چرا از موج‌های مربعی در خطوط انتقال برق استفاده نمی‌شود

دلایل عدم استفاده از موج‌های مربعی در خطوط انتقال و ترجیح دادن موج‌های سینوسی شامل جنبه‌های مختلف مهندسی برق است، از جمله کارایی، سازگاری تجهیزات، تداخل الکترومغناطیسی، پایداری سیستم و کنترل و اندازه‌گیری. در ادامه توضیحات دقیق‌تر آورده شده است:

۱. کارایی و ضررها

• تحریف هارمونیک: موج‌های مربعی حاوی مؤلفه‌های هارمونیک غنی هستند. این هارمونیک‌ها زمانی که از طریق خطوط قدرت منتقل می‌شوند، ضرر اضافی ایجاد می‌کنند، از جمله ضرر مقاومتی در رساناهای الکتریکی و ضرر فولاد و مس در ترانسفورماتورها و موتورها.

• اثر پوسته‌ای: هارمونیک‌های با فرکانس بالا باعث تمرکز جریان روی سطح رسانا می‌شوند، پدیده‌ای که به "اثر پوسته‌ای" معروف است. اثر پوسته‌ای مقاومت موثر رسانا را افزایش می‌دهد و منجر به ضرر انتقال بالاتر می‌شود.

۲. سازگاری تجهیزات

• ترانسفورماتورها و موتورها: بیشتر تجهیزات الکتریکی مانند ترانسفورماتورها و موتورها برای موج‌های سینوسی طراحی شده‌اند. موج‌های سینوسی اطمینان می‌دهند که این دستگاه‌ها به صورت بهینه عمل می‌کنند، کارایی را افزایش می‌دهند و عمر آنها را افزایش می‌دهند.

• دستگاه‌های محافظ: دستگاه‌های محافظ مانند رله‌ها و سایر تجهیزات محافظ نیز برای موج‌های سینوسی طراحی شده‌اند. موج‌های مربعی می‌توانند باعث خرابی این دستگاه‌ها شوند و امنیت و قابلیت اعتماد سیستم را تحت تأثیر قرار دهند.

۳. تداخل الکترومغناطیسی

• تداخل الکترومغناطیسی (EMI): هارمونیک‌های مرتبه بالا در موج‌های مربعی تداخل الکترومغناطیسی قوی ایجاد می‌کنند که عملکرد عادی دستگاه‌های الکترونیکی اطراف را تحت تأثیر قرار می‌دهد. به عنوان مثال، ارتباطات رادیویی، تجهیزات پزشکی و کامپیوترها ممکن است توسط این تداخلات متاثر شوند.

• تداخل تابشی: لبه‌های صعودی و نزولی سریع موج‌های مربعی تابش الکترومغناطیسی شدیدی ایجاد می‌کنند که در خطوط انتقال دور مسافت خاصاً قابل مشاهده است و ممکن است باعث خرابی دستگاه‌ها و خطاهای انتقال داده شوند.

۴. پایداری سیستم

• آلودگی هارمونیک: مؤلفه‌های هارمونیک در موج‌های مربعی سیستم قدرت را آلوده می‌کنند و پایداری شبکه و کیفیت قدرت را تحت تأثیر قرار می‌دهند. هارمونیک‌ها می‌توانند تحریف ولتاژ، نوسان فرکانس و مشکلات دیگر را ایجاد کنند که منجر به گرم شدن و خرابی تجهیزات می‌شود.

• قدرت واکنشی: هارمونیک‌ها نیاز سیستم به قدرت واکنشی را افزایش می‌دهند، عامل توان را کاهش می‌دهند و بار سیستم را افزایش می‌دهند که ممکن است منجر به سقوط ولتاژ و بار زیاد روی تجهیزات شود.

۵. کنترل و اندازه‌گیری

• دقت اندازه‌گیری: موج‌های سینوسی به اندازه‌گیری و کنترل دقیق‌تر آسان‌تر هستند. دستگاه‌های و ابزارهای اندازه‌گیری استاندارد قدرت برای موج‌های سینوسی طراحی شده‌اند و داده‌های دقیق‌تری ارائه می‌دهند.

• الگوریتم‌های کنترل: بسیاری از الگوریتم‌های کنترل و منطق‌های محافظ در سیستم‌های قدرت براساس فرضیه موج‌های سینوسی طراحی شده‌اند. موج‌های مربعی می‌توانند باعث شوند که این الگوریتم‌ها خراب شوند یا خطا ایجاد کنند.

۶. فاصله انتقال

انتقال دور مسافت: موج‌های سینوسی برای انتقال دور مسافت مناسب‌تر هستند. خطوط انتقال دور مسافت اغلب از انتقال با ولتاژ بالا استفاده می‌کنند و موج‌های سینوسی می‌توانند ولتاژ و جریان را به صورت پایدارتر حفظ کنند و ضرر انتقال را کاهش دهند.

خلاصه

دلایل عدم استفاده از موج‌های مربعی در خطوط انتقال و ترجیح دادن موج‌های سینوسی شامل:

• کارایی و ضررها: موج‌های سینوسی تحریف هارمونیک و اثر پوسته‌ای را کاهش می‌دهند و کارایی انتقال را افزایش می‌دهند.

• سازگاری تجهیزات: موج‌های سینوسی اطمینان می‌دهند که تجهیزات الکتریکی به صورت بهینه عمل می‌کنند و کارایی و عمر آنها را افزایش می‌دهند.

• تداخل الکترومغناطیسی: موج‌های سینوسی تداخل الکترومغناطیسی را کاهش می‌دهند و عملکرد عادی دستگاه‌های الکترونیکی اطراف را حفظ می‌کنند.

• پایداری سیستم: موج‌های سینوسی آلودگی هارمونیک را کاهش می‌دهند و پایداری شبکه و کیفیت قدرت را بهبود می‌بخشند.

• کنترل و اندازه‌گیری: موج‌های سینوسی اندازه‌گیری و کنترل دقیق را تسهیل می‌کنند و اطمینان از قابلیت اعتماد و امنیت سیستم را فراهم می‌کنند.

• فاصله انتقال: موج‌های سینوسی برای انتقال دور مسافت مناسب‌تر هستند و ضرر انتقال را کاهش می‌دهند.