مقدمه

شاخص های کیفیت توان الکتریکی (Power Quality Indices) معیار هایی هستند که برای ارزیابی و مانیتورینگ کیفیت توانایی الکتریکی در سیستم برق استفاده می‌ شوند. این شاخص ‌ها نشان می‌ دهند که سیستم برق آیا به طور مطلوب و با استانداردهای تعیین شده عمل می ‌کند یا خیر. در این مقاله به بررسی مهم ترین پدیده های کیفیت توان الکتریکی می پردازیم.

منظور از کیفیت برق چیست؟

کیفیت برق به مجموعه ویژگی ها و شاخص‌ هایی اطلاق داده می‌ شود که بتوانند نشان دهند برق تولیدی، انتقالی و استفاده شده در سیستم برق با استانداردهای مشخصی سازگار می باشد. به طور کلی، کیفیت برق باید بتواند نیازهای مصرف‌ کنندگان از جمله تجهیزات و دستگاه‌ های الکترونیکی و سیستم‌ های حساس را برآورده کند و عملکرد صحیح آن‌ ها را تضمین نماید.

پارامترهای مهم برای ارزیابی کیفیت توان برق

در ادامه مشخصات و شاخص ‌هایی که برای ارزیابی کیفیت برق استفاده می ‌شوند را معرفی می کنیم:

شاخص گذرای الکتریکی

شاخص گذرای الکتریکی (Power Quality Transient) یکی از شاخص های مهم کیفیت توان الکتریکی است. گذراهای الکتریکی شامل تغییرات سریع و غیر معمول در جریان و ولتاژ برق می باشند که به صورت موقتی رخ می ‌دهند. این نوع تغییرات معمولاً به علت رخداد رویدادهایی مانند: قطع و وصل بار های بزرگ، شروع و قطع عملکرد تجهیزات الکترونیکی، صاعقه و نوسانات دیگر در سیستم برق ایجاد می ‌شوند.

تغییرات گذرای الکتریکی می ‌توانند عواقب نامطلوبی برای تجهیزات الکتریکی و الکترونیکی داشته باشند. مثلاً، این نوع تغییرات می ‌توانند باعث تخریب قطعات الکترونیکی، ایجاد نویز و خطا در سیستم ‌های کنترلی و اختلال در سیستم برق شوند. با استفاده از این شاخص می ‌توان مشکلات و نقاط ضعف در سیستم برق را شناسایی و اقدامات مناسبی را برای بهبود کیفیت توان الکتریکی و جلوگیری از ایجاد آسیب در تجهیزات اتخاذ کرد.

عدم تعادل ولتاژ

این پدیده به معنای عدم توازن در مقادیر ولتاژ در یک سیستم برق سه فاز است. ولتاژ بین هر جفت فاز در یک سیستم توزیع برق سه فاز باید با یکدیگر تعادل داشته باشد، اما در صورتی که این تعادل بین آن ها بهم بریزد، عدم تعادل ولتاژ رخ می ‌‌دهد. این عدم تعادل می ‌تواند ناشی از توزیع نامناسب بار ها بین فازها، اشکال در سیم کشی یا مشکلات در تجهیزات باشد.

عدم تعادل ولتاژ می ‌تواند منجر به ناهمسانی در عملکرد تجهیزات و دستگاه‌ های الکتریکی شود و در برخی موارد ممکن است باعث خرابی و کاهش عمر مفید آن‌ ها گردد.

تغییرات فرکانس

(Frequency Variations) به تغییرات ناپایدار در فرکانس سیستم برق اشاره دارد که یکی از شاخص های مهم کیفیت توان الکتریکی است. در یک سیستم برق، فرکانس نمایانگر تعداد دوره های جریان و ولتاژ در هر ثانیه است و معمولاً در کشورهای صنعتی، فرکانس نامی برابر با 50 هرتز می باشد. تغییرات فرکانس ممکن است ناشی از عواملی نظیر: تغییرات بار، عملکرد نا مناسب مولدها، اشکال در سیستم توزیع برق یا مشکلات در تجهیزات باشد. این تغییرات می ‌توانند در بازه‌ های زمانی کوتاه رخ دهند و به صورت افزایش یا کاهش فرکانس اتفاق بیافتند.

این پدیده می تواند اثرات مختلفی داشته باشد. برای مثال، در تجهیزاتی که برای عملکرد صحیح نیاز به فرکانس ثابت دارند، تغییرات آن باعث خرابی یا کاهش عملکردشان می شود. همچنین، تغییرات فرکانس در سیستم‌ های همگام سازی و  انرژی برق اختلال ایجاد می کنند. برای کنترل این پدیده سیستم‌ های تنظیم فرکانس در شبکه برق وجود دارند که با استفاده از مکانیسم ‌هایی مانند تنظیم توان مولد ها، به حفظ فرکانس نامی کمک می ‌کنند.

فلیکر ولتاژ

(Voltage Flicker) یک نوع از تغییرات ناپایدار ولتاژ است که در سیستم برق رخ می ‌دهد. فلیکر ولتاژ به تغییرات نامنظم و سریع ولتاژ میانگین در طول زمان اشاره دارد که می ‌تواند تغییرات نوری در لامپ ‌ها، صفحات نمایش و سایر تجهیزات الکترونیکی ایجاد کند.

این تغییرات ناپایدار ولتاژ معمولاً به دلایلی مانند: شروع و قطع بار های بزرگ، رفت و آمد بار های الکتریکی، عملکرد نا مناسب سیستم توزیع برق یا مشکلات در تجهیزات الکتریکی ایجاد می ‌شوند. فلیکر ولتاژ سبب ایجاد اختلال در کار کرد تجهیزات الکترونیکی و در برخی موارد به عدم راحتی بینایی و احساس خستگی در افراد می شود.

تغییرات کوتاه مدت ولتاژ

(Short-Term Voltage Variations) نوعی از تغییرات ولتاژ در سیستم برق است که به صورت کوتاه‌ مدت و در بازه‌ های زمانی کوچک تر از چند ثانیه رخ می ‌دهد. این تغییرات معمولاً به علت عواملی مانند: روشن و خاموش شدن تجهیزات الکترونیکی حساس، عملکرد نامطلوب سیستم ‌های تنظیم ولتاژ و عوارض دیگر در سیستم برق ایجاد می ‌شوند.

تغییرات بلند مدت ولتاژ

(Long-Term Voltage Variations) به تغییرات طولانی مدت در سطح ولتاژ در سیستم برق اشاره دارد. این پدیده ممکن است ناشی از عواملی مانند: تغییرات بار و تولید برق، عیوب در تجهیزات و خطوط انتقال باشد. تغییرات بلند مدت ولتاژ می‌ توانند به صورت افزایش یا کاهش مداوم در سطح ولتاژ رخ دهند. کاهش عملکرد تجهیزات، افزایش خطر خرابی، کاهش عمر مفید تجهیزات، ایجاد نویز و تداخل در سیگنال‌ های الکترونیکی و افزایش مصرف انرژی از جمله اثرات مخرب این پدیده است.

اغلب برای مدیریت و کنترل این پدیده اقداماتی مثل استفاده از تجهیزات تنظیم ولتاژ و مولدها مانند الکترود رگولیشن، ترانس ها و تجهیزات تقویت ولتاژ، و اعمال استاندارد ها و مقررات مربوط به کیفیت برق انجام می شود.

اعوجاج ها

(Disturbances) به تغییرات غیر معمول و ناگهانی در سیستم برق اشاره دارند. این تغییرات ممکن است ناشی از عوامل مختلفی مانند اشکال در تجهیزات، خرابی در خطوط انتقال برق، اتصال غیر مجاز، شوک الکتریکی، برق ‌گیر ها و سایر عوامل باشند.

این پدیده می تواند به صورت موقتی باشد و در کوتاه مدت رخ دهد مانند سوت زدن فشار قدرتمند یک توربین بادی یا رعد و برق. همچنین می ‌توانند برای مدت طولانی تر و پیوسته ادامه داشته باشند، مثل اشکال در سیم کشی که باعث افت ولتاژ در سیستم می ‌شود. قطعی یا نقص در تامین برق، خرابی تجهیزات، ایجاد نویز و تداخل در سیگنال‌ های الکترونیکی، آسیب به تجهیزات حساس و حتی خطر برای افراد و خسارت جسمانی از اثرات مخرب این پدیده است.

برای مقابله با اعوجاج ‌ها، از روش ‌هایی مانند حفاظت شبکه و مولد ها، فیلتر هارمونیک، سیستم ‌های UPS (نیروی پشتیبان باتری) و… استفاده می کنند.

نتیجه گیری

 شاخص های مهم کیفیت توان الکتریکی می ‌توانند به عنوان معیارهای مهمی برای ارزیابی و اندازه گیری کیفیت توان الکتریکی در سیستم‌ های برق استفاده شوند. آشنایی با این شاخص ‌ها به ما کمک می ‌کند، تا مشکلاتی مانند نوسانات و هارمونیک‌ ها، تغییرات ولتاژ و فرکانس، عدم تعادل بار و سایر مشکلاتی که می ‌توانند بر کیفیت توان الکتریکی تأثیر بگذارند را شناسایی کنیم.