نویسنده : در شبکههای برق امروزی، استفاده گسترده از تجهیزات الکترونیکی مانند اینورترها، درایوها، UPS و روشناییهای LED باعث ایجاد اعوجاج هارمونیک کل در شکل موج جریان میشود که به آن هارمونیک گفته میشود. هارمونیکها جریانهایی با فرکانسی بالاتر از فرکانس اصلی شبکه هستند و در صورت کنترل نشدن، میتوانند موجب افزایش تلفات، داغ شدن تجهیزات و آسیب جدی به بانکهای خازنی شوند. اینجاست که پای فیلتر هارمونیک به میان می آید.
هارمونیکهای رایج در شبکه برق
از نظر تئوری هارمونیکهای متعددی در شبکه وجود دارد، اما در شبکه فشار ضعیف، هارمونیک سوم و پنجم بیشترین اهمیت عملی را دارند. هارمونیک سوم بیشتر در ساختمانهای اداری و تجاری دیده میشود و تمایل به تجمع در سیم نول دارد، در حالی که هارمونیک پنجم رایجترین هارمونیک در محیطهای صنعتی است و بیشترین نقش را در ایجاد پدیده رزونانس با بانک خازنی دارد.
نقش فیلتر هارمونیک خازنی
فیلتر هارمونیک لیفاسا با تیون شدن روی فرکانس مشخص (مانند %7 یا %14)، از تشدید هارمونیکها جلوگیری کرده و ضمن حفاظت از خازنها، پایداری و طول عمر تجهیزات را افزایش میدهد. به همین دلیل، انتخاب صحیح توان راکتیو (kVAR) و درصد تیونینگ فیلتر، نقش کلیدی در عملکرد ایمن شبکه دارد؛ موضوعی که در طراحی فیلترهای هارمونیک خازنی لیفاسا مورد توجه ویژه قرار گرفته است.
انواع فیلتر هارمونیک و کاربرد آنها
برای کنترل هارمونیکها در شبکههای فشار ضعیف و صنعتی، از دو دسته اصلی فیلتر هارمونیک استفاده میشود: فیلترهای پسیو و فیلترهای اکتیو. انتخاب نوع فیلتر، مستقیماً به سطح هارمونیک، نوع بار و ساختار بانک خازنی وابسته است.ش
فیلتر هارمونیک پسیو (Passive Harmonic Filter)
فیلترهای پسیو متداولترین و اقتصادیترین روش کنترل هارمونیک در شبکههای صنعتی هستند. این فیلترها از ترکیب خازن و راکتور تشکیل میشوند و روی فرکانس مشخصی تیون میشوند.
انواع فیلتر پسیو
- Detuned Filter (فیلتر دتیون)
در این نوع، فرکانس تشدید مجموعه خازن–راکتور عمداً پایینتر از هارمونیک غالب (معمولاً هارمونیک پنجم) تنظیم میشود؛ مانند تیون %7 (189Hz) یا %14 (134Hz).
کاربرد اصلی آن، جلوگیری از رزونانس و محافظت از بانک خازنی در شبکههایی با THD متوسط است. - Tuned Filter (فیلتر تیونشده)
این فیلتر دقیقاً روی فرکانس یک هارمونیک خاص (مثلاً هارمونیک پنجم یا هفتم) تنظیم میشود و نقش جذب مستقیم هارمونیک را دارد.
بیشتر در شبکههای صنعتی با بارهای سنگین و هارمونیک بالا استفاده میشود.
فیلتر هارمونیک اکتیو (Active Harmonic Filter)
فیلتر اکتیو تجهیزی الکترونیکی است که با اندازهگیری لحظهای هارمونیکها، جریان معکوس تزریق کرده و اعوجاج را حذف میکند.
این فیلترها:
- برای بارهای متغیر و غیرقابل پیشبینی
- در شبکههایی با چندین مرتبه هارمونیکی همزمان
- و در پروژههای حساس (دیتاسنتر، بیمارستان، خطوط دقیق تولید)
کاربرد دارند، اما هزینه بالا و پیچیدگی نگهداری باعث میشود معمولاً بهعنوان مکمل فیلتر پسیو استفاده شوند، نه جایگزین کامل آن.
نکات مهم طراحی بانک خازنی برای کاهش رزونانس
رزونانس یکی از خطرناکترین پدیدهها در شبکههای دارای بانک خازنی است و در اثر تطابق فرکانس هارمونیک با فرکانس تشدید شبکه ایجاد میشود. برای جلوگیری از آن، رعایت نکات زیر ضروری است:
- بررسی درصد THD جریان و ولتاژ قبل از طراحی بانک خازنی
- انتخاب صحیح توان خازن (kVAR) متناسب با بار واقعی شبکه
- استفاده از فیلتر هارمونیک دتیونشده در حضور هارمونیک پنجم یا سوم
- هماهنگی فرکانس تیون فیلتر با ساختار شبکه (مثلاً %7 یا %14)
- کیفیت راکتور و خازن از نظر تحمل جریان هارمونیکی و دمای کاری
در طراحی اصولی، هدف فقط اصلاح ضریب توان نیست؛ بلکه پایداری شبکه، افزایش عمر تجهیزات و جلوگیری از آسیبهای پنهان هارمونیکی است.
در شبکههای صنعتی، تجهیزات تابلو برق شامل کلید اتوماتیک و کلید مینیاتوری نیز نقش کلیدی در ایمنی و عملکرد دارند و انتخاب صحیح آنها در کنار فیلتر هارمونیک خازنی باعث افزایش پایداری سیستم میشود.
THD چیست و چرا قبل از خرید فیلتر هارمونیک خازنی باید بررسی شود؟
THD یا Total Harmonic Distortion شاخصی برای سنجش میزان آلودگی هارمونیکی شبکه برق است و نشان میدهد چه درصدی از جریان یا ولتاژ شبکه، از شکل سینوسی استاندارد فاصله گرفته است. هرچه مقدار THD بالاتر باشد، حضور بارهای غیرخطی مانند اینورترها، درایوهای سرعت موتور، UPS و تجهیزات الکترونیکی قدرتی در شبکه پررنگتر است.
در عمل، THD جریان (THDi) مهمترین پارامتر برای انتخاب فیلتر هارمونیک خازنی و طراحی صحیح بانک خازنی محسوب میشود، زیرا مستقیماً روی جریان عبوری از خازن و احتمال رزونانس اثر میگذارد.
تفسیر درصد THD برای انتخاب فیلتر هارمونیک
در شبکههای صنعتی و تجاری، میتوان بهصورت عملی THD را اینگونه تفسیر کرد:
- THD کمتر از 10%
شبکه نسبتاً سالم است و معمولاً بانک خازنی ساده بدون فیلتر خاص هم قابل استفاده است، هرچند استفاده از فیلتر دتیون ایمنتر خواهد بود. - THD بین 10 تا 20%
این محدوده رایجترین حالت در کارخانهها و ساختمانهای دارای درایو و تجهیزات الکترونیکی است. در این شرایط، استفاده از فیلتر هارمونیک خازنی دتیونشده %7 (189Hz) توصیه میشود تا از تشدید و اضافهجریان خازن جلوگیری شود. - THD بالاتر از 20%
شبکه بهشدت آلوده به هارمونیک است. در این وضعیت، معمولاً فیلترهای %14 (134Hz) یا ترکیب فیلتر پسیو و اکتیو برای حفاظت بانک خازنی و تجهیزات ضروری میشود.
این تقسیمبندی به شما کمک میکند بداند قیمت فیلتر هارمونیک لیفاسا مستقیماً به وضعیت واقعی شبکه او وابسته است، نه صرفاً توان ظاهری بانک خازنی.
ارتباط THD با انتخاب فیلتر هارمونیک خازنی
نادیده گرفتن THD یکی از رایجترین دلایل خرابی زودهنگام بانکهای خازنی است. اگر درصد THD در شبکه بررسی نشود، ممکن است فیلتر از نظر توان اسمی درست انتخاب شود، اما در عمل تحت تأثیر اعوجاج هارمونیک کل دچار افزایش دما، اضافهجریان و تشدید فرکانسی شود.
به همین دلیل در خرید لوازم الکتریکی، انتخاب فیلتر هارمونیک خازنی همواره بر پایه وضعیت واقعی شبکه، درصد THD و فرکانس غالب هارمونیک انجام میشود، نه صرفاً عدد کیلووار درجشده روی خازن.
انتخاب صحیح توان خازن (kVAR) برای شبکه
برای انتخاب توان مناسب خازن، سه عامل اصلی باید در نظر گرفته شوند:
- بار واقعی شبکه (توان راکتیو مورد نیاز)
- قبل از خرید، میزان توان راکتیو مورد نیاز شبکه خود را با اندازهگیری یا مشاوره فنی مشخص کنید.
- انتخاب خازن کمتر از نیاز شبکه باعث جبران ناقص، انتخاب خازن بیش از حد باعث اضافهجریان و آسیب تجهیزات میشود.
- درصد فیلتر هارمونیک (%7 یا %14)
- %7 برای شبکههایی با THD جریان بین 10 تا 20٪ و هارمونیک غالب پنجم مناسب است.
- %14 برای شبکههای آلودهتر و وجود هارمونیک سوم غالب توصیه میشود.
- توزیع توان در شبکه
- بهتر است توان مورد نیاز به چند خازن با ظرفیت پایینتر تقسیم شود تا انعطاف و کنترل بهتری روی شبکه داشته باشیم و ریسک رزونانس کاهش یابد.
راهنمای انتخاب محصولات فیلتر هارمونیک لیفاسا
| توان خازن (kVAR) | درصد هارمونیک | کاربرد |
|---|---|---|
| 12.5 | 7% | شبکه کوچک با بار متوسط و THD 10-15٪ |
| 20 | 7% | شبکه با بار متوسط و THD حدود 15٪ |
| 25 | 7% | شبکه صنعتی کوچک و بار غیرخطی متوسط |
| 30 | 7% | شبکه صنعتی با چند اینورتر و THD 15-20٪ |
| 40 | 7% | شبکه صنعتی بزرگ با بار غیرخطی زیاد |
| 50 | 7% | شبکه صنعتی بزرگ و چند فاز با تجهیزات قدرت بالا |
| 12.5 | 14% | شبکه آلوده با هارمونیک سوم غالب |
| 25 | 14% | شبکه صنعتی با THD بالاتر از 20٪ |
| 50 | 14% | شبکه صنعتی بسیار آلوده و بار سنگین |
جمعبندی
هارمونیکها میتوانند عملکرد بانکهای خازنی و تجهیزات شبکه را مختل کنند و افزایش THD، ریسک رزونانس و کاهش عمر مفید سیستم را به همراه دارد. استفاده از فیلتر هارمونیک خازنی، انتخاب درست توان خازن (kVAR) و درصد تیون (%7 یا %14) باعث کنترل جریانهای هارمونیکی، حفاظت از خازنها و پایداری شبکه میشود.
