چکیده
نوسان فرکانس یکی دیگر از شاخص‌های کیفیت توان الکتریکی است که بر کیفیت توان الکتریکی تأثیرگذار است. در این مقاله به تعریف این پدیده، علت اصلی آن، اثرات آن بر تجهیزات شبکه برق و راهکارهای جلوگیری از این اختلال کیفیت توان پرداخته می‌شود.
عناوین مهم این مقاله
تعریف نوسان فرکانس (Frequency oscillation)
فرکانس برق در کشور ما 50 هرتز است به این معنی که در هر ثانیه 50 سیکل کامل ولتاژ سینوسی وجود دارد. در شرایط عادی فرکانس برق دقیقاً 50 هرتز نبوده و انحراف ناچیز فرکانس از این مقدار مرجع طبیعی است. مطابق استاندارد در صورتی که فرکانس برق حتی برای مدت کوتاهی بیش از 0.3 هرتز با عدد 50 اختلاف داشته باشد – فرکانس برق کمتر از 49.7 هرتز و یا بیشتر از 50.3 هرتز شود – به عنوان نوسان فرکانس تلقی می‌شود.
علت نوسان فرکانس
علت اصلی پدیده نوسان فرکانس عدم توازن مصرف و تولید است. بنابراین ایجاد این اختلال به علت عملکرد ضعیف متولیان شبکه است و به علت همبستگی شبکه سراسری برق، مشترکین خصوصاً به صورت منفرد عمدتاً توانایی ایجاد نوسان فرکانس را ندارند. البته در شبکه‌های برق کوچک که اصطلاحاً به صورت جزیره‌ای هستند و به شبکه سراسری برق متصل نیستد، الگوی مصرف مشترکین در ایجاد این اختلال موثر است.
چهار عامل عمده، باعث بهم خوردن توازن تولید و مصرف در شبکه می‌شود و در نتیجه منجر به پدیده نوسان فرکانس می‌گردد. این چهار عامل عبارتند از:
1- عدم پیش‌بینی درست بار کوتاه مدت و بلند مدت شبکه و عدم برنامه‌ریزی درست برای توسعه و گسترش و تقویت زیر ساخت شبکه برق
2- خروج ناخواسته تجهیزات کلیدی در سیستم انتقال و تولید انرژی الکتریکی که باعث از مدار خارج شدن بخش بزرگی از تولید و یا بار مصرفی می‌شود.
3- نیروگاه‌های تولید پراکنده با ظرفیت بالا که تولید آنها دارای خاصیت تصادفی است مانند نیروگاه‌های خورشیدی و یا بادی که تولید آنها وابسته به شرایط جوی است و تولید آنها می‌تواند دچار تغییرات ناگهانی شود.
4- مصرف غیر عادی جمعی از مشترکین (کاهش و یا افزایش ناگهانی مصرف) خصوصاً مشترکین با دیماند بالا مانند کارخانه‌های فولاد
اثرات نوسان فرکانس
کلیه تجهیزات صنعتی و تجهیزات شبکه برق، برای برق با فرکانس 50 هرتز طراحی شده‌اند. در صورتی که انحراف فرکانس از این عدد بیش از حد شود، در عملکرد و عمر تجهیزات تأثیرگذار خواهد بود. میزان تأثیرپذیری تجهیزات از نوسان فرکانس با توجه به ساختار هر تجهیز متفاوت است. معمولاً تجهیزات دارای هسته مغناطیسی مانند ترانسفومرها و ماشین‌های القایی که مستقیماً از برق شبکه تغذیه می‌شوند بیشتر در معرض آسیب ناشی از نوسان فرکانس هستند و افزایش یا کاهش فرکانس می‌تواند باعث گرم شدن این جهیزات، آسیب به عایق این تجهیزات و حتی انفجار آنها گردد. همچنین نوسان فرکانس می‌تواند باعث عملکرد رله‌های حفاظتی مرتبط با فرکانس و در نتیجه خروج ناگهانی تجهیزات شود.
راهکارهای جلوگیری از نوسان فرکانس
راهکار اصلی جلوگیری از نوسان فرکانس، پیش‌بینی درست مصرف در کوتاه مدت و بلند مدت و برنامه‌ریزی برای تأمین مصرف پیش‌بینی شده و همچنین توسعه و تقویت زیرساخت شبکه برق است به طوری که تحت تأثیر افزایش و یا کاهش ناگهانی مصرف و تولید، فرکانس به مقدار زیادی تحت تأثیر قرار نگیرد. همچنین انجام مطالعات قابلیت اطمینان به منظور جلوگیری از خروج های ناگهانی و برنامه‌ریزی نشده در جلوگیری از این رویداد موثر است.