تحمل كابلات الطاقة الكهربائية power cables الكهرباء من منابع التغذية الى اماكن التحميل واحدى معلمات الكابل هي DC resistance ، والتي تعتمد على مواصفات الكابل.
عندما يسري التيار عبر الكابل، تحدث ضياعات حرارية بفعل جول I2R في الكابل. تتناسب تلك الضياعات مع مربع التيار و مع مقاومة الكابل cable resistance.
تتسبب التيارات التوافقية في تسخين إضافي للكابل بسبب زيادة الضياعات .
لا تتغير DC resistance للكابل إذا كان الكابل يمرر تيار مستمر. ومع ذلك، في حالة نقل الطاقة بالتيار المتناوب AC ، تزداد المقاومة مع زيادة التردد وكذلك مع زيادة التيار. AC resistance للكابل أعلى من DC resistance للكابل. وبالتالي، فإن الضياعات power lossالناتجة عن تسخين الكابل تزداد إذا كان الكابل يحمل تيار AC عالي التردد
التأثيرات السلبية للتوافقيات على كابلات الطاقة الكهربائية يمكن تلخيصها بمايلي :
* زيادة الضياعات الحرارية I2R بسبب زيادة المقاومة
* زيادة RMS للتيار
* ارتفاع الجهد
* تقادم الكابل
اولا”- زيادة الضياعات الحرارية I2R بسبب زيادة المقاومة :
تزداد قيمة RMS للتيار عندما يزيد harmonics current.
ففي نظام التغذية الملوث بالتوافقيات تزداد ضياعات الكابلات لسببين الاول زيادة في مقاومة الكابل مع زيادة التوافقيات. وزيادة التيار RMS بسبب التوافقيات
ثانيا”- زيادة RMS للتيار بسبب التوافقيات :
يكون شكل موجة التيار المشوهة بفعل التوافقيات غير جيبي . ووفقا لتحليل فورييه، يمكن تحليل شكل الموجة غير الجيبية إلى موجة تردد اساسي جيبيبة ومضاعفات جيبية تُعرف هذه المضاعفات للتردد الأساسي بالتوافقيات. على سبيل المثال، لناخذ شكل موجة تيار غير جيبية كما هو موضح بالشكل ولنلاحظ كيف يزيد التيار RMS بتاثير التوافقيات .
بالشكل المرفق تزداد قيمة RMS للتيار بنسبة 5٪ من تيار RMS الأساسي. إذا كان التيار الأساسي 100 أمبير فإن إجمالي التيار المتدفق سيكون 105 أمبير. يؤدي زيادة التيار بسبب التيار التوافقي إلى ضياعات حرارية إضافية بنسبة 10% في الكابل. وبالتالي يجب تصحيح قيمة التيار الذي يسمح مروره في الكابل تبعا” لوضع التوافقيات .
العامل الآخر الذي يساهم في زيادة الضياعات هو AC resistance .
التوافقيات في موجة التيار ستكون اعلى من التردد الاساسي (250 هرتز، 350 هرتز، 550 هرتز، وما إلى ذلك. ) عند الترددات الأعلى، يميل التيار إلى التدفق على السطح الخارجي للناقل. وتسمى هذه الظاهرة skin effect اي تزداد المقاومة الفعالة للكابل في حالة التوافقيات و تتناسب skin effect مع التردد، ويتناسب تأثير التجاور proximity effect مع مربع التردد. وبالتالي، تزداد المقاومة الفعالة للناقل الذي يحمل تيارًا توافقيًا.
ثالثا”- زيادة الجهد بسبب التوافقيات :
إذا كانت مجموعات المكثفات المركبة لتحسين عامل الاستطاعة power factor correction في دارة رنين مع ملف المحولة ، فإن ظاهرة الرنين يمكن أن ترفع من جهد النظام. في هذه الحالة، تتعرض كابلات الطاقة لاجهاد اضافي قد يؤدي الى فشل عزل الكابل.
