Harmonic ~التوافقيات

 التعريف: 
هى عبارة عن إشارات كهربية غير مرغوب فيها تظهر مركبة على الموجة الأساسية فى الشبكة الكهربية وترددها عبارة عن مضاعفات من التردد الاساسى وتتسبب فى تشوة موجة التيار او تشوة موجة الجهد او تشوة الاثنين معا حيث ترددها (100،150،200،250،300،350(.

~.~.~.~.~.~

ويتم تقسيم التوافقيات الى :

*  توافقيات ذات رتبة فردية f3:  ، f7، f5** وتوافقيات ذات الرتبة الزوجية : f2،f4،f6والتوافقيات الفردية هى الاكثر شيوعا فى الشبكات الكهربية واكثرها تاثيرا توافقيات الدرجة الثالثة .

~.~.~.~.~.~

 أسباب وجود التوافقيات فى الشبكات الكهربية.


1- اسباب من ناحية الحمل .

 -2اسباب من ناحية الشبكة.

اولا: الاسباب من ناحية الحمل .
تقوم الاحمال غير الخطية عموما بتوليد التوافقيات فى مصدر تغذيتها وهذة الاحمال هى التى تكون فيها اشكال موجة التيار غير موافقة لشكل موجة الجهد .

ملحوظة  :الاحمال الخطية لاتحدث توافقيات .الاحمال الغير خطية تحدث توافقيات .

من امثلة المعدات ذات المصدر الرئيسى لوجود التوافقيات من ناحية الحمل .

1- موحدات التيار فى الاجهزة الالكترونية :
     تنتج موحدات التيار فى الاجهزة الالكترونية كم كبير من التوافقيات بسبب تغيير شكل الموجة الخارجة عن الموجة الداخلة .    وبالرغم من ان تاثير كل جهاز الكترونى فى زيادة توافقيات الشبكة صغير الا ان كثرة عدد الاجهزة الالكترونية تجعلها مصدر مؤثر للتوافقيات فى الشبكة .- 2 مصابيح الفلورسنت:

   تولد المصابيح قوس كهربى صغير يتولد عنها توافقيات من الدرجة الثالثة ومن الخبرة العملية دلت على ان قيمة هذة التوافقيات قد تصل الى 30%من قيمة تيار التردد الاساسى .

 - 3 المعدات ذات القوس الكهربى:
   تعد الافران ذات القوس الكهربى من اكبر المصادر المولدة للتوافقيات كما فى مصانع الحديد والصلب وتتشابة معها معدات اللحام بالقوس الكهربى.

ثانيا : الاسباب من ناحية الشبكة

  من أمثلة المعدات ذات المصدر الرئيسي لوجود التوافقيات من ناحية الشبكة.



 - 1 المحولات:
ينتج عن المحولات فى حالة تحميلها كمية من التوافقيات عادة لا تكون كبيرة ولكن زيادتها فى الشبكة بوجة عام يؤثر على أداء المحول.

 2- الآلات الدوارة: 
تكون ملفات المولدات ثلاثية الأطوار متماثلة فى شكل كافي عادا وعلى نحو يجعل قيمة جهد التوافقيات المتولدة صغيرة جدا بما لا يسبب تأثير على الموجة الأساسية.



 - 3المكثفات:
تتولد التوافقيات فى الدوائر التي تحتوى على المكثفات وتسبب تيارات التوافقيات العاملة تسخينا ذائدا.

~.~.~.~.~.~

  

 المشكلات الناتجة عن التوافقيات
تسبب التوافقيات مشكلات عديدة للمعدات الكهربية المختلفة وأجهزة التحكم مما يؤدى إلى انخفاض كفاءة تشغيلها أو تعطيل عملها وفيما يلي أهم المشكلات الناتجة عن التوافقيات فى أجهزة ومعدات الشبكة الكهربية.
 - 1 المحولات:
  * تسبب زيادة فى المفاقيد النحاسية والمفاقيد الحديدية ويكون التأثير الاجمالى هو زيادة سخونة المحول.* تدهور العزل  بسبب زيادة درجة الحرارة مما يؤدى عنة تعطل المحول بالكامل.* زيادة التكلفة لإنشاء المحول.

*  يمكن خفض قدرة تحميل المحول فى وجود التوافقيات.



 - 2 الآلات والمحركات الدوارة:
 * تتأثر الآلات والمحركات الدوارة بالتوافقيات وتزداد سخونتها الناتجة من الفقد فى الحديد والنحاس عند التوافقيات قد تؤثر التوافقيات على العزل وتؤدى إلى زيادة الضوضاء الناتجة عنة.* يمكن إن تؤدى التوافقيات فى المحرك الحثى إلى توزيع المجال المغناطيسي فى الفجوة الهوائية بشكل يمكن إن يؤدى إلى ظاهرة تسمى الزحف أو الامتناع عن الحركة.* قد تؤدى التوافقيات عالية الدرجة إلى تدهور أداء أجهزة التحكم فى السرعة وأجهزة بدء الحركة الالكترونية الخاصة بالمحركات. -3 الموصلات :
* زيادة فى تحميل الموصلات وزيادة فى تسخينها 
 - 4 المعدات الالكترونية:
يمكن آن تتسبب التوافقيات فى تشغيل المعدات الالكترونية بطريقة سيئة وخاصة تلك التي تشتمل على أجهزة تحكم (plc) المبرمج المستخدم فى العمليات الصناعية.



 - 5 أجهزة القياس:
  وقد تعطى هذة العدادات قراءات خاطئة عند وجود التوافقيات. - 6 مصابيح التفريغ الغازية:
يحدث العطل فى الكوابح بسبب السخونة الذائدة التي تسببها التوافقيات.

 - 7 معدات أخرى:
تسبب خلل فى مرحلات التحكم والوقاية و مفاتيح لوحات التوزيع و المعدات المستخدمة فى التسخين الكهربي.وبشكل عام يمكن آن تسبب التوافقيات الشديدة التي تؤثر فى الدائرة لفترة زمنية طويلة إجهاد حراري يترتب علية استهلاك المعدات بصورة سريعة.

~.~.~.~.~.~

اثر التوافقيات:

تلخيص للأثار المذكورة سابقا ..
1- سخونة فى الالات الدوارة المولدات والمحركات المتزامنة والحثية 2- سخونة فى المحولات 3- سخونة فى الفيوز وقطع التيار
4- سخونة فى اجهزة الحماية 5- سخونة الكونتاكتورات
6- سخونة القواطع
7- سخونة اجهزة القياس
8- تاثر تاثيرا واضحا فى اجهزةالاتصالات حيث تحدث تداخل فى خطوط الاتصالات 9- تسبب زيادة ظاهرة الكرونا فى خطوط الضغط العالى
10- انهيار بعض العوازل الضعيفة
11- فقد فى القدرة

~.~.~.~.~.~

  الحدود القياسية لقيم التوافقيات بالشبكة الكهربية :
تنص معظم المواصفات القياسية العالمية على الحدود المسموح بها للتوافقيات وذلك لحماية معدات ومكونات الشبكة الكهربية من الآثار الناتجة عن وجود توافقيات التيار والجهد وتحدد هذة المعاملات كتالى .
 - 1 معامل تشوة الجهدVTHD :

ويطلق علية اجمالى التشوة فى الجهد (total harmonic distortin for voltage)حيث :
V1 :: الجهد الفعال للمركبة الأساسية (v1= r.m.s) الجهد الفعال للقيمة الأساسية .
 :: N هى رتبة التوافقيات .
:: Vn الجهد الفعال للتوافقيات ذات الرتبة a..



 - 2 معامل تشوة موجة التيار THDI:

ويطلق علية اجمالى التشوة فى التيار (Distort the current wave factor)

~.~.~.~.~.~

 طرق تقليل التوافقيات (اخماد التوافقيات)
فى هذة الحالة اجراء بعض التعديلات فى الشبكة لتقليل من ضرر التوافقيات اما اذا كان ذلك مكلفا فيمكن الاكتفاء بازالة الاثار الضارة .وعندما يصبح من العسير خفض توافقيات معينة ينبغى تقوية مكونات الشبكة بالقدر الذى يمكنها من تحمل هذة التوافقيات ويتم ذلك باجراء التالى :

 - 1 زيادة مساحة مقطع الكابلات او اضافة كابلات جديدة لزيادة قدرة الشبكة على تحمل التوافقيات العالية .

2  - خفض القدرة عند تحميل المحولات (حيث يكون الخفض من 50الى 70%) مع اضافة وحدات جديدة او استبدال الوحدات القائمة بأخرى جديدة ذات قدرة عالية .

 - 3 إعادة توزيع الاحمال فى الشبكات ثلاثية الاوجة لموازنة التوافقيات او لموازنة تيارات الاحمال بجميع الموصلات .

 التعديلات التى يمكن اجرائها على الشبكة لتقليل حجم التوافقيات او ازالتها:

توجد عدة تعديلات يمكن أجرائها على الشبكة لخفض حجم مشكلة التوافقيات أو إزالتها نهائيا مثل؛

*   اضافة ملفات حثية على التوالى مع المكثفات .

 *  اضافة ملفات حثية على التوازى مع المكثفات .

 * استخدام مرشح مكون من مكثفات وملفات توالى وتوازى .

 * إعادة توزيع الاحمال .