دانلود مقاله فلیکر های ولتاژ در شبکه های توزیع

رشته :  برق – قدرت

مقدمه

هدف اصلی

عبارت کیفیت گاهی اوقات به عنوان مترادف کلمه قابلیت اطمینان برای نشان دادن وجود منبع قدرت مناسب و مطمئن بکار می رود . تعریف جامع تر به صورت « کیفیت سرویس » مطرح شده است که شامل سه نقطه نظر قابلیت اطمینان منابع تغذیه ، کیفیت توان تحویل داده شده و نیز تهیه و دسترسی به اطلاعات شبکه است . با استفاده از عناوین مقالات و پروژه های مختلف در سالهای اخیر می توان کیفیت توان را کیفیت ولتاژ نیز تعریف کرد . با افزایش اعمال کنترل با استفاده از سیستم های الکترونیک قدرت در شبکه های انتقال و شرکنهای توزیع ، تعریف دوم کیفیت توان مقبولیت بیشتری پیدا نموده است .

اکثر کارهای پیشین در زمینه کیفیت توان با مسئله هارمونیکها مرتبط بوده است در حالیکه اعوجاج هارمونیکها یکی از مشکلات فزاینده کیفیت است ، مفهوم وسیع تر کیفیت توان شامل تغییرات گذرا و غیر پریودیک شکل موج ایده آل نیز میگردد. چنین انحرافاتی برای ارزیابی سازکاری الکترو مغناطیسی( E M C )  به کار می رود، موضوعی که شامل عملکرد مناست تجهیزات و سیستم ها بدون تداخل با یکدیگر و یا تداخل ناشی از دیگر تجهیزات سیستم بر روی خود تجهیز است . چون سیستم قدرت وسیله ای برای انتقال تداخلات بین مصرف کنندگان مختلف است لذا مشخصه مهم کیفیت سیستم قدرت شامل قابلیت سیستم قدرت در انتقال و تحویل انرژی الکتریکی به مصرف کنندگان در محدوده های مشخص شده توسط استانداردهای E  M C  میباشد .

در این قسمت هدف اصلی یعنی کیفیت توان سیستم های قدرت ، همراه با تشریح اجمالی انحرافات ایجاد شده در شکل موج ها و اثر این انحرافات بر روی عملکرد سیستم قدرت مورد بحث و بررسی قرار میگیرد . این موارد سپس با مقدمه ای اجمالی به مبحث مونیتورینگ و روشهای تخمین حالت که در بررسی و ارزیابی کیفیت توان مورد استفاده قرار میگیرند ، دنبال می شود .

اغتشاشات

در مبحث کیفیت توان ، اغتشاش همان انحراف موقتی از حالت دائمی شکل موج است که به علت خطاهای کوتاه مدت و یا تغییرات ناگهانی در سیستمهای قدرت ایجاد می شود . اغتشاشات براساس نظریه   I E C  شامل فرورفتگی و لتاژ ، قطعی های کوتاه مدت ، افزایش ولتاژ و گذرا های ضربه ای و نوسانی است .

فرورفتگی ولتاژ ( کاهش کوتاه مدت ولتاژ )

فرورفتگی ولتاژ ، به کاهش ناگهانی (بین 10% تا 90% ) ولتاژ در یک نقطه از سیستم الکتریکی گفته میشود که از نیم سیکل تا چند ثانیه طول می کشد ( شکل 1 1 ) . فرورفتگی هایی که دوام آنها کمتر از نیم سیکل است به صورت گذرا در نظر گرفته می شوند .

فرورفتگی ولتاژ ممکن است به علت عملیات کلید زنی ناشی از قطع شدن منبع تغذیه ، عبور جریان های بالا ناشی از راه اندازی بارهای موتوری بزرگ یا عبور جریان های خطا بوجود آید . این وقایع ممکن است ناشی از مشترکین یا خطا در شبکه برق باشد . دلیل اصلی فرورفتگی های لحظه ای ولتاژ ، احتمالاً بر خورد صاعقه می باشد .

فرورفتگیها بر حسب زمان در سه گروه دسته بندی می شوند : 4 سیکلی ( زمان تقریبی بر طرف شدن خطا ) ، 30 سیکلی ( زمان باز بست لحظه ای کلیدهای قدرت ) و 120 سیکلی ( زمان بازبست تأخیری کلید های قدرت ) . در اکثر مواردی که امروزه مشاهده می شوند اثر فرورفتگی ولتاژ بر تجهیزات بستگی به مقدار فرورفتگی ولتاژ و مدت زمان تداوم فرورفتگی دارد . مطالعات نشان میدهد که حدود %40 مواقع این کاهش ، به اندازه ای است که از میزان تحمل قابل قبول داده شده در استاندارد تجهیزات کامپیوتری بیشتر است . از دیگر تأثیرات ممکن میتوان به : خاموشی لامپ های تخلیه ، عملکرد نادرست ادوات کنترلی ، نوسان سرعت یا توقف موتورها ، فرمان قطع کنتاکتورها ، عدم کارکرد مناسب سیستم کامپیوتری یا خطا در کموتاسیون اینورتورها اشاره نمود . راه حل ممکن برای رفع فرورفتگی های ولتاژ استفاده از منابع قدر ت غیر قابل قطع یا بهبود دهنده توان می باشد .

قطعی های کوتاه مدت

قطعی کوتاه مدت را می‌توان به عنوان کمبود ولتاژی با دامنه 100% در نظر گرفت ( شکل 1 2 ) . دلایل وقوع این پدیده سوختن فیوز یا باز شدن کلیدهای قدرت و یا تأثیر یک قطعی در بخش بزرگی از سیستم است . به عنوان مثال : قطعی های منابع تغذیه به مدت چند سیکل ( در یک کارخانه شیشه سازی ) یا چند ثانیه ( در یک مرکز کامپیوتر ) ممکن است موجب صدها هزار دلار خسارت شود  حفاظت اصلی مصرف کننده در مقابل چنین اتفاقی نصب منابع قدرت غیر قابل قطع است .

برآمدگی ولتاژ ، افزایش ولتاژ کوتاه مدت

(تصاویر و فرمول ها در فایل اصلی موجود است)

بر آمدگی ولتاژ که در شکل 1 3 نشان داده شده است یک افزایش در مقدار موثر است که گاهی اوقات با فرورفتگی ولتاژ همراه است . برآمدگی ولتاژ معمولاً روی فازهای بدون خطای یک سیستم سه فاز ظاهر می شود و ناشی از خطای تک فاز در همان سیستم است . علت دیگر آن حذف بار می باشد که پس از آن ولتاژ بالا میرود . برآمدگی های ولتاژ می توانند کنترلرهای الکتریکی و راه اندازهای موتورهای الکتریکی را از کار بیندازد . به ویژه راه اندازها با قابلیت تنظیم سرعت که به دلیل سیستم حفاظت داخلی شان از کار می افتند . برآمدگی ولتاژ هم چنین بر قطعات ظریف کامپیوتر تاثیر نامناسب گذاشته و باعث کوتاه کردن طول عمر آنها میگردد راه حلهای ممکن برای محدود کردن این مشکل همانند آنچه که در مورد کمبودها عنوان شد استفاده از منابع قدر ت غیر قابل قطع و بهبود دهنده ها است .

گذراها

اختلالات با دوره زمانی کوتاه تر از بر آمدگیها و فرورفتگی ها در گروه گذراها د سته بندی می شوند این اختلالات به علت تغییرات ناگهانی در سیستم قدرت بوجود می آیند .

بر اساس مدت تداوم آنهاا، اضافه ولتاژهای گذرا را می توان به دو گروه موج کلیدزنی (بادوامی در رنج میلی ثانیه) و ضربه ( بادوامی در رنج میکرو ثانیه ) تقسیم نمود .

موجها ، پالسهای پرانرژی هستند که از اغتشاشات ناشی از کلیدزنی در سیستم قدرت بوجود میآیند و یا در نتیجه تشدید در مدارهایی که با عناصر کلیدزنی در ارتباط هستند بوجود می آیند . این موج‌های پالسی شکل به علت تغییر پله‌ای و ناگهانی بار نیز بوجود می‌آیند به ویژه ، کلیدزنی خازنی می تواند سبب تشدید شده و به اضافه ولتاژی که گاهی سه یا چهار برابر مقدار ولتاژ نامی است منجر گردد . چنین حالتی می تواند به آسیب ( خرابی ) ادوات و تجهیزات حفاظتی منجر شود . به طور خاص ،کنترلرهای الکترونیکی موتورهای صنعتی در برابر این گذراها حساس هستند .

(تصاویر و فرمول ها در فایل اصلی موجود است)

شکل 1 4 ایجاد کلیدزی نوسانی ناشی از بازشدن اولیه و همراه با باقی ماندن شارژ بر روی خازن تا جرقه بعدی را نشان می دهد . موج ضربه که در شکل 1 5 نشان داده شده است نتیجه بر خورد مستقیم یا غیر مستقیم صاعقه، قوس زدن ، شکست عایقی و غیره است .

حفاظت در مقابل موجهای گذرا و ضربه ها از طریق منحرف کننده های موج ضربه ، فاصله های هوایی در ولتاژهای بالا و دیود با رفتار شکست بهمنی در ولتاژهای پایین انجام می شود .

گذراهالی سریعتر با تداوم نانو ثانیه ناشی از دشارژهای الکترواستاتیکی ، دسته مهمی در استانداردهای E  M C هستند که بطود نرمال تحت عنوان کیفیت توان بررسی نمی شوند .

شکاف ولتاژ

شکاف یک گذرای دوره ای است که در هر سیکل بعلت اتصال کوتاه فاز به فاز و به سبب کموتاسیون در کانورترهای ac به dc  رخ می دهد . به علت پریودیک بودن، این اغتشاشات با طیف هارمونیکی شکل موج ولتاژ مشخص می شوند . لبه های تیز موجود در این اغتشاش ناشی از کلیدزنی است و شامل نوسانهای فرکانس بالایی  می شود که بر هماهنگی علیقی تاثیر می گذارد و می تواند . منجر به تداخلات تشعشعی شود . این اثر را می توان با اضافه کردن مدارات میراکننده ( اسنابر ) دردو سر ادوات کلیدزنی کاهش داد .

یک مثال از شکل موج ولتاژ خط ( با میرا سازی کامل ) در طرف ثانویه یک مبدل کانورتر شش پالسه در شکل 16 نشان داده شده که در آن u  پهنای شکاف و مطابق با هم پوشانی در شرایط کموتاسیون است .  شکاف در ولتاژ می تواند تجهیزات الکترونیکی را از کار انداخته و قطعات اندکتیودر مدارها را با توجه به نرخ بالای افزایش ولتاژ و نیزعبور از صفر اضافی ولتاژ اصلی از بین ببرد . بهر حال بیشتر فرکانس های بالا، شامل شکاف‌های ایجاد شده توسط تجهیزاتی که در محدوده کنترل شرکت‌های برق نیستند توسط ترانسفورماتورهای سرویس فیلتر می شوند ، و در نتیجه در خطوط M  V  پراکنده نمی‌شوند . در نتیجه اکثر مسائلی که با شکاف ها بوجود می آیند به تجهیزات مصرف کنندگان منحصر می شوند .

نا متعادلی

نامتعادلی مانند آنچه در شکل 1 7 نشان داده شده حالتی را بیان می کند که در آن دامنه و لتاژهای سه فاز منبع یکسان نبوده یا اختلاف فاز بین آنها 120 درجه الکتریکی نیست و یا هر دو این حالات بطور همزمان بوجود آیند .

درجه نامتعادلی ، معمولا بوسیله نسبت مقدار مولفه های توالی منفی و صفر به مولفه های توالی مثبت تعریف می شود . دلایل اصلی نامتعادلی ، بارهای تک فاز ( مانند راه آهن الکتریکی ) و خطوط انتقال هوایی غیر ترانسپوزه می باشد.

ماشینی که منبع ولتاژ تغذیه آن نامتعادل است ، جریان نامتعادلی چندین برابر نامتعادلی ولتاژ منبع خواهد کشید . در نتیجه ممکن است جریان های سه فاز بطور قابل ملاحظه ای فرق کرده و در نتیجه درجه حرارت ماشین بالا رود . موتورها و ژنراتورها به خصوص انواع بزرگ و گران قیمت آنها ، در برابر نا متعارلی زیاد محافظت میگردند . اگر نامتعادلی منبع زیاد باشد ، ممکن است حفاظت تک فاز به جریان های نامتعادل پاسخ داده و باعث قطع موتور از شبکه گردد .

کانورترهای چند فاز که در آنها ولتاژهای فاز ورودی در ایجاد شکل موج خروجی  d  c  به ترتیب مشارکت می کنند از منبع ولتاژ نامتعادل تأثیر می پذیرد و باعث ایجاد مولفه های ریپل نامطلوبی در طرف   c d  و هارمونیک های غیر مشخصه ای در طرف ac میشوند .

اعوجاج

معمولاً اعوجاج شکل موج با استفاده از مبحث هارمونیک مورد برررسی قرار میگیرد . هارمونیک ها ، ولتاژها و جریانهای سینوسی هستند که فرکانس های آنها مضارب صحیحی از فرکانس کار سیستم ( 50 تا 60 هرتز ) می باشند نمایش هارمونیک پنجم اعوجاج در شکل 1 8 نشان داده شده است . زمانی که فرکانس های این ولتاژها یا جریانها مضارب صحیحی از فرکانس اصلی نباشند به این شکل موجها هارمونیک های میانی گفته می شود . هر دو اعوجاج هارمونیکی و میان هارمونیکی معمولاً به علت وجود تجهیزاتی پدید می آیند که مشخصه ولتاژ یا جریان آنها غیر خطی می باشند .

بطور کلی تحهیزات اعوجاج ساز ، جریان های هارمونیکی تولید می کنند و موجب ایجاد ولتاژ هارمونیکی بر روی امپدانس شبکه می شوند . جریان های هارمونیکی با فرکانس مشابه ناشی از منابع مختلف به صورت برداری به یکدیگر اضافه می شوند .

در انگلستان ، هارمونیک پنجم در سیستم های ولتاژ بالا دارای پیک بالاتری نسبت به بقیه مرتبه ها می باشد و در بعضی مناطق اندازه آن بین 5 .2% تا 3% می باشد .