فهرست
کیفیت توان (کیفیت برق) چیست؟
کیفیت توان الکتریکی نقش مهمی در تامین برق موثر مصرف کنندگان دارد. از آنجایی که برق به یک منبع ضروری تر و با ارزش تر برای کل جهان تبدیل می شود، حفظ کیفیت آن در تمام سطوح استفاده برای کارکرد قابل اعتماد تجهیزات مهم است. کیفیت توان (کیفیت برق) بالا، به طور ایده‌آل توان برقی را ایجاد می‌کند که همیشه در دسترس است، کاملا خالص و بدون نویز است، شکل موج سینوسی دارد و همیشه در طول تلورانس‌های ولتاژ و فرکانس است.
به دلیل استفاده از بارهای غیرخطی و تجهیزات الکترونیکی قدرت در بخش های انتقال، توزیع و بهره برداری سیستم قدرت منجر به اعوجاج در شکل موج ولتاژ و جریان می شود. ما قبلاً از اعوجاج هارمونیک کل توسط کنترل فاز و کنترل یکپارچه برق AC آگاه هستیم.
امروزه شرکت‌های توزیع برق ماهیت رقابتی برای بهبود کیفیت برق با افزایش نگرانی در مورد آن برای کسب سودآوری و رضایت مشتری نشان می‌دهند.
کیفیت توان الکتریکی یا کیفیت توان (کیفیت برق) درجه ای است که ولتاژ، فرکانس و شکل موج یک سیستم منبع تغذیه با مشخصات تعیین شده مطابقت دارد. کیفیت توان خوب را می توان به عنوان ولتاژ تغذیه ثابت که در محدوده تعیین شده باقی می ماند، فرکانس ac ثابت نزدیک به مقدار نامی، و شکل موج منحنی ولتاژ صاف (شبیه موج سینوسی) تعریف کرد. اگر برق عرضه شده به دستگاه ها یا تجهیزات کم باشد، عملکرد ضعیفی را به همراه دارد. کیفیت برق خوب باعث می شود که تجهیزات بدون تأثیر بر عملکرد یا طول عمر به درستی کار کنند.
به طور کلی، در نظر گرفتن کیفیت توان به عنوان سازگاری بین آنچه که از پریز برق خارج می شود و باری که به آن وصل می شود، مفید است. [۱] این اصطلاح برای توصیف نیروی الکتریکی که بار الکتریکی را به حرکت در می آورد استفاده می شود و توانایی بار برای عملکرد صحیح. بدون برق مناسب، یک دستگاه الکتریکی (یا بار) ممکن است خراب شود، زودرس از کار بیفتد یا اصلاً کار نکند. راه‌های زیادی وجود دارد که از طریق آن برق می‌تواند کیفیت پایینی داشته باشد و بسیاری از دلایل دیگر این قدرت بی‌کیفیت است.
استاندارد IEEE کیفیت توان الکتریکی را به عنوان “مفهوم تغذیه و اتصال زمین تجهیزات الکترونیکی حساس به روشی مناسب برای تجهیزات دارای سیستم سیم کشی دقیق و سایر تجهیزات متصل” تعریف می کند. این انحراف ولتاژ و جریان از شکل موج ایده آل یا واقعی است.
در شکل، برق عرضه شده در شبکه، امواج سینوسی خالص جریان و ولتاژ است. در حالی که توان به بار می رسد، دیگر شکل خود را به دلیل دستگاه های سوئیچینگ غیرخطی حفظ نمی کند.
همانطور که مشاهده شد، شکل آن از شکل قبلی ایده آل منحرف شد. این انحراف باعث ایجاد مشکلات شدید در تجهیزات الکتریکی مانند سوسو زدن نور، اختلال در عملکرد دستگاه های مختلف، سرعت کم موتور و غیره می شود.
با استفاده از تحلیلگرهای کیفیت توان می‌توانیم شکل موج تحریف شده را تخمین بزنیم یا آنالیز کنیم.
صنعت برق شامل تولید الکتریسیته ( تولید برق متناوب )، انتقال نیروی الکتریکی و در نهایت توزیع نیروی برق به یک کنتور برق است که در محل کاربر نهایی برق قرار دارد. سپس برق از طریق سیستم سیم کشی کاربر نهایی حرکت می کند تا زمانی که به بار برسد. پیچیدگی سیستم برای انتقال انرژی الکتریکی از نقطه تولید به نقطه مصرف همراه با تغییرات آب و هوا، تولید، تقاضا و سایر عوامل فرصت های زیادی را برای به خطر انداختن کیفیت عرضه فراهم می کند.
در حالی که “کیفیت توان” برای بسیاری واژه مناسبی است، کیفیت ولتاژ است – به جای قدرت یا جریان الکتریکی – که در واقع با این اصطلاح توصیف می شود. توان به سادگی جریان انرژی است و جریان مورد نیاز یک بار تا حد زیادی غیر قابل کنترل است.
با افزایش تقاضای انرژی از فرآیندهای صنعتی مختلف، بسیاری از بارها به طور مرتب باعث اختلال در شبکه می شوند، و انحراف از شرایط ایده آل در بسیاری از صنایع سنگین رخ می دهد. این به عنوان قدرت ضعیف قدرت یا افت کیفیت توان شناخته شده است.
تعاریف و واحدهای کیفیت توان (کیفیت برق)
| Entity | Unit | Description |
|---|---|---|
| S | kVA | توان ظاهری. با توجه به kVA |
| Q | kVAr | توان واکنشی تنها اساسا داده شده در kVAr |
| P | kW | توان فعال. کیلو وات |
| Cos φ | – | فاکتور توان |
| I | A RMS | جریان کل، شامل هارمونیکها |
| Iharm | A RMS | اعوجاج جریان کل در یک RMS |
| ITHD | % | اعوجاج هارمونیک جریان کل بر حسب % |
| V | V | ولتاژ داده شده در RMS |
| Vunb | % | عدم توازن ولتاژ بر حسب درصد |
| VTHD | % | اعوجاج هارمونیک ولتاژ کل بر حسب % |
| Pst | – | فلیکر (سوسو زدن) کوتاه مدت ۱۰ دقیقه |
| Plt | – | فلیکر (سوسو زدن) بلند مدت ۱۰۲ ساعت |
کیفیت توان (کیفیت برق) کم، افت کیفیت توان و نحوه اجتناب از آن و افزایش کیفیت توان
قدرت و توان در هر شبکه معمولا تا حدودی افت دارد. نتیجه این افت توان می‌تواند منجر به کاهش کارایی تجهیزات، خرابی تجهیزات و تلفات انرژی و … گردد.
هفت مشکل شایع در افت کیفیت توان (کیفیت برق)
 |
توان راکتیو: زاویه فاز بین جریان های جریان و ولتاژ در یک سیستم AC. استفاده شده برای توسعه میدان مغناطیسی در موتورها، عامل قدرت کم قدرت است.
The phase angle between the current and voltage waveforms in an AC system. Used to develop magnetic field in motors, causes low power factor. |
 |
هارمونیک: چند برابر فرکانس عرضه، یعنی هارمونیک پنجم، اگر فرکانس منبع ۵۰ هرتز باشد، ۲۵۰ هرتز است. به علت بار الکتریکی قدرت مانند درایوهای متغیر سرعت و سیستم های UPS ناشی می شود.
Multiples of the supply frequency, i.e. the fifth harmonic would be 250 Hz if the supply frequency is 50 Hz. Caused by e.g. power electronic loads such as variable speed drives and UPS systems. |
 |
عدم تعادل شبکه: ولتاژ خط مختلف. ناشی از بارهای تک فاز، بارهای فاز به فاز و بارهای سه بعدی نامتعادل مثل تجهیزات جوشکاری است.
Different line voltages. Caused by single-phase loads, phase-to-phase loads and unbalanced three-phase loads like welding equipment. |
 |
Transients (گذراها): تغییر سریع در موج سینوسی که در هر دو موج ولتاژ و جریان اتفاق می افتد رخ می دهد. به علت سوئیچینگ دستگاه ها، شروع و توقف تجهیزات بالا.
Rapid change in the sine wave that occurs in both voltage and current waveforms. Caused by switching devices, start- and stop of high power equipment. |
 |
تغییرات ولتاژ: شامل dips، sags، swells، brown-outs. ولتاژ خط بالاتر یا پایین تر از ولتاژ اسمی برای یک دوره کوتاهتر است. به علت گسستگی شبکه، تغییر بارهای خازنی و بارگذاری بیش از حد رخ می دهد.
Includes dips, sags, swells, brown-outs. The line voltage is higher or lower than the nominal voltage for a shorter period. Caused by e.g. network faults, switching of capacitive loads, and excessive loading. |
 |
سوسو زدن (فلیکر): تغییرات تصادفی یا تکراری در ولتاژ. به علت آسیاب های تولید شده، عملیات EAF (کوره های قوس الکتریکی)، تجهیزات جوشکاری و شردر.
Random or repetitive variations in the voltage. Caused by e.g. mills, EAF operation (arc furnaces), welding equipment and shredders. |
 |
نوسانات (رزونانس): جریان انرژی الکتریکی، به عنوان مثال بین میدان مغناطیسی یک سلف و میدان الکتریکی یک خازن، دوره ای تغییر جهت می دهد.
The flow of electrical energy, e.g. between the magnetic field of an inductor and the electric field of a capacitor, changes direction periodically. |
نشانه‌های افت و کاهش کیفیت توان (کیفیت برق) چیست؟
*کاهش سرعت تولید
*افزایش مصرف انرژی
*هزینه های مصرف انرژی راکتیو
*توقف تولید
*تجهیزات آسیب دیده یا خراب شده
*پرسنل بیکار، تولید متوقف شده
*طول عمر تجهیزات کاهش یافته است
*از دست دادن داده ها
مشکلات جانبی کاهش کیفیت توان (کیفیت برق)
افت کیفیت توان (کیفیت برق) علاوه بر تأثیرات مستقیم بالا، کیفیت برق ضعیف اغلب تاثیر منفی نیز بر هزینه های تجاری می گذارد. مانند:
*دوباره کاری و تکرار کارهای قبلی
*افزایش هزینه های راه اندازی
*به تعویق افتادن درامد
*کاهش جریان نقدی
*شهرت ضعیف در میان مشتریان
*از دست دادن سهم بازار
بیشتر بخوانید: کیفیت توان تعاریف، شاخص ها، استانداردها و ضرورت ها
افزایش کیفیت توان الکتریکی / افزایش کیفیت توان (کیفیت برق)
بهبود کیفیت قدرت یا بهبود کیفیت توان (کیفیت برق) باعث کاهش ریسک، افزایش بهره وری، کاهش هزینه های انجام کسب و کار و بهبود خط مشی شما می شود.
برای پشتیبانی و تصمیم گیری در مورد تسهیلات خود، دریغ نکنید با ما تماس بگیرید .
بهترین راه حل برای افزایش کیفیت پایین قدرت
یافتن علت‌های کاهش کیفیت توان و استفاده از تجهیزاتی دیجیتالی داینامیک با رویکرد فیلترینگ که عوامل کاهش کیفیت توان تجهیزات الکتریکی را از بین می‌برند.
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
انحرافات منبع برق و اثرات آن در کیفیت توان (کیفیت برق)
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.
تهویه قدرت و بهبود کیفیت توان (کیفیت برق)
شبکه های هوشمند و کیفیت توان (کیفیت برق)
الگوریتم فشرده سازی کیفیت توان الکتریکی
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.
استانداردهای کیفیت توان الکتریکی در شبکه های توزیع
تعریف برخی پارامترهای کیفیت توان در شبکه های توزیع
گذراها (Transient)
طبق تعریف IEEE100:1992 گذرا بخشی از تغییرات متغیری است که طی انتقال از یک نقطه کار در حالت مانا به نقطه دیگری در حالت ماندگار میرا می‌شود.
در استاندارد IEC 61000-2-5:1900 گذرا به دو دسته ضربه‌ای و نوسانی تقسیم می‌شود.
گذرای ضربه‌ای
یک پدیده گذرای ضربه‌ای، تغییری ناگهانی در شرایط ماندگار ولتاژ، جریان یا هر دو است که فرکانسی غیر فرکانس قدرت را دارد و پلاریته آن یک جهته (مثبت یا منفی است).
علت ایجاد گذرای ضربه‌ای:
- برق آسمان
اثرات گذرای ضربه‌ای:
- خرابی تجهیزات و دستگاه‌های برقی در طرف فشار ضعیف
گذرای نوسانی
یک موج نوسانی گذرا، تغییری ناگهانی در شرایط ماندگار ولتاژ، جریان یا هر دو است که فرکانسی به غیر از فرکانس قدرت در حالت بار نامی را داراست و مقدار آن، هر دو پلاریته مثبت و منفی را دارا باشد.
علت ایجاد گذرای نوسانی:
- کلید زنی خازنها
اثرات گذرای نوسانی:
- تریپ کردن درایوها
- افزایش ولتاژ ورودی خازن طرف فشار ضعیف
فلیکر (Flicker)
با فرکانس بین ۸ تا ۳۰ هرتز بر اساس تعریف ANSI_C84.1981 فلیکر ولتاژ عبارت است از تغییرات منظم پوش ولتاژ یا یک سری تغییرات ولتاژ تصادفی که دامنه آنها معمولا از ۰٫۹ تا ۱٫۱ پریونیت است. عبارت فلیکر را به صورت تأثیر غیرماندگار حسی یک منبع نوری که روی چشم انسان تأثیر می‌گذارد تعریف می‌کنند.
علل ایجاد فلیکر:
- کوره‌های قوس و جوشکاری
- بارهای دارای قطع و وصل سریع
اثرات فلیکر:
- چشمک‌زنی لامپها
- عملکرد نادرست بارهای حساس
هارمونیکها
طبق استاندارد IEC 61000-2-1-1990 هارمونیکها از ترکیب ولتاژها و جریان‌های سینوسی با فرکانسهایی که مضرب صحیحی از فرکانس اصلی جریان یا ولتاژ می‌باشد، تشکیل شده است.
علت ایجاد هارمونیکها:
- بارهای غیرخطی و قوسی
اثرات هارمونیکها:
- عملکرد نادرست دستگاه حساس
- ترکیدن خازنها یا سوختن فیوز آنها
- تداخل با خطوط مخابراتی
- تلفات و استهلاک تجهیزات
میان هارمونیکها
ولتاژها یا جریان‌هایی که مولفه فرکانسی آن مضرب صحیحی از فرکانس مولفه اصلی نباشد را «میان هارمونیک» گویند.
علل ایجاد میان هارمونیکها:
- بارهای قوسی و موتورهای القایی
عدم تعادل ولتاژ
عدم تعادل ولتاژ به شرایطی اطلاق می‌شود که مقادیر ولتاژ سه فاز با یکدیگر متفاوت بوده و یا اخلاف زاویه ۱۲۰ درجه بین فازها وجود نداشته باشد. هر دو حالت فوق نیز می‌تواند به طور همزمان اتفاق بیفتد.
عدم تعادل ولتاژ همچنین می‌تواند با استفاده از مولفه‌های متقارن نیز تعریف شود. مولفه‌های ولتاژهای منفی یا صفر در سیستم عموما ناشی از بارهای نامتعادلی است که موجب عبور جزیان‌های مولفه منفی و یا صفر می‌شود.
نسبت مقدار موثر مولفه صفر یا منفی ولتاژ به مقدار مولفه توالی مثبت آن «درصد عدم تعادل ولتاژ» نامیده می‌شود.
علت ایجاد عدم تعادل ولتاژ:
- بارهای نامتعادل و خطاها در شبکه
اثرات عدم تعادل ولتاژ:
- تلفات بیشتر
- کارکرد نادرست موتورها
تغییرات کوتاه مدت و بلند مدت دامنه ولتاژ
این تغییرات بر حسب زمان تداوم آنها مطابق استاندارد IEC-61000-2-1 به سه دسته زیر تقسیم می‌شوند:
آنی: به محدوده زمانی ۰٫۵ سیکل تا ۳۰ سیکل اطلاق می‌گردد.
لحظه‌ای: به محدوده زمانی ۳۰ سیکل تا ۳ ثانیه اطلاق می‌گردد.
موقتی: محدوده زمانی ۳ ثانیه تا یک دقیقه می‌باشد.
کمبود ولتاژ (Sag)
کمبود ولتاژ یا Sag عبارت است از کاهشی بین ۰٫۱ تا ۰٫۹ پریونیت در مقدار موثر ولتاژ در فرکانس قدرت و زمان تداوم ۰٫۵ سیکل تا یک دقیقه. کمبود به سه دسته آنی، لحظه‌ای و موقتی تقسیم می‌شود؛ در صورتی که این افت ولتاژ بیشتر از یک دقیقه طول بکشد، این پدیده را «افت ولتاژ» گویند. در صورتی که زمان تداوم بیشتر از یک دقیقه طول بکشد، این پدیده را «کاهش ولتاژ» می‌نامند.
علت ایجاد کمبود ولتاژ:
- خطاها
- جریان راه‌اندازی موتورها
- قطع خارنها در شبکه
- وصل بارهای بزرگ
اثرات کمبود ولتاژ:
- قطع دستگاه‌های حساس مشترکین و پروسس کنترلرها
بیشبود ولتاژ (Swell)
واژه بیشبود در مقابل کلمه کمبود معرفی شده است. بیشبود عبارت است از افزایش موقتی در مقدار موثر ولتاژ به اندازه ۱٫۱ تا ۱٫۸ پریونیت در مقدار موثر ولتاژ و برای مدت تداوم ۰٫۵ سیکل تا یک دقیقه است. در صورتی که زمان تداوم بیشتر از یک دقیقه طول بکشد، این پدیده را افزایش ولتاژ می‌نامند.
علت ایجاد بیشبود ولتاژ:
- خطای تک‌فاز به زمین
- قطع بارهای بزرگ
- وصل بانکهای خازنی
اثرات بیشبود ولتاژ:
- افزایش ولتاژ لحظه‌ای روی دستگاه‌ها
- خرابی برقگیرهای متال اکسید اگر به مرحله عمل برسند.
قطعی (Voltage Interruption)
کاهش شدید (کمتر از ۱۰ درصد مقدار نامی) یا قطع کامل ولتاژ تغذیه از یک فاز و یا بیشتر را در زمان بین ۰٫۵ سیکل تا یک دقیقه، قطعی ولتاژ گویند.
ارزیابی کیفیت توان و راهکارهای بهبود کیفیت توان
- نصب خازن های اصلاح کننده ضریب توان
- اجرای فیلترینگ هارمونیک
- استفاده از منابع تغذیه بدون وقفه (UPS)
- کاهش نوسانات ولتاژ از طریق تنظیم ولتاژ
- نصب دستگاه های حفاظت از نوسانات
- اجرای شیوه های کارآمد انرژی برای کاهش مصرف انرژی.
- استفاده از منابع انرژی توزیع شده، مانند پنل های خورشیدی یا توربین های بادی.
توجه داشته باشید که مراحل خاص لازم برای بهبود کیفیت توان به مسائل مربوط به کیفیت توان خاص و تجهیزات مورد استفاده بستگی دارد. برای ارزیابی مشکلات خاص کیفیت توان و تعیین بهترین راه حل ها، همکاری با یک برقکار یا مهندس سیستم های قدرت واجد شرایط بسیار مهم است.
بنابراین، چند روش رایج برای بهبود کیفیت برق به شرح ذیل است:
- تصحیح ضریب توان: این شامل اضافه کردن خازن به یک سیستم الکتریکی برای متعادل کردن بار و کاهش تلفات برق است.
- فیلتر هارمونیک: اعوجاج هارمونیک می تواند مشکلاتی را برای تجهیزات الکترونیکی حساس ایجاد کند. نصب فیلترهایی برای کاهش این هارمونیک ها می تواند کیفیت برق را بهبود بخشد.
- تنظیم ولتاژ: این شامل استفاده از تنظیم کننده های ولتاژ برای کاهش نوسانات ولتاژ و حفظ سطح ولتاژ ثابت است.
- منبع تغذیه بدون وقفه (UPS): یک یو پی اس در هنگام قطع برق برای جلوگیری از از دست رفتن اطلاعات یا آسیب به تجهیزات، برق پشتیبان را فراهم می کند.
- حفاظت از ولتاژ: نصب دستگاه های حفاظت از نوسانات می تواند تجهیزات را از آسیب ناشی از نوسانات برق محافظت کند.
- بهره وری انرژی: اجرای روش ها و فناوری های کارآمد انرژی می تواند مصرف انرژی را کاهش دهد و کیفیت برق را بهبود بخشد.
- منابع انرژی توزیع شده: استفاده از منابع انرژی تجدیدپذیر، مانند پنل های خورشیدی یا توربین های بادی، می تواند بار روی شبکه برق را کاهش دهد و کیفیت برق را بهبود بخشد.
توجه به این نکته مهم است که روشهای خاصی که برای بهبود کیفیت توان استفاده می‌شود، به مسائل مربوط به کیفیت توان ویژه و تجهیزات مورد استفاده بستگی دارد. برای ارزیابی مشکلات خاص کیفیت توان و تعیین بهترین راه حل باید با یک برقکار یا مهندس سیستم های قدرت واجد شرایط مشورت شود.
بیشتر بخوانید:
- اهمیت کیفیت توان الکتریکی در چیست
- در مورد کیفیت توان و خدمات آن بیشتر بدانید …
- کیفیت توان تعاریف، شاخص ها، استانداردها و ضرورت ها
- شبیه سازی پارامترهای کیفیت توان
- کاهش کیفیت توان انرژی الکتریکی
- تجزیه و تحلیل کیفیت توان: نظریه پایه و کاربردها
- جزیره ای شدن شبکه توزیع برق و مزایا و معایب جزیره ای شدن الکتریکی
- ۱۱ علت‌های کاهش کیفیت توان انرژی الکتریکی چیست؟
- اندازه گیری کیفیت توان (اندازه گیری کیفیت برق) چیست و چگونه با آنالیزر داده انجام می شود؟
- روشهای اساسی در تجزیه و تحلیل کیفیت توان کدامند؟ شرح کامل به همراه نظریات پایه و کاربردها
- چزا کیفیت برق مهم است؟ اهمیت کیفیت توان الکتریکی (کیفیت برق) در چیست؟ راه‌های افزایش کیفیت توان کدامند؟
یک نظر در “پارامترهای کیفیت توان کدامند؟ شرح روشهای بهبود کیفیت توان (کیفیت برق) به زبان ساده (کامل)”
سلام ممنونم از سایت خوب و مطلب خوبتون
http://www.sbargh.ir