ترانسفورماتورهای اصلاح شده بر اساس فاکتور k

سرویس آموزش و ازمون برق نیوز: با نفوذ گسترده‌ی قطعات الکترونیک قدرت (دیودها، تریستور‌ها و ...) در دستگاه‌ها و تجهیزات صنعتی، افزایش هارمونیک‌های تزریق شده توسط این قطعات به شبکه‌ی قدرت به یکی از مشکلات عمده‌ی شرکتهای توزیع انرژی الکتریکی تبدیل شده است.

هارمونیک‌ها اثرات نامطلوبی بر روی شبکه و مصرف کنندگان دارند که از جمله‌ی آن‌ها می‌توان به گرم کردن ترانسفورماتور‌ها اشاره کرد. هنگامی که ترانسفورماتوری یک بار غیرخطی (یو. پی. اس، چراغهای کم مصرف، راه انداز‌ها و کنترل کننده‌های دور موتورهای الکتریکی و ...) را تغذیه می‌کند هارمونیک ایجاد شده توسط بار غیرخطی سبب می‌شود که بهره بردار مجبور شود توانی کمتر از توان اسمی ترانسفورماتور از آن بکشد تا از داغ شدن بیش از حد و آسیب رسیدن به عایقهای سیم پیچ‌ها جلوگیری کند.

 

جریانهای ناشی از هارمونیک‌ها سبب می‌شود که تلفات ترانسفورماتور بالا رفته و حرارتی بیش از حد لازم تولید شود. به همین دلیل و به منظور تصحیح توانی که می‌توان از یک ترانسفورماتور در حالتی که بارهای غیرخطی را تغذیه می‌کند گرفت، عاملی به نام K. تعریف شده است. کی فاکتور را می‌توان به عنوان وزن جریانهای هارمونیک تعریف کرد. اگر یک بار خطی توسط ترانسفورماتور تغذیه شود کی فاکتور آن را برابر با یک تعریف می‌کنیم. هر چه بار غیرخطی جریانهای هارمونیک بیشتری بکشد، کی فاکتور آن بالاتر می‌رود. محاسبه‌ی کی فاکتور سبب می‌شود که مصرف کننده بتواند ترانسفورماتوری مناسبتر و با توانی بالاتر را برای مصارف خود سفارش بدهد.

برای محاسبه‌ی کی فاکتور در ابتدا باید جریانهای هارمونیک توسط دستگاه تحلیل کننده‌ی هارمونیک اندازه گیری شود. سپس جریان‌ها به توان دو رسیده و پس از ضرب شدن در مربع هارمونیک این اعداد با هم جمع خواهند شد. به عنوان مثال اگر یک جریان دارای ۱۰ % جریان هارمونیک سوم، ۵ % جریان هارمونیک پنجم و ۳ % جریان هارمونیک هفتم باشد کی فاکتور آن به صورت زیر محاسبه خواهدشد:

 

مقدار ضریب تصحیح که باید مصرف کننده در توان نامی ترانسفورماتور خود ضرب کند از روی اطلاعات سازنده‌ی ترانسفورماتور و بر اساس مقدار کی فاکتور محاسبه شده توسط مصرف کننده به دست می‌آید. برای مقاصد عملی باید کی فاکتور در یک دوره‌ی بلند مدت اندازه گیری شود و پس از آن نیز همواره پایش شود.

امروزه، برای کمک کردن به خریداران در انتخاب ترانسفورماتور مناسب، بعضی از سازندگان ترانسفورماتور تولیداتشان را بر اساس کی فاکتور به بازار عرضه می‌کنند. این ترانسفورماتورهای جدید قادر به تحمل حرارت اضافی تولید شده توسط جریانهای هارمونیک هستند به شرطی که کی فاکتور مصرف کننده از مقداری که سازنده در نظر گرفته است بیشتر نشود.

 

در این نوع ترانسفورماتور‌ها مصرف کننده نیازی به استفاده از ضریب تصحیح برای کاهش توان خروجی ترانسفورماتور ندارد چرا که هدف از ساخت این گونه ترانسفورماتور‌ها محاسبه‌ی کی فاکتور بارهای غیرخطی و ساخت ترانسفورماتوری مناسب برای آن می‌باشد. استفاده از ترانسفورماتورهای جدید اقتصادی‌تر از خریداری یک ترانسفورماتور معمولی، ولی بزرگتر می‌باشد. ترانسفورماتورهای اصلاح شده بر اساس کی فاکتور برای کی فاکتورهای ۴، ۹، ۱۳، ۲۰، ۳۰، ۴۰، ۵۰ ساخته می‌شوند.

علاوه بر صرفه‌ی اقتصادی، استفاده از ترانسفورماتورهای اصلاح شده بر اساس کی فاکتور مزیتهای دیگری نیز بر ترانسفورماتورهای عادی دارند. در صورت وجود جریانهای هارمونیک، به دلیل اندازه‌ی بزرگتری که باید برای ترانسفورماتورهای عادی در نظر گرفت، سطح جریان اولیه نسبت به ثانویه باید بالاتر در نظر گرفته شود و اگر سطح حفاظت کاهش بیابد ممکن است که جریان هجومی ترانسفورماتور سبب تریپ دادن رله‌های اضافه جریان شود.

در جدول زیر انواع ترانسفورماتورهای اصلاح شده را بر اساس کی فاکتور بر حسب نوع بار و مقدار کی فاکتور ملاحظه می‌کنید: