برق(قدرت)
فصل اول: مفاهیم و تعاریف
مقدمه
امروزه توجه شرکت های برق منطقه ایی و مشترکین آنها به شکل روزافزونی به مسئله کیفیت توان یا کیفیت برق معطوف شده است. واژه کیفیت برق در کشورهای صنعتی و در صنعت برق کاربرد فراوانی پیدا کرده است مبحث فوق تعداد بسیار زیادی از اعوجاجهای شبکه را پوشش می دهد. موضوعاتی که تحت مبحث کیفیت برق قرار می گیرند لزوماً مفاهیم تازه ای نیستند، لیکن آنچه جدید است تلاش مهندسین برای جمع آوری این مطالب و قرار دادن آنها در الگوهای مشخص می باشد. به عبارت دیگر نگاهی تازه به اعوجاجهای موجود در سیستم های قدرت به منزله مطلب جدیدی خود را نشان داده است که کنکاش در آن یکی از مهمترین موارد در مطالعه این سیستم ها به شمار می آید.
بطور کلی می توان دلایل زیر را برای توجه روزافزون به مبحث کیفیت برق ذکر نمود:
تأکید روزافزون بر بهبود راندمان کلی شبکه های قدرت، باعث استفاده از وسایلی از قبیل محرکه های موتور با قابلیت تنظیم سرعت و نیز خازنهای موازی برای بهبود ضریب قدرت شده است. بکمک خازنهای موازی میزان تلفات شبکه کاهش می یابد اما این خازنها مشخصه امپدانس – فرکانس شبکه را نیز تغییر می دهند و باعث ایجاد پدیده تشدید و در نتیجه تقویت اعوجاج بصورت گذرا و نیز افزایش سطح اعوجاج هارمونیکی در شبکه می شوند. از سوی دیگر وسایل کنترل کننده سرعت موتورها، مقدار هارمونیک ها را در شبکه قدرت بالا برده و روی توانایی های سیستم تأثیر می گذارند. به عبارت دیگر کاربرد وسایل و تجهیزات جدید که از نیازهای مبرم یک سیستم قدرت مدرن است خود عامل بوجود آوردن مشکلات جدیدی شده است که نیاز به بررسی تأثیرات متقابل اینگونه تجهیزات بر شبکه و شبکه بر اینگونه تجهیزات را لازم می سازد.
به دلیل وجود شبکه مجتمع و به هم پیوسته، خرابی هر المان شبکه روی دیگر تجهیزات آن شبکه اثر نامطلوبی گذاشته و تبعات بعدی افزون تری را به همراه خواهد داشت. چون شبکه های قدرت، شبکه های وسیعی هستند که به دلایل گوناگون از جمله کیفیت نامناسب برق، احتمال بروز اعوجاج در آنها وجود دارد، در نتیجه انتشار مشکلاتی ناشی از کیفیت نامناسب برق در یک شبکه بهم پیوسته در هر لحظه امکان خواهد داشت.
حساسیت تجهیزات الکتریکی جدید نسبت به تغییرات کیفیت برق بیشتر شده است. بسیاری از وسایل الکتریکی جدید از کنترل کننده های میکرو پروسسوری و المانهای الکترونیک قدرت استفاده می کنند و این تجهیزات به بسیاری از انواع اعوجاجهای موجود در شبکه قدرت حساس می باشند. حساسیت این تجهیزات الکتریکی به نوبه خودش به عملکرد نامناسب تجهیزات منجر خواهد شد.
عدم وجود دستگاه های حفاظتی و هشدار دهنده مربوط به پایین بودن کیفیت برق نزد مشترکین و شرکت های برق باعث می شود که هم مشترکین و هم شرکت های برق به دلیل معلوم نبودن حد و حدود دچار سوء تفاهم گردند.
آگاهی نسبت به مسائل کیفیت برق نزد مشترکین بالا رفته است. موضوعاتی از قبیل قطع برق، پایین بودن ولتاژ و پدیده های گذرای مربوط به کلیدزنی روز به روز مورد توجه مشترکین بیشتری قرار گرفته و شرکت های برق را وادار می سازد که کیفیت برق تحویلی به مشترکین را بهتر سازند.
دلیل اصلی و نهایی توجه به کیفیت برق مسائل اقتصادی است. مسائل اقتصادی بر روی شرکت های برق، مشترکین و تولید کننده های وسایل الکتریکی تأثیر فراوانی می گذارند.
شرکت های برق به دو دلیل عمده به مشکلات فوق توجه نشان می دهند. از سویی با رفع مشکلات ناشی از کیفیت نامطلوب برق، میزان مشترکین آنها افزایش یافته و از سوی دیگر استفاده از وسایل الکترونیکی با راندمان بالا موجب کاهش قابل توجه سرمایه گذاری در مراکز تولید و پُست ها خواهد شد نکته جالب اینکه، تجهیزاتی که برای افزایش بهره وری بکار می روند، اغلب در اثر قطع برق بیش از دستگاه های دیگر صدمه دیده و گاهی اوقات خود منشاء مشکلات معروف به مسائل کیفیت برق می گردند.
تعریف کیفیت برق
در مراجع مختلف تعاریف کاملاً متفاوتی برای واژه کیفیت برق وجود دارد. برای مثال شرکت های برق ممکن است واژه کیفیت برق را مترادف با کلمه عدم قطعی برق فرض نموده و با استفاده از آمارهای موجود دهند که میزان قطعی بسیار کم بوده است. در عوض سازندگان وسایل الکترونیکی و الکتریکی ممکن است تعریف دیگری مانند این تعریف «مشخصاتی از شبکه قدرت که توانایی کارکرد مناسب را برای تجهیزات فراهم سازند» برای واژه کیفیت برق ارائه دهند. به هر حال نقطه نظر مشترکین در مسئله کیفیت برق بسیار اهمیت داشته و از اولویت اول برخوردار است. بطور کلی تعریف زیر را می توان برای واژه کیفیت برق بکار گرفت.
«هرگونه تغییر در کمیتهای ولتاژ، جریان و فرکانس که سبب خرابی و یا عملکرد نادرست تجهیزات مصرف کننده گردد»
در مورد علل ایجاد کیفیت برق نظرات متفاوتی وجود دارد. مشترکین بیش از پرسنل شرکت های برق تصور می کنند که علت عدم کیفیت عملکرد اشتباه شرکت برق است. به هر حال باید توجه داشت که نتیجه بسیاری از حوادث موجود در شبکه های قدرت تنها برای مشترکین ایجاد مشکل می کند و هرگز در آمارهای شرکت های برق ثبت نمی گردد.
نمونه ای از این مشکلات، مسئله کلیدزنی خازنها است که برای شرکت های برق امری عادی می باشد ولی می تواند موجب اضافه ولتاژ شده و بعضی تجهیزات مدرن را از مدار خارج کند.
نمونه دیگر وقوع اتصال کوتاه لحظه ای در شبکه می باشد که باعث کاهش ولتاژ مشترکین شده و ممکن است موجب قطع بعضی تجهیزات گردد اما شرکت برق هیچ گونه نشانه ای مبنی بر مشکل روی فیدر مربوطه نخواهد داشت.
در شبکه های قدرت ممکن است حوادثی پیش آید که در نرم افزارهای کنترلی پیش بینی نشده باشد با توجه به مطالب گفته شده و توجه روزافزون مشترکین به مسئله کیفیت توان در مقابل شرکت های برق مجبور به ارائه برنامه های بخصوصی خواهند شد.
از سوی دیگر در تجزیه و تحلیل مسئله کیفیت توان باید مسائل اقتصادی را نیز در نظر گرفت. ممکن است راه حل بهینه یک مسئله بدین صورت باشد که حساسیت آن وسیله نسبت به مسئله کیفیت توان کاهش داده شود. سطح لازم کیفیت برق، سطحی است که عملکرد مناسب تجهیزات را در تسهیلات بخصوص نتیجه دهد.
کیفیت برق مانند کیفیت دیگر اجناس بیان نمی شود بلکه استانداردهایی برای اندازه گیری ولتاژ و دیگر معیارهای فنی وجود دارد اما باید توجه کرد که مقدار نهایی کیفیت برق با توجه به نحوه عملکرد تجهیزات مشترکین مشخص خواهد شد.
کیفیت ولتاژ
بطور کلی در یک سیستم قدرت تنها کیفیت ولتاژ را می توان کنترل نمود و کنترل مناسبی بر روی جریانهای بارهای مختلف وجود ندارد لذا استانداردهای موجود کشورهای صنعتی در حوزه کیفیت برق عمدتاً حدود مجاز ولتاژ منبع را مشخص می کنند. شبکه های برق جریان متناوب طوری طراحی می شوند که در یک ولتاژ سیونسی با فرکانس و دامنه مشخص کار کنند. هرگونه انحراف قابل توجه در دامنه، فرکانس و یا خلوص شکل موج یک مسئله کیفیت توان خواهد بود.
رده بندی عمومی مسائل کیفیت توان
استاندارد IEC ، پدیده های مختلف الکترومغناطیسی را به صورت نشان داده شده در جدول 1-1 به شش گروه تقسیم بندی نموده است.
تلاش گروه های مختلف در صنعت برق در زمینه مونیتورینک کیفیت توان تعدادی گروه را به استاندارد IEC افزوده است.
در نهایت جدول 1-2 رده بندی کلی مسائل کیفیت توان را نشان می دهد. این جدول اطلاعات مربوط به محتوی طیفی – طول دوره زمانی و دامنه کاربرد را که برای توصیف هر گروه لازم است ارائه می دهد. این گروه ها و مشخصات مربوط به آنها لازم هستند تا به کمک آنها بتوان نتایج اندازه گیری های مختلف را رده بندی نمود و پدیده های الکترومغناطیسی که باعث مسائل مرتبط با کیفیت برق می شوند را توضیح داد.