کیفیت توان – پایداری و خلوص توان شبکه – برای قابلیت اطمینان و کارایی سیستم الکتریکی حیاتی است. مدیریت ضعیف کیفیت توان ممکن است باعث تلفات انرژی، خرابی تجهیزات و بی‌ثباتی شبکه شود. کیفیت توان تحت تأثیر اعوجاج هارمونیکی، تغییرات ولتاژ و اختلالات گذرا قرار می‌گیرد. تغییرات ناشی از منابع انرژی تجدیدپذیر در صورت عدم مدیریت، ممکن است مشکلات کیفیت توان را بدتر کند. بنابراین، مقابله با این عناصر به کاهش آسیب شبکه ناشی از کیفیت پایین توان کمک می‌کند.
فهرست
۴ مشکل اصلی کیفیت توان
مسئله ۱: مشکلات ضریب توان (Power Factor)
ضریب توان، میزان تبدیل کارآمد توان الکتریکی به کار تولیدی خروجی را اندازه‌گیری می‌کند. ضریب توان پایین‌تر به معنای هزینه‌های بیشتر برق است. بارهای القایی مانند موتورها و ترانسفورماتورها برای مغناطیس شدن به توان راکتیو نیاز دارند، اما کار نمی‌کنند و این باعث این ناکارآمدی می‌شود. اصلاح ضریب توان با استفاده از خازن‌ها به صرفه‌جویی در هزینه‌های انرژی و تلفات سیستم توزیع کمک می‌کند. مسائل مربوط به ضریب توان باید در بخش‌های انرژی‌بر اصلاح شود تا مصرف انرژی بهینه شده و هزینه‌ها کاهش یابد.
شماره ۲: هارمونیک‌ها (Harmonics)
بارهای غیرخطی، از جمله درایوهای فرکانس متغیر، لامپ‌های فلورسنت فشرده و رایانه‌ها، در سیستم‌های قدرت، هارمونیک تولید می‌کنند. این امر ممکن است باعث گرم شدن بیش از حد تجهیزات الکتریکی، تلفات سیستم قدرت و نقص عملکرد دستگاه‌های الکترونیکی حساس شود. اعوجاج هارمونیکی همچنین ممکن است باعث قطع شدن مدارشکن‌ها و گرم شدن بیش از حد ترانسفورماتورها به دلیل ناکارآمدی و خرابی زودرس شود.
مشکل ۳: نوسانات ولتاژ (Voltage Fluctuations)
بارهای متناوب یا سیستم‌های نامتعادل ممکن است باعث نوسانات ولتاژ شوند. این مشکل کیفیت برق ممکن است باعث سوسو زدن چراغ‌ها (Flicker) و آسیب به تجهیزات حساس به ولتاژ، از جمله ماشین‌های CNC و ابزارهای آزمایشگاهی شود. صنایعی که موتورهای الکتریکی بزرگی دارند که اغلب روشن و خاموش می‌شوند، ممکن است نوسانات بیشتری را تجربه کنند.
مشکل ۴: اضافه ولتاژهای گذرا (Transient Overvoltages)
اضافه ولتاژهای گذرا ممکن است از ولتاژ عملیاتی معمول سیستم فراتر روند. این اضافه ولتاژها ممکن است در اثر رعد و برق، سوئیچینگ یا رفع خطا ایجاد شوند. اضافه ولتاژهای گذرا ممکن است عایق را فرسایش داده و باعث خرابی‌های فاجعه‌بار در دستگاه‌های الکترونیکی شوند. دستگاه‌های محافظت در برابر نوسانات برق، یک روش معمول برای کاهش خطرات برای تجهیزات حساس هستند و در عین حال ولتاژ اضافی را از اجزای کلیدی منحرف می‌کنند. اضافه ولتاژهای گذرا باید در مراکز داده برای حفظ عملکرد صحیح سرورها و سیستم‌های ذخیره‌سازی، مدیریت شوند.
راهکارهای کیفیت توان (Power Quality Solutions)
مسائل مربوط به کیفیت توان نیاز به راه‌حل‌های بی‌نظیری دارند، از جمله فیلترها و افزایش ضریب توان. فیلترهای غیرفعال، فعال و هیبریدی، اعوجاج‌های هارمونیکی و تداخل الکترومغناطیسی را کاهش می‌دهند و در عین حال منابع تغذیه را تمیزتر می‌کنند. به عنوان مثال، فیلترهای غیرفعال برای فرکانس‌های هارمونیکی خاص در موقعیت‌هایی با پروفایل‌های بار متعادل به خوبی کار می‌کنند. از سوی دیگر، فیلترهای فعال به طور فعال به سطوح هارمونیکی متغیر پاسخ می‌دهند، که آنها را سازگار می‌کند.
جبران‌کننده‌های خازنی، القایی یا سنکرون، ضریب توان را افزایش داده و بار توان راکتیو را برای بهره‌وری بهتر انرژی کاهش می‌دهند. بانک‌های خازنی برای شرایط بار ثابت استفاده می‌شوند. در همین حال، جبران‌کننده‌های سنکرون، تقاضای متغیر را جبران می‌کنند. این راه‌حل‌ها از زیرساخت‌های الکتریکی در برابر افت کیفیت توان برای بهره‌وری بهتر سیستم محافظت می‌کنند.
راهکارهای اصلی صنعت: جبران توان راکتیو (Reactive Power Compensation)
راهکار بانک خازنی ثابت (Fixed Capacitor Bank Solution)
بانک‌های خازنی ثابت با توان راکتیو وارد شده به سیستم، ضریب توان را افزایش می‌دهند. این امر مشکلات کیفیت توان بارهای القایی را کاهش می‌دهد. آنها هیچ انعطاف‌پذیری در برابر تغییر شرایط بار ارائه نمی‌دهند و در سیستم‌های قدرت اکتیو کارایی کمتری دارند.
راهکار SVC (Static Var Compensator)
SVC ها به طور فعال جریان توان راکتیو را تنظیم می‌کنند تا پایداری سیستم و پاسخگویی به تقاضای متغیر را تقویت کنند. اعوجاج هارمونیکی آنها می‌تواند عملکرد را محدود کند، که نیاز به اقدامات فیلترینگ اضافی دارد.
راهکار جبران‌ساز سنکرون استاتیک (STATCOM)
STATCOMها از مبدل‌های منبع ولتاژ برای مدیریت بهتر ولتاژ و پاسخگویی سریع‌تر به نیازهای توان راکتیو استفاده می‌کنند. هزینه و پیچیدگی آنها ممکن است مانع از پذیرش گسترده در کاربردهای حساس به هزینه شود.
راهکارهای کیفیت توان CHINT
خازن‌های ولتاژ بالا
واحدهای خازنی ولتاژ بالای CHINT متناسب با نیازهای متنوع ولتاژ و ظرفیت طراحی شده‌اند. این خازن‌ها برای افزایش راندمان ضریب توان و کاهش بارهای توان راکتیو در کاربردهای مختلف طراحی شده‌اند.
نصب کامل خازن
خازن‌های نصب‌شده‌ی کامل CHINT در سه نوع عرضه می‌شوند که هر کدام ویژگی‌ها و کاربردهای منحصربه‌فردی دارند:
- نوع TBB : با ساختار ساده و مقرون به صرفه بودن بالا، مناسب برای نصب در محیط داخلی و خارجی. این نوع راکتور در انتخاب یک راکتور سری با نرخ راکتانس از 0.1٪ تا 13٪ انعطاف‌پذیری ارائه می‌دهد.
- نوع TBBF : دارای ساختار ساده و مقرون به صرفه، ایده‌آل برای نصب در محیط داخلی با سطح حفاظت IP4X. این نوع خازن امکان نصب حداکثر هشت گروه خازن را فراهم می‌کند.
- نوع TBBX : نصب شده در یک کانتینر مخصوص، دارای گواهینامه از موسسات رده‌بندی، و مناسب برای محیط‌های بیرونی تا ارتفاع ۴۰۰۰ متر. این نوع می‌تواند تا شش گروه خازن را در خود جای دهد و حمل و نقل و جابجایی آن را آسان کند.
ژنراتورهای وار استاتیک (SVG)
ژنراتورهای استاتیک وار (SVG) شرکت CHINT پشتیبانی سریع و مداوم از توان راکتیو را فراهم می‌کنند و امکان تنظیم سریع ضریب توان و به حداقل رساندن تلفات سیستم را فراهم می‌کنند. این ژنراتورها در افزایش پایداری و قابلیت اطمینان سیستم نقش مهمی دارند و عملکرد یکپارچه در محیط‌های مختلف صنعتی و تجاری را تضمین می‌کنند.
نتیجه‌گیری
برای پایداری و اثربخشی سیستم الکتریکی، باید مسائل مربوط به کیفیت برق حل شود. اولاً، رفع مشکلات کیفیت برق، تلفات انرژی، خرابی تجهیزات و بی‌ثباتی شبکه را کاهش می‌دهد. علاوه بر این، تجهیزات حساس را نیز به راحتی در حال کار نگه می‌دارد تا از خرابی‌ها و هزینه‌های نگهداری پرهزینه جلوگیری شود. کیفیت برق ضمن افزایش ضریب توان و کاهش بار توان راکتیو، می‌تواند هزینه‌های برق را کاهش دهد. در نتیجه، مدیریت پیشگیرانه کیفیت برق، از زیرساخت‌ها محافظت کرده و استفاده از انرژی را برای نگهداری سیستم الکتریکی بهینه می‌کند.