بررسی شبكه توزیع ایران از نظر کیفیت برق یا Power Quality

بخشی از فهرست مطالب پروژه بررسی شبكه توزیع ایران از نظر کیفیت برق یا Power Quality

فصل اول: مفاهیم و تعاریف

1-1- مقدمه

1-2- تعریف كیفیت برق

1-3- كیفیت ولتاژ

1-4- رده بندی عمومی مسائل كیفیت توان

1-5- گذرا

1-6 تغییرات بلند مدت ولتاژ

1-7- تغییرات كوتاه مدت ولتاژ

1-8- عدم تعادل ولتاژ

1-9- اعوجاج در شكل موج

1-10- نوسان ولتاژ

1-11- تغییرات فركانس قدرت

-    فصل دوم :پدیده های گذرا

2-1- مقدمه

2-2- اضافه ولتاژهای گذرا

2-3- انواع موج ضربه ای با انرژی زیاد

2-4- اصول حفاظتی در مقابل حالات گذرا

2-5- تجهیزات مناسب پیشنهادی برای حفاظت …

2-6- توصیه ها و راهكارهای اجرایی در مقابله …

فصل سوم : فلش و قطعی ولتاژ

3-1- مقدمه

3-2- علل ایجاد منش ولتاژ

3-3- تخمین مشخصه ها مختلف فلش ولتاژ

3-7- رابطه بین فلش ولتاژ و عملكرد تجهیزات

3-8- اصول اساسی حفاظت در مقابل فلش ولتاژ

فصل چهارم : تغییرات بلند مدت ولتاژ عدم تعادل ولتاژ و تغییرات فركانس

4-1- تغییرات بلند مدت ولتاژ

4-2- عدم تعادل ولتاژ

4-3- تغییرات فركانس

فصل پنجم: نوسان ولتاژ (فلیكر)

5-1- تشریح پدیده نوسان ولتاژ

5-2- عوامل بوجود آورنده فلیكر ولتاژ

5-3-مشخصه های یك نوسان ولتاژ نمونه

5-5 مبانی فلیكر متر IEC

5-6- ارزیابی شاخص كوتاه مدت شدت فلیكر

5-7- ارزیابی شاخص بلند مدت شدت فلیكر

5-11- حدود مجاز فلیكر در سطوح مختلف ولتاژ

5-12- حدود مجاز برای تغییرات سریع ولتاژ

5-14- نكاتی در خصوص اندازه گیری فلكیر

5-15- راه اندازهای موتورها

فصل ششم : هارمونیكها

6-1- شناخت و بررسی مقدماتی هارمونیكها

6-2- منابع تولید هارمونیك

6-3- اثر اعوجاج هارمونیكی بروی عملكرد تجهیزات و…

6-4- پاسخ سیستم قدرت به منابع هارمونیكی

6-5- شناسایی محل منابع هارمونیكی

6-6- مبانی كنترل هارمونیك ها

6-9- مقررات برخی از كشورها در رابطه …

6-10- استاندارد مجاز هارمونیك ها در شبكه برق ایران

6-12- هارمونیك های میانی

فصل هفتم : قابلیت اطمینان

7-1- مقدمه

7-2- انواع ساختار شبكه های توزیع

7-3- انواع شبكه های توزیع از نظر ساختمان

7-4- قابلیت اطمینان در شبكه های توزیع

فصل هشتم : نكاتی در خصوص اندازه گیری كیفیت برق ، بازرسی و اطمینان از كیفیت آن

8-1- مقدمه

8-2- نیاز به مونیتورینگ در مسله كیفیت برق

8-3- مشخصات تجهیزات مشتركین و تاثیر كیفیت

8-4- تجهیزات مونیتورینگ كیفیت برق

8-5- چگونگی انتخاب ترانسیوسرها

8-6- تغذیه وسایل اندازه گیری

8-7- روشهای كاربرد دستگاههای مونیتورینگ

8-8- محل اندازه گیری و دریافت اطلاعات

8-9- نحوه اتصال مونیتورینگ كیفیت برق

8-10- آستانه های اندازه گیری و جمع آوری اطلاعات

8-11- طول دوره مونیتورینگ

8-12- تفسیر نتایج مونیتورینگ

مقدمه
امروزه توجه شركت های برق منطقه ایی و مشتركین آنها به شكل روزافزونی به مسئله كیفیت توان یا كیفیت برق معطوف شده است. واژه كیفیت برق در كشورهای صنعتی و در صنعت برق كاربرد فراوانی پیدا كرده است مبحث فوق تعداد بسیار زیادی از اعوجاجهای شبكه را پوشش می دهد. موضوعاتی كه تحت مبحث كیفیت برق قرار می گیرند لزوماً مفاهیم تازه ای نیستند، لیكن آنچه جدید است تلاش مهندسین برای جمع آوری این مطالب و قرار دادن آنها در الگوهای مشخص می باشد. به عبارت دیگر نگاهی تازه به اعوجاجهای موجود در سیستم های قدرت به منزله مطلب جدیدی خود را نشان داده است كه كنكاش در آن یكی از مهمترین موارد در مطالعه این سیستم ها به شمار می آید.
بطور كلی می توان دلایل زیر را برای توجه روزافزون به مبحث كیفیت برق ذكر نمود:
-    تأكید روزافزون بر بهبود راندمان كلی شبكه های قدرت، باعث استفاده از وسایلی از قبیل محركه های موتور با قابلیت تنظیم سرعت و نیز خازنهای موازی برای بهبود ضریب قدرت شده است. بكمك خازنهای موازی میزان تلفات شبكه كاهش می یابد اما این خازنها مشخصه امپدانس – فركانس شبكه را نیز تغییر می دهند و باعث ایجاد پدیده تشدید و در نتیجه تقویت اعوجاج بصورت گذرا و نیز افزایش سطح اعوجاج هارمونیكی در شبكه می شوند. از سوی دیگر وسایل كنترل كننده سرعت موتورها، مقدار هارمونیك ها را در شبكه قدرت بالا برده و روی توانایی های سیستم تأثیر می گذارند. به عبارت دیگر كاربرد وسایل و تجهیزات جدید كه از نیازهای مبرم یك سیستم قدرت مدرن است خود عامل بوجود آوردن مشكلات جدیدی شده است كه نیاز به بررسی تأثیرات متقابل اینگونه تجهیزات بر شبكه و شبكه بر اینگونه تجهیزات را لازم می سازد.
-    به دلیل وجود شبكه مجتمع و به هم پیوسته، خرابی هر المان شبكه روی دیگر تجهیزات آن شبكه اثر نامطلوبی گذاشته و تبعات بعدی افزون تری را به همراه خواهد داشت. چون شبكه های قدرت، شبكه های وسیعی هستند كه به دلایل گوناگون از جمله كیفیت نامناسب برق، احتمال بروز اعوجاج در آنها وجود دارد، در نتیجه انتشار مشكلاتی ناشی از كیفیت نامناسب برق در یك شبكه بهم پیوسته در هر لحظه امكان خواهد داشت.
-    حساسیت تجهیزات الكتریكی جدید نسبت به تغییرات كیفیت برق بیشتر شده است. بسیاری از وسایل الكتریكی جدید از كنترل كننده های میكرو پروسسوری و المانهای الكترونیك قدرت استفاده می كنند و این تجهیزات به بسیاری از انواع اعوجاجهای موجود در شبكه قدرت حساس می باشند. حساسیت این تجهیزات الكتریكی به نوبه خودش به عملكرد نامناسب تجهیزات منجر خواهد شد.
-    عدم وجود دستگاه های حفاظتی و هشدار دهنده مربوط به پایین بودن كیفیت برق نزد مشتركین و شركت های برق باعث می شود كه هم مشتركین و هم شركت های برق به دلیل معلوم نبودن حد و حدود دچار سوء تفاهم گردند.
-    آگاهی نسبت به مسائل كیفیت برق نزد مشتركین بالا رفته است. موضوعاتی از قبیل قطع برق، پایین بودن ولتاژ و پدیده های گذرای مربوط به كلیدزنی روز به روز مورد توجه مشتركین بیشتری قرار گرفته و شركت های برق را وادار می سازد كه كیفیت برق تحویلی به مشتركین را بهتر سازند.
-    دلیل اصلی و نهایی توجه به كیفیت برق مسائل اقتصادی است. مسائل اقتصادی بر روی شركت های برق، مشتركین و تولید كننده های وسایل الكتریكی تأثیر فراوانی می گذارند.
شركت های برق به دو دلیل عمده به مشكلات فوق توجه نشان می دهند. از سویی با رفع مشكلات ناشی از كیفیت نامطلوب برق، میزان مشتركین آنها افزایش یافته و از سوی دیگر استفاده از وسایل الكترونیكی با راندمان بالا موجب كاهش قابل توجه سرمایه گذاری در مراكز تولید و پُست ها خواهد شد نكته جالب اینكه، تجهیزاتی كه برای افزایش بهره وری بكار می روند، اغلب در اثر قطع برق بیش از دستگاه های دیگر صدمه دیده و گاهی اوقات خود منشاء مشكلات معروف به مسائل كیفیت برق می گردند.
1-2-    تعریف كیفیت برق
در مراجع مختلف تعاریف كاملاً متفاوتی برای واژه كیفیت برق وجود دارد. برای مثال شركت های برق ممكن است واژه كیفیت برق را مترادف با كلمه عدم قطعی برق فرض نموده و با استفاده از آمارهای موجود دهند كه میزان قطعی بسیار كم بوده است. در عوض سازندگان وسایل الكترونیكی و الكتریكی ممكن است تعریف دیگری مانند این تعریف «مشخصاتی از شبكه قدرت كه توانایی كاركرد مناسب را برای تجهیزات فراهم سازند» برای واژه كیفیت برق ارائه دهند. به هر حال نقطه نظر مشتركین در مسئله كیفیت برق بسیار اهمیت داشته و از اولویت اول برخوردار است. بطور كلی تعریف زیر را می توان برای واژه كیفیت برق بكار گرفت.
«هرگونه تغییر در كمیتهای ولتاژ، جریان و فركانس كه سبب خرابی و یا عملكرد نادرست تجهیزات مصرف كننده گردد»
در مورد علل ایجاد كیفیت برق نظرات متفاوتی وجود دارد. مشتركین بیش از پرسنل شركت های برق تصور می كنند كه علت عدم كیفیت عملكرد اشتباه شركت برق است. به هر حال باید توجه داشت كه نتیجه بسیاری از حوادث موجود در شبكه های قدرت تنها برای مشتركین ایجاد مشكل می كند و هرگز در آمارهای شركت های برق ثبت نمی گردد.
نمونه ای از این مشكلات، مسئله كلیدزنی خازنها است كه برای شركت های برق امری عادی می باشد ولی می تواند موجب اضافه ولتاژ شده و بعضی تجهیزات مدرن را از مدار خارج كند.
نمونه دیگر وقوع اتصال كوتاه لحظه ای در شبكه می باشد كه باعث كاهش ولتاژ مشتركین شده و ممكن است موجب قطع بعضی تجهیزات گردد اما شركت برق هیچ گونه نشانه ای مبنی بر مشكل روی فیدر مربوطه نخواهد داشت.
در شبكه های قدرت ممكن است حوادثی پیش آید كه در نرم افزارهای كنترلی پیش بینی نشده باشد با توجه به مطالب گفته شده و توجه روزافزون مشتركین به مسئله كیفیت توان در مقابل شركت های برق مجبور به ارائه برنامه های بخصوصی خواهند شد.
از سوی دیگر در تجزیه و تحلیل مسئله كیفیت توان باید مسائل اقتصادی را نیز در نظر گرفت. ممكن است راه حل بهینه یك مسئله بدین صورت باشد كه حساسیت آن وسیله نسبت به مسئله كیفیت توان كاهش داده شود. سطح لازم كیفیت برق، سطحی است كه عملكرد مناسب تجهیزات را در تسهیلات بخصوص نتیجه دهد.
كیفیت برق مانند كیفیت دیگر اجناس بیان نمی شود بلكه استانداردهایی برای اندازه گیری ولتاژ و دیگر معیارهای فنی وجود دارد اما باید توجه كرد كه مقدار نهایی كیفیت برق با توجه به نحوه عملكرد تجهیزات مشتركین مشخص خواهد شد.
1-3-    كیفیت ولتاژ
بطور كلی در یك سیستم قدرت تنها كیفیت ولتاژ را می توان كنترل نمود و كنترل مناسبی بر روی جریانهای بارهای مختلف وجود ندارد لذا استانداردهای موجود كشورهای صنعتی در حوزه كیفیت برق عمدتاً حدود مجاز ولتاژ منبع را مشخص می كنند. شبكه های برق جریان متناوب طوری طراحی می شوند كه در یك ولتاژ سیونسی با فركانس و دامنه مشخص كار كنند. هرگونه انحراف قابل توجه در دامنه، فركانس و یا خلوص شكل موج یك مسئله كیفیت توان خواهد بود.
1-4-    رده بندی عمومی مسائل كیفیت توان
استاندارد IEC ، پدیده های مختلف الكترومغناطیسی را به صورت نشان داده شده در جدول 1-1 به شش گروه تقسیم بندی نموده است.
تلاش گروه های مختلف در صنعت برق در زمینه مونیتورینك كیفیت توان تعدادی گروه را به استاندارد IEC افزوده است.
در نهایت جدول 1-2 رده بندی كلی مسائل كیفیت توان را نشان می دهد. این جدول اطلاعات مربوط به محتوی طیفی – طول دوره زمانی و دامنه كاربرد را كه برای توصیف هر گروه لازم است ارائه می دهد. این گروه ها و مشخصات مربوط به آنها لازم هستند تا به كمك آنها بتوان نتایج اندازه گیری های مختلف را رده بندی نمود و پدیده های الكترومغناطیسی كه باعث مسائل مرتبط با كیفیت برق می شوند را توضیح داد.  
واژه گذرا مدتهاست كه در تحلیل تغییرات شبكه قدرت بكار رفته تا یك حادثه غیرمطلوب اما لحظه ای را مشخص كند.
تعریفی كه عموماً برای واژه گذرا بكار می رود به شكل زیر است.
بخشی از تغییرات یك متغیر كه در طی انتقال از یك شرایط ماندگار به حالت ماندگار دیگر از بین می رود. مدت زمان یك گذرا بسیار كوتاه است. واژه دیگری كه اغلب بعنوان مترادف گذرا استفاده می شود واژه موج ضربه ای است.
بطور كلی واژه گذرا را می توان به دو گروه موج ضربه ای گذرا و موج نوسانی گذرا تقسیم نمود.
1-5-1 موج ضربه ای گذرا
موج ضربه ای گذرا تغییر ناگهانی در شرایط ماندگار ولتاژ،‌ جریان و یا هر دو است كه فركانسی به غیر از فركانس قدرت دارد و پلاریته آن تك جهته است.
به دلیل وجود فركانسهای بالا در یك موج ضربه ای، شكل موج آن به سرعت توسط پارامترهای سیستم تغییر كرده و هنگامیكه از دید قسمتهای مختلف شبكه قدرت مشاهده می شود ممكن است به طور عمده مشخصه های متفاوتی را از خود ارائه دهد.
موج ضربه ای گذرا می تواند فركانسهای طبیعی مدارهای شبكه را تحریك نموده و موج نوسانی گذرا پدید آورد.

1-5-2 موج نوسانی گذرا
موج نوسانی گذرا تغییر ناگهانی در شرایط ماندگار ولتاژ، جریان و یا هر دو است كه فركانسی غیر از فركانس قدرت دارد و پلاریته آن هر دو مقدار مثبت و منفی را دارا می باشد.
موج نوسانی گذرا، موج ولتاژ و یا جریانی است كه پلاریته مقدار لحظه ای آن سریعاً تغییر می كند.
1-6-    تغییرات بلندمدت ولتاژ
تغییرات بلندمدت ولتاژ هرگونه انحراف در مقدار مؤثر ولتاژ در فركانس نامی را برای زمان بیشتر از یك دقیقه شامل می شود. بعبارت دیگر تغییر ولتاژی بلندمدت محسوب می شود كه مقدار ولتاژ برای مدت بیشتر از یك دقیقه از حدود مجاز تجاوز كند.
تغییرات بلندمدت ولتاژ می تواند بصورت اضافه ولتاژ و كاهش ولتاژ باشد و عموماً در اثر تغییرات بار شبكه مانند به مدار آوردن بارها و یا خارج ساختن منابع تولید ایجاد می گردد.
1-6-1- اضافه ولتاژ بلندمدت
اضافه ولتاژ بلندمدت به افزایش در مقدار مؤثر ولتاژ و به میزان بیش از پنج درصد، در فركانس نامی و برای مدت بیش از یك دقیقه گفته می شود. از عوامل ایجاد اضافه ولتاژ بلندمدت می توان به موارد زیر اشاره نمود:
-    از مدار خارج شدن یك بار بزرگ
-    برق دار كردن یك بانك خازنی
-    عدم تنظیم ولتاژ مطلوب
-    قرار گرفتن یك ترانس در موقعیتی غیر صحیح
1-6-2- كاهش بلندمدت ولتاژ
كاهش بلندمدت ولتاژ به كاهش در مقدار مؤثر ولتاژ به میزان بیش از ده درصد در فركانس نامی و برای مدت بیش از یك دقیقه گفته می شود. علل ایجاد كاهش ولتاژ در واقع عكس وقایعی هستند كه سبب ایجاد اضافه ولتاژ می گردند. مثلاً اضافه بار مدار یا قطع شدن خازن ها می تواند موج كاهش ولتاژ بلندمدت شوند.
1-6-3- قطعی بادوام
هنگامیكه ولتاژ برای زمانی بیش از یك دقیقه صفر شود این تغییر بلندمدت ولتاژ بعنوان یك قطعی بادوام در نظر گرفته می شود. قطعی های ولتاژ به مدت بیش از یك دقیقه اغلب دائمی می باشند و برای اصلاح سیستم و بازگرداندن آن به حالت اولیه احتیاج به دخالت انسان است.
1-7-    تغییرات كوتاه مدت ولتاژ
این تغییرات با توجه به طول دوره وقوع آنها به سه دسته آنی، لحظه ای و موقت تقسیم می شوند علل بوجود آمدن تغییرات كوتاه مدت ولتاژ وقوع اتصال كوتاه و وصل بارهای بزرگ كه احتیاج به جریان راه اندازی زیاد دارند می باشد.
بسته به محل وقوع اتصال كوتاه و شرایط شبكه، هر خطا می تواند موجب پایین آمدن موقت ولتاژ (فلش)، بالا رفتن ولتاژ (برآمدگی) و یا از دست رفتن كامل آن قطعی گردد.
1-7-1- قطعی كوتاه مدت
یك قطعی كوتاه مدت هنگامی اتفاق می افتد كه ولتاژ منبع یا جریان بار در زمانی كمتر از یك دقیقه به كمتر از 1/0 پریونیت برسد. قطعی كوتاه مدت می تواند نتیجه اتصال كوتاه در شبكه قدرت، خرابی تجهیزات و یا كاركرد نادرست كنترل كننده ها باشد.
تعدادی از قطعی ممكن است در ادامه وقوع یك فلش ولتاژ رخ دهند. فلش ولتاژ از لحظه شروع خطا تا زمان عملكرد وسایل حفاظتی ایجاد می شود.
1-7-2- فلش
فلش كاهش در ولتاژ و جریان مؤثر به اندازه 1/0 تا 9/0 پریونیت در فركانس نامی بوده كه برای مدت زمانی از 5/0 سیكل تا یك دقیقه تداوم می یابد. استاندارد IEC واژه فرورفتگی را بعنوان مترادف فلش بكار می برد بطور كلی هنگامی كه 20% فلش ولتاژ وجود دارد بدین معنی است كه ولتاژ به 8% پریونیت كاهش یافته است. در این حالت ولتاژ پایه یا نامی سیستم نیز باید مشخص گردد. فلش ولتاژ را می توان با دو مقدار یكی دامنه آن یعنی   و دیگری مدت زمان آن یعنی   مشخص نمود.
1-7-3- برآمدگی ولتاژ
برآمدگی ولتاژ، افزایشی در ولتاژ مؤثر به اندازه 1/1 تا 8/1 پریونیت در فركانس نامی بوده كه برای مدت زمانی از 5/0 سیكل تا یك دقیقه تداوم می یابد. مانند فلش ولتاژ، عامل اصلی ایجاد این پدیده اتصال كوتاه روی شبكه می باشد. برآمدگی ولتاژ می تواند در اثر خطای تك فاز با زمین روی فازهای سالم بوجود آید. برق دار كردن یك بانك خازنی و قطع یك بار بزرگ نیز می تواند عامل ایجاد برآمدگی ولتاژ شود.
اندازه یك برآمدگی ولتاژ در طی وقوع یك خطا تابعی از محل وقوع خطا، امپدانس سیستم و نحوه زمین كردن سیستم است.
1-8-    عدم تعادل ولتاژ
عدم تعادل ولتاژ به شرایطی اطلاق می شود كه مقادیر ولتاژ سه فاز با یكدیگر متفاوت بوده و یا اختلاف زاویه 120 درجه بین فازها وجود نداشته باشد هر دو حالت فوق نیز می تواند بطور همزمان اتفاق بیافتد به بیان ساده تر عدم تعادل ولتاژ عبارتست از حداكثر انحراف از مقدار متوسط ولتاژ سه فاز تقسیم بر مقدار متوسط ولتاژ سه فاز برحسب درصد. عدم تعادل ولتاژ همچنین می تواند با استفاده از مؤلفه های متقارن نیز تعریف شود نسبت مؤلفه صفر یا منفی به مؤلفه توالی مثبت می تواند درصد عدم تقارن را مشخص كند.
منشاء اصلی ایجاد عدم تعادل ولتاژهای كمتر از 2 درصد وجود بارهای تكفاز در یك شبكه سه فاز می باشد. این پدیده همچنین می تواند نتیجه قطعی یكی از فازهای یك بانك خازنی سه فاز باشد.
عدم تعادل ولتاژ مسائلی را بوجود می آورد كه در ذیل بطور خلاصه به آنها اشاره می كنیم.
امپدانس توالی منفی ماشینهای سه فاز برابر با امپدانس ماشین در حالت راه اندازی می باشد. در نتیجه ماشینی كه از یك منبع نامتعادل تغذیه می شود جریان نامتعادلی را از شبكه می كشد كه درصد آن چندین برابر درصد عدم تعادل ولتاژ شبكه می باشد در نتیجه جریانهای سه فاز بطور قابل ملاحظه ای با یكدیگر تفاوت دارند. در چنین حالتی بالا بودن جریان در یك فاز یا فازها موجب افزایش دمای ماشین می گردد. این افزایش دما با كم شدن حرارت تولید شده ناشی از كاهش جریان در فازهای دیگر كمی خنثی می شود ولی بطور كلی دمای ماشین در چنین حالتی افزایش خواهد یافت این شرایط می تواند موجب صدمه زدن با ماشین شود. در مبدلهای چند فاز كه دامنه ولتاژهای ورودی در مقدار ولتاژ خروجی dc مؤثر است. ولتاژ نامتعادل روی عملكرد مبدل تأثیر گذاشته و باعث ایجاد مؤلفه نامطلوبی در طرف dc شده و از سوی دیگر نیز باعث ایجاد هارمونیك های غیر مشخصه در طرف ac می شود.
1-9-    اعوجاج در شكل موج
اعوجاج در شكل موج عبارتست از انحرافی در شكل موج سینوسی ایده آل با فركانس قدرت كه توسط محتوای طیفی آن مشخص می گردد.
پنج نوع كلی اعوجاج در شكل موج را می توان به شرح زیر نام برد.
-    وجود مؤلفه dc در شبكه متناوب
-    هارمونیك ها
-    هارمونیك های میانی
-    برش
-    نویز
1-10-    نوسان ولتاژ
نوسان ولتاژ عبارتست از تغییرات منظم پوش سیگنال ولتاژ یا یك سری از تغییرات تصادفی ولتاژ انواع مختلف نوسان ولتاژ را می توان به صورت زیر گروه بندی نمود.
الف) تغییر ولتاژ مستطیلی و پریود یك كه ناشی از قطع و وصل بارهای مقاومتی تك فاز می باشد.
ب) یك سری تغییرات پله ای ولتاژ كه از نظر زمانی بصورت غیر منظم رخ می دهند و مقادیر تغییرات پله ای می تواند مساوی یا نامساوی بوده و در جهت مثبت و منفی امكان پذیر است علت بوجود آمدن این حالت قطع و وصل همزمان چندین بار می باشد.
ج) این نوع نوسان شامل یك سری تغییرات ولتاژ می باشد كه همگی آنها بصورت پله ای نمی باشد این حالت ناشی از كلیدزنی بارهای غیر مقاومتی است.
د) یك سری نوسانات ولتاژ پیوسته یا تصادفی كه ناشی از تغییرات تصادفی یا پریود یك بارها می باشد. در شبكه های ولتاژ پایین وسایل خانگی عامل اصلی ایجاد نوسان ولتاژ می باشند.
بطور كلی عامل اصلی تولید نوسان ولتاژ بارهای صنعتی شامل:
-    ماشینهای جوشكاری مقاومتی
-    كارخانه های نورد آهن
-    كوره های قوس الكتریكی
-    تأسیسات جوشكاری قوی
می باشند.
مهمترین شكلی كه نوسان ولتاژ ایجاد می كند فلیكر است.
تغییرات سریع دامنه جریان بار می تواند عامل ایجاد نوسانات ولتاژی باشد كه در اصطلاح عام به آن فلیكر ولتاژ می گویند.
نوسان یك پدیده الكترومغناطیسی است ولی فلیكر نتیجه نامطلوب نوسان ولتاژ است.
1-11-    تغییرات فركانس قدرت
تغییرات فركانس قدرت عبارتست از انحراف فركانس شبكه نسبت به فركانس نامی.
فركانس شبكه قدرت با سرعت گردش ژنراتورهایی كه شبكه را تغذیه می كنند رابطه مستقیم و با قطبهای آن رابطه معكوس دارد. هنگامیكه تعادل دینامیكی بین بار مصرفی و مقدار تولید تغییر كند فركانس شبكه تغییر می یابد اندازه این تغییر فركانس و مدت زمان آن بستگی به مشخصه بار و پاسخ سیستم كنترل در نیروگاه ها دارد.
علت بوجود آمدن تغییرات خارج از حدود مجاز فركانس می تواند در اثر قطع یك بار بزرگ و خارج شدن یك منبع تولیدی بزرگ از شبكه باشد.
پدیده برش گاهی ممكن است با انحراف فركانس اشتباه گرفته شود. برش ها ممكن است موج ولتاژ را به نقطه صفر نزدیك كرده و سبب خطای عملكرد تجهیزات و سیستم های كنترلی شوند كه براساس عبور موج از نقطه صفر كار می كنند.
در محدوده انحراف قابل قبول فركانس، اثر اصلی تغییر در فركانس قدرت را می توان تغییر سرعت ماشینهای گردان دانست. بنابراین موتورها توان الكتریكی كمتر یا بیشتری را تحویل می دهند.
همچنین تغییرات فركانس اثرات نامطلوبی بر تنظیم فیلترهای هارمونیكی و عملكرد دستگاه هایی كه از فركانس بعنوان پالس سنكرون كننده استفاده می كنند خواهد داشت.

فصل دوم
پدیدده های گذرا
2-1 مقدمه
واژه گذرا مدتها است كه در تحلیل برخی از پدیده های موجود در شبكه های قدرت بكار می رود و مشخص كننده یك حادثه غیرمطلوب اما لحظه ای است. تعریفی كه عموماً برای این واژه استفاده می شود به شكل زیر است:
بخشی از تغییرات یك متغیر كه در طی انتقال از یك شرایط كاری ماندگار به حالت ماندگار دیگر از بین می رود.
واژه دیگری كه اغلب به عنوان مترادف كلمه گذرا استفاده می شود، واژه موج ضربه ای است. موج ضربه در شبكه های متناوب را می توان بصورت پدیده ای كه با یك تابع زمانی مشخص می شود معرفی نمود. واژه های مورداستفاده در تعریف این پدیده باید بنحوی باشند كه در بقیه كاربردها و كلیه اندازه گیریها نیز قابل استفاده باشند. هنگام طراحی تجهیزات و بمنظور ایمن سازی آنها در مقابل موج ضربه، طراح باید بداند كه عوامل بوجود آورنده حالت گذرا چیست و موج ضربه چگونه و تحت چه شرایطی به تجهیزات می رسد.
2-2 (اضافه ولتاژهای گذرا)
در شبكه های الكتریكی، حالات گذرا به دو دلیل عمده ایجاد می گردند: كلیدزنی و صاعقه، این عوامل علاوه بر موارد دیگر، منبع ایجاد اضافه ولتاژ گذرا در تجهیزات مشتركین می باشند. همچنین برخی از تجهیزات الكترونیك قدرت نیز ممكن است در هنگام كلیدزنی، حالت گذرای مهمی را در سیستم ایجاد كنند.
2-2-1- حالت گذرای ناشی از كلیدزنی
حالت گذرای كلیدزنی را می توان به دو دسته اصلی یعنی حالت گذرای ناشی از شرایط عادی و غیرعادی تقسیم بندی نمود. در موارد و شرایط مختلفی را كه می توان به عنوان حالت گذرای ناشی از كلیدزنی در نظر گرفت به شرح زیر می باشند:
-    كلیدزنی های نزدیك به شینه مشتركین، مانند برقدار كردن یا بی برق كردن وسایل خانگی یا دیگر بارها
-    حالت های  گذرایی كه در هر سیكل در هنگام كموتاسیون در مبدلهای الكترونیك قدرت بوجود می آید.
-    حرقه زدن های پیاپی در هنگام كلیدزنی از دیگر عوامل اضافه ولتاژ می باشد. كنتاكتورها یا كلیدهای جیوه ای می توانند ولتاژهای ضربه ای با شكل موج پیچیده ای كه مقدار آن چندین برابر بیشتر از ولتاژ سیستم است بوجود آورند.
-    كلید زنی بانكهای خازنی . حالتهای گذرای ناشی از كلید زنی خازنهای تصحیح ضریب قدرت می تواند باعث ایجاد  اضافه ولتاژی در حدود دو برابر ولتاژ نامی سیستم گردد. این حلتهای گذرا بصورت روزانه و تكراری اتفاق می افتند و مدت زمانی كه این اضافه ولتاژ در سیستم باقی می ماند طولانی خواهد بود ( در حدود چند صد میكروثانیه ) این مدت زمان در برابرمرت زمان اضافه ولتاژ ناشی از صاعقه بسیار طولانی تر است . اگر چندین قطع و وصل در هنگام باز شدن خازن بوجود آید آنگاه اضافه ولتاژ می تواند به سه برابر ولتاژ نامی شبكه نیز برسد.
-    انواع خطاهای مختلف در سیستم ، مانند اتصال كوتاه در شبكه و یا بوجود آمدن قوس در سیستم . بعضی از حالتهای گذارای ناشی از كلید زنی ، به علت عملكرد وسایل حفاظتی اضافه جریان سریع مانند فیوزهای محدود كننده جریان و كلیدهایی كه زمان قوس آن زیر 2 میكرو ثانیه است می باشد . این تجهیزات انرژی را در مدار حبس نموده و بعلت از بین رفتن میدان ناشی از قطع  جریان ، ولتاژهای بالایی بوجود می آید .
 (كلیدزنی بانكهای خازنی)
-     حالتهای گذرای ناشی از كلیدزنی خازنهای تصحیح ضریب قدرت می تواند باعث ایجاد اضافه ولتاژی در حدود دو برابر ولتاژ امی سیستم گردد. این حالتهای گذرا به صورت روزانه و تكراری اتفاق می افتند و مدت زمانی كه این اضافه ولتاژ در سیستم باقی می ماند طولانی خواهد بود (در حدود چندصد میكروثانیه) این مدت زمان در برابر مدت زمان اضافه ولتاژ ناشی از صاعقه بسیار طولانی تر است. اگر چندین قطع و وصل در هنگام بازشدن خازن بوجود اید آنگاه اضافه ولتاژ می تواند به سه برابر ولتاژ نامی شبكه نیز برسد.
-    انواع خطاهای مختلف در سیستم، مانند اتصال كوتاه در شبكه و یا بوجود آمدن قوس در سیستم. بعضی از حالتهای گذرای ناشی از كلیدزنی،به علت عملكرد وسایل حفاظتی اضافه جریان سریع مانند فیوزهای محدودكننده جریان و كلیدهایی كه زمان قوس آن زیر 2 میكروثانیه است می باشد. این تجهیزات انرژی را در مدار حبس نموده و بعلت از بین رفتن میدان ناشی از قطع جریان، ولتاژهای بالایی بوجود می آید.
2-2-2-(حالت گذرای ناشی از صاعقه)
بررسی حالت گذرای ناشی از صاعقه برروی سیستم های الكتریكی یك پدیده پیچیده می باشد. محققین به منظور ساده كردن روند مطالعه و بررسی حالت گذرای ناشی از صاعقه و با استفاده از اندازه گیریها به مدلهای مناسبی برای صاعقه دست یافته اند، بنحوی كه بتوان تخمین دقیقی از سطح موج ضربه بدست آورد. شایان ذكر است در این صورت دیگر نیازی به دانستن مكانیزم واقعی تولید هر موج ضربه نمی باشد.
در یك بررسی ساده عوامل اصلی تولید موج ضربه ولتاژ ناشی از صاعقه به شرح زیر دسته بندی می شوند:
-    برخورد صاعقه به زمین در نزدیكیهای تجهیزات موردمطالعه و یا ایجاد صاعقه بین لایه های ابر، تولید میدانی الكترومغناطیسی می كند كه این میدان می تواند باعث القاء ولتاژ در هادیهای مدارهای الكتریكی گردد.
-    در اثر تخلیه ابر به زمین جریانی در زمین ایجاد می شود و حركت آن در مسیرهای مختلف سیستم زمین می تواند باعث ایجاد اختلاف ولتاژ در نقاط آن گردد.
-    افت سریع ولتاژ: هنگامی كه برقگیر از نوع فاصله هوایی (كه در سمت اولیه ترانسفورماتور واقع است) عمل می نماید این پدیده بوجود می آید. در حقیقت ولتاژ از طریق خازن سیم پیچهای ترانسفورماتور به سمت ثانویه منتقل می شود و در نتیجه ولتاژ ضربه ای علاوه بر قسمتی كه از طریق عمل عادی ترانسفورماتوری به مدار ثانویه القاء می گردد، مستقیماً وارد ثانویه می شود.
-    برخورد مستقیم صاعقه به مدارهای ولتاژ بالا، جریانهای بالایی را به مدارهای اولیه تزریق می كند. بدلیل عبور این جریانها از مقاومت زمین اضافه ولتاژهایی پدید می آید كه باعث تغییر پتانسیل سیستم زمین می گردد.
-    در بعضی مواقع صاعقه مستقیماً به مدارات ثانویه سیستم برخورد می كند و در اثر آن جریانهای بسیار بالا و در نتیجه اضافه ولتاژهای بزرگی ایجاد می شود كه می تواند از قابلیت تحمل تجهیزات بالاتر باشد. در چنین حالتی وسایل حفاظتی معمولی مورداستفاده در مدارات ثانویه نمی توانند از آنها جلوگیری كنند.
2-3- (انواع موج ضربه ای با انرژی زیاد)
با توجه به اینكه اطلاعات بدست آمده در مورد مقدار انرژی موج ضربه محدود می باشد. بنابراین لازم است كه در این مورد مطالعات جامع تری صورت گیرد. از جمله موجهای ضربه ای كه دارای انرژی زیادی بوده و می توانند باعث خرابی تجهیزات شوند می توان به موجهای زیر اشاره نمود:
-    موج ضربه ناشی از برخورد صاعقه به سیستمهای توزیع هوایی كه می توان آن را با موج ضربه ولتاژ 50/2/1 میكروثانیه و یا موج ضربه جریان 20/8 میكروثانیه نمایش داد.
-    موج ضربه ناشی از بی برق كردن بارها با استفاده از كلیدهای معمولی یا كنتاكتورها. به علت كوتاه بودن طول دوره آنها، این گونه موجها به موج ضربه بسیار سریع معروف هستند.
-    موج ضربه ایجاد شده توسط عملكرد فیوز كه باعث حبس انرژی در اندوكتانس سیستم می گردد. این موج در ورودی كابلهای طویل بصورت تك جهته و به مدت چندصدمیكروثانیه طول می كشد. مقدار آن بستگی به اندوكتانس كابل و ترانسفورماتور تغذیه كننده محل خطا دارد
-    موج ضربه ایجادشده توسط كلیدزنی خازنهای تصحیح ضریب قدرت. این موجها بصورت نوسانی میراشونده (از چندصدهرتز تا چندكیلوهرتز) می باشند و چندین میلی ثانیه طول می كشد. از نقطه نظر انرژی یك چنین موج نوسانی طولانی را می توان با پوشش قسمت نوسانی مدل سازی نمود.
برای آزمایش تجهیزات لازم است كه شكل موج ضربه و پارامترهای آن مشخص شود تا به كمك آن بتوان تجهیزات را تحت یك سری آزمایش یكسان قرار داد و از عملكرد آن مطمئن گردید. به همین منظور در ادامه به تعاریف مربوط به انواع امواج ضربه و پارامترهای آن پرداخته می شود. از این اشكال و روابط نیز می توان برای شبیه سازی كامپیوتری نیز استفاده نمود.
2-4- (اصول حفاظتی در مقابل حالات گذرا)
اصول اساسی حفاظت در مقابل اضافه ولتاژ ناشی از وقوع حالات گذرا به قررا زیر است:
-    محدود كردن ولتاژ روی عایقهای حساس
-    منحرف نمودن موج ضربه جریان جهت جلوگیری از رسیدن این موج به محل بار و تجهیزات.
-    جلوگیری از ورود جریان موج ضربه به بار
-    یكی كردن زمین های مرجع با یكدیگر در تجهیزات
-    كاهش یا جلوگیری از عبور ضربه جریان بین زمینها
-    استفاده از یك فیلتر پایین گذرنده
برخی ترجیح می دهند كه برقگیر را منحرف كننده موج ضربه بنامند. بهرحال برقگیر اگر بتواند مسیری با امپدانس پائین ایجاد نماید می تواند بعنوان منحرف كننده جریان عمل كند. این مورد همیشه امكانپذیر نبوده و جریان ضربه گاهی اوقات به سمت بار كلیدی و مهم دیگری به حركت در می آید.
بسیاری از تجهیزات ممكن است دارای چندین كابل قدرت و فرمان باشند. همچنین ممكن است دو تجهیز در مجاورت همدیگر نصب شده و پرسنل و تجهیزات حساس مداوماً در تماس با آن دو باشند. در این صورت این احتمال وجود دارد كه برخورد صاعقه باعث افزایش پتانسیل یك زمین نسبت به زمینهای دیگر شود كه نتیجه آن ایجاد جرقه روی عایقی است كه بین این دو زمین مرجع قرار می گیرد. بنابراین، تمام هادیهای زمین مرجع (زمین های ایمنی، غلاف كابلها و تابلوها) باید در محل بار یا تجهیز به یكدیگر متصل شوند. این امر از بالارفتن پتانسل زمین مرجع محلی جلوگیری نمی كند بلكه سبب می شود كه پتانسیل تمام زمینهای مرجع مربوط به كابلهای فرمان و قدرت با یكدیگر افزایش می یابند.
سد كردن جریان ضربه، مؤثرترین راه برای جلوگیری از نفوذ موج جریان با فركانس بالا مانند موج ضربه ناشی از كلیدزنی خازنی و یا موج ناشی از صاعقه می باشد. چون جریانهای با فركانس قدرت باید از موج گیر عبور نمایند در نتیجه عملاً ساخت فیلترهایی كه قادر به تشخیص بین جریانهای موج ضربه با فركانس پایین و جریانهای فركانس قدرت باشد بسیار مشكل و پرهزینه خواهد بود.
درصد زیادی از مسائل مربوط به حفاظت موج ضربه بدلیل حركت موج جریان بین دو یا چند اتصال مجزا به زمین اتفاق می افتد. پدیده فوق در مسائل مربوط به صاعقه حائز اهمیت است زیرا مسیر جریان صاعقه به سمت زمین می باشد. و در واقع مقدار آن با نسبت امپدانس مسیرهای زمین تقسیم می گردد. در این حالت افت ولتاژ قابل ملاحظه ای روی هادیهای زمین ایجاد شده كه غالباً روی عایقها اثر می گذارد. زمینها ممكن است كه كاملاً درون شبكه داخلی مشترك قرار گرفته و یا تعدادی از آنها در شبكه توزیع وجود داشته باشند.
2-5-(تجهیزات مناسب پیشنهادی برای حفاظت علیه اضافه ولتاژهای گذرا)
2-5-1- برقگیر:
همانطوری كه در بخش قبل اشاره گردید برقگیرها وسایلی هستند كه تجهیزات را با محدودكردن ولتاژ در مقابل اضافه ولتاژهای گذرا محافظت می كنند.
 
2-5-2- ترانسفورماتور ایزوله:
ترانسفورماتورهای ایزوله برای تضعیف نویزهای با فركانس بالا و موجهای گذرا بكار می روند. مهمترین پارامتر ترانسفورماتورهای ایزوله برای حذف موجهای گذرا، اندوكتانس نشتی آنها می باشد.
2-5-3- فیلترهای پائین گذر:
این فیلترها از اندوكتانسهای سری و خازنهای موازی تشكیل می شوند كه تركیب آنها مسیر كم امپدانسی را به زمین برای فركانسهای تشدید ایجاد می كند. در مسائل حفاظتی برقگیرها نیز به صورت موازی با آن بكار می رود.
2-5-4- وسایل برق اضطراری با امپدانس كم:
وسایل برق اضطراری با امپدانس كم همراه با منابع تغذیه سوئیچینگ به كار می روند. اینگونه وسایل دارای امپدانس بسیار كوچكتری از ترانسفورماتورهای ایزوله بوده و به صورت داخلی دارای یك فیلتر نیز می باشند. فیلتر در خروجی قرار گرفته و عمل حفاظت را در مقابل موجهای با فركانس بالای با مد نرمال و مد مشترك انجام می دهد. توجه كنید كه اتصال نوترال به زمین جدیدی در سمت بار در این حالت بوجود می آید.
2-6- (توصیه ها و راهكارهای اجرایی در مقابله با حالات گذرا)
توصیه های ارائه شده در این بخش، پایه ای برای انتخاب مشخصات فنی مناسب جهت نیازهای طراحان و استفاده كنندگان تجهیزات خواهد بود. مشخصات مربوط به قابلیت تحمل تجهیز و سطوح آزمونی كه این قابلیت را به اثبات برساند، از مسئولیتهای سازندگان تجهیزات است.
2-6-1- (توصیه های اجرایی مرتبط با شركتهای برق)
2-6-1-1- راهكارهای مقابله با حالت گذرای ناشی از كلیدزنی خازنها
در این بخش به چگونگی برخورد و نحوه مقابله با مسائل مرتبط با حالت گذرای كلیدزنی خازنی پرداخته می شود و پیشنهاداتی كه به عنوان دستورالعمل قابل استفاده می باشند ارائه می گردد.
(زمان وصل خازن)
حالات گذرای ناشی از كلیدزنی خازنی بسیار مرسوم بوده و معمولاً آسیب رسان نمی باشند. بهرحال، زمان وقوع عمل كلیدزنی می تواند برای بعضی از بارهای حساس نامطلوب باشد. برای مثال، همانطور كه می دانیم مقدار بار راكتیو سلفی در بعضی از ساعت روز بالا می رود و در نتیجه شركتهای برق تصمیم می گیرند كه خازنهایی را وارد مدار سازند. اگر زمان این كلیدزنی ها مصادف با شروع یك شیفت كاری شود، ممكن است بارهای حساس مانند محركه های با قابلیت تنظیم سرعت را از كار بیاندازد. راه حل ساده و ارزان در این مورد این است كه زمان قابل قبول كلیدزنی خازنی از دیدگاه مشتركین تعیین گردد.
(قراردهی مقاومت در مرحله كلیدزنی)
قراردادن مقاومت می تواند حالت گذرای ناشی از كلیدزنی را بطور قابل ملاحظه ای كاهش دهد. اولین پیك موج گذرا، آسیب رسان ترین آن نیز می باشد. قراردادن مقاومت در مدار كلیدزنی سبب می شود كه اولین پیك موج گذرا بصورت قابل ملاحظه ای میرا گردد.
 
(اتصال سنكرون)
روش دیگر برای كاهش حالت گذرای ناشی از كلیدزنی خازنی، استفاده از وصل كننده های سنكرون می باشد. روش كار اینگونه وسایل بدین صورت است كه زمان وصل كنتاكتها به نحوی انتخاب می شود كه ولتاژ خازن برابر با ولتاژ سیستم باشد.
(محل نصب خازن)
در فیدرهای توزیع، خازن ها ممكن است نزدیك به یك مشترك حساس و یا در محلی كه اضافه ولتاژ گذرا امكان تقویت شدن را داشته باشد نصب شوند. اغلب این امكان وجود دارد كه برای حل مشكل، خازنها را به محل دیگری از خط و یا به شاخه دیگری از شبكه انتقال داد. اضافه نمودن میرایی سیستم با افزودن مقاومت در مدار و یا قراردادن امپدانس بیشتری بین خازن و مشتركین حساس، اساس این كار می باشد.
2-6-2-1- (راهكارهای مقابله با حالت گذرای ناشی از موج صاعقه)
بسیاری از مسائل كیفیت برق ناشی از صاعقه می باشند. موج ضربه با ولتاژ بالا نه تنها باعث آسیب رساندن به تجهیزات می گردد، بلكه خطای موقتی كه بعد از برخورد صاعقه به خط پیش می آید می تواند باعث قطعی یا فلش ولتاژ شود. در ادامه، روشهایی كه شركتهای برق برای كاهش اثر برخورد صاعقه می توانند مورد استفاده قرار دهند توضیح داده خواهد شد.
 
(استفاده از سیم گارد در خطوط)
یكی از روشهایی كه شركت برق می توانند برای جلوگیری از برخورد مستقیم صاعقه به هادیهای فاز انجام دهند استفاده از سیم گارد برای خطوط و تأسیسات می باشد. این راهكار بسیار مفید بوده ولی به دلیل احتمال وقوع قوس برگشتی نمی توان از بروز قوس بطور كامل جلوگیری كرد.
امروزه توصیه می شود در بخشهایی از خطوط توزیع كه احتمال برخورد صاعقه در آنها زیاد است از سیم گارد استفاده شود تا تعداد خطاها كاهش یابد. با این كار كیفیت برق نیز بهبود خواهد یافت.
(استفاده از برقگیرها)
راهكار دیگری كه در مناطق صاعقه خیز می توان از آن بهره گرفت استفاده از برقگیرها است. معمولاً قوس برگشتی ابتدا در مقره های برج رخ می دهد. بنابراین، جلوگیری از بروز قوس برگشتی در مقره ها به نحو مؤثری قطعیها را كاهش خواهد داد. با توجه به هزینه كمتر، استفاده از برقگیرها، اقتصادی تر از بكاربردن سیم گارد خواهد بود.
2-6-2- (توصیه هایی اجرایی مرتبط با مشتركین صنعتی و شركتهای برق در طرف فشار ضعیف)
2-6-2-1- پیشنهاداتی در خصوص حفاظت ترانسفورماتور
عموماً از دو روش برای حفاظت ترانسفورماتور استفاده می شود:
-    تغییر طراحی ترانسفورماتور
-    بكارگیری برقگیر در ترمینالهای ثانویه ترانسفورماتور
كاملاً واضح است كه روش اول در هنگام طراحی ترانسفورماتور باید مورد توجه قرار گیرد و زمانی كه ترانسفورماتور ساخته شد دیگر نمی توان تغییری در آن ایجاد كرد. با توجه به نكات فوق مناسبترین روش، استفاده از برقگیرها در طرف فشار ضعیف است.
2-6-2-2- پیشنهاداتی در خصوص حفاظت كابل
یكی از مهمترین علل قطع برق، خرابی كابلهای زیرزمینی است. هرچه از عمر كابل می گذرد، عایق آن ضعیفتر شده و حتی یك اضافه ولتاژ گذرای كوچك نیز می تواند موجب خرابی كابل شود.
به هر حال استفاده از برقگیر می تواند طول عمر كابل را زیاد كند. برای حفاظت بالاتر می توان یكی از روشهای زیر را بكاربرد:
-    اضافه كردن برقگیردر نقطه مدار باز
-    اضافه كردن برق گیر در یكی مانده به آخرین ترانسفورماتور
-    اضافه كردن برق گیر در هر ترانسفورماتور
-    اضافه كردن برق گیرهای ویژه با ولتاژ تخلیه كم
-    تزریق مایع عایقی به كابل
-    استفاده از شمای برق گیر اسكات در اولیه
با توجه به اینكه طول عمر كابل تابعی نمائی از تعداد ضربه هایی است كه با دامنه مشخص به كابل وارد می شود، بنابراین هر وسیله ای كه بتواند دامنه موجهای ضربه را كاهش دهد قادر به افزایش طول عمر كابل خواهد بود.