الفصل الثالث لمشروع التخرج

الفصل الثالث

التوافقيات في الشبكة الكهربية

3 -1- تعريف التوافقيات:...............

هي عبارة عن إشارات غير مرغوب فيها تظهر مركبة على الموجة الحساسية للشبكات
الكهربية وترددها عبارة عن مضاعفات التردد الاساسى وتسبب تشوه موجة الجهد أو
التيار أو الاثنين معا.






قيم تردد التوافقيات :...................
في حالة تردد الشبكة 50hz )) التردد الاساسى.
100 Hz التوافقية الثانية..........................
150 Hz التوافقية الثالثة حسب التردد..........
200 Hz التوافقية الرابعة.........................

وتنقسم التوافقيات إلى...................
1- توافقيات فردية وهى الأكثر شيوعا وتأثيرا.
2- توافقيات مزدوجة وتكون اقل تأثيرا ........
ويبين الشكل تأثير توافق الدرجة الثالثة شكل موجة التردد الاساسى وحيث تتولد موجة مشوها عبارة عن:.....
المجموع الاتجاهى للتيار الاساسى وتيار التوافقيات...................................

توجد طرق لتقدير التشوه الناتج عن التوافقيات في الشبكة الكهربية simulation ...
وتتمثل هذه الطرق...../ طرق رياضية .....طرق محاكاة..... قياس مباشر باستخدام أجهزة قياس التوافقيات..

يكون من الضروري تحديد كل مركبة من التوافقيات على حدة حتى يمكن سبب وجودها في الشبكة وإيجاد حل لها..

يمكن تحديد مشكلة التشوه الناتج عن التوافقيات باستخدام تقيم شامل لجميع التوافقيات عن طريق معامل تسمى معامل الكلى للتشوه للتوافقيات total harmonic distortion factor (THD) . ...
وهو معامل يعطى الحد الذي يختلف معه شكل الموجة الأساسية ويحسب كنسبة مؤية..

قد تنتج التوافقيات من بعض المصانع بسبب دوائر تصحيح معامل القدرة ( أجهزة موجودة داخل المصنع ) وقد ينتج بسبب مصدر التغذية نفسه في هذه الحالة تكون التوافقيات الناشئة بسبب مستهلكين آخرين تتولد إليهم توافقيات ويتصلون بشبكة التغذية طريقا إلى المصنع..........

3-2- أسباب وجود التوافقيات



تقوم الأحمال غير خطية عموما لتوليد التوافقيات في مصدر تغذيتها وهذه الأحمال هي التي تكون فيها أشكال موجة التيار غير متوافقة على شكل موجة الجهد تتولد على جميع المولدات التي تعمل بمبدأ الحث الكهرومغناطيسية بعض درجات من التوافقيات وفيما يلي بعض المعدات التي تعتبر مصدرا رئيسيا للتوافقيات ...







3-2-1- موحدات التيار


تستخدم موحدات التيار عادة في المعدات الالكترونية وفى أنظمة التحريك الكهربي ذات سرعة متغيرة .
وتكون دوائر الموحدات مصدر كبير للتوافقيات خصوصا مع انتشار الأجهزة الالكترونية لعدد كبير في الشبكة الكهربية .






3-2-2- مصابيح التفريغ الغازي ( الفلوريسنت)


تولد مصابيح الفلوريسنت ومصابيح الزئبق أقواسا كهربية صغيرة وينتج عنها دائما توافقيات من الدرجة الثالثة قد تصل إلى 30% من قيمة التردد الاساسى .
قد تنتج التوافقيات من المصابيح الفلوريسنت بين مستهلكين آخرين تتولد إليهم توافقيات ويتصلون شبكة التغذية نظرا لانتشارها.

3-2-3- المعدات ذات القوس الكهربي

وتشمل أفران ذات القوس الكهربي وأفران القوس الكهربي ينتج عنة كمية كبيرة من التوافقيات
وعادة يكون تأثير بالمنطقة المحيطة بة...........







3-2-4- المكثفات


المكثفات التي تستخدمها الشبكة الكهربية لرفع كمية معامل القدرة لا تولد المكثفات في حد ذاتها التوافقيات إلا أنها قد تؤدى إلى خفض أو زيادة قيم التوافقيات الموجودة في الشبكة ..........


3-3- الحدود القياسية للتوافقيات في الشبكة

يقصد بها تحديد النسبة الإجمالية لتشوة موجة التيار أو موجة الجهد حيث تتضمن معظم المواصفات القياسية العالمية على الحدود المسموح بها وذلك لحماية معدات ومكونات الشبكة الكهربية من الآثار الناتجة عن وجود التوافقيات وفيما يلي توضح الحدود القياسية لتشوة الجهد والتيار .
معامل تشوه الجهد أو اجمالى التشوه في الجهد

Total harmonic distortion ( THDV)




V1= الجهد الفعال للموجة الأساسية
Vn = الجهد الفعال للتوافقيات من الدرجة n
حيث n = 2 &
وتوجد تجارب تحدد مستوى تشوه الجهد تبعا لجهود الشبكة وتعطى كما يلي ..........

جدول _ حدود التشوه في الجهد المسموح بة عند الجهود المختلفة للشبكة
جهد الشبكة 23-69 k.v 69-138 k.v اكبر من 138 k.v
أقصى تشوه أجمالي
THDV 5 % 2.5 % 1.5 %
أقصى تشوه الجهد 3% 1.5 % 1 %

وتختلف حدود تشوه الجهد المسموح بها من بلد إلى بلد أخرى حسب المواصفات القياسية المستخدمة لهذا البلد

معامل تشوه التيار ((THDI TOTAL HARMONICE DISTION
حيث يتضمن معظم المواصفات القياسية العالمية على الحدود المسموح بها وذلك لحماية معدات ومكونات الشبكة الكهربية من الآثار الناتجة عن وجود التوافقيات



3-4- إخماد التوافقيات
يجب التخلص من مصادر توليد التوافقيات الشديدة في الشبكة المغذية للمستهلك وذلك بعلاجها موضعيا لمنع انتشار تأثيرها للشبكة .


ويمكن في هذه الحالة إجراء بعض التعديلات الشبكة للتقليل من ضرر هذه التوافقيات أما إذا كان ذلك مكلف أو غير ممكن فيمكن الاكتفاء فقط بإزالة إشارة الضرر وعندما يصبح من توافقيات معينة فينبغي تقوية مكونات الشبكة بالقدر الذي يمكنها من تحمل هذه التوافقيات ويتم ذلك بإتباع مايلى..........................

1- زيادة مساحة مقطع الكبلات أو إضافة كبلات جديدة .
2- خفض القدرة عند تحميل المحولات مع إضافة وحدات جديدة أو استبدال الوحدات القديمة بأخرى جديدة .
3- إعادة توزيع الأحمال في شبكات ثلاثية الأطوار لموازنة التوافق .
















3-4-1- كيفية تقليل التوافقيات


إضافة ملفات أساسية على التوالي مع مكثفات ................................................
تستخدم في شبكات التوزيع مكثفات لتحسين معامل القدرة .
ويمكن إضافة ملفات حسية على التوالي يمكن التحكم في مفاعلتها لتقليل التوافقيات .
وهذه هي أكثر الطرق شيوعا نظرا لقلة تكلفتها ...
إضافة ملفات أساسية على التوازي مع مكثفات..............................................
وفى هذه الحالة يضاف مكثف وملف مع خط التغذية كما مبين بالرسم .
ويكون التأثير لهذه الحالة أفضل من الحالة السابقة لكن التكلفة عالية.....


3-4-2- استخدام مرشحات ذات قدرة عالية
ACTIVE FILTER
يمكن للتحليل النظري للتوافقيات لكل دقة وبناء على ذلك يمكن تصميم مرشحات ايجابية مع ضبط قيم مكوناتها بحيث تصبح قادرة من التخلص من التوافقيات وتستخدم في ذلك دوائر الكترونية وهذا النوع من أنواع المرشحات بالنسبة لإخماد التوافقيات......................