الطاقة الكهربائية الجودة والإضاءة (جزء 1)

نشرت مايو 26 2012 بواسطة الصوفي شاه حميد جلالي في كفاءة استخدام الطاقة, الإضاءة مع 2 تعليقات
على بوابة الهندسة الكهربائية
المصدر الأصلي: ولسي, روبرت, سلطة جودة, حجم 2, عدد 2, فبراير 1995 (مركز أبحاث الإضاءة (الصليب الأحمر اللبناني) والطاقة الجودة)

مقدمة

وقد ركزت المخاوف حول تأثيرات منتجات الإضاءة على أنظمة توزيع الطاقة الانتباه على سلطة جودة. سوء نوعية الطاقة يمكن إهدار الطاقة وقدرة النظام الكهربائي; أنها يمكن أن تضر كل من نظام توزيع الطاقة الكهربائية والأجهزة التي تعمل على نظام.

هناك العديد من العناصر في نظام الطاقة الذي يؤثر على معلمتين الرئيسية; معامل القدرة والتوافقيات. المحركات الكهربائية, بعض تركيبات الإضاءة, المحولات وغيرها من الأجهزة الاستقرائي وبالسعة إدخال قوة رد الفعل للنظام, وبالتالي المشاركة في إتلاف معامل القدرة. هذه المكونات تحتاج إلى قوة رد الفعل للعمل.

الأحمال غير الخطية مثل يو بي إس, أنظمة الكمبيوتر, تركيبات المصابيح الفلورية, المصابيح, الالكترونيات الرقمية, الخ. يشوهون الطول الموجي الحالية وإدخال التوافقيات لنظام الطاقة.

هذه المادة سوف تساعد التقنية محددات الإضاءة والمستهلكين على فهم أفضل نوعية الطاقة, بحيث يمكن تحديد أكثر بثقة منتجات الإضاءة الموفرة للطاقة.

ما هو نوعية الطاقة?

لنظام التوزيع الكهربائي, نوعية الطاقة هو مدى خط الجهد هو موجة جيبية من اتساع مستمر. الرقم 1 يظهر الموجي من 120 فولت (في), 60-الموجه الهرتزى (هرتز) خط الجهد من نوعية الطاقة المثالي. في دائرة تيار متردد, تدفق الالكترونات في اتجاه مصدر الطاقة لنصف دورة، وبعيدا عن مصدر الطاقة للنصف الآخر.

في 60 هرتز, موجة الجهد يكمل دورة كل 1/60ال من الثانية, أو ما يقرب من كل 17 ميلي ثانية (1/50ال من الثانية, أو 20 ميلي ثانية في 50 نظم هرتز). مشاكل مع مولدات أداة أو نظام التوزيع يمكن أن يسبب مشاكل خطيرة نوعية الطاقة مثل قطرات الجهد والعابرين, وكلاهما يمكن أن تقلل من حياة أنظمة الإضاءة وغيرها من المعدات الكهربائية. مستويات عالية من التشويه (الانحراف عن موجة جيبية) في نظام التوزيع يمكن أيضا أن تضر المعدات الكهربائية.

على عكس قطرات الجهد والعابرين, لكن, تشويه غالبا ما تسببها الأجهزة الكهربائية التي تعمل على نظام.

لجهاز كهربائي محددة, يصف نوعية الطاقة على المدى مدى الجهاز كلا يشوه الموجي الجهد وتغيير العلاقة بين مرحلة الجهد والتيار. جهاز مثالي مع خصائص نوعية الطاقة لا يشوه امدادات التيار الكهربائي ولا يؤثر على العلاقة مرحلة الجهد الحالي.

1voltage-waveform-power-supply

الرقم 1 – الموجي الجهد ل120V, 60هرتز امدادات الطاقة مع نوعية الطاقة المثالي

موجة جيبية السلس هو سمة من الجهد غير مشوهة. على التردد 60 هرتز, موجة يكرر كل 16.7 MS. السعة هو 170V; جذر متوسط ​​مربع (التربيعي) قيمة الموجة هو 120V.

كيف نظم الإضاءة تؤثر على نوعية الطاقة?

1highly-distorted-current-waveform

الرقم 2 – مشوهة للغاية الموجي الحالي

معظم أنظمة الإضاءة المتوهجة لا يقلل من جودة السلطة التي يتمتع بها نظام التوزيع لأن لديهم أشكال جيبية الموجة الحالية التي هي في مرحلة مع الجهد الموجي (التيار والجهد على حد سواء الزيادة والنقصان في نفس الوقت).

الفلورسنت, التفريغ عالية الكثافة (HID), ونظم الإضاءة المتوهجة ذات الجهد المنخفض, التي تستخدم كوابح أو المحولات, قد شوهوا الطول الموجي الحالي. الرقم 2 يظهر مثال على الموجي الحالية مشوهة للغاية نموذجية من بعض الصابورة الإلكترونية لمصابيح الفلورسنت المدمجة. الأجهزة مع مثل هذه الموجات الحالية المشوهة رسم الحالي في رشقات نارية قصيرة (بدلا من الرسم على نحو سلس), مما يخلق التشويه في التيار الكهربائي. هذه الأجهزة الطول الموجي الحالية أيضا قد يكون للخروج من المرحلة مع الجهد الموجي.

مثل هذا النزوح المرحلة يمكن أن تقلل من كفاءة الدوائر الحالية بالتناوب. في الرقم 3, الموجة الحالية تتخلف عن موجة الجهد.

خلال جزء من دورة الحالية هو إيجابي في حين أن الجهد هو سلبي (أو العكس), كما هو مبين في المناطق المظللة; عمل التيار والجهد ضد بعضها البعض, إنشاء قوة رد الفعل. الجهاز ينتج العمل فقط خلال الوقت الذي يمثله الأجزاء غير المظللة للدورة, التي تمثل السلطة الدائرة النشيطة.

قوة رد الفعل لا تشوه الجهد. لكن, ذلك هو المهم سلطة جودة قلق لأن أنظمة توزيع المرافق 'يجب أن لديها القدرة على تحمل قوة رد الفعل على الرغم من أنها لم تنجز العمل المفيد.

كلا المصنعين الإضاءة وأصحاب المباني يمكن اتخاذ خطوات لتحسين نوعية الطاقة. معظم كوابح الإلكترونية للحجم الكامل مصابيح الفلورسنت ديك مرشحات للحد من التشويه الحالية. بعض كوابح الإلكترونية لمصابيح الفلورسنت المدمجة ديك التشويه الحالية المرتفعة, ولكن تساهم سوى القليل جدا لتشويه الجهد بسبب انخفاض قوتهم.

1phase-displacement-reactive-power

الرقم 3 – مرحلة النزوح قوة رد الفعل

كوابح المغناطيسي لمصابيح الفلورسنت وعادة قد اختفى متخلفة الحالي. بعض كوابح المغناطيسي تحتوي على المكثفات التي مزامنة التيار والجهد, الذي يلغي قوة رد الفعل. أصحاب المباني أيضا يمكن تثبيت المكثفات في أنظمة التوزيع بناء على تعويض للأحمال كبيرة مع الحالية المتخلفة.

ما هي التوافقيات?

A التوافقي هو موجة لها تردد أن هو عدد صحيح متعددة من الأساسية, أو موجة الرئيسي. ويمكن وصف أي الموجي مشوهة من موجة الأساسية زائد واحد أو أكثر التوافقيات, كما هو مبين في الرقم 4. A مشوهة 60 الموجة الحالية هرتز, مثلا, قد تحتوي التوافقيات في 120 هرتز, 180 هرتز, ومضاعفات أخرى من 60 هرتز (في 50 نظم هرتز هذه يمكن 100 هرتز, 150 هرتز, مضاعفات أخرى من 50 هرتز).

يسمى التوافقي الذي تردد هو ضعف ذلك من الأساسي التوافقي من الدرجة الثانية; التوافقي ثالث ترتيب ديه تردد ثلاث مرات أن من الأساسي, وهكذا دواليك.

1illustrating-harmonics

الرقم 4 – توضح التوافقيات

لاحظ – A الموجي مشوهة في الشكل 4a يمكن وصفها على مجموع موجة جيبية واحد مع تردد 1 هرتز والسعة 2 قدم, وهو الأساسية, وموجة جيبية الثاني مع تردد 3 هرتز والسعة 1 قدم, وهو ثالث ترتيب التوافقي. وتظهر موجات المكون اثنين في الشكل 4B.

الطول الموجي الحالية مشوهة للغاية تحتوي على العديد من التوافقيات. المكونات حتى التوافقي (من الدرجة الثانية, رابع ترتيب, إلخ) تميل إلى يلغي آثار بعضها البعض, ولكن التوافقيات الفردية تميل إلى إضافة في الطريقة التي يزيد بسرعة التشويه لأن القمم وهبوطا من الطول الموجي في كثير من الأحيان تتزامن. تدعو صناعة الإضاءة المقياس الأكثر شيوعا المتمثلة في تشويه التشوه التوافقي الكلي (THD).

مجموع التشوه التوافقي (THD) والعامل التوافقي

مصنعين الصابورة, المرافق الكهربائية, والمنظمات القياسية تعريف THD بشكل مختلف, مما تسبب في بعض الارتباك في صناعة الإضاءة. على سبيل المثال يعرف IEEE THD الواردة في IEEE 1035-1989 كما يلي:

1thd-formula-1

حيث:

  • أنا1 هو جذر متوسط ​​مربع (التربيعي) من الموجي الحالية الأساسية
  • أنا2 هو جذر تربيعي من الدرجة الثانية الموجي الحالي التوافقي
  • أنا3 هو جذر تربيعي للثالث ترتيب الموجي الحالي التوافقي, الخ.

أو كما هو محدد في IEC 61000-2:

1thd-formula-2

حيث أنا1 هو الموجي الحالية الأساسية.

من ناحية أخرى, ANSI وCSA استخدام الصيغة أدناه لحساب THD:

1thd-formula-3

حيث:

  • أنا1 هو جذر تربيعي للالموجي الحالية الأساسية,
  • أنا2 هو جذر تربيعي من الدرجة الثانية الموجي الحالي التوافقي
  • أنا3 هو جذر تربيعي للثالث ترتيب الموجي الحالي التوافقي, الخ.

كما نرى, وفقا للتعريف الثاني, THD هو دائما أقل من 100%. يعطي الجدول التالي بعض التحويلات بين التعريفين.

THD (%) كما ذكرت عادة من قبل الشركات المصنعة (IEEE 1035-1989) THD (%) كما هو محدد من قبل وكالة الفضاء الكندية وIEC
5 5
20 19.6
32 30.5
50 44.7
100 70.7
150 83.2

المرافق عادة توفير الجهد مع أقل من 2% THD. لكن, THD الحالية للأجهزة الإلكترونية قد تكون مرتفعة جدا, في كثير من الأحيان أكثر من 100%. جدول 1 يسرد THD الحالي من بعض الأحمال الإضاءة, مقاسا NLPIP. الأجهزة مع THD الحالية المرتفعة تساهم في الجهد THD بما يتناسب مع نسبتهم من مجموع الحمل على المبنى. هكذا, أجهزة القوة الكهربائية أعلى يمكن زيادة الجهد THD أكثر من أقل أجهزة القوة الكهربائية. إذا التشويه التوافقي هو مصدر قلق لنظام الإضاءة, توصي NLPIP أن محددات استخدام كوابح الإلكترونية مع مرشحات للحد من THD.

الحد الأقصى المسموح به THD الجهد أوصى عند النقطة التي تربط مبنى لنظام توزيع الأداة هي 5% (IEEE 1992).

الرقم 5 يدل على أن الجهد THD يصل هذا الحد عند تحميل ما يقرب من نصف المبنى لديه THD الحالي 55%, أو عندما يقرب من ربع حمولة المبنى لديه THD الحالي 115%.

1voltage-thd

THD الجهد الناتجة عن 55% و 115% THD الحالي
أن تستمر في المادة التقنية جزء 2 ...

المراجع:

• برنامج معلومات إضاءة المنتج الوطني;
• المعهد الوطني الأمريكي للمعايير;
• شنايدر إلكتريك - دليل التركيبات الكهربائية

مصدر: بوابة الهندسة الكهربائية

المصدر الأصلي: ولسي, روبرت, سلطة جودة, حجم 2, عدد 2, فبراير 1995 (مركز أبحاث الإضاءة (الصليب الأحمر اللبناني) والطاقة الجودة)