چکیده
در این مقاله به موضوع کیفیت توان الکتریکی، پدیده های مرتبط با آن و هزینه های ناشی از کاهش آن در شبکه برق پرداخته شده است. همچنین در انتها دستورالعمل های لازم جهت دستیابی به کیفیت توان الکتریکی مطلوب ارائه می گردد.
عناوین مهم این مقاله
پدیده های کیفیت توان الکتریکی
کیفیت توان الکتریکی (یا کیفیت برق) یکی از شاخه های مطالعات سیستم قدرت است که به بررسی میزان مطابقت برق موجود با یک برق ایده آل می پردازد. برق ایده آل در شبکه، یک برق سه فاز متعادل و سینوسی (خالص و بدون اعوجاج) با فرکانس و دامنه مشخص و پایدار است. استانداردهای مختلفی برای سنجش میزان مطابقت برق موجود با برق ایده آل وجود دارد که به استانداردهای کیفیت توان معروف است. در استانداردها مطابق با هریک از ویژگی های برق ایده آل، حدود مجازی برای انحراف مشخص می شود. در صورتی که هریک از ویژگی های برق از حدود مجاز تعیین شده خارج شود کیفیت توان افت پیدا می کند. کیفیت توان پایین یعنی شرایطی که برق موجود ما از شرایط تعیین شده در استاندارد فاصله گرفته باشد. هرگونه نامتعادلی بین فازها در سیستم سه فاز، اعوجاج در شکل موج های ولتاژ و جریان، تغییرات دامنه ولتاژ و تغییرات فرکانس، انواع قطعی ها، نوسانات و اختلالات در پایداری برق به معنای افت کیفیت توان و فاصله گرفتن از یک برق ایده آل می باشد. هر پدیده ای که نشان دهنده تغییر یکی از ویژگی های استاندارد برق (دامنه، تعادل، سینوسی و خالص بودن، فرکانس، پایداری) و عبور از حدود مجاز باشد به عنوان یک پدیده کیفیت توان شناخته می شود.
اهمیت موضوع کیفیت توان الکتریکی
کیفیت توان الکتریکی به دلیل گسترش مصرف کنندگان و مشترکین برق، افزایش بارهای حساس، توسعه نیروگاه های تولید پراکنده، به هم پیوستگی شبکه برق و مواردی از این دست اهمیت روزافزون پیدا کرده است. در حال حاضر شبکه برق ایران در حدود 39 میلیون مشترک دارد که از این تعداد در حدود 270 هزار مشترک از نوع صنعتی می باشند. کیفیت توان مقوله ای است که هم سرویس دهندگان در شبکه برق (به طور خاص در کشور ما شرکت توانیر و کلیه زیرمجموعه های آن) موظف به رعایت آن هستند و هم مصرف کنندگان یا همان مشترکین برق؛ به خصوص مشترکین صنعتی که هم مصرف توان بالا و هم انواع بارهای غیرخطی را دارا می باشند. به عبارت دیگر کیفیت توان یک موضوع دو جانبه بین مشترکین و شبکه برق است. اما از دید شبکه یا سرویس دهندگان کیفیت توان به معنای کیفیت ولتاژ می باشد. شبکه می بایست ولتاژی مطابق با استانداردهای کیفیت توان به مشترکین تحویل داده و مشترکین نیز می بایست نحوه مصرف و نوع بار آن ها به گونه ای باشد که بر شبکه برق تاثیرات نامطلوب نگذارد. بنابراین کیفیت توان از جانب مشترکین به معنای کیفیت جریان است. کیفیت توان از جانب شبکه زمانی محقق می شود که ولتاژ از لحاظ دامنه، فرکانس، شکل موج، تعادل و پایداری در حدود استاندارد باشد و از جانب مشترکین زمانی محقق می شود که جریان تزریقی به شبکه از لحاظ شکل موج (میزان اعوجاج)، تغییرات لحظه ای (نوسانات بار)، اختلاف فاز با ولتاژ (پس فاز و پیش فازی) در حدود استاندارد قرار بگیرد.
هزینه های افت کیفیت توان الکتریکی بر شبکه برق
پایین بودن کیفیت توان هم بر شبکه برق تاثیرات نامطلوبی می گذارد و هم بر تجهیزات مشترکین. استهلاک و پیری زودرس تجهیزات، اختلال در عملکرد سیستم های حفاظتی و اندازه گیری (رله ها، کنتورها و غیره)، افزایش تلفات انرژی، اشغال نامطلوب ظرفیت خطوط برق رسانی، ناپایداری برق شبکه از جمله اثرات فنی افت کیفیت توان در شبکه برق است. همچنین برای مشترکین برق بالاخص مشترکین صنعتی افت کیفیت توان موجب اختلال در عملکرد فرآیندهای کنترلی و سیستم های اتوماسیون صنعتی می گردد. خرابی و استهلاک تجهیزات، افزایش تلفات و مصرف انرژی و مواردی از این دست از جمله اثرات فنی افت کیفیت توان در صنعت می باشد. این تاثیرات فنی موجب تحمیل انواع هزینه های اقتصادی می گردد. این هزینه ها بیشتر از نوع هزینه های پنهان می باشد زیرا لزوما به صورت تفکیک شونده و مستقیم قابل استخراج نیستند هرچند میتواند بسیار قابل توجه باشد.
در صنعت اختلال در خطوط تولید در اثر افت کیفیت توان می تواند موجب کاهش مقدار و کیفیت تولید گردد. در برخی صنایع نظیر صنایع بزرگ فولاد هر ساعت قطعی در عملکرد خطوط تولید به صدها میلیارد خسارت منجر می گردد. همچنین افزایش ضایعات مواد اولیه در اثر اختلال در سیستم اتوماسیون ناشی از افت کیفیت توان، خسارت به تجهیزات، از بین رفتن اطلاعات در اثر اختلال در برق سیستم های فناوری اطلاعات و افزایش هزینه های تعمیر و نگهداری از دیگر موارد اثرات اقتصادی افت کیفیت توان است. در سطح شبکه نیز افت کیفیت توان منجر به تحمیل انواع هزینه ها می گردد. خسارت به تجهیزات شبکه، هزینه های راه اندازی مجدد، پرداخت خسارت به مشترکین و غیره بخشی از هزینه های تحمیل شده بر شبکه یا سرویس دهنده برق است که می تواند به سادگی ناشی از پایین بودن کیفیت توان باشد.
گام های اساسی در دستیابی به کیفیت توان الکتریکی مطلوب
برای تحقق کیفیت توان مطلوب چهار گام اساسی مورد نیاز است.
- اندازه گیری پارامترهای کیفیت توان (پارامترهای کیفی برق) به کمک دستگاه ها و سیستم های پایش و آنالیز توان (پاورآنالایزر، پاورمانیتورینگ) مطابق با استانداردها، با دقت کافی، به صورت دائمی و گسترده بر روی کلیه نقاط حساس در شبکه و کلیه تجهیزات مهم در صنعت اولین گام می باشد. گفتنی است یکی از محصولات دانش بنیان شرکت توان پژوه بهراد با عنوان ثبات کیفیت توان با این هدف طراحی و ساخته شده است.
- در گام دوم اندازه گیری ها با شاخص های موجود در استانداردهای کیفیت توان مقایسه و موارد مجاز و غیرمجاز معین گردیده و یک گزارش کیفیت توان استخراج می شود. بر اساس این گزارش، نقاط ضعف شبکه یا تجهیز مورد بررسی، از حیث کیفیت توان معلوم می گردد.
- گام سوم عیب یابی و ارائه راهکار جهت رفع نقاط ضعف و بهبود شاخص های کیفیت توان است.
- در نهایت گام چهارم اجرای راه حل های پیشنهادی اعم از هرگونه اصلاح در شبکه یا تجهیز یا افزودن المان های جبران ساز و بهبوددهنده می باشد.
برای سنجش کیفیت توان استانداردهای گوناگونی وجود دارد. در استاندارد صنعت برق ایران، در مبحث 13 ام به موضوع مشخصات و خصوصیات انرژی الکتریکی (کیفیت برق) پرداخته شده و برای هر ویژگی کیفی برق حدود استاندارد متناسب با سطح ولتاژ و جریان ارائه گردیده است. اما مهم ترین استانداردهای بین المللی کیفیت توان که برخی از آن ها مرجع استاندارد صنعت برق ایران نیز هست IEC61000 ،EN50160، IEEE1159 می باشد.
تشکر لطفا در مورد پدیده های کیفیت توان هم توضیح بدید
خواهش میکنم. بله. حتما. در مطالب بعدی بیشتر در مورد موضوع کیفیت توان و مسائل پیرامون آن صحبت می کنیم.