کیفیت توان در سیستم های قدرت

کیفیت توان یا کیفیت برق شاخه‌ای از مطالعات سیستم قدرت است که میزان تطابق الکتریسیته فعلی با الکتریسیته ایده‌آل را مطالعه می‌کند. برق ایده آل برای شبکه، برق سینوسی متعادل سه فاز (خالص، بدون اعوجاج) با فرکانس و دامنه مشخص و پایدار است. استانداردهای مختلفی برای اندازه گیری انطباق برق فعلی با الکتریسیته ایده آل وجود دارد که به استانداردهای کیفیت توان معروف هستند. در استانداردها بسته به هر یک از ویژگی های برق ایده آل، حدود مجازی انحراف مشخص شده است. اگر هر یک از مشخصات برق خارج از حد مجاز باشد، کیفیت برق کاهش می یابد. کیفیت توان پایین یعنی وضعیتی که برق موجود ما از شرایط مشخص شده در استاندارد فاصله گرفته باشد.

کیفیت توان

کیفیت توان در واحدهای صنعتی به عوامل مختلفی مرتبط است که برخی از آنها در اختیار صاحبان صنایع و برخی دیگر خارج از کنترل آنها است. عدم تعادل ولتاژ شبکه موردی است که خارج از کارخانه به سیستم برق اعمال میگردد و عملا قسمتی از آن در اختیار واحد صنعتی ما نبوده و ما هیچ اثری در تولید آن نداریم. میزان سرج و ترانزینت بر روی شبکه برق از جمله عوامل کاهش کیفیت برق است. مهمترین مزیت اجرای پروژه کیفیت توان، شناسایی کافی از شرایط موجود و مقایسه و تعیین وضعیت آن با شرایط بهینه قابل دستیابی و همچنین نشان دادن روش اجرای ارتقاء سیستم از شرایط موجود را به شرایط مطلوب برساند.

عوامل مؤثر بر کیفیت توان کدامند؟

هیچ منبع برق واقعا ایده آل نیست و ممکن است به دلایل زیادی مختل شود. هر چه انحراف بیشتر باشد، کیفیت توان کمتر است. مشکلات کیفیت توان دلایل مختلفی دارد. بعضی از مشکلات نتیجه زیرساخت های مشترک هستند. به عنوان مثال، یک خطا در شبکه می تواند منجر به افت شبکه شود و سایر مصرف کنندگان برق را تحت تأثیر قرار دهد. هر چه سطح خطا بالاتر باشد، مراکز بیشتری درگیر مشکل می شوند. مشکلاتی مانند هارمونیک در نقطه استفاده و در کاربر نهایی رخ می دهد. اما آنها می توانند کل شبکه و سایر مشترکین را تحت تاثیر قرار دهند. انحرافاتی که باعث کاهش راندمان توان می شوند عبارتند از:

🟣ولتاژ
🟣فرکانس
🟣شکل موج

گام های اساسی در دستیابی به کیفیت توان الکتریکی ایده آل

4 مرحله اساسی برای دستیابی به کیفیت توان مطلوب ضروری است:

1. اندازه گیری پارامترهای کیفیت توان (پارامترهای کیفیت برق) با استفاده از تجهیزات و سیستم های اندازه گیری و آنالیز کیفیت توان (آنالایزرهای قدرت، مانیتورینگ توان)، دقت کافی، برد دائمی و گسترده در تمامی نقاط حساس و کلیه تجهیزات مهم شبکه. این اولین قدم در این حرفه است.

2. در مرحله دوم اندازه گیری ها با شاخص های موجود در استانداردهای کیفیت برق مقایسه شده و مجاز و غیرمجاز مشخص می شود و گزارش کیفیت توان گرفته می شود. بر اساس این گزارش، نقاط ضعف شبکه یا تجهیزات بازرسی شده از نظر کیفیت توان شناسایی شده است.

3. گام سوم، حل مشکلات و پیشنهاد راه حل برای اصلاح عیوب و بهبود شاخص های کیفیت توان است.

4. در نهایت مرحله چهارم اجرای راهکارهای پیشنهادی شامل هرگونه تغییر در شبکه یا تجهیز یا افزودن عناصر جبرانی و بهبود دهنده است.

استانداردهای مختلفی برای اندازه گیری کیفیت توان وجود دارد. در استاندارد صنعت برق ایران مبحث 13 به موضوع خصوصیات و خصوصیات برق (کیفیت الکتریسیته) می پردازد و برای هر مشخصه کیفی برق، حدود استاندارد مربوط به سطح ولتاژ و جریان ارائه شده است. اما مهمترین استانداردهای بین المللی کیفیت برق که برخی از آنها مرجع استاندارد صنعت برق ایران می باشند عبارتند از IEC61000, EN50160, IEEE1159.

ابزار اندازه گیری کیفیت برق

ابزارهای مختلفی برای اندازه گیری و تجزیه و تحلیل کیفیت توان وجود دارد که هر کدام هدف خاصی دارند. آنالایزرهای کیفیت توان (پاورآنالایزرها) ابزارهایی هستند که معمولاً برای بررسی قرائت های اینترنتی و جمع آوری داده ها در مورد بارگیری با سرعت بالا از رایانه استفاده می شوند. اختلالات برق اغلب غیرقابل پیش‌بینی است و فقط می‌تواند با سرمایه کیفیت توان (PQM) که طی روزها، هفته‌ها یا ماه‌ها تنظیم شده است، محاسبه شود. چرخه زمانی است که طول می کشد تا یک شکل موج از خط صفر به یک قله مثبت، یک قله منفی و سپس به صفر برگردد. کنتورهای کیفیت توان می توانند دستگاه های بسیار سریعی باشند که برای ثبت رویدادها تا سطح زیر چرخه طراحی شده اند. نوع متری که نصب می کنید به داده هایی که می خواهید اندازه گیری کنید بستگی دارد، اما برخی از آنالایزرهای قدرت می توانند اکثر پارامترهای کیفیت توان را به طور همزمان اندازه گیری و ثبت کنند و نیازی به نصب چندین دستگاه را از بین ببرند.

سخن پایانی

هرگونه عدم تعادل فاز در یک سیستم سه فاز، اعوجاج شکل موج ولتاژ و جریان، تغییر در محدوده ولتاژ و تغییرات فرکانس، انواع وقفه ها، تغییرات و اختلالات در پایداری منبع تغذیه به معنای کاهش کیفیت برق است. هر رویدادی که نشان دهنده تغییر در یکی از مشخصه های استاندارد برق باشد و از حد مجاز فراتر رود، به عنوان یک پدیده کیفیت توان شناخته می شود. کیفیت توان یکی از چالش برانگیزترین مشکلات روز است که عملکرد صحیح دستگاه ها و حتی سازمان ها را به طور قابل توجهی تحت تاثیر قرار می دهد. با شناخت صحیح عوامل موثر بر کیفیت توان و استفاده از راهکارهای مناسب برای رفع آنها می توان از خسارات مالی زیادی جلوگیری کرد.