توضیحات
فصل دوم
راهبردهاي نيازهاي كلي
2- 1 مقدمه
درحالی‌که استفاده‌کنندگان از نيروي برق انتظار دارند كه اين نيرو همواره تداوم داشته و تمامي اجزاي آن از قبيل فركانس، ولتاژ و مانند آن كامل و در بهترين شرايط باشد، ليكن در عمل اين امر به علل مختلف خارج از كنترل شرکت‌های برق منطقه‌ای است و امکان‌پذیر نمی‌باشد. عوامل انساني مانند تصادم اتومبیل‌ها با تيرهاي برق و نيز عوامل طبيعي مانند باد، باران، طوفان و زلزله نيز ممكن است باعث اختلال يا قطع برق شود.
اگرچه سیستم‌های کابل‌کشی زيرزميني كمتر ممكن است تحت تأثیر مخاطرات جوي و طبيعي قرار گیرد و گرچه این‌گونه سیستم‌ها داراي افت كمتري است ليكن در صورت وقوع هرگونه قطعي برق زمان بيشتري براي تعيين محل آن و انجام تعميرات لازم موردنیاز خواهد بود.
عملكرد لوازم حفاظتي می‌تواند سبب اختلالات منبع تغذيه شود. به‌عنوان‌مثال، براي عملكرد لوازم حفاظت در برابر اضافه جريان و اتصال كوتاه، جريان زيادي بايد در مدار به وجود آيد كه طبعاً باعث افت ولتاژ خط می‌شود.
همچنين لوازمي كه براي حفاظت خط در برابر آذرخش باز و بسته می‌شود نيز سبب ايجاد قطعي لحظه‌ای (وقفه) می‌گردد.
2- 2 روش‌های كنترل اختلالات منابع تغذيه
بررسي و اندازه‌گیری اختلالات نيرو مستلزم استفاده از لوازم و وسايل ویژه‌ای است كه اندازه و طول زمان این‌گونه اختلالات را بتواند با سرعت پاسخ بسيار بالا اندازه‌گیری و ثبت نمايد. این‌گونه اختلالات برحسب مناطق جغرافيايي و فصلي نيز بايد موردتوجه قرار گيرد.
در فهرست زير روش‌هایی كه با استفاده از آن می‌توان اختلالات منبع تغذيه برق را تا حدود قابل‌قبولي كاهش داده و يا حتي حذف نمود، ارائه‌شده است:
- اصلاح طرح تجهيزات كاربردي به‌گونه‌ای كه به اختلالات و قطع نيرو تأثیرناپذیر باشد.
- اصلاح سيستم توزيع نيروي اوليه به‌گونه‌ای كه با تجهيزات كاربردي سازگار باشد.
- اصلاح هر دو سيستم به‌گونه‌ای كه ضوابط براي هر دو واقع‌بینانه باشد.
- استقرار يك سيستم تغذيه برق مداوم بين سيستم نيروي اوليه و تجهيزات كاربردي، كه به‌عنوان ميانگير نسبت به تغييرات لحظه‌ای خارجي عمل می‌کند، اما بسته به طراحي، ممكن است ميزان اختلالات ناشي از بار را افزايش دهد.
2- 3 انواع اختلالات نيروي برق متناوب
در بررسي اختلالات نيروي برق متناوب موارد زير بايد موردتوجه قرار گيرد:
1-3-2 تقریباً هر انحراف قابل‌ملاحظه از پارامترهاي نيروي برق عادي ممكن است سـبب ايجـاد مـشكل بـراي برخی تجهیزات الكترونيكي شود. انحراف‌های ثابت يا كند از طيف طراحي ولتاژ يا فركانس خط محـصول می‌تواند بر سرعت گردش موتورها و بر نيرو و سرعت كارانـدازها(actuators) و تبـديل ولتـاژ متنـاوب بـه ولتـاژ مستقیم تنظیم‌شده براي كار مدارهاي الكترونيك مؤثر واقع شود.
2-3-2 اختلالات نيروي برق متناوب شامل انحراف در يك يا چند مورد از زمینه‌های زير می‌باشد:
الف ـ ولتاژ
1- مقادير حالت ثابت متوسط كند (steady state values)، شامل عدم موازنه
2- قطعی‌ها و وقفه‌ها
3- ضربه‌ها و افت ولتاژ (surges ξsags)
4- ضربه‌هاي الكتريكي و نويز(impulsesξ noise)
يادآوري: واژه ناپايداري (transient) در موارد و 3 4 به‌سختی قابل‌اعمال است.
ب ـ شكل موج پ ـ فركانس ت ـ ارتباطات فازي
3-3-2 اغلب انحراف‌ها در ولتاژ حالت ثابت به سبب افت ولتاژ در خطوط نيرو، ترانسفورماتورها و فيوزها براثر افزايش بار ايجاد می‌شود. هنگامی‌که گام ولتاژ اصلاحي به‌وسیله تپ چنجر يا افزايش و حذف خازن‌ها ايجاد می‌شود، ناپايداري به وجود می‌آید. به‌علاوه، روند تغييري كه شرايط افت ولتاژ را به علت افزايش بار جبران می‌نماید بايد متعاقباً هنگام كاهش بار معكوس شود، زيرا در غير اين صورت اضافه ولتاژ حاصل می‌شود. ولتاژ معمولاً به‌صورت تدريجي و در گام‌های كوچك تغيير می‌کند، ليكن گاهي اوقات نيز گام‌های بزرگ ممكن است رخ دهد.
4-3-2 بدترين شرايط انحراف ولتاژ در حالت ثابت در مواردي است كه مجموع بار به ظرفيت توليد يا توزيع نيرو نزديك شده يا از آن تجاوز كند. در این‌گونه موارد عليرغم مدت‌زمان كوتاه اضافه‌بار، ضرورت دارد كه در هنگام اوج بار، ريزش بار مدنظر قرار گيرد. مواردي از اين نوع شامل هنگامي است كه براثر امواج حرارتي جوي، بار سيستم تهويه به بارهاي عادي اضافه شود. در این‌گونه موارد ممكن است نه‌تنها افت ولتاژ شديد بين منبع نيرو و بار وجود داشته باشد بلكه يك كاهش ولتاژ برنامه‌ریزی‌شده نيز ممكن است پیش‌بینی‌شده باشد. اين كاهش ولتاژ بران اوت (brownout) ناميده می‌شود. با كاهش،3 5 يا حتي 8 درصد در نقاطي كه ولتاژ معمولي است، می‌تواند سبب يك كاهش اضافي برابر با تا 5 10 درصد در نقاط بار شود.
معمول‌ترین نوع حفاظت در برابر بران اوت استفاده از برخي انواع تنظيم ولتاژ، ترجیحاً نوعي است كه با امپدانس داخلي كم و زمان پاسخ سريع می‌باشد، كه براي اجتناب از اختلالات ناشي از تغييرات بار و تنظيم بار فاز به كار می‌رود.
در مواردي كه بران اوت برنامه‌ریزی‌شده نمی‌تواند اضافه‌بار سيستم نيرو را جبران نموده و تغذيه انرژي با ولتاژ کاهش‌یافته به‌تمامی كاربران ادامه يابد، ديگر راه باقی‌مانده، خاموشي به‌صورت دوراني است كه خاموشي گردشي (rolling blackout) ناميده می‌شود.
5-3-2 بارگذاري نابرابر خطوط چند فاز يا خطوط یک‌فاز سه سيمه اغلب علت نا موازنه ولتاژ است. لوازم كنترل ولتاژ عموماً متوسط ولتاژ را كنترل می‌کند و گاهي فقط ولتاژ یک‌فاز را تنظيم می‌کند با اين فرض كه فازهاي ديگر برابر آن خواهد بود. بهترين اقدام اصلاحي براي تنظيم ولتاژ خطوط موازنه بار بين فازها است. هرچند، منابع نيرو با امپدانس داخلي بالا براي توزيع مساوي بار و جلوگيري از نا موازنه ولتاژ اضافي حائز اهميت بيشتري است. براي رفع توزيع نابرابر بارگذاري فازها انتخاب سیم‌پیچ اوليه بااتصال مثلثي و سیم‌پیچ ثانويه بااتصال ستاره نسبت به ورودي و خروجي ستاره چهارسيمه ترجيح دارد.
6-3-2 تأسیسات كامپيوتري بزرگ كه معمولاً مجهز به سامانه برق بدون وقفه (UPS) براي مدت حداقل تا 5 15 دقيقه می‌باشد، در صورت تداوم قطعي برق عادي براي تغذيه كامپيوتر و ديگر سیستم‌های موردنیاز در ساختمان مانند تهويه مطبوع و شارژ باتری‌های ذخیره‌ای نيز نياز به نيروي برق پشتيبان دارد. در این‌گونه موارد موتور ـ ژنراتورهاي ديزل يا توربين ـ ژنراتورهاي گازي می‌تواند اين نوع نيازها را برآورده نمايد.
7-3-2 انحراف‌هاي غيردايم در ولتاژ و فركانس خط نيروي برق عادي به‌عنوان اختلال طبقه‌بندی می‌شود. این‌گونه اختلالات شامل ضربه، نويز (نوفه)، ناپايداري و حتي تغييرات فركانس و نوسانات ناگهاني فاز در زمان عمليات هم‌زمانی می‌شود. اگرچه انحرافات فركانس و فاز هنگام کلید زنی بارهاي بزرگ بندرت رخ می‌دهد ليكن این‌گونه تغييرات در مورد منابع نيروي مستقل و كوچك در هنگام هم‌زمانی و كليد زني بار از يك منبع به منبع ديگر غالباً پيش می‌آید.
8-3-2 اختلالات کوتاه‌مدت
اغلب اختلالات سيستم نيرو داراي زمان كوتاهي است. بررسی‌های انجام‌شده نشان می‌دهد كه 90 درصد این‌گونه اختلالات در كمتر از يك ثانيه رخ می‌دهد. اختلالات ولتاژي كه بيش از يك سيكل تداوم می‌یابد معمولاً برحسب مقدار مؤثر (rms) آن بيان می‌شود و درصورتی‌که كمتر از يك سيكل باشد برحسب مقدار پيك اصلي آن بيان می‌شود. دسته‌بندی اختلالات برحسب طول زمان، شرح و علل آن دربندهای 1-8-3-2 تا 8-3-2- 3 ارائه‌شده است:
1-8-3-2 اختلالات كمتر از يك سيكل ـ ناپايداري
ناپایداری‌ها از تمامي انواع اختلالات ناشي می‌شود. شديدترين اختلالات كمتر از يك سيكل عبارت‌اند از آذرخش طبيعي، تخليه الكتروستاتيك، کلید زنی بار و خطاهاي کوتاه‌مدت.
2-8-3-2 اختلالات از نيم سيكل تا چند ثانيه ـ افت يا خيز (sag or swell)
خيز ولتاژ (افزايش ولتاژ) يا افت آن (كاهش ولتاژ) معمولاً از خطاهای سيستم ناشي می‌شود كه با باز شدن متعاقب فيوز و باز و بسته شدن كليد تند کار قطع مدار همراه است. در فازهاي باردار افت ولتاژ و در فازهاي بدون بار خيز ولتاژ رخ می‌دهد.
3-8-3-2 اختلالات بيش از چند ثانيه ـ اضافه ولتاژ يا ولتاژ كم (overvoltage or undervoltage)
اضافه ولتاژ يا ولتاژ كم، كه معمولاً به علت خطاهاي شديد همراه با از دست رفتن 50 تا 100 درصد ولتاژ در يك يا چند فاز رخ می‌دهد، اغلب باعث قطع ولتاژ در برخي مدارها و گاهي هر سه فاز می‌شود. این‌گونه اختلالات ممكن است درنتیجه سقوط يك تير برق يا برخورد درخت يا جرثقيل با خطوط انتقال برق، يا قفل شدن يك كليد قطع كننده مدار و يا قطع يك فيوز خط رخ دهد.
9-3-2 اختلالات فركانس
در سیستم‌های نيروي بزرگ تغييرات فركانس بندرت رخ می‌دهد، ليكن در موتور ـ ژنراتورهاي كوچك كه براي تغذيه برق اضطراري به كار می‌رود، هنگام كليد زني مجموعه‌های بار تغييرات فركانس اجتناب‌ناپذیر است.
این‌گونه اختلالات را ممكن است با استفاده از گاورنرهاي هم‌زمانی مدرن (synchronous governors) به كمتر از 5 درصد و مدت آن را به كمتر از 5 ثانيه تقليل داد.
