THD Overload: د هارمونیکونو څخه د پاور ملزمو وړاندې کول

که د واقعی تاریکو ټی اچ دي اړخیزېږي (مثلاً، ولټاژ THDv > ۵٪، کورنټ THDi > ۱۰٪)، داسې د ټولې پاور چین جوړښت سره ارګاني ضربې راويژي - ټرانسپورټ → ډیستریبوټیون → ژنراتیون → کنټرول → کانسیموشن. دا اصلي مکانیزمونه ځای کېدای شي: اضافي لوستونه، ریزونانس اوورکورنټ، تورک فلکچیرز او نمونه جوړولو څخه خراب شوې. د ضربې مکانیزمونه او دا موخې د ډیوسن جنس له لارې زیاته توپیر لري، په څنګه چې په زیرمنظر کې داسې جوړ شوې:

۱. ټرانسپورټ اوسازۍ: ګرمی، اوږد یا ډېر کم عمر

ټرانسپورټ اوسازۍ د تاریکو کورنټ/ولټاژ بېلابېل کوي. هارمونیکونه د انرژي لوستونه او عایقې د چپې کېدونکي څخه خرابولو ترسره کوي. د نښل شوې کامپوننټونه د ټرانسپورټ لاینونه (کابل/اوورهد) او کورنټ ترانسفورمر (CTs) دي.

۱.۱ ټرانسپورټ لاینونه (کابل / اوورهد لاینونه)

• ضربې مکانیزم: لوې هارمونیک فرکونسونه د "سکین افکټ" (لوې فرکونسي کورنټونه د کندوکټر سطح کې متمرکز وي، د موثر کراس سکشنال عرض کې کم کوي)، د لاین مقاومت ډېر کوي. اضافي کپر لوستونه د هارمونیک ترتیب سره مربع ډېر کوي (مثلاً، ۵م هارمونیک کپر لوست ۲۵× د اصلي کپر لوست).

• خصوصي ضربې:

• ګرمی: THDi = ۱۰٪، کپر لوستونه د ریټنګ شرایطو څخه ۲۰٪-۳۰٪ ډېر کوي. کابل ټیمپراتوره د ۷۰°C له ۹۰°C پورې ډېر کوي (د عایقې تلرنې تر څو وړاندې)، د عایقې لایرونه (مثلاً XLPE) د چپې کېدونکي او کریک کېدونکي ډېر کوي.

• کم عمر: د ګرمی پر وخت ډېر کول د کابل عمر د ۳۰ کالو له ۱۵–۲۰ کالو ته کم کوي، د "عایقې چپې کېدونکي" او کورنټ کورټ کېدونکي ډېر کوي. (یو صنعتي پارک د یو کاله څخه د ۳م هارمونیک د ډېرې څخه دوه ۱۰kV کابل ګرم شوې او د چپې کېدونکو څخه ۸۰۰,۰۰۰ RMB په چاپې د مرمت کې خرچول شوې.)

۱.۲ کورنټ ترانسفورمر (CTs)

• ضربې مکانیزم: هارمونیک کورنټونه (مخصوصاً ۳م او ۵م) د CT آهن کرنې "ترونت سیټوریشن" راويژي، د یسترسی او ایدی کورنټ لوستونه (اضافی آهن لوستونه) ډېر کوي. سیټوریشن د دویمه طرفه د خروجی نمونه څخه خراب کوي، د اوږد کورنټ ټوپیر ښه نشان نه کوي.

• خصوصي ضربې:

• کرنې ګرمی: CT کرنې ټیمپراتوره د ۱۲۰°C پورې ډېر کوي، د دویمه وینګونه د عایقې چپې کېدونکي او د نسبت څخه غیرصحیح شوې.

• پروټیکشن غیرصحیح کارول: خراب شوې دویمه کورنټ د پروټیکشن ریلی (مثلاً اوورکورنټ پروټیکشن) د "لاین کورټ" غیرصحیح تشخیص وکړي، د غیرصحیح تریپ ترسره کوي. (یو ډیستریبوټیون نیټ ورک د CT سیټوریشن څخه ۱۰ فیدر تریپ شوې، د ۲۰,۰۰۰ خانه تأثیر لري.)

۲. ډیستریبوټیون اوسازۍ: په وخت کې ډېر خرابې، د سیسټم پایداری کې خرابې

ډیستریبوټیون اوسازۍ د تاریکو لپاره "بالا او پایین تړل" مهم دي. THD د حدودو څخه ډېر شوې د نیټو ډیرو خرابې ترسره کوي. د نښل شوې دواترو د پاور ترانسفورمر، کاپیسیټر بانکونه او ریکټورونه شامل دي.

۲.۱ پاور ترانسفورمر (ډیستریبوټیون / مین ترانسفورمر)

• ضربې مکانیزم: هارمونیک ولټاژونه د ترانسفورمر کرنې د مغناطيسي یسترسی او ایدی کورنټ لوستونه (اضافی آهن لوستونه) ډېر کوي؛ هارمونیک کورنټونه د وینګونه کپر لوستونه ډېر کوي. د دوو څخه د ټولو لوستونه ډېر کوي. د ناوازې ټینګه هارمونیکونه د نیټرال کورنټ ډېر کوي (د ټینګه کورنټ ۱.۵× تر څو)، د محلی ګرمی ډېر کوي.

• خصوصي ضربې:

• کرنې ګرمی: THDv = ۸٪، د ترانسفورمر آهن لوستونه ۱۵٪-۲۰٪ ډېر کوي. کرنې ټیمپراتوره د ۱۰۰°C له ۱۲۰°C پورې ډېر کوي، د عایقې میټریال (مثلاً ۲۵# ترانسفورمر میټریال) د چپې کېدونکي، د اسیدیتی ډېر کوي او د الکټریکی قدرت کم کوي.

• وینګونه ګرم شوې: د ګرمی پر وخت ډېر کول د وینګونه د عایقې کاغذ (مثلاً Nomex) د چپې کېدونکي، د کورټ کېدونکي ډېر کوي. یو سب واکټر د ۱۱۰kV مین ترانسفورمر د ۵م هارمونیک د ډېرې څخه د ۳ کالو څخه د وینګونه کورټ شوې، د مرمت کې خرچول د ۵ میلیون RMB پورې رسیدل.

• کم عمر: THD د حدودو څخه ډېر شوې د ترانسفورمر عمر د ۲۰ کالو له ۱۰–۱۲ کالو ته کم کوي.

۲.۲ شانت کاپیسیټر بانکونه (د ریاکټیو پاور کمپنزیشن لپاره)

• ضربې مکانیزم: د کاپیسیټر چاپې د فرکونس څخه کم شوې (Xc = ۱/(۲πfC))، په ډېرې فرکونسي هارمونیکونه د اوورکورنټ ترسره کوي. که کاپیسیټرونه د تاریکو ایندکتانس (مثلاً ۵م ترتیب ریزونانس) سره "هارمونیک ریزونانس" جوړ کړي، د کورنټ ډېر کوي د ۳–۵× ریټنګ مقدار تر څو.

• خصوصي ضربې:

• عایقې چپې کېدونکي: اوورکورنټ د داخلی دیالکټریک (مثلاً پالیپروپیلن فلم) ګرم کوي، د چپې کېدونکي، بېلې کېدونکي یا یا هتي اکسپلوزیون ډېر کوي. (یو صنعتي ورکشاپ د یو میاشتو څخه د ۷م هارمونیک ریزونانس څخه دوه ۱۰kV کاپیسیټر بانکونه چپې شول، هر بانک د چپې کېدونکو څخه ۱۵۰,۰۰۰ RMB په چاپې د مرمت کې خرچول شوې.)

• پروټیکشن خراب شوې: ریزونانس کورنټونه د فیوز لینکونه چپې کوي؛ که پروټیکشن څخه غیرصحیح کارول، د آتش پرته ډېر کوي.

۲.۳ سیریز ریکټورونه (د هارمونیک سپرسیون لپاره)

• ضربې مکانیزم: که چیرې د خاص هارمونیکونه (مثلاً ۳م، ۵م) د سپرسیون لپاره کارول کیږي، ریکټورونه د اوږد هارمونیک کورنټ څخه د وینګونه کپر لوستونه ډېر کوي. د هارمونیکونو څخه د پالساټنگ مغناطيسي فیلډونه د کرنې ویبریشن ډېر کوي، د مکانیکي ګریز ډېر کوي.

• پرتې خسارت:

• پیچل شوی د وینډنګ ګرمۍ: د THDi = ۱۲٪ په توګه، راکټرونو کپر لوزې ۳۰٪ څخه زیاته کېږي؛ وینډنګ د ټیمپراتوره ۱۱۰°C څخه اوږدوي، چې د انسولیشن نیکړالې ته کاربونایز او په ځانګړي توګه سره په ښه توګه بندېږي.

• کرن هوارې او کېښودونکي: د هارمونیکو سره د لرزش فریکوئنسي جوړ شي، د لوی هوارې (۸۵ dB) پیدا کوي. د مدت له وخت د لرزش ډیری ډیر کېږي، چې د سیلیکون سټیل لیمنیشنونه په سره تړاو کېږي، د پرمیابیتیتی ډیر کېږي او د هارمونیکو سپړ کولو تاثیر ټیکل کېږي.

۳. ژنریشن ډول: د څوکولو محدودیت، د امنیتی خطراتو لوړول

ژنریشن ډول د ګرید د "انرجۍ منبع" دي. د THD ډیری مقدار د عملیاتي استحکام ته منفي تاثیر ورکوي. د تاثیر لرونکي ډولونه: سنکرون ژنراتورونه، د نووې انرجۍ د انورټر (PV/وینډ).

۳.۱ سنکرون ژنراتورونه (حرارتی/آبی پلان)

• د خسارت مکانیزم: د ګرید د هارمونیکو په واسطه د ژنراتورو ستور وینډنګونه ته واپس ورکول کېږي، چې د "هارمونیکو الکترومغناطيسي ټورک" جوړوي. د اصلي ټورک سره دا د "پلیسټینګ ټورک" جوړوي، د لرزش ډیر کېږي. د هارمونیکو کورنټونه هم د ستور کپر لوزې ډیر کېږي، چې د محلی ګرمۍ تولیدوي.

• پرتې خسارت:

• د څوکولو کمېدل: د ۳۰۰MW یونټ په THDv = ۶٪ کې د ټورک څخه ±۰.۵٪ د سرعتو ګټه ورکېږي، چې د څوکولو مقدار ۲۸۰MW څخه ډیر کېږي، د کارایی ۵٪-۸٪ کمېدل.

• د وینډنګ ګرمۍ: د ستور ټیمپراتوره ۱۳۰°C (د کلاس A انسولیشن حد ۱۰۵°C څخه اوږدوي)، د انسولیشن ډیر کېږي او د ترن-تو-ترن کور کېدونکي خطر ورکوي.

• د بیرنګ کېښودونکي: د لرزش ډیر کېږي د بیرنګ (مثال: سلیو بیرنګ) کېښودونکي ډیر کېږي، د عمر څخه ۵ کال څخه ۲-۳ کال ته کمېدل.

۳.۲ د نووې انرجۍ د انورټر (PV / وینډ)

• د خسارت مکانیزم: د انورټر د ګرید THD (د GB/T 19964-2012 په واسطه) حساس دي. که د پوائنټ-او-کنکشن THDv > ۵٪ وي، انورټر د "هارمونیکو پروټیکشن" ته ترسره کوي ترڅو د خسارت پېښل شي. همدا د هارمونیکو ولټج د DC او AC سره د قدرت ډیری ګټه ورکېږي، چې د IGBT ماډول ګرمۍ تولیدوي.

• پرتې خسارت:

• د ګرید سره ګټه: د وینډ فارم کې د THDv = ۷٪ په توګه، ۲۰ یونټونه ۱.۵MW انورټر یوازې ګټه ورکېږي، چې د یوه ورځې په ورته ۱۰۰,۰۰۰ kWh وینډ انرجۍ راغلې شي، د کارونکي ګټه څخه ~۵۰,۰۰۰ RMB ګټه ورکېږي.

• د IGBT جلا شوې: د هارمونیکو سره د مدت له وخت د IGBT ماډول (مرکزي کومپوننت) د سویچنګ لوزې ډیر کېږي، د ټیمپراتوره ۱۵۰°C څخه اوږدوي، د "thermal breakdown" خطر ورکوي. د هر انورټر لپاره د جلا شوې ګټه ۱۰۰,۰۰۰ RMB څخه ډیر کېږي.

۴. کنټرول ډول: د نمونه ډیسټرټیون، د سیستم غیرمعمولیتوب

کنټرول ډول د ګرید د "مخ او عصبی سیستم" دي. د THD ډیری مقدار د نمونه دیټا ډیسټرټیون او د امر ډیلیوری غیرمعمولیتوب ورکوي. د تاثیر لرونکي ډولونه: د محافظتی رلیونه، د اوټومیشن کامیونیکیشن سیستمونه.

۴.۱ د محافظتی رلیونه (اورکرینټ / دیفرانسیل محافظت)

• د خسارت مکانیزم: د هارمونیکو کورنټونه د CT د ټرانزیټوری سیټریشن ورکوي، د نمونه شوی کورنټ ویو فارم (مثال: د فلات-تاپ شوی ویو) ډیسټرټیون کېږي، د محافظتی الګوریتمونه د امپلیټود او فاز غلط ژور کېږي، غیرصحیح افعال ترسره کېږي. د هارمونیکو ولټجونه هم د رلی د پاور سپلای ته د داخلي کارونکي تداخل ورکوي، د لوژیک سرکټونه غیرمعمولیتوب ورکوي.

• پرتې خسارت:

• د غلط تریپ: د THDi = ۱۲٪ د ډیسټریبوټیشن نټورک کې د CT د ټرانزیټوری سیټریشن په واسطه د نمونه شوی کورنټ ویو ډیسټرټیون کېږي، د اوورکرینټ محافظت غلط ژور کېږي "د لاین کور کېدونکي" او ۱۰ فیدر تریپ کېږي، د ۲۰,۰۰۰ کورنو ته د ګرید د ګټه ۴ ساعتونه ورکېږي، د غیرمستقیم اقتصادي ګټه ۲ میلیون RMB څخه ډیر کېږي.

• د تریپ نشي: که د هارمونیکو تداخل د رلی د پاور سپلای څخه ±۱۰٪ ولټج ګټه ورکېږي، د لوژیک سرکټونه کراش کېږي، د حقیقي غلطونه ته تریپ نشي، د غلطونه ډیر کېږي.

۴.۲ د اوټومیشن کامیونیکیشن ډول (RS485 / فایبر ماډولونه)

• د خسارت مکانیزم: د هارمونیکو د الکترومغناطيسي ریډییشن (مثال: ۱۰V/m RF تداخل) په کامیونیکیشن لینونو کې کوپل شوي، د دیټا ټرانسمیشن "بیټ فلیپ" ورکوي. د هارمونیکو ولټجونه هم د کلک ماډولونه د سینکرونیزیشن خراب ورکوي.

• پرتې خسارت:

• د بیټ ایرر ریټ ډیری کېږي: د هارمونیکو تداخل په واسطه، د ډیسټریبوټیشن اوټومیشن سیستم کې د RS485 کامیونیکیشن بیټ ایرر ریټ ۱۰⁻⁶ څخه ۱۰⁻³ ته ډیر کېږي، د امر (مثال: "د کاپا سویچنګ تنظیم") د ورکولو یا لاړ شوې ورکېږي.

• ماډولونه جلا شوې: د ډیری فریکوئنسي هارمونیکو د سیګنال ایزولیشن سرکټونه (مثال: د آپټوکوپلرز) د کامیونیکیشن ماډولونه کې جلا شوې، د کارونکي ګټه ورکوي. د یوه سباستیشن کې د ۵م هارمونیکو تداخل په واسطه یوه میاشتې کې ۸ فایبر ماډولونه جلا شوې.

۵. د استعمال ډول: د کارونکي ډیری کېږي، د پرودکشن اسانۍ

د استعمال ډول د ګرید د "ټرمینل لوډ" دي. صنعتي او د پریسیشن ډولونه د THD ډیری مقدار له لارې ډیر خسارت کېږي. د تاثیر لرونکي ډولونه: صنعتي موتورونه، د پریسیشن ډول (لیتوګرافی ماشینونه / د پزښتنګي MRI).

۵.۱ موتورهای صنعتی (موتورهای القایی / همزمان)

• مکانیزم خسارت: ولتاژ هارمونیک "جریان هارمونیک" را در پیچهای استاتور موتور ایجاد می‌کند و "میدان مغناطیسی چرخه منفی" را تشکیل می‌دهد. وقتی که بر روی میدان اصلی اضافه شود، "گشتاور ترمز" ایجاد می‌شود که باعث نوسان سرعت و افزایش لرزش می‌شود. جریان هارمونیک همچنین زیان‌های مس استاتور/روتر را افزایش می‌دهد و به طور کلی دما را بالا می‌برد.

• خسارات خاص:

• کاهش کارایی: یک موتور القایی ۱۰۰ کیلووات با THDv = ۷٪ کارایی خود را از ۹۲٪ به زیر ۸۵٪ کاهش می‌دهد و بیش از ۵۰,۰۰۰ کیلووات ساعت بیشتر در سال مصرف می‌کند (با ۰.۶ یوان/کیلووات ساعت، هزینه برق اضافه: ۳۰,۰۰۰ یوان/سال).

• سوزاندن: موتور یک آهنگری در یک کارخانه فولاد دو بار در مدت شش ماه به دلیل قرار گرفتن در معرض هارمونیک هفتم سوزانده شد؛ دماستاتور به ۱۴۰ درجه سانتیگراد رسید. هزینه تعویض هر موتور بیش از ۲ میلیون یوان بود.

• لرزش و صدا: شتاب لرزش موتور از ۰.۱g به ۰.۵g افزایش یافت، صدای آن بیش از ۹۰dB شد، محیط کار را تحت تأثیر قرار داد و فرسایش بنای پایه را تسریع کرد.

۵.۲ تجهیزات دقیق (ماشین‌های لیتوگرافی نیمه‌رسانا / MRI پزشکی)

• مکانیزم خسارت: این دستگاه‌ها به ولتاژ بسیار تمیز (THDv ≤ ۲٪) نیاز دارند. هارمونیک‌ها ریپل در منابع تغذیه داخلی را افزایش می‌دهند و دقت نمونه‌برداری ADC را کاهش می‌دهند و در نهایت عملکرد را کاهش می‌دهند.

• خسارات خاص:

• کاهش دقت: یک ماشین لیتوگرافی نیمه‌رسانا با THDv = ۴٪ دقت موقعیت‌یابی لیزر خود را از ۰.۱μm به ۰.۳μm کاهش داد و بازده وافر را از ۹۵٪ به ۸۰٪ کاهش داد و بیش از ۵۰۰,۰۰۰ یوان از ارزش تولید روزانه را از دست داد.

• تعطیلی تجهیزات: هارمونیک‌ها نوسان جریان در پیچ‌های گرادیان MRI را ایجاد کردند، تصویرسازی واضح را غیرممکن کردند و باعث تعطیلی شدند. (یک بیمارستان عملیات MRI را به مدت دو روز به دلیل بیش از حد وجود هارمونیک سوم متوقف کرد و بیش از ۱۰۰,۰۰۰ یوان درآمد تشخیصی را از دست داد.)

خلاصه: قوانین اساسی خسارت تجهیزات ناشی از THD

• تجهیزات القایی (ترانسفورماتورها، موتورها، راکتورها): آسیب‌پذیر به "زیان‌های اضافی" - هارمونیک‌ها زیان‌های آهن/مس را افزایش می‌دهند، با گرم شدن و پیری به عنوان خسارات اصلی.

• تجهیزات ظرفیتی (خازنهای خازنی): آسیب‌پذیر به "جریان اضافی ناشی از رزونانس" - هارمونیک‌ها به راحتی رزونانس را ایجاد می‌کنند، با شکست عایقی ناشی از جریان اضافی به عنوان خسارت اصلی.

• تجهیزات کنترل (رله‌ها، سیستم‌های ارتباطی): آسیب‌پذیر به "حرکت نمونه‌برداری" - هارمونیک‌ها داده‌ها را تحریف می‌کنند و باعث عملکرد نادرست یا عدم عملکرد می‌شوند.

• تجهیزات دقیق (ماشین‌های لیتوگرافی، MRI): آسیب‌پذیر به "تحریف موج" - هارمونیک‌ها ریپل ولتاژ را افزایش می‌دهند و باعث کاهش دقت می‌شوند.

بنابراین، شبکه‌های برق باید استراتژی دوگانه را به کار بگیرند:
"نظارت بر هارمونیک (کنترل خطای اندازه‌گیری THD ≤ ±۰.۵٪) + فیلتراسیون فعال (APF) / فیلتراسیون غیرفعال"
برای حفظ THDv در محدوده استاندارد ملی ۵٪، به منظور جلوگیری از خسارت تجهیزات در منبع.