ترانسفورماتورهای اصلاح شده بر اساس کی فاکتور

رضاکیانی موحد

با نفوذ گسترده ی قطعات الکترونیک قدرت (دیودها، تریستورها و غیره) در دستگاه ها و تجهیزات صنعتی، افزایش هارمونیک های تزریق شده توسط این قطعات به شبکه ی قدرت به یکی از مشکلات عمده ی شرکتهای توزیع انرژی الکتریکی تبدیل شده است.

هارمونیکها اثرات نامطلوبی بر روی شبکه و مصرف کنندگان دارند که از جمله ی آنها می توان به گرم کردن ترانسفورماتورها اشاره کرد. هنگامی که ترانسفورماتوری یک بار غیرخطی (یو.پی.اس، چراغهای کم مصرف، راه اندازها و کنترل کننده های دور موتورهای الکتریکی و غیره) را تغذیه می کند هارمونیک ایجاد شده توسط بار غیرخطی سبب می شود 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 پیچ ها جلوگیری کند. جریانهای ناشی از هارمونیکها سبب می شود که تلفات ترانسفورماتور بالا رفته و حرارتی بیش از حد لازم تولید شود. به همین دلیل و به منظور تصحیح توانی که می توان از یک ترانسفورماتور در حالتی که بارهای غیرخطی را تغذیه می کند گرفت، عاملی به نام K تعریف شده است. کی فاکتور را می توان به عنوان وزن جریانهای هارمونیک تعریف کرد. اگر یک بار خطی توسط ترانسفورماتور تغذیه شود کی فاکتور آن را برابر با یک تعریف می کنیم. هر چه بار غیرخطی جریانهای هارمونیک بیشتری بکشد، کی فاکتور آن بالاتر می رود. محاسبه ی کی فاکتور سبب می شود که مصرف کننده بتواند ترانسفورماتوری مناسبتر و با توانی بالاتر را برای مصارف خود سفارش بدهد.

برای محاسبه ی کی فاکتور در ابتدا باید جریانهای هارمونیک توسط دستگاه تحلیل کننده ی 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 10% جریان هارمونیک سوم، 5% جریان هارمونیک پنجم و 3 % 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 سازنده ی ترانسفورماتور و بر اساس مقدار کی فاکتور محاسبه شده توسط مصرف کننده به دست می آید. برای مقاصد عملی باید کی فاکتور در یک دوره ی 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 می کنند. 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 محاسبه ی کی فاکتور بارهای غیرخطی و ساخت ترانسفورماتوری مناسب برای آن می باشد. استفاده از ترانسفورماتورهای جدید اقتصادی تر از خریداری یک ترانسفورماتور معمولی ولی بزرگتر می باشد. ترانسفورماتورهای اصلاح شده بر اساس کی فاکتور برای کی فاکتورهای 4،9،13،20،30،40،50 ساخته می شوند.

علاوه بر صرفه ی اقتصادی، استفاده از ترانسفورماتورهای اصلاح شده بر اساس کی فاکتور مزیتهای دیگری نیز بر ترانسفورماتورهای عادی دارند. در صورت وجود جریانهای هارمونیک ،به دلیل اندازه ی 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 رله های اضافه جریان شود.

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

بار	کی فاکتور
لامپ کم مصرف، یو.پی.اس با فیلتر هارمونیک، جوشکاری با قوس الکتریکی، کوره های القایی، پی.ال.سی و کنترل کننده های صنعتی	4
تجهیزات مخابراتی، یو.اس.پی بدون فیلتر، تجهیزات اتاق عمل، تجهیزات آزمایشگاهی، تجهیزات آموزشی	13
ابرکامپیوتر، راه انداز و کنترل کننده ی دور موتور، تجهیزات بیمارستانی	20