تحقیق مقاله مشکلات موجود در برق شهر

قطع ناگهانی برق باعث اختلال در اکثر فعالیتهای تجاری شده و در برخی موارد امکان ادامه آن را کاملاً از بین می‌برد. البته تنها برق شهر اثرات مخرب به همراه ندارد، بسیاری از دستگاه های الکتریکی (همانند سیستمهای کامپیوتری) نسبت به نارسائیهایی مانند افت لحظه‌ای ولتاژ، افت طولانی ولتاژ، قطع برق، ولتاژهای لحظه‌ایی بالا، نویز و تاثیرات فرکانس رادیویی و تغییرات فرکانس در منبع تغذیه به خود حساس هستند.

این گونه و بارها را اغلب «بار های حساس» می‌گویند. زیرا عملکرد مداوم آنها برای فعالیت‌های تجاری یک شرکت حائز اهمیت است و همچنین به این دلیل که اینگونه بارها برای عملکرد صحیح یک نیروی برق با ثبات تر و قابل اطمینان تر از آنچه عموماً توسط منابع تغذیه همگانی ارائه می‌شود. نیاز دارند.

در ادامه لیستی از مشکلات موجود در برق شهر ارائه می‌شود که هر کدام را به طور مختصر توضیح می‌دهیم.

نوسانات شدید لحظه‌ای (spine)

نویز الکتریکی (noise)

اضافه ولتاژ لحظه‌ ای (surges)

افت ولتاژ لحظه‌ای (sags)

هارمونیک‌ها (TUD)

افت طولانی ولتاژ (Brown outs)

قطع برق شهر (Blacuoucs)

1- نوسانات شدید لحظه‌ایی (spike)

ولتاژ های سریع، گذرا و با طول زمانی کوتاهی هستند که به شکل موج اصلی برق اضافه می‌شوند. این ولتاژها در هر دو سیکل مثبت و منفی می‌توانند اضافه شوند و به اجزای الکتریکی خسارت وارد کرده و آنها را از بین ببرند. Spike ها توسط یک ترموستاتها با سایر تجهیزاتی که جریان‌ های الکتریکی زیاد را سوئیچ می‌کنند، یا توسط بارهایی که به وسیله شرکتهای برق سوئیچ می‌شوند، ایجاد می‌گردند. صاعقه‌ایی که به طور موضعی به زمین اصابت می‌کند از جدی ترین عوامل تولید این نوسانات هستند بویژه زمانی که به کابل‌ های ارتباطی برق القا می‌شوند و حدود 7% مشکلات برق شبکه را تشکیل می‌دهند.

2- نویز الکتریکی (noise)

نویز حالت مشترک ناشی از بروز انتقال بین خطوط منبع و زمین است. نویز حالت معمولی نتیجه اختلال بین ولتاژهای فاز به فاز و فاز به نول است و می‌تواند در اثر اصابت صاعقه، خاموش و روشن کردن بار، اشکال کابل و مجاورت‌ یا تجهیزات فرکانس رادیویی و ... ایجاد شود. نویز الکتریکی می‌تواند باعث هنگ کردن کامپیوتر و در نتیجه از دست رفتن اطلاعات گردد. اثرات نویز را می‌توان با قرار دادن فیلترهای مناسب و برقراری اتصال زمین به حداقل می‌رساند.

3- اضافه ولتاژ لحظه‌ای (surg)

ولتاژ اضافه شده به موج اصلی برق با مقادیر بالاتر از مقدار عادی خط اصلی برق شهر می‌باشد که بیش از یک سیکل ادامه می‌یابد. surg معمولاً پس از آن که یک دستگاه بزرگ خاموش می‌شود و یا به دنبال سوئیچ کردن بار درمراکز فرعی ایجاد می‌شود. به علت زمان نسبتاً طولانی، surg می‌توان قدرت عملکرد اجزای مربوط به منبع تغذیه سوئیچینگ کامپیوتر را کاهش داده و باعث کاهش طول عمر آنها شود.

4- افت ولتاژ لحظه‌ای (sage)

افت ولتاژی که به مدت چند سیکل ادامه داشته باشد sage نامیده می‌شود sage از لحاظ شکلی مانند spine های منفی می باشد. ولی طول مدت آن بیشتر است مانند سوئیچ شدن یک بار بزرگ مانند دستگاههای تهویه هوا یا راه انداختن موتورهای الکتریکی که در حدود 76% مشکلات برق شهر را تشکیل می‌دهند.

5- هارمونیک‌ ها (THD)

هارمونیک‌ها عموما توسط بارهای غیر خطی به وجود می‌آیند که از برق شهر جریانهای با دامنه بالا می‌کشند. بارهای حاوی یکسو کننده‌های کنترل شده، منابع سوئیچینگ و بویژه ماشینهای الکتریکی را می‌توان به عنوان منبع ایجاد این نوع تاثیر نام برد. برای مثال کامپیوترها، دستگاههای فتوکپی، پرینترهای لیزری و موتورهای دور با سرعت متغیر اشاره کرد. هارمونیک‌ها باعث افزایش نامناسب جریان می‌شوند و این افزایش اثر خود را در دماهای بالا نشان داده و باعث خرابی اجزای تشکیل دهنده و افزایش حرارت دستگاهها می‌شود. اکثر PC ها توسط منابع سوئیچینگ تغذیه می‌شوند و مشکلات مربوط به هارمونیک‌ها با افزایش تعداد کامپیوترها به صورت تصاعدی بالا می‌رود. در مواد حاد دمای تولید شده به وسیله هارمونیک‌ها می‌توانند سیمهای نول سایت را خراب کند مگر آن که سیمها از ابتدا به اندازه کافی ضخیم در نظر گرفته شوند. جایی که تعداد کامپیوترها در سایت زیاد باشد استفاده از UPS که دارای هارمونیک جریان ورودی کر باشد ضروری است.

6- همانند sagها هستند ولی طول مدت آنها بیشتر است و معمولاً مهم تر هستند. افت طولانی زمانی ایجاد می‌شود که منبع اصلی تولید برق قدرت تأمین توان مورد نیاز شبکه مصرف را ندارد و شرکت برق ولتاژ شبکه سراسری را کم کند. بسته به وضعیت شرکت تولید کننده برق منطقه‌ایی و در شرایط بحرانی، افت طولانی ولتاژ ممکن است چندین ساعت ادامه یابد.

7- قطع برق شهر (Black out)

عبارتست از قطع کامل جریان برق که در هنگام وقوع آن منبع برق کاملاً از کار می‌افتد این وضعیت در اثر بروز اشکال در خطوط نیرو، حوادث، طوفان همراه رعد و برق و سایر شرایط پیش می‌آید. قطع برق دارای اثرات کاملاً مشهود و گاهی مخرب است وجه تشابه تمام اختالهای یاد شده این است که مطلقاً قابل پیش بینی نیستند هر اقدامی که برای حفاظت از منبع تغذیه بار حساس انجام گیرد باید در تمام مدت استفاده از بار موثر باشد.

نیاز به ups

با ظهور ریز پردازنده‌ها تحول عظیمی در طراحی و ساخت ماشینهای محاسباتی پدید آمد که به نوبه خود موجب دگرگون بزرگی در زندگی انسان گردید. متعاقباً با گسترش استفاده از کامپیوترها در علوم و صنایع مختلف، وابستگی انسان به این دستگاه دو چندان شد، طوری که امروزه کامپیوتر از ضروریات اساسی زندگی به شمار می‌رود. کامپیوترها هر چند دستگاههایی با قدرت و سرعت بالایی می‌باشد ولی به همان اندازه حساس و آسیب پذیرند با پیشرفت تکنولوژی و ساخت دستگاههای حساس مشکلات آنها نیز بوجود می‌اید و هر چه دقیق تر و حساستر باشند آسیب پذیری آنها نیز بیشتر می‌شود. یکی از نقاط ضعف این دستگاهها آسیب پذیری آنها در مقابل اختلالهای برف می‌باشد به همین دلیل سالانه میلیاردها دلار خسارات به  مراکز صنایع بزرگ دنیا وارد می‌آید که از آن جمله می‌توان به توقف عملیات تجاری، از بین رفتن یا مخدوش شدن اطلاعات، خراب شدن سخت افزار در اثر نوسانات ناگهانی برق، درست کار نکردن سیستم کنترل، زیان تجاری در اثر خرابی تجهیزات ارتباطی و ... اشاره کرد. از این جهت برای محافظت کامپیوترها و دستگاههای حساس میکروپروسسوری مانند تجهیزات پزشکی، PLCها، کنترلرهای صنعتی و ... دستگاهی ساخته شد که توانایی جلوگیری از این مشکلات را داشت این دستگاه به نام اختصاری UPS برگرفته از نفت لاتین uninterruptible power supply به معنای تغذیه بدون وقفه می‌باشد.

بعد از شناخته شدن یک سری از تجهیزات به عنوان بارهای حساس، موضوع مهم، حفاظت از منبع تغذیه آنهاست. اگر چه نوع حفاظت تا حدی به کاربرد خاص و مسائل بستگی دارد. برای مثال اثرات ناشی از تداخل، نویز، فرکانس رادیویی و spike ها را می‌توان با قرار دادن فیلتر های مناسب و بعضی از ترانسفورماتور ایزولاسیون در خط تغذیه کاهش داد. Surge ها را نیز می‌توان با به کار بردن قطعات تابع ولتاژ، کم کرد.

البته هنگامی که تاثیرات قطع برق یا افت ولتاژ طولانی را در نظر می‌گیریم حساسیت باید به طور جداگانه مورد بررسی قرار گیرد. نیازهای مختلف برای تغذیه یک شبکه کامپیوتری و یک سیستم روشنایی اضطراری را در نظر بگیرید، نصب تجهیزات تصحیح ولتاژ و یک دیزل ژنراتور stand by می‌تواند در مواقع لزوم مناسب ترین شکل حفاظت را تأمین کند. اگر بار به یک منبع تغذیه یا تلرانس کم نیاز داشته باشد و یا فرار باشد که 24 ساعته مورد استفاده قرار گیرد، در این مواقع، هیچ راهی نابار به وسیله برق مداوم و بدون نویز تغذیه کند. در زمان برق با بروز هر گونه اختلال در آن، ups به عنوان بخش اصلی یک سیستم است. اما این نکته حائز اهمیت است که به منظور داشتن کنترل و نظارت مناسب روی سیستم و بارهای حساس، ups بوسیله نشان دهنده‌ها و یا نرم افزار وضعیت و عملکرد خود را به دستگاه‌های کنترلی با کاربران اطلاع دهد.

در شکل stand by این نوع ازups نشان داده شده است که شکل پایه و استاندارد این توپولوژی است. در حالت نرمال و تامین توان بارهای حساس، بار انرژی خود را از طریق مسیر by pass دریافت می‌کند. در زمان خرابی منبع ورودی و یا خارج شدن ولتاژ و فرکانس از تلرانس مجاز، می‌توان خروجی توسط اینورترو انرژی باتری تامین می‌شود و تا زمانی که به وضعیت عادی برنگردد این حالت حفظ می‌شود. وظیفه انتقال توان به مسیریابی پس و مسیر اینور به عهده سوئیچ استاتیک است. با توجه به اینکه مراحل انتقال پس از قطع ولتاژ by pass آغاز می‌شود وقفه اجتناب ناپذیردر تأمین انرژی بار روی می‌دهد. اگر چه این وقفه کوتاه به اندازه 2 الی 10 میلی ثانیه است.

با توجه به اینکه عمده کاربرد این نوع از ups ها در کامپیوترهای شخصی است به نحو مطلوب و بی آنکه متحمل اثرات مضر می‌شوند می‌توانند این زمان را پشت سر بگذارند. در این نوع از ups ها زمانی که بار به اینور تر منتقل می‌شود اینور با استفاده از انرژی باتری شده تا زمانی که ولتاژ باتری به آخرین حد شارژ آن برسد می‌تواند انرژی بار را تأمین کند.

این نوع از ups ها عموماً در رنج‌ها می‌توان پایین مورد استفاده قرار می‌گیرند در این تکنولوژی توان خروجی از کیفیت چندان مناسبی برخوردار نیست اما راندمان بالا و اندازه کوچک و قیمت ارزان از مزایای این طرح است. با توجه به فیلترهای مخصوص و مدارهای ضربه گیر این نوع از ups می‌تواند فیلترینگ نویز می‌کند و مانع ورود ضربه‌ها شود.

Line inter active

این توپولوژی در سایتها، شبکه و سرورها (تجهیزات IT) بیشترین استفاده را دارد. در حالت عادی بار ازطریق مسیر stand by تغذیه می‌شود در این طراحی اینورتر همواره روش و به خروجی ups متصل است و در حالت عملکرد عادی وظیفه شارژ باتریها را بر عهده دارد. و زمانی که اختلالی در ورودی برق شبکه پیش آید و از محدود مجاز خارج شود. پیوستگی توان خروجی ازطریق مسیر اینورتر و انرژی ذخیره شده درباتری‌ها تامین می‌شود. از خیلی جهات شبیه نوع قبل است ولی تفاوت عمده آن تجهیزات فیلترینگ بیشتری تعبیه شده است و ناپایداری خروجی و نویزهای سوئیچینگ نیز کاهش یافته است و سوئیچ زنی زودگذر در مقایسه در طرح قبلی کمتر است که خود سبب می‌شود باتری کمتر آسیب ببیند. علاوه بر این در این طرح جهت فراهم شدن رگولاسیون ولتاژ مناسب در خروجی در این طراحی از ترانسفورمرهای top changing استفاده می‌شود. رگولاسیون ولتاژ زمانی که ما با ولتاژ کم فشار کار می‌کنیم بسیار حائز اهمیت است گاهاً در این ups، بلوک شارژر و اینورتر در یک بلوک طراحی می‌شوند از مزیت‌‌های این نوع ups، راندمان بالا، قیمت ارزان و اندازه کوچک و قابلیت اطمینان بیشتر همراه با توانایی گوپل شدن جهت تصحیح خطوط کم ولتاژ و ولتاژ بالا است که در رنج‌های بین 5/0 تا OUVA مورد استفاده قرار می‌گیرد.

ERRO Standby

در این تکنولوژی ترانسفورمری با طراحی و عملکردی خاص بنام فرورزو نافت بکار رفته که با اشباع رفتن هسته ترانس، ولتاژ تثبیت شده‌ای در خروجی فراهم می‌گردد. همان طور در بلوک دیاگرام شکل پایین می‌بینیم. درشرایط کار عادی، توان از منبع AC ورودی به سیم پیچ اولیه ترانسفورمر فرو منتقل شده و از ثانویه ترانسفورمر، توان خروجی فیلتر شده بارگولاسیون مناسب به بار معرفی انتقال می‌یابد. در زمان خرابی منبع ورودی، اینورتر شروع به کار کرده و با استفاده از انرژی باتری و ترانسفورمر خروجی توان مورد نیاز تأمین می‌گردد.

ایزولاسیون بسیار خوبی که ترانس فروز و ثالث جهت تأمین خروجی فیلتر شده ایجاد می نماید از بکار بردن هرگونه تجهیزات فیلترینگ دیگری مناسب تر است اما فروز و نانس به تنهایی شکستگی‌های ولتاژی گذاری شدیدی در برق همه بوجود می‌آورد.

این نوع از UPS قابلیت اطمینان بالا و فیلترینگ عالی در دسترس ما قرار می‌دهد.

UPS های فروز و با بکار گرفتن بعضی ژنراتورها و بارهای کامپیوتری که ضریب توان ورودی شان اصلاح شده دچار ناپایداری می‌شوند. این نوع از UPS به دلیل استفاده از خاصیت فروزوناس و خاصیت القایی دارای ضریب توان‌های پایین هستند و مانند یک یک منبع جریان عمل می‌کنند و جریان‌های بزرگ می‌کشند و فطر بارهای متصل را افزایش می‌دهند. به دلیل ائتلاف حرارتی بالا حتی در شرایط stand by ، راندمان پایین و حجیم بعد این دستگاهها، طی چند سال اخیر محبوبیت این طراحی کاهش یافته است. این تکنولوژی عموماً در توانهای 3 تا 15 کیلو ولت آمپر طراحی و تولید می‌شوند.

Double Conversion :