بررسی اثرات هارمونیک های ولتاژ و جریان بر روی ترانسفورماتورهای قدرت

در این پایان نامه (پژوهش) به مطالعه ارتباط بین منحنی مغناطیس شوندگی هسته ترانسفور ماتور و ناپایداریهای هارمونیکی ناشی از آن می پردازیم سپس انواع هارمونیک های ولتاژ و جریان و اثرات آنها را بر روی سیستم های قدرت ، در حالات مختلف مورد بررسی قرار می دهیم0 در قسمت بعد به بررسی چگونگی حذف هارمونیک ها در ترانسفور ماتور های قدرت با استفاده از اتصالات ست

دسته بندی	برق
فرمت فایل	doc
حجم فایل	7.863 مگا بایت
تعداد صفحات	103

چكیده :

در این پایان نامه (پژوهش) به مطالعه ارتباط بین منحنی مغناطیس شوندگی هسته ترانسفور ماتور و ناپایداریهای هارمونیکی ناشی از آن می پردازیم .سپس انواع هارمونیک های ولتاژ و جریان و اثرات آنها را بر روی سیستم های قدرت ، در حالات مختلف مورد بررسی قرار می دهیم0 در قسمت بعد به بررسی چگونگی حذف هارمونیک ها در ترانسفور ماتور های قدرت با استفاده از اتصالات ستاره ومثلث سیم پیچی ها می پردازیم .و در نها یت نیز جبرانکننده ها ی استاتیک و فیلتر ها را به منظور حذف هارمونیک های سیستم قدرت مورد مطالعه قرار می دهیم.

کلمات کلیدی :

ناپایداری هارمونیکی ، منحنی مغناطیس شوندگی ، فیلترها ، سیستم قدرت ، هارمونیک ولتاژ و جریان ، جبرانساز استا تیک

این پروژه شامل پنج فصل است كه : فصل اول :در موردشناخت ترانسفورماتور و آشنایی كلی با اصول اولیه ترانسفورماتور اصول كار و مشخصات اسمی ترانسفورماتور و چگونگی تعیین تلفات در ترانسفورماتور و ساختمان ووسایل حفاظتی بكار رفته در ترانسفورماتور بحث می كند . فصل دوم :در مورد رابطه بین B – H و منحنی مغناطیس شوندگی تلفات پس ماند هسته جریان تحریكی در ترانسفورماتورها و ناپایداری هارمونیكی مرتبط با هسته و چگونگی ایجاد ناپایداری كنترل ناپایداری و آنالیز هارمونیكی جریان مغناطیس كننده و عناصر اشباع را مورد بررسی قرار می دهد . فصل سوم :در این فصل با هارمونیكهای جریان ولتاژ اثرات آنها و هارمونیكهای جریان در یك سیستم خازن و یك سیستم پس از نصب خازن و عیوب هارمونیكهای جریان و هارمونیكهای ولتاژ و چگونگی تعیین آنها را مورد بررسی قرار می دهد . فصل چهارم : دراین فصل به بررسی عملكرد هارمونیك در ترانسفورماتور می پردازیم و انواع آن در اتصالات ترانس را مورد بررسی قرار می دهیم و هارمونیك سوم در ترانسفورماتور و ایجاد سیم پیچ ثالثیه یا پایداركننده برای حذف هارمونیك و همچنین تلفات هارمونیكها در ترانسفورماتور می پردازیم .

فصل پنجم:در این فصل به منظورحذف هارمونیکهاواثرات آنها در سیستمهای قدرت،به مطالعه جبرانکننده های استاتیک می پردازیم. امروزه در سیستم های قدرت مدرت جبران كننده های استاتیك بعنوان كامل ترین جبران كننده ها مطرح هستند.

فهرست مطالب

عنوان

صفحه

مقدمه………………………….. 1

فصل اول: شناخت ترانسفورماتور……… 6

1-1 مقدمه………………………. 7

2-1 تعریف ترانسفورماتور………….. 7

3-1 اصول اولیه………………….. 7

4-1 القاء متقابل………………… 7

5-1 اصول کار ترانسفورماتور……….. 9

6-1 مشخصات اسمی ترانسفورماتور 12

1-6-1 قدرت اسمی…………………. 12

2-6-1 ولتاژ اسمی اولیه…………… 12

3-6-1 جریان اسمی………………… 12

4-6-1 فرکانس اسمی……………….. 12

5-6-1 نسبت تبدیل اسمی……………. 13

7-1 تعیین تلفات در ترانسفورماتورها 13

1-7-1 تلفات آهنی………………… 13

2-7-1 تلفات فوکو در هسته…………. 13

3-7-1 تلفات هیسترزیس…………….. 14

4-7-1 مقدار تلفات هیسترزیس……….. 16

5-7-1 تلفات مس………………….. 16

8-1 ساختمان ترانسفورماتور………… 17

1-8-1 مدار مغناطیسی (هسته)……….. 17

2-8-1 مدار الكتریكی (سیم پیچها) 17

1-2-8-1 تپ چنجر…………………. 18

2-2-8-1 انواع تپ چنجر……………. 18

3-8-1 مخزن روغن…………………. 19

مخزن انبساط…………………….. 19

4-8-1 مواد عایق…………………. 19

الف – كاغذهای عایق………………. 20

ب – روغن عایق…………………… 20

ج – بوشینكهای عایق………………. 20

5-8-1 وسایل حفاظتی………………. 21

الف – رله بوخهلتس……………….. 21

ب – رله كنترل درجه حرارت سیم پیچ 22

ج – ظرفیت سیلی گاژل……………… 23

9-1 جرقه گیر……………………. 24

1-10 پیچ ارت……………………. 24

فصل دوم: بررسی بین منحنی B-H و آنالیز هارمونیكی جریان مغناطیس كننده…………………………………….. 26

1-2 مقدمه………………………. 27

2-2 منحنی مغناطیس شوندگی…………. 27

3-2 پس ماند (هیسترزیس)…………… 30

4-2 تلفات پس ماند (تلفات هیسترزیس) 32

5-2 تلفات هسته………………….. 32

6-2 جریان تحریك…………………. 33

7-2 پدیده تحریك در ترانسفورماتورها 33

8-2 تعریف و مفهوم هارمونیك ها 36

1-8-2 هارمونیك ها……………….. 36

2-8-2 هارمونیك های میانی…………. 37

9-2 ناپایداری هارمونیكی مرتبط با هسته ترانس در سیستمهای AC-DC………………………….. 37

10-2 واكنشهای فركانسی AC-DC………. 37

11-2 چگونگی ایجاد ناپایداری………. 39

12-2 تحلیل ناپایداری…………….. 40

13-2 كنترل ناپایداری…………….. 41

14-2 جریان مغناطیس كننده ترانسفورماتور 42

1-14-2 عناصر قابل اشباع………….. 42

2-14-2 وسایل فرومغناطیسی…………. 43

فصل سوم : تأثیر هارمونیكهای جریان ولتاژ روی ترانسفورماتورهای قدرت…………………………… 46

1-3 مقدمه………………………. 47

2-3 مروری بر تعاریف اساسی………… 47

3-3 اعوجاج هارمونیكها در نمونه هایی از شبكه 49

4-3 اثرات هارمونیك ها……………. 51

5-3 نقش ترمیم در سیستمهای قدرت با استفاده از اثر خازنها 52

1-5-3 توزیع هارمونیكهای جریان در یك سیستم قدرت بدون خازن………………………………. 52

2-5-3 توزیع هارمونیكهای جریان در یك سیستم پس از نصب خازن………………………………. 52

6-3 رفتار ترانسفورماتور در اثر هارمونیكهای جریان 54

7-3 عیوب هارمونیكها در ترانسفورماتور 54

1-7-3 هارمونیكهای جریان………….. 54

1) اثر بر تلفات اهمی…………….. 54

2) تداخل الكترومغناطیسی با مدارهای مخابراتی 54

3) تأثیر بر روی تلفات هسته……….. 55

2-7-3 هارمونیك های ولتاژ…………. 55

1) تنش ولتاژ روی عایق……………. 55

2) تداخل الكترواستاتیكی در مدارهای مخابراتی 55

3) ولتاژ تشدید بزرگ……………… 56

8-3 حذف هارمونیكها………………. 56

1) چگالی شار كمتر……………….. 56

2) نوع اتصال……………………. 57

3) اتصال مثلث سیم پیچی اولیه یا ثانویه 57

4) استفاده از سیم پیچ سومین………. 57

5) ترانسفورماتور ستاره – مثلث زمین 57

9-3 طراحی ترانسفورماتور برای سازگاری با هارمونیك ها 58

10-3 چگونگی تعیین هارمونیكها……… 59

11-3 اثرات هارمونیكهای جریان مرتبه بالا روی ترانسفورماتور………………………………. 59

12-3 مفاهیم تئوری……………….. 60

1-12-3 مدل سازی…………………. 60

13- 3 نتایج عمل…………………. 61

14-3 راه حل ها………………….. 62

15-3 نتیجه گیری نهایی……………. 62

فصل چهارم: بررسی عملكرد هارمونیك ها در ترانسفورماتورهای قدرت…………………………………. 63

1-4 مقدمه………………………. 64

2-4- پدیده هارمونیك در ترانسفورماتور سه فاز 64

3-4 اتصال ستاره…………………. 68

1-3-4 ترانسفورماتورهای با مدار مغناطیسی مجزا و مستقل 68

2-3-4 ترانسفورماتورها با مدار مغناطیسی پیوسته یا تزویج شده……………………………. 71

4-4 اتصال Y_y ستاره با نقطه خنثی 72

5-4 اتصال Dy……………………. 72

6-4 اتصال yd……………………. 73

7-4 اتصال Dd……………………. 74

8-4 هارمونیك های سوم در عمل ترانسفورماتور سه فاز 74

9-4 سیم پیچ ثالثیه یا پایداركننده 76

10-4 تلفات هارمونیك در ترانسفورماتور 77

1-10-4 تلفات جریان گردابی در هادی های ترانسفورماتور 77

2-10-4 تلفات هیسترزیس هسته……….. 77

3-10-4 تلفات جریان گردابی در هسته 78

4-10-4 كاهش ظرفیت ترانسفورماتور 79

فصل پنجم: جبران كننده های استاتیك 80

1-5 مقدمه………………………. 81

2-5 راكتور كنترل شده با تریستور TCR 81

1-2-5 تركیب TCR و خازنهای ثابت موازی 87

3-5 راكتور اشباع شدهSCR………….. 88

1-3-5 شیب مشخصه ولتاژ……………. 89

نتیجه گیری …………………….. 91

منابع و مآخذ……………………. 92

چكیده به زبان انگلیسی……………. 94

فهرست تصاویر

عنوان

صفحه

فصل اول…………………………… 6

شكل1-1: نمایش خطوط شار……………… 8

شكل2-1: شمای كلی ترانسفورماتور………. 9

شكل3-1: رابطه فوران و نیروی محركه مغناطیسی 11

شكل4-1: نمایش منحنی های هیستر زیس……. 15

شكل5-1: نمایش بوشیگ های عایق………… 20

شكل6-1: یك نمونه رله……………….. 22

شكل7-1: رله كنترل درجه حرارت سیم پیچ ها. 23

شكل8-1: ظرف سیلی كاژل………………. 23

شكل9-1: شمای كلی یك ترانسفورماتور با مخزن روغن و سیستم جرقه گیر………………………….. 24

شكل10-1: نمایش پیچ ارت……………… 25

فصل دوم…………………………… 26

شكل1-2: نمایش شدت جریان در هسته چنبره شكل 28

شكل2-2: منحنی مغناطیس شوندگی………… 29

شكل3-2: منحنی مغناطیس شوندگی………… 29

شكل4-2: منحنی های هیستر زیس…………. 31

شكل5-2: حلقه های ایستا و پویا……….. 32

شكل6-2: شكل موج جریان مغناطیس كننده….. 34

شكل7-2: شكل موج جریان تحریك با پسماند… 35

شكل8-2: شكل موج شاربرای جریان مغناطیس كننده سینوسی 36

شكل9-2: نمایش هارمونیك های توالی مثبت و منفی 38

شكل10-2: تركیبdc توالی منفی تولید شده توسط مبدلHVDC 39

شكل11-2: نمایش امپدانس هایAC DC در روش سیستم حوزه فركانس…………………………………. 40

شكل12-2: مقایسه حالات مختلف اشباع…….. 41

شكل13-2: مشخصه مغناطیسی ترانسفورماتور… 42

شكل14-2: جریان مغناطیس كننده ترانس و محتوای هارمونیكی آن…………………………………. 43

شكل15-2: مدار معادلT برای یك ترانسفورماتور 44

شكل16-2: منحنی شار مغناطیسی برحسب جریان ترانسفورماتور 44

شكل17-2: نمونه شكل موج جریان مغناطیسی برای یك ترانسفورماتور……………………… 44

فصل سوم…………………………… 46

شكل1-3: مولدهای هارمونی جریان……….. 47

شكل2-3: هارمونیك پنجم با ضریب35%…….. 48

شكل3-3: طیف هارمونیك ها…………….. 50

شكل4-3: جریان تحمیل شده روی جریان اصلی.. 50

شكل5-3: طیف هارمونیك ها…………….. 50

شكل6-3: جریان تحمیل شده روی جریان اصلی.. 50

شكل7-3: مسیر هارمونیكی جریان در سیستم بدون خازن 52

شكل8-3: مسیر هارمونی های جریان در سیستم پس از نصب خازن 53

شكل9-3: تداخل الكترو استاتیكی با مدارهای مغناطیسی 55

شكل10-3: ولتاژ تشدید بزرگ در اثر هارمونیك سوم 56

شكل11-3: ترانسفورماتور ستاره مثلث زمین، برای حذف هارمونیك های مضرب3…………………………………. 58

شكل12-3: طراحی ترانسفورماتور برای سازگاری با هارمونیك ها…………………………………. 58

شكل13-3: مدار معادل ساده شده سیم پیچ ترانسفورماتور 60

شكل14-3: توزیع ولتاژ در طول یك سیم پیچ.. 61

فصل چهارم…………………………. 63

شكل1-4: نمودار برداری ولتاژهای مؤلفه اصلی، سوم، پنجم و هفتم……………………………… 65

شكل2-4: نمودار برداری ولتاژهای اصلی، هارمونیك پنجم وهفتم…………………………………. 66

شكل3-4: نمایش نیروی محركه الكتریكیemf اتصال ستاره در هر لحظه……………………………… 66

شكل4-4:نمایش هارمونیك های سوم در اتصال مثلث 66

شكل5-4: مربوط به نوسان نقطه خنثی…….. 70

شكل6-4: مسیر پارهای هارمونیك سوم (مضرب سه) در ترانسفورماتورهای سه فاز

نوع هسته ای………………………… 71

شكل7-4: ترانسفورماتور با اتصالY-yبدون بار 75

شكل8-4: سیم پیچ سومین (ثالثیه)………. 77

فصل پنجم………………………….. 80

شكل1-5: ساختمان شماتیكTCR…………… 81

شكل2-5: منحنی تغییراتبر حسب زاویه هدایتو زاویه آتش……………………………….. 83

شكل3-5: مشخصه ولتاژ- جریانTCR……….. 84

شكل4-5: یك نمونه صافی با استفاده ازL.C.. 85

شكل5-5: حذف هارمونیك سوم با استفاده از مدارTCR با اتصال ستاره…………………………….. 86

شكل6-5: حدف هارمونیك های پنجم وهفتم با استفاده از مدار TCR با اتصال ستاره………………………… 86

شكل7-5: بررسی اختلال در شبكه قدرت قبل و بعد از استفاده از جبران كننده با خازن………………………. 87

شكل8-5: منحنی مشخصه ولتاژ- جریانSR…… 88

شكل9-5: حذف هارمونیك های شبكه قدرت با استفاده از راكتور اشباع شدهSR……………………….. 88

شكل10-5: منحنی مشخصه ولتاژ- جریانSR با خازن اصلاح شیب 89

شكل 11-5 : حذف هارمونیكهای شبكه قدرت با استفاده از راكتور اشباع شده SR……………………….. 89

شكل 12-5: منحنی مشخصه ولتاژ – جریان SR با خازن اصلاح شیب…………………………………. 90

فهرست جداول

عنوان

صفحه

فصل دوم……………………………

جدول1-2: مقادیر هارمونیك ها در جریان مغناطیسی یك ترانسفورماتور……………………… 45

مقدمه : در سیستم های قدرت پیشرفته انرژی الكتریكی توسط ژنراتورهای سه فاز تولید می شود كه پس از انتقال به صورت سه فاز توزیع می شود . به دلایل اقتصادی از ایستگاه تا مصرف ولتاژ چندین بار افزایش و كاهش می یابد .در هر باز افزایش و كاهش ولتاژ ت سه فاز موردنیاز است . بدین جهت در سیستم های قدرت سه فاز از تعداد زیادی ترانسفورماتور سه فاز استفاده می شود . برای هر تبدیل ولتاژ از مقداری به مقدار دیگر ممكن است از سه واحد ترانسفورماتور تك فاز یا یك واحد ترانسفورماتور سه فاز استفاده شود . در ترانسفورماتورهای قدرت و توزیع جریان تحریك تنها درصد كوچكی ( 2 تا 6%) از جریان نامی است . پدیده هارمونیك در ترانسفورماتورهای قدرت بسیار مهم است . زیرا تحت شرایط معینی هارمونیك های جریان تحریك باعث عمل عمدی تجهزات حفاظتی می گردند ممكن است باعث تداخل در مدارهای مخابراتی شوند . نظر به این مسئله مهندسین مخابرات و سیستم انرژی باید قادر به بررسی و حذف چنین شرایط باشند . از این رو هارمونیك در ترانسفورماتور از اهمیت ویژه ای برخوردار است . اولین مورد از مشكلات اعوجاجات هارمونیكی در سال 1893 در شهر هارتفورد امریكا پیش آمد،به این صورت كه یك موتور الكتریكی با گرم شدن زیاد باعث خرابی عایقبندی خود شد. پس از آزمایشات معلوم شد كه علت این امر تشدید ایجاد شده در خط انتقال ، ناشی از وجود هارمونیكها بوده است.مشكل بعدی ،یك ژنراتور سه فاز 125 هرتز با ولتاژ 8/3 كیلوولت ساخت شركت جنرال الكتریك امریكا بود. در این موردهمه محاسبات با تقریبهای خوبی انجام شده بودولی بازهم تشدید در خط انتقال بود . با محاسبه اندوكتانس و ظرفیت خازنی خط انتقال و احتمالاً اندوكتانس بار،مشاهده شد كه در فركانس حدود 1600 هرتز ( هارمونیك سیزدهم‌ ) در خط تشدید ایجاد می شود.شكل موجهای ولتاژ ژنراتور نیروگاه و موتور سنكرون دارای مؤلفه های هارمونیكی قابل توجه بودند.این فرایند محاسبات واندازه گیری توسط یك موج نمای ساده در آن سال انجام شد كه شكل موج را به صورت نقطه به نقطه از طریق قطع و وصل مرتب یك زبانه ،نمونه گیری می كرد. امروزه با استفاده از هارمونیك سنجهای دیجیتال و با بكارگیری الگوریتم های سریع ” تبدیل فوریه گسسته ” می توان بصورت بدون وقفه اعوجاجات هارمونیكی را اندازه گیری كرد.دو سال بعداز اولین مورد مشاهده مشكلات هارمونیكی ، شركتهای وستینگهاوس و جنرال الكتریك، طرحهای جدیدی را برای ژنراتورها معرفی نمودند كه در این طرح ها، از سیم پیچهای غیر متمركز در آرمیچر استفاده كردند و به تبع آن شكل موج را بهبود بخشیده و به اصطلاح سینوسی تر كردند.مشكل دیگر هارمونیكها در شكل موج ژنراتورها ، مربوط به جریان بسیار زیاد نول ژنراتورهایی بود كه به صورت موازی نصب و مستقیماً زمین می شدند. امروزه این مساله كاملاً شناخته شده است و مربوط به هارمونیك سوم ولتاژ و صفر بودن توالی این هارمونیك در ماشینهایی می باشد كه به صورت ستاره بسته شده اند. مشكل دیگر ، ” هماهنگی هارمونیكی ” یا همان ” ضریب تداخل تلفنی TIF ” می باشد.ـ فیلتر كردن هارمونیكها :از اولین سالهائی كه مشكلات اعوجاجات هارمونیكی شناخته شدند ،‌از خازن شانت shunt برای بهبود ضریب توان در سیستم های الكتریكی استفاده می شد.امروزه بسیاری از این خازنها به یك سلف سری مجهز و تبدیل به یك فیلتر هارمونیكی تك تنظیمه شده اند .ـ هارمونیكها در شبكه قدرت :اكثر اعوجاجات ایجاد شده در شكل موجهای ولتاژ و جریان شبكه قدرت ناشی از بارهایی هستند كه دارای مشخصه غیر خطی بوده ویا درآنها از عناصر الكترونیك قدرت استفاده می شود. پیشرفت سریع نیمه هادیها انقلابی در كنترل فرآیندهای صنعتی و تبدیل انرژی بوجود آورده است .از آن جهت كه نیمه هادیها ی قدرت در هر نقطه از شكل موج ولتاژ به ناگهان روشن یا خاموش می شوند ، حالتهای گذرائی با فركانس نوسان بالا ودامنه میرا شونده پدید می آورند . اگر در هر پریود عمل كلید زنی در نقطه مشابهی انجام شود ،‌حالت گذرا شكلی متناوب به خود می گیرد .همچنین سیگنالهای غیر سینوسی را می توان با استفاده از بسط سری فوریه بصورت مجموعی از امواج سینوسی بیان نمود كه به ” هارمونیكهای شبكه قدرت ” موسومند و فركانس آنها مضربی صحیح از فركانس قدرت می باشد. هنگامی كه اثر سلفها و خازنهای شبكه نیز مد نظر قرار گیرد ، اهمیت اعوجاجات هارمونیكی دو چندان می شود . در حقیقت چون سیگنال اعوجاج یافته دارای مؤلفه هایی با فركانس های متفاوت می باشد ، دریكی از این فركانسها امكان ایجاد تشدید بین یكی از خازنها و سلف معادل شبكه وجود دارد كه به تبع آن ، دامنه هارمونیك مربوط به فركانس تشدید افزایش نیز می یابد.ـ منابع تولید هارمونیكها :منابع تولید هارمونیكها به دو گروه « غیر وابسته»‌ و « وابسته » به عناصر نیمه هادی تقسیم می شوند . منابع غیر وابسته به عناصر نیمه هادی عبارتند از :ـ اعوجاجات مو جود در شكل موج ولتاژ ماشینهای الكتریكی كه معمولاً ناشی از عدم توزیع یكنواخت سیم پیچ های این ماشینها و وجود شیارها می باشد .ـ یكنواخت نبودن رلوكتانس فاصله هوائی بین دو قطب در ماشین سنكرون .ـ اعوجاج شار مغناطیسی ناشی از تغییرات نا گهانی بار در ماشین سنكرون .ـ توزیع غیر سینوسی شار مغناطیسی در فاصله هوائی ماشین سنكرون .ـ جریان مغناطیس كنندگی ترانسفور ماتورها .ـ ‌وجود بارهای غیر خطی نظیر دستگاههای جوش كاری ،‌كوره های الكتریكی و غیره .منابع وابسته به عناصر نیمه هادی عبارتند از :ـ تجهیزات كنترلی موتورها مانند كنترل كننده های سرعت برای سیستم های حمل ونقل برقی .ـ سیستم انتقال انرژی جریان مستقیم ( HVDC ) .ـ برقراری ارتباط بین دو نیروگاه بادی و خورشیدی و سیستم توزیع .ـ كنترل كننده های ولتاژ ساكن ( SVC ) كه بطور گسترده به عنوان منبع توان راكتیو جایگزین كندانسورهای سنكرون شده اند.ـ وسایل نقلیه الكتریكی كه با استفاده گسترده از آنها مقدار قابل توجهی انرژی برای شارژ كردن باطریها لازم می باشد.ـ مبدلهای فركانسی كه در ماشین هایی كه سرعت كم وگشتاور بالا دارند كاربرد فراوان دارند.ـ عناصر حرارتی كوره های بزرگ كه به روش PBM كنترل می شوند .ـ آثـار هارمونیكهـا :برخی از آثار سوء هارمونیكها در شبكه قدرت كه ناكنون گزارش شده اند به قرار زیر می باشند :ـ خرابی بانك خازنی بدلیل شكست عایقی یا افزایش بیش از حد توان راكتیو .ـ‌ تداخل با سیستم های كنترل اعوجاج و PLC و در نتیجه عدم كاركرد صحیح این سیستم ها كه وظیفه انجام اعمالی چون كلید زنی از راه دور ، كنترل بار واندازه گیری را بر عهده دارند.ـ تلفات اضافی و ایجاد حرارت زیاد در ماشینهای سنكرون و القائی .ـ اضافه ولتاژها و جریانهای اضافی در سیستم كه ناشی از تشدید ولتاژها و جریانهای هارمونیكی در شبكه هستند .ـ شكست عایقی در كابل ها به خاطر اضافه ولتاژهای هارمونیكی در سیستم .ـ تداخل با سیستم های مخابراتی . ـ خطا در دستگاههای اندازه گیری الكتریكی كه به روش القا كار می كنند.ـ عملكرد اشتباه رله ها ، بخصوص در سیستم های استاتیكی و میكرو پروسسوری .ـ تداخل در سیستم های كنترل موتوری بزرگ و سیستم های تحریك در نیروگاهها .ـ نوسانات مكانیكی در ماشینهای سنكرون و القائی .ـ عملكرد نا پایدار مدارهای آتش بخصوص مدارهائی كه بر اساس تشخیص نقطه صفر ولتاژ عمل می كنند.ـ منابع عمده تولید هارمونیك در شبكه قدرت ایران :در كشور ما صنایع عظیم و فعالی وجود دارند كه دارای منابع بزرگ هارمونیكی هستند . در زیر به چند نمونه از آنها اشاره خواهیم كرد :ـ‌ مجتمع های فولاد و صنایع ذوب آهن نظیر نورد اهواز، ذوب آهن اصفهان و . . . از كوره های عظیم قوس الكتریكی استفاده می كنند كه در كنار این كوره ها از SVC برای تامین توان راكتیو مورد نیاز جهت بهبود ضریب توان آنها استفاده می شود . در قسمتهای دیگر این مراكز صنعتی انواع و اقسام موتورهای AC و DC در حال كار می باشند و در كنارآنها نیز كنترل كننده های مربوطه در حال انجام وظیفه خود و در نتیجه تزریق هارمونیك در شبكه می باشند.ـ مجتمع های پتروشیمی و صنایع شیمیائی نظیر پتروشیمی اصفهان ، امام و اراك جهت انجام بسیاری از فرآیندهای شیمیائی به برق DC نیازمند می باشند كه برای تامین این برق از یكسو سازهای پر قدرتی استفاده می شود كه سهم قابل توجهی را در تولید هارمونیكهای شبكه خواهند داشت .ـ سیستمهای انتقال ولتاژ بالای DC دارای دو ایستگاه مبدل در ابتدا و انتهای خط DC می باشند كه یكی در حالت یكسوكنندگی و دیگری در وضعیت اینورتری كار می كنند . ایستگاههای مبدل فوق حاوی پل های سه فاز تریستوری می باشند و می دانیم كه این پل ها در ردیف مهمترین تولید كنندگان هارمونیك می باشند. لازم به توضیح است فعلاً به دلیل عدم وجود سیستم HVDC در شبكه سراسری ایران ، این شبكه از این هارمونیكها مصون می باشد . مع الوصف چنانچه مساله اتصال برق شبكه های كشورهای همسایه مطرح شود بی شك باید هارمونیكهای تولید شده مورد توجه و بررسی قرار گیرند .ـ سیستم حمل و نقل برقی شهری ” مترو” ، جهت تغذیه و كنترل سرعت و گشتاور موتورهای الكتریكی متصل به لوكوموتیوها از محركه هائی استفاده می كند كه به نوبه خود در نقش منبع هارمونیك ، باعث ایجاد اعوجاج در شكل موج ولتاژ و جریان سیستمی می شود كه شبكه مترو را تغذیه می كند . با توجه به اینكه در آینده نزدیك مترو در كلان شهرهایی نظیر اصفهان ، تبریز ، مشهد و غیره علاوه بر تهران شروع به كار خواهد كرد ، چنانچه بررسی های هارمونیكی به درستی انجام نگیرد ، ممكن است باعث بروز مشكلات زیادی در شبكه برق شهرهای مربوط و نیز شبكه سراسری شود .ـ پیشرفت روز افزون عناصر نیمه هادی و كاربرد آنها در تجهیزات ادارات و بمارستانها و حتی منازل باعث ایجاد مشكلاتی در خود این مراكز یا مصرف كنندگان دیگر شبكه خواهد شد. لامپهای تخلیه ای ( مثل بخار جیوه ، بخار سدیم و فلور سنت ) مورد استفاده در این مراكز ، خود نیز باعث بروز هارمونیكها می باشند .فصل اولشناخت ترانسفورماتور1-1 مقدمه :قبل از اینكه به موضوعات اصلی نوشته حاضر كه بررسی اثرات هارمونیكها در ترانسفورماتورهای قدرت می باشد بپردازیم در این فصل مروری بسیار مختصر بر روی تئوری ترانس و مفاهیم و همچنین شناسائی قسمتهای مختلف ان خواهیم داشت . ترانسفورماتورهایی كه در صنعت به كار می روند اكثرا سه فاز بوده و بر اساس قدرت و ولتاژ و دیگر مشخصات تقسیم بندی می شوند برای انتقال ولتاژ به صورت اقتصادی و كاهش تلفات در طول مسیر انتقال ولتاژ را به وسیله ترانسفورماتورها افزایش داده و در مراكز مصرف با تقلیل دادن ولتاژ بصورت مرحله ای در چند مرحله ( در ایران از 400 به 230 به 132 به 63 و به 20كیلو ولت ) امكان استفاده از نیروی برق را حاصل خواهند نمود كه در این راستا برای داشتن ولتاژ شهری در مراكز توزیع با استفاده از ترانسفورماتور كاهنده در قدرتهای پائین ولتاژ را به حدود V400 می رسانند علاوه بر ترانسفورماتورهای قدرت و توزیع انواع دیگری از ترانسفورماتور نیز وجود دارد كه از جمله انها می توان ترانسهای ولتاژ – جریان و ترانسهای مخصوص كوره های القائی را نام برد كه از بحث این جزوه خارج می باشد و سعی برآن است كه بیشتر روی ترانسفورماتورهای تا قدرت KVA 1600 و ولتاژ KV 33 بحث شود . 2-1 تعریف ترانسفورماتورترانسفورماتور یك وسیله الكترومغناطیسی ساكنی است كه توسط القاء الكترومغناطیسی بین دو یا چند سیم پیچ انرژی الكتریكی را در یك سیستم جریان متناوب از یك مداری به مدار دیگر با حفظ اندازه فركانس انتقال می دهد و می تواند ولتاژ كم را به به زیاد و یا بلعكس تبدیل نماید . 3-1 اصول اولیههمانطور كه در تعریف ترانسفورماتور بیان شد اساس كاربر القاء متقابل بین دوبوبین بنا نهاده شده است این دوبوبین از لحاظ الكتریكی جدا از هم ولی از لحاظ مغناطیسی به هم مرتبط هستند . 4-1 القاء متقابلبطوری كه می دانیم تغییرات حوزه مغناطیسی در اطراف سیم پیچ ها موجب پیدایش یك نیروی محركه القائی می گردد . ظهور این پدیده با عبور جریان متناوب از سیم پیچ ها همیشه همراه است زیرا تغییرات جریان ، همواره باعث تغییر سیل مغناطیسی در بوبین ها می شود . حال اگر دوبوبین A و B را كه به ترتیب دارای اندوكتانس L₁ و L₂ هستند در مجاورت یكدیگر قرار دهیم قسمتی از سیل مغناطیسی كه بر اثر عبور جریان iدرهسته بوبین A تولید می شود از داخل بوبین B نیز می گذارد و در سیم های آن هم نیروی محركه القایی e₁ بوجود می آید بلعكس عبور هر جریان متناوبی از بوبین B موجب پیدایش نیروی محركه القائی در بوبین A می شود این پدیده را القاء متقابل می گویند . هر قدر ارتباط مغناطیسی بین دوبوبین كاملتر باشد اثر این پدیده شدیدتر است بطوریكه اگر تمام سیل مغناطیسی هسته بوبین A از هسته B بگذرد در هر حلقه از آنها نیروی محركه مساوی القاء می شود .شكل 1-1 نمایش خطوط شاراگر فرض كنیم از سیل القائی كه با نمایش می دهیم از هسته بوبین B بگذرد كه تعداد حلقه های آن N₂ باشد القاء كننده در این بوبین خواهد بود و نیروی محركه القائی در بوبین B از این لحاظ رابطه به دست می آید . 5-1 اصول كار ترانسفورماتوراساس كار ترانسفورماتور عبارت است از دو سیم پیچ كه در اثر عبور جریان از هر كدام روی یكدیگر القاء متقابل داشته و برای كوپلاژ كامل و هدایت سیل مغناطیسی دو سیم پیچ روی هسته ای از آهن با ضریب نفوذ مغناطیسی حتی الامكان زیاد پیچیده می شود . شكل (2-1) شمای کلی ترانسفورماتوراگر یك سیم پیچ با N دور داشته باشیم كه در میدان مغناطیسی با فوران متغیر قرار داشته باشد ولتاژ القائی در آن سیم پیچ برابر خواهد بود با بنابراین ولتاژ موثر برابر مقدار زیر است . E=4.44NF A_FeB_mB_m دامنه چگالی فوران مغناطیسی سینوسی و A_Fe سطح مقطع خالص هسته ای كه این فوران را عبور می دهد می باشد با توجه به رابطه فوق نسبت ولتاژهای القائی در شكل (2-1) با صرفنظر از تمام تلفات بدست خواهد آمد k را نسبت تبدیل ترانسفورماتور گویند . اگر K>1 باشدترانسفورماتورافزاینده واگرk<1 باشدآنرا كاهنده گویند . همینطور با صرفنظر از تلفات و با توجه به برابری آمپر دوردر اولیه و ثانویه خواهیم داشت. فلوی مغناطیسی در هسته تابعی غیر خطی از میزان جریان سیم پیچی روی آن می باشد رابطه فوران و نیروی محركه مغناطیسی در منحنی شكل (3-1) نمایش داده شده است منحنی اشباع آهن (C-3-1) نشان می دهد . در فورانهای بالا آهن اشباع شده جریان مغناطیس كننده بشدت زیاد می شود علاوه بر آن طی یك سیكل كامل ولتاژ بافوران سینوسی بواسطه خاصیت پس ماند مغناطیسی آهن ، اندوكسیون بر حسب آمپر دور بجای یك خط مستقیم گذرا از مبدا یك حلقه بسته را تشكیل می دهد كه موجب تلفاتی به اندازه سطح داخل حلقه یعنی در واحد حجم طی هر سیكل است در شكل (3-1) سطح داخلی هسته با ازدیاد فركانس بزرگتر می شود و این به واسطه اضافه شدن تلفات جریان گردابی آهن بر تلفات هیسترزیس است منحنی DC را در این منحنی ها حلقه هیسترزیس می نامند .

شكل (3-1) رابطه فوران و نیروی محركه مغناطیسی(b) – برای اندوكسیون كم ( (a برای اندوكسیون زیاد منحنی DC همان حلقه هیسترزیس (c) – نمونه ای از منحنی اشباع شده 6-1 مشخصات اسمی ترانسفورماتورمنظور از مشخصات اسمی ترانسفورماتور مقادیری است نظیر قدرت ولتاژ جریان – فركانس و غیره كه روی صفحه مشخصات ( پلاك مشخصات ) نوشته شده آن به این معنی است كه ترانسفورماتور در حالت كار عادی باید با آن مقادیر كار كند و طبق مقررات بین المللی یك ترانسفورماتور باید بتواند 8765 ساعت در سال با مشخصات اسمی بدون هیچگونه اشكالی كار كند همیشه مقادیر اسمی با اندیس n” نمایش می دهند مثلا u_in . 1-6-1 قدرت اسمیقدرتی است كه می تواند از قسمت ثانویه ترانسفورماتور گرفت و معمولا مقدار آن بر حسب KVA روی صفحه مشخصات نوشته شده است ( قدرت ظاهری PS) 2-6-1 ولتاژ اسمی اولیهاختلاف سطح مجازی است كه اولیه ترانسفورماتور باید با آن تغذیه شود U_in ولتاژ اسمی ثانویه ولتاژی است كه می توان از ثانویه ترانسفورماتور بدون بار بوده و به اولیه ولتاژ اسمی داده شده باشد . U_2n به بیان دیگر ولتاژ اسمی عبارت است از ولتاژی كه عملا كلیه عایقها و سیستم های عایق را بر اساس آن طراحی می كنند و ولتاژی است كه در حالت بهره برداری عادی به ترانسفورماتور اعمال می شود . ولتاژهای استانداردی كه در شبكه توزیع متوسط در ایران مورد استفاده قرار می گیرد در رنجهای 11 و 20 و 33 كیلو ولت می باشد . كه بسته به موقعیت نصب ترانس در هر یك از شبكه ها از ولتاژ اسمی مناسب طراحی می شود . 3-6-1 جریان اسمیجریان اسمی اولیه یا ثانویه جریانی است كه روی پلاك مشخصات تعیین شده و یا می توان با قدرت ظاهری و ولتاژ اسمی محاسبه نمود از آنجا كه نسبتا ضریب بهره ترانسفورماتور زیاد است قدرت اسمی اولیه و ثانویه را می توان یكی گرفت .