پایان نامه بررسي كيفيت برق در شبكه توزيع ايرانPower Quality

فصل اول: مفاهيم و تعاريف

• مقدمه

امروزه توجه شركت هاي برق منطقه ايي و مشتركين آنها به شكل روزافزوني به مسئله كيفيت توان يا كيفيت برق معطوف شده است. واژه كيفيت برق در كشورهاي صنعتي و در صنعت برق كاربرد فراواني پيدا كرده است مبحث فوق تعداد بسيار زيادي از اعوجاجهاي شبكه را پوشش مي دهد. موضوعاتي كه تحت مبحث كيفيت برق قرار مي گيرند لزوماً مفاهيم تازه اي نيستند، ليكن آنچه جديد است تلاش مهندسين براي جمع آوري اين مطالب و قرار دادن آنها در الگوهاي مشخص مي باشد. به عبارت ديگر نگاهي تازه به اعوجاجهاي موجود در سيستم هاي قدرت به منزله مطلب جديدي خود را نشان داده است كه كنكاش در آن يكي از مهمترين موارد در مطالعة اين سيستم ها به شمار مي آيد.

بطور كلي مي توان دلايل زير را براي توجه روزافزون به مبحث كيفيت برق ذكر نمود:

• تأكيد روزافزون بر بهبود راندمان كلي شبكه هاي قدرت، باعث استفاده از وسايلي از قبيل محركه هاي موتور با قابليت تنظيم سرعت و نيز خازنهاي موازي براي بهبود ضريب قدرت شده است. بكمك خازنهاي موازي ميزان تلفات شبكه كاهش مي يابد اما اين خازنها مشخصه امپدانس – فركانس شبكه را نيز تغيير مي دهند و باعث ايجاد پديده تشديد و در نتيجه تقويت اعوجاج بصورت گذرا و نيز افزايش سطح اعوجاج هارمونيكي در شبكه مي شوند. از سوي ديگر وسايل كنترل كننده سرعت موتورها، مقدار هارمونيك ها را در شبكه قدرت بالا برده و روي توانايي هاي سيستم تأثير مي گذارند. به عبارت ديگر كاربرد وسايل و تجهيزات جديد كه از نيازهاي مبرم يك سيستم قدرت مدرن است خود عامل بوجود آوردن مشكلات جديدي شده است كه نياز به بررسي تأثيرات متقابل اينگونه تجهيزات بر شبكه و شبكه بر اينگونه تجهيزات را لازم مي سازد.
• به دليل وجود شبكه مجتمع و به هم پيوسته، خرابي هر المان شبكه روي ديگر تجهيزات آن شبكه اثر نامطلوبي گذاشته و تبعات بعدي افزون تري را به همراه خواهد داشت. چون شبكه هاي قدرت، شبكه هاي وسيعي هستند كه به دلايل گوناگون از جمله كيفيت نامناسب برق، احتمال بروز اعوجاج در آنها وجود دارد، در نتيجه انتشار مشكلاتي ناشي از كيفيت نامناسب برق در يك شبكه بهم پيوسته در هر لحظه امكان خواهد داشت.
• حساسيت تجهيزات الكتريكي جديد نسبت به تغييرات كيفيت برق بيشتر شده است. بسياري از وسايل الكتريكي جديد از كنترل كننده هاي ميكرو پروسسوري و المانهاي الكترونيك قدرت استفاده مي كنند و اين تجهيزات به بسياري از انواع اعوجاجهاي موجود در شبكه قدرت حساس مي باشند. حساسيت اين تجهيزات الكتريكي به نوبه خودش به عملكرد نامناسب تجهيزات منجر خواهد شد.
• عدم وجود دستگاه هاي حفاظتي و هشدار دهنده مربوط به پايين بودن كيفيت برق نزد مشتركين و شركت هاي برق باعث مي شود كه هم مشتركين و هم شركت هاي برق به دليل معلوم نبودن حد و حدود دچار سوء تفاهم گردند.
• آگاهي نسبت به مسائل كيفيت برق نزد مشتركين بالا رفته است. موضوعاتي از قبيل قطع برق، پايين بودن ولتاژ و پديده هاي گذراي مربوط به كليدزني روز به روز مورد توجه مشتركين بيشتري قرار گرفته و شركت هاي برق را وادار مي سازد كه كيفيت برق تحويلي به مشتركين را بهتر سازند.
• دليل اصلي و نهايي توجه به كيفيت برق مسائل اقتصادي است. مسائل اقتصادي بر روي شركت هاي برق، مشتركين و توليد كننده هاي وسايل الكتريكي تأثير فراواني مي گذارند.

شركت هاي برق به دو دليل عمده به مشكلات فوق توجه نشان مي دهند. از سويي با رفع مشكلات ناشي از كيفيت نامطلوب برق، ميزان مشتركين آنها افزايش يافته و از سوي ديگر استفاده از وسايل الكترونيكي با راندمان بالا موجب كاهش قابل توجه سرمايه گذاري در مراكز توليد و پُست ها خواهد شد نكته جالب اينكه، تجهيزاتي كه براي افزايش بهره وري بكار مي روند، اغلب در اثر قطع برق بيش از دستگاه هاي ديگر صدمه ديده و گاهي اوقات خود منشاء مشكلات معروف به مسائل كيفيت برق مي گردند.

• تعريف كيفيت برق

در مراجع مختلف تعاريف كاملاً متفاوتي براي واژه كيفيت برق وجود دارد. براي مثال شركت هاي برق ممكن است واژه كيفيت برق را مترادف با كلمه عدم قطعي برق فرض نموده و با استفاده از آمارهاي موجود دهند كه ميزان قطعي بسيار كم بوده است. در عوض سازندگان وسايل الكترونيكي و الكتريكي ممكن است تعريف ديگري مانند اين تعريف «مشخصاتي از شبكه قدرت كه توانايي كاركرد مناسب را براي تجهيزات فراهم سازند» براي واژه كيفيت برق ارائه دهند. به هر حال نقطه نظر مشتركين در مسئله كيفيت برق بسيار اهميت داشته و از اولويت اول برخوردار است. بطور كلي تعريف زير را مي توان براي واژه كيفيت برق بكار گرفت.

«هرگونه تغيير در كميتهاي ولتاژ، جريان و فركانس كه سبب خرابي و يا عملكرد نادرست تجهيزات مصرف كننده گردد»

در مورد علل ايجاد كيفيت برق نظرات متفاوتي وجود دارد. مشتركين بيش از پرسنل شركت هاي برق تصور مي كنند كه علت عدم كيفيت عملكرد اشتباه شركت برق است. به هر حال بايد توجه داشت كه نتيجه بسياري از حوادث موجود در شبكه هاي قدرت تنها براي مشتركين ايجاد مشكل مي كند و هرگز در آمارهاي شركت هاي برق ثبت نمي گردد.

نمونه اي از اين مشكلات، مسئله كليدزني خازنها است كه براي شركت هاي برق امري عادي مي باشد ولي مي تواند موجب اضافه ولتاژ شده و بعضي تجهيزات مدرن را از مدار خارج كند.

نمونه ديگر وقوع اتصال كوتاه لحظه اي در شبكه مي باشد كه باعث كاهش ولتاژ مشتركين شده و ممكن است موجب قطع بعضي تجهيزات گردد اما شركت برق هيچ گونه نشانه اي مبني بر مشكل روي فيدر مربوطه نخواهد داشت.

در شبكه هاي قدرت ممكن است حوادثي پيش آيد كه در نرم افزارهاي كنترلي پيش بيني نشده باشد با توجه به مطالب گفته شده و توجه روزافزون مشتركين به مسئله كيفيت توان در مقابل شركت هاي برق مجبور به ارائه برنامه هاي بخصوصي خواهند شد.

از سوي ديگر در تجزيه و تحليل مسئله كيفيت توان بايد مسائل اقتصادي را نيز در نظر گرفت. ممكن است راه حل بهينه يك مسئله بدين صورت باشد كه حساسيت آن وسيله نسبت به مسئله كيفيت توان كاهش داده شود. سطح لازم كيفيت برق، سطحي است كه عملكرد مناسب تجهيزات را در تسهيلات بخصوص نتيجه دهد.

كيفيت برق مانند كيفيت ديگر اجناس بيان نمي شود بلكه استانداردهايي براي اندازه گيري ولتاژ و ديگر معيارهاي فني وجود دارد اما بايد توجه كرد كه مقدار نهايي كيفيت برق با توجه به نحوه عملكرد تجهيزات مشتركين مشخص خواهد شد.

• كيفيت ولتاژ

بطور كلي در يك سيستم قدرت تنها كيفيت ولتاژ را مي توان كنترل نمود و كنترل مناسبي بر روي جريانهاي بارهاي مختلف وجود ندارد لذا استانداردهاي موجود كشورهاي صنعتي در حوزه كيفيت برق عمدتاً حدود مجاز ولتاژ منبع را مشخص مي كنند. شبكه هاي برق جريان متناوب طوري طراحي مي شوند كه در يك ولتاژ سيونسي با فركانس و دامنه مشخص كار كنند. هرگونه انحراف قابل توجه در دامنه، فركانس و يا خلوص شكل موج يك مسئله كيفيت توان خواهد بود.

• رده بندي عمومي مسائل كيفيت توان

استاندارد IEC ، پديده هاي مختلف الكترومغناطيسي را به صورت نشان داده شده در جدول 1-1 به شش گروه تقسيم بندي نموده است.

تلاش گروه هاي مختلف در صنعت برق در زمينه مونيتورينك كيفيت توان تعدادي گروه را به استاندارد IEC افزوده است.

در نهايت جدول 1-2 رده بندي كلي مسائل كيفيت توان را نشان مي دهد. اين جدول اطلاعات مربوط به محتوي طيفي – طول دوره زماني و دامنه كاربرد را كه براي توصيف هر گروه لازم است ارائه مي دهد. اين گروه ها و مشخصات مربوط به آنها لازم هستند تا به كمك آنها بتوان نتايج اندازه گيري هاي مختلف را رده بندي نمود و پديده هاي الكترومغناطيسي كه باعث مسائل مرتبط با كيفيت برق مي شوند را توضيح داد.

جدول 1-1 گروه بندي پديده هاي اصلي كه موجب بروز اعوجاج الكترومغناطيسي در شبكه مي شوند مطابق استاندارد IEC

جدول 1-2 گروه بندي و مشخصات پديده هاي الكترومغناطيسي در شبكه قدرت

• گذرا

واژه گذرا مدتهاست كه در تحليل تغييرات شبكه قدرت بكار رفته تا يك حادثه غيرمطلوب اما لحظه اي را مشخص كند.

تعريفي كه عموماً براي واژه گذرا بكار مي رود به شكل زير است.

بخشي از تغييرات يك متغير كه در طي انتقال از يك شرايط ماندگار به حالت ماندگار ديگر از بين مي رود. مدت زمان يك گذرا بسيار كوتاه است. واژه ديگري كه اغلب بعنوان مترادف گذرا استفاده مي شود واژه موج ضربه اي است.

بطور كلي واژه گذرا را مي توان به دو گروه موج ضربه اي گذرا و موج نوساني گذرا تقسيم نمود.

1-5-1 موج ضربه اي گذرا

موج ضربه اي گذرا تغيير ناگهاني در شرايط ماندگار ولتاژ،‌ جريان و يا هر دو است كه فركانسي به غير از فركانس قدرت دارد و پلاريته آن تك جهته است.

به دليل وجود فركانسهاي بالا در يك موج ضربه اي، شكل موج آن به سرعت توسط پارامترهاي سيستم تغيير كرده و هنگاميكه از ديد قسمتهاي مختلف شبكه قدرت مشاهده مي شود ممكن است به طور عمده مشخصه هاي متفاوتي را از خود ارائه دهد.

موج ضربه اي گذرا مي تواند فركانسهاي طبيعي مدارهاي شبكه را تحريك نموده و موج نوساني گذرا پديد آورد.

1-5-2 موج نوساني گذرا

موج نوساني گذرا تغيير ناگهاني در شرايط ماندگار ولتاژ، جريان و يا هر دو است كه فركانسي غير از فركانس قدرت دارد و پلاريته آن هر دو مقدار مثبت و منفي را دارا مي باشد.

موج نوساني گذرا، موج ولتاژ و يا جرياني است كه پلاريته مقدار لحظه اي آن سريعاً تغيير مي كند.

• تغييرات بلندمدت ولتاژ

تغييرات بلندمدت ولتاژ هرگونه انحراف در مقدار مؤثر ولتاژ در فركانس نامي را براي زمان بيشتر از يك دقيقه شامل مي شود. بعبارت ديگر تغيير ولتاژي بلندمدت محسوب مي شود كه مقدار ولتاژ براي مدت بيشتر از يك دقيقه از حدود مجاز تجاوز كند.

تغييرات بلندمدت ولتاژ مي تواند بصورت اضافه ولتاژ و كاهش ولتاژ باشد و عموماً در اثر تغييرات بار شبكه مانند به مدار آوردن بارها و يا خارج ساختن منابع توليد ايجاد مي گردد.

1-6-1- اضافه ولتاژ بلندمدت

اضافه ولتاژ بلندمدت به افزايش در مقدار مؤثر ولتاژ و به ميزان بيش از پنج درصد، در فركانس نامي و براي مدت بيش از يك دقيقه گفته مي شود. از عوامل ايجاد اضافه ولتاژ بلندمدت مي توان به موارد زير اشاره نمود:

• از مدار خارج شدن يك بار بزرگ
• برق دار كردن يك بانك خازني
• عدم تنظيم ولتاژ مطلوب

قرار گرفتن يك ترانس در موقعيتي غير صحيح

فهرست مطالب

پایان نامه بررسي كيفيت برق در شبكه توزيع ايرانPower Quality