اعوجاج هارمونیکی کل (THD) چیست؟

اعوجاج هارمونیک کل (THD: Total Harmonic Distortion) یک پارامتر کیفی و نمایانگر آن است که یک شکل موج یا سیگنال تا چه حد منطبق بر شکل موج سینوسی می‌باشد. مقدار THD بر حسب درصد بیان شده و هر چه میزان THD کمتر باشد شکل موج سینوسی دارای کیفیت بهتری است و اثرات سوء و تلفات انرژی کمتری بر روی شبکه برق خواهد داشت.

بهترین مثال برای شناخت مفهوم اعوجاج هارمونیکی، صدای تولید شده از طریق نواختن یک ساز است به نحوی که هرچه این صدا صاف، شفاف و منطبق بر نت باشد، می‌گوییم که سیگنال با اعوجاج هارمونیک کمتر  تولید شده است. اعوجاج هارمونیکی کل ناشی از ادوات الکترونیک بیان‌گر این امر می‌باشد که این‌بار مصرفی در شبکه، چه درصدی از اعوجاج بر روی آن تولید می‌نماید.

هارمونیک‌ها مولفه‌هایی با فرکانس بالاتر از فرکانس مولفه اصلی (50Hz) در یک شکل موج (جریان الکتریکی) هستند که در شبکه قدرت، به طور ناخواسته و بر اثر بارهای غیرخطی (Nonlinear Loads) تولید می‌شوند.

تفاوت شکل موج اصلی ( موج سینوسی آبی رنگ ) و شکل موج واقعی دارای هارمونیک ( موج سینوسی قرمز رنگ)

هر شکل موج متناوب از مجموع یک سری از سینوسی ها با مضارب تناوب شکل موج اصلی ساخته می شود.

به‌کارگیری المان‌ها و بارهای غیرخطی در سیستم است که باعث ایجاد سیگنال‌های غیرسینوسی جریان و ولتاژ در شبکه قدرت شده که خود موجب پیدایش اعوجاج در موج اصلی جریان می‌گردد. با گسترش بارهای غیرخطی، اعوجاج  ولتاژ در سیستم‌های قدرت شکل می‌گیرد که با انتقال از منبع به سمت بارها میزان آن افزایش می‌یابد. به طور کلی عوامل اصلی تولید کننده هارمونیک‌ها عبارتند از:

همان طور که مشخص است تمام تجهیزات الکترونیکی که در دسته‌بندی‌های بالا قرار بگیرند، تولید اعوجاج هارمونیک خواهند داشت که بسته به قطعات و مصرف آنان دارای شدت و تاثیرگذاری متفاوتی هستند. بنابراین هرچه کیفیت طراحی مدار، اعمال فیلترها و قطعات الکترونیک به کار گرفته شده در محصول الکتریکی مطلوب‌تر باشد، درصد THD این تجهیزات پایین‌تر خواهد بود.

بررسی تاثیر زیان بار هارمونیک‌ها را می‌توان در دو دسته کلی هارمونیک‌های جریان و ولتاژ (قابل چشم‌پوشی) تقسیم نمود. هارمونیک‌ها باعث افزایش جریان خازن‌ها، تلفات در ترانسفورمرها، موتورها، هادی‌ها و اختلال در عملکرد سیستم‌های کنترل، حفاظتی و ارتباطی می‌گردند. هارمونیک‌های ایجاد شده توسط بارهای غیرخطی می‌توانند بر روی بارهای مرتبط در محل اتصال تاثیر زیادی بگذارند. همچنین هارمونیک‌ها باعث عملکرد نامناسب رله‌ها، کلیدها، فیوزها و سیستم‌های فرمان از راه دور می‌شوند. در نتیجه‌گیری کلی می‌توان اثرات هارمونیک‌ها را به چهار دسته اصلی تقسیم نمود:

محصولات روشنایی از قبیل لامپ‌های FL به دلیل نوع عملکرد تخلیه گاز و CFL و LED به دلیل وجود مبدل‌ها، ترانس‌ها، یکسوسازها و  غیره، منابع ایجاد هارمونیک در شبکه برق می‌باشند. با توجه به سهم و میزان مصرف انرژی لامپ‌های روشنایی (به خصوص محصولات LED) در شبکه برق، تاثیر هارمونیک این بارهای مصرفی به نسبت سایر بارها در شبکه کم بوده و از این رو سازمان ملی استاندارد ایران وجود درصدهای مختلف این پارامترهای کیفی در محصولات را در زمره الزامات ویژه برای اخذ استاندارد کیفی و عملکردی آن محصول در نظر گرفته است. درصد THD محصولات روشنایی در بازه 5 الی 200 درصد متغیر بوده که هرچه این درصد پایین‌تر باشد، نشان از کیفیت بالاتر آن محصول در مورد تولید اعوجاج هارمونیک است. به کارگیری فیلترهای هارمونیک (PFC:Power Factor Correction ، شنت و ..) در مدار درایور محصولات  می‌تواند منجر به اصلاح ضریب هارمونیک شود که به تبع آن موجب افزایش قیمت این محصولات می‌گردد. با توجه به استاندارد شماره 2-14878 سازمان ملی استاندارد ایران در مورد تعیین رتبه کیفی لامپ‌ها و چراغ‌های LED، به منظور تعیین رتبه کیفی نمونه‌ها مطابق با جدول ذیل نمونه‌ها ارزیابی و امتیازدهی می‌شوند. همان‌ طور که از جدول مشخص است، پارامتر کیفی درصد THD در زمره 17 پارامتر و دارای حداکثر امتیاز 150 یعنی 5 درصد از امتیاز کل می‌باشد.

لامپ LED از نظر هارمونیک‌های جریان ورودی باید با مقررات استاندارد شماره 2-14878 سازمان ملی استاندارد ایران مطابقت داشته باشد. حداکثر اعوجاج هارمونیکی قابل قبول برای محصول LED ال‌ای‌دی، 130 درصد می‌باشد. لذا نمونه‌های با اعوجاج هارمونیکی کل بیش از 130 درصد، از این آزمون امتیازی کسب نمی‌کنند. امتیاز دهی برای اعوجاج هارمونیکی کل اندازه‌گیری شده طبق جدول زیر است:

مطابق با جداول فوق، پارامتر درصد THD برای محصولات روشنایی تا 130 درصد قابل پذیرش بوده و محصول در ازای درصدهای پایین‌تر، امتیاز بیشتری در تعیین رتبه کیفیت محصولات از سوی سازمان ملی استاندارد ایران کسب خواهد نمود. این جدول از آن نظر حائز اهمیت است که محصولات با THD های تا 130 درصد قابل قبول و استفاده از دید سازمان ملی استاندارد ایران می‌باشد.

                      _   
                     | |  
  __ _  _   _  _   _ | |_ 
 / _` || | | || | | || __|
| (_| || |_| || |_| || |_ 
 \__, | \__,_| \__, | \__|
    | |         __/ |     
    |_|        |___/