ارزیابی کیفیت توان در شبکه های برق و قدرت


تعريف عمومي :

كلمه كيفيت براي اثبات وجود و نيز كافي بودن امنيت در عرصه برق، گاهي اوقات مترادف با «قابليت اطمينان در عرضه » بكار مي رود. يك تعريف جامع آنرا كيفيت خدمت توصيف مي نمايد كه شامل سه مفهوم: قابليت اطمينان در عرضه، كيفيت برق ارائه شده و نهايتاً تهيه اطلاعات مي باشد. در سالهاي اخير با اظهار نظرهائي كه بوسيله افراد بيشماري در موارد موضوعات مهم آن بعمل آمده، كيفيت برق را همان كيفيت ولتاژ برق ناميده اند.

با توسعه كنترل الكترونيك قدرت در سيستم هاي انتقال و توزيع انرژي الكتريك، معرفي تعاريف جانبي و فرعي نيز افزايش يافته است. بيشترين كارهايي كه قبلاً در اين حوزه انجام شده، مربوطه به هارمونيك ها مي باشد. در حاليكه روز به روز اعوجاج هارمونيكها مسئله كيفيت را حادتر كرده اند ، يك مفهوم گسترده تر در خصوص كيفيت برق وجود دارد كه شامل تغييرات گذرا و غير تناوبي نسبت به شكل موج مطلوب، مي باشد.

اين تغييرات گذرا براي بررسي و ارزيابي  سازگاري الكترومغناطيسي مورد استفاده قرار مي گيرند، موضوعي كه مربوط به بهره برداري رضايت بخش و مطلوب اجزا و سيستمها بدون تداخل با يكديگر يا تداخل با ساير اجزا سيستم است. همانگونه سيستم قدرت وسيله حاملي براي انتقال تداخلات بوجود آمده بين مصرف كنندگان است، يك جنبه مهم كيفيت سيستم قدرت توانايي انتقال و تحويل انرژي الكتريكي در محدوده مشخص شده بوسيله استاندارد سازگاري الكترومغناطيسي به مصرف كنندگان مي باشد. براي تهيه يك سناريو، اين فصل بيشتر هدف نهايي كتاب را معرفي مي نمايد، باري مثال نگهداري كيفيت سيستم قدرت با شرح كوتاهي از انحراف هاي اصلي از شكل موج مطلوب و تاثير آنها در بهره برداري از سيستم بيان مي گردد. بدنبال موضوع اشاره شده و در ادامه اهداف فصول باقيمانده ، مقدمه كوتاهي در مورد نظارت و فنون تخمين بكار رفته در ارزيابي كيفيت سيستم قدرت بيان مي گردد.

اختلالات :

در زمينه كيفيت برق ، اختلال عبارت است از يك تغيير و انحراف لحظه اي از حالت ماندگار شكل موج، اين اختلال مي تواند ناشي از بروز خطا يا تغييرات ناگهاني در سيستم قدرت باشد. اختلالات تعريف شده بوسيله IEC عبارتند از: كاهش ناگهاني ولتاژ، قطعي هاي كوتاه مدت، افزايش ولتاژ و گذراهاي ضربه اي و نوساني.

فرورفتگي ولتاژ (DIP) :

در فرورفتگي ولتاژ، كاهش ناگهاني ولتاژ (بين 10 تا 90 درصد) در نقطه اي از سيستم الكتريكي مي باشد كه از 5/0 تا چندين سيكل بطول ميانجامد. كاهش ناگهاني يا افت ولتاژ چنانچه كمتر از 5/0 سيكل باشد بعنوان گذرا ناميده مي شود. فرورفتگي ولتاژ هنگام جداشدن موقت و لحظه اي منبع توليد يا هنگام عمليات كليد زني بوقوع مي‎پيوندد، هنگام راه اندازي موتورهاي بزرگ و يا وقوع اتصال كوتاه كه جريان زيادي كشيده مي شود نيز پديده فرورفتگي ولتاژ بوجود مي آيد. اين رويدادها مي توانند بوسيله مصرف كننده ها و هم بوسيله شبكه عمومي عرضه برق حادث گردند. علت اصلي فرورفتگي هاي ولتاژ، احتمالاً وقوع پديده صاعقه مي باشد.

در مورد مدت زمان فرورفتگي ولتاژ سه گروه وجود دارند: 4 سيكل (معمولاً برابر است با مدت زمان برطرف شدن اتصالي)، 3 سيكل (زمان وصل مجدد لحظه اي كليدهاي قدرت) و 12 سيكل (تاخير زماني وصل مجدد كليدهاي قدرت). تاثير قدرت فرورفتگي ولتاژ روي تجهيزات بستگي به مقدار و نيز مدت زمان بطول انجاميدن آن دارد. در حدود 40% از موارد مشاهده شده تا امروز، اندازه هاي فرورفتگي ولتاژ به مقدار كافي زياد هستند كه از استاندارد تعيين شده توسط سازندگان كامپيوتر فراتر روند.

عوارض ناشي از آن عبارتند از: خاموش شدن لامپ هاي تخليه، بهره برداري غير صحيح از وسايل كنترل، تغييرات سرعت و يا اصولاً توقف موتورها، قطع كنتاكتورها، خرابي سيستم كامپيوتري، يا خراب شدن ارتباطات در اينورترهاي تبديل در خطوط، راه حل هاي موجود براي مقابله با كاهش ولتاژ، استفاده از منبع تغذيه غيرقابل قطع يا تنظيم كننده برق (UPS) مي باشد.

قطعي هاي كوتاه مدت ولتاژ :

قطعي هاي كوتاه مدت را مي توان افت ولتاژ با 100% مقدار دامنه تصور كرد علت بروز آن مي تواند سوختن فيوز يا بازشدن يك ديژنكتور باشد كه اثرات پرهزينه اي خواهد داشت. براي مثال قطعي منابع عرضه برق براي چند سيكل (در مورد كارخانه شيشه) يا چند ( در مراكز اصلي كامپيوتر ) مي تواند هزينه هاي چند صد هزار دلاري بهمراه داشته باشد. حفاظت اصلي مصرف كننده در مقابل چنين رويدادهايي نصب منابع تغذيه غير قابل قطع (UPS) است.

برآمدگي ولتاژ (Swells) :

حالت برآمدگي ولتاژ را به مقدار موثر كه گاهي اوقات بدنبال كاهش كوتاه مدت ولتاژ رخ مي دهد، نشان مي دهد، اين حالت در دو فازي اتفاق ميافتد كه فاز سوم آن تحت تاثير يك اتصال كوتاه قرار گرفته است.  در شرايط برگشت بار يا (Load Rejection) نيز اين پديده بوجود مي آيد. پديده برآمدگي ولتاژ، باعث تغيير وضعيت كنترل هاي برقي و سيستم محركه موتورهاي الكتريكي خصوصاً گردش سرعت هاي قابل تنظيم معمولي مي شود كه نهايتاً منجر به قطع وسيله بدليل عملكرد رله هاي حفاظتي مي گردد. راه حل هاي ممكن براي محدود كردن عوارض ناشي از مسئله كاهش ولتاژ، استفاده از سيستم هاي تغذيه غيرقابل قطع و تنظيم كننده ها مي باشد.

گذراها :

اختلالات در سيستم ولتاژ كه مدت زمان بروز آنها از حالت هاي ذكر شده قبلي، باز هم كمتر باشد، حالت هاي گذرا ناميده مي شوند و علل بروز آنها تغييرات ناگهاني در سيستم قدرت مي‎باشد. با توجه به مدت زمان حادث شدن آنها، اضافه ولتاژهاي گذرا، به دو دسته امواج كليدزني (با زمانهاي حدود چند هزارم ثانيه) و ضربه اي (با زمانهاي حدود چند ميليونيوم ثانيه) تقسيم بندي مي گردند. امواج كليدزني و ضربه اي كه داراي انرژي زيادي هستند از اختلالات ناشي از كليدزني در شبكه يا بروز پديده تشديد يا هنگام انجام تغييرات مرحله اي در بار مصرفي ، بوجود مي آيند .خصوصاً كليدزني خازنها باعث بروز نوساناتي بصورت تشديد در شبكه شده كه خود باعث بروز افزايش ولتاژهائي 3 تا 4 برابر ولتاژ اسمي در شبكه مي شوند كه نهايتاً قطعي يا خرابي وسائل حفاظتي و تجهيزات را به دنبال خواهند داشت. سيستم هاي كنترل الكترونيكي در موتورهاي صنعتي در مقابل اين حالت ها بسيار آسيب پذير مي باشند. توسعه بروز يك حالت نوساني تشديد را از لحظه اوليه درگير شدن حالت شارژ خازن تا بروز يك ضربه متوالي نشان مي دهد. امواج ضربه اي نتيجه صاعقه مستقيم يا غيرمستقيم ايجاد قوس ناشي از شكست عايقي و .. مي باشند.

حفاظت در برابر امواج معمولي و ضربه اي با كاربرد منحرف كننده موج و ايجاد فواصل هوايي در ولتاژهاي بالا و ديودهاي نزولي در ولتاژهاي پائين، امكان پذير مي باشد. حالتهاي گذرا كه بواسطه بروز پديده تخليه الكترواستاتيكي سريعتر از هزارم ميكروثانيه بوده و بخش مهمي از سازگاري الكترومغناطيسي را تشكيل مي دهند در اين كتاب تحت عنوان كيفيت برق مورد بحث قرار نمي گيرند.

دندانه دار شدن ولتاژ (برش ولتاژ ) :

برش ولتاژ يك حالت تناوبي گذرا در خلال هر سيكل از يك موج ولتاژ است كه در اثر بروز يك اتصال كوتاه كه ناشي از فرايند تبديل در مبدل هاي AC-DC است، به وجود مي آيد. تناوبي بودن اين اختلال در طيف هارمونيكي يك شكل موج ولتاژ، قبلا ً توصيف شده است. به هر حال، لبه‎هاي تيز بوجود آمده به دليل لحظات كليدزني نيز حاوي نوسانات فركانس بالا هستند كه تاثير زيادي در تداخل هماهنگي عايقي واحد هاي صنعتي دارند. اين تاثير گذاري با ايجاد مدارهاي ميرا كننده (مانع) در تجهيزات كليد زني به حداقل خود كاهش مي يابد.

دندانه دار شدن موج به دليل افزايش سطح ولتاژ و زياد شدن حالت صفر ولتاژ اصلي مي تواند باعث تغيير حالت تجهيزات الكترونيكي و خراب شدن اجزاي سلفي آنها گردد. ضمناً اغلب فركانسهاي زيادي كه در داخل برش ولتاژ هستند در ورودي انشعاب ترانسفورماتور قدرت جدا گرديده و روي ولتاژ فشار متوسط انتشار پيدا نمي كنند. بنابراين قبل از اثرگذاري روي تجهيزات مصرف كننده ها ، بطور كامل محدود مي شوند.

نامتعادلي :

نامتعادلي وضعيتي كه در آن يا منابع ولتاژ سه فاز از نظر مقدار مساوي نبوده و يا اختلاف زاويه بين آنها 120 درجه نيست و يا هردو شرايط وجود داشته باشند. درجه نامتعادلي معمولاً بستگي به نسبت مولفه هاي متقارن توالي صفر ومنفي دارد. علل اصلي ايجاد نامتعادلي وجود بارهاي تك فاز (نظير خط آهن برقي) و خطوط انتقال جابجا نشده (ترانسپوزه نشده) مي باشند.

ماشيني كه به يك شبكه نامتعادل متصل است جرياني به مراتب نامتعادل تر از ولتاژ اصلي مي كشد. در نتيجه جريانها كاملاً متفاوت بوده و افزايش حرارت در ماشين به وقوع مي پيوندد. موتورها و ژنراتورها خصوصاً انواع گران و مدرن آنها با وسايل حفاظتي در مقابل نامتعادلي مجهز گرديده اند. اگر نامتعادلي منبع به مقدار معيني برسد، حفاظت تك فاز، نامتعادلي را آشكار كرده و باعث قطع موتور از مدار مي گردد. كنوترهاي چند فازه كه ولتاژهاي ورودي آنها منجر به خروجي DC مي گردند تحت تاثير پديده نامتعادلي قرار مي گيرند. اين تاثيرات عبارتند از بوجود آمدن مولفه هاي امواج كوچك (ريپل) در طرف DC و هارمونيكهاي غيرمشخص در طرف AC .

اعوجاج :

اعوجاجات در شكل موج بيشتر در قسمت هارمونيكها مورد بحث قرار مي گيرند . اينها جريانها و ولتاژهايي سينوسي شكلي هستند كه داراي فركانسهايي با مضرب فركانس اصلي طراحي شده براي شبكه مي باشند (فركانسهاي شبكه 50 يا 60 هرتز). نمايشي از يك اعوجاج هارمونيك 5 مشاهده مي گردد. فركانسهاي اين ولتاژها و جريانها مضرب صحيحي از فركانس اصلي نيستند و هارمونيك هاي مياني (درون هارمونيكها) ناميده مي شوند.

هم اعوجاجات هارمونيكي و هارمونيك هاي مياني عموماً توسط تجهيزاتي با مشخصه هاي ولتاژ / جريان غيرخطي بوجود مي آيند. به طور كلي تجهيزات داراي اعوجاج، جريانهاي هارمونيكي را توليد مي نمايند كه باعث افت ولتاژ به دليل وجود امپدانس شبكه مي گردند. جريانهاي هارمونيكي هم فركانس، از منابع مختلف به صورت برداري با هم جمع مي شوند. در انگلستان، هارمونيكهاي پنجم، به عنوان مرتبه هارمونيكي كه داراي بيشترين مقدار در ولتاژهاي بالا هستند مشخص گرديده اند، اين مقادير در بعضي از نقاط بين 5/ 2 تا 3 درصد مي باشند. هارمونيك پنجم ضمناً بالاترين مقدار متوسط سطوح هارمونيكي را بيان كرده و هم از نظر محل جغرافيايي و هم از نظر زمان وقوع ، پايدار و ثابت مانده است.

اين حالت و پديده، پتانسيل و سطح مصونيتي را كه تجهيزات انتقال در آينده در مقابل انتشار هارمونيك هاي توليد شده در شبكه ولتاژ فشار ضعيف بايد داشته باشند تعريف مي نمايد. از مدتي قبل كه تغييرات فصلي در مقادير هارمونيك در نقاط مختلف سبز شده، روند ثابتي را نشان نداده است. شواهدي هم مبني براين كه در منطقه جغرافيايي خاصي ولتاژهاي هارمونيكي زيادي سرازير شده اند وجود ندارد. به طور كلي در مرحله اول، سطوح هارمونيكي به جاي اينكه تحت تاثير مناطق دورتري باشند از نقاط نزديك و مجاور خود تاثير پذير هستند.

تاثيرات زيان آور هارمونيكها به شرح زير مي باشند:

1-     عملكرد غلط وسايل كنترل، سيستم هاي ارسال علائم و رله هاي حفاظتي

2-     تلفات اضافي در خازنها، ترانسفورماتورها و ماشينهاي گردنده

3-     صداهاي اضافي در موتورها و ساير وسايل مشابه

4-     تداخلات تلفني

5- خازنهاي اصلاح ضريب قدرت و ظرفيت خازني كابلها ، باعث بروز حالتهاي تشديد موازي وسري شده و دورتر از محل باري كه دچار اعوجاج گرديده ، توليد ولتاژهاي تقويت شده خواهند نمود.

هارمونيك هاي مياني مي توانند باعث برهم زدن علائم ريپل كنترل شده و به عنوان هارمونيكهاي فرعي توليد لرزش نمايند. براي اينكه مقادير هارمونيكهاي ولتاژ در شبكه در سطح قابل قبولي قرار گيرند، توصيه هاي زير به عنوان راه حل بيان مي شوند:

1- استفاده از يكسو كننده پالس هاي بلند (براي مثال HVDC، صافي ها، كنوترها)

2- فيلترهاي غيرفعال (پاسيو)، تنظيم شده روي فركانسهاي خاص و يا از نوع كنار گذر

3-     فيلترهاي فعال و تنظيم كننده ها

هارمونيكها، بسته به منشا به وجود آمدن ، اندازه و قابل پيش بيني بودن آنها به سه طبقه تقسيم بندي مي گردد. براي مثال: كوچك و قابل پيش بيني، بزرگ و تصادفي (كوره هاي قوسي) و نهايتاً بزرگ و قابل پيش بيني (كنورترهاي حالت ساكن)

منابع كوچك :

شبكه هاي برق خانگي و تجاري داراي تعداد زيادي منابع تغذيه كننده تك فاز براي تغذيه كنوترهايي با خروجي صاف شده توسط خازن مي باشند. مانند: تلويزيون ها، رايانه هاي شخصي كه به دليل وجود اندكي تنوع در بهره برداري از آنها و اثر تركيبي كه توليد اعوجاجات هارمونيكي زوج قابل ملاحظه اي مي نمايد. لامپهاي تخليه گازي به دليل اينكه كه همان مولفه هاي هارمونيكي را توليد نمايند، اين تاثير را اضافه مي‎كنند. اعوجاج هارمونيكي كل (THD) چنين لامپهايي بين 50 تا 150 درصد جريان اصلي مي باشد.

در سه فاز ترانسفورماتورها، جابجايي فاز در جريانهاي هارمونيك سوم در مقايسه با موج ولتاژ سينوسي اصلي مانند هم هستند، مثلاً از توالي صفر مي باشند. اين موضوع در ظرفيت اسمي نوترال ترانسفورماتورها و نيز در محاسبه تداخلات تلفني مي بايستي در نظر گرفته شود.

 منابع بزرگ و اتفاقي :

معمولي ترين و ويران كننده ترين بار از اين نوع، گروه هاي قوسي هستند. گروه هاي قوسي تغييرات اتفاقي لحظه اي با هارمونيك هاي فرد و زوج و مياني را توليد مي نمايند كه معمولاً حذف آنها با فيلترهاي معمولي غيراقتصادي است. اين بارها توليد نوسانات و لرزش ولتاژ مي نمايند. اتصال به سطوح ولتاژي تا حد امكان بالاتر و استفاده از راكتانسهاي سري از جمله مواردي هستند كه باعث كاهش تاثير روي كيفيت برق مي گردند.

كنورترهاي حالت ساكن (استاتيك) :

كنورترهاي بزرگ برقي نظير آنچه كه در سيستم انتقال HVDC و ذوب كننده ها مطرح شد، توليد كننده‎هاي اصلي جريانهاي هارمونيكي بوده و مطالعات قابل ملاحظه اي براي حذف آنها در محل، در طراحي هاي بعمل آمده انجام مي گردد. يك تركيب استاندارد براي كاربردهاي HVDC و نيز در صنايع كنورتر 12 پالسي مي باشد. مشخصه هاي جريان هارمونيكي براي چنين تركيبي از مرتبه 1+k 12( از توالي مثبت ) و1-k ( از توالي منفي ) بوده و دامنه هاي آنها همانطوريكه در طيف عكس مرتبه هارمونيك مي باشند. اينها البته سطوح حداكثري براي شرايط يك سيستم مطلوب به حساب مي آيند. مثلاً با يك شبكه بي‎نهايت (امپدانس صف) و يك جريان مستقيم كاملاً صاف (براي مثال راكتانس بي نهايت صاف كننده).

هنگاميكه سيستم AC ضعيف بوده و بهره برداري از شبكه كاملاً متقارن نباشد ، هارمونيكهاي غيرمشخصي ظاهر مي شوند. در حاليكه هارمونيكهاي مشخص كنورترهاي بزرگ برق توسط فيلترها كاهش پيدا مي كنند، كاهش انواع غيرمشخص هارمونيكها غيراقتصادي است و بنابراين حتي تزريق بخش كوچكي از اين جريانهاي هارمونيكي توسط تشديد موازي، مي تواند سطوح اعوجاج ولتاژ زيادي را بوجود آورد. بعنوان مثال از رفتار غيرمشخص كنورترها مي توان از حضور فركانس اصلي درطرف DC كنورتر نام برد، اين مورد اغلب بدليل مجاورت خطوط انتقال AC با خطوط DC بوجود مي آيد و نتيجه آن توليد هارمونيك دوم و نيز جريان مستقيم در طرف AC خواهد بود.

هارمونيكهاي زوج خصوصاً مرتبه دوم، مخربي براي وسائل الكترونيكي مي باشند. بدين لحاظ مقررات جريمه اي سنگيني براي حضور آنها وجود دارد. جاري شدن جريان DC در سيستم AC از حالت عكس آن بيشتر مخرب است. بيشترين تاثير لحظه اي آنها اشباع شدن غيرمتقارن كنورترها و ترانسفورماتورها با افزايش قابل ملاحظه اي از هارمونيكهاي زوج است كه در تحت شرايط معيني باعث نامنظم بودن هارمونيكها مي شود.

مثال معمول ديگر، ظاهر شدن هارمونيكهاي سه گانه است. هنگام استفاده از كنترل زاويه آتش مشترك براي همه دريچه ها، ولتاژهاي نامتقارني ايجاد مي گردد، نتيجه آن اختلاف عرض پالس موج جريان بين سه فاز است كه بنوبه خود توليد هارمونيكهاي سه گانه مي نمايد. براي جلوگيري از اين پديده در كنورترهاي بزرگ مدرن، مفهوم هم فاصله بودن سيستم آتش را جايگزين نموده اند. اين جريان بدون توجه به نوع اتصال و امكان رخنه كردن به سيستم AC، مي تواند درون ترانسفورماتور كنورتر، جريان پيدا كند. ضمناً حضور هارمونيكهاي سه گانه با برقراري مقررات شديد جريمه اي رفته رفته كم مي شود. فرايند تبديل فركانس كه در سيستم هاي راه آهن قديمي بكاررفته منبع مهمي براي توليد هارمونيكهاي مياني تقريباً ثابت است. اغلب اين سيستم ها در فركانس هرتز كار مي كنند و اين فركانس هارمونيك مياني همانند ساير مولفه هاي هارمونيك ها، مخصوصاً  ودر داخل فركانس 60-50 شبكه برق انتشار مي يابند.

نوسانات ولتاژ :

نوسانات ولتاژ به دو دسته كلي تقسيم مي‎شوند:

1- تغييرات پله اي در ولتاژ با قاعده زماني منظم يا نامنظم همانند آنچه كه توسط دستگاههاي جوشكاري، نورد يا ماشينهاي حفاري ايجاد مي‎شود

2- تغييرات تناوبي با تصادفي ولتاژ كه حاصل تغييرات متناظر در امپدانس بار مي‎باشد. كوره قوس الكتريكي بارزترين نمونه از اين نوع بار است

از جمله نتايج محتمل از نوسانات ولتاژ، مي‎توان به تنزل كارايي در تجهيزات داراي خازن، ايجاد اغتشاش در سيستم هاي كنترلي و بروز ناپايداري در ولتاژ و جريان داخلي تجهيزات الكترونيكي اشاره كرد.

بطور كلي تا زمانيكه دامنه نوسانات ولتاژ از حد [10ٍ] % فراتر نرود، اغلب تجهيزات تحت تأثير اين اغتشاش قرار نمي گيرند. مساله اصلي اثر آن بر روي لرزش است كه در بخش آتي به آن پرداخته ايم.

لرزش ولتاژ (سوسو زدن) :

لرزش عبارت است از:

ايجاد حالت نوساني در روشنايي يا رنگ تصاوير، زمانيكه محرك منبع نور ،‌تغيير فركانسي از مقادير كم چند هرتز تا فركانس تركيبي تصاوير (فركانس بدون لرزش) داشته باشد. اين تعريف بيان جامع و معيني نيست زيرا عبارت « فركانس تركيبي تصاوير » براي هر كس تعريف خاص خود را داشته و به عوامل متعددي نيز بستگي دارد.

نوسانات در ولتاژ سيستم (علي الخصوص در مقدار مؤثر)، با توجه به ميزان و فركانس تغييرات ، مي‎تواند باعث ايجاد لرزش محسوس (فركانس پايين) در منبع نور شود. از اينرو مهندسين سيستم قدرت اين نوع اغتشاش را « لرزش ولتاژ » و اغلب بصورت خلاصه شده لرزش مي‎نامند. يك مورد ساده از لرزش ولتاژ را نشان مي‎دهد كه در آن مدولاسيون دامنه (AM) ولتاژ ac با موج سينوسي، بصورت پوش شكل موج ولتاژ قابل مشاهده است.

محدوده فركانس مدولاسيوني كه لرزش محسوسي به وجود مي‎آورد باند فركانسي 0 تا 30 هرتز مي‎باشد. پديده هاي غير متناوب نيز مي‎توانند باعث لرزش محسوس نور شوند. لذا هر تغيير قابل درك و بالقوه در درخشندگي را بايستي به نوعي لرزش بناميم. به اين ترتيب با توسعه مرز فركانس‎هاي پايين به سمت اغتشاش هاي نامتناوب، تعريف قبلي لرزش ، گستردگي بيشتري مي يابد.

دلايل لرزش :

عوامل اصلي ايجاد لرزش، بارهايي هستند كه مقادير بالايي از جريانهاي الكتريكي متغير را مي‎كشند. با در نظر گرفتن امپدانس سيستم قدرت (ژنراتورها ، ترانسفورمرها و خطوط انتقال)، اين تغييرات جريان باعث ايجاد مدولاسيون دامنه ولتاژ در شينه و حتي در شينه هاي انتهايي نيز مي‎شود. ولتاژ ثبت شده در ثانويه يك فركانس تغذيه كننده كوره قوس الكتريك همراه با طيف مربوطه اش را نمايش مي‎دهد.

 يكي ديگر از منابع معمول لرزش، جريان راه اندازي و شروع به كار، براي توليد گشتاور كافي راه اندازي، جرياني مي كشند كه چندين برابر جريان نامي شان است. همچنين عملكرد موتورها در موارديكه به گشتاورهاي غيرعادي و خاصي نياز دارند نيز به نوعي مساله ساز مي‎باشد. موتورهاي الكتريكي در محدوده وسيعي از كاربردهاي خانگي گرفته (مانند ماشينهاي لباسشويي، مته ها و مخلوط كن ها) تا تجهيزات قوي تر همچون پمپهايي آب گرم و نورد فولاد، مورد استفاده قرار مي گيرند. شكل موج لرزش حاصل عمدتاً مثلثي بوده و ممكن است متناوب باشد، مانند كمپرسورهاي جبرانگر (يخچالها)، يا غيرمتناوب مانند راه اندازهاي حالت خاص در موتورهاي خيلي بزرگ.

اين منابع لرزش با ايجاد مدولاسيون دامنه ولتاژ تغذيه، باعث ايجاد نوساناتي در روشنايي مي‎شوند. هارمونيك هاي مياني موجود در طيف ولتاژ نيز مي‎توانند به نوعي باعث ايجاد لرزش نور فركانس پايين شوند ، اين پديده با حالت ضرباني خود سيستم قدرت، ديگر هارمونيك ها و يا توسط هارموينك هاي مياني كه ممكن است در سيستم وجود داشته باشند، ايجاد مي گردد. به عنوان مثال يك هارموينك 100 هرتز همراه با يك هارمونيك مياني 90 هرتز مي‎توانند لرزشي با فركانس 10 هرتز ايجاد كنند.

اثرات لرزش :

لرزش نور لامپ هاي الكتريكي باعث بروز ناراحتي در ديد انسان مي‎شود . اثر زيان آور آن بر روي سلامتي انسان و بررسي چگونگي آن، مهمتر و حادتر از اثرات احتمالي آن بر روي ساير تجهيزات مي‎باشد. اين حالت ناشي از حساسيت زياد بينايي انسان به تغييرات روشنايي است بطوريكه حتي لرزش نور لامپ هاي رشته اي با ضرايب مدولاسيون به كوچكي 15/0 % نيز براي انسان قابل درك مي‎باشد.

با وجود اينكه لامپ هاي تخليه گاز (همچون لامپ هاي بخار جيوه  و UV) به نوسانات ولتاژ آني پاسخ مي دهند، لامپ هاي فلورسنت از حساسيت كمتري برخوردار بوده و اين به سبب اثرات ناشي از پوشش فسفري و نيز عملكرد مدارات امپدانس متوالي (بالاست يا چوك) مي‎باشد. لامپ هاي فلورسنت فشرده امروزي كه بالاستهاي حالت جامد دارند، در فركانسهاي بالا كار مي كنند. به اين ترتيب، لرزش ac در هر وضعيتي كه باشد، توسط سيستم چشم – مغز انسان قابل درك نبوده و در اين مورد شكايات كمتري مشاهده شده است.

لرزش نور فركانس بالا در لامپ هاي فلورسنت (مهتابي) باعث بروز سردرد و خستگي چشم مي‎شود كه موارد مشاهده شده از اين نوع، از مشاهدات ثبت شده در مورد ساير انواع لامپ بطور قابل ملاحظه اي بيشتر مي‎باشد . اين قضيه بيانگر اين مطلب است كه « لرزش » گسترده مفهومي وسيعي دارد. ديگر موارد گزارش شده از اثرات لرزش ولتاژ عبارتند از: كاهش عمر وسايلي همچون تجهيزات الكترونيكي، لامپهاي رشته اي، فلورسنت و لامپ هاي اشعه كاتدي، عملكرد نامناسب PLL ها، از دست رفتن حالت سنكرون در UPS ها، كاركرد نامناسب كنترل كننده هاي الكترونيكي و وسايل حفاظتي البته وسايل حساس الكترونيكي را مي‎توان با صرف هزينه هاي ناچيز در مقابل اثرات زيان آور لرزش ولتاژ حفاظت كرد (و البته معمولاً هم اين كار انجام مي‎شود) اما اين رهيافت براي لامپ هاي الكتريكي قابل پياده سازي نمي باشد، چرا كه هم تعدادشان بسيار زياد است و هم اينكه توليدشان نسبتاً ارزان تمام مي‎شود.

ارزيابي كيفيت :

در شبكه موجود برق، شكل موج سينوسي از اندازه گيري هاي بعمل آمده در نقاط اتصال مشترك، بدست آمده و سپس مولفه هاي فركانسي آن از پردازش علائم مربوطه اخذ مي‎گردند. اين فرايند همان هسته كار « ارزيابي كيفيت » مي‎باشد. پيشرفت اندازه گيري (ترانسديوسرها) و تجهيزات نظارتي است.

علائم اندازه گيري شده توسط ترانسديوسر آنالوگ به شكل ديجيتال تبديل شده و بسته به نوع اطلاعات مورد نياز و كاربردهاي جانبي، برمبناي پردازش حوزة فركانس يا زمان تقسيم بندي مي گردند. براي وضعيت توان حقيقي كه در فرايندهاي صنعتي مورد نيازمي باشد، اطلاعات بصورت زمان حقيقي مستقيماً از شكل موج سينوسي استخراج مي گردند. همين كار در مورد شناسايي اختلالات براي بدست آوردن مقدار و مدت زمان بروز رويداد انجام مي گردد.

از طرف ديگر پردازش حالت ماندگار يا حدوداً ماندگار اعوجاج يك موج نياز به مقداري تحليل روي علائم اخذ شده در حوزة فركانس دارد. در اين مورد سرعت پردازش كمتر مورد توجه است زيرا نتايج براي اطلاعات آماري مورد نياز هستند. تا اين اواخر پردازش دائم و بصورت زمان حقيقي از حد امكانات ابزارهاي تجاري فراتر بود و اطلاعات در حوزة زمان در فواصل زماني اندازه گيري شده مي بايستي در جائي روي نوار ضبط شده و سپس بصورت جدا از سيستم (Off Line) در فرصت مناسبي مورد پردازش قرار مي گرفتند.

استفاده از پردازشگرهاي مخصوص علائم ديجيتال  وپردازش موازي، براي پردازش علائم پشت سرهم بصورت زمان حقيقي، سرعت كافي را تأمين مي‎نمايد. با اضافه شدن بارهاي غيرخطي و نيز بزرگ شدن سيستم قدرت نياز به شبيه سازي كامپيوتري وسيعي احساس مي‎شود تا اثرات فوق الذكر را روي كيفيت سيستم قدرت پيش بيني نمايد. اين، موضوع كاملاً مستند شده و با اهميتي است كه نقش مهمي در طراحي سيستم هاي جديد قدرت بازي مي‎كند.

بطور كلي تأثير آني غيرخطي بودن بار اعوجاج جريان موج سينوسي مربوطه است، براي نيل به اهداف برنامه ريزي و طراحي موج سينوسي، جريان مربوطه به بار اعوجاجي از طريق دانش مربوط به مشخصه هاي غيرخطي و مولفه هاي فركانسي مربوطه بدست مي‎آيد. با مقوله غيرخطي بودن كه بصورت منابع جريان بيان مي‎گردند، و براي بدست آوردن اطلاعاتي از ولتاژ و جريان شبكه كه دچار اعوجاج شده اند، مدلهاي اجزاء شبكه در حوزه فركانس مورد استفاده قرار مي گيرند.

تخمين حالت كيفيت برق :

بطوركلي ارزيابي كيفيت برق بطور منظم و سيستماتيك انجام نمي‎شود بلكه روشهاي اندازه‎گيري در شرايط خاصي و براي حصول اطمينان از اينكه ولتاژ سينوسي شكل، مشخصه هاي تعيين شده براي سطوح اعوجاج را داراست، معين مي گردند. انتخاب يك راه حل موضعي براي بقيه سيستم  تا درجاتي در جهت مثبت و منفي بهرحال روي نتايج تاثيرگذار خواهد بود. بهرحال اين راه حل يك راه حل ايده آل نيست چه از نظر هزينه هاي كلي ساليانه و چه از نظر نتايج عملكرد. تركيبي از انتخاب راه حل هاي موضعي و ارزيابي كلي مي‎تواند هم از نظر راه‎حل هاي فني بهتر و نيز تاثيرگذاري روي هزينه، بهينه باشد.

ارزيابي كلي از جهاتي از جمله محدوديت تعداد نقاط اندازه گيري و غيركافي بودن اطلاعات ومشخصه هاي سيستم، خود داراي محدوديت هائي مي‎باشد. يك حالت بهينه از نظر تعيين محل، تعداد كانالهاي مربوط به تجهيزات اندازه گيري و نظارت با استفاده از شبيه سازي رايانه‎اي مي‎تواند اطلاعات مورد قبول را استخراج نموده و حوزه هاي مورد مطالعه براي حل مسئله را تفكيك نمايد.

اين نوع ارزيابي همراه با تخمين حالت سيستم قدرت، اساس تخمين حالت كيفيت برق را تشكيل مي‎دهد. البته ارزيابي كلي نيازمند همزماني علائم اخذ شده از نقاط تعيين شده مي‎باشد، اين امر با استفاده از سيستم برچسب زماني سيستم GPS امكان پذير مي گردد. از زمينه كيفيت برق، مفهوم تخمين حالت در ارتباط با اعوجاج هارمونيكي و عدم مقبوليت عمومي آن توسط صنايع مورد بحث قرار مي‎گيرد.

برای دانلود پایان نامه ای با عنوان بررسی کیفیت برق و توان در شبکه توزیع خراسان کلیک کنید.

برای دانلود پایان نامه ای با عنوان بهتر شدن کیفیت برق و مطالعه روی UPS توان بالا کلیک کنید.

مطالب مرتبط با ارزیابی کیفیت توان در شبکه های برق و قدرت

۲ دیدگاه در “ارزیابی کیفیت توان در شبکه های برق و قدرت”

  1. با عرض سلام میخاستم بپرسم کتاب ارزیابی کیفیت توان رو دارین

ارسال نظر برای این مطلب

Time limit is exhausted. Please reload CAPTCHA.