همه چیز درباره کیفیت توان تعاریف، شاخص ها، استانداردها و ضرورت های کیفیت توان الکتریکی

کیفیت توان تعاریف، شاخص ها، استانداردها و ضرورت ها

۱- کیفیت توان تعاریف و مفاهیم

کیفیت توان یا کیفیت برق چیست؟

* کیفیت برق وضعیت تغییرات مشخصات انرژی الکتریکی شبکه را نشان میدهد.

* کیفیت مناسب برق نشان دهنده وضعیت مناسب تغییرات کمیتهای ولتاژ، جریان و فرکانس بوده که خرابی و یا عملکرد نادرست تجهیزات شبکه ومشترکین را به دنبال نخواهد داشت.

* هر گونه اعوجاج در اندازه شكل ولتاژ جريان يا فركانس كه منجر به خرابي يا عملكرد غلط تجهيزات مصرف كنندگان گردد، مشكل كاهش كيفيت برق ميباشد.

سایر تعاریف کیفیت توان (از دیدگاه مشترکین) :

* کیفیت برق، کیفیت ولتاژ تغذیه مشترک است.

* کیفیت برق آن دسته از مشخصات برق تغذیه شده است که امکان فعالیت و کار بدون ایجاد مشکل و خرابی را برای تجهیزات برقی او فراهم می آورد.

* کیفیت برق آن دسته از مشخصات برق تغذیه شده است که امکان کار با رضایت و بدون قطعی برقی را برای مشترک فراهم می آورد.

آیا کیفیت برق مترادف با قابلیت اطمینان برق است ؟ ! !

۲- ضرورت های مبحث کیفیت توان و کیفیت توان تعاریف

اهمیت کیفیت توان :

– كيفيت توان در گذشته

– كيفيت توان در صنعت امروز

• حساسيت بارها

– اتوماسيون صنعتی

• ادوات الکترونيک قدرت

– افزايش بازدهي

– قابليت کنترل بيشتر

• نيروگاههاي بادي، خورشيدي و . . .

چرا کیفیت برق؟ لزوم بهینه سازی کیفیت توان

۱- افزایش روزافزون وسایل و تجهیزات حساس به تغییرات مقدار و شکل موج ولتاژ

۲- استفاده رو به افزایش بارهای غیرخطی در مراکز صنعتی، تجاری و مصارف خانگی

۳- مسایل ناشی از تاکید بر بهبود راندمان کلی شبکه ها

۴- افزایش آگاهی مشترکین نسبت به مسائل کیفیت برق

۵- مسائل اقتصادی ناشی از اختلال در شبکه برق تولیدات صنعتی و کیفیت توان پایین آن

۶- تجدید ساختار و قوانین رعایت مساول کیفیت توان در ساختار رقابتی

حقوق و تعهدات در ساختار رقابتی

*تامین کنندگان برق (شرکتهای برق) :

تعهدات: حفظ کیفیت بالای ولتاژ تغدیه شده به مشترکین

حقوق: تعیین مشخصات جریان بارهای مصرفی مشترکان

* مشترکین برق :

تعهدات: حفظ مشخصات جریان بار مصرفی خود در محدوده مشخص شده
حقوق : دریافت برق با کیفیت ولتاژ مناسب در حدود مشخص شده

حقوق و تعهدات در ساختار رقابتی

 

راهکارهای بهبود پارامترهای کیفیت برق در کشورهای پیشرفته مبتنی بر ادوات الکترونیک قدرت و دانش فنی بالا

۳- شاخص های کیفیت توان (کیفیت توان شاخصها)

انواع پدیده ها (شاخصهای) کیفیت توان عبارتند از:

– گذراها (موج ضربه گذرا، موج ضربه نوسانی)
– تغییرات بلند مدت ولتاژ (اضافه ولتاژ، کاهش ولتاژ، قطعی بلند مدت)
– تغییرات کوتاه مدت ولتاژ (برآمدگی ولتاژ، فلش ولتاژ، قطعی کوتاه مدت)
– عدم تعادل ولتاژ
– اعوجاج ها (هارمونیک ها، هارمونیکهای میانی، نویز، پدیده برش)
– فلیکر ولتاژ
– تغییرات فرکانس

۳-۱ گذراها

 

۳-۲ تغییرات بلند مدت ولتاژ

تغییرات بلندمدت ولتاژ به تغییرات در مقدار موثر ولتاژ گفته میشود که برای بیشتر از یک دقیقه تداوم داشته باشد

*تغییرات بلند مدت ولتاژ به یکی از سه صورت زیر باشند :

۱) اضافه ولتاژ بلند مدت

۲) کاهش ولتاژ بلند مدت

۳) قطعی ولتاژ بلند مدت

 

اضافه ولتاژ بلند مدت

عوامل ایجاد کننده:

• بی باری یا کم باری
• وجود بانکهای خازنی زیاد از حد
• تنظیم غلط تپ چنجر تران

اثرات ممکن:

• خرابی احتمالی تجهیزات
• کم شدن عمر تجهیزات
• افزایش تلفات

کاهش ولتاژ بلند مدت

عوامل ایجاد کننده:

• قطعی خطوط
• بالا بودن بار مصرفی
• کم بودن ضریب قدرت
• تنظیم غلط تپ چنجر ترانسها

اثرات ممکن:

• خرابی موتورها
• عملکرد نادرست تجهیزات
• کاهش روشنایی لامپها

۳-۳ تغییرات کوتاه مدت ولتاژ

*تغییرات کوتاه مدت ولتاژ به تغییراتی در مقدار موثر ولتاژ گفته میشود که مدت تداوم آن کمتر یا برابر یک دقیقه باشد. تغییرات کوتاه مدت ولتاژ میتواند به یکی از سه صورت زیر باشند:

*

۱) برآمدگی ولتاژ کوتاه مدت: افزایش ولتاژ موثر به اندازه ۱۰% تا ۸۰%

۲) فلش (افتادگی) ولتاژ : کاهش ولتاژ موثر به اندازه ۱۰% تا ۹۰%

۳) قطعی ولتاژ کوتاه مدت : ولتاژ موثر کمتر از ۱۰%

۳-۲ تغییرات کوتاه مدت ولتاژ

برآمدگی ولتاژ

عوامل ایجاد کننده

• اتصال کوتاه های تک فاز
• از مدار خارج شدن بارهای بزرگ
• در مدار آوردن خازن ها یا خطوط یا کابل های فشار قوی طولانی

اثرات ممکن

• شکست عایقی
• خرابی تجهیزات
• کاهش عمر تجهیزات

۳-۲ تغییرات کوتاه مدت ولتاژ

فلش ولتاژ

عوامل ایجاد کننده

• اتصال کوتاه ها
• راه ا ندازی موتورها

اثرات ممکن

• قطع فرآ یندهای صنعتی
• عمل کردن کنتاکتورها
• محاسبات نادرست کامپیوترها
• تغییر سرعت موتورها
• خاموش شدن لامپهای تخلیه ای

قطعی ولتاژ کوتاه مدت

عوامل ایجاد کننده

• عملکرد رله ها
• عمل ریکلوزرها

اثرات ممکن

• قطع فرآ یندهای صنعتی
• عمل کردن کنتاکتورها
• محاسبات نادرست کامپیوترها
• تغییر سرعت موتورها
• خاموش شدن لامپهای تخلیه ای

۳-۴ عدم تعادل ولتاژ

• عدم تعادل ولتاژ (نامتعادلی ولتاژ) وقتی پیش میاید که دامنه ولتاژ سه فاز با همدیگر مساوی نبوده و یا اختلاف فاز آنها ۱۲۰ درجه نباشد.

* نسبت مولفه صفر یا منفی ولتاژ به مولفه مثبت آن را مقدار عدم تعادل ولتاژ می گویند.

عوامل ایجاد کننده

• توزیع نامتعادل بارهای تکفاز
• سوختن فیوز بانکهای خازنی

اثرات ممکن

• گرم شدن موتورها و ژنراتورها
• اثر بر روی کنتورها
• افزایش تلفات خطوط
• اثر بر روی ایمنی مشترکین

۳-۵ اعوجاج ها

انواع اعوجاج شکل موجها در شبکه های برق عبارتند از :

ا) هارمونیکها

۲) هارمونیکهای میانی

۳) نویز

۴) شکاف (بریدگی)

۱) هارمونیک :

وقتی شکل موج ولتاژ یا جریان حالت سینوسی نداشته باشد دراین شرایط شکل موج ولتاژ یا جریان علاوه بر مولفه اصلی که فرکانس آن برابر فرکانس نامی شبکه میباشد، دارای مولفه های هارمونیکی مراتب بالاتر نیز خواهد بود.

عوامل ایجاد کننده

• تجهیزات الکترونیک قدرت (تنظیم کننده های دور موتورها، مبدل ها)
• تجهیزات تخلیه ای (کوره های قوس الکتریکی،لامپ های فلورسنت)
• تجهیزات فرومغناطیسی (ترانسفورمرها)

اثرات ممکن

• خرابی خازنها
• افزایش تلفات و گرم شدن هادی نوترال ترانسفورمرها وموتورها
• عملکرد نامناسب کنترل کننده دور موتورها، کلیدها، رله ها، فیوزها و دستگاه های اندازه گیری
• تداخل در سیستمهای مخابراتی

۲) هارمونیکهای میانی:

هارمونیک های میانی هارمونیک هایی هستند که فرکانس آنها مضرب صحیحی از فرکانس نامی شبکه نمی باشد.

عوامل ایجاد کننده

• عملکرد برخی مبدل ها
• تجهیزات الکترونیک قدرت (سیکلوکانورترها)

اثرات ممکن

• تداخل در سیستم های مخابراتی
• تاثیر روی گیرنده های ریپل کنترل

۳) نویز:

به سیگنالهای ناخواسته در شبکه گفته میشود که توسط عوامل مختلف ایجاد میگردد و مقدار وفرکانس آنها بستگی به عوامل ایجاد کننده نویز دارد ولی معمولاً مقدار نویز کمتر از یک در صد ولتاژ شبکه است.

عوامل ایجاد کننده

• القاهای الکترواستاتیکی، مغناطیسی
• القای الکترومغناطیسی (امواج رادیویی، کرونا ، قوس های الکتریکی، سویچینگ تجهیزات)

اثرات ممکن

• عملکرد نامناسب تجهیزات الکترونیکی، کنترل کننده های برنامه پذیر و میکرو کامپیوترها

۴) شکاف (بریدگی):

شکاف در شکل موج ولتاژ حالت خاصی بین گذراها و هارمونیک ها میباشد که از نظر شکل مانند گذراها بوده ولی از نظر تداوم مانند هارمونیک ها است. مولفه فرکانسی شکاف بسیار بزرگتر از فرکانس هارمونیک ها که حداکثر حدود ۱۰۰ برابر فرکانس شبکه است میباشد.

عوامل ایجاد کننده

• یکسو کننده های سه فاز
• درایو موتورهای DC
• منابع قدرت بدون قطع UPS

اثرات ممکن

• ایجاد نوسان در مدارات سلف و خازنی در تغذیه درایوها
• ایجاد اشکال در سیستم های کنترل وتجهیزات حساس
• اختلالات مخابراتی

۳-۶ فلیکر ولتاژ

تغییرات دامنه ولتاژ با فرکانس یک الی سی هرتز که باعث سوسو زدن منابع روشنایی و تاثیر نامناسب در چشم انسان میشود و مقدار آن با دو شاخص شدت فلیکر کوتاه مدت و شدت فلیکر بلند مدت مشخص میگردد.

عوامل ایجاد کننده

• کوره های قوس الکتریکی
• دستگاه های نورد
• دستگاه های جوشکاری
• کمپرسورها
• بارهای متغیر
• کم بودن سطح اتصال کوتاه

اثرات ممکن

• چشمک زدن لامپها
• احساس ناراحتی در انسان
• ایجاد اشکال در بارهای حساس

۳-۷ تغییرات فرکانس

هر کاهش یا افزایش فرکانس از فرکانس نامی را تغییر فرکانس گویند.

عوامل ایجاد کننده

• خروج از مدار واحدهای نیروگاه ها
• خروج از مدار بارهای بزرگ
• عدم تعادل بین مصرف و تولید

اثرات ممکن

• کاهش یا افزایش دور موتورها
• اختلال در برخی فرایند ها
• عملکرد نادرست ترانسفورمرهای فرورزنانسی

۴- استانداردهای ملی و بین المللی کیفیت توان تعاریف و شاخصها

استانداردهای بین المللی:

استاندارد IEC

• ۶۱۰۰۰-۱ : کلیات
• ۶۱۰۰۰-۲ : رده بندی پدیده ها
• ۶۱۰۰۰-۳ : حدود مجاز
• ۶۱۰۰۰-۴ : آزمون
• ۶۱۰۰۰-۵ : روشهای حذف

استاندارد IEEE ANSI/

• سری کتابهای رنگی
• ۵۱۹ : هارمونیکها
• ۱۱۵۹ : مونیتورینگ
• ۱۲۵۰ : اعوجاجات لحظه ای
• : C57-110 ترانس
• C62-41 : ولتاژهای ضربه

IEC 61000-1-1

محیط الکترومغناطیسی

–کل اعوجاجات موجود در یک مکان مشخص

–مصونیت الکترومغناطیسی

–انتشار الکترومغناطیسی

–سازگاری الکترومغناطیسی

توانایی یک تجهیز یا سیستم برای عملکرد رضایت بخش در یک محیط الکترومغناطیسی بدون ایجاد اعوجاجات به هر عنصری در آن محیط

IEC 61000-2-1

رده بندی پدیده های الکترومغناطیسی

هارمونیک ، هارمونیک میانی ، نوسان ولتاژ ، افتادگی ولتاژ ، قطعی ولتاژ و عدم تعادل ولتاژ

تغییر فرکانس ، وجود مولفه DC در شبکه جریان متناوب

تعریف ؛ عوامل ایجاد پدیده ؛ اثر بر روی سیستم و تجهیزات

IEC 61000-2-2

سطوح سازگاری انواع اعوجاجات در شبکه فشار ضعیف

–هارمونیک ( THD و مرتبه های مختلف هارمونیکی)

–هارمونیک میانی : ۵/۰ درصد ولتاژ نامی (۰ تا ۱۰۰۰ هرتز)

–نوسان ولتاژ ( تغییرات ولتاژ بر حسب تعداد آن بر ثانیه)

–افتادگی ولتاژ (غیر قابل استناد – ۱ تا ۴ بار در ماه تا ۳ ثانیه)

–عدم تعادل ولتاژ ( ۲ درصد )

–تغییرات فرکانس ( ۱ ± هرتز )

IEC 61000-2-4

سطوح سازگاری برای شبکه های صنعتی

–کلاس ۱ : سطوح سازگاری کمتر از شبکه های عمومی (تجهیزات با حساسیت بالا)

–کلاس ۲ : سطوح سازگاری برابر شبکه های عمومی (تجهیزات با حساسیت متوسط)

–کلاس ۳ : سطوح سازگاری بالاتر از شبکه های عمومی (تجهیزات با حساسیت کم)

––معرفی شبکه نمونه – میزان سطوح سازگاری برای هر یک از اعوجاجات

IEC 61000-3-2, IEC 61000-3-3

• ارائه حدود مجاز برای هارمونیکهای جریان تزریقی (۳-۲) و فلیکر تزریقی (۳-۳) به شبکه فشار ضعیف برای وسایل با جریان نامی کمتر از ۱۶ آمپر
• ارائه روش و مدار آزمون – آزمون نوعی – انجام توسط کارخانجات سازنده
• در صورت قبولی در آزمون دستگاه میتواند به شبکه فشار ضعیف متصل گردد.

IEC 61000-3-5

ارائه حدود مجاز فلیکر تزریقی برای وسایل با جریان نامی بالاتر از ۱۶ آمپر (تقاضای اتصال به شبکه فشار ضعیف)

–وسایل با جریان نامی بین ۱۶ و ۷۵ آمپر (ارائه روش و مدار آزمون )

• تخطی از حدود مجاز – اعلام حداکثر امپدانس شبکه
• قبولی در آزمون – پذیرش دستگاه

–وسایل با جریان نامی بیش از ۷۵ آمپر

• دریافت امپدانس شبکه از شرکت برق – حدود مجاز وابسته به توان ظاهری ترانسفورماتور تغذیه کننده فشار ضعیف

کلیه آزمونها در کارخانه سازنده انجام میگیرد

IEC 61000-3-6, IEC 61000-3-7

ارائه حدود مجاز برای هارمونیکها (۳-۶) و فلیکر (۳-۷) در شبکه های فشار متوسط و فشار قوی

–مرحله اول : اتصال بارهای کوچک بدون ارزیابی کامل

–مرحله دوم : ارزیابی کامل – سطوح مجاز متناسب با توان توافقی مشترک

–مرحله سوم : پذیرش استثنایی مشترک

مسئولیتها :

–مشترک مسئول حفظ میزان تزریق اعوجاج خود در زیر حدود مجاز است

–شرکت برق مسئول کنترل کلی سطح اعوجاج است

–همکاری شرکت برق و مشترک در تعیین روش بهینه جهت کاهش تزریق (طراحی و انتخاب روش به مسئولیت مشترک است)

IEC 61000-4

آزمونهای مصونیت – کلیات

آزمون وسایل در مقابل گذراهای سریع

آزمون وسایل در مقابل گذراهای یک طرفه

مشخصات فنی دستگاه اندازه گیری هارمونیک

آزمون وسایل در مقابل فلش و قطعی کوتاه مدت

مشخصات فنی فلیکرمتر

IEC 61000-5

روشهای حذف و کاهش اعوجاجات – کلیات

– ملاحظات کلی و راهنمایی جهت دستیابی به سازگاری الکترومغناطیسی برای کلیه وسایل برقی

– مورد استفاده : سازندگان- مشترکین – نصاب ها

زمین کردن و سیم کشی

– از دیدگاه سازگاری الکترومغناطیسی (کیفیت برق)

۴-۲ استاندارد IEEE

RED BOOK : توصیه های اجرایی برای توزیع توان الکتریکی در کارخانجات صنعتی

GREEN BOOK : توصیه های اجرایی برای زمین کردن شبکه های صنعتی

GRAY BOOK : توصیه های اجرایی برای سیستم برقی ساختمانهای تجاری

GOLD BOOK : توصیه های اجرایی برای طراحی یک شبکه الکتریکی تجاری و صنعتی مطمئن

EMERALD BOOK : توصیه های اجرایی برای برقرسانی و زمین کردن تجهیزات الکترونیکی

IEEE 519

هارمونیکها :

–تولید هارمونیک (معرفی وسایل هارمونیک زا)

–مشخصه پاسخ سیستم (تشدید)

–اثرات هارمونیکها (موتور – خازن – وسایل اندازه گیری و ..)

–روشهای کنترل هارمونیکها

–روشهای تحلیل هارمونیک

–اندازه گیری هارمونیک

–ارائه حدود مجاز

• برای هر مشترک (بر حسب توان نامی خریداری شده مشترک)
• برای شرکت برق

IEEE 1159

انتخاب رده بندی پدیده های کیفیت برق (از نظر زمانی)

اهداف مونیتورینگ – وسیله اندازه گیری؛ روش جمع آوری داده ها؛ روش تحلیل داده ها

انواع وسایل اندازه گیری

تکنیکهای کاربردی – محل مونیتورینگ ؛ آستانه ها ؛ پریود مونیتورینگ

تفسیر نتایج مونیتورینگ

کالیبراسیون

ANSI 4-3 استاندارد کیفیت توان تعاریف

C57-110 : انتخاب ظرفیت ترانسفورماتورها در هنگام تغذیه بارهای غیرخطی

: C62-41 ولتاژهای ضربه در شبکه های فشارضعیف

C12-50 : راهنمایی برای نحوه برقرسانی به تجهیزات حساس به اعوجاجات لحظه ای

۴-۴ استاندارد توانیر در کیفیت توان تعاریف

استاندارد « مشخصات و خصوصيات انرژي الكتريكي (كيفيت برق)» كه پيش نويس آن توسط وزارت نيرو- سازمان توانير- معاونت پژوهشي- دفتر استانداردها و در كميسيون مربوطه تهيه و تدوين شده و طي بخشنامه شماره ۱۰۰/۳۰/۷۰۱۰ مورخ ۱۰/۲/۸۱ مقام محترم وزارت قرار گرفته، به استناد بندهاي مربوطه در قانون تاسيس وزارت نيرو (سال ۱۳۵۳)، قانون سازمان برق ايران (سال ۱۳۴۶) و قانون برنامه سوم توسعه اقتصادي و اجتماعي و فرهنگي ايران بعنوان استاندارد صنعت برق ايران منتشر شده است.

استاندارد «مشخصات و خصوصيات انرژي الكتريكي (كيفيت برق)» مشتمل بر قسمتهاي ذيل است :
قسمت اول – كليات
قسمت دوم – حدود مجاز هارمونيك ها
قسمت سوم – فلش و قطعي ولتاژ
قسمت چهارم – تغييرات ولتاژ و فركانس
قسمت پنجم – پايداري و پديده هاي گذرا
قسمت ششم – زمين كردن
قسمت هفتم – كيفيت برق تحويلي به انواع مشتركين
قسمت هشتم – مشخصات فني وسايل اندازه گيري و معيارهاي انتخاب آنها
قسمت نهم – دستورالعمل اندازه گيري كيفيت برق، بازرسي و اطمينان از كيفيت آن

 

Power quality: a utility and industry perspective – IEEE Xplore

شبیه سازی پارامترهای کیفیت توان

بررسی و تجزیه و تحلیل کیفیت توان

کیفیت توان (کیفیت برق) به زبان ساده

۱۱ علتهای کاهش کیفیت توان انرژی الکتریکی چیست؟

اهمیت کیفیت توان الکتریکی (کیفیت برق) در چیست؟

جزیره ای شدن شبکه توزیع برق و مزایا و معایب جزیره ای شدن الکتریکی