راهنمای جامع استاندارد فیلترهای هارمونیک IEEE Std 519-2014: رویکردی عملی و موثر

مقدمه استاندارد فیلترهای هارمونیک IEEE Std 519-2014

امروزه مهندسان برق به خوبی از اهمیت کنترل هارمونیک‌ها در شبکه‌های توزیع برق آگاه هستند. هارمونیک‌های کنترل نشده می‌توانند باعث گرم شدن بیش از حد تجهیزات و مشکلات عملیاتی ناشی از اعوجاج ولتاژ شوند. با وجود حجم زیاد اطلاعات فنی و نظرات مختلف در این زمینه، تعیین بهترین روش مدیریت هارمونیک‌ها روز به روز پیچیده‌تر می‌شود.

تغییرات کلیدی استاندارد فیلترهای هارمونیک IEEE Std 519-2014

تغییرات اصلی استاندارد فیلترهای هارمونیک IEEE Std 519 نسخه ۲۰۱۴ نسبت به نسخه ۱۹۹۲

۱٫ تعاریف THD و TDD اکنون شامل هارمونیک‌های بالاتر از مرتبه ۵۰ نیز می‌شوند
۲٫ محدودیت اعوجاج ولتاژ برای سیستم‌های کمتر از ۱ کیلوولت به ۸% افزایش یافته است
۳٫ محدودیت‌های ویژه برای کاربردهای خاص حذف شده است
۴٫ محدودیت‌های جریان برای سیستم‌های بالای ۱۶۱ کیلوولت تغییر کرده است
۵٫ محدودیت‌های زمان کوتاه و خیلی کوتاه معرفی شده‌اند
۶٫ امکان افزایش محدودیت‌های هارمونیک در فرکانس‌های بالاتر فراهم شده است

تعاریف کلیدی و مفاهیم اساسی استاندارد فیلترهای هارمونیک IEEE Std 519-2014

نقطه اتصال مشترک (PCC)

– نقطه‌ای در سیستم برق عمومی که نزدیک‌ترین محل به یک بار خاص است
– محل اعمال محدودیت‌های هارمونیک
– معمولاً در بالادست تاسیسات مورد نظر قرار دارد

اعوجاج هارمونیکی کل (THD)

– نسبت مجذور میانگین مربعات جریان هارمونیکی تا مرتبه ۵۰
– دو نوع اصلی:
– iTHD برای جریان
– vTHD برای ولتاژ
– فرمول‌های محاسباتی دقیق در استاندارد ارائه شده است

اعوجاج تقاضای کل (TDD)

– معیاری دقیق‌تر برای ارزیابی تاثیر هارمونیک‌ها
– محاسبه بر اساس جریان حداکثر تقاضا
– مرجع بهتری برای تصمیم‌گیری درباره نیاز به تجهیزات کاهش هارمونیک

نسبت اتصال کوتاه (SCR)

– نسبت جریان اتصال کوتاه به جریان بار
– تعیین‌کننده محدودیت‌های مجاز جریان هارمونیکی
– شاخصی برای امپدانس منبع نسبت به بار

چرا TDD برای محدودیت‌های جریان هارمونیکی منطقی‌تر است؟

مقایسه THD و TDD

۱٫ THD در بارهای سبک مقادیر بالاتری نشان می‌دهد، در حالی که جریان هارمونیکی واقعی کمتر است
۲٫ جریان هارمونیکی بر حسب آمپر است که باعث مشکلات گرمایی و اعوجاج ولتاژ می‌شود
۳٫ TDD تصویر واقعی‌تری از شدت مشکل هارمونیک ارائه می‌دهد

مثال عملی

برای یک درایو ۳۵۰ اسب بخار:
– در بار کامل: جریان هارمونیک پنجم ۱۱۰ آمپر با THD 36%
– در بار ۲۵%: جریان هارمونیک پنجم ۵۵ آمپر با THD 77%
– با وجود THD بالاتر در بار کم، تاثیر واقعی هارمونیک‌ها کمتر است

راهکار عملی: فیلتر Lineator AUHF

ویژگی‌های کلیدی

۱٫ طراحی شده برای یکسوکننده‌های سه فاز
۲٫ ترکیب هوشمندانه المان‌های مسدودکننده و فیلتر
۳٫ جلوگیری از ورود هارمونیک‌های خارجی
۴٫ عملکرد پایدار در شرایط مختلف منبع تغذیه

مشخصات فنی

– کاهش اعوجاج جریان به کمتر از ۸% در مدل‌های استاندارد
– کاهش اعوجاج جریان به کمتر از ۵% در مدل‌های پیشرفته
– عملکرد پایدار با منابع امپدانس بالا (ژنراتور) و امپدانس پایین (ترانسفورماتور)

مشخصات فنی پیشنهادی برای تجهیزات

الزامات اصلی

۱٫ استفاده از فیلتر هارمونیک پسیو برای درایوهای ۳۰ اسب بخار و بالاتر
۲٫ تضمین iTDD کمتر از ۸% با اعوجاج ولتاژ زمینه تا ۵%
۳٫ ضریب توان بالاتر از ۰٫۹۵ در محدوده بار ۲۵% تا ۱۰۰%
۴٫ محدودیت توان راکتیو خازنی برای سازگاری با ژنراتورها

مزایای این رویکرد

– اطمینان از عملکرد مناسب در شرایط مختلف
– جلوگیری از طراحی بیش از حد تجهیزات
– بهینه‌سازی هزینه‌ها
– افزایش قابلیت اطمینان سیستم

نمونه موردی: سیستم HVAC یک بیمارستان

مشخصات سیستم

– ترانسفورماتورهای ۲۵۰۰ کیلوولت‌آمپر
– ژنراتورهای پشتیبان ۲۰۰۰ کیلووات
– چیلرهای ۴۰۰ اسب بخار
– فن‌های هواساز با مجموع ۷۰۰ اسب بخار
– پمپ‌های متعدد با توان‌های مختلف

نتایج شبیه‌سازی

– بدون فیلتر: عدم تطابق با استاندارد فیلترهای هارمونیک IEEE Std 519-2014
– با فیلتر Lineator: تطابق کامل در هر دو حالت برق شهر و ژنراتور با استاندارد فیلترهای هارمونیک IEEE Std 519-2014
– بهبود قابل توجه در کیفیت توان

نتیجه‌گیری و توصیه‌های کاربردی

مزایای رویکرد پیشنهادی

۱٫ ساده‌سازی فرآیند طراحی و اجرا
۲٫ اطمینان از تطابق با استاندارد
۳٫ بهینه‌سازی هزینه‌ها
۴٫ افزایش قابلیت اطمینان
۵٫ رضایت تمام ذینفعان

توصیه‌های کلیدی در استاندارد فیلترهای هارمونیک IEEE Std 519-2014

– استفاده از TDD به جای THD برای ارزیابی نیاز به فیلتر
– توجه به شرایط بار کامل و جزئی
– در نظر گرفتن شرایط منبع تغذیه (برق شهر و ژنراتور)
– انتخاب تجهیزات با قابلیت‌های مناسب

• بیشتر بخوانید:
• مشخصه‌های رایج شکل موج کیفیت توان
• نظارت بر کیفیت توان ارزش افزوده ایجاد میکند
• جنبه های منتخب عملیات تجهیزات الکتریکی با توجه به کیفیت توان و EMC