کیفیت توان ، همان چیزی که مدتها در صنعت برق کمتر مورد توجه بود، اما امروزه استانداردهای متعددی، برای رسیدن به کیفیت مورد قبول انرژی الکتریکی ارائه میشوند که جا دارد در اولین قدم به بررسی این استانداردها پرداخت و با آنها آشنا شد.
ما به استانداردها در زمینه کیفیت توان و‌هارمونیک‌ها نیازمندیم تا تمامی‌کاربران و استفاده‌کنندگان (صنعتی، تجاری و مسکونی) و تولیدکنندگان برق در سطح توزیع یا انتقال، هنگام بحث بر روی کیفیت توان با زبان و اصطلاحات یکسانی صحبت کنند. همچنین استانداردها، محدودیت‌هایی را برای وقایعی که کیفیت توان را در سیستم کاهش می‌دهند، مشخص و معین کرده‌اند.
استانداردهای ۵۱۹ و ۱۱۵۹ از IEEE
استانداردهای IEEE تکنیکها و تجربیات طراحی قابل‌قبول را برای ما فراهم می‌کنند. استانداردهای IEEE ، مرتبط با کیفیت توان ، شامل دسته‌ای که کیفیت توان مطلوب را بررسی می‌کند (استاندارد IEEE 519) و آن‌هایی که مربوط به اندازه‌گیری پدیده‌های کیفیت توان (استاندارد IEEE1159)است ، میباشد . هر دوی این استانداردها بر روی سیستم‌های AC و‌هارمونیک‌های آنها تمرکز دارند.
استاندارد IEEE 519[2.1] (منظور استاندارد IEEE 519-1992 میباشد) به عنوان ” تکنیکها و نیازمندی‌های کنترل‌هارمونیک در سیستم‌های قدرت الکتریکی” نام‌گذاری شده است. چکیده این استاندارد نشان می‌دهد که امروزه مبدل‌های توان، در تأسیسات صنعتی و تجاری زیادی استفاده میشوند ولی چالش‌هایی در مورد‌هارمونیک زایی و کنترل توان راکتیو در چنین سیستم‌هایی پیش روی ما قرار دارد.
استانداردها محدودیت‌هایی برای اختلالات گوناگون سیستم‌های توزیع قدرت معین می‌کنند. استاندارد ۱۹۹۲ نسخه اصلاح شده استاندارد قبلی است که در سال ۱۹۸۱ چاپ شد و کنترل‌هارمونیک‌ها را مورد بررسی و پوشش قرار می‌دهد.
موضوعات اصلی و پایه‌ای استاندارد IEEE 519 مشتمل بر دو قسمت می‌باشند. قسمت اول اینکه شرکت توزیع موظف است، شکل موج ولتاژ سینوسی با کیفیت خوبی تولید کند و دوم این که، مصرف‌کننده‌ها موظف‌اند که جریان‌های‌هارمونیکی که بارهای آنها از شبکه می‌کشند را محدود کنند.
محدودیت‌های اعوجاج ولتاژی
(نکته: سیستم‌های قدرت فشارقوی می‌توانند تا میزان حداکثر ۲% ، THD داشته باشند)
مجموع اعوجاجات‌هارمونیکی(%) THD | میزان اعوجاج برای هر مؤلفه‌هارمونیکی(%) | ولتاژ در نقطه اتصال مشترک |
| ۵ | ۳ | ۶۹ کیلوولت و پایین‌تر |
| ۲٫۵ | ۱٫۵ | ۶۹ تا ۱۶۱ کیلوولت |
| ۱٫۵ | ۱ | ۱۶۱ کیلوولت به بالا |
مصرف‌کننده شماره ۲ در ورودی خود، ولتاژ نقطه اتصال مشترک خود با مصرف‌کننده شماره ۱ را می‌بیند که این نقطه اتصال مشترک را معمولاً با PCC نشان می‌دهند.هارمونیک‌های کشیده شده از خط توسط مشتری شماره ۱، باعث بروز اعوجاج ولتاژی در نقطه PCC میشوند یا به عبارت دیگر این اعوجاجات در اثر افت ولتاژ ناشی از عبور جریان‌های‌هارمونیکی در مقاومت و راکتانس خط بروز می‌کنند.
محدودیت‌های اعوجاجات‌هارمونیکی مربوط به نقطه اتصال مشترک مندرج در استاندارد IEEE519 نشان داده شده است. این محدودیت‌ها بر کیفیت توانی که باید توزیع‌کننده به مصرف‌کننده تحویل دهد، اعمال میشوند. به عنوان مثال،در استاندارد IEEE519 برای سیستم‌های با ولتاژ کمتر از ۶۹ کیلو ولت، حداکثر میزان اعوجاج ۳% برای هر مؤلفه‌هارمونیک و ۵% برای مجموع اعوجاجات‌هارمونیکی بیان شده است.
حدود اعوجاجات‌هارمونیکی جریان برای سیستم‌های توزیع (از ۶۹ ولت تا ۶۹ کیلوولت)
| حداکثر اعوجاج‌هارمونیکی جریان بر حسب درصدی از IL | ||||||
| مرتبه هر مؤلفه‌هارمونیکی(مؤلفه‌های فرد) | ||||||
| Isc/IL | ۱۱> | ۱۷——–۱۱ | ۲۳——–۱۷ | ۳۵——۲۳ | h>35 | TDD |
| <20* | ۴٫۰ | ۲٫۰ | ۱٫۵ | ۰٫۶ | ۰٫۳ | ۵٫۰ |
| ۲۰<50 | ۷٫۰ | ۳٫۵ | ۲٫۵ | ۱٫۰ | ۰٫۵ | ۸٫۰ |
| ۵۰<100 | ۱۰٫۰ | ۴٫۵ | ۴٫۰ | ۱٫۵ | ۰٫۷ | ۱۲٫۰ |
| ۱۰۰<1000 | ۱۲٫۰ | ۵٫۵ | ۵٫۰ | ۲٫۰ | ۱٫۰ | ۱۵٫۰ |
| >1000 | ۱۵٫۰ | ۷٫۰ | ۶٫۰ | ۲٫۵ | ۱٫۴ | ۲۰٫۰ |
| حدود‌هارمونیک‌های زوج، ۲۵% حدود‌هارمونیک‌های فرد ذکر شده در بالا میباشد | ||||||
| اعوجاجات جریان که منجر به بروز انحراف DC میشوند، مثلاً مبدل‌های نیم موج مجاز نیستند | ||||||
| همه تجهیزات توزیع توان صرف‌نظر از مقدار Isc/ILبه مقادیر ذکر شده اعوجاجات جریان محدود شده‌اند | ||||||
| پارامترهای Isc و IL به صورت زیر تعریف میشوند: Isc= حداکثر جریان اتصال کوتاه در نقطه PCC IL= حداکثر دیماند جریان بار(مؤلفه فرکانس اصلی) در PCC | ||||||
انجمن IEEE مجموعه گستردهای از استانداردهای مرتبط با کیفت توان را در مجموعه خود منتشر کرده است.
فهرست استانداردها مرتبط به کیفیت توان IEEE
| ردیف | شماره استاندارد | توضیح استاندارد |
| ۱ | IEEE SCC-22 | کمیته‌ی هماهنگی استانداردهای کیفیت توان |
| ۲ | IEEE 1159 | مانیتورینگ کیفیت توان الکتریکی |
| IEEE 1159.1 | راهنما و الزامات ضبط و ذخیره‌سازی دادهها | |
| IEEE 1159.2 | توصیف پدیده‌ی کیفیت توان | |
| IEEE 1159.3 | قالب فایل دادهها برای تبادل داده‌های کیفیت توان | |
| ۳ | IEEE P1564 | شاخص‌های فرورفتگی ولتاژ |
| ۴ | IEEE 1346 | سازگاری سیستم قدرت با تجهیزات پردازش |
| ۵ | IEEE P1100 | برقدار و زمین کردن تجهیزات الکترونیکی |
| ۶ | IEEE 1433 | تعاریف کیفیت توان |
| ۷ | IEEE P1453 | فلیکر ولتاژ |
| ۸ | IEEE 519 | کنترل‌هارمونیک‌ها در سیستم‌های قدرت الکتریکی |
| ۹ | IEEE P446 | منبع تغذیه اضطراری و آماده به کار |
| ۱۰ | IEEE P1409 | توزیع توان با شرایط خاص |
| ۱۱ | IEEE P1547 | توزیع گسترده و اتصالات درون شبکه‌ای سیستم‌های قدرت |
استانداردهای IEC
سازمانی که عمدتاً به عنوان متصدی استانداردهای کیفیت توان شناخته می‌شود، IEC میباشد که مقر آن در ژنو است. سازمانIEC در ارتباط با مباحث کیفیت توان، یک مجموعه از استانداردها را تعریف کرده است که استانداردهای سازگاری الکترومغناطیس نامیده میشوند.
مجموعه استانداردهای IEC 61000 شامل‌هارمونیک‌ها و اینترهارمونیک‌ها به عنوان یکی از پدیده‌های انتشار یافته الکترومغناطیسی فرکانس پایین، میباشد. یک جایگزین متداول برای استاندارد IEC، بخش ۳ از استاندارد IEEE519-1992 میباشد ، که راهکارها و دستورالعمل‌هایی را در مورد‌هارمونیک‌ها ارائه می‌دهد. استانداردهایی هم در رابطه با تأثیر اعوجاجات‌هارمونیکی بر تجهیزات خاص وجود دارد.
هرچند استانداردهای بین‌المللی به عنوان یک پایه و اساس برای هماهنگی جهانی می‌باشند، کشورهای مختلف نیز اصلاحات خود را جهت تطابق با اولویت‌های گوناگون ملی به اجرا در آورده‌اند. این اصلاحات به طور معمول به خاطر مشخصات و ویژگی‌های خاص در ساختار شبکه برق و مدیریت بار در آن کشورها میباشد
به عنوان مثال شبکه برق انگلستان و نیوزلند را در نظر بگیرید. در انگلستان شاهد یک شبکه برق به شدت به هم پیوسته هستیم، که تعداد زیادی بار به صورت تولید پراکنده تغذیه میشوند و نتیجتاً این بارها همیشه به نقاط تولید برق، نسبتاً نزدیک هستند. این موضوع در تقابل است با وضعیت نیوزلند، که در آنجا برق به صورت تولید متمرکز، برای نقاط دوردست، و بارهای اصلی یا تعداد زیادی بار کوچک پراکنده فرستاده می‌شود. در نتیجه خطوط انتقال بلند و پایین بودن سطوح اتصال کوتاه شبکه، آسیب‌پذیری سیستم به نفوذ‌هارمونیک‌ها افزایش می‌یابد. عوامل مذکور و علاوه بر آن، استفاده گسترده از کنترل ریپل، باعث بروز مشکلات گوناگون زیادی نسبت به مشکلات موجود در انگلستان برای کمیته‌های استاندارد می‌شود.
اتحادیه اروپا، تلاش کرده است تا به وسیله دستورالعمل و بخشنامه سازگاری الکترومغناطیس، از حذف شدن موانع فنی در تجهیزات و عملکرد رضایت‌بخش تجهیزات در شرایط الکترومغناطیسی خاص اطمینان حاصل کند و با محدود کردن اختلالات، شبکه توزیع عمومی‌برق را در برابر آنها محافظت کند.
پیشنهاد مهندسی شماره ER G5/4 در مارس ۲۰۰۱ در انگلستان به اجرا در آمد تا از تناسب اهداف بخشنامه با اختلالات‌هارمونیکی شبکه اطمینان حاصل شود. در نسخه اصلاح شده پیشنهاد، میزان مؤلفه‌های‌هارمونیکی و اعوجاج‌هارمونیکی کل برای همه سطوح ولتاژی از ۴۰۰ ولت تا ۴۰۰ کیلوولت ارائه شده است. همچنین باید بدانیم که هیچ استانداردی، مرتبط با‌هارمونیک سیستم‌ها نمی‌تواند دائم و همیشگی باشد بلکه به عنوان تفسیر کنونی و موقت سیستم، تکنیکهای مانیتورینگ و مدل‌سازی را ارائه می‌کند. نتیجتاً به موازات افزایش درک و فهم ما نسبت به تکنیکهای تحلیلی از یک طرف و اندازه‌گیری‌های پیشرفته از طرف دیگر، استانداردها نیز باید تغییر کنند.
در استاندارد IEC 61000 1-4 قوانینی برای محدود کردن انتشار‌هارمونیک‌ها و اینترهارمونیک‌های جریان تا ۹ کیلوهرتز، که از طریق تجهیزات و بارها به شبکه اعمال میشوند ارائه شده است.
استاندارد IEC 61000 2-1 هم، عوامل اصلی‌هارمونیک زا را در سه گروه شامل: تجهیزات شبکه، بارهای صنعتی و بارهای مسکونی به اجمال نشان می‌دهد.
استفاده روزافزون از مبدل HVDC و ادوات FACTS ، علت و منبع اصلی اعوجاج‌هارمونیکی در سیستم انتقال میباشد. مبدل‌های استاتیکی توان و کوره‌های قوس الکتریکی هم عوامل اصلی‌هارمونیک‌ها در صنعت می‌باشند، و تجهیزات و دستگاه‌هایی که دارای یکسوسازهای مجهز به فیلتر خازنی می‌باشند(عمدتاً رایانه‌ها و تلویزیون‌ها) عوامل اصلی‌هارمونیک‌ها در شبکه توزیع خانگی هستند.
استاندارد IEC 61000 2-2 شامل بخشی در مورد میزان اعوجاج‌هارمونیکی و اینترهارمونیکی مجاز ولتاژ در شبکه L.V صنعتی میباشد.
استاندارد IEC 61000 2-4 هم میزان مجاز‌هارمونیک و اینترهارمونیک‌ها را برای کارخانه‌های صنعتی مشخص می‌کند. این استاندارد همچنین آثار اصلی اینترهارمونیک‌ها را مورد بررسی قرار می‌دهد.
فهرست استانداردها مرتبط به کیفیت توان IEC
| ردیف | شماره استاندارد | توضیح استاندارد |
| ۱ | IEC 61000-4-11 | ایمنی فرورفتگی ولتاژ-۱۶ آمپر و یا کمتر |
| ۲ | IEC 61000-4-34 | ایمنی فرورفتگی ولتاژ- بیشتر از۱۶ آمپر |
| ۳ | IEC 61000-4-30 | روش‌های اندازه‌گیری کیفیت توان |
| ۴ | ۶۱۰۰۰-۱-X | تعاریف و روش‌ها |
| ۵ | ۶۱۰۰۰-۲-X
| محیط‌زیست( به عنوان مثال استاندارد شماره ۴-۲- ۶۱۰۰۰ سطح مجاز جهت کارخانجات صنعتی است) |
| ۶ | ۶۱۰۰۰-۳-X
| محدودیت‌ها( به عنوان مثال استاندارد شماره ۴-۳-۶۱۰۰۰، مطابق با محدودیت‌های پخش‌هارمونیک‌ها) |
| ۷ | ۶۱۰۰۰-۴-X | اندازه‌گیری‌ها و تستها (به عنوان مثال استاندارد شماره ۳۰-۴-۶۱۰۰۰ مربوط به اندازه‌گیری کیفیت توان میباشد) |
| ۶۱۰۰۰-۵-X | روش نصب و کاهش خطرات احتمالی | |
| ۸ | ۶۱۰۰۰-۶-X | استاندارد ایمنی عمومی‌و استانداردهای تشعشع الکترومغناطیس |
| ۹ | IEC SC77A | پدیده‌های سازگاری الکترومغناطیس فرکانس پایین، اساساً معادل “کیفیت توان” در اصطلاحات فنی آمریکایی ا ست |
| ۱۰ | TC 77/WG 1 | اصطلاحات |
| ۱۱ | SC 77A/WG 1 | هارمونیک‌ها و دیگر اختلالات فرکانس پایین |
| ۱۲ | SC 77A/WG 6 | آزمایش ایمنی فرکانس پایین |
| ۱۳ | SC 77A/WG 2 | نوسانات ولتاژ و دیگر اختلالات فرکانس پایین |
| ۱۴ | SC 77A/WG 8 | اختلالات الکترومغناطیسی مرتبط به فرکانس شبکه |
| ۱۵ | SC 77A/WG 9 | روش‌های اندازه‌گیری کیفیت توان |
| ۱۶ | SC 77A/PT 61000-3-1
| سازگاری الکترومغناطیسی، |
امتیاز بینندگان:۵ ستاره