اصطلاحات PQ و کاربردهایشان

اصطلاحات PQ مجموعه‌ای از مفاهیم کلیدی‌اند که مهندسان کیفیت برق برای ارزیابی و ارتقای سیستم‌های برق‌رسانی به کار می‌برند. تسلط بر این واژگان، نخستین گام برای تحلیل داده‌های اندازه‌گیری، ریشه‌یابی اختلالات و طراحی راهکارهای تصحیحی محسوب می‌شود. در این مقاله به بررسی مهم‌ترین اصطلاحات PQ — از جمله PU (هرم یکای)، جریان قدرت هارمونیک، سختی منبع، الگوی هارمونیک و آلودگی هارمونیک — می‌پردازیم.

توضیح PU (هرم یکای)

PU کوتاه‌شده Per Unit (هرم یکای) است، واژه‌ای که در стандарт IEEE ۱۱۵۹ نیز登場 کرده و در میان مهندسان شرکت‌های برق کاربرد گسترده دارد. به زبان ساده، PU درصدی است که با تقسیم ولتاژ واقعی بر ولتاژ اسمی و ضرب در صد به دست می‌آید: PU = (ولتاژ واقعی / ولتاژ اسمی) × ۱۰۰٪.

به عنوان مثال، یک سگ (کاهش ولتاژ) به ۰.۸ PU در مداری ۴۸۰ ولتی، به معنای افت ولتاژ تا ۳۶۶ ولت است. هم‌چنین یک وقفه (اینتراپشن) به ۰.۱ PU در مدار ۱۲۰ ولتی، معادل ۱۲ ولت خواهد بود. فلسفه «هرم یکای» این است که ولتاژ را بی‌اعتنایی از مقادیر اسمی بیان می‌کند؛ چرا که از طریق ترانسفورماتورهای مختلف یک شبکه توزیع، درصد تغییر تقریباً ثابت می‌ماند (مگر اتلاف‌های ناچیز در خود ترانسفورماتورها). اگر یک خط انتقال ۱۳۸ کیلوولت به ۰.۷ PU کاهش یابد، خط توزیع ۱۳ کیلوولتی و در نهایت ولتاژ نقطه مصرف نیز شاهد افت مشابهی خواهند بود. البته حضور ترانسفورماتورهای دلتا-وی یا وی-دلتا در میانه‌ راه مقادیر را تغییر می‌دهد، اما منطق اصلی بی‌تغییر باقی می‌ماند.

PU ابزاری بی‌بدیل برای مقایسه سریع شرایط گوناگون شبکه است. یک مهندس می‌تواند «سگ ۰.۸ PU» را بلافاصله با «سگ ۸۰ درصدی ولتاژ» هم‌معنی بداند. از آنجا که مقدار PU برای تمام سطوح ولتاژ یکسان است، یک دستورالعمل واحد برای کلیه مقاطع ولتاژ وجود دارد — امری که تحلیل داده‌های اندازه‌گیری را به‌شدت تسریع می‌کند.

جریان قدرت هارمونیک الکتریکی

سوالی که در مهندسی برق بارها پیش می‌آید این است: قدرت هارمونیک از منبع به سمت بار جریان می‌یابد یا از بار به منبع؟ اگرچه برخی جنبه‌ها همچنان مورد بحث‌اند، اما روش رایج برای تعیین جهت، بررسی زاویه فاز وات‌های هارمونیک (یا رابطه فاز بین ولتاژ و جریان برای یک هارمونیک مشخص) است. همان قواعدی که برای یک موج سینوسی خالص از ولتاژ و جریان (فقط شامل فرکانس بنیادی) صدق می‌کنند، در اینجا نیز حاکم‌اند.

در یک بار خالص مقاومتی، زاویه فاز بین ولتاژ و جریان صفر درجه است (ضریب توان مثبت یک). اگر بار خالص خازنی باشد، جریان ۹۰ درجه از ولتاژ عقب می‌ماند (معمولاً به صورت +۹۰ درجه نمایش داده می‌شود). برعکس، در بار خالص القایی، جریان ۹۰ درجه پیشی می‌گیرد و زاویه فاز -۹۰ درجه نامیده می‌شود. این قرارداد باعث می‌شود ضریب توان بارهای القایی-مقاومتی مثبت (بین ۰ تا ۱) باشد، در حالی که برای بارهای مقاومتی-خازننده مقدار منفی حاصل می‌شود.

اگر زاویه فاز ولتاژ و جریان فراتر از ۹۰ درجه اختلاف داشته باشد، معمولاً نشان‌دهنده نصب نادرست پروب جریان در جهت مخالف جریان قدرت فرضی است. اکثر پروب‌های جریان دارای پیکان جهت‌دار هستند که باید به سمت منبع بار (جهت طبیعی جریان قدرت) اشاره کنند.

زمانی که زاویه فاز ولتاژ و جریان هارمونیک در بازه ۹۰ تا ۲۷۰ درجه (۲۷۰ درجه معادل -۹۰ درجه) قرار گیرد — با فرض نصب صحیح ترانسفورماتور جریان — نتیجه می‌گیریم که جریان قدرت هارمونیک در خلاف جهت جریان قدرت بنیادی حرکت می‌کند (یعنی از بار به سمت منبع).

در برخی محصولات Dranetz، این حالت با برچسب‌های SOURCE یا LOAD در کنار هر وات هارمونیک چاپ می‌شود. در دستگاه‌های دیگر، باید زاویه فاز وات‌های هارمونیک را بررسی کرد تا جهت مشخص گردد.

نکته مهم: در بسیاری از اندازه‌گیری‌ها، سطوح ولتاژ و جریان هارمونیک آنچنان کم‌اند که وات هارمونیک محاسبه‌شده تقریباً ناچیز می‌شود — درست مانند اطلاعات جهت جریان قدرت برای این مقادیر. مثلاً در مدار ۱۲۰ ولتی/۳۰ آمپرایی، اگر ولتاژ هارمونیک پنجم ۰.۰۵ ولت و جریان هم‌مرتبه ۰.۲ آمپر باشد، وات حاصل تنها ۰.۰۱ وات خواهد بود؛ رقمی که نه تنها معناى عملی ندارد، بلکه دقت جهت‌گیری آن نیز بسیار پایین است.

اهمیت فهم جهت هارمونیک

شناختی که قدرت هارمونیک از کجا وارد سیستم می‌شود، برای طراحی سیستم‌های تصحیح هارمونیک حیاتی است. اگر منبع اصلی (مانند منبع تغذیه.switching کامپیوتر) قدرت هارمونیک با جهت بار‌به‌منبع تولید کند، لازمه جلوگیری از بازگشت این قدرت، بکارگیری فیلترهای اتصال در نزدیکی منبع است.

سختی منبع

«سختی» منبع واژه‌ای رایج در لکسیکون مهندسی است که توانایی یک منبع تغذیه در حفظ ولتاژ تقریباً ثابت، حتی در شرایط بار سنگین را توصیف می‌کند. از منظر فنی، این ویژگی مستقیماً به امپدانس (پیوستار) داخلی منبع مربوط است؛ قوانین اهم و کیرشوف در اینجا کلید اصلی‌اند.

به مثالی ساده توجه کنید: اگر منبع امپدانس ۱ اهمی داشته و ۱۰۰ ولت تأمین نماید، سپس بار ۱ آمپر ۹۹ ولت را دریافت می‌کند (۱ ولت افت در امپدانس منبع). با افزایش بار به ۱۰ آمپر، ولتاژ بار به ۹۰ ولت می‌رسد (۱۰ ولت افت). در مقابل، اگر امپدانس منبع ۰.۱ اهم باشد، همان بار ۱۰ آمپر تنها ۱ ولت از دست می‌دهد و ۹۹ ولت را همچنان می‌بیند. بنابراین منبع ۰.۱ اهمی «سخت‌تر» از منبع ۱ اهمی است. این اصل برای امپدانس‌های هارمونیک نیز صدق می‌کند.

به طور کلی، هرچه منبع «سخت‌تر» باشد، احتمال بروز مشکلات کیفیت برق — از جمله هارمونیک، نوسانات RMS (مانند سگ و سوئل) — برای مصرف‌کننده کمتر می‌شود. هرچند، همانند هر قاعده‌ای، استثناهایی هم وجود دارد.

الگوی هارمونیک

هارمونیک‌ها اغلب به صورت طیف هارمونیک ارایه می‌شوند: لیستی یا نمودار میله‌ای که superficie هر هارمونیک را برای ولتاژ و جریان نشان می‌دهد. سطوح هارمونیک‌ها سرنخ‌های值值ی برای شناسایی منبع آن‌ها هستند.

اگر طیف جریان هارمونیک سوم قوی، پنجم متوسط و هفتم ضعیف‌تر را نشان دهد، این الگوی کلاسیک معمولاً ریشه در ریکتیفایرهای ورودی مستقیم تک‌فاز کامپیوترها، پرینترها و سایر تجهیزات IT در محیط‌های اداری دارد.

در صورتی که هارمونیک‌های غالب پنجم و هفتم باشند، 뒤 دنباله یازدهم و سیزدهم و سپس هفدهم و نوزدهم، منبع اغلب یک مبدل ۶ پالس (یا ریکتیفایر موج کامل سه‌فاز) است که در درایوهای سرعت قابل تنظیم و بارهای «الکترونیکی» قدرتمندتر رایج است.

آلودگی هارمونیک

معمولاً جریان‌های هارمونیک هستند که نگرانی اصلی را تشکیل می‌دهند، زیرا می‌توانند «آلودگی هارمونیک» را به سایر تجهیزات منتقل کنند. درست مانند قانون اهم برای فرکانس بنیادی (جریان × امپدانس = ولتاژ)، قانون اهم برای هر هارمونیک (جریان هارمونیک × امپدانس هارمونیک = ولتاژ هارمونیک) نیز برقرار است.

بارهای غیرخطی که جریان را به شکل غیرسینوسی جذب می‌کنند، جریان غنی از هارمونیک تولید می‌کنند. این جریان‌ها در واکنش با امپدانس‌های هارمونیک شبکه، ولتاژهای هارمونیک را به وجود می‌آورند که سایر بارها به آن‌ها مواجه می‌شوند. این اثر آلودگی می‌تواند باعث عملکرد نامناسب تجهیزات حساس شود یا حتی دما را در مغازه‌های توزیع برق افزایش دهد.

در عمل، برای کاهش تنش هارمونیک و مهار گسترش آلودگی، می‌توان از فیلترهای اتصال منبع (CCL) یا فیلترهای خروجی بار (CFL) بهره برد. انتخاب فیلتر مناسب به نوع هارمونیک غالب، مدل‌سازی سیستم قدرت و الزامات کیفیت برق آن بخش بستگی دارد.

نتیجه‌گیری

اصطلاحات PQ ابزارهای ضروری برای مهندسان و متخصصان کیفیت برق هستند. با درک عمیق PU، جریان قدرت هارمونیک، سختی منبع، الگوی هارمونیک و آلودگی هارمونیک، متخصصان می‌توانند اختلالات شبکه برق‌رسانی را به سرعت شناسایی، پیشگیری از تکرار آن‌ها را برنامه‌ریزی کنند و سیستم‌های پایدارتر و قابل‌اعتمادتری طراحی نمایند. برای گسترش دانش، مطالعه استاندارد IEEE ۱۱۵۹ و راهنمای محصولات Dranetz به شدت توصیه می‌شود.

اصطلاحات PQ و تعاریفش: راهنمای کامل برای مهندسان کیفیت برق

این دومین بخش از چهار بخش مقاله اصلی است. لطفاً آن را به طور کامل به فارسی و به صورت HTML ترجمه کنید.

مقاومت‌های هارمونیک

مقاومت‌های هارمونیک می‌توانند با تغییر در فرکانس یا شماره هارمونیک، مقادیر خود را دستخوش تغییر کنند و معمولاً با افزایش هارمونیک‌های بالاتر، به شکل قابل توجهی افزایش می‌یابند. این امر بدان معناست که برای تولید ولتاژ هارمونیک معنادار، نیاز به جریان هارمونیکی کمتری وجود دارد.

مجموع THD

یکی از متدهای متداول، مجموع THD یا اعوجاج کل هارمونیک است. این یک فرآیند ریاضی است که شامل مراحل زیر می‌شود: ابتدا بزرگای هارمونیک‌های ولتاژ یا جریان را مربع می‌کنیم؛ سپس آن‌ها را جمع کرده و ریشه مربع مجموع را محاسبه کرده و در نهایت، آن را بر اساس RMS زیربنایی یا مجموع تقسیم و در ۱۰۰ درصد ضرب می‌کنیم.

این عدد می‌تواند بسته به مقسوم‌الیه، به طور قابل توجهی متفاوت باشد؛ به‌طوری که معمولاً در آمریکای شمالی از زیربنایی و در اروپا از مجموع استفاده می‌شود.

استفاده از THD برای تحلیل جریان ممکن است بسیار گمراه‌کننده باشد و به طور کلی باید از آن اجتناب کرد. اندازه واقعی جریان هارمونیک‌ها، اطلاعات معنادارتری را ارائه می‌دهد. اگر بزرگی جریان هارمونیک به وضوح کم باشد، مانند حالت خنثی در یک مدار وی، ممکن است THD بزرگ به نظر برسد بدون آنکه مشکلی ایجاد کند. به عنوان مثال، ۰.۵ آمپر جریان در خنثی یک مدار ۳۰ آمپری ممکن است از ترکیب ۰.۲۵ آمپر زیربنایی و ۰.۲۵ آمپر هارمونیک سوم تشکیل شده باشد. این مورد منجر به THD ۱۰۰ درصدی می‌شود که به نظر نگران‌کننده می‌آید اما در یک مدار ۳۰ آمپری از اهمیت چندانی برخوردار نیست.

هارمونیک‌های رایج

هارمونیک‌ها معمولاً به عنوان «فرکانس‌هایی که مضارب صحیح فرکانس زیربنایی هستند» شناخته می‌شوند. در سیستم‌های برق ۶۰ هرتزی، این بدان معناست که هارمونیک دوم ۱۲۰ هرتز، هارمونیک سوم ۱۸۰ هرتز، هارمونیک چهارم ۲۴۰ هرتز و هارمونیک nام برابر n*۶۰ خواهد بود.

فرکانس‌هایی که بین این هارمونیک‌ها یافت می‌شوند به نام اینترهارمونیک‌ها (مانند ۱۸۵ هرتز) شناخته می‌شوند اما به طور کلی بسیار کمتر از فرکانس‌های هارمونیک متداول هستند. هم‌چنین، فرکانس‌های زیر فرکانس‌های زیربنایی به نام سوبرهارمونیک‌ها (مانند ۹ هرتز) شناخته می‌شوند و معمولاً در پدیده لرزش نور نقش ایفا می‌کنند.

افت‌های RMS

درجه تغییرات در مقدار RMS به طور عمده برای فعال‌سازی ثبت داده‌های PQ مورد استفاده قرار می‌گیرد. رایج‌ترین نوع این تغییرات، افست (یا دیپ) نام دارد. برخی مطالعات نشان می‌دهند که بیش از ۶۰ درصد اختلالات PQ از نوع افست هستند، که در آن مقدار RMS به زیر ۹۰ درصد مقدار اسمی کاهش می‌یابد. در یک پریز معمولی اداری یا مسکونی، این امر به معنای کاهش ولتاژ از ۱۲۰ ولت RMS به ۱۰۸ ولت RMS است. در صورتی که ولتاژ تحت ۱۰ درصد مقدار اسمی کاهش یابد، به آن وقفه گفته می‌شود. برعکس، در صورتی که ولتاژ به بیش از ۱۱۰ درصد مقدار اسمی افزایش یابد، به آن سوول اطلاق می‌شود.

پدیده‌های الکترومغناطیسی

رایج‌ترین نوع پدیده‌های الکترومغناطیسی که می‌توانند مشکلاتی در کیفیت برق ایجاد کنند، تغییرات در شکل موج پایه ولتاژ، یعنی موج سینوسی است. برای نمایش این شکل پیچیده با یک عدد واحد، از RMS یا ریشه مربع میانگین بهره می‌برند. این مقدار از هر نقطه نمونه‌برداری (معمولاً ۱۲۸ نقطه) در یک چرخه شکل موج به دست می‌آید، مقدار هر نقطه را مربع می‌کند، سپس جمع می‌کند و میانگین آن‌ها را محاسبه و ریشه مربع عدد نهایی را محاسبه می‌کند.

این موضوع با مقدار حداکثری متفاوت است که به بزرگ‌ترین مقدار نمونه‌برداری در یک چرخه اشاره دارد. برای شکل‌های موج مختلف، روابط متفاوتی بین حداکثر و RMS وجود دارد. برای موج‌های سینوسی، حداکثر ۱.۴۱۴ برابر بیشتر از مقدار RMS بوده و یا به عبارتی RMS ۰.۷۰۷ برابر کمتر از حداکثر است. این رابطه در مورد شکل‌های مشابه با هارمونیک‌ها برقرار نیست؛ بنابراین، باید از یک متر “حقیقی RMS” استفاده شود تا به نتایج دقیقی دست یابیم.

جهت‌گیری رویداد RMS

درجه تغییرات در مقدار ولتاژ RMS معمولاً برای فعال‌سازی ثبت داده‌های PQ مورد استفاده قرار می‌گیرد. این موارد به نام افست (دیپ)، سوول و وقفه شناخته می‌شوند. آگاهی از منبع رویداد برای شناسایی منبع آن بسیار اهمیت دارد. برای مثال، شناخت افست‌ها در ورودی سرویس ساختمان به شما کمک می‌کند که بفهمید این تغییرات از طرف شرکت برق ناشی می‌شوند یا خطای داخلی ساختمان است. منبع یا جهت‌گیری این اختلال می‌تواند از نظر “بالادست” یا “پایین‌دست” تعریف شود.

در این مثال، بالادست به شرکت برق و پایین‌دست به تاسیسات داخلی اشاره دارد. برای درک جهت‌گیری یک رویداد ولتاژ RMS، نیاز به بررسی همزمان ولتاژ و جریان داریم. این جهت‌گیری بر اساس رابطه بین ولتاژ و جریان در طول رویداد تعیین می‌شود. به طور کلی، زمانی که ولتاژ افست (دیپ) می‌شود و جریان افزایش می‌یابد، این رویداد به عنوان یک رویداد پایین‌دست شناخته می‌شود؛ مثلاً زمانی که یک بار بزرگ شروع به کار کرده و جریان ناشی از آن با کاهش ولتاژ همزمان می‌شود. برعکس، یک رویداد بالادست به این صورت است که ولتاژ و جریان همزمان کاهش یابند.

اتصالات شل

اگر به هر دلیلی پنل توزیع را جدا کرده‌اید، این بهترین زمان برای استفاده از یکی از مؤثرترین ابزارهای کیفیت برق، یعنی پیچ‌گوشتی، است. حتماً قبل از هر اقدامی از تجهیزات ایمنی مناسب استفاده کنید و تمامی احتیاط‌های ایمنی لازم را رعایت نمایید. در اکثر تاسیسات، جریان تنها در بخشی از روز موجود است.

امروزه، این جریان اغلب شامل جریان‌های هارمونیک تولیدکننده گرما می‌شود. چرخه‌های گرمایش/سردشدن و انبساط/انقباض این جریان‌ها در سیم‌ها ممکن است به مرور زمان باعث شل شدن اتصالات شود. این شل شدن اتصالات نه تنها منجر به افزایش مقاومت اتصال می‌شود بلکه اثرات گرمایی ناشی از آن نیز تشدید خواهد شد. با سفت کردن اتصالات شل به کمک پیچ‌گوشتی می‌توان به کاهش افت ولتاژ و همچنین به حداقل رساندن خطر آتش‌سوزی کمک کرد.

اختلافات هارمونیک

هارمونیک‌ها معمولاً بر اساس شماره هارمونیک خود، به دو دسته فردی و زوجی تقسیم می‌شوند. هارمونیک‌های فردی شامل ۳، ۵، ۷، ۹ و غیره هستند، در حالی که هارمونیک‌های زوجی ۲، ۴، ۶، ۸ و غیره را شامل می‌شوند. یک نوع گروه‌بندی دیگر به نام تریپلن‌ها وجود دارد که شامل هارمونیک‌های ۳، ۶، ۹، ۱۲ و غیره است. علت گروه‌بندی تریپلن‌ها این است که جریان‌های هارمونیک تریپلن در مدارهای وی سه فاز با چهار سیم به جای آنکه یکدیگر را خنثی کنند، بر هم انباشته می‌شوند. به همین دلیل، هادی خنثی باید از لحاظ قابلیت انتقال جریان، به اندازه یا تا ۱.۷۳ برابر بزرگ‌تر از هادی‌های فاز باشد.

هماهنگی الکتریکی و هارمونی‌های زوج

در حالت عادی، هارمونی‌های زوج را در سیستم‌هایی با تجهیزات سالم به ندرت می‌بینیم؛ به همین دلیل هم معمولاً در یک گروهِ مجزا طبقه‌بندی می‌شوند. تنها استثنا وقتی است که یک یکسوساز نیم‌موج به عنوان بار در سیستم حضور داشته باشد. حالا اگر نیمی از یکسوسازهای یک یکسوساز تمام‌موج از کار بیفتند، جریانی که بار می‌کشد دقیقاً مثل یک یکسوساز نیم‌موج رفتار می‌کند و شکل‌موج جریان پر می‌شود از هارمونی‌های زوج. پس دیدن این هارمونی‌ها تقریباً همیشه زنگ خطری است: احتمالاً جایی از سیستم خراب شده. نشانه‌شان هم در خود شکل‌موج پیداست، چون تقارن دو نیمه موج را از بین می‌برند.

ضریب توان

پدیده‌های کیفیت توان — به‌ویژه اعوجاج و عدم تعادل — روی ضریب توان هم اثر می‌گذارند و همین باعث شده بحث سر «ضریب توان واقعی» گیج‌کننده شود. در واقع ضریب توان نشان می‌دهد یک بار چقدر کارآمد از برق استفاده می‌کند؛ یعنی چه مقدار انرژی را واقعاً مصرف می‌کند در برابر اینکه عرضه‌کننده چقدر باید تحویلش بدهد. تعریف استانداردش هم این است: توان واقعی تقسیم بر توان ظاهری، یعنی وات بر ولت‌آمپر یا همان W / VA.

پیش از آنکه بارهای ورودی یکسوساز — که به آن‌ها منبع تغذیه سوئیچینگ (switching power supplies) یا بارهای الکترونیکی و غیرخطی هم می‌گویند — همه‌گیر شوند، اکثر بارها مقاومتی یا القایی بودند: بخاری‌ها، لامپ‌های رشته‌ای و موتورها. ممکن بود ولتاژ و جریان دقیقاً هم‌فاز نباشند، اما هر دو تقریباً سینوسی و بدون جزء فرکانسی غیر از بنیادی بودند. برای همین توان واقعی می‌شد Vrms * Irms * cos(زاویه بین V و I که همان theta است) و توان ظاهری هم Vrms * Irms؛ پس ضریب توان روی cos(theta) می‌افتاد. مردم همین را به عنوان فرمول «واقعی» پذیرفتند و کنتورهای درآمدی هم بر همین اساس صورتحساب می‌گرفتند.

اما وقتی بارهای ورودی یکسوساز رایج شدند، شکل‌موج جریان دیگر آن فرم سینوسی را نداشت و از اجزای هارمونیکی فرکانس‌های دیگر پر شد. بارهای کنترل‌شده با SCR هم که فقط در بخشی از نیمه شکل‌موج ولتاژ اجازه عبور جریان می‌دهند. حتی اگر جزء بنیادی هم‌فاز می‌بود، باز هم توان واقعی دیگر صرفاً Vrms * Irms * cos(theta) نبود، چون هر جفت ولتاژ و جریان هارمونیکی زاویه thetaی مخصوص به خودشان را داشتند.

تعجبی ندارد که وات‌ها کمتر شوند؛ منبع تغذیه سوئیچینگ ورودی یکسوساز و بارهای SCR-کنترل هم که اصلاً برای همین ساخته شده‌اند که توان واقعی کمتری ببرند. ولی توان ظاهری (Vrms * Irms) فرقی نکرده بود. نتیجه؟ ضریب توان کوچک‌تر می‌شد و همین عجیب بود. مثلاً یک بار شرکت برق کنتور الکترومکانیکی قدیمی را با مدل جدیدی عوض کرد که PF را با همان روش سنتی W/VA حساب می‌کرد؛ یکهو مشتری به خاطر جریمه ضریب توان بدهکار شد — در حالی که خودش می‌گفت هیچ باری را تغییر نداده و زیر بار پرداخت هم نرفت.

هارمونی‌های زوج بالا

اگر درصد هارمونی‌های زوج بالا باشد، معمولاً یعنی یا یک یکسوساز نیم‌موج خیلی بزرگ داریم، یا یک یکسوساز تمام‌موج آسیب دیده و دارد مثل نیم‌موج کار می‌کند.

در بیشتر مدارهای الکتریکی، هارمونی‌های فرد بخش بزرگی از طیف را تشکیل می‌دهند. هارمونی‌های زوج را کمتر می‌توان با نسبت معنادار پیدا کرد، مگر اینکه جریان فقط در یک نیمه چرخه کشیده شود. وقتی سیگنال یکسوساز نیم‌موج را با انبساط فوریه باز کنید، دقیقاً از هارمونی‌های زوج پر شده؛ در حالی که بارهای الکترونیکی معمولی مثل کامپیوترها، چاپگرهای لیزری یا ASDها طیفی عمدتاً فرد دارند.

هارمونی‌های زوج را غالباً از روی عدم تقارن یک‌چهارم موج می‌توان شناخت. یعنی بخش شکل‌موج تا اوج اول سینوس، تصویر آینه‌ای بخش دوم — وقتی از اوج برمی‌گردد سمت محور صفر — نیست. همین بی‌تقارنی را در نیمه منفی چرخه هم بین قسمت‌های سوم و چهارم می‌بینید.

علل ترانزیت‌ها

ترانزیت‌ها اختلالاتی بسیار گذرا هستند، کمتر از ۱/۴ چرخه فرکانس توان و اغلب در مقیاس میکروثانیه اندازه‌گیری می‌شوند. قبلاً به آن‌ها ضربه، افزاینده، پیک یا ناپایداری می‌گفتند، ولی چون این کلمات معنای گنگی داشتند، در نهایت «ترانزیت» توسط IEEE و دیگر نهادهای استاندارد به عنوان اصطلاح پذیرفته‌شده انتخاب شد.

وقتی صحبت از علل ترانزیت‌های ولتاژ باشد، موارد زیر زیاد دیده می‌شوند: خازن‌های اصلاح ضریب توان که روشن یا خاموش می‌شوند، برخورد صاعقه به هادی یا نزدیکی آن، قوس الکتریکی از یک هادی فاز که با جسمی با پتانسیل زمین (مثلاً درخت) تماس پیدا می‌کند، و همچنین برش‌هایی که از زمان‌بندی تغییر در SCRها در منبع تغذیه یکسوساز ۳ فاز (مثل آنچه در ASDها هست) ناشی می‌شوند.

ترانزیت‌ها می‌توانند داده‌های حافظه را خراب کنند، به تجهیزات آسیب بزنند، خطای انتقال ایجاد کنند، دستگاه را بی‌ثبات کنند، عمر تجهیز را کم کنند و مشکلاتی درست کنند که دیگر نمی‌شود تکرارشان کرد. نکته اینجاست که اغلب «مخفی»اند: خیلی سریع و تصادفی رخ می‌دهند و بسیاری از مانیتورهای کیفیت توان — مخصوصاً برای ترانزیت‌های فرکانس بالا — اصلاً نمی‌توانند ثبتشان کنند.

علل افزایش ولتاژ

افزایش ولتاژ، که معمولاً بالای ۱۱۰٪ سطح نامی تعریف می‌شود، کمتر از افت ولتاژ پیش می‌آید؛ با این حال اگر ولتاژ برای مدتی طولانی از حد ایمن فراتر برود، می‌تواند برای تجهیزات فاجعه‌بار تمام شود. یکی از سناریوهای رایجش این است: یک بار بزرگ ناگهان خاموش شود (برعکسِ دلیل افت‌ها). آن‌وقت ولتاژ برای ۳۰ تا ۶۰ چرخه بالا می‌رود تا سیستم‌های تنظیم خودکار بتوانندش به محدوده نرمال برگردانند.

علل افت ولتاژ

افت ولتاژ معمولاً وقتی رخ می‌دهد که جریان یک‌باره و بشدت زیاد شود؛ در نتیجه افت متناسبی روی سیم‌کشی می‌افتد و برای بارها ولتاژ کمتری می‌ماند. اگر این مشکل از خود سیستم توزیع باشد — مثلاً اتصال کوتاه فاز به زمین به خاطر صاعقه، حیوانات، شاخه درخت یا حوادث دیگر — به آن افتِ رو به منبع یا افتِ سمت بالا می‌گویند.

جهت کاهش ولتاژ: سمت پایین‌دست یا سمت بار

اما وقتی بار بزرگی — مثل موتور اچ‌پی (HP) قدرتمند — راه‌اندازی می‌شود، جهتِ کپس (sag) به سمت پایین‌دست (downstream) یا همان سمت بار (load side) منجر می‌شود.

اگر ولتاژ باقی‌مانده در طول کپس به حدی پایین بیاید که تجهیزات نتوانند به درستی کار کنند، فرآیند ممکن است متوقف یا حتی دچار اختلال شود.

هرچند در چنین مواقعی تجهیزات معمولاً آسیب جدی نمی‌بینند، ولی محصول در حال تولید غالباً باید دفع شود، و برای راه‌اندازی مجدد و بازگشت به عملیات صاف و روان، زمان قابل‌توجهی صرف می‌شود.

شامش نورها (Flickering Lights)

بعضی تغییرات یا ماژولاسیون‌های (modulations) ولتاژ، به‌اندازه‌ی لازم برای تشخیص به‌عنوان کپس (sag) بزرگ نیستند، و شاید تأثیر چندانی بر عملکرد تجهیزات نداشته باشند.

با این حال، همین ناهنجاری‌ها می‌توانند باعث تغییرات کیفیتی در فرآیندهای اکسترژن (extrusion) و بافندگی (textile) شوند، و از همه مهم‌تر، منجر به شامش نورها (flickering lights) گردند که برای انسان مزاحم و آزاردهنده است.

در مورد شامش (flicker)، فرکانس ماژولاسیون (modulation frequency) از نظرِ این که آیا برای حساسیت‌های خاص چشم و مغز انسان محسوس خواهد بود، اهمیتی حیاتی دارد.

برای مثال، تنها حدود ۰.۳ ولت (volts) ماژولاسیون در ۹ هرتز (Hz) در یک سیستم ۱۲۰ ولتی، برای اکثر افراد برای توجه به شامش در یک لامپ ۶۰ وات کفایت می‌کند.

اما در ۱ هرتز، تقریباً ده برابر این مقدار ماژولاسیون برای محسوس شدن لازم است.

منبع: https://www.dranetz.com/technical-support-request/pq-terms-definitions/

منتشر شده توسط PQBlog

مهندس برق

مشاهده پست‌های بیشتر

پرسش‌های متداول

PU چیست و چگونه محاسبه می‌شود؟

PU مخفف Per Unit (هرم یکای) است و با تقسیم ولتاژ واقعی بر ولتاژ اسمی ضربدر ۱۰۰٪ به دست می‌آید. این روش باعث می‌شود که مقادیر ولتاژ در سطوح مختلف سیستم به صورت قابل مقایسه بیان شوند.

چگونه می‌توان فهمید که قدرت هارمونیک از منبع به بار جریان می‌یابد یا بالعکس؟

با بررسی زاویه فاز وات‌های هارمونیک می‌توان جهت را تعیین کرد. اگر زاویه فاز بین ۹۰ درجه و ۲۷۰ درجه باشد (که ۲۷۰ درجه معادل -۹۰ درجه است)، فرض بر این است که جریان قدرت هارمونیک در جهت مخالف قدرت بنیادی (بار به منبع) جریان می‌یابد.

سختی منبع چگونه بر کیفیت برق تأثیر می‌گذارد؟

منبع سخت‌تر (با پیوستار بازیجanse کمتر) ولتاژ را در برابر تغییرات جریان پایدارتر نگه می‌دارد. این امر به کاهش نوسانات ولتاژ مثل سگ و اختلالات RMS کمک می‌کند و از بروز مشکلات کیفیت برق جلوگیری می‌کند.

چگونه می‌توان منبع هارمونیک را در محصولات Dranetz شناسایی کرد؟

در برخی محصولات Dranetz، علائم SOURCE یا LOAD در کنار هر وات هارمونیک چاپ‌شده نشان‌دهنده جهت جریان قدرت هارمونیک هستند. در محصولات دیگر، باید زاویه فاز وات‌های هارمونیک را بررسی کرد تا مشخص شود منبع یا بار کننده است.

علائم معمول هارمونیک‌های سوم، پنجم و هفتم به چه تجهیزاتی اشاره دارد؟

هارمونیک‌های غالب سوم، پنجم و هفتم با سیستم‌های تغذیه تک‌فاز مانند منابع تغذیه ریکتیفایر کامپیوترها، پرینترها و سایر تجهیزات فناوری اطلاعات در مکان‌های اداری مرتبط هستند. هارمونیک‌های بالاتر از ۱۱th و ۱۳th معمولاً در درایوهای سرعت قابل تنظیم و سایر بار‌های الکترونیکی بزرگ‌تر مشاهده می‌شوند.

منبع: powerquality.blog