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 2014 نسبت به نسخه 1992

1. تعاریف THD و TDD اکنون شامل هارمونیک‌های بالاتر از مرتبه 50 نیز می‌شوند
2. محدودیت اعوجاج ولتاژ برای سیستم‌های کمتر از 1 کیلوولت به 8% افزایش یافته است
3. محدودیت‌های ویژه برای کاربردهای خاص حذف شده است
4. محدودیت‌های جریان برای سیستم‌های بالای 161 کیلوولت تغییر کرده است
5. محدودیت‌های زمان کوتاه و خیلی کوتاه معرفی شده‌اند
6. 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 50
– 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

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

مثال عملی

برای یک درایو 350 اسب بخار:
– در بار کامل: جریان هارمونیک پنجم 110 آمپر با THD 36%
– در بار 25%: جریان هارمونیک پنجم 55 آمپر با THD 77%
– با وجود THD بالاتر در بار کم، تاثیر واقعی هارمونیک‌ها کمتر است

راهکار عملی: فیلتر Lineator AUHF

ویژگی‌های کلیدی

1. طراحی شده برای یکسوکننده‌های سه فاز
2. ترکیب هوشمندانه المان‌های مسدودکننده و فیلتر
3. جلوگیری از ورود هارمونیک‌های خارجی
4. عملکرد پایدار در شرایط مختلف منبع تغذیه

مشخصات فنی

– کاهش اعوجاج جریان به کمتر از 8% در مدل‌های استاندارد
– کاهش اعوجاج جریان به کمتر از 5% در مدل‌های پیشرفته
– عملکرد پایدار با منابع امپدانس بالا (ژنراتور) و امپدانس پایین (ترانسفورماتور)

مشخصات فنی پیشنهادی برای تجهیزات

الزامات اصلی

1. استفاده از فیلتر هارمونیک پسیو برای درایوهای 30 اسب بخار و بالاتر
2. تضمین iTDD کمتر از 8% با اعوجاج ولتاژ زمینه تا 5%
3. ضریب توان بالاتر از 0.95 در محدوده بار 25% تا 100%
4. 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 2500 کیلوولت‌آمپر
– ژنراتورهای پشتیبان 2000 کیلووات
– چیلرهای 400 اسب بخار
– فن‌های هواساز با مجموع 700 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

1. ساده‌سازی فرآیند طراحی و اجرا
2. اطمینان از تطابق با استاندارد
3. بهینه‌سازی هزینه‌ها
4. افزایش قابلیت اطمینان
5. 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