چکیده
پدیده‌های مختلفی بر کیفیت توان الکتریکی تأثیرگذار است. یکی از این پدیده‌ها نوسان ولتاژ نام دارد. با توجه به دوره زمانی و شدت رویداد نوسان ولتاژ، این پدیده به زیر رویدادهای مختلفی تقسیم‌بندی می‌شود که هر یک عنوان متفاوتی دارد. در ادامه این مقاله، ضمن معرفی پدیده نوسان ولتاژ، به منشأ ایجاد این پدیده و اثرات آن بر تجهیزات شبکه می‌پردازیم.
عناوین مهم این مقاله
تعریف نوسان ولتاژ
همانطور که از نام این پدیده مشخص است، به تغییر نا‌متعارف دامنه ولتاژ برای دوره‌های زمانی کوتاه مدت و بلند مدت نوسان ولتاژ گفته می‌شود. در تعریف نوسان ولتاژ تکیه بر تغییر نا متعارف دامنه شکل موج است و تغییر فرکانس شکل موج به تنهایی نمی‌تواند باعث پدیده نوسان ولتاژ شود. اگر چه نوسان فرکانس به تنهایی خود یک اختلال کیفیت توان تلقی می‌شود اما در تعریف پدیده نوسان ولتاژ تغییر فرکانس مطرح نیست.
انواع مختلف نوسان ولتاژ
نوسان ولتاژ بر اساس دوره زمانی پدیده و شدت تغییر دامنه، به 6 دسته مختلف تقسیم بندی می‌شود که عبارتند از:
- افت ولتاژ کوتاه مدت(Voltage Sag)
- افت ولتاژ بلند مدت(Undervoltage)
- اضافه ولتاژ کوتاه مدت (Voltage Swell)
- اضافه ولتاژ بلند مدت (Overvoltage)
- قطعی کوتاه مدت ولتاژ(Interruption)
- قطعی ولتاژ بلند مدت ولتاژ (Outage)
در ادامه به تعریف هر یک از این رویدادها می‌پردازیم.
افت ولتاژ کوتاه مدت (Voltage Sag)
کاهش کوتاه مدت مقدار مؤثر ولتاژ (0/5 سیکل تا 1 دقیقه) به اندازه 0/1 تا 0/9 پریونیت را افت ولتاژ کوتاه مدت نام گذاری می‌کنند.
افت ولتاژ بلند مدت (Undervoltage)
کاهش مقدار مؤثر دامنه ولتاژ به میزان 0/1 تا 0/9 پریونیت در فرکانس نامی و برای زمانی بیش از یك دقیقه را کاهش ولتاژ گویند.
اضافه ولتاژ کوتاه مدت(Voltage Swell)
افزایش کوتاه مدت مقدار مؤثر ولتاژ ( 0/5 سیکل تا 1 دقیقه) به مقدار بیش از 1/1 پریونیت در فرکانس نامی را می‌گویند.
اضافه ولتاژ بلند مدت (Overvoltage)
افزایش مقدار مؤثر دامنه ولتاژ به میزان بیش از 1/1 پریونیت در فرکانس نامی و برای زمانی بیش از یك دقیقه را اضافه ولتاژ بلند مدت می‌گویند.
قطعی کوتاه مدت ولتاژ (Voltage Interruption)
قطعی ولتاژ طبق استانداردهای مختلف تعاریف متفاوت دارد. منظور از قطعی کوتاه مدت ولتاژ، کاهش دامنه موثر ولتاژ به مقداری کمتر از 0/1 پریونیت را برای مدت کمتر از 1 دقیقه گویند.
قطعی بلند مدت ولتاژ (Voltage Outage)
کاهش دامنه موثر ولتاژ به مقداری کمتر از 0/1 پریونیت را برای کمتر مدت زمان بیشتر از 1 دقیقه گویند
در تصویر زیر به روشنی دسته‌بندی انواع مختلف نوسان ولتاژ نشان داده شده است.
علت نوسان ولتاژ
نوسان ولتاژ در شبکه برق به دلایل مختلفی حادث می‌شود. افت ولتاژ در شبکه برق می‌تواند ناشی از راه اندازی موتورهای بزرگ، ایجاد اتصال کوتاه‌های گذرا و پایدار در شبکه، وارد مدار شدن بارهای بزرگ و از مدار خارج شدن خازن‌های جبران‌کننده توان راکتیو باشد. اضافه ولتاژ در شبکه بطور معمول بدلیل خطاهای اتصال کوتاه تکفاز یا از مدار خارج شدن خازن‌ها، کلید زنی بارها (از مدار خارج شدن بارهای بزرگ) ، به مدار آمدن خازن‌های جبران کننده توان راکتیو (وارد مدار شدن بانك خازنی)، تنظیم نامناسب کنترل کننده ولتاژ بانک خازنی (AVR) و یا تنظیم نامناسب کنترل‌کننده‌های تپ چنجر ترانسفورمرها بوجود می‌آید.
قطعی ولتاژ در مقایسه با سایر اغتشاشات توان کمتر رخ می‌دهد اما تأثیر مخرب آن به مراتب بیشتر از آن‌هاست. در شبکه برق کشورهای مختلف عامل اصلی این قطعی برق، خطاهای اتصال کوتاه، عملکرد نادرست رله‌ها و تجهیزات حفاظتی است اما متاسفانه در سال‌های اخیر در کشور ما قطعی تعمدی برق تنها راهکار حدف توازن تولید و مصرف است و به کرات اتفاق می‌افتد. قطع تعمدی برق توسط متولیان شبکه که به منظور حفظ توازن تولید و مصرف انجام می‌شود “حذف بار” و یا “Load Shedding” نام دارد. این راهکار آخرین راهکار جهت جلوگیری از کاهش فرکانس و ناپایدار شدن شبکه است.
تعیین منشأ نوسان ولتاژ
منشأ پدیده افت ولتاژ و یا اضافه ولتاژ می‌تواند داخل کارخانه و یا از سمت شبکه باشد. در صورتی که علت وقوع افت ولتاژ شبکه بالادست باشد، افت ولتاژ حادث شده در ورودی کارخانه و همچنین تمامی نقاط شبکه برق داخلی واحد صنعتی دیده می‌شود. اما در صورتی که افت ولتاژ در اثر یک پدیده داخلی مثلاً راه‌اندازی یک موتور القایی بزرگ به وجود بیایید، با توجه به امپدانس مسیر تغذیه بار، شدت این افت ولتاژ بر اساس فاصله از نقطه بار کمتر می‌شود. بنابراین یکی از راهکارهای تعیین منشأ پدیده افت ولتاژ بررسی همزمان رویدادهای افت ولتاژ در نقاطه مختلف شبکه است. ثبات کیفیت توان شرکت توان پژوه بهراد با توجه به قابلیت شبکه شدن و سنکرون شدن، به طور کامل زیرساخت مورد نیاز جهت ثبت همزمان رویدادهای نوسان ولتاژ را فراهم می‌کند و تعیین منشأ این پدیده آسیب زا را به راحتی امکان‌پذیر می‌سازد.
خسارات ناشی از نوسان ولتاژ
بسیاری از تجهیزات حساس، الگوریتم‌های حفاظتی در برابر نوسان ولتاژ تغذیه دارند و بنابراین رویداد نوسان ولتاژ باعث عملکرد حفاظت این تجهیزات و قطع دستگاه می‌شود. قطع دستگاه در روند فرایند تولید می‌تواند باعث کاهش کیفیت محصول و حتی خسارت‌های مالی بسیاری شود. همچنین نوسان ولتاژ باعث اختلال در عملکرد تجهیزات کنترلی مانند PLCها می‌شود و فرایند کنترل را با مشکل مواجه می‌سازد. افزایش ولتاژ باعث شکست عایقی و همچنین افزایش تلفات و ایجاد گرما و در نتیجه کاهش راندمان و کاهش عمر تجهیزات می‌شود. از دیگر اثرات نوسان ولتاژ تغییر در سرعت و گشتاور موتورهای الکتریکی است که مستقیماً از شبکه تغذیه می‌شوند. نوسان ولتاژ بر درایوها و تجهیزات الکترونیک قدرت خسارات شدیدی وارد می‌کند و معمولا منجر به آسیب به طبقه یکسوساز درایو و یا انفجار خازن لینک DC می‌شود.
راهکارهای جلوگیری از پدیده نوسان ولتاژ
اولین گام جهت جلوگیری از پدیده نوسان ولتاژ، پایش مستمر و گسترده شبکه برق است تا منشأ و شدت این پدیده مشخص شود. پس از تعیین علت نوسان ولتاژ می‌توان راهکارهای زیر را در نظر گرفت:
- افزایش قدرت اتصال کوتاه محل تغذیه بار
- استفاده از جبران‌سازهای اکتیو و پسیو
- تنظیم مناسب تجهیزات کنترلی و حفاظتی
- استفاده از راه‌اندازهای نرم (Soft Starter) برای بارهای بزرگ
منابع
www.electrical-installation.org
مبحث 13 استاندارد صنعت برق ایران، مشخصات و خصوصیات انرژی الکتریکی (کیفیت برق)، قسمت اول (کلیات)
سلام. بسیار مورد استفاده متشکرم