار ضعیف و چه سمت فشار قوی

– محاسبه تئوری فرکانس رزونانس

– حداکثر مقدار دامنه هارمونیک اندازه گیری شده، در ضریب تقویت بدست آمده از تحلیل کننده شبکه ضرب می گردد.

برای مثال :  در یک شبکه فشار ضعیف، متوسط با ترانس 1000 کیلو وات آمپر هنگامی که بانک خازنی کامل (400 کیلو وات) در مدار است هارمونیک پنجم سه برابر می شود و در ظرفیت 250 کیلووار هارمونیک هفتم 4 برابر می شود.

اگر هارمونیکهای زیر در شبکه فشار متوسط حضور داشته باشند:

4%      هارمونیک مرتبه 3                 (150 هرتز)

5%      هارمونیک مرتبه 5                 (250 هرتز)

4%      هارمونیک مرتبه 7                 (350 هرتز)

3%      هارمونیک مرتبه 11               (550 هرتز)

2.1%    هارمونیک مرتبه 13               (650 هرتز)

دراین مثال می پذیریم که دامنه ولتاژ هارمونیکی از میزان تعیین شده در استانداردها فراتر رود فقط در صورتی که بدون جبران سازی:

– دامنه هارمونیک مرتبه 5 بیش از 2% یا

– دامنه هارمونیک مرتبه 7 و بالاتر بیش از 1% باشد

در چنین شرایطی قویا توصیه می گردد از بانک خازنی مجهز به سلف استفاده شود.

موارد زیر باید در انتخاب بانک خازنی مد نظر قرار گیرند:

– بانکهای خازنی مجهز به فیلتر نباید همراه با بانکهای خازنی بدون فیلتر در یک شبکه فشار ضعیف مشترک استفاده شوند.

– بانکهای خازنی مجهز به فیلتر با فرکانسهای رزونانس متفاوت را بصورت موازی می توان نصب کرد .در این شرایط احتمال تحت اضافه بار قرار گرفتن بانک با فرکانس رزونانس بالاتر وجود دارد.

انواع فیلتر حذف هارمونیک بانک خازنی

اگر میزان فرکانس رزونانس و فرکانس یکی از مولفه های هارمونیکی با هم برابر شوند، در شبکه رزونانس اتفاق می افتد. در واقع مقدار موثر ولتاژ شبکه در زمان رزونانس تغییر بسیار ناچیزی می کند در حالی که جریان موثر بانک خازنی شدیداً افزایش می یابد.

پر واضح است که برای جلوگیری از چنین پدیده ای در بانک های خازنی که موجب آسیب به خازن ها و دیگر تجهیزات می شود، استفاده از فیلترهای هارمونیکی اجتناب ناپذیر است. به طور کلی فیلترها به دو دسته تقسیم بندی می شوند:

فیلتر اکتیو

فیلتر پسیو

به دلیل قیمت پایین تر فیلتر پسیو نسبت به فیلتر اکتیو، در اکثر مواقع که مجبور به استفاده از فیلتر اکتیو نیستیم از فیلترهای پسیو استفاده می کنیم. فیلترهای پسیو با توجه به نوع عملکرد آنها به دو دسته tuned و detuned  تقسیم بندی می شوند. در مواقعی که ضریب قدرت شبکه پایین بوده و نیاز به خازن گذاری می باشد، برای جلوگیری از بروز رزونانس در شبکه در اثر ورود خازن و کاهش دادن فرکانس رزونانس جهت عدم انطباق فرکانس رزونانس خازن با فرکانس  هارمونیک غالب شبکه، مجبوریم از فیلترهای detuned استفاده کنیم. بسته به اینکه هارمونیک غالب شبکه مرتبه  سوم یا پنجم باشد به یکی از دو دسته فیلترهای P=14% و P=7% نیازمندیم. فیلترهای 7% برای حذف هارمونیک پنجم به بالا و 14% برای هارمونیک سوم به بالا مناسب می باشند و بالطبع قیمت آنها هم حدوداً دو برابر فیلتر 7% می باشد.

در مواقعی که هدف حذف هارمونیک شبکه یا کاهش هارمونیک جریان در نقاط اتصال بارهای غیر خطی یا نقاط dedicated به زیر حد مجاز می­باشد و بخواهیم این منظور را با استفاده از فیلتر پسیو به انجام برسانیم، نیاز به فیلتر­های tuned  داریم،  فرکانس رزونانس فیلترهای فوق ­الذکر از بار شبکه و مشخصات فیدرهای بالا دست تاثیر پذیر است. و استفاده از این فیلترها به صورت سوییچینگ سریع خالی از خطا نمی باشد و امکان اشباع فیلتر و آسیب کل سیستم را به دنبال دارد.  بنابرابن در زمانی که بار به شدت متغیر است استفاده ار فیلتر Tuned به علاوه راکتور سوییچ شونده TCR پیشنهاد می­شود که دراین حال نیز باید کلیت بار یکپارچه باشد ( مانند کوره های قوس الکتریکی).

همانطور که گفتیم دسته دیگر فیلترها، فیلترهای اکتیو می باشند که می توانند جریانی هم اندازه ولی در جهت مخالف هارمونیک های موجود، به مدار اعمال کنند. به این صورت که مثلاً در جایی که ضریب قدرت شبکه نامطلوب است و THD جریان شبکه نیز بالا باشد راه حل استفاده همزمان از فیلتر اکتیو و فیلترهای Detuned  در بانک خازنی می باشد تا هم ضریب قدرت شبکه تصحیح شود و با جابجایی فرکانس رزونانس احتمال بروز پدیده رزونانس نیز کاهش یابد و با تزریق جریان ضد هارمونیکی به مدار، میزان THD نیز کاهش یابد و از مضرات آن جلوگیری شود.  فیلترهای فوق الذکرمعایب فیلترهای tuned را نداشته و فرکانس و پارامترهای آن از شبکه تاثیر پذیر نیست.

همچنین در مورد خازن ها بخوانید:

خازن چیست؟ نگاهی به تاریخچه و تعاریف خازن که هر مهندسی باید بداند