مقدمه
اثربخشی اقدامات برای بهبود کیفیت برق و سازگاری الکترومغناطیسی تجهیزات الکتریکی با محدود کردن اختلالات وارد شده توسط گیرنده‌ها به شبکه برق مرتبط است و به شناسایی چنین تداخلی بستگی دارد. این مقاله نتایج بررسی چندین گیرنده محبوب بر اساس الکترونیک قدرت را تحت عنوان «عملیات تجهیزات الکتریکی با توجه به کیفیت توان و EMC» ارائه می‌کند.
معرفی
در سال‌های اخیر شاهد رشد پویایی در تعداد گیرنده‌های مورد استفاده و همچنین تغییراتی که در ساختار آنها رخ می‌دهد، بوده‌ایم که به اثرات دردسرساز اعوجاج ولتاژ در شبکه برق تبدیل می‌شود. یکی از دلایل افزایش قابل توجه تعداد گیرنده‌های دارای مدارهای ورودی الکترونیکی قدرت است که الکتریسیته جریان متناوب را با پارامترهایی غیر از شبکه اصلی به انرژی تبدیل می‌کنند. چنین دستگاه هایی باعث کاهش مصرف برق می شوند، اما در عین حال اختلالاتی را به شبکه می آورند که ولتاژ سیگنال را تحریف می کند (در جریان های تغییر شکل یافته، هارمونیک های بالاتر در توزیع طیفی شناسایی می شود).
از نقطه نظر کاربر برق، اطمینان از تداوم تامین و ولتاژ فرکانس ثابت، مقدار موثر و شکل موج کاملاً سینوسی مطلوب است. با این حال بسیاری از پدیده ها کیفیت انرژی را کاهش می دهند. بنابراین تغییر شکل موج توسط مصرف کنندگان ایجاد می شود و با شرایط کاری گیرنده ها، اصل عملکرد یا ساخت آنها مرتبط است. با افزایش تعداد دستگاه هایی که باعث اختلال می شوند، تجهیزات بیشتر و بیشتری نسبت به آنها حساس می شوند. کار بر روی بهبود کیفیت برق اساساً به کاهش نویز وارد شده توسط گیرنده ها به شبکه برق و در نتیجه سازگاری الکترومغناطیسی آنها مربوط می شود.
اختلال در شکل موج ولتاژ و جریان در شبکه های برق نیازمند تحقیق در مورد گیرنده های برق است. چنین مطالعاتی شامل تأثیر نویز بر عملکرد صحیح گیرنده ها و تأثیر گیرنده بر شبکه برق، یعنی انتشار تداخل به شبکه برق می باشد. بنابراین نیاز به تحقیق مداوم بر روی گیرنده ها در مورد پارامترهای اساسی فرکانس توان (تجزیه و تحلیل شکل موج لحظه ای ولتاژ و جریان، محتوای هارمونیک) و محدوده فرکانس ۹kHz-30MHz وجود دارد.
الزامات برای کیفیت توان و سازگاری الکترومغناطیسی
نظارت بر سطح کیفی برق هنوز مورد توجه گروه‌هایی از دانشمندان است که در زمینه تولید و توزیع برق تحقیقاتی انجام می‌دهند، اما اغلب رویه مهندسان در نیروگاه‌های شبکه، با تولیدکنندگان، مشتریان صنعتی و سازمانی و حتی با افراد فردی است. مشتریان این امر به ویژه در عصر توسعه انرژی پراکنده بر اساس منابع انرژی تجدید پذیر اهمیت دارد. برق به یک کالا تبدیل شده است و بنابراین باید کیفیت آن ارزیابی شود.
طبق تعریف (به پیروی از کمیته مشورتی سازگاری الکترومغناطیسی ACEC) کیفیت توان مجموعه‌ای از پارامترها است که ویژگی‌های فرآیند تامین انرژی برای کاربر را در شرایط عملیاتی معمولی، تعیین تداوم تامین (قطع برق کوتاه و طولانی) و مشخص می‌کند. ولتاژ تغذیه (مقدار، عدم تقارن، فرکانس، شکل موج).
بنابراین کیفیت برق با ارقام و نسبت های خاص مشخص می شود. اسناد حاکم بر مسائل اساسی مربوط به کیفیت توان شامل قانون انرژی [۱]، استاندارد لهستانی PN-EN 61000-4-30 سازگاری الکترومغناطیسی (EMC) – روشهای آزمایش و اندازه‌گیری – روشهای اندازه‌گیری کیفیت انرژی، استاندارد PN لهستان -EN 50160 [5] و آیین نامه وزیر اقتصاد و کار مورخ ۲۰ دسامبر ۲۰۰۴ در مورد شرایط دقیق عملکرد سیستم قدرت که استانداردهای کیفیت خدمات مشترکین و پارامترهای فنی تامین برق در نیروی برق ملی را تعیین می کند. سیستم. در رابطه با شبکه های MV و LV با مقادیر مندرج در استاندارد پایه EN 50160 مطابقت دارند.
آزمایش‌های کیفیت ولتاژ تغذیه متکی بر ثبت به موقع پارامترهای تعیین‌کننده کیفیت و پس از تجزیه و تحلیل نتایج، مقایسه آنها با مقادیر حدی مندرج در استانداردها و مقررات صنعتی است [۸].
مطابق با مقررات جاری در کشور ما، کلیه تولیدکنندگان تجهیزات الکتریکی و الکترونیکی باید الزامات تعریف شده در دستورالعمل های اتحادیه اروپا از جمله: دستورالعمل ماشین آلات، ولتاژ پایین و دستورالعمل EMC [2] را رعایت کنند. طبق دستورالعمل سازگاری الکترومغناطیسی، یک دستگاه باید الزامات مندرج در مجموعه استانداردهای فنی اختصاصی را برآورده کند. دو جنبه برای ارزیابی محصول وجود دارد. اولین نوع آزمایش، اندازه گیری اختلالات انتشار است. آنها می دانند که دستگاه تداخلی با سایر تجهیزات ایجاد نمی کند. نوع دوم تحقیق، بررسی مقاومت دستگاه در برابر اختلالات است. بنابراین، طبق تعریف، سازگاری الکترومغناطیسی به معنای توانایی یک دستگاه برای عملکرد رضایت بخش در یک محیط الکترومغناطیسی بدون ایجاد اختلالات الکترومغناطیسی بیش از حد برای تجهیزات دیگر در آن محیط است. این محیط همچنین سیستم تامین است – بنابراین اختلالات تولید و انتشار در فرکانس‌های بالا ممکن است بر کیفیت انرژی تأثیر بگذارد.
الزامات اساسی انتشار اختلالات الکترومغناطیسی و مصونیت در برابر تداخل الکترومغناطیسی در دستورالعمل ۲۰۰۴/۱۰۸/EC مربوط به سازگاری الکترومغناطیسی (EMC) [2] موجود است، همانطور که در قانون ۱۳ آوریل ۲۰۰۷ در مورد سازگاری الکترومغناطیسی (Dz) در قانون لهستان اجرا شده است. U. [ژورنال قوانین جمهوری لهستان] ۲۰۰۷، شماره ۸۲، مورد ۵۵۶).
الزامات خاص، یا محدودیت‌های قابل قبول برای انتشار الکترومغناطیسی یا معیارهای ارزیابی آزمایش‌های ایمنی الکترومغناطیسی را می‌توان در میان هنجارهای هماهنگ با دستورالعمل EMC یافت [۶،۷]. تجهیزاتی که با دستورالعمل EMC برای تداخل انجام شده مطابقت دارند باید انتشارات الکترومغناطیسی را در محدوده های مربوطه ایجاد کنند. محدودیت‌های مجاز به هدف دستگاه بستگی دارد و به کاربر خانگی، اداری یا صنعتی سبک (کلاس B) یا برای استفاده در محیط‌های صنعتی (کلاس A) اختصاص داده می‌شود.
اندازه گیری ها
کیفیت برق در سیستم قدرت به ویژگی های گیرنده های برق متصل و استفاده شده بستگی دارد. گیرنده های غیر خطی، از یک سو لوازم پرقدرت (معدنی و متالورژی)، از سوی دیگر، هزاران دستگاه با مصرف انبوه کم مصرف، مانند روشنایی کم مصرف، تأثیر ویژه ای بر میزان کاهش کیفیت برق دارند. ، کامپیوترها، شارژرهای ضربه ای). گیرنده‌های غیرخطی دستگاه‌های فناوری پیچیده‌ای هستند که طیف پیوسته‌ای از هارمونیک‌های جریان را تولید می‌کنند که باعث ایجاد اعوجاج، نوسانات ولتاژ و ایجاد اختلال در باند تداخل رادیویی هدایت شده می‌شود. از سوی دیگر، پیشرفت‌های اخیر در الکترونیک قدرت، بهبود قابل درک در کیفیت برق را معرفی می‌کند.
کیفیت انرژی به پارامترهای استاندارد ولتاژ منبع اشاره دارد که سطح یک اختلال خاص را مشخص می کند که باعث تغییر در شکل موج ولتاژ ایده آل می شود. مقادیر قابل قبول پارامترهای کیفیت در PN-EN 50160 [5] مشخص شده است. این مطالعه در آزمایشگاه موسسه مهندسی برق و الکتروتکنولوژی انجام شد و در دو مرحله تکمیل شد. در بخش اول، آزمایش ها با استفاده از یک تحلیلگر کیفیت توان انجام شد، بخش دوم بر روی اندازه گیری تداخل تمرکز داشت. این مطالعه شامل ۳ لپ‌تاپ (Dell Vostro 3360، Dell Vostro 3560، HP Pavilion dv6899ew با منبع تغذیه اصلی)، لامپ‌های صرفه‌جویی در مصرف انرژی (N3PY15 15W، N3PY11 11W، CE3UT4 18W، Econ Twister 8WLISS (iiPu30FULTRA) و دو عدد با آداپتورهای برق ATX-230P و FEEL LC- 8300ATN).
بیشتر پارامترهایی که باید ارزیابی شوند به عنوان نمونه هایی که در دوره های زمانی معینی به طور میانگین به دست آمده اند ثبت می شوند. قانون [۵] شامل حداکثر انحرافات مجاز پارامترهای مشخص شده از مقادیر اسمی هر پارامتر به صورت هفتگی است.
برای اندازه گیری، ثبت و تجزیه و تحلیل پارامترهای قدرت منبع تغذیه از متر سونل PQM-700 استفاده شد. آنالایزر به طور کامل با الزامات کلاس S PN-EN 61000-4-30:2011 مطابقت دارد. کنتور مجهز به سیم هایی است که مستقیماً به منبع تغذیه نقطه اندازه گیری ولتاژ متصل می شوند. برای اندازه گیری جریان از یک گیره اندازه گیری استفاده می شود (در آزمایش ها از نوع گیره جریان F5 بود). آنالایزر مورد استفاده امکان اندازه گیری و ثبت پارامترهای ولتاژ تغذیه، جریان موثر، ضرایب پیک جریان و ولتاژ، فرکانس شبکه، توان و انرژی، هارمونیک های اجزای جریان و ولتاژ (تا ۴۰)، جریان و ولتاژ THD را فراهم می کند .ضریب اعوجاج هارمونیک، ضریب توان، cosφ، tgφ. قابلیت های کامل دستگاه با نرم افزار اختصاصی “SONEL Analysis” به دست می آید. پایه طبق طرح مشخص شده در شکل ۲ مونتاژ شد.
در شکل های زیر تصاویری از برنامه تجزیه و تحلیل Sonel (شکل ۳، ۴، ۵) با مقادیر برای گیرنده های انتخاب شده آزمایش شده ارائه شده است.
تغییر شکل منحنی ولتاژ و جریان (هارمونیک های بالاتر) از جمله اتفاقات نامطلوبی است که در شبکه های برق رخ می دهد. آنها می توانند اختلالاتی در شبکه ایجاد کنند که معمولاً شامل افزایش تلفات برق در اجزای جداگانه مانند ترانسفورماتورها یا خطوط تغذیه گیرنده ها می شود. تلفات برق اضافی مستقیماً بر افزایش دما در سیم‌های خط تأثیر می‌گذارد، به‌ویژه خط خنثی، که در مورد خطوط کابل مهم است و در نتیجه پیری سریع‌تر عایق می‌شود. اتلاف نیروی اضافی در سیم پیچ ترانسفورماتورها در برخی موارد می تواند منجر به اضافه بار یا حتی آسیب آنها شود. گیرنده هایی که به وجود هارمونیک های بالاتر در ولتاژ حساس هستند نیز موتورها و خازن ها هستند. هارمونیک های بالاتر باعث ایجاد گشتاورهای انگلی در سیم پیچ های موتور می شود که ممکن است مانع راه اندازی و عملکرد صحیح آن شود.
بر اساس مقررات وزیر اقتصاد در ۴ مه ۲۰۰۷ در مورد شرایط دقیق برای عملکرد سیستم قدرت [۳] (Dz. U. [ژورنال قوانین جمهوری لهستان] در ۲۹ مه ۲۰۰۷). در گروه اتصال I-II مقادیر ولتاژ نسبی قابل قبولی داده می شود که به صورت درصدی از هارمونیک اساسی بیان می شود. اعوجاج هارمونیک کل به عنوان درصد ( THDU % ) محاسبه شده برای هارمونیک ها تا مرتبه ۴۰ نمی تواند بیشتر از ۸ درصد باشد. از آنجایی که علت اعوجاج ولتاژ تغذیه جریان های تغییر شکل یافته است، به منظور جلوگیری از عبور جریان هارمونیک های بالاتر به سیستم قدرت و کاهش خطر آتش سوزی از فیلترهای هارمونیک بالاتر فعال استفاده می شود.
جریان های مصرف شده توسط دستگاه های حاوی مبدل های الکترونیکی به شدت اعوجاج دارند (نسبت THD قابل توجهی دارند و به شدت تغییر شکل می دهند)، به نوع یکسو کننده استفاده شده در ورودی، نحوه کنترل آنها و نوع بار مبدل (قدرت، کاراکتر آن، تغییر بار در زمان). استفاده گسترده کنونی از مبدل های قدرت در دستگاه های IT، الکترونیکی، صنعتی و روشنایی باعث اعوجاج جریان کشیده شده توسط چنین تجهیزاتی می شود، بنابراین منبعی برای هارمونیک های بالاتر است [۸،۱۰]. نتایج به‌دست‌آمده نشان می‌دهد که بیشترین تغییر شکل مسیر در مداری است که لامپ‌های کم مصرف و رایانه‌های رومیزی را تغذیه می‌کند و کمترین آن – آداپتورهای آهن و لپ‌تاپ است.
مرحله دوم تحقیق، آزمایش‌هایی بود که برای تعیین مقدار انتشار تولید شده توسط دستگاه‌های مصرف‌کننده انجام شد. این نیز نیازمند روش ها و دستگاه های اندازه گیری مناسب است.
پایه تست مبتنی بر گیرنده اندازه گیری Rohde&Schwarz ESCI3 و شبکه تثبیت امپدانس خط NNB 41C است. بر اساس نمودار شکل ۶، سیستم توسط یک شبکه مدار اختصاصی تغذیه می شد. اندازه گیری بی نظمی به تعیین ولتاژ UE موجود در ورودی تداخل متر خلاصه شد. مخفف های اندازه گیری برای تجزیه و تحلیل تداخل انجام شده نیازی به مکان در یک اتاق محافظ ندارند، اما برای تثبیت شرایط اندازه گیری از صفحه مرجع استفاده می شود که یک صفحه فلزی زمین شده ۲×۲ متر است. در اندازه‌گیری‌ها از یک تداخل سنج (همچنین به عنوان گیرنده اندازه‌گیری مطابق با الزامات شناخته می‌شود) و یک دستگاه اضافی، یک شبکه مصنوعی استفاده شد که نشان‌دهنده یک امپدانس بار تعریف‌شده برای مقدار اختلال است.
کل آزمون به طور خودکار توسط برنامه EMC32 مدیریت شد. تنظیمات جارو خودکار، مطابق با CISPR16، زمان نمونه‌برداری ۷ میلی‌ثانیه بود، اندازه‌گیری در باند ۱۵۰ کیلوهرتز تا ۳۰ مگاهرتز انجام شد و شامل تشخیص اختلال در L1 و N بود. تجزیه و تحلیل شامل تجهیزات مشابه در مطالعات موردی بود. کیفیت برق: آهن، لپ تاپ، CPU کامپیوترهای رومیزی و مجموعه ای از لامپ های کم مصرف. با توجه به روش تعیین سازگاری دستگاه ها/تاسیسات الکتریکی، مقادیر اختلال اندازه گیری شده با محدودیت های مربوطه مقایسه می شوند.
نتایج آزمون به دست آمده با محدودیت ها مقایسه شد. مقادیر انتخاب شده بر روی نمودارهای گردآوری شده در شکل های ۷ و ۸ جمع آوری شده اند. تمام مقادیر ارائه شده با یک آشکارساز مقدار متوسط اندازه گیری شده و به مقدار متوسط محدود ارجاع داده شده اند. در مورد گراف کامپیوتر رومیزی از یک محور خطی برای نشان دادن بهتر غلبه استفاده شد.
اندازه گیری ها به وضوح سطوح اختلالات انجام شده را شناسایی کردند. اختلالات کیفی در سیم فاز و نول مشابه هستند.
در تمام دستگاه‌هایی که امروزه تولید می‌شوند، سطوح انتشار دارای سازگاری با عرضه خوبی هستند (آهن، لپ‌تاپ، لامپ‌های کم مصرف – شکل ۷). فقط رایانه‌های رومیزی با قدمت چندین سال از سطح قابل قبول فراتر رفته‌اند – شکل ۸٫
نتیجه گیری
در سال‌های اخیر تعداد دستگاه‌ها و سیستم‌های حساس به انواع مختلف اختلالات الکترومغناطیسی، که از جمله آنها اعوجاج ولتاژ تغذیه هستند، افزایش یافته است. این موضوع کیفیت برق و نصب گیرنده ها را موضوع اقدامات فعال قانونی و فنی می کند. علاوه بر این، توسعه سیستم‌های پراکنده با استفاده از منابع انرژی تجدیدپذیر با ظرفیت متغیر، منجر به وضعیتی می‌شود که هم منبع انرژی و هم گیرنده‌ها به عنوان اجسام غیرخطی در نظر گرفته می‌شوند.
وجود هارمونیک ها و اختلالات فرکانس های بالاتر یک مشکل بالقوه برای عملکرد شبکه تامین و همچنین عملکرد صحیح دستگاه های متصل به شبکه است – عدم سازگاری الکترومغناطیسی ممکن است منجر به خطر بهره برداری از اشیا یا سیستم های دیگر شود. .
بنابراین، کار بر روی توسعه روش هایی برای مکان یابی منابع جریان هارمونیک و ولتاژ در سیستم قدرت و همچنین روش های انتخاب جبران و فیلتراسیون بهینه مهم است. مسائل مربوط به کیفیت برق و قابلیت اطمینان منبع تغذیه در بسیاری از نشریات علمی و فنی [۸،۹،۱۰،۱۱] مطرح شده است و خلاصه ای از وضعیت دانش موجود در این زمینه تعدادی از قوانین حقوقی صادر شده است که تعریف می کنند. از جمله انحرافات مجاز از مقادیر اسمی توصیف کننده برق.
اندازه‌گیری‌های انجام‌شده توسط نویسنده در یک شبکه برق واقعی با دستگاه‌های منتخب متصل به آن، اجازه می‌دهد تا پارامترهایی را که کیفیت برق را مشخص می‌کنند، با در نظر گرفتن الزامات EMC مشخص کنند.
در بازار انرژی، اختلالات انجام شده و همچنین هارمونیک ها ماهیت دو طرفه دارند. در نقطه اتصال برای دریافت برق، مسئولیت اعوجاج یا اختلال ممکن است بر عهده تامین کننده و گیرنده انرژی باشد. بنابراین بسیار مهم است که تجهیزات یا تاسیسات عرضه شده در بازار به طور کامل با الزامات قابل اجرا تعریف شده توسط دستورالعمل سازگاری الکترومغناطیسی مطابقت داشته باشند و از این رو برای محیط طبیعی و محیط کار ایمن باشند.
همچنین ببینید:
- کیفیت توان
- اندازه گیری کیفیت توان (اندازه گیری کیفیت برق)
- تجزیه و تحلیل کیفیت توان
- جزیره ای شدن شبکه توزیع برق
- اهمیت کیفیت توان الکتریکی
- پایش کیفیت برق قسمت ۱: اهمیت اندازه‌گیری کیفیت توان مطابق با استانداردها
- پارامترهای کیفیت توان کدامند؟ شرح روشهای بهبود کیفیت توان (کیفیت برق) به زبان ساده (کامل)
منابع:
[۱] Ustawa z dnia 10 IV 1997 r. – Prawo energetyczne. Dziennik Ustaw z 1997, nr 54, poz. ۳۴۸
[۲] دستورالعمل ۲۰۰۴/۱۰۸/EC پارلمان اروپا و شورای ۱۵ دسامبر ۲۰۰۴ در مورد تقریب قوانین کشورهای عضو در رابطه با سازگاری الکترومغناطیسی و لغو دستورالعمل ۸۹/۳۳۶/EEC L 390/24 مجله رسمی of the European Union EN, 31.12.2004
[۳] Rozporządzenie Ministra gospodarki z dnia 4 maja 2007 r. w sprawie szczegółowych warunków funkcjonowania systemu elektroenergetycznego, dziennik Ustaw Nr 93, poz. ۶۲۳, z dnia 29.05.2007
[۴] Rozporządzenie ministra gospodarki i pracy z dnia 20 grudnia 2004 r. w sprawie szczegółowych warunków przyłączenia podmiotów do sieci elektroenergetycznych, ruchu i eksploatacji tych sieci. Dz.U. ۲۰۰۵ nr 2, poz. ۶
[۵] PN-EN 50160:2002، Parametry napięcia zasilającego w publicznych sieciach rozdzielczych
[۶] PN-EN 61000-2-4. Kompatybilność elektromagnetyczna. Środowisko. Poziomy kompatybilności dotyczące zaburzeń przewodzonych małej częstotliwości w sieciach zakładów przemysłowych.
[۷] PN-EN 61000-4-30:2011 – Kompatybilność elektromagnetyczna (EMC) – Metody badań i pomiarów –Metody pomiaru jakości energii
[۸] Barlik R., Nowak M. ± روز Elektrotechniczny R. 81 NR 7-8/2005
[۹] Mazurek P. A, Wac-Włodarczyk A., Serwin S., Błażejewska A.: Ocena przewodzonych zagrożeń elektromagnetycznych prototypowej prototypowej spawarki inwerzetrog0, 12 ب، ج. ۸۸، س. ۱۹۸-۲۰۰
[۱۰] Pawlęga A.: Problemy oceny jakości energii elektrycznej w miejscach jej dostarczania do odbiorców, Przegląd Elektrotechniczny, R.LXXIX 11/2003, 805÷.
تست اعوجاج منابع انرژی تجدیدپذیر , Zeszyty naukowe Wyższej Szkoły Zarządzania Ochroną Pracy w Katowicach, Nr 1(9)/2013, s.5-14
Autohr: dr inż. Paweł A. Mazurek، دانشگاه فناوری لوبلین، موسسه مهندسی برق و الکتروتکنولوژی، ul. Nadbystrzycka 38a, 20-618 Lublin, E-mail: p.mazurek@pollub.pl.
شناسه مورد منبع و ناشر: PRZEGLĄD ELEKTROTECHNICZNY, ISSN 0033-2097, R. 93 NR 1/2017. doi:10.15199/48.2017.01.06