مشخصات فنی عمومی و اجرایی تاسیسات برقی ساختمان : ضابطه شماره 110 جلد 1 | ۴-۱۱- کیفیت توان

۱-۴-۱۱- کلیات 

واژه کیفیت برق که مشخصات و خصوصیات انرژی الکتریکی را مشخص می کند تعداد بسیار زیادی از اعوجاج های موجود در شبکه برق را پوشش می دهد. بطور کلی حساسیت تجهیزات الکتریکی مدرن مانند کنترل کننده های میکروپروسسوری، درایو کنترل سرعت و مانند آن اهمیت ویژه مبحث کیفیت توان را نمایان می سازد. 

۲-۴-۱۱- پدیده های موثر در کیفیت برق 

۱-۲-۴-۱۱- نوسان ولتاژ 

نوسان ولتاژ اغلب خود را به صورت سوسو زدن لامپ ها نشان می دهد. از عوامل اصلی ایجاد این مشکل بارهای صنعتی، ماشین های جوشکاری، کارخانه نورد آهن و کوره های قوس الکتریکی است. نوسان ولتاژ می تواند نور خروجی لامپ های رشته ای را به مقدار زیادی کاهش دهد. ولی در مورد نور لامپ های تخلیه در گاز تاثیر کمتری از خود نشان می دهد. علاوه بر این نوسان ولتاژ می تواند روی گیرنده های تلویزیونی، وسایل کنترل الکترونیکی و کامپیوترهای شخصی نیز تاثیر بگذارد. 

۲-۲-۴-۱۱- هارمونیک ها 

هارمونیک ها، ولتاژها یا جریان های سینوسی هستند که فرکانس آنها مضربی صحیح از فرکانس نامی شبکه است. هارمونیک ها به دلیل وجود مشخصه غیر خطی بارها ایجاد می شود. سطح اعوجاج هارمونیکی توسط طیف کامل هارمونیکی شکل موج توصیف شده که در آن هر مولفه هارمونیکی به شکل مجزا با دامنه و زاویه فاز خود مشخص می شود. جریان های هارمونیکی تزریق شده به شبکه قدرت می تواند سبب بروز اضافه حرارت در تجهیزات، ترانسفورماتورها و هادی های حامل جریان و در نتیجه عملکرد نامناسب وسایل حفاظتی شود. این اعوجاج ها در صورت ایجاد تشدید هارمونیکی ممکن است موجب خرابی و صدمه دیدن تجهیزات مصرف کننده و همچنین شبکه توزیع شود. 

۳-۲-۴-۱۱- هارمونیک های میانی 

هارمونیک های میانی، ولتاژها یا جریانهای سینوسی هستند که فرکانس آن ها مضرب صحیحی از فرکانس اصلی نیست. هارمونیک های میانی می توانند در شبکه های با سطوح مختلف ولتاژ ظاهر شوند. منبع اصلی تولید این نوع هارمونیک مبدل های فرکانسی، برخی یکسو کننده ها، موتورهای القایی و کوره های القایی هستند. هارمونیک های میانی در گیرنده های ریپل کنترل تاثیر نامناسبی می گذارند و همچنین اثراتی در موتورهای القایی و کوره های قوس الکتریکی دارند. 

۴-۲-۴-۱۱- عدم تعادل ولتاژ 

عدم تعادل ولتاژ به شرایطی اطلاق می شود که مقادیر ولتاژ سه فاز با یکدیگر متفاوت بوده و یا اختلاف زاویه ۱۲۰ درجه بین فازها وجود نداشته باشد. درصد عدم تعادل ولتاژ با نسبت اندازه مولفه توالی صفر ولتاژ به اندازه مولفه توالی مثبت آن مشخص می شود. علت اصلی ایجاد عدم تعادل ولتاژ، وجود بارهای تک فاز در شبکه و توزیع غیر یکنواخت آن ها روی سه فاز است. عدم تعادل ولتاژ می تواند تاثیر قابل ملاحظه ای در ژنراتورها به وجود آورد و اثرات حرارتی نامناسبی را روی برخی تجهیزات شبکه توزیع و مصرف کننده ایجاد کند که ممکن است باعث صدمه دیدن این تجهیزات شود. 

۵-۲-۴-۱۱- تغییرات بلند مدت ولتاژ 

تغییرات بلند مدت ولتاژ به هرگونه انحراف در مقدار موثر ولتاژ در فرکانس نامی اطلاق می شود که برای مدت زمان بیش تر از یک دقیقه ادامه داشته باشد. تغییرات بلند مدت ولتاژ می تواند به صورت اضافه ولتاژ، کاهش ولتاژ و قطعی بلند مدت با دوام رخ دهد. 

اضافه ولتاژ بلند مدت ممکن است سبب خرابی تجهیزات مخصوصاً تجهیزات الکترونیکی شده و باعث کاهش طول عمر کابل ها، شینه، کلید، ماشین های گردان، لامپ ها و خازن ها شود. اضافه ولتاژ بلند مدت ممکن است در مورد برخی رله های حفاظتی عملکرد ناخواسته ای را به دنبال داشته باشد. 

کاهش ولتاژ بلند مدت می تواند موجب عملکرد نادرست تجهیزات شود. کنترل کننده های موتورها ممکن است تحت این شرایط از کار بیفتد. کاهش ولتاژ بلند مدت می تواند در موتورهای القایی تلفات گرمایی را افزایش دهد. همچنین سرعت این موتورها نیز در اثر این شرایط تغییر می کند. وسایل الکترونیکی ممکن است در طی شرایط کاهش ولتاژ از مدار خارج شود. کاهش ولتاژ موجب کم شدن توان راکتیو خروجی در بانک های خازنی می شود. همچنین این شرایط روی سیستم های روشنایی نیز تاثیر خواهد گذاشت. 

قطعی های بلند مدت (بادوام) می توانند به علل مختلف به وجود آید. یکی از این علت ها می تواند ناشی از قطع کلیدها، سوختن فیوزها و غیره باشد. قطعی با دوام باعث خروج بار از مدار می شود. البته این نوع قطعی روی تجهیزاتی که با UPS و یا وسایل ذخیره کننده انرژی محافظت می شود تاثیری نخواهد گذاشت. 

۶-۲-۴-۱۱- تغییرات کوتاه مدت ولتاژ 

تغییرات کوتاه مدت ولتاژ به هر گونه انحراف در مقدار موثر ولتاژ در فرکانس نامی اطلاق می شود که برای مدت یک دقیقه و یا کمتر باشد. تغییرات کوتاه مدت ولتاژ می تواند به صورت افتادگی ولتاژ برآمدگی ولتاژ و یا از دست رفتن کامل آن (قطعی کوتاه مدت) رخ دهد. 

برآمدگی ولتاژ افزایشی در ولتاژ موثر به اندازه ۱۰ تا ۸۰ درصد در فرکانس نامی بوده که مدت تداوم آن از ۱۰ میلی ثانیه (نیم سیکل) تا یک دقیقه باشد. 

برآمدگی ولتاژ ممکن است سبب خرابی برخی تجهیزات از جمله وسایل الکترونیکی درایو تنظیم سرعت موتور الکتریکی کامپیوترهای شخصی و کنترل کننده های الکترونیکی شود. از طرف دیگر برآمدگی ولتاژ ممکن است روی عملکرد برخی از رله های حفاظتی نیز تاثیر بگذارد. 

افتادگی ولتاژ کاهشی در ولتاژ موثر به اندازه ۱۰ تا ۹۰ درصد در فرکانس نامی است که برای مدت زمانی از ۱۰ میلی ثانیه (نیم سیکل) تا یک دقیقه تداوم یابد افتادگی ولتاژ را می توان با دو پارامتر دامنه و مدت زمان وقوع مشخص نمود. افتادگی ولتاژ موجب خروج از مدار برخی تجهیزات می شود افتادگی ولتاژ ممکن است توسط کنترل کننده های تجهیزات حساس تشخیص داده شده و قطع این وسایل را به دنبال داشته باشد. 

در طی وقوع افتادگی ولتاژ سرعت ماشین های القایی کمی کاهش می یابد. همچنین توان راکتیو بانک های خازنی کم می شود و روشنایی لامپ ها نیز کاهش می یابد که با چشم قابل مشاهده است. 

۷-۲-۴-۱۱- تغییرات فرکانس 

هنگامی که تعادل بین بار مصرفی و مقدار تولید تغییر کند فرکانس شبکه تغییر می یابد. اندازه تغییر فرکانس و مدت زمان این تغییر بستگی به مشخصه بار و پاسخ سیستم کنترل در نیروگاه ها دارد تغییرات فرکانس ممکن است باعث صدمه دیدن ژنراتور و توربین شود. 

۸-۲-۴-۱۱- حالات گذرا 

حالت های گذرا به تغییرات بسیار سریع ولتاژ و جریان که مدت تداوم آنها کمتر از ۱۰ میلی ثانیه (نیم سیکل) است اطلاق می شود حالت های گذرا به علت صاعقه و کلیدزنی به وجود می آید و می تواند روی عایق تجهیزات تاثیر بگذارد. دامنه های بالا و شیب سریع حالات گذرا ممکن است منجر به پدیده شکست عایقی در تجهیزات الکتریکی از قبیل ماشین های گردان، ترانسفورماتورها، خازن ها، کابل ها و ترانسفورماتورهای جریان و ولتاژ شود. تکرار اعمال حالت های گذرا با دامنه های کم تر نیز ممکن است سبب کم شدن طول عمر و خرابی عایق شود حالات گذرا همچنین می تواند باعث اشکال در تجهیزات الکترونیکی و یا قطع ناخواسته تجهیزات مدرن مانند درایو کنترل سرعت موتور الکتریکی شود. 

۳-۴-۱۱- اندازه گیری کیفیت توان 

به منظور بهره برداری صحیح از تاسیسات الکتریکی اندازه گیری شاخص های اصلی منبع تغذیه مانند ولتاژ، جریان، فرکانس، توان اکتیو و غیره به عنوان حداقل ملزومات باید در نظر گرفته شود. برخی از پدیده های الکتریکی ممکن است اثرات نامطلوبی بر روی تجهیزات الکتریکی و عملکرد آن بگذارد که باید با اندازه گیری و پایش صحیح این شاخص ها از بروز خسارت و همچنین کاهش قابلیت اطمینان شبکه تاسیسات الکتریکی جلوگیری نمود. 

برخی مشکلات ناشی از کیفیت پایین توان الکتریکی و اثرات آن بر روی بهره وری انرژی و عملکرد تجهیزات در جدول (۱-۱۱) معرفی شده است.

۱-۳-۴-۱۱- تجهیزات اندازه گیری و پایش کیفیت توان 

امروزه با گسترش استفاده از تجهیزات دیجیتالی مدرن در حوزه اندازه گیری شاخص های مختلف کیفیت توان الکتریکی، علاوه بر افزایش دقت اندازه گیری قابلیت های مهم دیگری از جمله دسترسی محلی و از راه دور ثبت، تجزیه و تحلیل دوره ای شاخص ها به سادگی در دسترس است. 

مشخصات فنی تجهیزات اندازه گیری و پایش کیفیت توان می بایست مطابق با استانداردهای ذکر شده در بند ۱۱-۳-۱ باشد. 

شاخص های قابل اندازه گیری میتواند شامل موارد زیر باشد : 

    • انرژی اکتیو (مطابق با دسته بندی ذکر شده در استانداردهای IEC 62053-21 و IEC 62053-22) 

    • انرژی راکتیو (مطابق با دسته بندی ذکر شده در استاندارد IEC 62053-23)  

    • انرژی ظاهری 

    • توان اکتیو، راکتیو و ظاهری 

    • فرکانس 

    • مقدار موثر جریان فاز و خنثی 

    • مقدار موثر ولتاژ 

    • ضریب قدرت

    • برآمدگی و افتادگی ولتاژ 

    • اختلال های ولتاژی 

    • عدم تعادل ولتاژ 

    • اعوجاج و هارمونیک ولتاژ 

    • اعوجاج و هارمونیک جریان 

    • مقادیر بیشینه کمینه پیک و متوسط دیماند 

۴-۴-۱۱- حدود مجاز 

حدود مجاز شاخص های مختلف کیفیت توان باید مطابق با الزامات و حدود مشخص شده در استانداردهای معرفی شده در بند ۱۱-۳-۱ رعایت شود. 

۱-۴-۴-۱۱- حدود مجاز هارمونیک ها 

حدود قابل پذیرش هارمونیک های بلند مدت (بیش از ۱۰ دقیقه) در سیستم فشار ضعیف مطابق با استاندارد 2-2-61000 IEC تعیین و بخشی از آن در جدول (۱۱-۲) ارایه شده است. 

۲-۴-۴-۱۱- حدود مجاز تغییرات بلند مدت ولتاژ 

در شبکه ایران سطوح نامی ولتاژ مطابق جدول (۱۱-۳) است. 

با توجه به تاثیر تغییرات ولتاژ در بهره برداری و ایمنی شبکه محدوده های ولتاژی زیر تعریف میشود. 

    الف) ولتاژ عادی افزایش تا ۲% و یا کاهش تا ۲% ولتاژ نامی 

    ب) ولتاژ غیر عادی افزایش تا ۵% و یا کاهش تا ۱۰% ولتاژ نامی 

    پ) ولتاژ غیر قابل تحمل افزایش بیش از ۵% و با کاهش بیش از ۱۰%

موارد الف و ب حدود مجاز تغییرات بلند مدت ولتاژ است. 

۳-۴-۴-۱۱- حدود مجاز فرکانس 

در تمام سطوح ولتاژی میزان تغییرات فرکانس در حالت نرمال باید در محدوده 0/3± هرتز باشد. 

۴-۴-۴-۱۱- حدود مجاز فلیکر 

دلیل اصلی محدود کردن تغییرات ولتاژ تاثیر نامطلوبی است که فلیکر روی چشم انسان ایجاد می کند. نحوه محاسبه یا اندازه گیری فلیکر و همچنین حدود مجاز فلیکر در سیستم فشار ضعیف مطابق با استاندارد ملی ایران به شماره ۴-۶۳۷۵ تعیین شده است و شاخص کوتاه مدت فلیکر (Pst) نباید بزرگ تر از ۱ باشد. 

دستگاه اندازه گیری فلیکر باید با الزامات معرفی شده در استاندارد 15-4-61000 IEC مطابقت داشته باشد.