پارامترهای کیفیت توان کدامند؟ شرح روشهای بهبود کیفیت توان (کیفیت برق) به زبان ساده (کامل)

در حالت ایده‌آل، ولتاژ AC توسط برقی به صورت سینوسی با دامنه و فرکانس ارائه شده توسط استانداردهای ملی (در مورد شبکه برق ) یا مشخصات سیستم (در مورد تغذیه برقی که مستقیماً به شبکه متصل نیست) با امپدانس صفر تامین می‌شود. اهم در تمام فرکانس ها

نقش ولتاژ در انحراف منبع برق

تغییرات در ولتاژ پیک یا ریشه میانگین مربع (RMS) هر دو برای انواع مختلف تجهیزات مهم هستند.

هنگامی که ولتاژ RMS از ولتاژ اسمی ۱۰ تا ۸۰ درصد برای ۰٫۵ سیکل تا ۱ دقیقه بیشتر شود، این رویداد “تورم” نامیده می شود.

یک “دیپ” (در انگلیسی بریتانیایی) یا “sag” (در انگلیسی آمریکایی این دو عبارت معادل هستند) وضعیت مخالف است: ولتاژ RMS بین ۰٫۵ سیکل تا ۱ دقیقه ۱۰ تا ۹۰٪ کمتر از ولتاژ اسمی است.

تغییرات تصادفی یا تکراری در ولتاژ RMS بین ۹۰ تا ۱۱۰ درصد اسمی می تواند پدیده ای به نام ” سوسو زدن ” در تجهیزات روشنایی ایجاد کند. فلیکر تغییرات قابل مشاهده سریع سطح نور است. تعریف ویژگی‌های نوسانات ولتاژی که باعث سوسو زدن نور غیرقابل اعتراض می‌شوند موضوع تحقیقات در حال انجام بوده است.

افزایش ناگهانی و بسیار مختصر ولتاژ، که به آنها ” Spikes “، “Impals” یا “Surges” گفته می شود، معمولاً به دلیل روشن شدن بارهای القایی بزرگ یا شدیدتر توسط رعد و برق ایجاد می شود.

“کم ولتاژ” زمانی رخ می دهد که ولتاژ اسمی برای بیش از ۱ دقیقه به زیر ۹۰٪ کاهش یابد. ^[۴] اصطلاح “براون اوت” توصیف مناسبی برای افت ولتاژ در جایی بین قدرت کامل (نورهای روشن) و خاموشی (بدون برق – بدون نور) است. این از کاهش قابل توجه تا قابل توجه لامپ های رشته ای معمولی، در هنگام خطاهای سیستم یا بارگذاری بیش از حد و غیره ناشی می شود، زمانی که قدرت کافی برای دستیابی به روشنایی کامل در روشنایی (معمولا) خانگی در دسترس نیست. این اصطلاح رایج است که هیچ تعریف رسمی ندارد اما معمولاً برای توصیف کاهش ولتاژ سیستم توسط شرکت برق یا اپراتور سیستم برای کاهش تقاضا یا افزایش حاشیه عملیاتی سیستم استفاده می شود.

” اضافه ولتاژ ” زمانی رخ می دهد که ولتاژ اسمی بیش از ۱ دقیقه به بالای ۱۱۰ درصد برسد. ^[۴]

نقش فرکانس در انحراف منبع برق

تغییرات در فرکانس .

امپدانس فرکانس پایین غیر صفر (زمانی که بار قدرت بیشتری می گیرد، ولتاژ کاهش می یابد).

امپدانس فرکانس بالا غیرصفر (زمانی که یک بار مقدار زیادی جریان را می طلبد، سپس به طور ناگهانی نیاز به آن را متوقف می کند، به دلیل اندوکتانس ها در خط منبع تغذیه، ولتاژ افت یا افزایش می یابد).

تغییرات در شکل موج – معمولا به عنوان هارمونیک در فرکانس های پایین تر (معمولا کمتر از ۳ کیلوهرتز) و به عنوان اعوجاج حالت معمول یا بین هارمونیک در فرکانس های بالاتر توصیف می شود.

نقش شکل موج در انحراف منبع برق

نوسان ولتاژ و جریان به طور ایده آل از شکل تابع سینوسی یا کسینوس پیروی می کند، اما می تواند به دلیل نقص در ژنراتورها یا بارها تغییر کند.

به طور معمول، ژنراتورها باعث اعوجاج ولتاژ و بارها باعث اعوجاج جریان می شوند. این اعوجاج ها به صورت نوسانات سریعتر از فرکانس اسمی رخ می دهند و به آنها هارمونیک می گویند.

سهم نسبی هارمونیک ها در اعوجاج شکل موج ایده آل، اعوجاج هارمونیک کل (THD) نامیده می شود.

محتوای هارمونیک کم در شکل موج ایده آل است زیرا هارمونیک ها می توانند باعث ارتعاش، وزوز، اعوجاج تجهیزات و تلفات و گرمای بیش از حد در ترانسفورماتورها شوند.

هر یک از این مشکلات کیفیت توان (کیفیت برق) علت متفاوتی دارد. برخی از مشکلات نتیجه زیرساخت های مشترک است. به عنوان مثال، یک خطا در شبکه برق ممکن است باعث افت شود که بر برخی از مشتریان تأثیر می گذارد. هر چه سطح خطا بالاتر باشد، تعداد آسیب دیده بیشتر می شود. یک مشکل در سایت یک مشتری ممکن است باعث ایجاد یک گذرا شود که بر روی سایر مشتریان در همان زیرسیستم تأثیر بگذارد.

مشکلاتی مانند هارمونیک ها در محل نصب خود مشتری بوجود می آیند و ممکن است در شبکه برق منتشر شوند و سایر مشتریان را تحت تاثیر قرار دهند. مشکلات هارمونیک را می توان با ترکیبی از تمرین طراحی خوب و تجهیزات کاهش به خوبی اثبات شده حل کرد.

چالش های کیفیت توان الکتریکی

مهندسین مترهای زیادی ^[۶] در اختیار دارند که قادر به خواندن و نمایش شکل موج های توان الکتریکی و محاسبه پارامترهای شکل موج هستند. این پارامترها ممکن است شامل، به عنوان مثال، جریان و ولتاژ RMS، رابطه فاز بین شکل موج یک سیگنال چند فاز، ضریب توان ، فرکانس ، اعوجاج هارمونیک کل (THD)، توان اکتیو (کیلووات)، توان راکتیو (kVAr)، توان ظاهری باشد. (kVA) و انرژی فعال (kWh)، انرژی راکتیو (kVArh) و انرژی ظاهری (kVAh) و بسیاری موارد دیگر. به منظور نظارت کافی بر رویدادهای پیش بینی نشده، ریبیرو و همکاران. ^[۷]توضیح می‌دهد که نمایش این پارامترها کافی نیست، بلکه می‌توان داده‌های شکل موج ولتاژ را در همه زمان‌ها ضبط کرد.

این به دلیل حجم زیادی از داده‌های درگیر غیرممکن است و باعث ایجاد آنچه “اثر بطری” شناخته می‌شود، می‌شود. به عنوان مثال، با نرخ نمونه برداری ۳۲ نمونه در هر چرخه، ۱۹۲۰ نمونه در هر ثانیه جمع آوری می شود. برای مترهای سه فاز که هم شکل موج ولتاژ و هم جریان را اندازه گیری می کنند، داده ها ۶ تا ۸ برابر بیشتر است.

راه‌حل‌های عملی‌تری که در سال‌های اخیر توسعه یافته‌اند، داده‌ها را تنها زمانی ذخیره می‌کنند که یک رویداد رخ می‌دهد (به عنوان مثال، زمانی که سطوح بالایی از هارمونیک‌های سیستم قدرت شناسایی می‌شوند) یا به طور متناوب برای ذخیره مقدار RMS سیگنال‌های الکتریکی. ^[۸] با این حال، این داده ها همیشه برای تعیین ماهیت دقیق مشکلات کافی نیستند.

فشرده سازی داده های خام

نیسنبلات و همکاران ^[۹] ایده الگوریتم فشرده سازی کیفیت توان (مشابه فشرده سازی با تلفات) را پیشنهاد می کند.روش‌هایی) که مترها را قادر می‌سازد تا شکل موج یک یا چند سیگنال قدرت را بدون توجه به اینکه رویداد مورد علاقه شناسایی شده یا نه، به طور مداوم ذخیره کنند. این الگوریتم که PQZip نامیده می‌شود، پردازنده‌ای را با حافظه‌ای که برای ذخیره‌سازی شکل موج، در شرایط توان معمولی، در مدت زمان طولانی، حداقل یک ماه، دو ماه یا حتی یک سال کافی است، قدرت می‌دهد.

فشرده سازی در زمان واقعی انجام می شود، زیرا سیگنال ها به دست می آیند. قبل از دریافت تمام داده های فشرده، تصمیم فشرده سازی را محاسبه می کند. به عنوان مثال، اگر یک پارامتر کیفیت توان (کیفیت برق) ثابت بماند، و پارامترهای مختلف کیفیت توان (کیفیت برق) در نوسان باشند، تصمیم فشرده سازی فقط آنچه را که از داده های ثابت مرتبط است حفظ می کند و تمام داده های نوسان را حفظ می کند.

سپس شکل موج سیگنال قدرت اجزای متعدد را در دوره های مختلف شکل موج تجزیه می کند. این فرآیند با فشرده سازی مقادیر حداقل برخی از این مؤلفه ها در دوره های مختلف به طور جداگانه به پایان می رسد. این الگوریتم فشرده سازی بلادرنگ که مستقل از نمونه برداری انجام می شود، از شکاف داده ها جلوگیری می کند و دارای نسبت فشرده سازی معمولی ۱۰۰۰:۱ است.

فشرده سازی داده های جمع شده

یک عملکرد معمولی یک تحلیلگر توان ، تولید آرشیو داده ها در بازه زمانی معین است. معمولاً از فاصله ۱۰ دقیقه ای یا ۱ دقیقه ای همانطور که توسط استانداردهای IEC/IEEE PQ مشخص شده است استفاده می شود. اندازه های بایگانی قابل توجهی در طول عملیات چنین ابزاری ایجاد می شود. همانطور که کراوس و همکاران. ^[۱۰] نسبت فشرده سازی را در چنین آرشیوهایی با استفاده از الگوریتم زنجیره ای Lempel-Ziv-Markov ، bzip یا سایر فشرده سازی های مشابه بدون تلفات نشان داده اند. الگوریتم ها می توانند قابل توجه باشند.

با استفاده از پیش‌بینی و مدل‌سازی روی سری‌های زمانی ذخیره‌شده در آرشیو کیفیت توان (کیفیت برق) واقعی، کارایی فشرده‌سازی پس از پردازش معمولاً بیشتر بهبود می‌یابد. این ترکیب از تکنیک های ساده دلالت بر صرفه جویی در هر دو ذخیره سازی داده ها و فرآیندهای اکتساب داده است.

۳ عامل اساسی در بهبود کیفیت توان (کیفیت برق)

کیفیت قدرت توسط کاربران نهایی تعیین می شود. اگر تجهیزات برق برای منبع داده شده به طور رضایت بخشی کار کند، برق با کیفیت خوب است. اگر خوب کار نکند یا کار نکند، کیفیت برق بد است. دلایل کیفیت بد برق یا مسائل مربوط به کیفیت برق در زیر مورد بحث قرار گرفته است.

۱٫ اختلالات فرکانس برق در کیفیت توان (کیفیت برق)

الف. وقتی ولتاژ کاهش می یابد و متورم می شود (Voltage sags and swells) کیفیت توان (کیفیت برق) چگونه است

کاهش یا افت ولتاژ کاهش سطوح ولتاژ از مقادیر اسمی در فرکانس توان است. از نیمی از یک سیکل تا چند ثانیه طول می کشد. ولتاژهای پایین به دلیل عوامل متعددی مانند موتورهای الکتریکی، کوره های قوس الکتریکی، مشکلات برق، سوسو زدن و غیره است.

موتورها مانند انواع مختلف موتورهای القایی در هنگام راه اندازی جریان بسیار زیادی می گیرند که منجر به افت شدید ولتاژ می شود.

همچنین کوره های قوس در ابتدا آمپرهای زیادی برای تولید دمای بالا مصرف می کنند. تاسیسات برق توسط برخی از عوامل مانند رعد و برق، تماس درختان، پرندگان و حیوانات به خطوط منبع تغذیه، عملیات سوئیچینگ، خرابی عایق ها و غیره ولتاژ را کاهش می دهند.

تورم ولتاژ به دلیل انتقال بار از یک منبع به منبع دیگر، دفع ناگهانی و بارهای اعمالی رخ می دهد. سوسو زدن یک مشکل فرکانس پایین است که عمدتا در شرایط راه اندازی یا ولتاژ پایین رخ می دهد.

سوسو زدن (Flickering) به دلیل ولتاژ یا فرکانس کم است که توسط چشم انسان قابل مشاهده است.

افت و تورم ولتاژ منجر به اختلال در عملکرد تجهیزات، از بین رفتن راندمان موتورها، خرابی عایق، نوسان نور، خاموش شدن رله ها و پیمانکاران و غیره می شود.

اختلالات فرکانس برق اگر در سطح منبع ایجاد شوند به راحتی قابل درمان نیستند زیرا با توان های بالا سروکار دارند. با این حال، اگر در داخل به دلیل بارها رخ دهد، می توان این موارد را با جدا کردن بارهای انتهایی از بارهای حساس کاهش داد.

ب.گذراهای الکتریکی و کیفیت توان (کیفیت برق)

گذرا اختلالات زیر چرخه ای هستند که کمتر از یک سیکل شکل موج AC طول می کشد. به دلیل پاسخ فرکانسی محدود یا سرعت نمونه برداری، تشخیص و اندازه گیری گذرا بسیار دشوار است.

اینها گاهی اوقات به عنوان اسپایک، نوسان، پالس قدرت و غیره نامیده می شوند. اینها به دلیل اختلالات جوی مانند روشنایی و شراره های خورشیدی، قطع جریان خطا، تغییر بارها، سوئیچینگ بانک های خازن، سوئیچینگ خطوط برق و غیره رخ می دهند.

برخی از دستگاه‌ها با در نظر گرفتن موارد گذرا طراحی شده‌اند، اما بیشتر دستگاه‌ها می‌توانند چند گذرا را مدیریت کنند، بستگی به شدت گذرا و عمر تجهیزات دارد. این گذراها توسط سرکوبگرهای حفاظت از نوسانات، فیلترها و سایر سرکوبگرهای گذرا همانطور که در شکل نشان داده شده است، محدود می شوند.

ج. هارمونیک ها و کیفیت توان (کیفیت برق)

ماهیت هارمونیک ولتاژ و جریان انحراف از امواج سینوسی اصلی یا خالص است. فرکانس های هارمونیک مضرب های جدایی ناپذیر فرکانس اصلی هستند و در سیستم های قدرت الکتریکی بسیار رایج هستند.

ترتیب هارمونیک ها اینها را به صورت زوج (۲، ۴، ۶، ۸، ۱۰) و فرد (۳، ۵، ۷، ۹، ۱۱) متمایز می کند. بارهای غیرخطی عمده هارمونیک های فرد تولید می کنند و هارمونیک های زوج به دلیل عملکرد ناهموار دستگاه های الکتریکی مانند جریان های مغناطیسی ترانسفورماتور حاوی اجزای هارمونیک زوج تولید می شوند.

فرکانس این هارمونیک ها به ترتیب هارمونیک ها بستگی دارد زیرا فرکانس هارمونیک دوم ۲ برابر فرکانس اصلی است. اینها به دلیل بارهای غیرخطی، کوره های قوس الکتریکی، موتورهای الکتریکی، سیستم های UPS، انواع مختلف باتری، تجهیزات جوشکاری و غیره تولید می شوند.

شکل موج اصلی توسط هارمونیک های فرد روی هم قرار می گیرد که منجر به شکل موج های اعوجاج می شود. این هارمونیک ها بر روی تجهیزات الکتریکی مختلف مانند گرم شدن بیش از حد کابل ها و تجهیزات، تداخل با خطوط ارتباطی، خطا در هنگام نشان دادن پارامترهای الکتریکی، احتمال ایجاد شرایط تشدید و غیره اثرات جدی دارند.

اینها را می توان به راحتی توسط آنالایزرهای هارمونیک اندازه گیری کرد و با استفاده از فیلترهای هارمونیک مختلف مانند انواع فعال و غیر فعال کاهش داد.

۲٫ ضریب قدرت (Power Factor) در بهبود کیفیت توان (کیفیت برق)

ضریب توان عامل اصلی دیگری است که بر کیفیت توان الکتریکی تأثیر می گذارد. ضریب توان کم باعث مشکلات متعددی مانند گرم شدن بیش از حد موتورها و روشن شدن ضعیف می شود. همچنین منجر به جریمه شدن کاربران برای برآورده کردن نیازهای الکتریکی می شود. ضریب توان نسبت توان اکتیو به توان ظاهری است و میزان مصرف توان الکتریکی را تعیین می کند.

فرض کنید اگر ضریب توان ۰٫۸ باشد، نشان می دهد که ۸۰ درصد توان مصرف شده و انرژی باقی مانده به عنوان تلفات تلف می شود. ضریب توان پایین به دلیل موتورهای القایی، عناصر قدرت ظاهری در شبکه سیستم برق و غیره است.

ضریب توان کم با استفاده از دستگاه های اصلاح کننده ضریب توان مانند بانک های فیلتر خازن، کندانسور سنکرون و سایر تجهیزات جبران بهبود می یابد.

افزایش و بهبود ضریب توان با استفاده از خازن ها منجر به کاهش قبض برق می شود. در اینجا قدرت ظاهری گرفته شده از منبع تغذیه توسط خازن هایی کاهش می یابد که قدرت پیشرو در طبیعت را ارائه می دهند.

۳٫ گراندینگ (Grounding) در بهبود کیفیت توان (کیفیت برق)

کیفیت برق خوب شامل ایمنی برای لوازم خانگی و همچنین اپراتورها می شود. اتصال زمین، حفاظت از سیستم و همچنین حفاظت از تجهیزات را فراهم می کند. زمین به عنوان پتانسیل مرجع ثابت با پتانسیل دیگری عمل می کند

اگر بدنه تجهیزات به درستی به زمین متصل نشود، باعث ایجاد شوک شدید به افراد می شود. زمین سیستم از تجهیزات مختلف در برابر شرایط خطا و سایر شرایط غیرعادی که در سیستم های قدرت الکتریکی رخ می دهد محافظت می کند.

زمین مرجع سیگنال کاملاً با زمین معمولی متفاوت است زیرا هیچ حفاظتی برای تجهیزات یا افراد ایجاد نمی کند. اما لازم است برای عملکرد صحیح قطعات یا دستگاه های الکترونیکی مسیر یا مرجع کم امپدانس ارائه شود.

امیدواریم تا به حال درک روشنی از کیفیت برق و علل آن داشته باشید. از اینکه وقت ارزشمند خود را برای خواندن این مقاله صرف کردید سپاسگزاریم. لطفا نظرات و پیشنهادات خود را در مورد این مقاله در قسمت نظرات زیر بنویسید.