روشهای اندازه گیری ولتاژ و جریان در سیستم قدرت ac غیر سینوسی | تعبیرستان
روشهای اندازه گیری ولتاژ و جریان در سیستم قدرت ac غیر سینوسیفنی و مهندسیعلم و فناوریدانستنیها
×
بستن

روشهای اندازه گیری ولتاژ و جریان در سیستم قدرت ac غیر سینوسی

تجهیزات شبکه انتقال، فوق توزیع و توزیع بنابر گفته کارشناسان، اغلب برای سرویس دهی به مشترکانی با بارهای سنتی و کاملاً خطی طراحی و ساخته شده اند. به رغم گسترش روزافزون مصرف کننده های غیرخطی به اعتقاد کارشناسان، هنوز به صورت شفاف، تاثیرات آنها بر روی کاهش عمر کاهش ظرفیت و خطای عملکرد تجهیزات شبکه مورد بررسی قرار نگرفته است.
از مهمترین تجهیزات شبکه قدرت که به طور مستقیم درآمد شرکتهای توزیع و برق های منطقه ای به آن بستگی دارد- دستگاههای اندازه گیری شامل آمپرترها، ولت مترها، وات مترها و کنتورهای اکتیو و راکتیو هستند.
مقاله ترجمه شده زیر که درباره تجهیزات اندازه گیری در شرایط غیر سینوسی است به وسیله شرکت برق و گاز اقیانوس آرام (Company Pacific Gas and Electric) که گاز طبیعی و برق ۱۵ میلیون مشترک را در شمال و مرکز ایالت کالیفرنیا تامین می کند منتشر شده است.
این مطلب به وسیله مهندس حمیدرضا محمدزاه مدیر دفتر بازرسی و کنترل کیفیت تجهیزات برق منطقه ای خراسان ترجمه و تلخیص شده است.
اغلب تجهیزات اندازه گیری ولتاژ، جریان، و توان در مدارات قدرتAC (جریان متناوب) مبتنی بر این فرض هستند که شکل موج جریان و ولتاژ تقریباً سینوسی است. در صورتیکه این پیش فرض نامعتبر باشد، خطاهای غیر منتظره ای بوجود می آید. زمانی که اینگونه خطاها در اندازه گیری ها روی می دهد و در نتیجه وجود بارهای غیر سینوسی پدیده هایی از قبیل اضافه بار(اضافه حرارت) هادیها، ترانسفورماتورها و سایر تجهیزات توزیع انرژی الکتریکی به وجود می آید. هنگام تصمیم گیری در مورد اینکه چه دستگاه اندازه گیری را خریداری کنیم، موضوع شکل موج غیر سینوسی و اشباع شده ولتاژ و جریان باید یکی از عوامل تصمیم گیری باشد. این موضوع همچنین باید در زمان ارزیابی و تحلیل داده های ثبت شده مد نظر قرار گیرد.
در سالهای اخیر منابع تغذیه غیرخطی در تجهیزات اداری و تجاری، کامپیوترها، ماشینهای تکثیر، دستگاههای صوتی تصویری، سیستمهای روشنایی فلورسنت، دیمرها و سیستمهای کنترل دور موتور به شدت فراگیر شده اند. بارهای خطی عبارتند از لامپهای رایج التهابی و موتورها که سیستمهای توزیع ما اصولاً برای سرویس دهی به آنها طراحی شده اند. بارهای غیرخطی بارهایی هستند که از سیستم تبدیل جریان متناوب به جریان مستقیم، برای کنترل بهتر و صرفه جویی در مصرف انرژی استفاده می کنند. این (غیرخطی بودن) یک نقیصه نیست. اما باید در محاسبات و اندازه گیری ها مد نظر قرار گیرد. در ایالات متحده برای محدود سازی میزان غیرخطی بودن دستگاههای مصرف کننده انرژی الکتریکی، هیچ استانداردی - آنگونه که در اروپا تدوین شده است- وجود ندارد.
تکنیکهای اندازه گیری مقدار موثر
واژهRMS مخفف عبارت «ریشه دوم متوسط مربعات» است. از نظر ریاضی این عبارت یعنی اینکه مقادیرلحظه ای را به توان دو می رسانید ، از مربعات متوسط گیری میکنید، و سپس جذر این متوسط مربعات را محاسبه می کنید. روش اندازه گیری جریان RMS در جریان متناوب در واقع میزان تاثیر حرارتی عبور جریان متناوب از یک مقاومت (سیم) را اندازه گیری می کند. این بسیار مهم است که بدانیم صحت این اندازه گیری به مناسب بودن اندازه هادی ها، ترانسفورماتورها و خازنها بستگی دارد.
دو گزینه رایج برای انتخاب تکنیک اندازه گیری جریان و ولتاژ AC عبارت است از:
ـ روش اندازه گیری بر مبنای مقدار متوسط، و روش اندازه گیری بر مبنای مقدار حداکثر. روش اندازه گیری مقدار متوسط، متوسط مقادیر لحظه ای را در یک دوره اندازه گیری مشخص را محاسبه می کند. دستگاههای اندازه گیری حساس به مقدار پیک، بیشترین مقدار لحظه ای را در طی یک دوره اندازه گیری تشخیص می دهند.
اغلب ولت مترهای دیجیتال ارزان قیمت از یکی از روشهای تبدیل مقدار متوسط برای اندازه گیری مقدار ولتاژ AC استفاده می کنند. محاسبه مقدار متوسط آسانترین و کم هزینه ترین روش برای تجهیزات اندازه گیری است.
در هردو این تکنیکها، دستگاهها بطور معمول براساس سنجش مقدار RMS برای شکل موجهای کاملاً سینوسی کالیبره میشوند. برای مثال یک ولتمتر حساس به مقدار پیک، معمولاً به گونه ای کالیبره می شود که ۷۰۷/۰ مقدار ولتاژ پیک را نشان دهد. و یک دستگاه اندازه گیری بر مبنای مقدارمتوسط، برای نمایش ۱۱/۱ برابر میزان متوسط کالیبره شده است. در شکل موج سینوسی کامل این مقادیر ثابت انتخاب شده، باعث میشود مقادیر اندازه گیری شده با میزان واقعی RMS کاملاً مطابقت داشته باشد.
روش تبدیل RMS واقعی
سه تکنیک اندازه گیری مقدار واقعی RMS امروزه مورد استفاده قرار میگیرد. روش حرارتی، روش رقومی(آنالوگ) و روش دیجیتال.
در روش اندازه گیری RMS واقعی حرارتی، سیگنال ورودی از حرارت یک بار مقاومتی استفاده میکند. و میزان حرارت مستقیماً به مقدارRMS شکل موج بستگی دارد. عموماً این پرهزینه ترین روش اندازه گیری مقدار موثر یا RMS است. گرچه روش حرارتی به زمان بسیارطولانی – در حد چند دقیقه - برای محاسبه نیازمند است، که این روش را برای اغلب اندازه گیریهای عملی قدرت غیرکاربردی نشان می دهد. برخی از شرکتهای برق در کانادا از این روش برای محاسبه هزینه برق مصرفی مشترکان بزرگ خود استفاده میکنند. عیب دیگر این روش، این است که باید به طور مکرر برای صحت اندازه گیری کالیبره شود.
مبدلهای RMS واقعی آنالوگ: مداری را مورد استفاده قرار میدهد که از ولتاژ (یا جریان) ورودی لگاریتم میگیرد، این مقدار را دو برابر میکند، از آن متوسط گیری میکند، و سپس از مقدار نصف متوسط آنتی لگاریتم میگیرد. این روش معادل این است که ولتاژ را به توان دو برسانیم، از مربعات متوسط گیری کنیم، و سپس ریشه دوم (جذر) متوسط ها را محاسبه کنیم.
مقدار ثابت زمانی محاسبات با مدار متوسط گیری تنظیم میشود، و می تواند به صورت نوعی از چند میلی ثانیه تا چندین هزار میلی ثانیه تنظیم شود. مقادیر ثابت زمانی طولانی تر میزان ریپل کمتری در خروجی ایجاد می نماید. اما منجر به کاهش سرعت پاسخگویی می شود. تغییرات کوتاه مدت ورودی یک نگرانی مهم در منابع تغذیه کامپیوتراست. مبدل های آنالوگ، همچنین محدودیت هایی در نرخ گذرایی و کرست فاکتور دارند. اما در طرح های مدرن اندازه گیری توان AC ، این محدودیت ها به ندرت مشکل ساز می شوند.
مبدلهای RMS واقعی دیجیتال: با سرعت زیاد از سیگنال ورودی نمونه گیری می کنند، و این نمونه ها را به مقادیر دیجیتال تبدیل می کنند. غالباًٌ فرکانس نمونه گیری بیشتر از ۱۰۰ برابر فرکانس سیگنال پیش بینی می شود. زمانی که می خواهیم توانی با فرکانس ۶۰ هرتز را اندازه گیری کنیم، نمونه برداری باید با فرکانسی بیشتر از ۶۰۰۰ هرتز صورت گیرد.
یک پردازشگر، هر کدام از مقادیر نمونه ها را به توان دو میرساند، مقادیر مربعات نمونه های اخیر را جمع میبندد، و سپس از مجموع بدست آمده ریشه دوم می گیرد. اندازه گیری RMS واقعی هر شکل موج دلخواه بسیار هزینه بر است و ثابت زمانی تبدیل میتواند به صورت دلخواه با تنظیم کردن تعداد نمونه های برداشت شده تنظیم شود. استانداردIEEE۱۱۵۹ در خصوص اندازه گیری توان، میزان حداقل دوره اندازه گیری مقدار RMS را نیم سیکل تعیین کرده است. اما اغلب دستگاه های اندازه گیری حداقل یک سیکل را برای اندازه گیری مقدار موثر مد نظر قرار میدهند. انجام عملیات ریاضی در این حد و به صورت پیوسته، فراتر از توانایی های اغلب دستگاه های سنجش رایج است. از اینرو در این دستگاه ها ترکیبی از روشهای نمونه گیری متفاوت، به صورت متناوب بکارگرفته میشود. گاهی نرخ تناوب این نمونه گیری ها، توسط کاربر قابل برنامه ریزی است. محدودیت دیگر این روش، حجم حافظه مورد نیاز برای ذخیره سازی داده ها و اطلاعات است.
عوامل بالقوه بروز خطا
خطای پاسخ فرکانسی در اندازه گیری جریان:
ـ حتی هنگامی که پردازشگرها محاسبات دقیقی را بر روی داده ها انجام می دهند، به دلیل محدودیت های مربوط به ترانسدیوسرهای جریان که برای جمع آوری مقادیر جریان مورد استفاده قرارگرفته اند، اندازه گیری می تواند با خطا همراه باشد. اندازه گیری جریان در مدارهای جریان متناوب، عموماً با استفاده از نوعی ترانسفورماتور جریان انجام می شود. ترانسفورماتورهای جریان دارای پهنای باند محدودی هستند، که این محدودیت در شرایط AC با شکل موج سینوسی نگران کننده نیست. با این وجود در بارهای غیرخطی، هر دو انتهای باند عبور این تجهیزات ]هم حداقل و هم حداکثر فرکانس مجاز[ می توانند بحرانی شوند.
از اینرو اطلاع از محدودیت های ترانسدیوسرهای جریانی که مورد استفاده قرار می دهیم، بسیار مهم است. مشکل پهنای باند در ترانسفورماتورهای جریان می تواند با گنجاندن مقاومت شنت در مدار جریان یا استفاده از سنسور اثر هال بر طرف شود.
خطای انتقال فاز در اندازه گیری جریان:
ـ علاوه بر وقوع خطای پهنای باند، ترانسفورماتورهای جریان عموماً دارای خطای دیگری به نام خطای انتقال فاز هستند که مقدار آن با فرکانس تغییر می کند. انتقال فاز متغیر با فرکانس، می تواند منجر به بروز خطاهای عمده در اندازه گیری شکل موج شود. میزان خطای انتقال فاز معمولاً برای هارمونیک های مرتبه پایین اندک است. اما برای هارمونیک های مرتبه بالاتر افزایش می یابد. به دلایل فوق، درخواست نتایج تست آزمایشگاهی ترانسفورماتورهای جریان، برای اطمینان از صحت پاسخگویی در مقابل پهنای باند فرکانس و دقت کافی در مقابل خطای انتقال فاز. برای تمامی مرتبه های هارمونیکی مورد نیاز، از اهمیت ویژه ای برخوردار است.
روشهای اندازه گیری ضریب قدرت:
ـ ضریب قدرت، نسبت توان حقیقی به توان ظاهری است که به طور سنتی با سنجش زاویه فاز بین بردار جریان و ولتاژ اندازه گیری میشود. این روش برای شکل موجهای غیرسینوسی با خطا همراه است. همیشه مقدار ضریب قدرت قرائت شده به این روش، به خطا بالا است. هنگامی که درصد بالایی بار غیرخطی وجود دارد، خطای اندازه گیری ضریب قدرت به بیش از ۵۰ درصد افزایش پیدا میکند. تنها روش دقیق اندازه گیری ضریب قدرت برای بارهای غیرخطی، متوسط گیری از مقادیر توان لحظه ای و سپس تقسیم کردن آن بر مقدار RMS واقعی جریان و مقدار RMS واقعی ولتاژ است.



منابع:
McEachern, Alexander, Voltage, Current, Power Factor, and Spectrum Measurements on Non-sinusoidal AC Power Circuits, ۱۹۸۷, Basic Measuring Indtruments.
Dugan, R.C., M.F. McGranaghan, S. Santoso, H.W. Beaty, Electrical Power Systems Quality, ۲nd edition, McGraw Hill, New York, ۲۰۰۳, chap. ۱۱.
برگردان: مهندس حمیدرضا محمدزاده مدیر دفتر بازرسی و کنترل کیفیت تجهیزات برق منطقه ای خراسان
منبع: هفته نامه پیک برق
خبرنگار : فاطمه پورآدم
پایگاه اطلاع رسانی وزارت نیرو ( news.moe.org.ir )

تاریخ ارسال: 1390/01/11


نظر شما چیست؟

کد امنیتی شکل بالا در کادر زیر درج شود

برای مشاهده و استفاده از فرم می بایست جاوااسکریپت بر روی مرورگر شما فعال باشد.

 
تعبیر خواب
تعبیر با تقویم
روایتی از قول امام جعفر صادق (علیه السلام) هست که می‌فرمایند مثلاً اگر در روز یا شب اول ماه قمری خوابی را ببینید تعبیر ندارد و صحیح نیست، یا اگر  در دوم و سوم ماه خوابی را ببینید تعبیرش برعکس می‌شود و به همین ترتیب تمام روزهای ماه را فرموده‌اند و این روایت تا حدودی هم شایع شده و گسترش پیدا کرده است.
دقت کنید که چیز کمی نیست!... یعنی شما که دیشب خوابی را دیده‌اید با دانستن تاریخ دیشب، می‌توانید ادامه مطلب...
تعبیرها و اشتباه‌ها
همۀ ما در طول شب یا روز خواب‌هایی می‌بینیم که ممکن است درست و صادق بوده و معنایی را در خود داشته باشند یا اینکه بی‌معنا باشند.
علت خواب‌های بی‌معنا چیزهایی مثل ضعف یا پرخوری قبل از خواب و یا صدای محیط زمان خواب و یا حتی می‌تواند نتیجه تلقین شیطان باشد و فقط پیامبران و معصومین (علیهم السلام) هستند که تمام خواب‌هایشان درست و صادق بوده و حسابشان جدا است. حضرت امام صادق (علیه السلام) به مفضل که از ادامه مطلب...
تعبیر با کتاب
در این مقاله می‌خواهم در مورد این بنویسم که هر کسی می‌تواند بعضی از خواب‌ها را با کتاب تعبیر خواب، تعبیر کند. بنابراین اجازه دهید ابتدا تعریفی کلی و خلاصه از نحوۀ تعبیر خواب ارائه کنم.
خواب‌هایی که ما می‌بینیم یا می‌خواهند معنایی را به ما بفهمانند و یا خیر؛ حالا چرا بعضی از خواب‌ها می‌خواهند معنایی را بفهمانند ولی بعضی خیر؟... چون این سوال بحث دیگری است نمی‌خواهم دربارۀ آن صحبت کنم.
خود این خواب‌های بامعنا نیز اکثراً به صورت مثال ادامه مطلب...
مبارزه با فراموشی خواب
تحقیقات نشان داده است که همۀ افراد در طی خواب خودشان رویا می‌بینند (به جز در برخی بیماری‌های شدید روانی)، منتها خیلی‌ها آن‌ها را فراموش کرده و فکر می‌کنند که اصلاً رویایی ندیده‌اند. هر چند خیلی از این رویاها ممکن است جزء رویاهای بدون تعبیر باشند ولی به هر حال رویا بوده‌اند.
حال سوال این است که چطور خواب خود را فراموش نکنیم؟ چطور صحنه‌های خواب را خوب و روشن به یاد آوریم؟ برای رسیدن به این هدف راه‌های زیادی وجود ادامه مطلب...
دفع بلا با صدقه
احادیث و روایات و همچنین تجربیات بسیاری وجود دارد که خداوند متعال با صدقه قضا و قدر را تغییر می‌دهد. به عبارتی دیگر با صدقه می‌توان به خواست خدا از وقوع بلایا و حوادث جلوگیری کرد. زیرا خود خداوند قضا و قدر را معین کرده و فقط خود او می‌تواند آن را تغییر دهد (که یکی از عواملی که فرموده قضا و قدر را به خاطر آن تغییر می‌دهد همین صدقه دادن است). البته این یکی از آثار صدقه می‌باشد. ادامه مطلب...
رسیدن تعبیر به دیگری
این نکته را به خاطر داشته باشید که تعبیر خواب شما ممکن است به همان کسی که در خواب دیده‌اید نرسد و به شخص دیگری مربوط شود. در واقع تعبیر خواب شما کیلومترها با آن شخصی که در خواب دیده‌اید فاصله داشته باشد! تجربۀ خودم من از خواب‌هایم این بوده که در موارد خیلی خیلی خیلی کمی تعبیر خواب به همان افرادی رسیده که در خواب دیده‌ام (به طوریکه در اکثر موارد فقط یک درصد احتمال می دهم که تعبیر ادامه مطلب...
دفع بلا و گرفتاری
بعضی از خواب‌ها آینده را پیشگویی کرده و می‌گویند که بلا و مصیبت و گرفتاری در پیش است و یا اینکه عمل زشت یا گناهی را مرتکب خواهیم شد. اگر این خواب‌ها درست و اصطلاحاً صادقه باشند، در واقع از مقدرات الهی می‌گویند و چیزهایی که پیش‌بینی آن شده حتماً به وقوع می‌پیوندند.
ولی خداوند راه‌هایی را تعیین کرده که نگذارید آن بلایا به وقوع بپیوندند و در واقع مقدرات خدا تغییر کند. در اصل خود خدا مقدرات را بوجود آورده ادامه مطلب...
کلیپ و ویدیو
نمی دونی سقط جنین گناهه؟ (حجت الاسلام وحیدپور)
اشخاصی که در کلیپها مشاهده می کنید تعبیرگر خواب نیستند