THD გადატვირთვა: როგორ უნდა ჰარმონიკები გააქვს დაზიანება ელექტრო оборудованию 注意：上述翻译中，"ელექტრო оборудованию" 部分似乎未完全翻译成格鲁吉亚语。正确的翻译应为： THD გადატვირთვა: როგორ უნდა ჰარმონიკები გააქვს დაზიანება ელექტრო მოწყობილობებს

როდესაც ფაქტობრივი ქსელის THD აღემატება ზღვრებს (მაგ., ძაბვის THDv > 5%, დენის THDi > 10%), იწვევს მთელი ელექტროენერგეტიკული ჯაჭვის მასშტაბით მოწყობილობების ორგანულ დაზიანებას — გადაცემა → განაწილება → გენერაცია → კონტროლი → მოხმარება. ძირეული მექანიზმები არის დამატებითი კარგვები, რეზონანსული ზედმეტი დენი, ტორქის რყევები და ნიმუშის დისტორსია. დაზიანების მექანიზმები და მანიფესტაციები მნიშვნელოვნად განსხვავდება მოწყობილობის ტიპის მიხედვით, როგორც დეტალურად ჩამოთვლილია ქვემოთ:

1. გადაცემის მოწყობილობები: გადახურება, დამუშავება და სიცოცხლის ხანგრძლივობის მკვეთრად შემცირება

გადაცემის მოწყობილობები პირდაპირ ატარებენ ქსელის დენს/ძაბვას. ჰარმონიკები ამძლავს ენერგიის კარგვებს და დიელექტრიკული იზოლაციის დეგრადაციას. ძირეულად დაზიანებული კომპონენტებია გადაცემის ხაზები (კაბელები/ჰაერზე გადმოტანილი) და დენის ტრანსფორმატორები (CTs).

1.1 გადაცემის ხაზები (კაბელები / ჰაერზე გადმოტანილი ხაზები)

• დაზიანების მექანიზმი: უფრო მაღალი ჰარმონიკული სიხშირეები იწვევს "კანის ეფექტის" გამძლევას (მაღალი სიხშირის დენები კონდუქტორის ზედაპირზე აირეკლება, ეფექტური განივკვეთის შემცირებით), რაც იწვევს ხაზის წინაღობის გაზრდას. დამატებითი სპილენძის კარგვები იზრდება ჰარმონიკის რიგის კვადრატით (მაგ., 5-ე ჰარმონიკის სპილენძის კარგვა 25-ჯერ მეტია ფუნდამენტური კარგვაზე).

• კონკრეტული დაზიანებები:

• გადახურება: THDi = 10%-ზე, სპილენძის კარგვები იზრდება 20%-30%-ით ნომინალურ პირობებთან შედარებით. კაბელის ტემპერატურა შეიძლება 70°C-დან 90°C-მდე მოიმატოს (აღემატება იზოლაციის მაქსიმალურ დასაშვებ მნიშვნელობას), რაც აჩქარებს იზოლაციური ფენების (მაგ., XLPE) დამუშავებას და გაფიცვას.

• სიცოცხლის ხანგრძლივობის შემცირება: გრძელვადიანი გადახურება კაბელის სიცოცხლის ხანგრძლივობას ამცირებს 30 წლიდან 15–20 წლამდე, რაც შეიძლება გამოიწვიოს „იზოლაციის გატეხვა“ და მოკლე ჩართვის დაზიანებები. (ერთ-ერთმა ინდუსტრიულმა პარკმა ერთი წლის განმავლობაში ორი 10kV კაბელი დაამწვა ზედმეტი 3-ე ჰარმონიკის გამო, რის შემდეგაც შეკეთების ხარჯები 800,000 RMB-ს აღემატა.)

1.2 დენის ტრანსფორმატორები (CTs)

• დაზიანების მექანიზმი: ჰარმონიკული დენები (განსაკუთრებით 3-ე და 5-ე) იწვევს CT-ების რკინის ბირთვებში „გადამოსვლის მდგომარეობას“, რაც მკვეთრად იზრდის ჰისტერეზის და წრიული დენების კარგვებს (დამატებითი რკინის კარგვები). გაჯენილობა ამოხალისებს მეორად მხარის გამოტანის ტალღის ფორმას, რაც არ აისახებს ზუსტად პირველად მხარის დენს.

• კონკრეტული დაზიანებები:

• ბირთვის გადახურება: CT-ის ბირთვის ტემპერატურა შეიძლება 120°C-ს აღემატებოდეს, რაც ამწვავს მეორადი ქვეშაშეხვევის იზოლაციას და იწვევს თანაფარდობის შეცდომებს.

• დაცვის შეცდომები: დისტორსირებული მეორადი დენი იწვევს დაცვის რელეების (მაგ., ზედმეტი დენის დაცვა) „ხაზის მოკლე ჩართვის“ შეცდომას, რაც იწვევს შეცდომით გათიშვებს. (ერთ-ერთმა განაწილების ქსელმა 10 საწყობი გათიშა CT-ების გაჯენილობის გამო, რამაც 20,000 სახლის მომხმარებელი დააზიანა.)

2. განაწილების მოწყობილობები: ხშირი გამართულებები, სისტემური სტაბილურობის დანგრევა

განაწილების მოწყობილობები საშუალებას იძლევა „ზედა და ქვედა დონის“ დაკავშირებას ქსელში. THD-ის ზღვრის გადაჭარბება იწვევს ყველაზე პირდაპირ დაზიანებას. ძირეულად დაზიანებული მოწყობილობებია სიმძლავრის ტრანსფორმატორები, კონდენსატორების ბანკები და რეაქტორები.

2.1 სიმძლავრის ტრანსფორმატორები (განაწილების / მთავარი ტრანსფორმატორები)

• დაზიანების მექანიზმი: ჰარმონიკული ძაბვები იზრდის მაგნიტურ ჰისტერეზის და წრიული დენების კარგვებს ტრანსფორმატორის ბირთვში (დამატებითი რკინის კარგვები); ჰარმონიკული დენები იზრდის ქვეშაშეხვევის სპილენძის კარგვებს. ერთად აღნიშნული მნიშვნელოვნად იზრდის საერთო კარგვებს. არაბალანსირებული სამფაზიანი ჰარმონიკები ასევე იზრდის ნეიტრალურ დენს (მაქსიმუმ 1.5× ფაზური დენი), რაც უარესდებს ლოკალურ გადახურებას.

• კონკრეტული დაზიანებები:

• ბირთვის გადახურება: THDv = 8%-ზე, ტრანსფორმატორის რკინის კარგვები იზრდება 15%-20%-ით. ბირთვის ტემპერატურა იმატებს 100°C-დან 120°C-მდე, რაც აჩქარებს იზოლაციური ზეთის (მაგ., 25# ტრანსფორმატორული ზეთი) დეგრადაციას, აძლიერებს მჟავიანობას და ამცირებს დიელექტრიკულ სიმტკიცეს.

• ქვეშაშეხვევის დამწვარება: გრძელვადიანი გადახურება ქვეშაშეხვევის იზოლაციური ქაღალდის (მაგ., Nomex) კარბონიზაციას იწვევს, რაც მოკლე ჩართვას იწვევს. ქვესადგურის 110kV მთავარი ტრანსფორმატორი დაზიანდა ქვეშაშეხვევში 3 წლის შემდეგ ზედმეტი 5-ე ჰარმონიკის გამო, რის შეკეთების ღირებულებაც 5 მილიონ ზე მეტი იყო.

• სიცოცხლის ხანგრძლივობის შემცირება: გრძელვადიანი THD ზღვრის გადაჭარბება ტრანსფორმატორის სიცოცხლის ხანგრძლივობას ამცირებს 20 წლიდან 10–12 წლამდე.

2.2 პარალელური კონდენსატორების ბანკები (რეაქტიული სიმძლავრის კომპენსაციისთვის)

• დაზიანების მექანიზმი: ელექტრომაგნიტური წინაღობა მცირდება სიხშირის მიხედვით (Xc = 1/(2πfC)), ამიტომ მაღალი სიხშირის ჰარმონიკები იწვევს ზედმეტ დენს. თუ კონდენსატორები ქსელის ინდუქციასთან ერთად ქმნიან „ჰარმონიკულ რეზონანსს“ (მაგ., 5-ე რიგის რეზონანსი), დენი შეიძლება 3–5× ნომინალურ მნიშვნელობამდე მოიმატოს — კონდენსატორების დადგენილ მაჩვენებლებს გაცილებით მეტი.

• კონკრეტული დაზიანებები:

• იზოლაციის გატეხვა: ზედმეტი დენი ამოხალისებს შიდა დიელექტრიკებს (მაგ., პოლიპროპილენის ფილმს), რაც იწვევს ნაგვის გამოტეხვას, ამობურცულებას ან საშიში აფეთქებას. (ერთ

  კონკრეტული ზიანი:

• ქვედა გადახურება: THDi = 12%-თან, რეაქტორის სპილინგის შესველის დანაკარგი 30%-ზე მეტად იზრდება; ქვედა ტემპერატურა 110°C-ს აღემატება, რაც იწვევს იზოლაციური ლაქის ნახშირის წარმოქმნას და ჩაქცევას.

• გულის ხმაური და ცვეთა: რხევის სიხშირე ჰარმონიკებთან ერთდება, რაც ხმაურს (˃85 დბ) იწვევს. გრძელვადიანი რხევა გადახურდება სილიციუმის ფოლადის ფენებს, რაც შეუქცევადად ამცირებს შეღწევადობას და უარყოფს ჰარმონიკების ჩახშობას.

3. გენერაციის მოწყობილობები: გამოტაცის შეზღუდვა, უსაფრთხოების რისკების ზრდა

გენერაციის მოწყობილობები წარმოადგენს ქსელის "ენერგიის წყაროს". ზედმეტი THD უარყოფითად აისახება ოპერაციულ სტაბილურობაზე. ძირეულად დაზიანებული მოწყობილობები: სინქრონული გენერატორები, აღდგენადი ინვერტორები (ფოტოვოლტაიკური/ქარის).

3.1 სინქრონული გენერატორები (თერმული/ჰიდრო სადგურები)

• დაზიანების მექანიზმი: ქსელის ჰარმონიკები უკან გადაეცემა გენერატორის სტატორის ქვედებს, რაც ქმნის „ჰარმონიკულ ელექტრომაგნიტურ მომენტს“. ეს ძირეულ მომენტზე დადებული, ქმნის „პულსაციურ მომენტს“, რაც იწვევს რხევის ზრდას. ჰარმონიკული დენები ასევე ზრდის სტატორის სპილინგის შესველის დანაკარგს, რაც იწვევს ლოკალურ გადახურებას.

• კონკრეტული ზიანი:

• გამოტაცის შემცირება: 300 მეგავატიანი ერთეული THDv = 6%-თან გამოიწვევს ±0,5% სიჩქარის რხევას პულსაციური მომენტის გამო, რაც ამცირებს გამოტაციას 280 მეგავატზე ნაკლებად, ეფექტიანობა კი 5%-8%-ით იკლებს.

• ქვედის გადახურება: სტატორის ტემპერატურა შეიძლება მიაღწიოს 130°C-ს (აღემატება A კლასის იზოლაციის 105°C ლიმიტს), რაც აჩქარებს იზოლაციის დაბვას და ამატებს შემოვლებს შორის შემოკრეჭვის რისკს.

• საღრმავის ცვეთა: გაზრდილი რხევა აჩქარებს საღრმავის (მაგ., მანჟეტური საღრმავის) ცვეთას, რაც სიცოცხლის ხანგრძლივობას ამცირებს 5 წლიდან 2–3 წლამდე.

3.2 აღდგენადი ინვერტორები (ფოტოვოლტაიკური / ქარის)

• დაზიანების მექანიზმი: ინვერტორები მგრძნობიარენი არიან ქსელის THD-ის მიმართ (GB/T 19964-2012 მიხედვით). თუ შეერთების წერტილში THDv > 5%, ინვერტორი გააქტიურებს „ჰარმონიკულ დაცვას“ დაზიანების თავიდან ასაცილებლად. გარდა ამისა, ჰარმონიკული ძაბვა იწვევს DC და AC მხარეს შორის სიმძლავრის დისბალანსს, რაც იწვევს IGBT მოდულის გადახურებას.

• კონკრეტული ზიანი:

• ქსელიდან გამორთვა: 7% THDv-ის მქონე ქარის ფერმაში, 1.5 მეგავატიანი ინვერტორის 20 ერთეული ერთდროულად გამოირთო, რაც ერთ დღეში 100,000 კვტ·სთ-ზე მეტი ქარის ენერგიის გამოყენების უარყოფას განიცდიდა, რაც დაკარგული შემოსავლით ~50,000 RMB-ს უდრიდა.

• IGBT-ის გადახურება: ჰარმონიკების პირობებში გრძელვადი ექსპლუატაცია იწვევს IGBT მოდულებში (ძირეული კომპონენტი) გადართვის დანაკარგის ზრდას, ტემპერატურის 150°C-ზე მაღლა აწევას და „თერმული დაშლის“ რისკს. ერთი ინვერტორის შეკეთების ღირებულება 100,000 RMB-ს აღემატება.

4. მართვის მოწყობილობები: ნიმუშის დისტორსია, სისტემური შეცდომები

მართვის მოწყობილობები წარმოადგენს ქსელის „ტვინსა და ნერვულ სისტემას“. ზედმეტი THD იწვევს ნიმუშის მონაცემების დისტორსიას და ბრძანებების გადაცემის არანორმალურობას. ძირეულად დაზიანებული მოწყობილობები: დამცავი რელეები, ავტომატიზაციის და კომუნიკაციის სისტემები.

4.1 დამცავი რელეები (გადატვირთვის / დიფერენციული დაცვა)

• დაზიანების მექანიზმი: ჰარმონიკული დენები იწვევს CT-ების გადატვირთვას გადატვირთვის დროს, რაც იწვევს ნიმუშის დენის ტალღის დისტორსიას (მაგ., ბორბლისებური ტალღა), რაც დამცავი ალგორითმებს აიძულებს შეცდომით განსაზღვრონ ამპლიტუდა და ფაზა, რაც იწვევს არასწორ რეაგირებას. ჰარმონიკული ძაბვა ასევე შეიძლება იმოქმედოს რელეის სამარაგე წყაროზე, რაც ლოგიკური მიკროსქემის შეცდომებს იწვევს.

• კონკრეტული ზიანი:

• შეცდომით გამორთვა: THDi = 12%-ის მქონე გადამატების ქსელში CT-ის გამოტაციის გამო მოხდა გამოტაცილებული გამოტაცილება, რაც გამოიწვევა გადატვირთვის დაცვის შეცდომით გამორთვას „ხაზის შემოკრეჭვის“ დეტექციით, რის შედეგადაც 10 საწოლი გამო

  5.1 სამრეცხო დრილები (ინდუქციური / სინქრონული დრილები)

  • დაზიანების მექანიზმი: ჰარმონიული ვოლტაჟი წარმოქმნის დრილის სტატორის გარყვებში "ჰარმონიულ დენის" ფორმირებას, რით ქმნის "უარყოფით სიმრავლის როტირების მაგნიტურ ველს". როდესაც ეს დაკავშირდება ფუნდამენტურ ველს, ისინი წარმოქმნიან "ტორკის შესაჩერებლად", რაც იწვევს სიჩქარის ფლუქტუაციას და ვიბრაციის ზრდას. ჰარმონიული დენი ასევე ზრდის სტატორის/როტორის სპილადის დაკარგულებებს, რით იწვევს ზოგად გათხრას.

  • კონკრეტული დაზიანებები:

  • ეფექტურობის შემცირება: 100 kW ინდუქციურ დრილზე THDv = 7% და ეფექტურობა შედის 92%-დან 85%-ზე, რით დაემატება 50,000 kWh დასახმარებელი ენერგია წლის განმავლობაში (0.6 იუანი/kWh-ით, დამატებითი ენერგიის ღირებულება: 30,000 იუანი/წელი).

  • დასახელება: სტალის ზავის დრილი შემდგომში ექვსი თვის განმავლობაში ორჯერ დაიხარხარდა შვიდე ჰარმონიულის განულების გამო; სტატორის ტემპერატურა მიაღწია 140°C-მდე. დრილის ჩანაცვლების ღირებულება აღემატებოდა 2 მილიონ რენმინბის.

  • ვიბრაცია და ხმა: დრილის ვიბრაციის აჩქარება ზრდის 0.1g-დან 0.5g-მდე, ხმა აღემატება 90dB-ს, რით არწყვებს სამუშაო გარემოს და აჩქარებს ფუძის დახურვას.

  5.2 სიზუსტის მოწყობილობები (სემიკონდუქტორული ლითოგრაფიული მანქანები / სამედიცინო MRI)

  • დაზიანების მექანიზმი: ამ მოწყობილობებს სჭირდება უსაშიშრო ვოლტაჟი (THDv ≤ 2%). ჰარმონიულები ზრდის შიდა ენერგეტიკულ საშუალებებში რიპლის დონეს და შემცირებს ADC შერჩევის სიზუსტეს, რით ბოლოს დაზიანებული ხდება ფუნქციონირება.

  • კონკრეტული დაზიანებები:

  • სიზუსტის დაკარგვა: სემიკონდუქტორულ ლითოგრაფიულ მანქანაზე THDv = 4% ლაზერის პოზიცირების სიზუსტე შედის 0.1μm-დან 0.3μm-მდე, რით ვაფერის დასამზადების ხარისხი შედის 95%-დან 80%-მდე, დაკარგული ხდება მიმდევარი დღეში 500,000 იუანის წარმოებითი ღირებულება.

  • მოწყობილობის შეჩერება: ჰარმონიულები იწვევენ დენის ფლუქტუაციას MRI გრადიენტულ კოილებში, რით ხდება გარკვეული იმეიჯინგის შეუძლებლობა, რით დახურული ხდება მოწყობილობა. (ერთ საავადმყოფოში MRI დახურული იყო 2 დღის განმავლობაში მესამე ჰარმონიულის აღმატების გამო, დაკარგული ხდებოდა 100,000 იუანის დიაგნოსტიკური შემოსავალი.)

  შეჯამება: THD-ის გამოწვეული მოწყობილობის დაზიანების ძირითადი წესები

  • ინდუქციური მოწყობილობები (ტრანსფორმატორები, დრილები, რეაქტორები): დაზიანების დაზუსტებული სიმრავლე — ჰარმონიულები ზრდის კარის/სპილადის დაკარგულებებს, რით გამოწვეული ხდება გათხრა და ხარხარდება.

  • კაპაციტიური მოწყობილობები (კაპაციტორები): დაზიანების დაზუსტებული სიმრავლე — ჰარმონიულები ერთგვარი რეზონანსის დაწყებას, რით გამოწვეული ხდება გადმოხდენის იზოლაციის დახურვა.

  • კონტროლის მოწყობილობები (რელეები, კომუნიკაციის სისტემები): დაზიანების დაზუსტებული სიმრავლე — ჰარმონიულები დახრილებს დატაცებას, რით გამოწვეული ხდება მართვის დახრილები ან მუშაობის შეჩერება.

  • სიზუსტის მოწყობილობები (ლითოგრაფიული მანქანები, MRI): დაზიანების დაზუსტებული სიმრავლე — ჰარმონიულები ზრდის ვოლტაჟის რიპლის დონეს, რით გამოწვეული ხდება სიზუსტის დაკარგვა.

  ამიტომ, ელექტროენერგიის ქსელები უნდა გამოიყენონ დუალური სტრატეგია:
  "ჰარმონიული მონიტორინგი (THD მისაღების შეცდომა ≤ ±0.5%) + აქტიური ფილტრაცია (APF) / პასიური ფილტრაცია"
  რათა დარწმუნდებიან, რომ THDv დარჩება ეროვნული სტანდარტის ზღვარის 5% შემდეგ, რით წყაროდ იწყება მოწყობილობების დაზიანების პრევენცია.