کیفیت توان الکتریکی و استاندارد IEC-61000

---

---

ساختار دستگاه کیفیت توانی بر مبنای این استاندارد می تواند به صورت شکل زیر باشد.

ساختار بلوکی دستگاه کیفیت توان

 

در ادامه، به بررسی نکات مهم مطرح شده در استاندارد IEC-61000 می پردازیم.

·         استاندارد IEC-61000:

این استاندارد به مساله سازگاری تجهیزات اندازه گیری از نظر الکترومغناطیسی و تشعشات مربوط می پردازد و فصل چهارم آن یعنی IEC-61000-4-30 به بیان روشهای اندازه گیری کیفیت توان اختصاص یافته است. در این فصل، برای هر پارامتر کیفیت توان، دو کلاس اندازه گیری A و S تعریف شده و برای هر کلاس، ملزومات و روشهای مربوط معرفی شده است.

کلاس A در جایی استفاده می شود که اندازه گیری دقیق لازم باشد. به عنوان مثال در موارد خاصی که به کالیبراسیون، تأیید انطباق با استانداردها و غیره وجود داشته باشد، استفاده از دستگاه های دارای کلاس A ضروری است. هر اندازه گیری از یک پارامتر در سیگنال های مشابه که با دو ابزار مختلف مطابق با الزامات کلاس A انجام می شود، باید نتایج یکسانی را البته با توجه به میزان دقت و انحراف معیار خطای دستگاه ها ارائه کند. نکته مهم اینکه اندازه گیری های کلاس A فقط در صورت مطابقت پارامترهای انتخاب شده توسط کاربر (آستانه ها ، پسماند و غیره) نتایج یکسانی خواهد داد.

کلاس S برای کاربردهای آماری مانند ممیزی یا ارزیابی کیفیت توان، با در نظرگرفتن زیرمجموعه ای از پارامترهای تعریف شده به عنوان کیفیت توان و نه تمام آنها، استفاده می شود. این کلاس اگرچه در اندازه گیری پارامترها، از بازه های اندازه گیری تعریف شده در کلاس A استفاده می­کند، اما حجم پردازشهای مورد نیاز  کلاس S بسیار کمتر است.

دستگاه های اندازه گیری کیفیت توان می توانند از خروجی ترانسفورماتورهای اندازه گیری موجود در شبکه استفاده کنند اما بخشهای اندازه گیری سیگنال و تحلیل و ارزیابی آن باید در دستگاه پیش بینی شود.

اندازه گیری ها را می توان روی سیستم های تک فاز یا چند فاز انجام داد. بسته به نوع خواسته، اندازه گیری ولتاژ بین هادی های فاز و نول (خط به نول) یا بین هادی های فاز (خط به خط) یا بین هادی های فاز یا نول به  زمین (فاز به زمین، نول به زمین) ممکن است لازم باشد. به جز اندازه گیری عدم تعادل ولتاژ، که ذاتاً چند فاز است، روش های اندازه گیری مشخص شده در این سند به گونه ای است که می توان نتایج مستقلی را در هر کانال اندازه گیری تولید کرد. مقادیر لحظه ای فاز به فاز را می توان مستقیماً اندازه گیری کرد یا می توان از مقادیر اندازه گیری شده لحظه ای فاز به خنثی یا از مقادیر اندازه گیری شده فاز به زمین بدست آورد. اندازه گیری های جریان هم روی هر هادی سیستم تغذیه، از جمله هادی نول و هادی ارت قابل انجام است.

در هر دو کلاس A و S، اندازه گیری پارامترها (از جمله ولتاژ تغذیه، هارمونیکها، هارمونیکهای داخلی و عدم تعادل) باید در بازه های زمانی معادل 10 سیکل (در فرکانس 50 و 12 سیکل در فرکانس 60هرتز) انجام و به صورتی که در ادامه می آید تجمیع شود. همچنین لازم است که این بازه ها در هر 10 دقیقه، به ساعت هماهنگ جهانی (Coordinated Universal Time) یا UTC سنکرون شوند. داده های برداشته شده در بازه های 10 یا 12 سیکلی، باید در قالبهای  150 یا 180 سیکلی (به ترتیب در 50 و 60 هرتز)، 10 دقیقه ای و 2 ساعته (حداقل و لزوما برای فلیکر P_it) تجمیع شوند.

-         برای اندازه گیری فرکانس که باید هر 10 ثانیه اندازه گیری و نمایش داده شود، خطای اندازه گیری (در بازه 42.5 تا 57.5 یا 51 تا 69 هرتز) نباید بیش از mHz ±10 در کلاس A و mHz ±50  در کلاس S باشد.

-         همچنین برای اندازه گیری ولتاژ موثر خطای اندازه گیری نباید بیش از 0.1±% ولتاژ نامی خروجی PT در بازه 10 تا 150درصد آن در کلاس A و 0.5±%   ولتاژ نامی خروجی PT در بازه 20 تا 120 درصد آن در کلاس S باشد.

-         برای فلیکر در کلاس A، از کلاس F1 استاندارد IEC 61000-4-15 و در کلاس S از کلاس F3 استاندارد یاد شده باید استفاده گردد. معیارهای دقت مربوط به اندازه گیری فلیکر، باید در بازه P_st0.2 تا P_st 10  در کلاس A و P_st0.4 تا P_st 4  در کلاس S رعایت شود.

-         اندازه گیری مقدار موثر (U_rms) افزایش (dip) و کاهش (swell) ولتاژ باید به صورت U_rms(1/2)  باشد یعنی مقدار آن در هر نیم سیکل تازه (refresh) شود. نکته مهم این است که داده های مربوط به این تغییرات ولتاژ باید در تغییرات سریعی که واقع می شود، حداقل تا یک دقیقه بین وقایع حفظ شوند. حتی در صورتی که امکان حفظ مشخصه های افزایش ولتاژ و کاهش در موارد خاص قابل ذخیره نباشد، تعداد وقایع باید ثبت شود. البته در کلاس S، بروزرسانی و تازه سازی مقدار موثر افزایش و کاهش ولتاژ می تواند به انتخاب سازنده در یک یا نیم سیکل انجام شود.

-         قطعی های ولتاژ نیز از مواردی است که باید در اندازه گیری پارامترهای کیفیت توان در نظر گرفته شود.

-         اندازه گیری گذراهای ولتاژ، اگر چه مفید و کاربردی است اما از دیدگاه استاندارد مورد نظر این طرح، اجباری نیست و البته در اغلب دستگاه های تحلیل کیفیت توان نیز، چنین قابلیتی ارائه نشده است.

-         عدم تعادل ولتاژ با استفاده از روش مولفه های متقارن و محاسبه توالی های صفر و منفی، علاوه بر توالی مثبت بررسی می شود. در کلاس A، شاخصهای توالی صفر و منفی توسط استاندارد تعریف شده اند و مبنای محاسبات آنها اندازه گیری مولفه اصلی ولتاژ (با کاهش اثر هارمونیکها با استفاده از فیلتر یا یک الگوریتم DFT) در بازه های 10 یا 12 سیکل است. در کلاس S، سازنده می تواند خود شاخصی برای توالی منفی معرفی کند و اندازه گیری شاخص توالی صفر نیز اجباری نیست.

-         اندازه گیری هارمونیکها بر مبنای استاندارد  IEC 61000-4-7 انجام می گیرد. در کلاسهای A و S، به ترتیب حداقل تا 50 و 40 هارمونیک باید اندازه گیری شود.

-         اندازه گیری میان-هارمونیکها (interharmonics) نیز باید بر مبنای استاندارد  IEC 61000-4-7 انجام گیرد. در کلاسA، حداقل تا هارمونیک 50 اُم باید اندازه گیری شود. اما در کلاس S شرایط خاصی برای آن در نظر گرفته نشده است.  ضمن اینکه در استاندارد IEC 61000-4-7، گام  5 هرتز برای اندازه گیری میان-هارمونیکها تعیین شده است.

-         ولتاژ سیگنال کنترلی شبکه در فرکانس حامل، که فرکانسی به غیر از هارمونیکهای شبکه است نیز باید اندازه گیری شود. روش اندازه گیری در کلاس A مشخص شده اما در کلاس S به سازنده واگذار شده است.

-         برای محاسبه پارامترهای Underdeviation و Overdeviation ولتاژ در کلاس A، روابطی ارائه شده اما در کلاس S این پارامترها در نظر گرفته نشده اند.

-         دامنه جریان، ذخیره داده های جریان (به موازات ذخیره داده های ولتاژ)، هارمونیکها و میان-هارمونیکها و عدم تعادل جریان نیز باید اندازه­گیری/محاسبه شوند.

-         در همه موارد بالا، برای دقت و محدوده اندازه گیری پارامتر، دستورالعملهایی ارائه شده است.

خلاصه خواسته های استاندارد IEC-61000-4-30 در جدول شکل زیر آمده است.

در مراحل نصب، سیمهای تست و سیمهای اندازه گیری اندازه گیری ولتاژ و جریان، ارتینگ، تداخل های الکترومغناطیسی سایر سیستمها و .... توجه به مسائل ایمنی ضروری است. در برخی از این موارد استاندارد IEC61010 راهکارهایی ارائه داده است.

دستگاه های اندازه گیری پرتابل، اساسا برای اندازه گیری در سطح ولتاژ پایین طراحی شده اند و عموما از خروجیهای فشار ضعیف ترانسهای اندازه گیری ولتاژ در پستها استفاده می کنند. اما این دستگاه ها برای اندازه گیری جریان، عموما باید ترانس اندازه گیری (معمولا به صورت کلمپ) همراه داشته باشند و به همین دلیل ملاحظات مربوط به این ترانسهای جریان از جمله دقت، پاسخ فاز، خطی بودن، فرکانس کاری و مشخصه های burden باید به طور خاص مورد توجه قرار گیرد.

نویسنده: دکتر حامد ملااحمدیان، مدیرعامل شرکت دانش بنیان تجهیزات ابزار آزما