جودة الطاقة والمعايير الدولية: دليل هندسي عملي
01 ما هي جودة الطاقة?
تحدد معايير جودة الطاقة ما يعنيه المهندسون عندما يقولون إن نظام الطاقة يعمل بشكل صحيح. السلطة الجودة (PQ) يشير إلى مدى قرب الجهد, تكرار, والشكل الموجي للإمدادات الكهربائية يتوافق مع النموذج المثالي المقصود – الجيبي, متوازنة عبر المراحل, ثابت في الحجم والتردد, دون انقطاع. عمليا, ينحرف كل نظام طاقة عن هذا المثالي إلى حد ما. للحصول على نظرة عامة تأسيسية لظواهر PQ وأسبابها, شاهد أساسيات PQ على IPQDF. تحدد المعايير الحدود التي تكون تلك الانحرافات مقبولة ضمنها.[1]
من وجهة نظر هندسة المرافق, جودة الطاقة ليست معلمة واحدة، بل هي مجموعة من المعلمات, ولكل منها طريقة القياس الخاصة بها, نافذة تجميع الوقت الخاصة بها, والحد الخاص به. فهم المعيار الذي ينطبق على موقف معين, وما يتطلبه هذا المعيار فعليًا من حيث الكميات القابلة للقياس, يعد هذا شرطًا أساسيًا لأي تقييم ذي معنى لجودة الطاقة.
02 اضطرابات جودة الطاقة - ما هي المعايير التي تنظمها
يخضع كل نوع من اضطرابات PQ لمعايير مختلفة, تقاس بأدوات مختلفة, وتقييمها على فترات زمنية مختلفة. يوضح الجدول أدناه فئات الاضطرابات الرئيسية وفقًا للمعايير التي تعالجها.[1][2]
| إزعاج | وصف | المعيار الأساسي | المقياس الرئيسي |
|---|---|---|---|
| التوافقيات | تشويه الموجي في مضاعفات عددية أساسية | IEEE 519 IEC 61000-3-6 | THDفي, THDأنا, ITDD |
| يتدلى / الانخفاضات الجهد | تخفيض قصير المدة في جهد RMS (10 آنسة - 1 دقيقة) | IEC 61000-4-30 في 50160 | الجهد المتبقي, مدة |
| يتضخم الجهد | زيادة قصيرة المدة في جهد RMS | IEC 61000-4-30 في 50160 | ضخامة, مدة |
| بصيص | التقلبات السريعة في الجهد الكهربائي تسبب وميضًا مرئيًا للمصباح | IEC 61000-4-15 IEC 61000-3-7 | Pشارع (10 دقيقة), Pكوم (2 ساعة) |
| خبل | عدم المساواة بين الفولتية المرحلة | في 50160 IEC 61000-4-30 | نسبة التسلسل السلبي (%) |
| انقطاعات | فقدان كامل للإمدادات (< 1% من الجهد الاسمي) | في 50160 IEC 61000-4-30 | المدة, تردد في السنة |
| العابرين | طفرات الجهد النبضي أو المتذبذب السريع | IEC 61000-4-5 | ذروة الجهد, وقت الارتفاع |
| انحراف التردد | الخروج من الاسمية 50/60 هرتز | في 50160 IEC 61000-4-30 | تردد (هرتز), 10-متوسط |
03 المعايير الدولية الرئيسية - ماذا يفعل كل منها
IEC 61000 - معيار الإطار
و IEC 61000 سلسلة هو الإطار الدولي الأساسي للتوافق الكهرومغناطيسي (EMC) ونوعية الطاقة. وهي منظمة في ستة أجزاء, يغطي كل منها جانبًا مختلفًا من مشكلة التوافق الكهرومغناطيسي.[1]
- إيك 61000-2-x - بيئة: يصف البيئة الكهرومغناطيسية ومستويات التوافق (مستويات الاضطراب التي يجب أن تتحملها المعدات)
- إيك 61000-3-x — حدود: حدود الانبعاثات للمعدات المتصلة بالشبكات العامة (ما هي المعدات المسموح بحقنها)
- إيك 61000-4-x - الاختبار والقياس: كيفية قياس معلمات PQ ومناعة معدات الاختبار
IEC الأكثر أهمية 61000 المعايير الفرعية للمهندسين الممارسين:
- IEC 61000-4-30 - تحديد طرق القياس لجميع معلمات PQ. يحدد الفئة أ (أعلى دقة, للقياسات التعاقدية/الامتثال), الفئة س (مسح), والفئة ب (الغرض العام). إذا كنت تقوم بإجراء تدقيق PQ لأغراض تعاقدية, يجب أن تستوفي أداتك الفئة أ.
- IEC 61000-4-7 - القياس التوافقي والتناغمي: 10-دورة (200 MS) نوافذ التجميع, كيفية تجميع قياسات التيار والجهد التوافقي مع مرور الوقت.
- IEC 61000-4-15 - تصميم مقياس الوميض وطريقة التقييم. يحدد Pشارع وPكوم حساب. يجب على أي مقياس وميض يستخدم للامتثال أن ينفذ هذه الخوارزمية.
- IEC 61000-3-6 - مستويات التخطيط للتوافقيات في شبكات الجهد المتوسط والعالي. تستخدم من قبل المرافق لتخصيص بدلات الانبعاثات التوافقية للعملاء.
- IEC 61000-3-7 - تخطيط مستويات الوميض في شبكات الجهد المتوسط والعالي.
IEEE 519 - المعيار التوافقي لأمريكا الشمالية
IEEE الأمراض المنقولة جنسيا 519 يضع حدود لحقن التيار التوافقي عند نقطة الاقتران المشترك (PCC) بين المرافق والعميل. و 2022 مراجعة (IEEE 519-2022) وأوضح عدة نقاط رئيسية:[3]
- تنطبق الحدود على PCC - نقطة القياس - وليس على أطراف المعدات الفردية
- تستخدم حدود التشوه الحالية ITDD (تشويه الطلب الكلي) بدلاً من THDi — وهو قاسم ثابت يعتمد على الحد الأقصى لتيار تحميل الطلب, وليس الأساسية لحظية
- حدود تشويه الجهد: THDفي ≥ 5% للأنظمة أدناه 1 كيلو فولت, ≥ 3% ل1-69 كيلو فولت, ≥ 1.5% لـ 69-161 كيلو فولت
- تعد حدود الجهد التوافقي الفردي أكثر تقييدًا من حد THD لأوامر محددة
في 50160 — خصائص الجهد الأوروبي
في 50160 يحدد خصائص الجهد الذي توفره شبكات التوزيع العامة الأوروبية - وهو في الأساس ما يجب أن تقدمه الأداة إلى نقطة اتصال العميل. ويغطي حجم جهد الحالة المستقرة, تكرار, شكل الموجي, التماثل, والأحداث القصيرة الأمد.[4] المتطلبات الأساسية:
- تردد: 50 هرتز ± 1% إلى 99.5% من السنة (أنظمة مترابطة)
- حجم الجهد: ±10% من القيمة الاسمية 95% بمعدلات 10 دقائق خلال أسبوع واحد
- THDفي: ≥ 8% للتوافقيات الفردية حتى الخامس والعشرين; ≥ 5% المجموع
- بصيص: Pكوم ≥ 1 إلى 95% من الوقت
- خبل: ≥ 2% تسلسل سلبي ل 95% بمعدلات 10 دقائق
CSA C235 — حدود الجهد الكندي
CSA C235 هو المعيار الكندي لمستويات ونطاقات الجهد المفضلة لأنظمة التيار المتردد. فهو يحدد الفولتية الاسمية والنطاقات المقبولة لتقديم الخدمة في كندا - أي ما يعادل EN 50160 للسياق الكندي. إنه أقل توجيهًا بشأن الحدود التوافقية من IEEE 519, التي تعتمدها المرافق الكندية عادةً للامتثال التوافقي.
IEEE 1159 - مراقبة PQ
IEEE 1159 يوفر الممارسة الموصى بها لمراقبة جودة الطاقة الكهربائية. الأوسع IEEE النظام البيئي لجودة الطاقة تغطي الصفحة الموجودة على IPQDF النطاق الكامل لمجموعات عمل IEEE والمعايير ذات الصلة بـ PQ. ويحدد المصطلحات, تصنيف أحداث PQ, والتوجيه بشأن اختيار الأداة ووضعها. وهو المعيار المرجعي لتوصيف نتائج قياس PQ والإبلاغ عنها - وليس معيارًا حديًا, ولكن الإطار لما تعنيه القياسات.[3]
المعايير الإقليمية - الولايات القضائية الرئيسية الأخرى
بينما اللجنة الانتخابية المستقلة 61000, IEEE 519, و إن 50160 تهيمن على الممارسة الهندسية الدولية, تحتفظ العديد من الولايات القضائية الرئيسية بمعايير PQ الوطنية الخاصة بها. يجب أن يكون المهندسون العاملون في المشاريع متعددة الجنسيات أو شهادات المعدات على دراية بهذه الأطر.
| بلد / منطقة | المعايير الرئيسية | ملحوظات |
|---|---|---|
| الصين | GB / T 14549 (التوافقيات), GB / T 15543 (عدم التوازن), GB / T 12325 (انحراف الجهد), GB / T 30137 (يتدلى الجهد) | محاذاة مع IEC في الهيكل ولكن مع حدود وفواصل قياس خاصة بالصين. إلزامية للمعدات المباعة في الصين. تدار من قبل الإدارة الوطنية للطاقة (نيا). |
| أستراليا / نيوزيلندا | AS / NZS 61000 سلسلة (مرايا اللجنة الانتخابية المستقلة), AS 4777 (محولات متصلة بالشبكة), إيسا EG0 | أستراليا تعتمد اللجنة الانتخابية المستقلة 61000 مع التعديلات المحلية. AS 4777 وهو ذو صلة بشكل خاص بالطاقة الشمسية الكهروضوئية والحدود التوافقية للعاكس - وهو أمر مهم نظرًا لاختراق الطاقة الشمسية المرتفع بشكل استثنائي على الأسطح في أستراليا. |
| جنوب أفريقيا | NRS 048 سلسلة (NRS 048-2 للحدود, NRS 048-4 للقياس) | أحد معايير PQ الوطنية الأكثر شمولاً خارج إطار IEC/IEEE. NRS 048 يتم الرجوع إليه في جميع أنحاء أفريقيا جنوب الصحراء الكبرى وهو صارم بشكل خاص فيما يتعلق بمتطلبات انخفاض الجهد نظرًا لجودة الإمداد التي تنطوي على مشاكل تاريخية في البلاد. |
| البرازيل | وحدة بروديست 8 (أنيل), سلسلة أبنت نبر | بروديست (إجراءات توزيع الطاقة الكهربائية) الوحدة النمطية 8 يحدد حدود PQ لشبكات التوزيع البرازيلية - التوافقيات, انحراف الجهد, بصيص, عدم التوازن. تحت إدارة ANEEL (الوكالة الوطنية للطاقة الكهربائية). متوافقة مع IEC مع مستويات الجهد المحلي (127/220 في, 60 هرتز). |
| اليابان | جيس ج 61000 سلسلة (مرايا اللجنة الانتخابية المستقلة), JEAC 9701 (المبادئ التوجيهية PQ فائدة) | اليابان تعتمد IEC 61000 من خلال JIS (المعايير الصناعية اليابانية) نطاق. جمعية صناعة المرافق (FEPC) تنشر المبادئ التوجيهية التكميلية. لاحظ نظام التردد المزدوج: 50 هرتز في شرق اليابان (طوكيو), 60 هرتز في غرب اليابان (أوساكا) — ذات صلة بتوافق المعدات عبر المناطق. |
| الهند | يكون 12360 (الجهد والتردد), لوائح CEA 2010 (معايير الشبكة), يكون 13234 (التوافقيات) | تتم إدارة إطار PQ في الهند من قبل هيئة الكهرباء المركزية (CEA) وهيئة تنظيم الكهرباء المركزية (دائرة). تعكس معايير IS IEC ولكن البنية التحتية للتنفيذ والقياس تختلف بشكل كبير بين الدول. تعمل الشبكة على 50 هرتز مع الجهد الاسمي 230 في (مرحلة واحدة) و 415 في (ثلاث مراحل). |
04 القيم الحدية - الأرقام التي تهم
إن عتبات مستوى الجهد المستخدمة في الجداول أدناه تتبع الاتفاقيات الدولية. للحصول على مرجع شامل عن الفولتية الاسمية ومعايير التردد حسب البلد, انظر التردد الدولي ومستويات الجهد الصفحة على IPQDF.
حدود الجهد التوافقي
| مستوى الجهد | IEEE 519 THDفي حد | في 50160 THDفي حد | IEC 61000-2-2 (توافق الجهد المنخفض) |
|---|---|---|---|
| الجهد المنخفض (< 1 كيلو فولت) | 5% | 8% | 8% |
| الجهد المتوسط (1-69 كيلو فولت) | 3% | 5% (أنظمة الجهد المتوسط) | 5% |
| الجهد العالي (69-161 كيلو فولت) | 1.5% | - | 3% |
حدود وميض
| معيار | Pشارع حد | Pكوم حد | أساس الوقت |
|---|---|---|---|
| في 50160 | - | ≥ 1.0 | 95% من الاسبوع |
| IEC 61000-3-7 | ≥ 0.9 (تخطيط) | ≥ 0.7 (تخطيط) | تخصيص الجهد المتوسط/الجهد العالي |
| IEC 61000-3-3 | ≥ 1.0 (معدات) | ≥ 0.65 (معدات) | انبعاث المعدات ذات الجهد المنخفض |
عدم توازن الجهد
| معيار | حد | أساس |
|---|---|---|
| في 50160 | ≥ 2% تسلسل سلبي | 95% من المتوسطات 10 دقيقة / أسبوع |
| IEC 61000-2-2 | 2% مستوى التوافق | أنظمة الجهد المنخفض |
| لا يوجد إم جي-1 | 1% الحد الأقصى لعدم توازن الجهد لتصنيف لوحة المحرك | ينطبق منحنى تخفيض المحرك أعلاه 1% |
05 ما هو المعيار المطبق؟? دليل الاختيار
السؤال الأكثر شيوعا في الممارسة العملية هو: ما هو المعيار الذي يجب أن ألتزم به في هذا الموقف؟? الجواب يعتمد على الجغرافيا, مستوى جهد النظام, طبيعة المشكلة (الانبعاثات مقابل. المناعة مقابل. التوصيف), ومن المسؤول – المنفعة أم العميل.
| الموقف | الجغرافيا | المعيار المطبق(ق) |
|---|---|---|
| حقن العميل للتوافقيات – شكوى المنفعة | أمريكا الشمالية | IEEE 519 - حدود ITDD في PCC |
| حقن العميل للتوافقيات – شكوى المنفعة | أوروبا | IEC 61000-3-6 – مستويات التخطيط, تخصيص الانبعاثات |
| جودة جهد المنفعة – شكوى العميل | أوروبا | في 50160 - خصائص الجهد |
| جودة جهد المنفعة – شكوى العميل | أمريكا الشمالية | سي اس ايه سي 235 (كندا) / جداول تعريفة المرافق (الولايات المتحدة الأمريكية) |
| قياس PQ للعقد / النزاع | عالمي | IEC 61000-4-30 أداة الفئة (أ) مطلوبة |
| وميض من فرن القوس / لحام | عالمي | IEC 61000-3-7 مستويات التخطيط; IEC 61000-4-15 flickermeter |
| تحجيم المرشح التوافقي VFD | أمريكا الشمالية | IEEE 519 — الهدف ITDD ≥ 5-8% عند PCC |
| تخفيض المحرك لعدم توازن الجهد | عالمي | لا يوجد إم جي-1 - منحنى ديراتينغ أعلاه 1% عدم التوازن |
| اختبار مناعة المعدات | عالمي | إيك 61000-4-x سلسلة - اختبار محدد لكل نوع من الاضطرابات |
| تصميم برنامج مراقبة PQ | عالمي | IEEE 1159 - تصنيف الأحداث وتوجيه الأدوات |
06 فئات القياس ومتطلبات الأجهزة
IEC 61000-4-30 يحدد ثلاث فئات قياس لأدوات PQ. يحدد الفصل دقة القياس وبالتالي مدى ملاءمته لأغراض مختلفة.[1]
| فصل | دقة | حالة الاستخدام | أداة نموذجية |
|---|---|---|---|
| الفئة أ | الأعلى — جميع المعلمات محددة بدقة | تعاقدي, حل النزاع, التحقق من امتثال المرافق | حظ 1760, درانيتز HDPQ, هيوكي PW8001 |
| الفئة س | إحصائية - مناسبة للمسوحات | استطلاعات الموقع, تدقيقات الطاقة, تقييم PQ العام | معظم أجهزة تحليل PQ المحمولة |
| الفئة ب | الغرض العام - قد تختلف بعض المعلمات | استكشاف الأخطاء وإصلاحها, القياسات الإرشادية | راسمات الذبذبات مع برنامج PQ, قطع الاشجار الأساسية |
07 الكتالوج الكامل لمعايير EMC وجودة الطاقة
تغطي الأقسام أعلاه المعايير الأكثر شيوعًا في الممارسة الهندسية. لشاملة, قائمة مرجعية قابلة للبحث لمعايير EMC وPQ حسب المنطقة - بما في ذلك CENELEC/EN, CEN, ETSI, استرالية, الكندية, الصينية, الأوروبية, والمعايير الأمريكية — يحتفظ IPQDF بصفحة كتالوج مخصصة.
قائمة لكل منطقة على حدة لجميع معايير EMC وPQ الرئيسية: CENELEC, CEN, ETSI, استرالية, الكندية, الصينية, الأوروبية, والمعايير الأمريكية. مرجع محدث للمهندسين الممارسين.
يعد الكتالوج مفيدًا بشكل خاص عند التحقق من الرقم القياسي الذي ينطبق على فئة منتج معينة. تتوفر أيضًا كتالوجات متخصصة إضافية: معايير EMC للسيارات و معايير EMC التجارية. أو نوع التثبيت بموجب توجيهات الاتحاد الأوروبي EMC أو الأطر الوطنية المكافئة. للتطبيق التحليلي لتلك المعايير – كيفية تفسير القيم الحدية, فئة القياس التي يجب استخدامها, وكيفية تخصيص ميزانيات الانبعاثات التوافقية - توفر الأقسام أعلاه السياق الهندسي.
المراجع
- [1] IEC 61000 سلسلة, “التوافق الكهرومغناطيسي (EMC),” اللجنة الكهروتقنية الدولية, جنيف, سويسرا. متاح: iec.ch
- [2] في 50160:2010+A1:2015, “خصائص الجهد للكهرباء التي توفرها شبكات الكهرباء العامة,” CENELEC, بروكسل.
- [3] IEEE الأمراض المنقولة جنسيا 519-2022, “معيار IEEE للتحكم التوافقي في أنظمة الطاقة الكهربائية,” IEEE, نيويورك, NY, 2022.
- [4] IEEE الأمراض المنقولة جنسيا 1159-2019, “الممارسة الموصى بها من IEEE لمراقبة جودة الطاقة الكهربائية,” IEEE, نيويورك, NY, 2019.