THD Overload: کیسے ہارمونکس بجلی کے آلات کو تباہ کرتے ہیں

جبھے پر واقعی گرڈ THD حدود کو عبور کرتا ہے (مثال کے طور پر، ولٹیج THDv > 5٪، کرنٹ THDi > 10٪)، تو یہ پوری برقی سلسلے میں معدات کو ارگانک نقصان پہنچاتا ہے — منتقلی → تقسیم → تولید → کنٹرول → استعمال۔ بنیادی مکینزمز اضافی نقصانات، ریزوننس اوورکرنٹ، ٹارک فلکچرز، اور سینکنگ ڈسٹرشن ہیں۔ نقصان کے مکینزمز اور ظہور کا انداز معدات کے قسم کے لحاظ سے بہت زیادہ مختلف ہوتا ہے، جس کی تفصیلات ذیل میں دی گئی ہیں:

1. منتقلی معدات: بہت زیادہ گرمی، بوڑھاپن، اور خاص طور پر کم عمر

منتقلی معدات مستقیماً گرڈ کرنٹ/ولٹیج کو پہنچاتا ہے۔ ہارمونکس توانائی کے نقصانات اور انسلیشن کی تحلیل کو شدت سے بڑھاتے ہیں۔ متاثرہ کیمپوننٹس منتقلی لائن (کیبل/اوورہیڈ) اور کرنٹ ٹرانسفورمر (CTs) ہیں۔

1.1 منتقلی لائنیں (کیبل / اوورہیڈ لائن)

• نقصان کا مکینزم: زیادہ ہارمونک فریکوئنسیاں "سکن افیکٹ" کو شدت سے بڑھاتی ہیں (ہائی فریکوئنسی کرنٹ کنڈکٹر کی سطح پر مرکوز ہوتا ہے، موثر کراس سیکشنل علاقے کو کم کرتا ہے)، لائن کی ریزسٹنس میں اضافہ کرتی ہیں۔ اضافی کپر نقصانات ہارمونک آرڈر کے مربع کے ساتھ بڑھتے ہیں (مثال کے طور پر، 5ویں ہارمونک کپر نقصان بنیادی کے 25 گنا ہوتا ہے)۔

• خصوصی نقصانات:

• بہت زیادہ گرمی: THDi = 10٪ پر، کپر نقصانات ریٹڈ شرائط کے مقابلے میں 20٪-30٪ بڑھتے ہیں۔ کیبل کی درجہ حرارت 70°C سے 90°C تک بڑھ سکتی ہے (انسلیشن کی تحمل سے زیادہ)، انسلیشن لیئرز (مثال کے طور پر، XLPE) کے بوڑھاپن اور کریکنگ کو تیز کرتا ہے۔

• کم عمر: طول کے ساتھ گرمی کم کرتی ہے کیبل کی عمر 30 سال سے 15–20 سال تک کم ہو سکتی ہے، محتملاً "انسلیشن بریک ڈاؤن" اور شارٹ سرکٹ فلٹ کا باعث بنتی ہے۔ (ایک صنعتی پارک نے ایک سال کے اندر زیادہ 3ویں ہارمونک کی وجہ سے دو 10kV کیبل جلائے، تعمیر کے لئے 8 لاکھ RMB کی لاگت آئی)۔

1.2 کرنٹ ٹرانسفورمر (CTs)

• نقصان کا مکینزم: ہارمونک کرنٹ (خاصة 3ویں اور 5ویں) CT آئرن کور کو "ٹرانسنٹ سیچریشن" کا باعث بناتا ہے، حیضانی اور ایڈی کرنٹ نقصانات (اضافی آئرن نقصانات) کو شدت سے بڑھاتا ہے۔ سیچریشن سیکنڈری سائیڈ آؤٹ پٹ ویو فارم کو ڈسٹرٹ کرتا ہے، پرائمری کرنٹ کی صحیح نمائندگی کو روکتا ہے۔

• خصوصی نقصانات:

• کور گرمی: CT کور کی درجہ حرارت 120°C سے زیادہ ہو سکتی ہے، سیکنڈری وائنڈنگ کی انسلیشن کو جلانے کے ساتھ ساتھ ریشیو کی غلطی کا باعث بنتی ہے۔

• پروٹیکشن غلط عمل: ڈسٹرٹڈ سیکنڈری کرنٹ پروٹیکٹیو ریلے (مثال کے طور پر، اوورکرنٹ پروٹیکشن) کو "لائن شارٹ سرکٹ" کا غلط تشخیص کرتا ہے، جس سے غلط ٹرپپنگ کا باعث بنتا ہے۔ (ایک تقسیمی نیٹ ورک میں CT سیچریشن کی وجہ سے 10 فیڈر ٹرپپنگ ہوئی، 20,000 گھرانوں پر اثر ہوا)۔

2. تقسیم معدات: بار بار فیلیور، نظام کی استحکام کا خاتمہ

تقسیم معدات گرڈ میں "بالکلای اپ اسٹریم اور ڈاؤن سٹریم" کے لئے کلیدی ہے۔ THD حدود کو عبور کرنا سب سے مستقیم نقصان پہنچاتا ہے۔ متاثرہ دستیاب ڈیوسز پاور ٹرانسفورمر، کیپیسٹر بینکس، اور ریکٹرز ہیں۔

2.1 پاور ٹرانسفورمر (تقسیم / مین ٹرانسفورمر)

• نقصان کا مکینزم: ہارمونک ولٹیج ٹرانسفورمر کور میں مغناطیسی حیضانی اور ایڈی کرنٹ نقصانات (اضافی آئرن نقصانات) کو بڑھاتا ہے؛ ہارمونک کرنٹ وائنڈنگ کپر نقصانات کو بڑھاتا ہے۔ مجتمع طور پر، یہ کلیہ نقصانات کو بہت زیادہ بڑھاتا ہے۔ غیر متعادل تین فیز ہارمونکس نیوٹرل کرنٹ (تک فیز کرنٹ کا 1.5 گنا) کو بہت زیادہ بڑھاتا ہے، مقامی گرمی کو بدتر کرتا ہے۔

• خصوصی نقصانات:

• کور گرمی: THDv = 8٪ پر، ٹرانسفورمر آئرن نقصانات 15٪-20٪ بڑھتے ہیں۔ کور کی درجہ حرارت 100°C سے 120°C تک بڑھتی ہے، انسلیٹنگ آئل (مثال کے طور پر، 25# ٹرانسفورمر آئل) کی تحلیل کو تیز کرتا ہے، اسیدیٹی کو بڑھاتا ہے، اور ڈائی الیکٹرک سٹرینگ کو کم کرتا ہے۔

• وائنڈنگ جلن: طول کے ساتھ گرمی وائنڈنگ انسلیشن کاغذ (مثال کے طور پر، Nomex) کو کاربنائز کرتی ہے، جس سے شارٹ سرکٹ ہوتا ہے۔ ایک سب سٹیشن کا 110kV مین ٹرانسفورمر 3 سال کے بعد زیادہ 5ویں ہارمونک کی وجہ سے وائنڈنگ شارٹ ہو گیا، تعمیر کی لاگت 5 ملین RMB سے زیادہ آئی۔

• کم عمر: طول کے ساتھ THD کم عمر ٹرانسفورمر کی عمر 20 سال سے 10–12 سال تک کم ہو جاتی ہے۔

2.2 شنٹ کیپیسٹر بینکس (رفیکٹو پاور کمپینسیشن کے لئے)

• نقصان کا مکینزم: کیپیسٹیو ریاکٹنس فریکوئنسی کے ساتھ کم ہوتا ہے (Xc = 1/(2πfC))، لہذا ہائی فریکوئنسی ہارمونکس اوورکرنٹ کو منجمد کرتے ہیں۔ اگر کیپیسٹرز گرڈ انڈکٹنس (مثال کے طور پر، 5ویں آرڈر ریزوننس) کے ساتھ "ہارمونک ریزوننس" تشکیل دیتے ہیں، تو کرنٹ ریٹڈ قیمت کا 3–5 گنا بڑھ سکتا ہے—کیپیسٹرز کی ریٹنگ سے بہت زیادہ۔

• خصوصی نقصانات:

• انسلیشن بریک ڈاؤن: اوورکرنٹ اندریہ ڈائی الیکٹرک (مثال کے طور پر، پولی پروپیلین فلم) کو گرم کرتا ہے، جس سے پنچر، بلفنگ، یا حتى دھماکا ہو سکتا ہے۔ (ایک صنعتی ورکشاپ نے ایک مہینے کے اندر 7ویں ہارمونک ریزوننس کی وجہ سے تین 10kV کیپیسٹر بینکس نقصان ہوئے، ہر بینک کی تبدیلی کی لاگت 150,000 RMB سے زیادہ آئی)۔

• پروٹیکشن فیلیور: ریزوننٹ کرنٹ فیوز لنکس کو جلانے کا باعث ہوتا ہے؛ اگر پروٹیکشن کام نہ کرتا ہو، تو آگ کا خطرہ بڑھ جاتا ہے۔

2.3 سیریز ریکٹرز (ہارمونک سپریشن کے لئے)

• نقصان کا مکینزم: حالانکہ مخصوص ہارمونکس (مثال کے طور پر، 3ویں، 5ویں) کو سپریس کرنے کے لئے استعمال کیا جاتا ہے، ریکٹرز لمبے عرصے کے ساتھ ہارمونک کرنٹ کے تحت وائنڈنگ کپر نقصانات کو بڑھاتے ہیں۔ ہارمونکس سے پلٹنے والے مغناطیسی میدان کرنٹ کو بڑھاتے ہیں، کور کی وبریشن کو شدت سے بڑھاتے ہیں، مکینکل ویر کا باعث بنتے ہیں۔

• مخصوص نقصانات:

• گرمائش پیچیدہ: THDi = 12% پر، ریاکٹر کے تام میں کا نقصان 30% سے زائد ہوتا ہے؛ پیچیدہ درجہ حرارت 110°C سے زائد ہو جاتا ہے، جس سے عایق کی ورنیش کاربنائز ہو جاتی ہے اور اڑ کر بھیگتی ہے۔

• کرنل کا شور اور خرابی: ویبریشن کی فریکوئنسی ہارمونکس کے ساتھ جڑتی ہے، جس سے بالا آواز (>85 dB) پیدا ہوتی ہے۔ لمبے عرصے کی ویبریشن سیلیکون سٹیل لیمنیشن کو کمزور کرتی ہے، جس سے پروابیلیٹی کم ہو جاتی ہے اور ہارمونکس کی روک تھام کارآمد نہیں رہتی۔

3. پیداواری معدات: آؤٹ پٹ کی محدودیت، برتری کے خطرات کا اضافہ

پیداواری معدات گرڈ کا "طاقت کا ذریعہ" ہے۔ زیادہ THD آپریشنل استحکام پر منفی اثر ڈالتا ہے۔ کلیدی متاثرہ ڈیوائس: سنکرون آئیندہ، نیولیبل انورٹرز (PV/ہوائی)۔

3.1 سنکرون آئیندہ (حرارتی/پانی کی پلانٹ)

• نقصان کا مکانیک: گرڈ کے ہارمونکس آئیندہ کے سٹیٹر پیچنگ میں واپس داخل ہوتے ہیں، جس سے "ہارمونک الیکٹرومیگنیٹک ٹورک" پیدا ہوتا ہے۔ بنیادی ٹورک پر یہ ڈھلتا ہے، جس سے "پالسیٹنگ ٹورک" بنتا ہے، جس سے ویبریشن میں اضافہ ہوتا ہے۔ ہارمونک کرنٹس سٹیٹر کے تام میں کا نقصان بھی بڑھاتے ہیں، جس سے مقامی گرمائش ہوتی ہے۔

• مخصوص نقصانات:

• کم آؤٹ پٹ: THDv = 6% پر 300MW یونٹ کو ±0.5% سپیڈ کی گھٹ بڑھ پر پالسیٹنگ ٹورک کا سامنا کرنا پڑتا ہے، جس سے آؤٹ پٹ 280MW سے کم ہو جاتا ہے، کارآمدی 5%-8% تک کم ہوجاتی ہے۔

• پیچیدہ گرمائش: سٹیٹر کا درجہ حرارت 130°C تک پہنچ سکتا ہے (کلاس A عایق کی حد 105°C سے زائد)، جس سے عایق کی عمر کم ہوتی ہے اور ٹرن-ٹو-ٹرن شارٹ سرکٹ کا خطرہ ہوتا ہے۔

• بریڈنگ کا خراب ہونا: ویبریشن میں اضافہ بریڈنگ (مثال کے طور پر سلیو بریڈنگ) کو تیزی سے خراب کرتا ہے، جس سے عمر 5 سال سے کم ہو جاتی ہے 2–3 سال تک۔

3.2 نیولیبل انورٹرز (PV / ہوائی)

• نقصان کا مکانیک: انورٹرز گرڈ THD (GB/T 19964-2012 کے مطابق) کے لیے حساس ہوتے ہیں۔ اگر نقطہ-اینٹرکنکشن THDv > 5% ہو تو انورٹر "ہارمونک حفاظت" کو عمل میں لاتا ہے تاکہ نقصان سے بچا جائے۔ علاوہ ازیں، ہارمونک ولٹیج DC اور AC دوسری جانب کے درمیان طاقت کی غیر متناسبی کا باعث بنتا ہے، جس سے IGBT ماڈیول کی گرمائش ہوتی ہے۔

• مخصوص نقصانات:

• گرڈ سے جدا ہونا: THDv = 7% پر ہوائی فارم میں 20 یونٹ 1.5MW انورٹرز ایک ساتھ جدا ہو گئے، جس سے ایک دن میں 100,000 kWh سے زائد ہوائی طاقة چھوڑ دی گئی، جس سے تقریباً 50,000 RMB کا نقصان ہوا۔

• IGBT کا جلنے والا: ہارمونکس کے تحت لمبے عرصے کی کارکردگی IGBT ماڈیول (کلیدی حصہ) میں سوئچنگ کے نقصانات میں اضافہ کرتی ہے، درجہ حرارت 150°C سے زائد ہو جاتا ہے، جس سے "گرمائش کا ٹھنڈا ہونا" کا خطرہ ہوتا ہے۔ ہر انورٹر کے مرمت کی لاگت 100,000 RMB سے زائد ہوتی ہے۔

4. کنٹرول معدات: سینسنگ کی معیوبی، سسٹم کی خرابی

کنٹرول معدات گرڈ کا "دماغ اور عصبی نظام" ہے۔ زیادہ THD سینسنگ کے معیوب ڈیٹا اور غیر معمولی کمانڈ کے منتقلی کا باعث ہوتا ہے۔ کلیدی متاثرہ ڈیوائس: حفاظتی ریلے، آتومیشن کمیونیکیشن سسٹم۔

4.1 حفاظتی ریلے (اورکرنٹ / ڈفرنشل حفاظت)

• نقصان کا مکانیک: ہارمونک کرنٹس کے سبب ٹرانزنٹ CT کی سیچریشن ہوتی ہے، جس سے سینسنگ کرنٹ کی ویو فارم (مثال کے طور پر فلیٹ ٹاپڈ ویوز) کو معیوب ہوتا ہے، جس سے حفاظتی الگورتھم ایمپلیٹیوڈ اور فیز کو غلط جانتا ہے، غلط کارروائی کو تحریک دیتا ہے۔ ہارمونک ولٹیج ریلے کے پاور سپلائی کو بھی دخل دے سکتا ہے، جس سے لوژک سرکٹ کی خرابی ہوتی ہے۔

• مخصوص نقصانات:

• غلط ٹرپنگ: THDi = 12% پر ڈسٹریبوشن نیٹ ورک میں CT کی آؤٹ پٹ کی معیوبی سیچریشن کے سبب، اوورکرنٹ حفاظت "لائن کا شارٹ سرکٹ" کو غلط طور پر پہچان کر 10 فیڈرز کو ٹرپ کر دیتی ہے، 20,000 گھروں کو 4 گھنٹے کے لیے بجلی کا بند ہو جاتا ہے، جس سے غیر مستقیم معاشی نقصان 2 ملین RMB سے زائد ہوتا ہے۔

• ٹرپنگ کی خرابی : اگر ہارمونک دخل کی وجہ سے ریلے کے پاور سپلائی میں ±10% ولٹیج کی گھٹ بڑھ ہو تو لوژک سرکٹ کراش ہو سکتی ہے، جس سے حقیقی خرابی کے دوران ٹرپنگ نہیں ہوتی، جس سے خرابی کی تیزی سے بڑھتی ہے۔

4.2 آتومیشن کمیونیکیشن ڈیوائس (RS485 / فائر مودیول)

• نقصان کا مکانیک: ہارمونکس کی طرف سے الیکٹرو میگنیٹک ریڈییشن (مثال کے طور پر 10V/m RF دخل) کمیونیکیشن لائن میں جڑتی ہے، جس سے ڈیٹا کے منتقلی میں "بٹ فلپ" ہوتے ہیں۔ ہارمونک ولٹیج کلک سرکٹ کو بھی معطل کرتی ہے، سینکروائزیشن کی خرابی میں اضافہ ہوتا ہے۔

• مخصوص نقصانات:

• بٹ ایرر ریٹ کا اضافہ: ہارمونک دخل کی وجہ سے ڈسٹریبوشن آتومیشن سسٹم میں RS485 کمیونیکیشن کا بٹ ایرر ریٹ 10⁻⁶ سے 10⁻³ تک بڑھ گیا، جس سے ڈسپیچ کمانڈ (مثال کے طور پر "کیپیسٹر سوئچنگ کو تیار کریں") کی تاخیر یا کھو جانے کا باعث بنی۔

• مودیول کا جلنے والا: ہائی فریکوئنسی ہارمونکس کمیونیکیشن مودیول میں سگنل ایزولیشن سرکٹ (مثال کے طور پر آپٹوکوپلرز) کو توڑ سکتے ہیں، جس سے فیلیور ہوتا ہے۔ ایک سبسٹیشن کو 5th ہارمونک دخل کی وجہ سے ایک مہینے میں 8 فائر مودیول تباہ ہو گئے۔

5. انجامی معدات: کارآمدی کا کم ہونا، پروڈکشن کے حادثات

انجامی معدات گرڈ کا "ٹرمینل لوڈ" ہے۔ صنعتی اور درستی معدات زیادہ THD کے سبب سب سے زیادہ متاثر ہوتے ہیں۔ کلیدی متاثرہ ڈیوائس: صنعتی موٹر، درستی معدات (لیتوگرافی مشین / میڈیکل MRI)۔

5.1 صناعی موتروں (ہندسی / متناسب موتروں)

• نقصان کا مکانیک: ہارمونک وولٹیج موتر کے سٹیٹر وائنڈنگز میں "ہارمونک کرنٹ" تولید کرتا ہے، جو "منفی تسلسل کے گرد چلنے والے مغناطیسی میدان" بناتا ہے۔ جب اس کو بنیادی میدان پر مرتب کیا جاتا ہے تو وہ "بریکنگ ٹورک" تولید کرتا ہے، جس سے رفتار کی متزلزلی اور لرزش کی مقدار بڑھتی ہے۔ ہارمونک کرنٹ سٹیٹر/روٹر کے کپر زیادہ ہونے کی وجہ سے کل کو اوور ہیٹنگ کا باعث بنتا ہے۔

• مخصوص نقصانات:

• کارکردگی کی کمی: THDv = 7% پر 100kW ہندسی موتر کی کارکردگی 92% سے نیچے 85% تک کم ہو جاتی ہے، سالانہ 50,000 kWh زائد استعمال ہوتا ہے (0.6 یوان/kWh پر، زائد بجلی کا خرچ: 30,000 یوان/سال)۔

• جاری ہونا: ایک فولاد کی فیکٹری کے رولنگ مل موتر کو چھ ماہ کے اندر دو بار ہارمونک کی 7ویں ہارمونک کی لمبی مدت کی واردات کی وجہ سے جاری ہوا؛ سٹیٹر کی درجہ حرارت 140°C تک پہنچ گئی۔ ہر موتر کی تبدیلی کی لاگت 2 ملین RMB سے زائد تھی۔

• لرزش & شور: موت کی لرزش کی تیزی 0.1g سے 0.5g تک بڑھ گئی، شور 90dB سے زائد ہو گیا، جس نے کام کرنے کے ماحول کو متاثر کیا اور بنیاد کی کھسکن کو تیز کیا۔

5.2 دقت سے کام کرنے والی معدات (سمیکونڈکٹر لیتھوگرافی مشین / طبی MRI)

• نقصان کا مکانیک: یہ دستیابیں بہت پاک وولٹیج (THDv ≤ 2%) کی ضرورت ہوتی ہے۔ ہارمونکس انٹرنل پاور سپلائیز میں رپل کو بڑھاتے ہیں اور ADC سینپلنگ کی دقت کو کم کرتے ہیں، آخر کار کارکردگی کو متاثر کرتے ہیں۔

• مخصوص نقصانات:

• دقت کا نقصان: THDv = 4% پر سمیکونڈکٹر لیتھوگرافی مشین کی لیزر پوزیشننگ کی دقت 0.1μm سے 0.3μm تک کم ہو گئی، وافر کی پیداوار 95% سے 80% تک کم ہو گئی، روزانہ 500,000 یوان کی پیداوار کی قیمت کا نقصان ہوا۔

• 器材停机: 谐波导致MRI梯度线圈中的电流波动，无法清晰成像，迫使停机。（一家医院因三次谐波超标，MRI操作暂停了2天，损失超过10万元的诊断收入。）

خلاصہ: THD-پیدا کردہ معدات کے نقصان کے بنیادی قوانین

• ہندسی معدات (ٹرانسفارمرز، موتروں، ریاکٹرز): "اضافی نقصانات" کے خلاف حساس ہوتی ہیں — ہارمونکس لوہے/کپر کے نقصانات کو بڑھاتے ہیں، جس کی بنیادی نقصانات اوور ہیٹنگ اور بُڑھاپا ہوتا ہے۔

• کیپیسٹر معدات (کیپیسٹرز): "رزوننس اوورکرنٹ" کے خلاف حساس ہوتی ہیں — ہارمونکس آسانی سے رزوننس کو برقرار رکھتے ہیں، جس کی بنیادی نقصانات اوورکرنٹ کی وجہ سے عازمہ کی ٹوٹنے ہوتی ہیں۔

• کنٹرول معدات (ریلے، کمیونیکیشن سسٹمز): "سینپلنگ ڈسٹرشن" کے خلاف حساس ہوتی ہیں — ہارمونکس ڈیٹا کو ڈسٹرٹ کرتے ہیں، جس کی وجہ سے غلط کام کرنے یا کام نہ کرنے کی وجہ بنتا ہے۔

• دقت سے کام کرنے والی معدات (لیتھوگرافی مشینز، MRI): "ویو فارم ڈسٹرشن" کے خلاف حساس ہوتی ہیں — ہارمونکس وولٹیج رپل کو بڑھاتے ہیں، جس کی وجہ سے دقت کا نقصان ہوتا ہے۔

اس لیے، بجلی کے شبکے کو ایک دوہری راہ داری اختیار کرنی چاہئے:
"ہارمونک مونیٹرنگ (THD میزاج کی غلطی کو کنٹرول کرتے ہوئے ≤ ±0.5%) + ایکٹو فلٹرنگ (APF) / پاسو فلٹرنگ"
ملکی معیار کے حد 5% کے اندر THDv کو رکھنے کے لیے، اس طرح معدات کے نقصان کو منبع سے روکنے کا فائدہ ہوتا ہے۔