.:رویال آی تی:.

فهرست مطالب

مقدمه    ۲
هدف اصلي    ۲
اغتشاشات    ۱۴
فرورفتگي ولتاژ ( کاهش کوتاه مدت ولتاژ )    ۱۴
قطعي هاي کوتاه مدت    ۱۵
برامدگي ولتاژ ، افزايش ولتاژ کوتاه مدت    ۱۶
گذراها    ۱۷
شکاف ولتاژ    ۱۹
اعوجاج    ۲۲
۱ـ منابع کوچک و قابل پيش بيني    ۲۵
۲ : منابع بزرگ و تصادفي    ۲۶
۳-مبدل هاي استاتيک ( منابع بزرگ و قابل پيش بيني )    ۲۷
نوسانات ولتاژ    ۳۰
فيلکر    ۳۱
علل فليکر    ۳۴
اثرات فليکر    ۳۵
ارزيابي کيفيت    ۳۶
تخمين حالت کيفيت توان    ۳۸
نامتعادلي ولتاژ    ۳۹
نوسان ولتاژ و فليکر    ۴۰
ثبت وقايع    ۴۶
فليکرمتر I E C    ۴۸
فليکر متر ديجيتال در حوزه زمان    ۵۰
طراحي فيلتر وزني ديجيتال    ۵۳
۵ ـ ۷ ـ ۳ : فليکر متر ديجيتال در حوزة فرکانس    ۵۶
۵ ـ ۷ ـ ۵ : بر اورد فليکر حالت مانا    ۶۰
ارزيابي فيلکر ناشي از کارخانة فولاد الياژي ايران واقع در استان يزد    ۶۴
قسمت اول: مفاهيم اوليه و استانداردها    ۶۴
مقدمه    ۶۴
شکل (۲) شکل موج سينوسي فيلکر    ۶۶
شکل (۳) شکل موج غيرسينوسي فيلکر (پوش منحني)    ۶۷
شکل (۴) شکل موج نامتناوب فيلکر (پوش منحني)    ۶۷
ارزيابي فيلکر    ۶۷
بررسي اثر جمعي بارهاي اغتشاشي    ۷۱
شکل (۷) منحني‌هاي مشخص‌کنندة حدود رؤيت‌پذيري و ازار فيلکر به همراه منحني ضريب تصحيح g(f)    ۷۳
روش‌هاي جديد ارزيابي فيلکر    ۷۳
شکل (۸) منحني قابليت احساس فيلکر مطابق با استاندارد ۸۶۸ IEC    ۷۴
شکل (۹) طرحي از فيلکرمتر UIE/IEC    ۷۶
شکل (۱۰) سطح لحظه‌اي فليکر (IFL) به صورت يک تابع متغير با زمان    ۷۶
شکل (۱۱) تابع توزيع تجمعي پايداري سيگنال IFL در کلاس‌هاي ۱ تا ۱۰    ۷۷
نتيجه    ۸۱
قسمت دوم: روش‌هاي تخمين    ۸۴
مقدمه    ۸۴
تخمين فليکر ناشي از کوره‌هاي قوس الکتريکي    ۸۴
محاسبه درصد نوسان ولتاژ ميانگين    ۸۵
محاسبة «تنزل ولتاژ اتصال کوتاه»    ۸۵
شکل (۱۴) SCVD برحسب ظرفيت نامي کوره يا مجموعة کوره‌ها    ۸۶
محاسبة شاخص‌هاي کوتاه‌مدت و بلندمدت شدت فليکر    ۸۶
سطح احتمالاتي نمونه‌هاي Pst    ۸۶
ضريب مشخصة انتشار (Kst)    ۸۷
جدول (۳) نمونه‌هايي از نتايج اندازه‌گيري فليکر به وسيلة فليکرمتر UIE/IEC    ۸۸
ظرفيت اتصال کوتاه کورة معادل    ۸۸
ضريب انتقال فليکر (CHV/LV)    ۸۹
ضريب جبران‌سازي (Rcomp.)    ۹۰
قسمت سوم: تجزيه و تحليل داده‌ها و نتيجه‌گيري    ۹۰
مقدمه:    ۹۰
تشريح شبکة داخلي و تغذية کارخانة فولاد الياژي ايران    ۹۲
بخش کوره    ۹۲
بخش نورد    ۹۳
بارهاي موجود در ساير بخش‌ها    ۹۴
تجهيزات جبران‌ساز کارخانة فولاد الياژي ايران    ۹۴
مقادير تضمين شدة شدت فليکر توسط پيمانکار و مفروضات در نظر گرفته شده    ۹۵
ظرفيت اتصال کوتاه شينة تغذيه    ۹۹
پيمانکار    ۱۰۱
انتخاب ظرفيت جبران‌ساز    ۱۰۱
بررسي اثر اغتشاشي بخش نورد    ۱۰۳
انتخاب استاندارد    ۱۰۴
۲نتيجه    ۱۱۱
مراجع    ۱۱۲
ارزيابي کيفيت توان    ۱۱۲
۲-ارزيابي فليکر ناشي از کارخانه فولاد الياژي ايران واقع در استان يزد    ۱۱۲

 اغتشاشات

در مبحث کيفيت توان ، اغتشاش همان انحراف موقتي از حالت دائمي شکل موج است که به علت خطاهاي کوتاه مدت و يا تغييرات ناگهاني در سيستمهاي قدرت ايجاد مي شود . اغتشاشات براساس نظريه   I E C  شامل فرورفتگي و لتاژ ، قطعي هاي کوتاه مدت ، افزايش ولتاژ و گذرا هاي ضربه اي و نوساني است .
فرورفتگي ولتاژ ( کاهش کوتاه مدت ولتاژ )
فرورفتگي ولتاژ ، به کاهش ناگهاني (بين ۱۰% تا ۹۰% ) ولتاژ در يک نقطه از سيستم الکتريکي گفته ميشود که از نيم سيکل تا چند ثانيه طول مي کشد ( شکل ۱ ـ ۱ ) . فرورفتگي هايي که دوام انها کمتر از نيم سيکل است به صورت گذرا در نظر گرفته مي شوند .
فرورفتگي ولتاژ ممکن است به علت عمليات کليد زني ناشي از قطع شدن منبع تغذيه ، عبور جريان هاي بالا ناشي از راه اندازي بارهاي موتوري بزرگ يا عبور جريان هاي خطا بوجود ايد . اين وقايع ممکن است ناشي از مشترکين يا خطا در شبکه برق باشد . دليل اصلي فرورفتگي هاي لحظه اي ولتاژ ، احتمالا بر خورد صاعقه مي باشد …

مقدمه

هدف اصلي

عبارت كيفيت گاهي اوقات به عنوان مترادف كلمه قابليت اطمينان براي نشان دادن وجود منبع قدرت مناسب و مطمئن بكار مي رود . تعريف جامع تر به صورت « كيفيت سرويس » مطرح شده است كه شامل سه نقطه نظر قابليت اطمينان منابع تغذيه ، كيفيت توان تحويل داده شده و نيز تهيه و دسترسي به اطلاعات شبكه است . با استفاده از عناوين مقالات و پروژه هاي مختلف در سالهاي اخير مي توان كيفيت توان را كيفيت ولتاژ نيز تعريف كرد . با افزايش اعمال كنترل با استفاده از سيستمهاي الكترونيك قدرت در شبكه هاي انتقال و شركنهاي توزيع ، تعريف دوم كيفيت توان مقبوليت بيشتري پيدا نموده است .
اكثر كارهاي پيشين در زمينه كيفيت توان با مسئله هارمونيكها مرتبط بوده است در حاليكه اعوجاج هارمونيكها يكي از مشكلات فزاينده كيفيت است ، مفهوم وسيع تر كيفيت توان شامل تغييرات گذرا و غير پريوديك شكل موج ايده آل نيز ميگردد. چنين انحرافاتي براي ارزيابي سازكاري الكترو مغناطيسي( E M C )  به كار مي رود، موضوعي كه شامل عملكرد مناست تجهيزات و سيستم ها بدون تداخل با يكديگر و يا تداخل ناشي از ديگر تجهيزات سيستم بر روي خود تجهيز است . چون سيستم قدرت وسيله اي براي انتقال تداخلات بين مصرف كنندگان مختلف است لذا مشخصه مهم كيفيت سيستم قدرت شامل قابليت سيستم قدرت در انتقال و تحويل انرژي الكتريكي به مصرف كنندگان در محدوده هاي مشخص شده توسط استانداردهاي E  M C  ميباشد .
در اين قسمت هدف اصلي يعني كيفيت توان سيستم هاي قدرت ، همراه با تشريح اجمالي انحرافات ايجاد شده در شكل موج ها و اثر اين انحرافات بر روي عملكرد سيستم قدرت مورد بحث و بررسي قرار ميگيرد . اين موارد سپس با مقدمه اي اجمالي به مبحث مونيتورينگ و روشهاي تخمين حالت كه در بررسي و ارزيابي كيفيت توان مورد استفاده قرار ميگيرند ، دنبال مي شود .

اغتشاشات

در مبحث كيفيت توان ، اغتشاش همان انحراف موقتي از حالت دائمي شكل موج است كه به علت خطاهاي كوتاه مدت و يا تغييرات ناگهاني در سيستمهاي قدرت ايجاد مي شود . اغتشاشات براساس نظريه   I E C  شامل فرورفتگي و لتاژ ، قطعي هاي كوتاه مدت ، افزايش ولتاژ و گذرا هاي ضربه اي و نوساني است .
فرورفتگي ولتاژ ( كاهش كوتاه مدت ولتاژ )
فرورفتگي ولتاژ ، به كاهش ناگهاني (بين ۱۰% تا ۹۰% ) ولتاژ در يك نقطه از سيستم الكتريكي گفته ميشود كه از نيم سيكل تا چند ثانيه طول مي كشد ( شكل ۱ ـ ۱ ) . فرورفتگي هايي كه دوام آنها كمتر از نيم سيكل است به صورت گذرا در نظر گرفته مي شوند .
فرورفتگي ولتاژ ممكن است به علت عمليات كليد زني ناشي از قطع شدن منبع تغذيه ، عبور جريان هاي بالا ناشي از راه اندازي بارهاي موتوري بزرگ يا عبور جريان هاي خطا بوجود آيد . اين وقايع ممكن است ناشي از مشتركين يا خطا در شبكه برق باشد . دليل اصلي فرورفتگي هاي لحظه اي ولتاژ ، احتمالاً بر خورد صاعقه مي باشد .
فرورفتگيها بر حسب زمان در سه گروه دسته بندي مي شوند : ۴ سيكلي ( زمان تقريبي بر طرف شدن خطا ) ، ۳۰ سيكلي ( زمان باز بست لحظه اي كليدهاي قدرت ) و ۱۲۰ سيكلي ( زمان بازبست تأخيري كليد هاي قدرت ) . در اكثر مواردي كه امروزه مشاهده مي شوند اثر فرورفتگي ولتاژ بر تجهيزات بستگي به مقدار فرورفتگي ولتاژ و مدت زمان تداوم فرورفتگي دارد . مطالعات نشان ميدهد كه حدود %۴۰ مواقع اين كاهش ، به اندازه اي است كه از ميزان تحمل قابل قبول داده شده در استاندارد تجهيزات كامپيوتري بيشتر است . از ديگر تأثيرات ممكن ميتوان به : خاموشي لامپ هاي تخليه ، عملكرد نادرست ادوات كنترلي ، نوسان سرعت يا توقف موتورها ، فرمان قطع كنتاكتورها ، عدم كاركرد مناسب سيستم كامپيوتري يا خطا در كموتاسيون اينورتورها اشاره نمود . راه حل ممكن براي رفع فرورفتگي هاي ولتاژ استفاده از منابع قدر ت غير قابل قطع يا بهبود دهنده توان مي باشد .

قطعي هاي كوتاه مدت

قطعي كوتاه مدت را مي‌توان به عنوان كمبود ولتاژي با دامنه ۱۰۰% در نظر گرفت ( شكل ۱ ـ ۲ ) . دلايل وقوع اين پديده سوختن فيوز يا باز شدن كليدهاي قدرت و يا تأثير يك قطعي در بخش بزرگي از سيستم است . به عنوان مثال : قطعي هاي منابع تغذيه به مدت چند سيكل ( در يك كارخانه شيشه سازي ) يا چند ثانيه ( در يك مركز كامپيوتر ) ممكن است موجب صدها هزار دلار خسارت شود  حفاظت اصلي مصرف كننده در مقابل چنين اتفاقي نصب منابع قدرت غير قابل قطع است .
برآمدگي ولتاژ ، افزايش ولتاژ كوتاه مدت
بر آمدگي ولتاژ كه در شكل ۱ ـ ۳ نشان داده شده است يك افزايش در مقدار موثر است كه گاهي اوقات با فرورفتگي ولتاژ همراه است . برآمدگي ولتاژ معمولاً روي فازهاي بدون خطاي يك سيستم سه فاز ظاهر مي شود و ناشي از خطاي تك فاز در همان سيستم است . علت ديگر آن حذف بار مي باشد كه پس از آن ولتاژ بالا ميرود . برآمدگي هاي ولتاژ مي توانند كنترلرهاي الكتريكي و راه اندازهاي موتورهاي الكتريكي را از كار بيندازد . به ويژه راه اندازها با قابليت تنظيم سرعت كه به دليل سيستم حفاظت داخلي شان از كار مي افتند . برآمدگي ولتاژ هم چنين بر قطعات ظريف كامپيوتر تاثير نامناسب گذاشته و باعث كوتاه كردن طول عمر آنها ميگردد راه حلهاي ممكن براي محدود كردن اين مشكل همانند آنچه كه در مورد كمبودها عنوان شد استفاده از منابع قدر ت غير قابل قطع و بهبود دهنده ها است .

گذراها

اختلالات با دوره زماني كوتاه تر از بر آمدگيها و فرورفتگي ها در گروه گذراها د سته بندي مي شوند اين اختلالات به علت تغييرات ناگهاني در سيستم قدرت بوجود مي آيند .
بر اساس مدت تداوم آنهاا، اضافه ولتاژهاي گذرا را مي توان به دو گروه موج كليدزني (بادوامي در رنج ميلي ثانيه) و ضربه ( بادوامي در رنج ميكرو ثانيه ) تقسيم نمود .
موجها ، پالسهاي پرانرژي هستند كه از اغتشاشات ناشي از كليدزني در سيستم قدرت بوجود ميآيند و يا در نتيجه تشديد در مدارهايي كه با عناصر كليدزني در ارتباط هستند بوجود مي آيند . اين موج‌هاي پالسي شكل به علت تغيير پله‌اي و ناگهاني بار نيز بوجود مي‌آيند به ويژه ، كليدزني خازني مي تواند سبب تشديد شده و به اضافه ولتاژي كه گاهي سه يا چهار برابر مقدار ولتاژ نامي است منجر گردد . چنين حالتي مي تواند به آسيب ( خرابي ) ادوات و تجهيزات حفاظتي منجر شود . به طور خاص ،كنترلرهاي الكترونيكي موتورهاي صنعتي در برابر اين گذراها حساس هستند .
شكل ۱ ـ ۴ ايجاد كليدزي نوساني ناشي از بازشدن اوليه و همراه با باقي ماندن شارژ بر روي خازن تا جرقه بعدي را نشان مي دهد . موج ضربه كه در شكل ۱ ـ ۵ نشان داده شده است نتيجه بر خورد مستقيم يا غير مستقيم صاعقه، قوس زدن ، شكست عايقي و غيره است .
حفاظت در مقابل موجهاي گذرا و ضربه ها از طريق منحرف كننده هاي موج ضربه ، فاصله هاي هوايي در ولتاژهاي بالا و ديود با رفتار شكست بهمني در ولتاژهاي پايين انجام مي شود .

گذراهالي سريعتر با تداوم نانو ثانيه ناشي از دشارژهاي الكترواستاتيكي ، دسته مهمي در استانداردهاي E  M C هستند كه بطود نرمال تحت عنوان كيفيت توان بررسي نمي شوند .

شكاف ولتاژ

شكاف يك گذراي دوره اي است كه در هر سيكل بعلت اتصال كوتاه فاز به فاز و به سبب كموتاسيون در كانورترهاي ac به dc  رخ مي دهد . به علت پريوديك بودن، اين اغتشاشات با طيف هارمونيكي شكل موج ولتاژ مشخص مي شوند . لبه هاي تيز موجود در اين اغتشاش ناشي از كليدزني است و شامل نوسانهاي فركانس بالايي  مي شود كه بر هماهنگي عليقي تاثير مي گذارد و مي تواند . منجر به تداخلات تشعشعي شود . اين اثر را مي توان با اضافه كردن مدارات ميراكننده ( اسنابر ) دردو سر ادوات كليدزني كاهش داد .
يك مثال از شكل موج ولتاژ خط ( با ميرا سازي كامل ) در طرف ثانويه يك مبدل كانورتر شش پالسه در شكل ۱ـ۶ نشان داده شده كه در آن u  پهناي شكاف و مطابق با هم پوشاني در شرايط كموتاسيون است .  شكاف در ولتاژ مي تواند تجهيزات الكترونيكي را از كار انداخته و قطعات اندكتيودر مدارها را با توجه به نرخ بالاي افزايش ولتاژ و نيزعبور از صفر اضافي ولتاژ اصلي از بين ببرد . بهر حال بيشتر فركانس هاي بالا، شامل شكاف‌هاي ايجاد شده توسط تجهيزاتي كه در محدوده كنترل شركت‌هاي برق نيستند توسط ترانسفورماتورهاي سرويس فيلتر مي شوند ، و در نتيجه در خطوط M  V  پراكنده نمي‌شوند . در نتيجه اكثر مسائلي كه با شكاف ها بوجود مي آيند به تجهيزات مصرف كنندگان منحصر مي شوند .

نا متعادلي

نامتعادلي مانند آنچه در شكل ۱ ـ ۷ نشان داده شده حالتي را بيان مي كند كه در آن دامنه و لتاژهاي سه فاز منبع يكسان نبوده يا اختلاف فاز بين آنها ۱۲۰ درجه الكتريكي نيست و يا هر دو اين حالات بطور همزمان بوجود آيند .
درجه نامتعادلي ، معمولا بوسيله نسبت مقدار مولفه هاي توالي منفي و صفر به مولفه هاي توالي مثبت تعريف مي شود . دلايل اصلي نامتعادلي ، بارهاي تك فاز ( مانند راه آهن الكتريكي ) و خطوط انتقال هوايي غير ترانسپوزه مي باشد.
ماشيني كه منبع ولتاژ تغذيه آن نامتعادل است ، جريان نامتعادلي چندين برابر نامتعادلي ولتاژ منبع خواهد كشيد . در نتيجه ممكن است جريان هاي سه فاز بطور قابل ملاحظه اي فرق كرده و در نتيجه درجه حرارت ماشين بالا رود . موتورها و ژنراتورها به خصوص انواع بزرگ و گران قيمت آنها ، در برابر نا متعارلي زياد محافظت ميگردند . اگر نامتعادلي منبع زياد باشد ، ممكن است حفاظت تك فاز به جريان هاي نامتعادل پاسخ داده و باعث قطع موتور از شبكه گردد .
كانورترهاي چند فاز كه در آنها ولتاژهاي فاز ورودي در ايجاد شكل موج خروجي  d  c  به ترتيب مشاركت مي كنند از منبع ولتاژ نامتعادل تأثير مي پذيرد و باعث ايجاد مولفه هاي ريپل نامطلوبي در طرف   c d  و هارمونيك هاي غير مشخصه اي در طرف ac ميشوند .

اعوجاج

معمولاً اعوجاج شكل موج با استفاده از مبحث هارمونيك مورد برررسي قرار ميگيرد . هارمونيك ها ، ولتاژها و جريانهاي سينوسي هستند كه فركانس هاي آنها مضارب صحيحي از فركانس كار سيستم ( ۵۰ تا ۶۰ هرتز ) مي باشند نمايش هارمونيك پنجم اعوجاج در شكل ۱ ـ ۸ نشان داده شده است . زماني كه فركانس هاي اين ولتاژها يا جريانها مضارب صحيحي از فركانس اصلي نباشند به اين شكل موجها هارمونيك هاي مياني گفته مي شود . هر دو اعوجاج هارمونيكي و ميان هارمونيكي معمولاً به علت وجود تجهيزاتي پديد مي آيند كه مشخصه ولتاژ يا جريان آنها غير خطي مي باشند .

بطور كلي تحهيزات اعوجاج ساز ، جريان هاي هارمونيكي توليد مي كنند و موجب ايجاد ولتاژ هارمونيكي بر روي امپدانس شبكه مي شوند . جريان هاي هارمونيكي با فركانس مشابه ناشي از منابع مختلف به صورت برداري به يكديگر اضافه مي شوند .
در انگلستان ، هارمونيك پنجم در سيستمهاي ولتاژ بالا داراي پيك بالاتري نسبت به بقيه مرتبه ها مي باشد و در بعضي مناطق اندازه آن بين ۵ .۲% تا ۳% مي باشد .
همچنين هارمونيك پنجم بيشترين سطح متوسط هارمونيكي را نيز دارا است .
اين مشخصه بر روي سطوح انتشار قابل قبول تجهيزات انتقال كه در شبكه ولتاژ پايين بوجود ميآيند تأثير مي‌گذارد . در حاليكه تغييرات فصلي موجب تغيير اندازه هاي هارمونيك در محلهاي مختلف مي شود ولي اين تغيير ثابت نيست .
هيچ مدركي دال بر اينكه مناطق جغرافيايي ويژه اي تمايل به ولتاژهاي هارمونيك بالا دارند ، وجود ندارد . عموماً اين اعتقاد وجود دارد كه سطوح هارمونيك ابتدا به شرايط محلي محيطي و سپس به شرايط مجاور بستگي دارد .
تأثيرات اصلي و مشخص هارمونيكها عبارتند از .
۱ـ عملكرد نادرست ادوات كنترلي ، سيستم هاي سيگنالينگ اصلي و رله هاي حفاظتي
۲ـ تلفات زياد در خازنها ، ترانسفور ماتورها و ماشين هاي دوار
۳ـ افزايش نويز موتورها و دستگاههاي ديگر
۴ـ تداخلات تلفني
۵ـ وجود خازنهاي اصلاح ضريب قدرت و ظرفيت خازني كابلها موجب ايجاد تشديد سري و موازي در شبكه شده و باعث افزايش ولتاژ حتي در نقاطي دور از بارهاي اغتشاشي مي گردد.
مانند آنچه در بالا گفته شد ، هارمونيكهاي مياني هم مي توانند سيگنالهاي كنترل ريپل را بي نظم كنند و در سطوح زير هارمونيكي موجب فليكر شوند .
براي نگهداشتن ولتاژ هارمونيكي در سطوح پيشنهادي راه حلهاي اصلي و كاربردي عبارتند از :
۱ـ استفاده از ركتيفايرهاي پالس بالا ( در ذوب كننده ها يا كنور تورهاي ولتاژ بالا  (H Vd .c . )
۲- فيلترهاي پسيو ، كه براي فركانس خاصي تنظيم شده است و يا فيلترهايي كه از نوع پهناي باند زياد هستند .
۳ـ فيلترهاي اكتيو و بهبود دهنده گان توان
منابع هارمونيكي بر حسب منشاء توليد ، اندازه و قابل تشخيص بودنشان به سه دستة .
۱ـ كوچك و قابل پيش بيني ( خانگي و مسكوني ) ،
۲ـ بزرگ و تصادفي ( كوره قوس الكتريكي )
۳ـ بزرگ و قابل پيش بيني ( كانورترهاي استاتيك ) تقيسم مي شوند .

۱ـ منابع كوچك و قابل پيش بيني
مصارف تجاري و مسكوني شامل تعداد زيادي مبدل تغذيه قدر ت تك فاز است كه در خروجي آنها خازن كوچكي به كار مي رود ، مانند تلويزيون ها و كامپيوترهاي شخصي . شكل موج جريان آنها در ( شكل ۱ ـ ۹ ) كشيده شده است. گرچه قدرت نامي هريك از آنها زياد نيست ، ولي اختلاف كمي در عملكرد آنها در وجود دارد به نحويكه تركيب آنها مقدار قابل ملاحظه اي هارمونيك فرد توليد مي كنند . لامپ هاي تخليه گازي نيز به علت اينكه هارمونيك هاي مشابهي توليد مي كنند به هارمونيكهاي ديگر تجهيزات اضافه مي شوند .

شكل ۱۰-۱ طيف جريان هارمونيكي لامپ با بازده بالا را نشان مي دهد . اغتشاش هارمونيكي كل چنين لامپ هايي بين ۵۰% تا ۱۵۰% جريان اصلي است . جابجايي فاز جريان هاي هارمونيك سوم نسبت به شكل موج ولتاژ اصلي شبيه به توالي صفر در ترانسفورماتورهاي سه فاز هستند . اين حقيقت بايد در محاسبه مقدار نامي نوترال ترانسفورماتور و محاسبه تداخلات تلفني به حساب آيند.
۲ : منابع بزرگ و تصادفي
متداول ترين و آسيب رسان ترين بار بزرگ و تصادفي ، كوره قوس الكتريك مي باشد. كوره ـ قوس الكتريك هارمونيك و هارمونيك مياني با تغييرات تصادفي توليد مي كند كه حذف آنها توسط فيلترهاي معمولي مقرون به صرفه نيست. شكل ۱۱-۱ به ترتيب طيف فركانسي ناشي از كوره قوس الكتريك در مدت زمان مراحل ذوب و تصفيه را نشان مي دهد . مقادير بسيار بيشتر از مقادير پيشنهادي مي باشند . اين بارها همچنين باعث توليد نوسان ولتاژ و فليكر مي‌شوند. اتصال به بالاترين سطح ولتاژ و استفاده از راكتانس هاي سري از جمله راهكارهايي هستند كه اكنون براي كاهش اثر اين كوره ها بر روي كيفيت توان استفاده ميشوند .

۳-مبدل هاي استاتيك ( منابع بزرگ و قابل پيش بيني )
مبدلهاي قدرت بزرگ ، مانند آنهايي كه در كوره هاي ذوب و سيستم هاي          HVdc  استفاده ميشوند توليد كننده اصلي جريان هارمونيكي هستند . در طراحي آنها تلاش فراواني جهت حذف اين جريان ها در محل توليد صورت مي گيرد . پيكربندي استاندارد مورد استفاده در سيستم HVDC و صنعتي ، مبدل ۱۲ پالس است كه در شكل ۱۲-۱ نشان داده شده است . جريان هاي هارمونيك مشخصه براي اين نوع مبدل از مرتبه ۱+  K 12 ( از نوع توالي مثبت ) و k-1 12 (از نوع توالي منفي) هستند و دامنه آنها با مرتبه هارمونيك نسبت به عكس دارد، شكل ( b)13-1 طيف فركانسي و شكل ( a )13-1 موج زماني آن مي باشد البته اين حالت بيشترين سطح براي حالت يك سيستم ايده آل را نشان ميدهد . اين سيستم ايده آل مانند يك سيستم a . c  بي نهايت ( مقاومت صفر ) و جريان مستقيم كاملاً مسطح ( براي مثال راكتانس مسطح كننده بينهايت ) است .
هنگاميكه سيستم a . c  ضعيف باشد و ولتاژ ها كاملاَ متعادل نباشند هارمونيك هاي غير مشخصه ظاهر مي شوند . در حاليكه مقدار هارمونيك هاي مشخصه مبدلهاي قدرت بزرگ را ميتوان بوسيله فيلترها تقليل داد ليكن كاهش هارمونيك هاي غير مشخصه با اين روش غير اقتصادي مي باشد . بنابر اين حتي تزريق مقدار كوچكي از اين نوع جريان هارمونيكي ميتواند. باعث توليد سطوح اعوجاج ولتاژ خيلي بزرگي از طريق رزونانس موازي شود .

يك مثال از وجود هارمونيكهاي غير مشخصه در اثر كاركرد مبدلها وجود فركانس اصلي در طرف  d c مبدل مي باشد كه اغلب ناشي از القاي خطوط انتقال a.c به خطوط d c نزديك مي باشد ، در چنين حالتي هارمونيك دوم و جريان مستقيم در طرف a c توليد ميشود . هارمونيك هاي زوج بخصوص هارمونيك دوم به لوازم الكترونيكي آسيب رسانده و طبق مقررات شامل جريمه سنگين مي شوند . وجود جريان d c در سيستم a c  ايجاد اعوجاج بيشتري مي‌كند، سريعترين تأثير آن اشباع غير متقارن مبدلها، يا ترانسفورماتورها است كه منجر به افزايش قابل ملاحظة هارمونيك هاي زوج ميشود . بنابر اين تحت شرايط خاص ، اين حالت ميتواند منجر به ناپايداري هارمونيكي گردد .
مثال ديگر ، هارمونيك هاي مضرب سه ميباشند . وقتي كه براي كليه تريستورها از يك كنترل زاويه آتش مشترك استفاده شود، ولتاژهاي غير متقارن منجر به جريان پالس با عرض متفاوتي بين سه فاز مي‌شود كه منجر به توليد هارمونيك هاي مرتبه سوم مي‌شوند . براي جلوگيري از اين اثر ، مبدلهاي قدرت بزرگ مدرن از سيستم آتش با فاصله يكسان استفاده مي كنند . البته ، اين كنترل كننده ها نمي توانند مدولاسيون دامنه هارمونيك دوم جريان  d c را كه از طريق روند مدولاسيون مبدل ، هارمونيك سوم جريان توالي مثبت را بر مي گرداند، حذف نمايند. اين جريان ميتواند از طريق ترانسفورماتور مبدل ، صرف نظر از نوع اتصالش عبور كرده و به نقاط ديگر در شبكه نفوذ نمايد . روش تبديل فركانس بكار گرفته شده در سيستم هاي راه آهن قديمي يك منبع مهم ديگر توليد هارمونيكهاي مياني شبه ثابت ميباشد . اغلب اين سيستم ها، در فركانس H  Z   ۱۶۲/۳ كار ميكنند و اين فركانس مياني بعلاوه مولفه هاي هارمونيكي آن ۱۱۶۲/۳و۸۳۱/۳ در داخل سيستم قدر ت ۵۰ تا ۶۰ هرتز منتشر مي شود .

نوسانات ولتاژ

نوسانات ولتاژ به دوگروه عمده تقسم مي شوند .
۱ـ تغييرات ولتاژ پله اي ، بصورت با قاعده يا بي‌قاعده در زمان ، مانند آنچه توسط ماشين هاي جوشكاري ، كارخانه هاي نورد و وسايل مورد استفاده در معدن توليد مي شوند . (شكل ۱۴-۱ (  a ) و ( d )  ).

۲ـ تغييرات ولتاژ تصادفي يا متناوب ( داراي سيكل ) ، ناشي از تغييرات متناظر امپدانس بار كه نمونه آن بار كوره هاي القايي مي باشد ( شكل ۱۴-۱ ( c ) )
ساير تأثيرات نوسانات ولتاژ شامل ، تنزل كارايي دستگاه هايي كه داراي خازن هستند ، اختلال در سيستم هاي كنترل ، و ناپايداري ولتاژ و جريان هاي داخلي دستگاههاي الكترونيكي مي باشد .
عموماً ، از آنجائيكه نوسانات ولتاژ دامنه اي بيش از   ندارند اكثر تجهيزات تحت تأثير اين اختلال قرار نمي گيرند . مشكل اصلي تأثير آنها برروي فليكر بوده كه در بخش بعدي مورد بحث قرار مي گيرد .
فيلكر
فيلكر به صورت : اثر نوسان روشنايي يا رنگ ، وقتي كه فركانس تغييرات نور بين چند هرتز تا هر تركيبي از فركانسها كه ديد ميشود تعريف شده است . اين يك تعريف بي قاعده بوده زيرا جمله « هر تركيبي از فركانسها كه ديده شود » از شخصي به شخص ديگر تغيير كرده و به عوامل زيادي بستگي دارد . نوسان در سيستم ولتاژ بويژه در مقادير موثر (r . m . s )  ميتواند سبب فليكر نور ( فركانس پايين ) شده كه به شدت و فركانس تغييرات وابسته است.
مهندسين قدرت اين نوع اختلال را فليكر ولتاژ مينامند اما اغلب فقط بصورت اختصار فليكر ناميده مي شود . شكل ۱ ـ ۱۵ يك نمونه ساده فليكر ولتاژ را نشان مي دهد ، در اين شكل ولتاژ a c  بوسيله يك موج سينوسي كه روي شكل موج ولتاژ قرار گرفته مدولاسيون دامنه شده است . ولتاژ ميتوند بوسيله رابطه زير بيان گردد.
( ۱ ـ ۱ )
كه   فركانس اصلي سيستم a c ،  فركانس موج سينوسي مدوله شده، V دامنه ولتاژ نامي  a c  و   ضريب مدولاسيون مي باشد .
معادله بالا را مي‌توان به صورت زير بسط داد.
( ۱ ـ ۲ )

معادله ۱ ـ ۲ نشان مي دهد كه سينگنال A M شامل سه مؤلفه طيفي است كه با توجه به شباهت با تئوري مخابرات،
فركانس كارير و (   ) دوباند كناري هستند .
فهم اصطلاحات علمي بكار رفته شده مهم است . فركانس فليكر ولتاژ در شكل ۱ ـ ۱۵ ، ۷ هرتز است كه خودش را در مؤلفه هاي ۵۷ هرتز و ۴۳ هرتز در طيف ولتاژ آشكار مي كند ، فركانس فليكر به مؤلفه هاي طيفي شكل موج بر مي گردد و نه به مؤلفه هاي فركانسي ولتاژ .
محدودة فركانسي مدولاسيون كه موجب فليكر قابل ملاحظه مي شود بين ۳۰ ـ ۰ هرتز است .

همچنين ، اتفاقات غير پريوديكي هم مي تواند موجب مشاهده فليكر روشنايي گردد. بنابراين هر تغيير قابل دركي در روشنايي ( نور ) فليكر ناميده ميشود.
در نتيجه ، معني فليكر ولتاژ نباند به اختلالاتي شبيه آنچه در مدولاسيون دامنه توصيف شده ، محدود گردد. وقايع كليدزني ، هارمونيكهاي مياني و هارمونيكهاي مدوله شده هم منجر به فليكر روشنايي مي گردد . هم چنين عبارت فليكر ولتاژ زماني كه بر روي ساير تجهيزات تأثير مي گذارد نيز اطلاق ميشود و ربطي به فليكر روشنايي ندارد .
علل فليكر
دلايل اصلي فليكر بارهايي هستند كه جريان هاي متغير بزرگي را از شبكه ميكشند . با توجه به امپدانس سيستم قدرت ( ژنراتورها ، ترانسفورماتورها و خطوط انتقال ) اين تغييرات موجب مدولاسيون دامنه ولتاژ در شينه بار و حتي در شينه هاي دور ميشود . به عنوان مثال شكل ۱ ـ ۱۶ ولتاژ ثبت شده در طرف ثانويه ترانسفورماتوري ناشي از جريان كوره قوس الكتريك و همچنين طيف مطابق با آن را نشان مي دهد . از ديگر عوامل توليد فليكر ميتوان به راه اندازي موتورهاي الكتريكي اشاره نمود .
موتورها معمولا براي توليد گشتاور راه اندازي مناسب چندين برابر جريان بار كاملشان را از شبكه ميكشند بنابر اين ، كاركرد موتورها در كاربردهايي كه نياز به گشتاور نامنظم دارد. مشكل ساز است . كاربرد موتورها در محدوده لوازم خانگي ( مانند ماشين لباسشويي ، خشك كن ها و مخلوط كن ها ) تا تجهيزات پر قدرت مانند پمپ هاي گرمايي يا موتورهاي مورد استفاده در كارخانه نورد فولاد ميباشند در اين حالت شكل موجهاي فليكر اساساً مثلثي هستند و ممكن است مانند كمپرسورها با حركات تناوبي ( مثل يخچالها ) پريوديك باشند . يا در صورت راه اندازي غير پشت سرهم موتورهاي بزرگ ، غير پريوديك باشند .
اين منابع فليكر ، باعث نوسان روشنايي لامپ الكتريكي با توجه به مدولاسيون دامنه ولتاژ منبع مي گردند . هارمونيك هاي مياني در طيف ولتاژ هم فليكر روشنايي ولي با تكرار كم را توليد مي كند. اين حالت با ايجاد ضربان با فركانس اصلي a c  ، ساير هارموينكها يا هارمونيك هاي مياني كه ممكن است وجود داشته باشند صورت مي گيرد . به عنوان مثال يك هارمونيك ۱۰۰ هرتزي با يك هارمونيك مياني ۹۰ هرتزي منجربه فليكر روشنايي ۱۰ هرتزي مي شوند .

اثرات فليكر

فليكر زدن لامپهاي روشنايي الكتريكي موجب ناراحتي فرد بيننده مي شود . تأثير زيان آور آن بر سلامتي انسان معمولاً بسيار وخيم تر از اثرات ممكن آن بر تجهيزات است . اين تأثيرات به حساسيت زياد چشم انسان در مقابل تغيير روشنايي بستگي دارد . فليكر روشنايي براي ضريب مدولاسيون كمتر از ۱۵/۰ % قابل توجه است .
معمولا لامپ هاي گازي تخليه اي ( UV )  به نوسان ولتاژ عكس العمل نشان مي دهند ، ليكن لامپهاي فلورسنت به علت اثر لايه فسفر و عملكرد مدار بالاست آن حساسيت كمتري به فليكر ولتاژ دارد .
لامپ هاي فلورسنت فشرده مدرن( C F L ) ها در فركانس هاي بالا با استفاده از عناصر نيمه هادي عمل مي كنند . در نتيجه فليكر ولتاژ a c  توسط سيستم مغز و چشم انسان قابل مشاهده نيست و شكايت در اين زمينه كمتر است. البته فليكر روشنايي با فركانس بالا در لامپ هاي فلورسنت با سردرد و خستگي چشم همراه است .
ساير اثرات گزارش شده ناشي از فليكر ولتاژ شامل: كاهش عمر وسايل الكترونيكي ، لامپهاي فلورسنت ، لامپهاي رشته اي و تيوب اشعه كاتدي ( C R T ) عملكرد نادرست (PLL) ها از دست دادن سنكرونيسم در منابع قدرت بدون وقفه (UPS)ها و عملكرد نادرست كنترل كننده هاي الكترونيكي و ادوات حفاظتي است .
ادوات حساس الكترونيكي مي توانند با هزينه كمي از تأثيرات منفي فليكر ولتاژ حفاظت شوند . ليكن اين روش براي روشنايي الكتريكي مقرون به صرفه نيست . زيرا تعداد آنها زياد و قيمت هر لامپ كم مي باشد .
ارزيابي كيفيت
در يك سيستم قدر ت ، شكل موجها را مي توان از اندازه گيري در نقاط اتصال به مشترك  ( P C C )  بدست آورد . سپس ميتوان با استفاده از پردازش سيگنال ، مؤلفه هاي فركانسي اين شكل موجها را تعيين نمود . اين روند كار هسته اصلي ارزيابي كيفيت توان مي باشد بهرحال ، پيشرفت در ارزيابي كيفيت توان بدليل هزينه بالا و محدوديت در ترانسديوسرهاي موجود و نيز دستگاههاي مونيتورينگ كم مي باشد .
سيگنالهاي آنالوگ ترانسديوسرها ،  به شكل ديجيتال تبديل مي شوند و با استفاده از پردازش در حوزه فركاس يا زمان مورد بررسي قرار مي گيرند . نوع پردازش به نوع اطلاعات مورد نياز و نتيجه استفاده از آن بستگي دارد . براي بهبود كنننده هاي توان راكتيو كه در بعضي از پروسه هاي صنعتي مورد استفاده قرار ميگيرند اطلاعات به طور مستقيم از شكل موجها و بصورت زمان واقعي ، گرفته مي شوند .
از طرف ديگر پردازش اعوجاج شكل موج مانا يا شبيه مانا نياز به تحليل سيگنال در حوزه فركانس دارد. سرعت پردازش در اين حالت مهم نيست زيرا از نتايج براي فراهم كردن اطلاعات آماري استفاده ميشود . در حال حاضر ، پردازش پيوسته زمان واقعي بيش از توانايي تجهيزات تجاري است و اطلاعات گسسته حوزه زمان براي پردازش هاي لازم بعدي بايد روي نوار ذخيره شود در ضمن با استفاده از پردازشگرهاي سيگنال ديجيتالي   ( D S P )  ها و پردازش هاي موازي مي توان سرعت كافي براي پردازش سيگنال پيوسته در زمان واقعي فراهم نمود . اضافه شدن بارهاي غير خطي در سيستمهاي قدرت ، نياز به شبيه سازي كامپيوتري شبكه را براي نشان دادن اثر آنها بر كيفيت توان بيشتر كرده است . در اين خصوص بررسيهاي زيادي صورت گرفته است و نقش مهم آنها در طراحي سيستمهاي قدرت مدرن اثبات شده است .
بطور كلي تأثير فوري بارهاي غير خطي اعواج در شكل موج جريان مي باشد . در بخش طراحي و طرح ريزي سيستم ، شكل موج جريان بارهاي اغتشاش را باتوجه به شناخت مشخصه عنصر غير خطي آنها و نيز مولفه هاي فركانسي ايجاد شده توسط اين عنصر غير خطي بدست مي آيد . در بخش مدلسازي سيستم قدرت با در نظرگيري عناصر غير خطي ها بصورت منابع جريان ، از مدلهاي عناصر شبكه در حوزه فركانس براي بدست آوردن اطلاعات اعوجاج ولتاژ و جريان مي توان استفاده نمود .
تخمين حالت كيفيت توان
معمولاً ، ارزيابي كيفيت توان بصورت پيوسته و سيستماتيك انجام نميگيرد ؛ بجاي آن از روشهاي انداره گيري فاقد عموميت براي بررسي سطح اغتشاشات ولتاژ در شينه ها استفاده ميشود . راه حلهاي محلي بر بقيه سيستم قدرت چه بطور منفي و چه بطور مثبت تأثير ميگذارد . بنابر اين برحسب ميزان هزينه كلي و نيز عملكرد ، اين راه حلها بسيار دور از حالت ايده آل ميباشند  . بهرحال مونيتورينگ محلي و ارزيابي كامل شبكه راه حل فني و اقتصادي تري را ارايه ميدهد. ارزيابي كامل شبكه داراي محدوديت هاي عملي است زيرا نقاطي كه مونيتورينگ ميگردند محدود بوده و اطلاعات كاملي از مشخصه و نيز شكل سيستم و شبكه الكتريكي وجود ندارد . بكمك تعداد بهينه‌اي دستگاه اندازه گيري و البته در محلهاي مناسب ، همراه با شبيه سازي سيستم الكتريكي ، ميتوان اطلاعات قابل قبول از سيستم را بدست آورد و سپس به تخمين محل ايجاد مشكلات پرداخت . اين نوع بررسي همراه با تخمين حالت سيستم قدرت به تخمين حالت كيفيت توان مشهور است .
البته ، ارزيابي كامل سيستم نياز به سنكرون كردن اطلاعات بدست آمده از محلهاي مختلف دارد : نياز به سنكرون سازي را ميتوان با استفاده از سيستم  G P S بدست آورد . در مفاهيم كيفيت توان ، بحث تخمين حالت فقط در موضوع هارمونيكها بحث شده است و بهمين دليل از طرف صنايع مقبوليت نيافته است .

نامتعادلي ولتاژ

ساده ترين روش بيان نامتعادلي ولتاژ اندازه گيري انحراف ولتاژ در هر كدام از سه فاز و مقايسه آن با متوسط ولتاژ فازي مي باشد .
=   نامتعادلي ولتاژ فاز
البته درجه نامتعادلي ولتاژ شبكه سه فاز بصورت بهتري توسط مؤلفه هاي متقارن بعنوان نسبت مؤلفه هاي ولتاژ توالي منفي يا توالي صفر به مؤلفه هاي توالي مثبت بيان ميشود .
=                                   =  فاكتور نامتعادلي ولتاژ
در رابطه با حدود نامتعادلي ولتاژ كه در آن موتور و ژنراتور بتوانند با اطمينان كاركنند ، توافق عامي وجود ندارد . از آنجائيكه تأثير اصلي نامتعارلي ولتاژ گرم شدن سيم پيچي ماشين ها است لذا سطوح بالاتر ولي كوتاه مدت نامتعادلي ممكن است براي چند ثانيه يا حتي دقيقه مورد قبول باشد .
نوسان ولتاژ و فليكر
نوسان ولتاژ به تغيير دوره اي ولتاژ يا يك سري تغييرات تصادفي ولتاژ گفته ميشود بنحويكه دامنه اش از محدوده تغييرات ولتاژ مجاز اشاره شده در I E C 38  ( يعني تا %  ) است تجاوز نكند و فركانس وقوع آن از ۲۵ در ثانيه تا يك بار در دقيقه متغير بوده و بايد از تغييرات آرام و نرمال در همان محدوده كه ناشي از تغييرات تدريجي بار در شبكه است تمايز داده شود ، عموماً چنين پديده اي توسط دامنه تغييرات ولتاژ و ميزان تكرار مشخص مي شود .
بسياري از استانداردها و راهنمائيهاي قبلي در خصوص فليكر ، محدوديتهايي را در نوسان ولتاژ به خاطر محدود كردن فليكر مزاحم نور لامپ اعمال نموده اند . بسياري از منحني هاي فليكر ولتاژ درصد دامنه ضربان ولتاژ و فركانس ضرباني كه منجر به فليكر قابل درك شود را ارائه مي نمايند . اين منحني‌هاي از طريق آزمايشات بسيار زياد و تجربيات عملي واقعي بدست آمده اند . منحني ها متفاوت ممكن است دامنه يا فركانسهاي ضرباني قابل قبول يا قابل تحمل را مشخص سازند . اما همه آنها يك گرايش مشابه را چنانكه در شكل ۲ ـ ۶ نشان داده شده است دنبال مي كنند . با استفاده از اين منحني ها ديده مي شود كه حساسترين فركانس در حدود ۸ هرتز مي باشد …

مراجع

۱-    ارزيابي كيفيت توان
مولفين: جي آريلاگا – ان.آر.واتسون – اس.چن
مترجمين : دكتر سيد حسين حسينيان- عضو هييت علمي دانشگاه صنعتي امير كبير
مهندس حسين كياني و مهندس فرح اميري – كارشناسان ارشد برق منطقه اي غرب
ناشر : مركز نشر دانشگاه صنعتي امير كبير
۲-ارزيابي فليكر ناشي از كارخانه فولاد آلياژي ايران واقع در استان يزد
مولفين:مهندس امير حسين حاجي مير آقا  –  مهندس داود جلالي
پژوهشگاه نيرو-  پژوهشكده برق

۳-Distribution  planners  Manual, Section  ۱۰: Flicker Control in Distribution  Sistems,  Canadian  Electrical  Association ( CEA ) ,1981.
۴- IEC  ۸۶۸ ,Flickermeter , Functional  and  Design Specifications , 1986.
۵- A.  Robert , M.  Couvreur ,  Arc Furnace  Flicker Assessment  and  prediction ,  CIRED  ۱۹۸۹ ,  pp. 97-101.

۱۲۰ صفحه Word

شما هم اکنون با داشتن رمز دوم کارت عابر خود و پرداخت اینترنتی می توانید بلافاصله پس از پرداخت این فایل را دریافت کنید و مطالعه این محصول با ارزش را شروع کنید .