مشخصه های بار الکتریکی

 

مشخصه های بار الکتریکی

 

هدف از یک سیستم توزیع الکتریکی، توزیع توان از پست اصلی یا منبع به بارهای مختلف می باشد. مهندسین طراح سیستم در انتخاب بسیاری از عواملی که در طراحی یک سیستم وارد می شوند آزادی عمل دارند. با این حال، مهمترین عامل یعنی مشخصه بسیاری از بارهای تغذیه شده، تنها عاملی است که طراح روی آن کنترلی ندارد.

پرسنل مسئول طراحی با بهره برداری از یک سیستم توزیع الکتریکی باید اطلاعاتی از مشخصه های بار، جهت طراحی و بهره برداری هوشمندانه سیستم در اختیار داشته باشند. کیفیت تغذیه که لازم است از استاندارد مشخصی تبعیت کند، نیاز اولیه سیستم می باشد. در نبود یک کیفیت تغذیه از پیش تعریف شده، طراحی سیستم باید عملکرد رضایت بخش همه بارها را تضمین کند. بار مورد نظر نه تنها باید به شکلی مطلوب کار کند بلکه تغذیه نامطلوب دیگر بارها را نیز نباید موجب شود.

ترکیب های مختلفی از طراحی های الکتریکی، مکانیکی و اقتصادی گوناگون را می توان برای تغذیه مناسب بار به کار برد ولی در بهترین طراحی باید تعادل میان این طراحی ها را حفظ نمود. طراحی سیستم الکتریکی می تواند شکل های متعددی داشته باشد با این حال، معمولاً شرایط محلی یا نیاز به پیوستگی تغذیه، انتخاب یک طراحی مکانیکی ویژه را ایجاب می کند.

از تعادل میان طراحی های مکانیکی و الکتریکی معمولاً طراحی اقتصادی که باید تعادلی میان درآمد و هزینه های کلی ایجاد کند حاصل می شود. مطلوبترین سیستم، سیستمی است که کیفیت تغذیه تثبیت شده را به اقتصادی ترین صورت برآورده کند. شناخت مشخصه بار نیز در عملکرد مؤثر سیستم برای حصول اقتصادی ترین وضعیت بهره برداری لازم می باشد.

مشکلی که معمولاً در رابطه با بارها وجود دارد تعیین میزان تأثیر تک تک بارها یا گروهی از بارها روی طراحی با عملکرد سیستم در نقطه ای خاص از سیستم، بر بخشی از سیستم یا روی کل سیستم از تک تک بارها گرفته تا منبع قدرت اصلی می باشد.

قسمت مورد نظر از سیستم می تواند سیستم توزیع چند منظوره مربوط به مشترکین باشد که ممکن است داخل یک ساختمان تجاری، یک کارخانه صنعتی، یک مصرف کننده مسکونی با در یک مزرعه قرار داشته باشد. اگر تنها سیستم مصرفی الکتریکی مورد توجه باشد، قسمت مورد نظر از سیستم می تواند سیستم ثانویه، ترانسفورماتور توزیع، قسمتی یا تمامی سیستم اولیه، پست اولیه با سیستم زیر انتقال باشد.

مشخصه های بارها برای تحلیل های هوشمند ولتاژ و بارگیری حرارتی سیستم ضروری هستند. چنین تحلیل هایی شامل تعیین شرایط موجود، شرایط تحمیلی و ارائه راه حل ها با روش های تصحیح کننده مورد نیاز برای برطرف کردن شرایط نامطلوب می باشد. برای اعمال مؤثر مشخصه های بار، مهندس باید مفهوم و کاربرد عملی مشخصه های بار را درک کند.

در صورت کامل نبودن اطلاعات مورد نیاز برای تحلیل باید از تقریب استفاده نمود. در چنین شرایطی، مهندس باید آگاه باشد که نتایج تحلیل تفریبی می باشند و تنها باید بعنوان راهنما مورد استفاده قرار گیرند. بدیهی است نتایج تحلیل قابل اعتمادتر از داده های مشخصه بار بکار رفته در تحلیل نیستند (دقت اطلاعات خروجی معمولا کمتر از دقت اطلاعات ورودی است).

 

 

 

  • طبقه بندی بار الکتریکی

طبقه بندی بارها بدون در نظر گرفتن یک پایه و اساس برای طبقه بندی می تواند باعث سردرگمی شود. معمولاً بارها را به منظور خاصی طبقه بندی می کنند. البته طبقه بندی های بکار رفته در صنعت، در حالت کلی قابل استفاده در تمامی شرایطی که در آنها بارها نیاز به طبقه بندی دارند نمی باشند.

بارها را می توان با توجه به شرایط محیطی یا جغرافیایی، نوع مصرف کننده (یعنی تولید یا تنها خدمات)، وابستگی مصرف کننده به تغذیه الکتریکی، تأثیرات بارها روی دیگر بارها و بطور کلی روی سیستم، برنامه و زمان بندی نرخ تغذیه قابل اعمال و یا بارهایی که نیاز به توجهی خاص دارند طبقه بندی نمود.

یک طبقه بندی می تواند برای بیش از یک شیوه که بارها به آن شکل طبقه بندی شده اند مورد استفاده قرار گیرد. با این وجود، یک بار مشخص به یک طبقه از هر شیوه اعمال می شود. طبقه بندی ها را می توان به یک تغذیه الکتریکی تنها با ترکیبی از گروه های گوناگون سرویس دهنده در یک منطقه اعمال نمود.

 

 

 

  • مشخصه های عمومی بار الکتریکی

داده های بدست آمده از یک گروه تجهیزات سنکرون شده که مقادير الکتریکی مختلفی را ثبت می کنند می تواند بخوبی یک بار را توصیف یا تشریح کند به گونه ای که اثر آن بار بر سیستم معین شود. البته استفاده مستقیم از چنین مقادیر ثبت شده یا نمودارها در توصیف نوشتاری یا گفتاری بار چندان هم ساده نیست. اصطلاحات گوناگونی در مهندسی توزیع برای نشان دادن ارتباط میان مقادير الکتریکی تعریف کننده یک بار به کار می رود.

چنین روابطی باید در یک مطالعه مهندسی برای تعیین اثرات بار روی سیستم قابل استفاده باشند. 

 

 

  • توان

توان، نرخ زمانی انتقال انرژی می باشد. برای مقاصد تحلیلی، در مداری با جریان متناوب، می توان توان را با توجه به نوع آن تعریف نمود.

این انواع عبارتند از: ۱) توان لحظه ای، ۲) توان ظاهری، ۳) توان اکتیو، ۴) توان راکتیو، ۵) توان برداری، ۶) توان اعوجاج و ۷) توان مجازی.

هریک از این توان ها در استاندارد آمریکایی تعاریف اصطلاحات الکتریکی تعریف می شوند. این اصطلاحات عموماً در سیستم با جریان متناوب، صرفنظر از شکل موج ولتاژ و جریان، به کار می روند. معمولاً فرض بر این است که شکل موج های اعمال شده به سیستم قدرت از نوع سینوسی می باشد مگر این که اطلاعات مربوط به شکل موج در دسترس باشد.

اگر ولتاژ و جریان هر دو سینوسی باشند توان اعوجاج برابر صفر و توان مجازی برابر با توان راکتیو خواهد بود. با توجه به این که موارد (۱) ، (۲) ، (۳) ، (۴) و (۵) را می توان در سیستم های با ولتاژ و جریان سینوسی به کار برد.

 

 

  • توان لحظه ای

توان لحظه ای در نقطه ورودی یک مدار الکتریکی، نرخ انرژی الکتریکی منتقل شده توسط مدار به منطقه می باشد. توان لحظه ای در یک مدار تک فاز دو سیمه، برابر با حاصلضرب جریان لحظه ای گذرنده از نقطه ورودی مدار در اختلاف پتانسیل میان آن نقطه ورودی و یک نقطه ورودی دیگر که بعنوان مرجع در نظر گرفته می شود، می باشد.

توان لحظه ای در سرهای ورودی یک مدار چند فاز برابر با جمع جبری حاصل ضرب های جریان های لحظه ای در سرهای ورودی در اختلاف پتانسیل میان آن سرهای ورودی و یک نقطه دوم (نقطه مرجع) که همه اختلاف پتانسیل ها نسبت به آن سنجیده می شوند می باشد. این نقطه مرجع می تواند نقطه خنثی سیستم باشد. توان لحظه ای بصورت تابعی از زمان، (p (t ، در یک مدار سه فاز که در آن اختلاف پتانسیل و جریان سینوسی هستند.

 

 

  • توان ظاهری

توان ظاهری در دو سر ورودی یک مدار تک فاز دو سیمه، برابر با حاصل ضرب عددی (در مقابل ضرب برداری) جریان مؤثر یک هادی در اختلاف پتانسیل مؤثر میان دو سر ورودی می باشد.

تعریف توان ظاهری در سرهای ورودی یک مدار چند فاز بطور کلی زیاد ساده نیست. در حالت کلی، توان لحظه ای حسابی و جبری که هر دو در استاندارد آمریکایی تعاریف اصطلاحات الکتریکی تعریف می شوند با هم فرق دارند. در تحلیل معمولی یک سیستم قدرت مربوط به بارها و مشخصه های بار، بارها تعادل در نظر گرفته می شوند (مجموعه های متفارن از ولتاژها و جریان ها). در این حالت، توان حسابی و توان جبری با هم برابر و معادل اندازه توان فازوری می باشند.

 

 

  • تقاضا

تقاضای یک تأسیسات با سیستم، میانگین بار در ترمینال های ورودی آن در یک بازه زمانی مشخص می باشد. بار که موضوع مورد بحث است می تواند هر نوع از توان، همچون توان اکتیو، توان راکتیو، توان ظاهری، توان برداری یا جریان باشد. پس تقاضا را می توان برحسب کیلووات، کیلووار، کیلو ولت – آمپر، آمپر یا دیگر واحدهای مناسب قابل استفاده برای بار بیان کرد.

دوره تناوبی که میانگین بار روی آن گرفته می شود، بازه تقاضا می باشد. بازه تقاضا، توسط کاربرد خاص مورد نظر که بوسیله ثابت زمانی گرمایی دستگاه مورد نظر یا طول مدت بار کنترل می گردد تعیین می شود. بارهای ناشی از دستگاه های جوش مقاومتی با جریان های راه اندازی موتور، آنی می باشند. با این حال، دستگاه ها ثابت زمانی های گرمایی طولانی دارند چنانکه بازه های زمانی ۱۵ دقیقه، ۳۰ دقیقه، یک ساعت و حتی طولانی تر، عملی تر هستند. عبارت بیان کننده تقاضا باید همیشه شامل بازه تقاضا باشد در غیر این صورت این عبارت بی معنی خواهد بود.

تغییرات تقاضا بر حسب بازه تقاضا برای یک بار معین در شکل (۱) نشان داده شده است. چنین دوره باری را می توان بوسیله یک دستگاه ثبات به دست آورد. این دستگاه ثبات بگونه ای فوق میرا شده است که نوسانات سریع بار را ثبت نمی کند.

 

تغییرات بار بر حسب محدوده زمانی تقاضا

شکل (۱) تغییرات بار بر حسب محدوده زمانی تقاضا

 

تقاضای بار را نباید با بار پیوسته نامی اشتباه کرد. تقاضا، بار میانگینی است که یک وسیله در طول یک بازه به سیستم تحمیل می کند. بار پیوسته نامی، مقدار نامی روی پلاک یک دستگاه که در شرایط نامی و مشخص کار می کند می باشد.

 

 

  • تقاضای ماکزیمم

تقاضای ماکزیمم یک تأسیسات با سیستم، حداکثر تقاضایی است که در طول یک دوره زمانی رخ می دهد. ماکزیمم تقاضا بر حسب واحدهای مناسبی از نوع بار هم چون KVA،KW، آمپر یا دیگر واحدهای مناسب بیان می شود.

جنس بار می تواند هر کدام از انواع توان ذکر شده در بخش توان باشد. معمولاً تقاضای ماکزیمم از بیشترین اهميت در سیستم برخوردار است چرا که چه از نظر بارگیری گرمایی با افت ولتاژ، بدترین شرایط کاری تحمیلی به یک سیستم می باشد.

همانند تقاضا، عبارت بیان کننده تقاضای ماکزیمم نیز باید بازه تقاضا را تعریف نماید. این عبارت همچنین باید دوره ای را که در طول آن یک تقاضای خاص در میان همه بارها ماکزیمم بوده است، برای مثال دوره روزانه، هفتگی، ماهانه یا سالانه تعریف کند. برای تکمیل شدن تعریف، این عبارت تقاضای ماکزیمم باید مبین چگونگی مشاهده تقاضا باشد. بعنوان نمونه: تقاضای ماکزیمم ممکن است با این عبارت بیان شود، “تقاضای ماکزیمم ماهانه، ۳۰ دقیقه ای مجموعه بارها”.

چگونگی تغییرات تقاضای ماکزیمم یک سیستم نسبت به باز، تقاضا را می توان در شکل (۱) مشاهده نمود. اگر بار متغیر با زمان باشد (ثابت نباشد)، افزایش بازه تقاضا موجب کاهش ماکزیمم تقاضا می شود اما اگر بار در طول یک بازه تقاضای معلوم، ثابت باشد کاهش دادن بازه تقاضا باعث افزایش تقاضای ماکزیمم نمی شود.

اصطلاحات دیگری نیز برای توصیف تقاضای بارهای وابسته یا مستقل از زمان به کار می رود. این اصطلاحات عبارتند از تقاضای همزمان با غیر همزمان ۲. با وجودی که این اصطلاحات بسیار به کار می روند، تعاریف آن ها هنوز استاندارد نشده است.

 

 

  • تقاضای همزمان

تقاضای یک گروه متشکل از بارهای مختلف می باشد. به عبارت دیگر تقاضای همزمان، تقاضای کلی گروه در یک بازه مشخص است. این اصطلاح را در مورد یک گروه مرکب از بارهای مستقل نیز می توان به کار برد و تقاضایی است که گروه در یک بازه مشخص به سیستم تحمیل می کند. این تقاضا برابر مجموع تقاضاهای تحمیل شده از سوی تک تک بارها در بازه مشخص است. به عبارت دیگر، این تقاضا مجموع سهم های تک تک بارها در تقاضای همزمان می باشد. مقداری که بیشترین اهمیت را دارد، تقاضای همزمان ماکزیمم است.

 

 

  • تقاضای غیر همزمان

مجموع تقاضاهای گروهی از بارهاست که محدودیتی در مورد بازه زمانی اعمالی تقاضاها ندارند. با توجه به تقاضای غیر همزمان، تقاضاهای مورد توجه معمولاً تقاضاهای ماکزیمم هر مصرف کننده می باشند. بنابراین، معمولاً به آن ها تقاضای غیر همزمان ماکزیمم اطلاق می شود. با توجه به این که این تقاضا برای تعداد معینی از بارها قابل استفاده است تقاضای غیر همزمان ماکزیمم مبین میانگین تقاضای ماکزیمم بارها می باشد.

این تعریف را به همین صورت می توان به بارهای وابسته یا مستقل نیز اعمال کرد. ماکزیمم تقاضای غیر همزمان معمولاً به بارهای مستقل اعمال می شود در حالی که ماکزیمم تقاضای همزمان برای بارهای وابسته به کار می رود. اگر ماکزیمم تقاضاها همزمان باشند ماکزیمم تقاضای غیر همزمان مبین ماکزیمم تقاضای یک گروه از بارهای غیر مستقل نیز می باشد.

آسانتر خواهد بود که تقاضای همزمان ماکزیمم و تقاضای غیر همزمان ماکزیمم برحسب واحدهای تقاضا بر تعداد بارها بیان شوند. بنابراین تقاضای غیر همزمان ماکزیمم، متوسط حسابی تقاضای ماکزیمم تک تک بارها می باشد.

شیوه اندازه گیری تقاضای ماکزیمم تنها در صورتی مهم است که بار نوسانی باشد بگونه ای که طول مدت زمان پیک بار کمتر از دو برابر بازه تقاضا باشد. تقاضای ماکزیمم با بازی مجتمع یا بلوکی در دوره های زمانی ناپیوسته اندازه گیری می شود. تقاضای ماکزیمم یک بار معلوم با طول مدت پیک کمتر از دو برابر بازه تقاضا بستگی به محدوده زمانی که پیک بار در آن رخ می دهد دارد.

پیش افتادن یا عقب افتادن مرزهای بازه تقاضا موجب تغییرات تقاضای مربوطه می شود. بنابراین تقاضای مربوطه بستگی به زمان پیک بار مربوطه با توجه به محدوده بازه تقاضا دارد. اگر پیک بار منطبق بر مرزی حد فاصل بازه های تقاضا باشد، هر کدام از دو بازه شامل قسمتی از پیک خواهد بود. بنابراین تقاضای هر بازه کمتر از حالتی خواهد بود که پیک به یک بازه محدود می شد.

از این مسأله معمولاً با عنوان “تکه تکه کردن پیک” یاد می شود. اگر در طول یک دوره تعداد زیادی پیک رخ دهد یا به عبارت دیگر شامل تعداد زیادی دوره سیکل بار باشد این احتمال وجود دارد که حداقل یک پیک تکه تکه نشود. همچنین برای امکان تکه تکه شدن پیک، طول مدت تک تک پیك ها باید کمتر از بازه تقاضا باشد.

تقاضای ماکزیمم اشاره شده، لزوماً نشان دهنده بارگیری گرمایی دستگاه ها نیست. دمایی که یک ترانسفورماتور پس از اتصال به یک بار معین به آن می رسد تابعی از دمای اولیه، طول مدت و اندازه بار می باشد. دمای اولیه بستگی به بار درست پیش از زمان پیک دارد. اثر دما بستگی به درجه حرارت و طول مدت آن دارد که آن نیز به نوبه خود بستگی به بارگیری قبلی، بارگیری کنونی و بارگیری بعد از پیک دارد.

یک بار ثابت و یک بار با همان پیک که تنها بمدت دو بازه تقاضا دوام دارد، هر دو دارای یک تقاضای ماکزیمم یکسان می باشند. با این حال اثرهای دو بار متفاوت خواهد بود. برای تعیین ظرفیت تحمل جریان یک دستگاه با ثابت زمانی گرمایی کوتاه، باید جریان لحظه ای با تقاضا در بازه بطول دو یا سه برابر ثابت زمانی گرمایی را در نظر گرفت.

 

 

  • ضریب بهره وری

ضریب بهره وری نسبت تقاضای ماکزیمم یک سیستم به ظرفیت نامی سیستم است. باید توجه داشت که ضریب بهره وری قسمتی از سیستم، به شکلی مشابه بصورت نسبت تقاضای ماکزیمم قسمتی از سیستم به ظرفیت نامی قسمت مورد نظر از سیستم تعریف می گردد. تقاضای ماکزیمم و ظرفیت نامی بر حسب یک واحد بیان می شوند بنابراین ضریب بهره وری بدون دیمانسيون است.

هر عبارتی برای بیان ضریب بهره وری باید شامل بازه تقاضا و دوره ای که روی آن تقاضای ماکزیمم اعمال می گردد باشد. ضریب تقاضا مین درجه همزمانی تغذیه كل بار متصل شده است در حالی که ضریب بهره وری، نشان دهنده درجه بارگیری یک سیستم در طول پیک بار در مقایسه با ظرفیت سیستم می باشد.

در حالی که ظرفیت نامی یک سیستم یا قسمتی از یک سیستم معمولاً به وسیله ظرفیت گرمایی آن تعیین می شود ممکن است افت ولتاژ ناشی از باری که کمتر از ظرفیت گرمایی سیستم می باشد از محدوده مجاز تجاوز کند. در این صورت ظرفیت گرمایی سیستم از ظرفیت افت ولتاژ آن فراتر خواهد رفت.

در محاسبه ضریب بهره وری باید مقدار کوچکتر بین ظرفیت گرمایی و ظرفیت افت ولتاژ مورد استفاده قرار گیرد. با این وجود، توصیف بکار رفته برای ضریب بهره وری باید شامل مبنای استفاده شده برای ظرفیت نامی باشد.

 

 

  • ضریب بار الکتریکی

ضریب بار نسبت میانگین بار در یک دوره زمانی مشخص به پیک بار رخ داده در آن دوره می باشد. این ضریب بار میانگین بر حسب پر یونیت پیک بار بیان می شود. پیک بار می تواند بار لحظه ای ماکزیمم یا میانگین ماکزیمم در یک بازه زمانی مشخص باشد (تقاضای ماکزیمم).

پیک بار در این تعریف معمولاً برابر تقاضای ماکزیمم گرفته می شود زیرا در محاسبات تجاری درگیر با پیک بار، این پیک برابر بزرگترین مقدار از میان همه میانگین های بار (تقاضا) در یک بازه زمانی مشخص از یک پریود زمانی معین گرفته می شود. بارهای میانگین و ماکزیمم باید بر حسب یک واحد بیان شوند تا ضریب بار بدون دیمانسیون باشد. ضریب بار را می توان به هر یک از انواع مختلف توان قید شده در بخش توان، اعمال نمود.

تعریف ضریب بار باید دقیق باشد زیرا این ضریب، بازه تقاضا – پریودی که روی آن تقاضای ماکزیمم و بار میانگین اعمال می شود- را تعریف می کند. شیوه اندازه گیری، تقاضای ماکزیمم و بار درگیر مسأله را تعریف می کند. برای یک بار معلوم، بجز در موردی که سیکل بار مرگب از سیکل های بار مشابه می باشد معمولاً افزایش پریود موجب کاهش ضریب بار می شود.

در این حالت مصرف انرژی در زمان بزرگتری توزیع می گردد بنابر این بار میانگین برای پریود طولانی تر، کمتر است بی آنکه تغییری در تقاضای ماکزیمم روی دهد. در نتیجه برای پریود طولانی تر، ضریب بار کمتر است. ضریب بار سالانه برای یک بار فصلی به میزان قابل توجهی کمتر از ضریب بار روزانه یا هفتگی آن بار برای پریودی که تقاضای ماکزیمم در آن رخ می دهد است. ضریب بار هفتگی احتمالاً کمتر از ضریب بار روزانه مربوط به روزی از آن هفته که تقاضای ماکزیمم در آن روی می دهد می باشد.

ضریب بار، بزرگتر از صفر و کوچکتر یا مساوی یک می باشد. باری که در طول پریود ثابت است ضریب باری معادل ۱ یا ۱۰۰ درصد دارد زیرا بار میانگین و بار پیک آن برابرند. ضریب بار معمولا بسیار کمتر از این مقدار می باشد. یک ساعت الکتریکی ضریب بار معادل ۱۰۰ درصد دارد ولی مقدار این بار بر حسب تقاضای ماکزیمم و مصرف Kwh ناچیز است.

بطور کلی، ضریب بار برای یک سیکل بار معين تابعی از بازی تقاضا می باشد زیرا تقاضای ماکزیمم معمولاً بستگی به بازه تقاضا دارد. این موضوع در بخش های مربوط به تقاضا و تقاضای ماکزیمم عنوان شد. با این حال، ضریب بار برای یک سیکل بار معين که در آن پیک بار برای چندین بازه تقاضا طول می کشد، با افزایش بازه تقاضا تا نقطه ای که بازه تقاضا برابر طول مدت پیک شود، بدون تغییر باقی می ماند زیرا بارهای میانگین و پیک هر دو در آن محدوده از بازه های تقاضا ثابت می مانند. و اساساً، ضریب بار بیانگر درجه ای از تداوم پیک بار در طول یک پریود می باشد.

سیکل های بار با شکل های مختلف و پیک بارهای مختلف ممکن است ضرائب بار یکسان داشته باشند. برای تساوی ضرایب بار کافیست که نسبت های بارهای میانگین به پیک این سیکل ها برابر باشند.

 

 

  • رشد بار الکتریکی

تنها در موارد خاصی که احتمال تغییر بار وجود ندارد، سیستم بدون در نظر گرفتن بار آینده و فقط برای تأمین بار فعلی طراحی می شود. بطور کلی در یک طراحی اقتصادی، رشد بار در آینده باید منظور شود. درجه و میزانی که برای رشد بار در طراحی سیستم در نظر می گیرند بسته به اینکه طراحی با توجه به نیازهای یک مشتر ک خاص انجام می گیرد و یا این که طراحی در حالت کلی در محدوده ای گسترده بر اساس مقادير نامی تک تک تأسیسات و استانداردسازی صورت می پذیرد، متغیر است.

طراحی در محدوده طولانی مدت سیستم، معمولاً با مشکلات عمده ای روبروست که با استفاده از امکانات موجود بدقت تحلیل می شود. چنین مشکلاتی لزوماً محدود به یک سیستم خاص نیست ولی عموماً در صنعت مورد توجه می باشد.

نرخ سالانه رشد بار که مبین مقدار افزایش بار می باشد نیز از اهمیت ویژه ای برخوردار است. منحنی شکل (۲) نشان دهنده چنین رابطه ای برای یک رشد بار خاص می باشد. نرخ رشد بار لازم برای دو برابر شدن بار بعد از چند سال را می توان از منحنی به دست آورد.

 

نرخ رشد بار لازم برای دو برابر شدن بار در چند سال

 

شکل (۲) نرخ رشد بار لازم برای دو برابر شدن بار در چند سال

 

با وجودی که طراحی اقتصادی بشدت متأثر از طراحی الکتریکی و مکانیکی می باشد، رشد بار از درجه اول اهمیت برخوردار است. با توجه به تأثیر رشد بار بر روی هزینه بهره برداری، درآمد و دیگر عوامل، مشخصه بار عاملی مهم در طراحی سیستم و بهره برداری از آن به حساب می آید. قطع نظر از نحوه اعمال اصول اقتصادی، رشد بار باید در نظر گرفته شود.

رشد بار را می توان برای نشان دادن تغییرات هر یک از مشخصه های بار گوناگونی که بوسیله آن ها بار بزرگتری به سیستم تحمیل می شود استفاده نمود. با توجه به یک عامل خاص، رشد بار می تواند باعث افزایش تقاضای ماکزیمم، مصرف انرژی، یا هر دو شود.

با این حال کمیت های مورد توجه در یک گستره سیستمی، مصرف KWh سالانه میانگین بر هر مصرف کننده و تقاضاهای ماکزیمم غير همزمان می باشند. هر عبارتی برای توصیف رشد بار باید کمیتی که بر اساس آن رشد اعمال شده است را نشان دهد.

 

 

  • کاربردهای مشخصه های بار الکتریکی در مسائل توزیع

کاربردهای اصلی مشخصه های بار در سه نوع کلی تحلیل های سیستم های توزیع الکتریکی، یعنی در مطالعات کنترل ولتاژ، برآورد تلفات سیستم و ملاحظات مربوط به بارگیری حرارتی می باشد. البته مشخصه های بار در برنامه های مربوط به بهبود شکل منحنی بار سیستم که با ارتقاء و توسعه بارهایی که مطلوبترین مشخصه ها را دارند انجام می شود به کار می آیند.

در یک تحلیل کامل شامل بارها، اطلاعات مربوط به توان های اکتیو و راکتیو مورد نیاز می باشد. با وجودی که تلفات و بارگیری حرارتی را می توان از روی اندازه جریان ها تعيين کرد، در مورد منابع توان های اکتيو و راکتیو تحلیل باید بکمک مؤلفه ها صورت بگیرد. توان اکتیو مورد نیاز مبین نیاز به انرژی می باشد که تنها از طریق یک محرک اولیه واقع در نیروگاه می توان آن را تأمین نمود.

ولی توان راکتیو را هم از ماشین های فوق تحریک و هم خازن های استاتیکی می توان تأمین کرد. در حل کامل یک مسأله مربوط به افت ولتاژ، بارگیری حرارتی یا برآورد تلفات باید چاره ای نیز برای رفع شرایط نامطلوب اندیشید. همچنین شاید تعیین بهترین شیوه تغذیه یک بار معين لازم باشد. برای تحلیل هر یک از انواع مسائل، اطلاعات مربوط به توان های اکتیو و راکتیو مورد نیاز می باشد.

کاربرد مشخصه های بار در یک مسأله خاص مهندسی بستگی به نوع مسأله دارد. در مسائل مربوط به کنترل ولتاژ، عوامل مهم، مولفه های بار (توان اکتیو و راکتیو هر کدام بصورت جداگانه) می باشند زیرا مولفه های افت ولتاژ با مولفه های مربوطه از بار، نسبت مستقیم دارند. در چنین مطالعه ای که بارها متغيرند تقاضاهای اکتیو (کیلووات) و راکتیو (کیلووار) عملی تر هستند.

در مطالعات مربوط به تلفات و بارگیری حرارتی دستگاه های بار تنها از جهت تاثیر گذاری روی عواملی که در این مطالعات از درجه اول اهمیت برخوردار هستند مهم می باشد. با توجه به اینکه تلفات هادی متناسب با مربع جریان بار می باشد در مطالعات تلفات و بارگیری حرارتی، مربع جریان بار از جریان بار مهمتر است. نظر به اینکه معمولاً تلفات متغیر است و مشخصه های بار را برای تلفات نیز می توان به کاربرد، تقاضای (معمولاً تقاضای ماکزیمم) تلفات از اهمیت ویژه ای برخوردار است. نسبت تقاضای تلفات میانگین به تقاضای تلفات پیک، ضریب بار تلفات می باشد. با این حال برچسب مشخصه های بار، این نسبت ضریب تلفات می باشد.

هنگام استفاده از کمیت های تقاضا در مطالعات سیستم، باید توجه داشت که تقاضای kva در حالت کلی برابر ریشه دوم مجموع مربعات تقاضاهای اکتیو و راکتیو نمی باشد.

خطا در روابط برای شرایطی که ضریب قدرت بار در نیمه اول باز، تقاضا برابر یک و برای نیمی دیگر صفر ببارهای با ضریب قدرت یک و صفر برابر باشند ظاهر می شود. تقاضای kva برای این بار همیشه مساوی با بزرگتر از ریشه دوم مجموع مربعات تقاضاهای توان اکتیو و توان راکتیو است. البته این رابطه می تواند کاربرد عملی داشته باشد. در حالی که این موضوع بیشتر از نظر تئوری اهمیت دارد تا از جهت عملی، در حالت کلی برقرار نیست و چنین فرضی ممکن است در یک مورد خاص خطای فاحشی را موجب شود.

این رابطه تنها در تعیین تقاضاهای kva از طریق مؤلفه های تقاضای تک تک بارها سودمند می باشد. در مطالعات کنترل ولتاژ، افت ولتاژهای محاسبه شده از روی تقاضاهای توان اکتیو و توان راکتیو، مقادیر میانگین افت ولتاژ مربوط به هر یک از مؤلفه های مربوطه در بازه تقاضا می باشند. با این حال، افت ولتاژ لزوماً برابر ریشه دوم مجموع مربعات افت ولتاژهای ناشی از تقاضاهای منفرد نمی باشد. البته استفاده از این رابطه در بیشتر موارد عملی نتایج رضایت بخشی را در پی دارد.

در مطالعات سیستمی، کمیت هایی از بار و تلفات که بیشترین اهمیت را دارند تقاضاها هستند. تقاضایی که معمولا در این میان از همه مهمتر است تقاضای ماکزیمم می باشد. البته در یک مسأله خاص تقاضای مینیمم یا بعضی از تقاضاهای میانی نیز می توانند از همان درجه اهمیت برخوردار باشند. تلفات تقاضای ماکزیمم، تلفات در پیک بار یا در تقاضای ماکزیمم بار می باشد. مشخصه های بار معمولاً در مطالعات سیستم و برای تعیین تقاضاها برای استفاده در یک مطالعه خاص به کار می روند. با توجه به اینکه اندازه گیری تلفات معمول نیست، تلفات تفاضا معمولاً از روی تقاضای بار kva یا ضریب بار که در آن تلفات میانگین معلوم یا قابل محاسبه است تعیین می شود.

 

 

  • تعيين مشخصه های بار الکتریکی

 پیش از بکارگیری مشخصه های بار در مسائل توزیع باید این مشخصه ها را به دست آورد. نتایج حاصل از استفاده از این مشخصه ها در مسائل توزیع، دارای دقت کافی می باشند. میزان دقت بستگی به نوع مسأله مورد نظر دارد. اساساً در دو نوع کلی از مسائل نیاز به تعيين اثرهای بارها روی سیستم های توزیع میباشد. این دو نوع عبارتند از:

۱) سیستمهای موجود

۲) طراحی سیستمهای جدید.

مشخصه های بار را می توان از روی اندازه گیری های عملی تعیین نمود و یا اینکه بصورت آماری از روی اندازه گیری های عملی تخمین زد. در مسائل مربوط به یک سیستم موجود، مشخصه ها را هم می توان از اندازه گیری ها و هم به شیوه آماری به دست آورد. بعلت زیاد بودن تعداد بارها شاید تعیین مشخصه های بار از روی اندازه گیری های عملی غیر ممکن باشد. در این مسائل، اندازه گیری های عملی روی تعداد اندکی از بارها انجام می گیرد. و سپس به کمک اصول آماری، مشخصه های بار از روی این داده ها تخمین زده می شوند.

در مورد سیستم های جدید باید سیستم را با سیستم های موجود که داده های مورد نیاز مشخصه های بار را برای استفاده در محاسبات آماری در اختیار دارند مقایسه نمود. اساساً، موضوع “تعیین مشخصه های بار” شامل دو زمینه کاری می شود که عبارتند از:

۱) روشهای انجام اندازه گیریهای عملی لازم 

۲) بسط اندازه گیریها به کمک مفاهیم اماری برای تخمین مشخصه ها با دقت مناسب برای استفاده در مسائل توزیع.

 

 

  • کمیت های مورد نیاز برای تعیین مشخصه های بار الکتریکی

با مرور تعاریف اساسی مشخصه ها، کمیت های لازم برای به دست آوردن مشخصه های بار آشکار می شوند. مشخصه های معمول را به هر یک از جنس های بار خاص که معمولاً مورد نظر هستند، می توان اعمال کرد. کمیت های مورد نیاز که شامل ضريب های بکار رفته در مشخصه ها می باشند بر حسب همان واحدهای جنس بار مورد بحث سنجیده می شوند.

بعضی از مشخصه های اصلی بوسیله اندازه گیری تعیین می شوند در حالی که دیگر مشخصه ها تابعی از یک یا چند مورد از این مشخصه های اصلی هستند. مشخصه های اصلی، بار ماکزیمم (معمولاً تقاضای ماکزیمم) و بار میانگین می باشند. بعضی از مشخصه های بار مربوط به گروهی از بارهای تکی، تابعی از مشخصه های اساسی بار، بارهای تکی و گروه بصورت مجموعه ای واحد می باشند. این مشخصه ها مربوط به ضریب های تفرق و همزمانی که تابع تقاضای ماکزیمم گروه و مجموع تک تک تقاضاهای ماکزیمم هستند می باشند.

تعیین مشخصه های گروه هایی از بارها تحت بهترین شرایط، کاری بسیار سخت است و ممکن است غیر عملی باشد. تعیین مشخصه های اصلی بعلت لزوم جداسازی بار مورد نظر از سایر بارها، معمولاً پیچیده است. جداسازی یک بار از نظر فنی عملی است ولی از نظر اقتصادی غیر عملی می باشد. به عبارت دیگر هزینه انجام اندازه گیری های لازم برای به دست آوردن داده ها ممکن است بیش از عواید حاصل از معلوم بودن مشخصه های مورد نظر باشد.

مشخصه های بار گروهی بیشترین کاربرد را در حیطه بارهای مسکونی (برخلاف بارهای تجاری و صنعتی) دارند. مشخصه هایی که بیشترین اهمیت را دارند تقاضای ماکزیمم، تقاضای حداقل، مصرف انرژی و ضریب بار می باشند. وسایل اندازه گیری بکار رفته در تغذیه های بارهای تجاری و صنعتی اطلاعات کافی برای تعیین مشخصه های بار هر یک از تغذیه های مورد نظر را فراهم می کنند.

تعیین مشخصه های بار در نقاط مختلف یک کارخانه صنعتی یا مجتمع تجاری مستلزم تعيين مشخصه های گروهی می باشد. این موضوع تا اندازه ای شبیه تعیین مشخصه های بار مسکونی نقاط مختلف سیستم بهره برداری می باشد. برای سیستم های بهره برداری که گروهی از تغذیه های مسکونی را تأمین می کنند شاید لازم باشد که بار در نقاطی از سیستم که امکانات اندازه گیری وجود ندارد تعیین شود. در چنین مواردی اطلاعات مورد نیاز برای تعیین مشخصه های بار گروه بر حسب مشخصه های بار منفرد که در دسترس می باشد تعیین می شوند.

 

 

 

مقالات مرتبط