سنسور اثر هال

يك عنصر هال از لايه نازكي ماده هادي با اتصالات خروجي عمود بر مسير شارش جريان ساخته شده است وقتي اين عنصر تحت يك ميدان مغناطيسي قرار مي گيرد، ولتاژ خروجي متناسب با قدرت ميدان مغناطيسي توليد مي كند. اين ولتاژ بسيار كوچك و در حدود ميكرو ولت است. بنابراين استفاده از مدارات بهسازي ضروري است. اگر چه سنسور اثرهال، سنسور ميدان مغناطيسي است ولي مي تواند به عنوان جزء اصلي در بسياري از انواع حسگرهاي جريان، دما، فشار و موقعيت و … استفاده شود. در سنسورها، سنسور اثر هال ميداني را كه كميت فيزيكي توليد مي كند و يا تغيير مي دهد حس مي كند.

ويژگيهاي عمومي

ويژگيهاي عمومي سنسورهاي اثرهال به قرار زير مي باشند:

1 - حالت جامد ؛

2 - عمر طولاني ؛

3 - عمل با سرعت بالا-پاسخ فركانسي بالاي 100KHZ ؛

4 - عمل با ورودي ثابت (Zero Speed Sensor) ؛

5 - اجزاي غير متحرك ؛

6-ورودي و خروجي سازگار با سطح منطقيLogic Compatible input and output ؛

7 - بازه دمايي گسترده (-40°C ~ +150°C) ؛

8 - عملكرد تكرار پذيرعالي Highly Repeatable Operation ؛

9 - يك عيب بزرگ اين است كه در اين سيستمها پوشش مغناطيسي مناسب بايد در نظرگرفته شود، چون وجود ميدان هاي مغناطيسي ديگر باعث مي شود تا خطاي زيادي در سيستم اتفاق افتد.


تاريخچه

اثرهال توسط دكتر ادوين هال (Edvin Hall) درسال 1879 در حالي كشف شد كه او دانشجوي دكتراي دانشگاه Johns Hopkins در بالتيمر(Baltimore) انگليس بود.

هال درحال تحقيق بر تئوري جريان الكترون كلوين بود كه دريافت زماني كه ميدان يك آهنربا عمود بر سطح مستطيل نازكي از جنس طلا قرار گيرد كه جرياني از آن عبور مي كند، اختلاف پتانسيل الكتريكي در لبه هاي مخالف آن پديد مي آيد.

او دريافت كه اين ولتاژ متناسب با جريان عبوري از مدار و چگالي شار مغناطيسي عمود بر مدار است. اگر چه آزمايش هال موفقيت آميز و صحيح بود ولي تا حدود 70 سال پيش از كشف آن كاربردي خارج از قلمرو فيزيك تئوري براي آن بدست نيامد.

با ورود مواد نيمه هادي در دهه 1950 اثرهال اولين كاربرد عملي خود را بدست آورد. درسال 1965 Joe Maupin ,Everett Vorthman براي توليد يك سنسور حالت جامد كاربردي وكم هزينه از ميان ايده هاي متفاوت اثرهال را انتخاب نمودند. علت اين انتخاب جا دادن تمام اين سنسور بر روي يك تراشه سيليكن با هزينه كم و ابعاد كوچك بوده است اين كشف مهم ورود اثر هال به دنياي عملي و پروكاربرد خود درجهان بود.


تئوري اثرهال

اگر يك ماده هادي يا نيمه هادي كه حامل جريان الكتريكي است در يك ميدان مغناطيسي به شدت B كه عمود برجهت جريان عبوري به مقدار I مي باشد قرار گيرد، ولتاژي به مقدار V در عرض هادي توليد مي شود.

اين خاصيت در مواد نيمه هادي داراي مقدار بيشتري نسبت به مواد ديگر است و از اين خاصيت در قطعات اثرهال تجارتي استفاده ميشود.
ولتاژها به اين علت پديد مي آيد كه ميدان مغناطيسي باعث مي شود تا نيروي لرنتز برجريان عمل كند و توزيع آنرا برهم بزند[F=q(V´B)]. نهايتا حاملهاي جريان مسير منحني را مطابق شكل بپيمايند.

حاملهاي جريان اضافي روي يك لبه قطعه ظاهر مي شوند، ضمن اينكه در لبه مخالف كمبود حامل اتفاق مي افتد. اين عدم تعادل بار باعث ايجاد ولتاژ هال مي شود، كه تا زماني كه ميدان مغناطيسي حضور داشته و جريان برقرار است باقي مي ماند.

براي يك قطعه نيمه هادي يا هادي مستطيل شكل با ضخامت t ولتاژهايV توسط رابطه زير بدست مي آيد:
KH ضريب هال براي ماده مورد نظر است كه بستگي به موبيليته بار و مقاومت هادي دارد.

آنتيمونيد ايريديم تركيبي است كه در ساخت عنصر اثرهال استفاده مي شود و مقدار KH براي آن 20 است.

ولتاژهال در رنج در سيليكن بوجود مي آيد و تقويت كننده براي آن حتمي است. سيليكن اثر پيز و مقاومتي دارد و بنابراين براثر فشار مقاومت آن تغيير مي كند. در يك سنسور اثر هال بايد اين خصوصيت را به حداقل رساند تا دقت و صحت اندازه گيري افزوده شود. اين عمل با قرار دادن عنصر هال بريك IC براي به حداقل رساندن اثر فشار و با استفاده از چند عنصر هال انجام ميشود. بطوري كه بر هر يك از دو بازوي مجاور مدار پل يك عنصر هال قرار گيرد، در يكي جريان بر ميدان مغاطيسي عمود است و ولتاژ هال ايجاد مي شود و در ديگري جريان موازي با ميدان مغناطيسي مي باشد و ولتاژ هال ايجاد نمي‌شود. استفاده از 4 عنصر هال نيز مرسوم مي باشد.

اساس سنسورهاي اثرهال

عنصرهال، سنسور ميدان مغناطيسي است. باتوجه به ويژگيهاي ولتاژ خروجي اين سنسور نياز منديك طبقه تقويت كننده و نيز جبران ساز حرارتي است. چنانچه از منبع تغذيه با ريپل فراوان استفاده كنيم وجود يك رگولاتور ولتاژ حتمي است.

رگولاتور ولتاژ باعث مي شود تا جريان I ثابت باشد بنابراين ولتاژ هال تنها تابعي از شدت ميدان مغناطيسي مي باشد.

اگر ميدان مغناطيسي وجود نداشته باشد ولتاژي توليد نمي شود. با وجود اين اگر ولتاژ هر ترمينال اندازه گيري شود مقداري غير ا ز صفر به ما خواهد داد. اين ولتاژ كه براي تمام ترمينال ها يكسان است با (CMV) Common Mode Voltage شناخته مي‌شود. بنابراين تقويت كننده بكار گرفته شده مي بايست يك تقويت كننده تفاضلي باشد تا تنها اختلاف پتانسيل را تقويت كند.

مطالبي اضافه در مورد مدارات بهسازي سنسورهاي اثر هال

Applying Linear Output Hall Effect Transducers 715k

Current Sink and Outsource Interface for Solid State Sensors 367k

Interfacing Digital Hall Effect Sensors 114k

Interfacing the SS9 LOHET with Comparators and OP Amps 387k


سنسورهاي هال ديجيتال

در اين سنسورها وقتي بزرگي ميدان مغناطيسي به اندازه مطلوبي رسيد سنسور ON مي شود و پس از اينكه بزرگي ميدان از حد معيني كاهش يافت سنسور خاموش مي شود. لذا در اين سنسورها خروجي تقويت كننده تفاضلي را به مدار اشميت تريگر مي دهند تا اين عمل را انجام دهد، براي جلوگيري از پرش هاي متوالي از تابع هسترزيس زير استفاده مي كنند.


سنسورهاي آنالوگ

سنسورهاي آنالوگ ولتاژ خروجي خود را متناسب با اندازه ميدان مغناطيسي عمود بر سطح خود، تنظيم مي كنند. با توجه به كميت هاي اندازه گيري اين ولتاژ مي تواند مثبت يا منفي باشد. براي اينكه سنسورهاي ولتاژ خروجي منفي توليد نكند و همواره خروجي تقويت كننده تفاضلي را با يك ولتاژ مثبت را پاس مي كنند.

معمولا خروجي تقويت كننده تفاضلي را به ترانزيستور پوش-پول مي د هند.


سنسور آنالوگ اثر هال 

سيستم هاي مغناطيسي

سنسور اثر هال درحقيقت بدين ترتيب عمل ميكند كه توسط يك سيستم مغناطيسي كميت فيزيكي به ميدان مغناطيسي تبديل مي شود. حال اين ميدان مغناطيسي توسط سنسور اثر هال حس مي شود. بسياري از كميت هاي فيزيكي با حركت يك آهنربا اندازه گيري مي شوند. مثلاً دما و فشار را مي توان بوسيله انقباض و انبساط يك Bellows كه به آهنربا متصل است اندازه گيري نمود.


روش هاي مختلفي جهت ايجاد ميدان مغناطيسي وجود دارد.

] Unipolar head-on mode

در اين حالت آهنربا نسبت به نقطه مرجع سنسور حركت مي كند.


همانطور كه در شكل بالا ديده مي شود منحني تغييرات فاصله وميدان مغناطيسي در اين شكل آمده است (منحني بدست آمده غير خطي است) و دقت درحد متوسط است. مثلاً اگر يك سنسور اثرهال ديجيتالي را در نظر بگيريم در اين حالت در فاصله أي كه G1 حاصل مي شود سوئيچ عمل مي كند و On ميشود و وقتي كه فاصله به حدي رسيد كه G1 حاصل شود سوئيچ OFF ميكند.

] Unipolar slide-by mode

در اين حالت آهنربا در يك مسير افقي نسبت به سنسور تغيير مكان مي كند.




منحني تغييرات مكان نسبت به ميدان مغناطيسي بازهم غير خطي است- دقت اين روش كم است و لي حالت تقارني كاملاً ديده مي شود. مثلاً سنسور اثرهال ديجيتالي را در نظر بگيريد كه در اثر ميدان G1 روشن شده و در ميدان G2 خاموش مي شود وقتي آهنربا از سمت راست حركت مي كند و به موقعيت +D1 مي رسد آنگاه سنسور عمل ميكند. اين حركت ادامه مي تواند داشته باشد تا به موقعيت –D2 برسد، در اين هنگام سنسور آزاد مي شود و به همين ترتيب.




] Bipolar Slide –By made

در اين حالت از 2 آهنربا كه قطب S,N هر كدام بصورت ناهمنام در مجاورت هم قرار گرفته است استفاده مي كنيم.




دقت در اين روش درحد متوسط است- حالت تقارن وجود ندارد ولي مي توان در بخش هايي، از خاصيت خطي منحني استفاده نمود. اگر همان سنسور ديجيتالي قبلي را در نظر بگيريم در حركت از راست به چپ وقتي كه فاصله به D2 مي رسد آنگاه سنسور عمل مي كند و تا به مرحله D4 پيش مي رود. بنابراين در يك حركت پيوسته از راست به چپ سنسور در بخش شيب تند عمل مي كند و در بخش شيب كند رها ميكند.

جهت حذف شيب تند در بخش مبدأ از يك تكنيك ديگر استفاده مي شود. بدين ترتيب كه در ميان ايندو آهنربا فاصله معيني قرار مي دهند.




اين عمل بطور چشمگيري دقت را افزايش مي دهد.

حالت ديگري نيز به كار مي‌رود كه در آن منحني حاصل بصورت يك تابع پالس است. در اين روش در ميان دو آهنربا، آهنرباي ديگري قرار مي دهند كه پهناي پالس متناسب با پهناي اين آهنربا مي باشد.




] Bipolar Slide –By mode (ring magnet)

در اين حالت از يك آهنرباي حلقه استفاده مي شود آهنرباي حلقه اي يك قطعه آهنرباي ديسك مانند است كه قطب هاي آن در پيرامون آن قرار دارند. در شكل زير آهنرباي حلقه اي با دو جفت قطب نمايش داده مي شود. به منحني حاصل شيبه به يك منحني سينوسي است. هرچه تعداد قطبهاي آهنرباي حلقه اي بيشتر باشد مقدار پيك حاصل در اندازه ميدان كمتر خواهد بود. تعداد پالس هاي حاصل در اين روش برابر با جفت قطبهاي آهنربا مي باشد. محدوديت در ساخت آهنرباي حلقه اي با جفت قطبهاي زياد، محدوديت اين روش محسوب مي شود.




مقايسه اي از اين سيستمها در زير آمده است :



منظور از All حركتهاي چرخشي، پيوسته و رفت و برگشتي است. 




كاربرد هاي سنسورهاي اثرهال

هم اكنون به تشريح برخي از كاربرد هاي سنسورهاي اثرهال مي پردازيم .

سنسورهاي موقعيت تشخيص پره ( Vane Operated Position Sensor)

اين سنسورها گاهاً تحت عنوان سنسورهاي پره شناخته مي شوند و شامل يك آهنربا و يك سنسور اثرهال با خروجي ديجيتالي مي باشند. شكل زير اين دو بخش را در يك بسته نشان ميدهد.



اين سنسور داراي يك فاصله هوايي ميان آهنربا و سنسور اثرهال مي باشد و توانايي موقعيت سنجي خطي و نيز موقعيت سنجي زاوايه اي را نيز دارد.

پره خطي

پره يكنواخت

پره دايروي


اساس عملكرد

شكل مقابل را در نظر بگيريد. وقتي كه پره در فاصله هوايي بين اهنربا وسنسور اثرهال قرار گيرد خطوط شار مغناطيسي پراكنده مي شوند و توسط سنسوراثر هال احساس نمي شوند، بنابراين خروجي سنسور در سطح منطقي صفر (OFF) قرار مي گيرد.







شكل بالا نشان ميدهد كه وقتي كه يك پره ميان اين سنسور مي رود چه اتفاقي مي افتد. درحركت از چپ به راست وقتي لبه جلوي پره به ناحيه b مي رسد، آنگاه سنسور از حالت ON به حالت OFF تغيير وضعيت مي دهد و اين حالت تا زماني كه لبه انتهايي پره به ناحيه d برسد ادامه پيدا مي كند تا در آن لحظه از OFF به ON تغيير وضعيت دهد. بنابراين مدت زماني كه خروجي سنسور OFF است برابر با فاصله بين d ,b بعلاوه پهناي پره مي باشد. درحركت از راست به چپ نيز وضعيت كاملاً مشابه است. در اكثر مواقع پره ها بصورت به هم پيوسته مي باشند. اين حالت در شكل زير در نظر گرفته شده است.




توجه كنيد كه اين دو حالت هيچ تفاوتي باهم ندارند.

رابطه بين مدت زمان OFF ,ON براي حالت پره دندانه اي به پيوسته در جدول زير خلاصه شده است.



نمونه هايي از اين سنسور ها در زير آمده است .

2AV series

4AV series

SR 17 / 16 series




Sequence Sensors

شكل زير را در نظر داشته باشيد.




تعدادي ديسك آهني بر روي يك شفت قرار گرفته اند. اين ديسكها از فاصله هوايي سنسورهاي پره (Vane Sensor) عبور مي كنند. شكل هر كدام از اين ديسكها بگونه اي است كه يك مجموعه از آنها منجر به توليد كدهاي خاصي مي شود. سنسور پره در اثر حضور ديسك در فاصله هوايي خروجي را صفر و در اثر عدم حضور آن خروجي را يك مي گويند. به اين ترتيب كد حاصل از اين روش موقعيت يا وضعيت شفت را نشان مي دهد. به جاي استفاده از ديسك ها و سنسورهاي پره مي توان از آهنرباي حلقه اي متصل به شفت و سنسورهاي اثرهال دو قطبي (bipolar) استفاده نمود.




سنسورهاي مجاورتي Proximity Sensor

در دو طرح زير 4 سنسور اثرهال با خروجي ديجيتالي كه بر يك صفحه آلومينيومي قرار گرفته اند نشان داده شده است .در شكل اول سنسورها تك قطبي و در شكل دوم سنسورها دو قطبي هستند.



تك قطبي


دوقطبي


بازگشت به ابتدا


سنسور ماشين هاي اداري

دستگاههاي فتوكپي، فاكس، پرينترهاي كامپيوتر از اين سنسورها مي توانند استفاده كنند.

براي مثال پرينتر، جهت دريافت وجود كاغذ و نيز جريان كاغذ ازسوئيچ هاي اثرهال استفاده مي كنند.




ويژگي : بدون تماس - بدون اعمال نيروي اضافي - عمر طولاني




سنسور موقعيت چندگانه (Multiple position sensor)

شكل مقابل سنسور اثرهال را در كنار 3 مقايسه كننده ولتاژ نشان مي دهد اين سنسور چندگانه داراي 3 خروجي ديجيتالي است.




سنسور ضد لغزشي Anti-Skid sensor

شكل زير راه حلي را براي كنترل نيروي ترمز يك چرخ نشان ميدهد. هدف اين است بدون اينكه چرخ به اصطلاح قفل شود اتومبيل درحداقل زمان ممكن متوقف شود.




در اين سيستم سنسور بگونه اي قرار گرفته است كه يك چرخ دنده داخلي را حس مي كند. زمان عكس العمل سيستم توقف بر مبناي فركانس سيگنالي كه سنسور توليد مي كند تخمين زده مي شود.




سنسور موقعيت پيستون (Piston detection sensors)

در شكل مقابل روشي جهت موقعيت سنجي پيستون در يك سيلندر غير آهني داده شده است. درحالت نخست آهنربا هايي را در درون پيستون به گونه اي قرار مي دهند تا توسط چند سنسور اثرهال با خروجي خطي دريافت شوند.




در حالت دوم از يك پيستون آهني و آهنربا و سنسور اثرهال استفاده مي شود. در اين حالت نياز است تا مشخصات سيستم مغناطيسي بطور مطلوبي در دسترس باشد.




برقراري هاي استفاده از اثرهال در اين موقعيت سنجي به شرح زير مي باشد:

1- ابعاد كوچك سنسورها

2 - عدم نياز به منبع قدرت خارجي براي آهنرباها

3 - رنج دمايي بزرگ از 40°c تا 150°c

4 - توانايي عمل در محيط كثيف و آلوده



برخي از نمونه ها

در اين بخش برخي از سنسورهاي شركت Honeywell به همراه اطلاعات كلي آنها آمده است.


SS552MT Series Surface Mount Sensor 230k

SS49E/SS59ET Series Economical Linear Position Sensor 260k

RPN Series Hall-Effect Rotary Position Sensor 112k

GTN Series Hall-Effect Gear-Tooth Sensor 103k

SS 520 Series Dual Hall-effect Digital Position Sensor with speed and direction outputs 72k


SR 13/15 Series Hall Effect Sensor 247k

SS490 Series Miniature Ratiometric Linear Hall Effect Sensor 148k


103SR Series Analog Position Sensors 154k

103SR Series Digital Position Sensors 131k


2SSP Series Digital Position Sensors 124k


Analog Solid State Position Sensors 62k

Digital Solid State Position Sensors 73k

GT1 Series Hall Effect Gear Tooth Sensors 213k




SR3 Series Digital Position Sensors 126k

SS10 Series Digital Position Sensors 117k

SS40 Series Digital Position Sensors 97k

SS100 Series Digital Position Sensors 209k

SS400 Series Digital Position Sensors 238k

SS49/SS19 Series Analog Position Sensors 140k

SS94A Series Analog Position Sensors 126k

SS94B1 Series Analog Position Sensors 139k

SS490 Series Miniature Ratiometric Linear Sensors 551k

VX Series Solid State Basic Switches 222k



مراجع

يكي از شركت هايي كه در توليد سنسور هاي اثرهال فعاليت مي كند شركت Honeywell است . در سايت اين شركت اطلاعات كاملي در مورد اين نوع سنسورها و نيز انواع آنها وجود دارد.

دراين سايت كتابي نيز در مورد سنسورهاي اثرهال وجود دارد كه در اين لوح فشرده نيز موجود مي باشد .

1-www.honeywell.com\sensing

2-Book : HALL EFFECT SENSING AND APPLICATION

3.http://mariottim.interfree.it/index_e.htm

4.www.wondrmagnet.com

منبع:http://amnuc.com/index.php?option=com_content&task=view&id=101&Itemid=57

اثر هارمونيك ها بر خازن ها

اثر هارمونيك ها بر خازن ها

نقش خازنها به عنوان المان هاي الكتريكي و الكترونيكي كارآمد در صنايع مربوط به توليد و انتقال و توضيع امروزي غير قابل انكار است بگونه اي كه ديگر هرگز نمي توان چنين صنايعي را بدون وجود خازنهاي نيرو متصور شد.از اين رو شناخت كامل خازنها و عوامل تاثير گذار برآنها و حفظ و نگهداري و نظارت دقيق بر آنها ، براي افزايش طول عمر خازن ها و كار كرد بهينه آنها امري است الزامي و اجتناب ناپذير.

كليد واژه- خازن قدرت ، فركانس ، هارمونيك ها.

مقدمه

درسالهاي اوليه هارمونيكها در صنايع چندان رايج نبودند.به خاطر مصرف كننده هاي خطي متعادل. مانند : موتورهاي القايي سه فاز،گرم كنندها وروشن كننده هاي ملتهب شونده تا درجه سفيدي و ..... اين بارهاي خطي جريان سينوسي اي در فركانسي برابر با فركانس ولتاژ مي كشند. بنابراين با اين تجهيزات اداره كل سيستم نسبتا با سلامتي بيشتري همراه بود. ولي پيشرفت سريع در الكترونيك صنعتي در كاربري صنعتي سبب بوجود آمدن بارهاي غير خطي صنعتي شد. در ساده ترين حالت ، بارهاي غيرخطي شكل موج بار غير سينوسي از شكل موج ولتاژ سينوسي رسم مي كنند (شكل موج جريان غير سينوسي).

پديدآورنده هاي اصلي بارهاي غير خطي درايوهاي AC / DC ، نرم راه اندازها ، يكسوسازهاي 6 / 12 فاز و ... مي باشند. بارهاي غيرخطي شكل موج جريان را تخريب مي كنند. در عوض اين شكل موج جريان شكل موج ولتاژ را تخريب مي نمايد. بنابراين سامانه به سمت تخريب شكل موج  در هر دوي ولتاژ و جريان مي شود. در اين مقاله سعي شده است تا بزباني هرچه ساده تر توضيحي در مورد نحوه عملكرد هارمونيك ها و راه كاري براي دوري از تاثير گذاري آنها بر خازنها ي نيرو ارائه شود.

اساس هارمونيك ها :

اصولا هارمونيك ها آلوده سازي شكل موج را در اشكال سينوسي آنها نشان مي دهند. ولي فقط در مضارب فركانس اصلي . تخريب شكل موج را مي توان در فركانس هاي مختلف (مضارب فركانس اصلي) بعنوان يك نوسان دوره اي بوسيله آناليز فوريه تجزيه و تحليل كرد. در حال حاضر هارمونيكهاي فرد و زوج و مرتبه 3 در اندازه هاي مختلف ضرايب فركانس هاي مختلف در سامانه هاي الكتريكي موجودند كه مستقيما تجهيزات سامانه الكتريكي را متاثر مي سازند. در معنايي وسيعتر هارمونيكهاي زوج و مرتبه 3 هريك تلاش مي كنند كه ديگري را خنثي نمايند. ولي در مدت زماني كه بار نا متعادل است اين هارمونيك هاي زوج و مرتبه 3 منجر به اضافه بار در نول و اتلاف انرژي شديد مي شوند. با تمام احوال هارمونيك هاي فرد اول مانند هارمونيك پنجم ، هفتم ، يازدهم ، سيزدهم و .... عملكرد اين تجهيزات الكتريكي را تحت تاثير قرار مي دهند. براي فهم بهتر تاثير هارمونيك ها ، شكل زير تاثير تخريب هارمونيك پنجم بر شكل موج سينوسي را نشان مي دهد :

هارمونيك هاي ولتاژ و جريان تاثيرات متفاوتي بر تجهيزات الكتريكي دارند. ولي عموما بيشتر تجهيزات الكتريكي به هارمونيكهاي ولتاژ بسيار حساس اند. تجهيزات اصلي نيرو مانند موتورها، خازن ها و غيره بوسيله هارمونيكهاي ولتاژ متاثر مي شوند. به طور عمده هارمونيكهاي جريان موجب تداخل مغناطيسي (Magnetic Interfrence) و همچنين موجب افزايش اتلاف در شبكه هاي توزيع مي شوند. هارمونيكهاي جريان وابسته به بار اند ، در حالي كه سطح هارمونيكهاي ولتاژ به پايداري سامانه تغذيه و هارمونيكهاي بار (هارمونيكهاي جريان) بستگي دارد. عموما هارمونيك هاي ولتاژ از هارمونيك هاي جريان كمتر خواهند بود.    

 

تشديد:

اساسا تشديد سلفي – خازني در همه انواع بارها مشاهده مي شود. ولي اگر هارمونيك ها در شبكه توضيع شايع نباشند تاثير تشديد فرونشانده مي شود.

در هر تركيب سلفي – خازني چه در حالت سري و چه در حالت موازي ، در فركانسي خاص تشديد رخ مي دهد كه اين فركانس خاص فركانس تشديد ناميده مي شود. فركانس تشديد فركانسي است كه در آن رآكتنس خازني (Xc) و رآكتنس القايي (XL) برابر هستند.

براي تركيبي مثالي براي بار صنعتي كه شامل اندوكتانس بار و يا رآكتنس ترانسفورماتور كه بعنوان XL عمل مي كند و رآكتنس خازن تصحيح ضريب توان كه بصورت Xc خودنمايي مي كند فركانس تشديدي برابر با LC خواهيم داشت . رآكتنس خازني متناسب با فركانس كاهش مي يابد (توجه : Xc با فركانس نسبت عكس دارد). در حاي كه رآكتنس القايي متناسب با آن افزايش مي يابد (توجه

: XL با فركانس نسبت مستقيم دارد).اين فركانس تشديد به سبب متغير بودن الگوي بار متغير خواهد بود. اين مساله براي ظرفيت خازني ثابت كل براي اصلاح ضريب توان پيچيده تر است. براي درك صحيح اين پديده لازم است دو نوع وضعيت تشديد شامل حالت تشديد سري و حالت تشديد موازي مورد توجه قرار گيرند. اين دو امكان در زير توضيح داده مي شوند.

 

تشديد سري:

يك تركيب سري رآكتنس سلفي – خازني ، مدار تشديد سري شكل مي دهد كه در شكل زير نشان داده شده است.

 

به خاطر تركيب سري سلف و خازن ، در فركانس تشديد امپدانس كل به پايين ترين سطح كاهش مي يابد و اين امپدانس در فركانس تشديد طبيعتي مقاومتي دارد. بنا براين در فركانس تشديد رآكتنس خازني و رآكتنس سلفي (القايي) برابر هستند.اين امپدانس پايين براي توان ورودي در فركانس تشديد ، افزايش تواني جريان را نتيجه مي دهد.شكل داده شده زير رفتار امپدانس خالص در وضعيت تشديد سري را نشان مي دهد.

در كاربري صنعتي رآكتنس ترانسفورماتور قدرت به علاوه خازنهاي اصلاح ضريب توان در سمت ولتاژ پايين به عنوان يك مدار تشديد موازي براي سمت ولتاژ بالاي ترانسفورماتور عمل مي كند. اگر اين فركانس تشديد تركيب سلف و خازن بر فركانس هارمونيك شايع در صنعت منطبق شود ، بخاطر بستري با امپدانس پايين ارائه شده توسط خازن ها براي هارمونيك ها ، منجر به افزايش تواني جريان خازن ها خواهد شد. از اين رو خازن هاي ولتاژ پايين در سطحي بسيار بالا اضافه بار پيدا خواهند كرد كه همچنين اين عمل موجب تحميل بار اضافي بر ترانسفورماتور مي شود. اين پديده منجر به تخريب ولتاژ در شبكه ولتاژ پايين مي شود.

 

تشديد موازي:

يك تشديد موازي تركيبي از رآكتنس خازني و القايي است كه در شكل زير نمايش داده شده است.

 

در اينجا رفتار امپدانس برعكس حالت تشديد موازي خواهد بود كه در شكل داده شده در زير ، نشان داده شده است.در فركانس تشديد امپدانس منتجه مدار به مقداري بالا افزايش مي يابد. اين ، منجر به بوجود آمدن مدار تشديد موازي ميان خازن هاي اصلاح ضريب توان و اندوكتانس بار مي شود كه نتيجه آن عبور ولتاژ بسيار بالا هم اندازه  امپدانس ها و جريان هاي گردابي بسيار بالا درون حلقه خواهد بود.

در كاربري صنعتي خازن اصلاح ضريب توان مدار تشديد موازي با اندوكتانس بار تشكيل مي دهد.هارمونيك هاي توليد شده از سمت بار رآكتنس شبكه را افزايش مي دهند. كه موجب بلوكه شدن هارمونيك هاي سمت تغذيه مي شود.اين منجر به تشديد موازي اندوكتانس بار و اندوكتانس خازني مي شود. مدار LC (سلفي – خازني) مواز ي ، شروع به تشديد ميان آنها مي كند كه منجر به ولتاژ بسيار بالا و جريان گردابي بسيار بالا در درون حلقه مدار سلف – خازن (LC) مي شود. نتيجه اين امر آسيب به تمام سمت ولتاژ پايين سامانه الكتريكي است.

ايزوله كردن تشديد موازي از ايزولاسيون تشديد سري نسبتا پيچيده تر است.اساسا اين امر بخاطر تنوع بار صنعتي از زماني به زمان ديگر است كه موجب تغيير فركانس تشديد مي شود. شكل زير تاثير ظرفيت خازني ثابت و اندوكتانس متغير را نشان مي دهد.

 

اين تغيير مداوم فركانس تشديد ممكن است موجب تطبيق فركانس تشديد بر فركانس هارمونيك شود كه ممكن است منتج به ولتاژ بالا و جريان بالا كه سبب نقص و خرابي تجهيزات الكتريكي مي شوند ، گردد.بنا بر اين در هر دو تشديد موازي و سري خازنهاي قدرت متاثر هستند كه بكار گيري دستگاه هاي حفاظتي و ايمني را براي خازنها ايجاب مي نمايد. اين امر درك صحيح بر خازنهاي قدرت را قبل از از اعمال تصحيح بخاطر تاثير هارمونيك ها و تشديد ايجاب مي نمايد.

 

خازنهاي قدرت:

خازنهاي اصلاح ضريب توان نسبت به هارمونيك ها حساس اند و بيشتر عيوب خازنهاي قدرت ، عيوبي با طبيعت زير را نشان مي دهند :

هارمونيك ها – هارمونيك هاي پنجم ، هفتم ، يازدهم ، سيزدهم و ...

تشديد

اضافه ولتاژ

امواج كليد زني

جريان هجومي

ولتاژ آني بازگيري جرقه

تخليه / بازبست ولتاژ

 

بسته به طراحي ساختاري اساسي ، حدود پايداري در مقابل اضافه ولتاژ ، اضافه جريان و هارمونيكها براي دور كردن خازن از خرابي بسيار مهم است.

اساسا خازن ها امواج كليد زني توليد مي كنند كه عموما به عنوان جريان هجومي و اضافه ولتاژ آني دسته بندي مي شوند.

جريان هجومي پديده اي است كه هنگام به مدار وصل كردن خازن ها رخ مي دهد. امپدانس ارائه شده توسط خازن طبيعتا بسيار كم و مقاومتي است. اين امر منجر به جريان هجومي به بزرگي 50 تا 100 برابر جريان اسمي مي شود كه از خازن عبور مي كند ، اما چرا از خازن؟ زيرا امپدانس ترانسفورماتور در زمان روشن كردن خازن ها فقط در مقابل شار جريان مقاومت مي كند.

اين امر هنگامي پيچيده تر مي گردد كه در تركيب موازي بانك خازني ممكن است جريان هجومي كليد زني به سطحي بالاتر از 200 تا 300 برابر جريان اسمي برسد. اين جريان هجومي نتيجه تخليه خازن هاي از پيش شارژ شده موازي با آن مي باشد. در زير اين مطلب نشان داده شده است.نوعا جريان هجومي علاوه بر تخريب در شكل موج جريان سبب تخريب در شكل موج ولتاژ مي شود.

 

در هنگام خاموش كردن (از مدار خارج كردن) خازن ها ، بسته به شارژ ذخيره شده در آن ، اضافه ولتاژ ناگهاني بالاتري در زمان خاموش كردن خازن ها بوجود خواهد آمد كه ممكن است موجب پديد آمدن جرقه در پايه ها شود.

هنگامي كه خازن خاموش مي شود شار الكتريكي در خود نگه مي دارد و بوسيله مقاومتهاي تخليه ، تخليه (Discharge) مي شود. مدت زمان تخليه عموما بين 30 تا 60 ثانيه مي باشد. تا زماني كه تخليه بشكل موثري صورت نگرفته نمي توان خازنها را به مدار باز گرداند. هرگونه بازبست خازن قبل از تخليه كامل دوباره موجب افزايش جريان هجومي مي شود.

 

علاوه بر دستگاه هاي مسدود كننده هارمونيك ها كه با صحت خازن ها نسبت مستقيم دارند ، و در سر خط بعدي تشريح مي شوند ، دستگاه هاي تحليل برنده امواج كليد زني مثل جريان هجومي ، اضافه ولتاژ آني و غيره نياز دارند كه بطور دقيق تعريف و بررسي شوند.

 

دستگاه هاي مسدود كننده هارمونيك ها:

براي كاربري سالم خازن ها لازم است كه فركانس تشديد مدار LC (سلف – خازن) كه شامل ادوكتانس بار و خازنهاي اصلاح ضريب توان مي شود ، به فركانسي دور از كمترين فركانس هارمونيك تغيير داده شود. براي مثال هارمونيك هايي كه در سامانه توليد مي شوند و خازن هاي قدرت را متاثر مي سازند ، هارمونيك هاي پنجم ، هفتم ، يازدهم ، سيزدهم و غيره هستند. پايين ترين هارمونيكي كه بر خازن ها تاثير مي گذارد هارمونيك پنجم است كه در فركانس 250 هرتز ديده مي شود. اساسا اگر خازن ها با سلف ها موازي شده باشند ، انتخاب مقدار اندوكتانس به شكل زير است :

تركيب سري LC (سلف – خازن) در فركانسي زير 250هرتز تشديد مي كند . بنابراين در همه فركانس هاي هارمونيك ها تركيب سري سلف و خازن مانند يك تركيب سلفي عمل خواهد كرد و امكان تشديد براي هارمونيك پنجم يا هر هارمونيك بالاتري از بين مي رود. شكل زير ناميزان سازي (De – Tuning) خازن ها را نشان مي دهد.

 

اين تركيب سلف و خازن كه در آن فركانس تشديد در فركانسي دور از فركانس هارمونيك تنظيم شده است ، مدار LC (سلف – خازن) ناميزان شده

(De-Tuned) نام دارد. ضريب نا ميزان سازي نسبت رآكتنس به طرفيت خازني است. در مدار خازني ناميزان شده ، اساسا سلف مانند دستگاه مسدود كننده هارمونيك ها عمل مي كند. براي خازن ها ضريب مناسب ناميزان سازي حدود % 7 است كه فركانس تشديد را در 189 هرتز تنظيم مي كند.

اما ، ناميزان سازي % 5.67 همچنين در جايي استفاده مي شود كه فركانس تشديدي معادل 210 هرتز دارد . هر دو درجه ناميزان سازي ، مسدود كردن (بلوكه كردن) هارمونيك ها از خازن ها را تضمين مي كنند. شكل زير درجه ناميزان سازي را نمايش مي دهد.

بانك هاي ناميزان سازي خازن:

بانك هاي ناميزان سازي خازن نيازمند آن هستندكه با نكات اساسي زير مشخص شوند :

انتخاب درجه ناميزان سازي

محاسبه خازن كل خروجي مورد نياز

محاسبه افزايش ولتاژ بوسيله سلف هاي سري

درجه ناميزان سازي مطلوب بر پايه هارمونيك موجود است. لازم است كه هارمونيك هاي سمت بار اندازه گيري شوند تا در درجه ناميزان تصميم گيري شود.

*

خروجي خازن و سطح ولتاژ نياز به انتخاب صحيح بر اساس درجه ناميزان سازي دارند. براي مثال براي %7 ناميزان سازي براي رسيدن به 200 كيلو ولت آمپر رآكتيو خروجي (KVAR) در 400 ولت ، نياز به آن داريم كه خازن 240 KVAR خروجي با ولتاژ 400 ولت انتخاب نماييم. اين بدليل افزايش ولتاژ بوسيله اندوكتانس سري است. مشابها براي رسيدن به 200 KVAR خروجي در ولتاژ 440 ولت به خازن هاي 240 KVAR خروجي 480 ولتي نياز است.

محاسبه افزايش ولتاژ به سبب رآكتنس سري ، بر اساس ناميزان سازي است و به روش زير انجام مي گيرد :

( درجه ناميزان سازي – 1) / (ولتاژ نرمال مجاز) = ولتاژ خازن

 

سامانه خازني ايده آل:

براي تصحيح ضريب توان در بار صنعتي كنوني كه شامل هارمونيك ها و تشديد مي شود ، يك سامانه اتصال خازني اساسا بايد خصوصيات زير را دارا باشد :

ظرفيت خازني متغير بر اساس توان رآكتيو براي دوري از تغيير فركانس تشديد. اين امر انتخاب صحيح پنل هاي APFC را ممكن مي سازد. پنل APFC بايد خصوصيات زير را داشته باشد.

حسگرها بايد به طور مداوم سطح هارمونيك هاي ولتاژ را نمايش دهد و خازن ها را تحت زير سطوح بالاتر هارمونيك ها محافظت نمايد.

انتخاب محدوده هارمونيك هاي پنجم ، هفتم ، يازدهم ، سيزدهم و همچنين شناخت تخريب همه هارمونيك ها براي تنظيم حدود ايمن و همچنين پيش بيني تغييرات بعدي هارمونيك ها.

مونيتورينگ جريان RMS براي محافظت خازن ها تحت هر حالت تشديد.

كنترل مشخصات ، براي دوري از بكارگيري ظرفيت مازاد خازني تحت حالت كم بار.

انتخاب خازن با عمر بالا و با تضمين مشخصات زير :

ظرفيت اضافه بار : حداقل دو برابر جريان اسمي به طور مداوم و 350 برابر آن هنگام جريان هجومي.

قابليت پايداري در مقابل اضافه ولتاژ :بيشتر از %10 و بالاتر از ولتاژ مجاز بصورت پيوسته.

قابليت پايداري در مقابل هارمونيك ها : تضمين محدوده هاي هارمونيك هاي پنجم ، هفتم ، يازدهم ، سيزدهم و همچنين براي محدوده هاي THD.

مدار سلفي De – Tuned براي مسدود كردن هارمونيك ها (الگوي هارمونيك بار بايد قبل از تعيين درجه ناميزان سازي (De – Tuning) اندازه گيري شود).

انتخاب سطح خازن و سطح ولتاژ براساس درجه ناميزان سازي.

دستگاه هاي كليدزني با تقليل دهنده هاي داخلي براي تقليل امواج كليد زني براي خازن هاي قدرت.

اساسا اين خصوصيات با مطالعه متناسب هارمونيك هاي ولتاژ بار همراه است كه تضمين مي كند كه تاثير مخرب هارمونيك ها و تشديد از خازن ها دور شود كه بدين وسيله عمر خازن ها و كارايي كل سامانه الكتريكي را افزايش مي دهد.

 

نتيجه گيري

علم به شرايط و خصوصيات خازن ها و عوامل موثر بر آنها از جمله هارمونيك ها نه تنها موجب افزايش امنيت و سلامتي و طول عمر آنها خواهد شد بلكه سبب كاهش هزينه هاي پيش بيني شده و نشده در بكار گيري انرژي الكتريكي مي شود.

 

منبع:http://www.physic-chemistry.blogfa.com/post-88.aspx

نیرو گاههای برق آبی

در صد استفاده ازنیرو گاههای برق آبی  در جهان

بیشتر نیروگاه‌های برق-آبی انرژی مورد نیاز خود را ازانرژ ی پتانسیل آب پشت یک سد تامین می‌کنند. در این حالت انرژی تولیدی از آب به حجم آب پشت سد و اختلاف ارتفاع بین منبع و محل خروج آب سد وابسته‌است. به این اختلاف ارتفاع، ارتفاع فشاری می‌گویند و آن را با H (مخفف Head) نمایش می‌دهند. در واقع میزان انرژی پتانسیل آب با ارتفاع فشاری آن متناسب است. برای افزایش فاصله یا ارتفاع فشاری، آب معمولاً برای رسیدن به توربین آبی فاصله زیادی را در یک لوله بزرگ (penstock) طی می‌کند.

نیروگاه آب تلمبه‌ای، نوعی دیگر از نیروگاه آبی است. وظیفه یک نیروگاه آب تلمبه‌ای پشتیبانی شبکه الکتریکی در ساعات اوج مصرف (ساعات پیک) است. این نیروگاه تنها آب را در ساعات مختلف بین دو سطح جابجا می‌کند. در ساعاتی که تقاضای برای انرژی الکتریکی پایین است با پمپ کردن آب به یک منبع مرتفع انرژی الکتریکی را به انرژی پتانسیل گرانشی تبدیل می‌کند. در زمان اوج مصرف آب دوباره از مخزن به سمت پایین جاری می‌شود و با چرخاندن توربین آبی موجب تولید برق و رفع نیاز شبکه می‌گردد. این نیروگاه‌ها با ایجاد تعادل در ساعات مختلف موجب بهبود ضریب بار شبکه و کاهش هزینه‌های تولید انرژی الکتریکی می‌شوند.

 

از دیگر انواع نیروگاه‌های آبی می‌توان به نیروگاه‌های جزر و مدی اشاره کرد. همانطور که از نام این نیروگاه‌های مشخص است این نیروگاه‌ها نیروی مورد نیاز خود را از اختلاف ارتفاع آب در بین شبانه روز تامین می‌کنند. منابع در این دسته از نیروگاه‌ها نسبت به بقیه کاملاً قابل پیشبینی هستند. این نیروگاه‌ها همچنین می‌توانند در مواقع اوج مصرف به عنوان پشتیبان شبکه عمل کنند.

برخی نیروگاه‌های آبی که تعداد آنها زیاد هم نیست از انرژی جنبشی آب جاری استفاده می‌کنند. در این دسته از نیروگاه‌ها نیازی به احداث سد نیست توربین این نیروگاه‌ها شبیه یک چرخ آبی عمل می‌کند. این نوع استفاده از انرژی شاخه نسبتاً جدیدی از علم جنبش مایعات است.

معادله :

یک معادله ساده برای محاسبه تقریبی انرژی الکتریکی در یک نیروگاه برق آبی وجود دارد که به صورت زیر است:                                     

در معادله بالا P توان خروجی در واحد وات، h ارتفاع فشاری در واحد متر، r میزان آب خارج شده در واحد مترمربع در ثانیه و K ضریب تبدیل در ۷۵۰۰ وات است (با پیش شرط راندمان ۷۶٪ ،شتاب ثقل ۹٫۸۱ متر بر مجذور ثانیه و آب تازه با چگالی ۱۰۰۰ کیلوگرم به ازای هر متر مربع. البته در توربین‌های بزرگ و پیشرفته راندمان معمولاً بالاتر این مقدار است و در توربین‌ها فرسوده این راندمان کمتر است).

میزان تولید انرژی الکتریکی در یک نیروگاه آبی به شدت به میزان آب موجود وابسته‌است و در فصول مختلف میزان تولید می‌تواند به نسبت ۱۰ به ۱ متفاوت باشد.

سد :

سد دیواری محکم از سنگ وسیمان و یا ساروج است که به منظور مهار کردن آب در عرض دره یا میان دو کوه ایجاد می‌شود. برعکس خاکریزها که برای جلوگیری از ورود آب رودخانه یا دریا به مناطق اطراف ساخته می‌شوند در سدها هدف از مهار کردن آب استفاده از آن است.سدها از نظر مشخصه‌های مختلف طبقه‌بندی می‌شوند این مشخصه‌ها معمولاً شامل:

• طول سد: از نظر طول سدهای با طول بیش از ۱۵ متر را سدهای بزرگ و سدهای با طول بیش از ۱۵۰ متر را سدهای بسیار بزرگ می‌نامند.
• هدف از احداث سد: اهداف ساخت یک سد می‌توانند متفاوت باشند به طوری که بسیاری از سدها بیشتر از یک هدف را دنبال می‌کنند این اهداف می‌توانند شامل آبیاری یا تامین آب مناطق شهری یا زمین‌های کشاوزی، تولید انرژی الکتریکی، ایجاد فضای تفریحی، کنترل سیل و... باشند.
• ساختار سد: از نظر ساختار، با توجه به مصالح مصرف شده یا تکنولوژی ساخت سدها باهم متفاوت هستند. سدها از نظر مصالح مصرف شده می‌توانند چوبی، خاکی یا بتنی باشند.

ملاحظات اقتصادی :

بیشترین مزیت استفاده از نیروگاه‌ها آبی عدم نیاز به استفاده از سوخت‌ها و در نتیجه حذف هزینه‌های مربوط به تامین سوخت است. درواقع هزینه انرژی الکتریکی تولیدی در یک نیروگاه آبی تقریباً از تغییرات قیمت سوخت‌های فسیلی نظیر نفت، گاز طبیعی و زغال سنگ مصون است. همچنین عمر متوسط نیروگاه‌های آبی در مقایسه با نیروگاه‌های گرمایی بیشتر است، به طوری که عمر برخی از نیروگاه‌های آبی که هم‌اکنون در حال استفاده هستند به ۵۰ تا ۱۰۰ سال پیش بازمی‌گردد. هزینه کار این نیروگاه‌ها در حالی که به صورت خودکار کار کنند کم است و بجز در موارد اضطراری به پرسنل زیادی در نیروگاه نیاز نخواهد بود.

در موقعیت‌هایی که استفاده از سد چندین هدف را پوشش می‌دهد، ساخت یک نیروگاه آبی هزینه نسبتاً کمی را به هزینه‌های ساخت سد اضافه می‌کند. ایجاد یک نیروگاه هیمچنین می‌تواند هزینه‌های مربوط به ساخت سد را جبران کند. برای مثال درآمد ناشی از فروش انرژی الکتریکی در سد «Three Gorges» که بزرگ‌ترین سد جهان است با فروش انرژی الکتریکی تولیدی در سد در طول ۵ تا ۷ سال جبران شده‌است.

انتشار گازهای گلخانه ای :

در صورتی که سوختی در نیروگاه سوخته نشود، دی اکسید کربن (که یک گاز کلخانه‌ای است) نیز در نیروگاه تولید نخواهد شد. البته در مراحل احداث نیروگاه مقدار ناچیزی گاز دی‌اکسید کربن تولید می‌شود که در مقابل میزان دی‌اکسید کربن تولیدی در نیروگاه‌های گرمایی که از سوخت‌های فسیلی برای تولید انرژی گرمایی استفاده می‌کنند بسیار ناچیزاست. البته در این نیروگاه‌ها بر اثر اجتماع آب پشت سد گازهایی متساعد می‌شود که در پایین به آنها اشاره شده‌است.

فعالیت های وابسته :

آب ذخیره شده در پشت یک سد در واقع می‌تواند بخشی از امکانات مربوط به ورزش‌های آبی باشد و به این ترتیب می‌تواند به جاذبه‌ای برای گردشگران تبدیل شود. در برخی از کشورها از این آب برای پرورش موجودات آبزی مانند ماهی‌ها استفاده می‌شود به این ترتیب که در برخی سدها محیط‌های خاصی برای پرورش موجودات آبزی اختصاص یافته که همیشه از نظر داشتن آب پشتیبانی می‌شوند.

معایب :

آسیب به محیط زیست :

پروژه‌های احداث سد معمولاً با تغییرات زیادی در اکوسیستم منطقه احداث سد همراه هستند. برای مثال تحقیقات نشان می‌دهد که سدهای ساخته شده در سواحل دریای آتلانتیک و اقیانوس آرام در آمریکای شمالی از میزان ماهی‌های قزل‌آلای رودخانه‌ها به شدت کاسته‌است و این به دلیل جلوگیری سد از رسیدن ماهی‌ها به بالای رودخانه برای تخم‌گذاری است و این درحالی است که برای عبور این ماهی‌ها به بالای رودخانه محل‌های خاصی در سد در نظرگرفته شده‌است. همچنین ماهی‌های کوچک در طول مهاجرت از رودخانه به دریا در بین توربین‌ها آسیب می‌بینند که برای رفع این عیب نیز در قسمتی از سال ماهی‌ها را با قایق‌های کوچک به پایین رودخانه می‌برند. با تمام فعالیت‌هایی که برای ایجاد محیط مناسب برای ماهی‌ها انجام می‌شود بازهم با ساخت سد از میزان ماهی‌ها کاسته می‌شود. در کشورهایی مانند ایالات متحده بستن مسیر مهاجرت ماهی‌ها و دیگر موجودات آبزری به وسیله سد ممنوع است و حتماً باید برای عبور آنها تمهیداتی اندیشیده شود. به این ترتیب در برخی موارد سدها می‌توانند واقعاً برای ماهی‌ها آسیب رسان باشند که نمونه‌ای از آنها سد مارموت (Marmot Dam) در ایالات متحده‌است که عملیات حذف آن در ۲۰ اکتبر ۲۰۰۷ به پایان رسید. پس از تخریب این سد رودخانه برای اولین بار پس از۱۰۰ سال جریان آزاد خود را آغاز کرد. عملیات حذف این سد بزرگ‌ترین عملیات حذف سد در ایالات متحده بود.

ایجاد سدها معمولاً باعث به وجود آمدن تغییراتی در قسمت‌های پایینی رودخانه می‌شوند. آب خروجی از توربین‌ها معمولاً حامل مقدار کمتری از رسوبات است و این خود باعث پاک شدن بستر رودخانه و از بین رفتن حاشیه‌های رودخانه می‌شود. به دلیل اینکه توربین‌ها معمولاً به نوبت کار می‌کنند نوساناتی در جریان آب خروجی ایجاد می‌شود که شدت فرسایش بستر رودخانه را افزایش می‌دهد. همچنین ظرفیت اکسیژن حل شده در آب به دلیل کار توربین‌ها کاهش می‌یابد چراکه آب خروجی توربین‌ها معمولاً گرمتر از آب ورودی آنهاست که این خود می‌تواند جان برخی گونه‌های حساس را به خطر بیاندازد. برخی دیگر از سدها برای افزایش ارتفاع فشار مسیر رودخانه را منحرف کرده و باعث عبور آب از مناطق پر شیب‌تر می‌شوند و به این ترتیب مسیر قبلی رودخانه را خشک می‌کنند. برای مثال در رودخانه‌های تپاکو (Tekapo) و پیوکیکی (Pukaki) از این روش استفاده شده‌است که نه تنها موجب به خطر افتادن برخی گونه‌های موجودات آبزی شده بلکه پرندگان مهاجر منطقه را نیز به شدت در خطر قرار داده‌است.

سدهای بسیار بسیار بزرگ مانند سد Aswan (در مصر) و سد Three Gorges (در چین) تغییرات زیادی را در بالا و پایین رودخانه به وجود می‌آورند.

انتشار گازهای گلخانه ای :

آب جمع شده در پشت سد در مناطق گرمسیری می‌تواند مقدار قابل توجهی از گاز متان و گاز دی‌اکسیدکربن را تولید کند. این گازها در اثر پوسیدگی قسمت‌های مختلف گیاهان و زباله‌هایی به وجود می‌آیند که از بالای رودخانه آمده‌اند و به وسیله باکتری‌های ناهوازی تجزیه می‌شوند. بیشتر گاز تولیدی در اثر پوسیدگی را گاز متان تشکیل می‌دهد که از نظر آثار گلخانه‌ای از دی‌اکسیدکربن خطرناک‌تر است. براساس گزارش کمیسیون جهانی سدها، در سدهایی که منبع آنها نسبت به برق تولیدی آنها کوچک است (کمتر از ۱۰۰ وات به ازای هر مترمربع از آب) و درخت‌های اطراف مسیر رودخانه پاکسازی نشده‌اند، میزان گاز گلخانه‌ای تولیدی از یک نیروگاه گرمایی با سوخت نفت بیشتر است.

جابجائی جمعیت :

از دیگر معایب ساخت سدها، جابجایی جمعیت ساکن در مناطق زیر آب رفته توسط آب پشت سد است. این مناطق ممکن است شامل مناطقی باشد که از نظر فرهنگی یا اعتقادی دارای ارزش بالایی هستند و بدین ترتیب دلبستگی زیادی بین مردم ساکن با منطقه و آن منطقه خاص وجود دارد و به این ترتیب با بالا آمدن آب این مکان‌های تاریخی یا فرهنگی از بین خواهند رفت. از جمله سدهایی که در مراحل ساخت با این قبیل مشکلات روبه‌رو شدند می‌توان به سد Three Gorges یا سد Clyde اشاره کرد.

شکست سد :

شکسته شدن سدها گرچه به ندرت اتفاق می‌افتد اما خطری جدی و خطرناک است. برای نمونه می‌توان به شکسته شدن سد بانکیاو (Banqiao) در جنوب چین اشاره کرد که موجب کشته شدن ۱۷۱۰۰۰ تن و بی‌خانمان شدن حدود نیم میلیون نفر شد. همچنین سدها می‌توانند هدف خوبی برای دشمن در طول جنگ یا اقدامات خرابکارانه تروریست‌ها باشند. سدهای کوچک در این حملات کمتر آسیب رسان هستند.

انتخاب محلی نامناسب برای احداث سد می‌تواند به فاجعه منجر شود، برای مثال می‌توان به سد واجنت (Vajont) در ایتالیا اشاره کرد که در سال ۱۹۶۳ موجب مرگ حدوداً ۲۰۰۰ نفر شد.

مقایسه با دیگر روشها :

هیدروالکتریسیته با ایجاد انرژی الکتریکی بدون سوزاندن سوخت‌ها از ایجاد آلوده کننده‌های متصاعد شده از سوختن سوخت‌های فسیلی مانند دی‌اکسید گوگرد، اسید نیتریک، منواکسید کربن، گرد غبار و سرب (موجود در زغال سنگ) جلوگیری می‌کند. همچنین هیدروالکتریسیته با از بین بردن ضرورت استفاده از سوخت‌هایی مانند زغال سنگ به طور غیرمستقیم خطرات ناشی از استخراج زغال سنگ را کاهش می‌دهد.

در مقایسه با نیروگاه هسته‌ای این نیروگاه‌ها زباله هسته‌ای تولید نمی‌کنند. همچنین خطرات مربوط به تماس با اورانیوم در معادن یا نشت مواد هسته‌ای را نیز ندارند و برعکس اورانیوم در این دسته از نیروگاه‌ها از انرژی‌های تجدید پذیری استفاده می‌شود.

در مقایسه با مولدهای بادی، منابع انرژی در نیروگاه‌های آبی خیلی قابل پیش‌بینی‌تر هستند. همچنین این نیروگاه‌ها می‌توانند ضریب بار شبکه را بهبود دهند و در زمان نیاز شروع به تولید انرژی الکتریکی کرده و به این ترتیب موجب تعدیل شبکه در طول ساعات پیک شوند.

برعکس نیروگاه‌های گرمایی در نیروگاه‌های آبی زمان زیادی صرف مطالعات مربوط به سد می‌شود. معمولاً برای انجام دقیق محاسبات، داده‌های حدود ۵۰ سال از رفتارهای رودخانه برای انتخاب بهترین مکان احداث سد و روش ساخت آن لازم است. برعکس نیروگاه‌هایی که از سوخت‌ها برای تامین انرژی استفاده می‌کنند، مکان‌های مناسب برای احداث نیروگاه‌های آبی محدود هستند. همچنین بیشتر نیروگاه‌های آبی از مراکز تجمع جمعیت دور هستند و باید برای انتقال آنها نیز هزینه‌ای صرف کرد. از دیگر ضعف‌های این نیروگاه وابستگی شدید به میزان آب ورودی است و از آنجایکه میزان آب پشت سد به بارش‌ها وابسته‌است و در صورتیکه که میزان بارش برف و باران کاهش یابد میزان تولید انرژی الکتریکی نیز کاهش می‌یابد.

سد کارون ۳

منبع:http://alimohammadzare.blogfa.com/post-22.aspx

شبکه های توزیع

تاریخچه :

در سال‌های آغازین استفاده از انرژی الکتریکی, ژنراتورهای جریان مستقیم "DC" با همان ولتاژ تولیدی به مصرف کننده‌ها متصل شده بودند و به این صورت تولید و انتقال برق با یک ولتاژ انجام می‌گرفت, چراکه هیچ راهی برای تغییر ولتاژ "DC" به جز تغییر ژنراتورها وجود نداشت. از آنجایی که لامپهای التهابی آن زمان تنها در ولتاژ ۱۰۰ ولت قابل استفاده بوده‌اند تنها راه ممکن تولید برق با این ولتاژ بود. همچنین در ولتاژ پایین نیاز به عایق‌کاری زیاد برای حفظ ایمنی نبود و به این صورت اولید و انتقال با ولتاژ 100 ولت صورت می‌گرفت که موجب به وجود آمدن تلفات قابل توجه در طول خطوط می‌شد.

از همان ابتدا استفاده از مس به عنوان یک هادی بسیار معمول بود و این به دلیل هدایت الکتریکی و قیمت نسبتاً مناسب مس (امروزه با بالا رفتن قیمت مس از صرفه اقتصادی این فلز کاسته شده) نسبت به دیگر فلزات است. برای کاهش دادن جریان و در نتیجه کاهش میزان مصرف مس باید از ولتاژهای بالاتر در طول خطوط استفاده کرد. اما همانطور که گفته شد, هیچ روش قابل استفاده‌‌ای برای تغییر ولتاژ DC موجود در آن زمان وجود نداشت, بنابراین سیستم DC ادیسون به کابل‌های ضخیم و ژنراتورهای محلی نیاز داشت. فاصله آخرین مصرف کننده حداکثر باید 1.5 مایل از محل تولید می‌بود تا نیازی به استفاده از هادی‌های با سطح مقطع بسیار بالا نباشد.

ابداع جریان AC

پذیرش جریان الکتریکی متناوب "AC" با تغییرات بنیادی در زمینه برق همراه شد, چراکه ترانسفورماتورهای الکتریکی می‌توانستند ولتاژ را تغییر دهند و این, امکان افزایش طول خطوط انتقال فراهم را می‌کرد. با افزایش ولتاژ در طول خطوط, جریان الکتریکی کاهش یافته و بدین صورت, نیاز به استفاده از کابل‌های با سطح مقطع بالا و مولدهای محلی بر طرف می‌‌شد و در این صورت همچنین امکان تولید انرژی الکتریکی در فواصل دوراز مصرف کننده‌ها نیز فراهم می‌شد.

در آمریکای شمالی سیستم‌های توزیع اولیه از ولتاژ ۲۲۰۰ ولت و از سیستم ستاره با سیم نول (corner grounded delta) استفاده می‌کردند. با گذشت زمان این ولتاژ رفته رفته افزایش یافت و به۲۴۰۰ ولت رسید. با گسترش شهرها سیستم ولتاژ به ۴۱۶۰/۲۴۰۰ ولت سه فاز ارتقا یافت. گرچه بعضی از شهرها و شهرک‌ها به استفاده از این ولتاژ ادامه دادند, اما بیشتر شهرها ولتاژ را به تدریج و در مراحل Y7200/12470, Y7620/13200, Y14400/24940 و در نهایت Y19920/34500 افزایش دادند.

در انگلستان و اروپا در گذشته استفاده از سیستم ولتاژ ۳۳۰۰ ولت رایج بوده. با گذشت زمان در انگلستان ولتاژ ابتدا به ۶٫۶kV و سپس به ۱۱kV افزایش یافت.

سیستم‌های توزیع نیز در اروپا و آمریکای شمالی کاملاً متفاوت است. در آمریکای شمالی استفاده از تعداد زیادی ترانسفورماتور توزیع و در فواصل کم با مصرف کننده‌ها رایج‌ تر است. برای مثال در ایالات متحده از یک ترانسفورماتور توزیع «pole-mounted» برای تغذیه ۱ تا ۳ خانه استفاده می‌شود, در حالی که در انگلستان ترانسفورماتورهای توزیع توانی بین ۳۱۵ تا ۱۰۰۰ کیلوولت‌امپر دارند و کل یک محله را تغذیه می‌کنند. این به دلیل استفاده از ولتاژ بالاتر در اروپاست (۴۱۵ ولت به جای ۲۳۰ ولت). چراکه با این ولتاژ امکان انتقال توان الکتریکی با تلفات قابل قبول در مسافت‌های طولانی‌تری وجود دارد. ویژگی سیستم آمریکایی این است که در صورت بروز عیب در ترانسفورماتور فقط تعداد کمی از مصرف کننده‌ها از مدار خارج می‌شوند و ویژگی سیستم انگلیسی در متمرکزتر بودن تراسفورماتورهاست بدین صورت تراسفورماتورها کمتر و بزرگ‌تر هستند و با راندمان بالاتری کار می‌کنند و این تلفات انرژی را کاهش می‌دهد.

توزیع و انواع شبکه ها :

شبکه‌‌های توزیع معمولاً به دو صورت دسته‌‌بندی می‌‌شوند:

• شعاعی (Radial)
• اتصال یافته (Interconnected)

در شبکه شعاعی خطوط توزیع پس از جدا شدن از پست توزیع به منبع دیگری متصل نمی‌‌شوند. از این روش معمولاً در شبکه‌‌های روستایی با مصرف کننده‌‌های دور افتاده استفاده می‌‌شود. از شبکه‌‌های اتصال یافته معمولاً در شهرها استفاده می‌‌شود. در این شبکه مسیرهای توزیع دارای دو یا چند اتصال به مسیرهای دیگر هستند بنابراین مصرف کننده‌‌ها چندین مسیر برای اتصال به منبع دارند.

نقاط اتصال در شبکه اتصال یافته معمولاً باز هستند. اعمال دستور بسته یا باز شدن اتصال‌‌ها معمولاً به وسیله «دیسپاچینگ» صورت می‌‌گیرد. کارایی این اتصال‌‌ها معمولاً در مواقع بروز مشکل در خط مشخص می‌‌شود. در صورتی که قسمتی از خط به علت خرابی غیر قابل استفاده باشد به وسیله وصل و قطع تعدادی از اتصال‌‌ها می‌‌توان قسمت معیوب را از بقیه قسمت‌‌ها جدا کرده و دیگر قسمت‌‌ها را تغذیه نمود. هر یک از خطوط جدا شده از پست توزیع دارای کلید مدار‌‌شکن (دژنکتور) برای قطع مدار در موقع بروز اشکال هستند.

ممکن است در داخل هر شبکه انواع مختلفی از خطوط مثل خطوط هوایی یا کابلی وجود داشته باشد. البته استفاده از خطوط کابلی در کشورهای پیشرفته درحال افزایش است چراکه در این خطوط کابل‌‌ها در مسیر دیده نمی‌‌شوند و این کمک شایانی به افزایش معیارهای زیبایی به ویژه در شهرهای بزرگ با شبکه‌‌های توزیع درهم پیچیده می‌‌کند. اما با این حال قیمت تمام شده برای ایجاد خطوط کابلی به مقدار قابل توجهی از خطوط هوایی بیشتر است, تکنولوژی احداث آنها بالاست و همچنین این خطوط از نظر قیمت و راحتی تعمیر و نگهداری نیز با خطوط هوایی قابل مقایسه نیستند و این بزرگ‌ترین مانع برای گسترش این خطوط در کشورهای در حال توسعه‌است.

خصوصیات برق تحویلی به مصرف کننده‌‌ها به صورت یک تعهد از طرف تولیدکننده بوده وثابت است. برخی از خصوصیات شبکه عبارت‌اند از:

• امروزه تمامی منابع و ژنراتورهای الکتریکی AC هستند. مصرف کننده‌‌هایی که از انرژی الکتریکی به صورت DC و در مقادیر بالا استفاده می‌‌کنند مانند برخی از راه‌‌آهن‌های برقی, مراکز تلفن و یا بعضی صنایع مانند صنایع ذوب آلمینیوم باید از ژنراتورهای DC یا تجهیزات یکسوساز استفاده کنند.
• ولتاژ تحویلی شامل تلرانس نیز می‌‌شود(معمولاً حدود ۱۰ درصد)
• فرکانس معمول تولیدی ۵۰ یا ۶۰ هرتز است. در حالی که در بعضی خطوط راه‌‌آهن برقی از فرکانس ۱۶-۲/۳ Hz و در بعضی از صنایع و معادن از ۲۵ Hz استفاده می‌‌شود.
• پیکره‌‌بندی فازها, که شامل تک فاز و چند فاز (شامل دو یا سه فاز) می‌‌شود.

مصرف کننده‌‌ها نیز باید دارای خصوصیات خاصی در شبکه باشند به طوریکه انحراف از این خصوصیات برای تولید کننده زیانبار است بنابراین برای انحراف از برخی از این خصوصیات جریمه در نظر گرفته شده:

• حداکثر بار, که با توجه میزان حداکثر مصرف در دوره‌‌ای مشخص تعیین می‌‌شود.
• ضریب بهره خط انتقال (نسبت بار نامی به حداکثر بار در یک دوره زمانی), که نشان دهنده درجه بهروری از تجهیزات خط است(هرچه این ضریب به یک نزدیکتر باشد بهره‌‌وری تجهیزات خط بالاتر است).
• ضریب توان بار اتصال یافته که نسبت توان اکتیو مصرف شده توسط بار به توان راکتیو آن است.
• سیستم زمین کردن (Earthing) که می‌‌تواند TT, TN-S, TN-C-S یا TN-C باشد.
• حداکثر جریان اتصال کوتاه
• بیشترین میزان و فرکانس جریان لحظه‌‌ای

 

منبع:http://alimohammadzare.blogfa.com/post-26.aspx

اندازه گیری

مقدار جریان و ولتاژ متناوب
برای اندازه گیری مقدار جریان ، ولتاژ ، توان ، فرکانس و اختلاف فاز ، دستگاههای اندازه گیری مناسب مورد نیاز است.
اندازه گیری جریان و ولتاژ متناوب
آمپر متر و ولت متر دو دستگاه اندازه گیری هستند که بوسیله آنها مقدار جریان مصرفی و ولتاژ مصرف کننده‌ها را می‌توان اندازه گرفت. این دستگاهها براساس اهداف مورد نیاز به صورت‌های مختلف ساخته می‌شوند.

دستگاههای اندازه گیری تابلویی
این دستگاه معمولا یک رنج دارند و از دقت کمی برخوردار هستند کاربرد آنها در روی تابلوها به منظور نشان دادن کمیت مورد نظر می‌باشد.

دستگاههای اندازه گیری پرقابل (قابل حمل)
دستگاههای پر قابل کاربردی وسیع در صنعت برق دارند این دستگاه به دو صورت آنالوگ و دیجیتال در کارخانجات ساخته می‌شوند. از آنجا که این دستگاهها کمیت‌های مختلف (جریان ، ولتاژ ، مقاومت و...) را اندازه گیری می‌کنند در اصطلاح با عناوین آوومتر (A.V.Ω) و یا مالتی‌متر در بازار به فروش می‌رسند. کمیت‌های الکتریکی مورد سنجش در این دستگاه در محدوده بسیار وسیع و با دقت قابل قبولی اندازه گیری می‌شوند مالتی مترهای دیجیتالی دارای تنوع ، انعطاف و قیمت ارزانتری نسبت به مالتی مترهای آنالوگ هستند.

دستگاههای اندازه گیری آزمایشگاهی
به منظور انجام برخی از تحقیقات علمی در آزمایشگاه و کنترل دقیق فرآیند تولید صنایع پیشرفته نظامی ، اتمی و فضایی به دستگاههای اندازه گیری الکتریکی‌ای نیاز است که از دقت و کیفیت مرغوب گری نسبت به دستگاههای اندازه گیری معمولی برخوردار باشند. این دستگاهها برای کالیبره کردن دستگاههای اندازه گیری در موسسات استاندارد نیز بکار می‌روند. این وسایل اندازه گیری دارای ساختمانی پیچیده هستند و نسبت به دستگاههای معمولی قیمت بالاتری دارند.

اندازه گیری اختلالات اختلاف سطح الکتریکی (ولتاژ)
مقدار ولتاژ دو سر یک مولد یا مصرف کننده همواره بوسیله ولت متر اندازه گیری می‌شود. چون اختلاف پتانسیل بین دو نقطه را اندازه گیری می‌کند، بنابراین باید با دو سر مصرف کننده یا مولد به صورت موازی قرار گیرند، ولت متر به دو روش مستقیم و غیر مستقیم اختلاف سطح الکتریکی را اندازه می‌گیرد در روش مستقیم ولت متر به دو سر مصرف کننده متصل می‌شود و مقدار ولتاژ را اندازه گیری می‌کند.

در روش غیر مستقیم ولت متر بوسیله یک مبدل ولتاژ به دو سر مصرف کننده یا مولد متصل می‌شود این روش در مواردی بکار می‌رود که ولتاژ کار مصرف کننده‌ها یا شبکه بیش از حد مجاز دستگاه اندازه گیری باشد و یا این که از نظر حفاظتی نتوان ولتاژ مورد اندازه گیری را مورد سنجش قرار داد. کلید ولت متر برای اندازه گیری مقدار ولتاژهای خطی و فازی در شبکه‌های سه فاز ، از طریق تنها یک ولت متر از یک کلید ولت متر استفاده می‌کنند.

www.electronice.blogfa.com

روشهاي مطالعه و بهبود تلفات

مبحث تلفات انرژي از مهمترين مقوله‌هايي است كه صنعت‌برق با آن مواجه است و توجه به كاهش آن ضرورتي اجتنا‌ب‌ناپذير است. دركشورهاي صنعتي از همان ابتداي شكل‌گيري اين صنعت يعني سال 1900 ميلادي مبحث تلفات مورد توجه قرار گرفت و تاكنون تلاشهاي زيادي در اين زمينه صورت گرفته و با ابداع روشهاي مختلف و بكارگيري آنها نتايج خوبي بدست آورده است. در كشور ما با توجه به اينكه اين صنعت هنوز در زمينه كاهش تلفات تا حد مطلوب راه طولاني را در پيش دارد ضرورت توجه به اين امر را متوجه مسوولان و محققان مي‌سازد.
با توجه به اينكه اكثر روشهاي معمول در دنيا با شرايط جغرافيايي و آب و هوايي ايران سازگار نبوده و نتايج آنها رضايتبخش نيست ضرورت تحقيق در اين مورد با استفاده از منابع و اطلاعات داخلي و شرايط طبيعي ايران دوچندان مي‌شود. در اين مجموعه سعي شده با ارايه مطالب مذكور بر ضرورت توجه هر چه بيشتر به تحقيق در اين زمينه صحه بگذاريم.
روشهاي مطالعه و بهبود تلفات را بايد به دو روش كوتاه مدت و بلند‌مدت تقسيم كرد.
در روشهاي بلند‌مدت از نظر آماري و در روشهاي كوتاه مدت بصورت فرمولي و عملي تلفات مورد بررسي قرار مي‌گيرد و نهايتاً با استفاده از تلفيق اين دو روش بهترين نتيجه حاصل مي‌شود.
كاهش تلفات انرژي الكتريكي بكلي عبارت است از افزايش ظرفيت توليد و افزايش ظرفيت شبكه انتقال توزيع بدون آنكه در امرتوليد سرمايه‌گذاري كرده باشيم. بعنوان مثال آماري را از نشريه آمارتفسيري صنعت‌برق ذكر مي‌كنيم:

بر اساس آمار اين نشريه كل تلفات در شبكه انتقال و توزيع 7601 ميليون كيلووات ساعت بيان شده است كه ميزان 9/13 درصد كل توليد را بيان مي‌كند. اگر مصارف داخلي نيروگاه را هم به آن اضافه كنيم به عدد 5/20 درصد مي‌رسيم اين اعداد مقدار متوسط است و تلفات در پيك به مقداري حدود 30 درصد هم مي‌رسد اما اگر همين 9/13 درصد را در نظر بگيريم ضرري كه از اين جانب به صنعت‌برق كشور تحميل مي‌شود بالغ بر 600 ميليارد ريال در سال است. اين امر نشان مي‌دهد كه هنوز تلفات با همه ابعادش شناخته شده نيست. بعنوان مثال تلفات چند كشور را در نظر مي‌گيريم تا فاصله ما با بقيه كشورها مشخص شود.
در سال 1360 تلفات شبكه توزيع ايران 4/15 درصد در ژاپن 8/5 درصد، كره جنوبي 7/6 درصد در فرانسه 9 درصد در هندوستان 5/20 درصد بوده است در سال 1365 اين آمار به نحو زير است:
در ايران 6/12 درصد در ژاپن 7/5 درصد در كره جنوبي 5/6 درصد در فرانسه 8 درصد در پاكستان 09/24 درصد در آلمان 4 درصد در چين 2/8 درصد و هندوستان 21 درصد بوده است بنابراين ما بايد تلاش كنيم مقدار تلفات را به مرز عملي حداقل 5 درصد برسانيم.
نكته‌اي كه بايد متذكر شويم اين است كه ازاين اعداد مقداري حدود دو سوم تلفات در شبكه توزيع است بنابراين بصورتي اجتناب‌ناپذير بايد اهم انرژي خود را صرف كاهش تلفات در شبكه توزيع كنيم و علل اساسي تلفات را ريشه‌يابي كنيم.
در عمل مدلهاي موجودي كه در دنيا ارايه شده بدليل تفاوت اقليمي و آ‌ب و هوايي كشور ما با كشورهايي كه تحقيقاتي در آنها انجام شده كاملاً با واقعيت منطبق نيست و بايد تحقيقات كاملي در اين زمينه ارايه شود. طبق گزارشي كه كميته تحقيقات وزارت نيرو ارايه كرده است نتايج Lood flow با واقعيت منطبق نيست يا در مناطقي كه كويري است عواملي است كه باعث ازدياد تلفات كرونا مي‌شود
بنابراين بايد آزمايشات انجام گرفته در ايران با شرايط حاكم مطابق باشد تا به واقعيت نزديك شويم. مساله ديگري كه مطرح است مديريت مصرف است. با مديريت صحيح مصرف مي‌توان به ميزان قابل ملاحظه‌اي تلفات را كم كرد و توان مصرفي را آزاد كرد.
بنابراين مديريت مصرف و كاهش تلفات بصورت تنگاتنگي به هم مربوط هستند متذكر شويم مقدار تلفات شبكه توزيع حدود دو سوم كل تلفات است اين مقدار چيزي حدود 10 تا 11 درصد و از لحاظ توان پيك حدود 14- 15 درصد است.
بطور كلي اين مقدار تلفات محصول علل مختلفي مي تواند باشد كه آنها را مي‌توان بطور اجمالي در غيرمهندسي بودن ارقام نجومي بالغ برچند صدهزار كيلومتري شبكه‌هاي فشار متوسط و فشار ضعيف و بار نامتناسب با شبكه يعني بطور كلي عدم توجه به استاندارد و كيفيت برق تحويلي به مشتركان كه في‌المثل بايدهمراه با افت ولتاژ مجاز و با حداقل قطع برق در مواقع بروز حادثه در شبكه توزيع نيرو باشد دانست.
در مورد علل بروز تلفات مي‌توان به موارد زير اشاره كرد:
• انتخاب غيربهينه محل پستهاي 20kv كيلوولت، عدم تعادل بار فيمابين ترانسفورماتورهاي مختلف توزيع
• پايين بودن ضريب قدرت بارهاي عبوري از المانهاي شبكه
• كاربرد وسيع سيمهاي مقطع پايين بويژه در شبكه فشار ضعيف
• نداشتن طرح جامع توسعه شبكه
• عدم هماهنگي بين عرضه و تقاضا
• تسلط فرهنگ استادكاري در شبكه توزيع
• عدم اعمال جدي مديريت بار
• برق‌هاي غيرمجاز
نصب برقگيرهاي نامناسب در پست (برقگيرهاي شاخكي پس از ايجاد جرقه ديگر مسير جرقه بسته شده و باز نخواهد شد و يك مسير دائمي جريان بوجود مي‌آيد و براي قطع اين جريان حتماً‌بايد پست را بي‌برق كنيم) كه اين خود خسارتهايي را بدنبال خواهد داشت. علاوه بر شناخت و اهتمام به مسائل ذكر شده كه از علل بروز تلفات هستند بايد برنامه‌هاي كوتاه مدت و بلند‌مدتي را هم مدنظر قرار داد. از جمله اقدامات كوتاه‌مدت موارد زير است:
- ايجاد تقارن هر چه بيشتر در بار فازهاي كليد كابلها و خطوط هوايي 220 ولتي توزيع نيرو با جابجايي لازم انشعابات مشتركان از روي فازهاي پربارتر بر روي فازهاي كم بارتر.
- استفاده از ترانسفورماتورهاي با نسبت تبديل برابر و مشخصات ترانسهاي برابر
- يافتن نقاط ژرف الكتريكي و شارتل‌گذاري درآن نقاط نصب خازنهاي كوچك 5 تا 20 كيلوواري در انتهاي خطوط فشار ضعيف داراي افت ولتاژ زياد.
- روشهاي فوق احتياج به سرمايه‌گذاري كمي از نظر تجهيزات دارد و عمدتاً به نيروي انساني وابسته است با انجام كارهاي فوق حدود 2 تا 3 درصد كاهش تلفات خواهيم داشت كه از نظر توان حداقل معادل 500 مگاوات آزادسازي ظرفيت خطوط و توليد است در مرحله بعدي بايد به اقدامات بلندمدت توجه كرد كه اهم آنها به قرار زير است:
- پيش‌بيني چگالي بار
- تهيه نقشه‌هاي وضع موجود شبكه فشار متوسط و ضعيف
- برقراري روش و گردش كار منظم آمارگيري
- تهيه و تصويب فلسفه سيستم توزيع
- ارتقاء سطح علمي كادر پرسنلي توزيع نيرو
- تكميل استانداردهاي مهندسي و كاربردي شبكه‌هاي توزيع نيرو
- ارتقاء سطح ضريب قدرت مصارف خانگي و تجاري كه با توجه به بالا بودن درصد مصرف تجاري و خانگي در ايران و پايين بودن ضريب قدرت در اين نوع مصارف رقم قابل توجهي خواهد بود.
- تامين اعتبارات ارزي و ريالي به حد كفايت
- مديريت بار و مصرف
حال به يكي از انوع تلفات ناشي از كرونا مي‌پردازيم:
با بررسي‌هايي كه انجام شده است معلوم شده كه تلفات كرونا در خطوط انتقال ايران 5/17 مگاوات است كه در هواي باراني اين تلفات به مراتب افزايش مي‌يابد و ممكن است اين تلفات در سطح شبكه كشور به 300 مگاوات هم برسد البته تلفات كرونا به شرايط جوي از قبيل درجه حرارت هم وابسته است اين تلفات در خطوط توزيع هم وجود دارد كه عمدتاً خط توزيع 20 كيلوولت است. براي بررسي تلفات كرونا تاريخچه محاسبه اين نوع تلفات را متذكر مي‌شويم:
در سال 1911 پروفسور پيك از نتايج آزمايشگاهي روي خطوط تلفات كرونا را بصورت نقاط بسيار پراكنده بدست آورد به دليل پراكندگي زياد curve fitting مناسبي بدست نيامد ولي به هر حال فرمولي ارايه كردند در سال 1927 اقاي پيترسون و در سال 1980، EPRI هر كدام فرمولي ارايه كردند. در همه موارد فوق بدليل پراكندگي زياد نقاط بدست آمده امكان بدست آوردن تابعي دقيق از منحني مقدور نبود.
آنچه كه ما بايد انجام دهيم و بهترين روش براي بدست آوردن تلفات كرونا است استفاده از روش شبكه‌هاي عصبي براي تعيين اين تلفات است. چون شبكه عصبي تابع خاصي را نشان نمي‌دهد و براي ارتباط پراكنده بهم و بعبارت ديگر براي
curve fitting به ما جواب مي‌دهد. براي اين كار بايد روي دكل‌ها ايستگاه‌هاي اندازه‌گيري ايجاد كنند تا به اين ترتيب تلفات كرونا اندازه‌گيري شود تا در نهايت به جوابهاي دقيقي برسيم چرا كه استفاده از فرمولهاي معمولي به دليل پايين بودن دقت در خروجي برنامه شبكه عصبي تاثير داشته و آنرا دچار خطا مي‌كند.
(در مورد شبكه عصبي بايد بگوييم كه وقتي روي دكل‌ها از دستگاه‌هاي اندازه‌گيري استفاده كنيم در حقيقت يك شبكه كامل اندازه‌گيري يا در حقيقت شبكه‌اي از اعصاب را بوجود آورده‌ايم كه اين اعصاب حس‌كننده ميزان تلفات كرونا هستند و اطلاعات لازم را به مركز شبكه كه همان مركز تجزيه و تحليل اطلاعات است مي‌فرستند.)
نكته مهمي كه در اينجا بايد متذكر شد اين است كه هر چند تلفات كرونا در مقايسه باتلفات ژولي خيلي كم است ولي در ساعات پيك بار تاثير مهمي در سطح كاري دارد و لذا در طراحي خطوط سعي مي‌شود كه همزمان بودن پديده كرونا با بار پيك مدنظر قرار گيرد.
موارد ديگر تلفات شامل تلفات ژولي يا اهمي و تلفات در پست‌هاي تبديل و ... است ولي چون بيشترين تلفات در شبكه توزيع است اهم كوشش را روي اين مبحث متمركز مي‌كنيم:
در بررسي تلفات خطوط توزيع يك سري عوامل فني و غيرفني دخالت دارند كه علاوه بر مواردي كه در صفحه 2 به آنها پرداخته‌ شد موارد زير را نيز مي‌توان به آنها اضافه كرد:
از عوامل غيرفني مي‌توان به موارد ديگر زير اشاره كرد:
- عدم نصب كنتورهاي روشنايي معابر
- عدم كنترل و نظارت بر كنتورهاي منصوبه
- عدم نصب كنتور مصارف شركتها و منازل سازماني آنان
عوامل فني كه به آنها اشاره نشده هم به مواردزير مي‌توان اشاره كرد:
عدم استفاده از ترانسفورماتورهاي با قدرت مناسب درشبكه‌هاي توزيع با توجه به اينكه مي‌دانيم حداكثر راندمان يك ترانسفورماتور در 70 درصد بار نامي آن است و بنابراين بايد سعي كنيم هميشه مقدار بار ترانس حوالي 70 درصد بار نامي باشد و يا ميانگين بار ترانس درحدود 70 درصد با بهره‌برداري صحيح‌تر و تلفات كمتر باشد.

توزيع يكفازه فشار ضعيف در شهرها و روستاها:
عدم تعادل بار فازها در شبكه فشار ضعيف و برقدار شدن سيستم نول شبكه كه به تبع آن ضمن كاهش راندمان ترانس قسمتي از انرژي نيز توسط نول تلف مي‌شود.
فرسودگي شبكه و مواد ديگر....
بنابراين راههاي كاهش تلفات بصورت زير پيشنهاد مي‌شود:
1-  ايجاد تعادل و تعديل بار كابلها و خطوط فشار متوسط و فشار ضعيف (اعمال مديريت كنترل بار)
2-  كاهش طول كابلها و خطوط و افزايش سطح مقطع آنها (البته بايد مبحث اقتصاد مهندسي نيز در نظر گرفته شود)
3-  ايجاد شبكه‌هاي توزيع بر اساس محاسبات مهندسي
4-  دقت عمل مصالح و اصلاح تا حد استاندارد در لوازم اندازه‌گيري
5-  جمع‌آوري و جلوگيري از برق‌هاي غيرمجاز
6- تعميرات اساسي زمان‌بندي شده
7- احداث شبكه‌هاي فشار ضعيف بصورت سه‌فاز (احداث شبكه بصورت پنج سيمه ضمناً مقطع نول و فاز يكسان باشد)
8-  بالانس كردن شبكه‌ها (تعادل بار فازها(
9- استاندارد كردن كابلهاي ورودي و خروجي مطابق با ظرفيت ترانسفورماتورها و بار آنها
10- نصب ترانسفورماتور در مركز ثقل بار
11- شاخه بري درختان بمنظور جلوگيري از برخورد شاخه‌هاي درختان با شبكه‌هاي فشار متوسط و فشار ضعيف
12- كامل كردن ارت در شبكه‌ها
13- تست كردن روغن ترانسها
14- سرويس منظم و شستشوي شبكه‌هاي آلوده ورفع فرسودگي‌ها و خوردگي‌هاي شبكه
15- استفاده بهينه از ظرفيت ترانسفورماتور‌ها در حدود 17 درصد بار نامي آنها
16- بكارگيري خطوط باندل در كاهش تلفات بخصوص در مناطق گرمسير
17- رعايت اصول فني در هنگام برقراري اتصالات الكتريكي
18- سيم‌كشي داخلي به مشتركان تحت ضوابط و مطابق با استاندارد
19- نصب خازن در محلهاي مناسب
لذا چنانچه وضع بهره‌برداري از شبكه‌هاي توزيع به همين منوال ادامه يابد و به عواملي از قبيل عدم بالانس خطوط، وجود خطوط طولاني، تداخل شاخه درختان با شبكه‌هاي برق، خطاي زياد در لوازم اندازه‌گيري بعلت نامناسب بودن محل نصب آنها، عدم رسيدگي و تعمير و نگهداري به موقع از شبكه‌ها، عدم تناسب قدرت ترانسفورماتورهاي منصوبه با بار مصرفي و ... توجه نشود تلفات بخش توزيع رو به فزوني خواهد بود و طولي نخواهد كشيد كه شبكه‌هاي جديد هم مستهلك و پرهزينه خواهد شد.
لذا بايد بطور جدي و پيگير رسيدگي به شبكه‌هاي توزيع مورد توجه قرار گيرد. مناسب‌ترين روش براي جلوگيري از استهلاك شبكه‌هاي توزيع و كاهش تلفات،‌تهيه و اجراي يك برنامه منظم و مشخص بهره‌برداري و تعمير و نگهداري است.
يك قسمت از تلفات در فيدرهاي 20 كيلوولت است براي محاسبه اين تلفات مي‌توان در يك روز بخصوص تمام كنتورهاي منصوبه روي ترانسفورماتورهاي فيدر را قرائت كرد سپس در يك دوره مشخص با قطع فيدر مزبور دوباره قرائت كنتور ترانسفورماتورها و ابتداي فيدر را انجام داد براي جايي كه تعداد فيدرها زياد است مي‌توان از روش كامپيوتري استفاده كرد، به اين ترتيب كه براي هر فيدر نقاط مصرف را گره در نظر مي‌گيريم و اطلاعات از قبيل شماره‌ گره ابتدا، شماره گره انتها، فاصله دو گره متوالي، نوع و سطح مقطع سيم يا كابل بين دو گره، نوع گره (تي‌اف يا ترانس) بار ترانس، ظرفيت ترانس، ظرفيت خازن يا اتوبوستر (در صورت وجود انواع مصرف كشاورزي، عمومي، صنعتي، تجاري) و ضريب قدرت را جمع‌آوري كرد.
با مشخص كردن آمار فوق تنهابار ترانس است كه دقيقاً مشخص نبوده و همواره در حال تغيير است. براي بدست آوردن اين داده‌ها از روش اندازه‌گيري مستقيم و پيوسته و يا با توجه به بار پيك و نوع مصرف و ضريب بار مي‌توان استفاده كرد و ضريب قدرت را هم بر حسب نوع مصرف حدس زد و اطلاعات را كامل كرد. براي محاسبه تلفات در شبكه فشار ضعيف نيز لازم است هر ترانس يك فايل ايجاد كرده و مانند روش فوق را بدست آورد. با اين اقدامات مي‌توان فيدرها و پستهايي را كه داراي تلفات بالايي هستند شناسايي كرده و با نصب خازن و اصلاح شبكه تلفات را تقليل دهيم.
بنابراين اشكالاتي كه در محاسبه تلفات بوجود مي‌آمد مثل عدم قرائت همزمان كنتورها از بين مي‌رود اما در زمينه خطاي كنتورها و برنامه پخش بار كه براي اجرا نياز به داشتن مقادير همزمان MW,MVAR بار دارد، اين خطا را با استفاده از كنتورهاي با كيفيت بالا و روش‌هاي صحيح اندازه‌گيري كاهش داد همچنين آموزش صحيح و مهارت اپراتورها باعث كاهش تلفات خواهد شد. كنترل و اصلاح ولتاژ و استفاده از جبران‌كننده‌ ميزان تلفات را كاهش مي‌دهد.
نكته‌اي كه در مورد خطاي اندازه‌گيري كنتورها بايد متذكر شويم خطاي ضريب كنتور است. در تحويل كنتور به مشتركان شركت برق از كنتورهاي 15A براي تحويل اشتراك 25A استفاده مي‌كند كه با توجه به اينكه اين كنتور مثلاً براي جبران 15A طراحي شده است و با توجه به اينكه اينگونه نصب بدليل داشتن ضريب 4 كنتور مثلاً براي مصارف خانگي است باعث ايجاد خطا در اندازه‌گيري خواهد شد و اين مطلب بايد همواره مدنظر قرار گيرد. همچنين بايد خطاي وجود گردو غبار و كثيفي كنتور كه مي‌تواند خطاي مثبت يا منفي ايجاد كنند نيز مدنظر قرار گيرد.
يكي از عوامل تلفات در شبكه توزيع عدم تقارن بار است كه قبلاً به آن اشاره شده است ليكن اين مطلب از آن جهت حائز اهميت است كه بصورت‌هاي زير موجب تلفات مي‌شود:
الف- عبور جريان اضافي از سيم نول و افزايش تلفات بصورت RI2
ب- ايجاد جريانهاي صفر و منفي در شبكه
بر اثر ايجاد جريانهاي صفر و منفي تلفات در موتورها و ژنراتورها افزايش يافته و ترانسها به اشباع نزديكتر مي‌شوند. كه اين خود سبب افزايش تلفات و كاهش ظرفيت باردهي آنها مي‌شود. روش‌هايي كه مي‌توان در ضميمه كاهش تلفات ناشي از عدم تقارن بار پيشنهاد كرد عبارتند از:
الف- استفاده از سيم‌هاي با مقطع بالاتر در سيم نول در جاهايي كه عدم تقارن بار زياد و غيرقابل كنترل است.
ب- آموزش سيمبانها و كارگران شركت برق و ملزم كردن آنها به تقسيم‌بندي مناسب مشتركان روي فازهاي شبكه فشار ضعيف
ج- متعادل كردن شبكه از ديد ترانسهاي توزيع (استفاده از جبران‌كننده‌هاي سلفي و خازني و ....)از موارد ديگري كه در كاهش تلفات موثر است به تغيير استانداردهاي معماري و شهرسازي با نظارت درانشعاب تكنولوژي و غيره است. همچنين استفاده از لامپهاي كم‌مصرف باعث صرفه‌جويي زيادي در مصرف انرژي مي‌شود كه مصرف كمتر يعني بار كمتر و در نتيجه تلفات كمتري را بهمراه دارد.
از جمله عوامل تشديد تلفات علاوه بر موارد ذكر شده قبلي موارد زير نيز مطرح مي‌شود:
- بكار بردن كلمپهاي آلياژ آهن در خطوط 20 كيلوولت روستايي و تلفات بيشتر نسبت به كلمپهاي آلومينيومي بدليل ايجاد جريانهاي هيسترزيس و فوكو.
- استفاده از شبكه‌هاي شعاعي بجاي شبكه‌هاي به هم پيوسته فشار ضعيف و متوسط
- نداشتن ايمان و انگيزه كاري بعضي از كاركنان و عدم امكان نظارت و كنترل آنها

ماهناهمه صنعت برق