پارامتر‌های کیفیت توان

در شبکه‌های قدرت مدرن، بار‌های حساس در شبکه حضور یافته‌اند. در این شرایط، نباید اثر کاهش ولتاژ بر روی مصرف‌کنندگان نادیده گرفته شود. با ایجاد بازار‌های برق، اصلاح و تکمیل شاخص‌های قابلیت اطمینان به نحوی که در برگیرنده اثرات کاهش ولتاژ باشد، ضروری است. اغتشاشات و عوامل متعددی می‌تواند بر روی کیفیت توان تاثیر گذاشته و تا حد زیادی تجهیزات خطوط را تحت تأثیر قرار دهد.
انحراف سینوسی در سطح ولتاژ نامی در واقع یک مسئله کیفیت یا اختلال در برق است، که به عنوان “هرگونه انحراف مقدار نامی در مشخصه‌های توان ورودی AC” تعریف می‌شود. کیفیت توان را می‌توان با برخی از شاخص‌ها توصیف کرد که در زیر به معرفی و بررسی این اختلالات می‌پردازیم:



- تغییرات فرکانس قدرت:
تغییرات میزان فرکانس از فرکانس نامی را تغییر فرکانس گویند. در محدوده انحراف قابل قبول، اثر اصلی تغییر فرکانس را می‌توان تغییر سرعت ماشین‌های گردان دانست. از سوی دیگر هر وسیله الکترونیکی که از فرکانس تغذیه به عنوان مرجع زمانی استفاده می‌کند نیز تحت تأثیر قرار می‌گیرد. از عوامل ایجاد تغییر فرکانس می‌توان به خروج از مدار واحد‌های نیروگاه ها، خروج از مدار بار‌های بزرگ وعدم تعادل بین مصرف و تولید اشاره کرد. این اختلالات می‌توانند باعث عملکرد نادرست ترانسفورمر‌های فرورزنانسی، کاهش یا افزایش دور موتور‌ها شوند.



- ولتاژ بالا (Overvoltage):
در ولتاژ AC، برای یک دوره زمانی بیشتر از یک دقیقه، افزایش می‌یابد. مقادیر متداول نامی %۱۱۰ تا %۱۲۰ است.
- ولتاژ پایین (Undervoltage):
RMS در ولتاژ AC، برای یک دوره زمانی بیشتر از یک دقیقه، کاهش می‌یابد. مقادیر متداول نامی %۸۰ تا %۹۰ است.



- گذرا‌ها، ناپایداری (Transient):
گذرا‌ها به تغییرات بسیار سریع و شدید ولتاژ که در طول مدت چند میکرو ثانیه الی چند میلی ثانیه میرا شده و از بین می‌روند گفته می‌شود. گذرا‌ها عمدتاً به دو دسته گذرا‌های ضربه‌ای و گذرا‌های نوسانی تقسیم می‌شوند. از عوامل گذار‌ها می‌توان به صاعقه، کلید زنی، برقدار کردن خازن‌ها، برقدار کردن کابل‌ها، جریان هجومی ترانس و ... اشاره کرد.

۱) گذرای ضربه‌ای:
گذرای ضربه‌ای تغییر بسیار سریع و شدید ولتاژ با یک پلاریته است و دارای رنج زمانی میکرو و میلی ثانیه‌ای است. (امواج صاعقه و کلیدزنی)

۲) گذرای نوسانی:
گذرای نوسانی یک ولتاژ سوار بر مولفه اصلی است که اندازه آن با سرعت بالایی تغییر پلاریته می‌دهد و به سه دسته فرکانس کم (کوچکتر از ۵ کیلوهرتز) فرکانس متوسط (بین ۵ تا ۵۰۰ کیلو هرتز) و فرکانس زیاد (بین نیم تا ۵ مگاهرتز) تقسیم می‌شود.

این گذار‌ها می‌توانند باعث شکست عایقی، خرابی تجهیزا ت، کاهش عمر تجهیزات، عملکرد غلط تجهیزات کنترلی، عملکرد غلط رله‌های حفاظتی، محاسبات اشتباه در کامپیوتر‌ها شوند.

 

- تغییرات بلند مدت ولتاژ:
به تغییرات ولتاژی که بر روی ولتاژ موثر اثر گذاشته و مدت زمان آن بیشتر از یک دقیقه باشد تغییرات بلند مدت ولتاژ گفته می‌شود. عوامل ایجاد تغییرات بلند مدت ولتاژ می‌تواند قطعی خطوط، بالا بودن بار مصرفی، کم بودن ضریب قدرت و ... باشد. این تغییرات به یکی از سه صورت زیر بیان می‌شود:
۱) اضافه ولتاژ بلند مدت
۲) کاهش ولتاژ بلند مدت
۳) قطعی ولتاژ بلند مدت


- 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
۲) فلش (افتادگی) ولتاژ
۳) قطعی ولتاژ کوتاه مدت

- فلش یا فرورفتگی، کمبود ولتاژ موقتی (Sag):

کاهش در دامنه ولتاژ مؤثر برای مدت کوتاه (معمولا ۵/۰ تا ۳۰ سیکل) است که معمولاً به دلیل اتصال کوتاه، اضافه بار یا راه‌اندازی موتور‌های الکتریکی در یک شبکه ایجاد می‌شود. این عامل باعث می‌شود RMS در ولتاژ AC، در فرکانس قدرت در مدت زمان دوره تا چند ثانیه کاهش می‌یابد. (کاهش ولتاژ موثر به اندازه ۱۰% تا ۹۰%). تاثیرات فلش یا فرورفتگی ولتاژ: قطع فرآ یند‌های صنعتی، عمل کردن کنتاکتور‌ها، محاسبات نادرست کامپیوترها، تغییر سرعت موتورها، خاموش شدن لامپ‌های تخلیه ای.


- برآمدگی ولتاژ، تورم یا بیشبود (Swell):

در مقابل فلش ولتاژ، برآمدگی ولتاژ قرار دارد که افزایش لحظه‌ای ولتاژ بوده و در اثر خاموش یا خارج کردن یک بار بزرگ از سیستم رخ می‌دهد. جریان و ولتاژ RMS در یک فرکانس قدرت برای مدت زمان ۵ دوره تا ۱ دقیقه افزایش می‌یابد. (افزایش ولتاژ موثر به اندازه ۱۰% تا ۸۰%.) تاثیرات برآمدگی ولتاژ: شکست عایقی، خرابی تجهیزات، کاهش عمر تجهیزات




- وقفه یا برش (Interruption):
زمانی که ولتاژ به صورت کامل از دست می‌رود اتفاق می‌افتد. وقفه زودگذر یک اتلاف ولتاژ (کمتر از %۱۰ از ولتاژ نامی) برای یک دوره زمانی بین ۵/۰ دوره و ۳ ثانیه است. وقفه زودگذر یک اتلاف انرژی (کمتر از %۱۰ از ولتاژ نامی) برای یک دوره زمانی بین ۳ ثانیه و ۱ دقیقه است.

-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 مولفه‌های هارمونیکی مراتب بالاتر نیز خواهد بود. از عوامل ایجاد کننده هارمونیک می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:
تجهیزات الکترونیک قدرت (تنظیم کننده‌های دور موتورها، مبدل ها)، تجهیزات تخلیه‌ای (کوره‌های قوس الکتریکی، لامپ‌های فلورسنت)، تجهیزات فرومغناطیسی (ترانسفورمرها)


- شکاف (Notch):

شکاف در شکل موج ولتاژ حالت خاصی بین گذرا‌ها و هارمونیک‌ها می‌باشد که از نظر شکل مانند گذرا‌ها بوده، ولی از نظر تداوم مانند هارمونیک‌ها است. مولفه فرکانسی شکاف بسیار بزرگتر از فرکانس هارمونیک‌ها که حداکثر حدود ۱۰۰ برابر فرکانس شبکه است می‌باشد.
هنگامی که شکاف (Notch) اتفاق می‌افتد، شکل موج ولتاژ نرمال سیستم توان، در مدت زمان کمتر از دوره، که در ابتدای قطب مخالف موج قرار دارد عوض می‌شود یا در آن اختلال ایجاد می‌گردد در نتیجه شکل موج طبیعی در موقعیت قله موج اختلال ولتاژ کاهش می‌یابد که باعث از دست رفتن کامل ولتاژ در دوره می‌شود.


- پرش (Flicker):
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.
هنگامی که پرش یا فلیکر ولتاژ رخ می‌دهد در ولتاژ ورودی، و یا دامنه یا فرکانس تغییر رخ می‌دهد، این تغییر به نحوی کافی است تا در یک دوره زمانی با مشاهده بصری آنرا در شدت منبع نور برقی حس کنیم. از عوامل ایجاد فلیکر می‌توان به کوره‌های قوس الکتریکی، دستگاه‌های نورد، دستگاه‌های جوشکاری، کمپرسورها، بار‌های متغیر، کم بودن سطح اتصال کوتاه اشاره کرد.


-نویز الکتریکی (Electrical Noise):

به سیگنال‌های ناخواسته در شبکه گفته می‌شود که توسط عوامل مختلف ایجاد می‌گردد و مقدار و فرکانس آن‌ها بستگی به عوامل ایجاد کننده نویز دارد، ولی معمولاً مقدار نویز کمتر از یک در صد ولتاژ شبکه است.
نویز ممکن است بیشتر به عنوان نویز در حالت عرضی طبقه بندی شود، که بین فاز رسانا‌ها قابل اندازه گیری می‌باشد نه فاز متصل به زمین. همچنین نویز می‌تواند به عنوان نویز در حالت عادی هم طبقه بندی شود، که در فاز متصل به زمین قابل اندازه گیری است، اما بین فاز رسانا‌ها قابل اندازه گیری نمی‌باشد. نویز‌ها می‌توانند در اثرالقا‌های الکترواستاتیکی، مغناطیسی، القای الکترومغناطیسی (امواج رادیویی، کرونا، قوس‌های الکتریکی، سویچینگ تجهیزات) ایجاد شوند.


- بروز راکتیو (REACTIVE):

توان کل، به اصطلاح توان ظاهری یک شبکه انتقال، از توان اکتیو و راکتیو تشکیل شده است. زمانی که مصرف کنندگان توان، به عرضه تبدیل توان اکتیو به انرژی فعال متصل می‌شوند، انرژی راکتیو مربوط به توان راکتیو مصرف نمی‌شود. توان راکتیو در طرف مصرف کننده، صرفا برای ایجاد یک میدان مغناطیسی مورد استفاده قرار می‌گیرد؛ برای مثال، برای موتور الکتریکی، پمپ ها، و ترانسفورماتور‌ها.