پایان نامه اثر نوسانات ولتاژ بر دستگاههاي الكتريكي و روشهاي اصلاح آن
چكيده:
يكي از شرايط اساسي در يك شبكه توزيع تنظيم ولتاژ در محدوده مجاز است كه جهت كاركرد صحيح وسايل الكتريكي بسيار مهم مي باشد. بطوري كه تغييرات مداوم ولتاژ با كم يا زيادتر شدن آن از حد مجاز بر روي دستگاههاي الكتريكي اثرات مخربي خواهد داشت. يك سيستم توزيع كه از ابتداي فيدر 20 كيلوولت شروع مي شود و به كنتور مصرف كننده ها ختم مي شود، داراي اجزاء متفاوتی از مقاومتهاي اهمي و سلفي مي باشند و در نتيجه عبور جريان بار از اجزاء شبكه توزيع افت ولتاژ ايجاد مي شود. ميزان افت ولتاژ به جريان بار، ضريب قدرت بار، جنس و سطح مقطع هاديها، طول خطوط و امپدانس ترانسهاي توزيع بستگي دارد. اساس تنظيم ولتاژ بر مبناي فراهم آوردن يك ولتاژ مجاز براي تمامي مشتريكن در شرايط باري مختلف مي باشد. بطور كه بتوان با راه حلهاي ساده و اقتصادي ولتاژ مصرف كننده ها از اولين تا آخرين آنها در موارد كم باري و پيك بار در حدود مجاز نگه داشت.
اين مقاله داراي دو بخش مي باشد كه در بخش اول اثرات كاهش يا ازدياد ولتاژ بر وسايل الكتريكي مختلف و در بخش دوم روشهاي معمول تنظيم ولتار مورد تأكيد بررسي بيشتر قرار مي گيرند.
1-1- اثر تغييرات ولتاژ بر عملكرد وسايل الكتريكي:
هر گاه ولتاژ يك دستگاه برقي از مقداري كه روي پلاك دستگاه نوشته شده يا ولتاژ نامي آن دستگاه متفاوت گردد. اين تغيير در مشخص كار و طول عمر دستگاه اثر مي گذارد. مقدار اين اثر گذاري بستگي به نوع دستگاه الكتريكي و كيفيت ساخت دستگاه و مقدار تغييرات ولتاژ از مقدار ولتاژ نامي دارد. استانداردهاي مختلف نظير IEC تلرانس مجاز براي دستگاههاي مختلف الكتريكي را تعيين مي كنند. در اين قسمت به اثرات تغييرات ولتاژ روي دستگاه هاي الكتريكي متداول مي پردازيم. بايد توجه نمود كه جداول و مقادیر ارائه شده براساس نتايج تجربي، آماري بوده و بنابراين ممكن است در مراجع مختلف به طور متفاوت ارائه شده باشند.
1-1-1- لامپ هاي رشته اي:
جدول زير روشنايي و طول عمر متو سط لامپ هاي رشته اي را بر حسب تغييرات ولتاژ نشان مي دهد. چنانچه از اين جدول پيداست كاهش نور لامپ با كاهش ولتاژ شديد است، به طوري كه به ازاء 10 درصد كاهش ولتاژ حدود 30 درصد از روشنايي كاهش مي يابد و تنها حدود 18 درصد از مصرف لامپ كاسته
مي شود. اما كاهش طول عمر لامپ در اثر افزايش ولتاژ شديد است به طوري كه به ازاء حدود 10 درصد افزايش ولتاژ حدود 70 درصد از عمر لامپ كاسته مي شود.
درصد روشنايي | درصد عمر | درصد تغييرات | ولتاژ |
64 | 575 | 14- | 19 |
75 | 300 | 9- | 200 |
88 | 175 | 5/4- | 210 |
100 | 100 | 0 | 220 |
120 | 58 | 5/4 | 230 |
122 | 30 | 9 | 240 |
1-1-2- لامپهاي فلورسنت:
در لامپ هاي فلورسنت كاهش ولتاژ باعث كاهش نور و استارت بد مي شود به طوري كه حدود 10 درصد كاهش ولتاژ باعث 10 درصد كاهش نور خواهد شد. در اين ولتاژ يا لامپ استارت نخواهد شد و يا خيلي بد استارت مي شود. زياد شدن ولتاژ نيز باعث گرم شدن بيش از حد بالاست، لامپ و كاهش عمر آن و نيز عمر لامپ مي شود. همچنين در مورد لامپ هاي فلورسنت با كاهش ولتاژ عمر لامپ كاهش مي يابد.
1-1-3- لامپهاي تخليه اي (جيوه اي، سديم، هالوژن):
مشخصه كار اين گونه لامپ ها تحت تأثير تغييرات ولتاژ به شدت تغيير مي كند. به طوري كه 10 درصد كاهش ولتاژ حدود 30 درصد كاهش روشنايي را در پي خواهد داشت. كاهش بيشتر ولتاژ ممكن است از ايجاد قوس و بخار شدن فلز جلوگيري كند و لامپ روشن نشود، همچنين در ولتاژهاي پائين كه در شروع روشن شدن لامپ چندين بار استارت مي كند، باعث كاهش عمر لامپ مي شود. همين طور افزايش ولتاژ بيش از حد مجاز باعث بالا رفتن درجه قوس و صدمه ديدن كاتد مي شود و عمر لامپ را كاهش مي دهد.
1-1-4- لامپ هاي الكترونيكي يا كاتودي (لامپ تلويزيون):
مشخصه كار لامپ هاي كاتودي به شدت تحت تأثير تغييرات ولتاژ قرار مي گيرد و با كاهش ولتاژ، مقدار الكترون خروجي كاهش مي يابد، در نتيجه تصوير در تلويزيون دچار پرش، كم رنگي و عدم وضوح
مي گردد. از طرف ديگر منحني عمر اين لامپها بشدت با افزايش ولتاژ كاهش مي يابد، بطوريكه با افزايش حدود 5 درصد ولتاژ، عمر لامپ به نصف كاهش مي يابد كه علت آن ازدياد درجه حرارت المان كاتد و بخارشدن سطح كاتد مي باشد. به همين خاطر دستگاههاي شامل اين لامپها بايد داراي منابع كنترل شده يا داراي ترانسهايي با خروجي ولتاژ ثابت باشند.
1-1-5- خازنها:
مشخصه خروجي خازنها نيز تحت تأثير تغييرات ولتاژ به صورت مجذوري تغيير مي كند. با كاهش 10 درصد ولتاژ حدود 20 درصد از بار راكتيو خازن كاسته مي شود. اگر اين خازنها براي تصحيح ضريب قدرت به كار گرفته شده باشند كاهش ولتاژ اثر آنها را بشدت تضعيف مي كند.
1-1-6- نيمه هاديها:
نيمه هاديها نظير ترانزيستورها، ديودها و تايريستورها نيز تحت تأثير تغييرات ولتاژ قرار مي گيرند. ليكن حساسيت آنها به نسبت كمتر مي باشد، مگر در ولتاژهاي خيلي بالا يا خيلي پائين كه ممكن است مدارهاي الكترونيكي شامل اين المانها بطور كلي دچار خطاي عمل گردد يا باعث از بين رفتن اين المانها گردد. به عنوان مثال ولتاژ معكوس بيش از حد مجاز روي ديودها يا تايريستورها حتي بطور لحظه اي اين وسايل را از بين مي برد.
1-1-7- دستگاههاي حرارتي:
دستگاههاي حرارتي نيز تحت تأثير تغييرات ولتاژ قرار مي گيرند و حرارت خروجي آنها با تغييرات ولتاژ تقريباً بصورت مجذوري تغيير مي كند. ليكن عمر اين دستگاهها فقط تحت اثر ولتاژهاي بيش از ولتاژ مجاز در مدت طولاني كاهش مي يابد و ممكن است المان آنها بسوزد.
1-1-8- موتورهاي القايي:
مهمتر از همه موارد اثر تغييرات ولتاژ روي كار موتورهاي القائي است كه به تعداد زياد در صنعت وسايل خانگي نظير يخچال، فريزر، كولر، پنكه و…. كاربرد دارند. مشخصه گشتاور سرعت مورتورهاي القائي تابعي از مجذور دامنه ولتاژ ورودي مي باشد و بنابراين با يك كاهش يا افزايش ولتاژ تغيير مي يابد. به عنوان مثال اگر موتور را در ولتاژ پايين استارت كنيم، گشتاور راه اندازي آن بطور مجذوري كاهش مي يابد و براي بار مكانيكي ثابت، جرياني كه موتور مي كشد، بشدت افزايش پيدا مي كند و باعث داغ كردن موتور مي شود. همچنين با كاهش ولتاژ در حالت كار موتور در بار مكانيكي ثابت، جريان بيشتري براي تأمين گشتاور الكترومغناطيسي كشيده شده و سيم پيچها داغ مي شود. بطوريكه يك كاهش 10 درصد ولتاژ به داغ كردن موتور تا 15 درصد بيشتر منجر شده و باعث كاهش عمر موتورر مي شود. افزايش ولتاژ در موتور القائي همچنين باعث كاهش ضريب قدرت و كاهش راندمان موتور مي شود. همچنين پير شدن عايق ها را تسريع مي نمايد كه در نهايت عمر موتور را مي كاهد. اهميت كاركرد مناسب موتورهاي القائي به اين خاطر است كه موتورهاي القائي مصرف كننده عمده انرژي الكتريكي مي باشند و نيروي محركه ماشين آلات صنعتي و وسايل خانگي توسط اين موتورها تأمين مي گردد. بنابراين كاركرد نامناسب اين وسايل تأثير نامطلوبي روي توليد و كاركرد صنايع دارد. كاهش عمر اين موتورها نيز باعث ضررهاي اقتصادي زياد براي مصرف كننده هاي تجاري، خانگي و صنعتي خواهد بود.
1-2- افت ولتاژ مجاز در اجزاء شبكه:
براي يك تنظيم ولتاژ مناسب بايد مقدار افت ولتاژ مجاز در قسمت هاي مختلف يك شبكه توزيع، تعيين گردد. به اين مفهوم كه تنظيم ولتاژ بايد طوري انجام گيرد كه ولتاژ اولين مصرف كننده روي فيدر از حد مجاز بالاتر نباشد و در تمام حالات بار اولين مصرف كننده، ماكزيمم ولتاژ مجاز را داشته باشد و همچنين هيچگاه ولتاژ آخرين مصرف كننده روي فيدر از مينيمم ولتاژ كمتر نشود. اگر تنظيم ولتاژ مجاز 5% در مبناي 220 ولت را در نظر بگريم، ولتاژ مجاز مصرف كننده ها بين 209 ولت و 231 ولت مي باشد. بنابراين ولتاژ ابتداي فيدر (در محل اولين مصرف كننده) از 231 ولت نبايد تجاوز كند و ولتاژ آخرين مصرف كننده نبايد از 209 ولت كمتر باشد. چون حداكثر افت ولتاژ مجاز در سيم كشي داخلي خانه ها در مواقع پيك بار در حدود 2% يا 5/4 ولت در مبناي 220 ولت مي باشد. لذا ولتاژ ورودي آخرين مصرف كنننده ها نبايد از 5/213 ولت كمتر باشد. پهناي مجاز دامنه ولتاژ از ابتدا تا انتهاي فيدر 5/17 ولت مي باشد. مطالعه فيدرهاي توزيع نشان داده است كه براي هر جزء از اجزاء شبكه توزيع يك افت ولتاژ مشخصي بايد در نظر گرفته شود.اجزاء شبكه توزيع براي ولتاژ مبناي 220 ولت براي فيدر مسكوني و روستايي در جدول زير آورده شده است:
رديف | اجزاء شبكه | فيدر مسكوني (پيك بار) | فيدر روستايي (پيك بار) |
1 | فيدر اوليه | 6 | 11 |
2 | ترانس توزيع | 4 | 4 |
3 | فيدر ثانويه | 6 | ـــــــ |
4 | سرويس مشتركين | 2 | 3 |
18 | 18 |
بر طبق اين جدول بيشترين افت ولتاژ مجاز در سرويس مشتركين در مواقع پيك بار در فيدرهاي مسكوني از 2 ولت يا حدود 1% ولتاژ مبنا نبايد بيشتر باشد. افت ولتاژ روي خطوط توزيع ثانويه در حدود 2% مي باشد كه با گسترش بار نبايد از 3% تجاوز كند و چنانچه از 3% تجاوز نمود بايد با افزايش ترانسهاي توزيع جديد در مركز ثقل بارهاي جديد افت ولتاژ خطو ثانويه را كاهش داد. در طراحي شبكه توزيع شهري ترانسهاي توزيع را طوري در نظر مي گيرند كه در موقع پيك بار افت ولتاژي در حدود 3 تا 4 ولت داشته باشند در اثر گسترش بار، بار اين ترانسها ممكن است در موقع پيك به 140تا 160 درصد بار نامي نيز برسد كه در اين صورت افت ولتاژي معادل 6 تا 7 ولت خواهند داشت كه بيشتر از حد مجاز مي باشد. اين ترانسها داراي تپ دستي سه مرحله اي مي باشند كه در موقع گسترش بار ماكزيمم تپ قرار مي گيرند تا ولتاژ ثانويه را افزايش دهند.
1-3- روشهاي تنظيم ولتاژ در شبكه توزيع:
عملكرد ضعيف دستگاههاي الكتريكي، گرم شدن بيش از اندازه، قطع بدون علت رله هاي اضافه جريان و بالاخره سوخت بيش از اندازه وسائل الكتريكي بخصوص موتورهاي از نشانه هاي تنظيم ولتاژ بد مي باشد. ولتاژهاي پايين تر از حد مجاز در انتهاي فيدرهاي در مواقع پرباري رخ مي دهد و ولتاژهاي بيش از حد مجاز در ابتداي فيدرهاي كوتاه در مواقع كم باري اتفاق مي افتد، در صورت پايين بودن ولتاژ از مقدار مجاز در محل مصرف، ابتدا بايد جريان مصرف كننده و جريان سيم ارتباطي را اندازه گيري كرد كه دستگاه يا سيم ارتباطي اضافه بار نداشته باشند. اگر دستگاه اضافه بار دارد، بايد اصلاح شود و چنانچه سيم اضافه بار داشته باشد، بايد از سيمهاي ارتباطي جديد به طور موازي استفاده نمود. اما اگر ولتاژ پايين در اثر پايين بودن ولتاژ سيستم توزيع از حد مجاز مي باشد، بايد به اطلاع شركت توزيع رسانده شود تا روشهاي اصلاحي لازم معمول گردد.
براي تنظيم ولتاژ چندين روش متداول است كه در نقاط مختلف سيستم تويع مي تواند به كار برده شود بعضي از اين روشها ولتاژ را در ابتدا فيدر با تغييرات بار تنظيم مي كند و پروفايل ولتاژ در طول فيدر را در كم باري و بار پيك در محدوده مجاز نگه مي دارد. در بعضي روشهاي ديگر امپدانس بين منبع و بار را كاهش مي دهند تا دامنه تغييرات ولتاژ را محدود نمايند. هر روش داراي مشخصه خاص خود مي باشد كه مقدار بهبود ولتاژ و هزينه بهبود ولتاژ براي هر ولت و انعطاف پذيري آن را نشان مي دهد. روشهاي تنظيم ولتاژ معمول در شبكه توزيع به طور مختصر شرح داده مي شود و ميزان تأثير و هزينه آنها مورد بررسي قرار مي گيرد و روشهاي مفيد براي شبكه توزيع ايران مورد بحث و بررسي بيشتري قرار گرفته است.
1-3-1- تنظيم ولتاژ در پستهاي Kv20/63:
طرح اقتصادي سيستمهاي توزيع معمولاً تنظيم ولتاژ در پستها را در بر دارد. اين تنظيم توسط تپ هاي قابل تغيير زير بار (OLTC) به همراه سيستمهاي تنظيم كننده ديگر در طرف فشار ضعيف ترانس روي شين يا مستقيماً در ابتداي فيدرهاي خروجي قرار مي گيرند، لزوم يك سيستم تنظيم كننده ولتاژ در پستهاي Kv20/63 به خاطر آن است كه از اثر تغييرات ولتاژ ورودي پست در طول فيدرهاي خروجي جلوگيري شود. چنانچه دامنه تغييرات ولتاژ برابر اختلاف بين سرويسهاي مشتركين و خروجي پست ترانس باشد، تنظيم كننده پست قابليت كاهش افت را در موقع پيك بار و مجاز نمودن آن را خواهد داشت.
حداكثر ولتاژ خروجي پست به وسيله نزديكترين مصرف كننده به پست محدود مي شود بنابراين در اين روش اصلاح پروفايل ولتاژ براي مصرف كننده هاي انتهايي به خصوص در فيدرهاي طولاني امكان پذير نيست، ليكن اين روش از روشهاي پيش بيني شده در اكثر ترانسها مي باشد و به همين خاطر كم خرج است ولي گستره عمل آن نيز محدود مي باشد.
1-3-2- نصب خازن موازي در ابتداي فيدر:
نصب خازن موازي روي شين Kv20 معمولاً داراي قدرت زياد و چند وضعيتي مي باشد. اين خازنها مجموعه اي سه فاز از بانكهاي خازني كوچكتر هستند كه از واحدهاي 100، 50 و يا 25 كيلووار ساخته شده و ظرفيت كل آنها تا چند MVAR مي رسد كه معمولاً در سه مرحله وارد مدار مي شوند و هر مرحله يك پله 2 يا 3 درصدي از تنظيم ولتاژ را انجام مي دهد. ولي همانطور كه در تنظيم ولتاژ شين 20 كيلوولت گفته شد مقدار تنظيم ولتاژ در ابتداي فيدر توسط ماكزيمم ولتاژ اولين مصرف كننده محدود مي شود و بنابراين براي فيدرهاي طولاني با بار زياد مناسب نمي باشد اما از روشهاي ارزان قيمت و معمول است كه تا حد زيادي به همراه روشهاي تكميلي ديگر كار تنظيم ولتاژ انجام مي دهد.
1-3-3- افزايش سطح مقطع فيدرها:
يكي از روشهاي اساسي كاهش افت ولتاژ در شبكه هاي داراي بار زياد، افزايش سطح مقطع هاديها مي باشد كه باعث كاهش امپدانس بين منبع و مصرف كننده مي گردد. بنابراين افت ولتاژ را كاهش مي دهد، اما اين روش در ضمن از گرانترين روشها مي باشد كه در مناطق شهري با رشد سريع مصرف و طول فيدرهاي كوتاه مي توان عملي گردد.
نقد و بررسیها
هنوز بررسیای ثبت نشده است.