השפעת הרמוניות THD: מהרשת לציוד

השפעת טעויות של THD הרמוניות על מערכות חשמל צריכה להיבדק משני היבטים: "THD רשתי ממשיים שמעלים את הגבול (תוכן הרמוני יתר)" ו"טעויות מדידת THD (מעקב לא מדויק)" — הראשון מזיק ישירות לציוד וליציבות של המערכת, בעוד שהשני גורם לטיפול לא נכון עקב "alarms שגויים או שנפסלו". כשהם מתחברים, שני גורמים אלה מגבירים את הסיכונים של המערכת. ההשפעות מתפשטות לאורך כל שרשרת החשמל — ייצור → העברה → הפצה → צריכה — המשפיעות על הבטיחות, יציבות וכלכלה.

השפעה עיקרית 1: נזק ישיר של THD ממשי יתר (תוכן הרמוני גבוה)

כאשר THDv (השחתה הרמונית כוללת של מתח) עולה מעל תקני לאומי (≤5% לרשת ציבורית) או THDi (השחתה הרמונית כוללת של זרם) עולה מעל סובלנות הציוד (למשל, טרנספורמרים ≤10%), זה גורם לנזק פיזי לציוד המערכת, יציבות פעולה ואבזור משתמש סופי.

• מערכות העברה: אובדן גדול יותר והתחממות

• אובדן נחושת מרוב: זרמי הרמוניות גורמים ל"אפקט עור" בקווים של העברה (למשל, כבלים של 110kV), המרכז זרמים בתדר גבוה על פני השטח של המוליך, מגביר התנגדות ואובדן נחושת עם סדר הרמוניה.
  דוגמה: כאשר THDi עולה מ-5% ל-10%, אובדן נחושת בקו עולה ב-20%-30% (מחושב באמצעות I²R). פעולה ממושכת מגבירה את הטמפרטורה של המוליך (למשל, מ-70°C ל-90°C), מאיצה את הזקנה של המבודד ומפחיתה את חיי הקו (מ-30 ל-20 שנים).

• חומרה של ירידת מתח: מתח הרמוניות מצטבר על מתח בסיסי, מעוות את הצורות במתח בקצה המטען. משתמשים רגישים (למשל, מפעלי מוליכים למחצה) עשויים לחוות עצירת ציוד עקב מתח בלתי סדיר, עם אירועים בודדים המסתכמים במאות אלפי שקלים.

• ציוד הפצה: התחממות, נזק וחיים קצרים יותר

• סיכוני כשל בטרנספורמר:
  זרמי הרמוניות מגבירים "אובדן ברזל נוסף" (אובדן מערבולים עולה עם הריבוע של תדר הרמוניה). ב-THDv=8%, אובדן ברזל בטרנספורמר עולה ב-15%-20% בהשוואה לתנאים מומלצים, מגביר את טמפרטורת הליבה (למשל, מ-100°C ל-120°C), מאיץ את הידרדרות שמן המבודד, אולי גורם לשחרור חלקי או שריפה (למשל, תחנת כוח איבדה טרנספורמר של 10kV בשל הרמוניה חמישית, עם אבדן ישיר של מעל מיליון).

• נזקים מהרמוניה בין קפצייטורים:
  קפצייטורים בעלי התנגדות נמוכה להרמוניות, בקלות יוצרים "הרמוניה תהודה" עם אינדוקטיביות של הרשת (למשל, תהודה חמישית יכולה לגרום לזרם קפצייטור להגיע ל-3–5× ערך מומלץ), מוביל לקרע או התפוצצות. מפעל תעשייתי פגע בשלושה קבצי קפצייטורים של 10kV בתוך חודש בשל תהודה שביעית, עם עלויות תיקון של מעל 500,000.

• ציוד ייצור: תנודות במוצא ושיפור יעילות

• ограничение выхода синхронного генератора:
  Гармоники сети обратно подаются в обмотки статора генератора, создавая "гармонический момент", увеличивая вибрацию (колебания скорости ±0,5%), снижая выход (например, 300 МВт единицы падают до 280 МВт при THDv = 6%) и повышая температуру статора, что влияет на срок службы генератора.

• כשל תקשרות גריד של הופכיים מתחדשים:
  הופכיים של פוטו-וולטאי/רוח רגישים ל-THD של הרשת. אם THDv נקודת התקשרות > 5%, ההופכיים מפעילים "הגנה הרמונית" ומנותקים (לפי GB/T 19964-2012), גורמים לעצירת אנרגיה מתחדשת (למשל, חוות רוח איבדו מעל 100,000 kWh ביום אחד בשל הרמוניה שלישית עודפת).

• מערכות בקרה: פעולות שגויות המובילות לקלקולים במערכת

• כשל בקרת הגנה:
  זרמי הרמוניות גורמים ל satuasiàn זמני בטרנספורמרים של זרם (CTs), מוביל למדגם לא מדויק בפרוטקציה של זרם עודף או הפרש. לדוגמה, זרם הרמוניה חמישי מצטבר מעוות את זרם ה-CT המשני, גורם לפרוטקציה של זרם עודף לזהות באופן שגוי "קצר בקו" ולהתפוצץ, מוביל לנפילות מרחביות (למשל, רשת הפצה חווה 10 נפילות מז Minh due to THDi=12%, משפיעה על 20,000 משפחות).

• הפרעות תקשורת במערכת אוטומציה:
  הרמוניות מתחברות אלקטרומגנטיות לקווי תקשורת שליטה (למשל, RS485, אופטי), מגבירות את שיעור השגיאות של הנתונים (מ-10⁻⁶ ל-10⁻³), מכבידות או מקלקלות פקודות דיפצ'ינג (למשל, פקודה של "ניתוק קו תקלה" נכשלת בהעברה, מרחיבה את התקלה).

• ציוד משתמש סופי: ירידה בביצועים ותקלות תכופות

• התחממות והרס מנועים תעשייתיים:
  מנועים אסינכרוניים תחת מתח הרמוני יוצרים "מומנט סדר שלילי", גורמים לתנודות במהירות, רעידות חזקות יותר ואובדן נחושת סטטור גבוה יותר. ב-THDv=7%, יעילות המנוע יורדת ב-5%-8%, הטמפרטורה עולה ב-20–30°C, והחיים מואצנים (למשל, מפעל פלדה שרף שני מנועי מיל מסלול תוך שישה חודשים בשל הרמוניה שביעית, עם עלויות תיקון של מעל 2 מיליון).

• הפסד דיוק של ציוד מדויק:
  ציוד רגיש כמו מכונות ליתוג למחסניות מוליכים למחצה ומערכות MRI רפואיות דורשות מתח נקי מאוד (THDv≤2%). THDv עודף מגביר שגיאות מדידה — למשל, דיוק חיתוך מכונה ליתוג יורד מ-0.1μm ל-0.3μm עקב הרמוניות מתח, מוריד את תutschlüssigkeit des Produkts von 95% auf 80%.

השפעה עיקרית 2: סיכונים עקיפים של טעויות מדידת THD (מעקב לא מדויק)

טעויות מדידת THD (למשל, THDv ממשי=6%, מדוד כ-4%, טעות = -2%) מובילות ל"הנחת תקינות שווא" או "טיפול יתר", מגדילות סיכונים או גורמות לבזבוז כלכלי — במילים אחרות, "עוות נתונים מוביל להחלטות רעות."

• אי גילוי עודף: טיפול מושך, נזק מוגבר
  אם THD מדוד נמוך מהממשי (למשל, THDv ממשי=6%, טעות מדידה -1%, מוצג כ-5%), הוא מצביע בצורה שגויה על "הנחת תקינות הרמוניה", מושך את התקנת מסננים (למשל, APF). זה מאפשר הצטברות הרמוניות ארוכת טווח:

• קצר מועד: הזקנה מואצת וביצועים נמוכים יותר של טרנספורמרים, קפצייטורים וכו'.

• ארוך מועד: סיכון לתהודה מערכת, אולי גורם לפירוק רשת אזורית (למשל, רשת אזורית חperienced תהודה לאחר שנתיים עקב אי גילוי הרמוניה שלישית, מובילת ל-5 תחנות כוח מחוץ לתפעול).

• alarm שווא של עודף: השקעה מיותרת, בזבוז עלויות
  אם THD מדוד גבוה מהממשי (למשל, THDv ממשי=4%, טעות מדידה +1%, מוצג כ-5%), הוא מצביע בצורה שגויה על "עודף הרמוניה", מוביל להתקנת מסננים מיותרת:

• בזבוז כלכלי: APF של 10kV/100A עולה בערך 500,000; אם אין צורך בטיפול, הציוד נשאר ללא שימוש (עם תחזוקה שנתית של 20,000).

• הפרעה למערכת: מסננים מיותרים יכולים ליצור נקודות תהודה חדשות (למשל, התקנת מסנן הרמוניה חמישית מפעילה תהודה שביעית), מביאה סיכונים חדשים.

• עוות נתונים: משפיע על תכנון ופיזור של הרשת
  טעויות מדידת THD מעוותות את נתוני התפלגות ההרמוניות, משפיעים על תכנון ארוך טווח:

• דוגמה: מעקב באזור מראה THDi ממוצע=8% (ממשי 6%), מוביל לספק יתר של יכולת טיפול בהרמוניות (בניית 2 תחנות מסנן נוספות, השקעה של מעל 10 מיליון).

• בפיזור, נתונים לא מדויקים של THD מונעים זיהוי מדויק של מקורות הרמוניות (למשל, שמנו את האשמה במחצבת פוטו-וולטאית, מגביל את הפליטה שלה), משפיעים על אינטגרציה של אנרגיה מתחדשת.

השפעה עיקרית 3: אובדן כלכלי — ממכלולים ישירים ועד אובדן עקיף

טעויות THD הרמוניות (כולל עודף ומדידה לא מדויקת) גורמות לאובדן כלכלי משמעותי דרך נזק לציוד, צריכת אנרגיה גבוהה יותר ועצירת יצור, ניתן לכמת בשלוש קטגוריות של עלויות:

סיכום: שרשרת ההשפעה העיקרית של טעויות THD על מערכות חשמל

ההשפעה היסודית של טעויות THD הרמוניות עוקפת שרשרת: "עוות צורה → נזק לציוד → יציבות מערכת → אובדן כלכלי." טעויות מדידה פועלות כדי להגביר או לשפוט בצורה שגויה את השרשרת הזו:

• THD ממשי יתר הוא "הסכנה הראשית", מזיק ישירות לציוד מערכת חשמל ומגביר חוסר יציבות;

• טעויות מדידת THD הן "הפרעה להחלטה", מובילות לטיפול לא נכון — או מגדילות סיכונים או מבזבזות משאבים;

• בסופו של דבר, שניהם מובילים לסיכונים בטיחותיים (הרס ציוד, קריסה של מערכת) ועלויות כלכליות (עלויות תיקון, בזבוז אנרגיה, עצירת יצור).

לכן, מערכות חשמל צריכות לאמץ גישה דו-מימדית: "מעקב מדויק (בקרה על טעות מדידת THD ≤ ±0.5%) + טיפול יעיל (שמירה על THDv ממשי מתחת ל-5%)" כדי למנוע באופן כולל את הסיכונים הללו.