در توليد هارمونی المپ هاي آم مصرف بررسی نقش بر شبكه هاي توزيعو اثرات آن

یمهدي برادران هرو

mehdibradran @ yahoo.com مجتمع آموزشي و پژوهشي صنعت آب و برق خراسان

ليرضا يزدان پناهع

Alireza295 @ noavar.com مجتمع آموزشي و پژوهشي صنعت آب و برق خراسان

در ساهلاي اخري استفاده از المپهاي آم مصرف بـا تبليغـات و توصـيه هـاي :چكيده

و تا به حال هيچگونه مشكل جدي در رابطـه ]3و2و1[. خمتلفي پيشنهاد شده و مي شود

با از دست دادن آيفيت برق رساني به مصرف آنندگان از بابت استفاده از اين المپها

گزارش نشده است آه عمده دليل آن ناشي از استفاده آم اين المپها در حـال حاضـر ،

بـا . و پائني بودن ميزان فروش در آـشور مـي باشـد نسبت به سهم آل روشنايي شبكه

توجه به راه اندازي آارخانه هاي جديد در چند سال اخري استفاده از اين نوع المپها

مورد استقبال و اقبال مصرف آنندگان بصورت فراينده ي در حـال رشـد و توسـعه مـي

. ي ضروري مي باشـد لذا بررسي و حتليل اثرات ناشي از آا در بدو توسعه امر . باشد

چنانچه استفاده از اين المپها افزايش يافته و سهم عمده اي از بار روشنائي از آل

شبكه را در بر گريد و با توجه به باال بودن ضريب آل اعوجاج ناشـي از درصـد بـاالي

هارمونيكهاي توليدي و تاثري سوء آن بر روي جتهيزات الكرتيكي شبكه احتمال فروپاشـي

]4[. حفاظيت بي مورد سيستم توزيع را بدنبال خواهد داشت و يا قطع

با ديدي نه چندان اميدوار آننده ممكن است به منظور جلـوگريي از مـشكالت ذآـر شـده

جمبورند از هم اآنون در فكر طراحي و صرف هزينه هاي الزم جهت نصب فيلرتهـاي مناسـب

. المپها زير سئوال خواهد رفـت باشند ، در غري اينصورت توجيه اقتصادي استفاده از

اين مقاله به منظور روشن تر شدن مشكل از يك جمتمع اداري آموزشي آه روشنايي آـا

با المپهاي مصريف جمتمع ، ضريب آل اعوجاج هـارمونيكي را اسـتخراج و احتمـال خطـاي

ا فاحش در اندازه گريي و ثبت انرژي مصريف و نيز مورد بررسي قرار داده در خامتـه بـ

استفاده از الگوي فوق و مشابه سازي نتايج آن بر روي شبكه به حتليل هر جند خمتـصر

.پريامون موضوع بپردازد

هارموني ـ روشنايي ـ ضريب قدرت ـ مشخصه هاي الكرتيكي ـ صرفه : واژگان آليدي

جويي انرژي

:مهدمقكرتيكـي در از آجنايي آه روشنايي يكي از عوامل مهـم مـصرف انـرژي ال

درصـد بـا پيـك را 35ساعات اوج شبكه مي باشد و به تنهايي در حدود سعي در تعويض فرهنگ و آاهش مصرف انـرژي الكرتيكـي . ]5[شامل مي شود

مربوط به روشنايي آمكي در جهت محل شبكه و به خـصوص مـديريت بـار در رتونيك با توجه به پيشرفت ساخت جتهيزات الك . ساعات اوج مصرف مي باشد

صنعيت و در راستاي آن المپهاي جديد با مـصرف آـم آـه داراي هبـره وري فكر استفاده از ايـن المپـها و تعـويض تـدرجيي . قابل مالحظه مي باشد

المپهاي موجود در راستاي اهداف بيـان شـده و صـرفه جـويي انـرژي در ر از مجله نكات مـورد توجـه د . ساهلاي اخري مورد توجه قرار گرفته است

]1و2و3[: اين رابطه عبارتند از توجيه اقتصادي آاربرد زياد المپهاي با مصرف آم در شبكه سراسري ) الف

در نتيجه آاهش پيك بار اآتيو توجيه استهالك هزينه نسبتا گران خريد المپهاي فوق بـا توجـه بـه ) ب

کنندهمصرف آم انرژري و طول عمر زياد آن از ديد مصرف مشكالت مديريت بار با توجه به استفاده از ايـن نـوع توجيه آاهش ) ج

المپها در پيك بارالزمه تبليغ براي تغيري فرهنگ مـصرف المپـهاي موجـود بـا :شرح مقاله

المپهاي آم مصرف جديد ضرورتا نيـاز بـه بررسـي و حتليـل آارشناسـانه پريامون اثرات خمتلف اين موضوع دارد تا با پـيش بـيين مـسائل احتمـايل

در . ناشي از اين پديده بتوان متهيدات الزم را به مورد اجـرا گذاشـت اين رابطه سعي شده است به آمك آزمايش جتربي بر روي دو منونه از ايـن

به اندازه گريي مشخصه هاي الكرتيكـي ) ساخت داخل و خارج آشور ( المپها آني پرداخته با توجه به نتـايج عملـي بدسـت آمـده روي اثـرات سـوء

ستفاده گان از المپهاي فوق بر روي شبكه و در اولويت اول شبكه هـاي اآزمايشات نشان مي دهد آه المپـهاي . توزيع ، حبث و بررسي صورت پذيرد

مورد نظر داراي ضريب قدرت پائني و ضريب آل اعوجاج هارمونيكي بـااليي بنابراين اگر استفاده از اين المپها افزايش يابد و سـهم . مي باشند

عمده اي از بار روشنايي آل شبكه را در بر گريد احتمـال زيـان ديـدن آيفيت ولتاژ شبكه افزايش يافته و در اين صورت بر روي ديگر جتهيـزات

]7و6و4[.شبكه و مصرف آننده با مشكالت جديد روبرو خواهيم شد :بدست آوردن مشخصه هاي الكرتيكي المپهاي آم مصرف

صه الكرتيكي المپهاي آم مصرف دو نوع آا بـا به منظور دستيابي به مشخ : مشخصات زير مورد آزمايش قرار گرفتند

المپ فلورسنت آم مصرف به هبره نوري باال ، ساخت آارخانه اسرام و توان ساعت و شدت روشـنايي معـادل المـپ 8000 وات با عمر نزديك به 23مصريف

وات120رشته اي نوري باال، ساخت آارخانه داخلي و تـوان المپ فلورسنت آم مصرف با هبره

ساعت و شدت روشنايي المـپ رشـته 8000 وات ، با عمر نزديك به 20مصريف وات 100اي

آارآيي المپهاي فوق با توجه به مشخصات زير مورد جتزيه و حتليـل قـرار . مي گريد

هبره نوري باال .1 توان مصريف پائني .2 ضريب توان ضعيف .3 ارمونيكهاي توليدي درصدآل اعوجاج ه .4

و ] 3و2و[1حبث و بررسي در سه مورد اول در مقاالت خمتلف حتليل شـده اسـت .توجه اصلي بر روي فاآتور چهارم معطوف مي باشد

در صورت آزمايش نتيجه به دست آمده و شكل موج جريـان مـصريف المپـها نزديـك آامال غري سينوسي و پريوديك مي باشد و تقريبا به شكل يك مثلث

.هر دو المپ داراي شكل موج جريان مصريف يكسان مي باشند. تر است

مشخصه هاي الكرتيكي المپ با توجه به آاتالوگ و جتزيه شكل مـوج جريـان : به هارمونيكي خود عبارتند از

)وات ( توان مصريف 23 )آمپر( جريان 175/0

)ولت آمپر(توان ظاهري مصريف 5/38 ضريب توان 59/0

هارمونيكهاي جريان به درصد --- --- ---

هارمونيك سوم %5/57 هارمونيك پنجم 4/41%

هارمونيك هفتم %5/38 هارمونيك م 1/20%

هارمونيك سيزدهم 20% هارمونيك يازدهم 5/17%

درصــد آــل اعوجــاج هــارمونيكي 88% )THD(جريان

»مشخصه هاي الكرتيكي المپ «

المپـها وه بر ضريب توان ضعيف ، جريان مـصريف ايـن طبق مشخصات فوق عال .داراي درصد آل اعوجاج توليدي بااليي ميباشند

اين ميزان زماني آه نسبت بار المپها به آل شبكه آسر آوچكي را شـامل شود تاثري قابل مالحظه اي را در بر خنواهد داشت ويل اگـر درصـد مـصرف

يكي سـهم عمـده اي از جريـان المپهاي فوق افزايش يابد جريان هـارمون شبكه را به خود اختصاص خواهد داد آه اين موضوع مشكالت خـاص خـود را

براي نشان دادن تاثري سو استفاده آـالن از ايـن . به مهراه خواهد داشت روي آيفيت ولتاژ شبكه جهت سادگي جتزيه وحتليل از يـك جمتمـع بر المپها

اي از بار هاي غري خطي آه ونهاداري آموزشي با مشخصات زير بعنوان من در نتيجه استفاده از المپهاي آم مصرف فلورسنت بوجود آمده اسـت سـود برده ونتايج مطالعه فوق بعنوان معياري براي آـل شـبكه تعمـيم داده

.ميشود درصـد فـرض 85آيلو ولت در ضريب قدرت پس فاز 100آل مصرف در پيك بار

.شده است آه توسـط درصد آل بار در نظر گرفته شده است 50با روشنايي جمتمع فوق

.شود ي رشته اي با ضريب قدرت يك و بدون هارمونيك تامني ميهاالمپ .بقيه مصرف آننده ها فاقد هارمونيك توليدي ميباشند

مگـا وات آمپـر 5 ولت متصل به بار 400قدرت اتصال آوتاه فاز شينه .مي باشد

: مصرف حتليل استفاده از المپ هاي آم اهـم 032/0با توجه به قدرت اتصال آوتـاه ، راآتـانس معـادل شـبكه

. ميلي هانري بدست مي آيد 1/0ونتيجتا اندو آتانس معادل برابر حماسبات الزم جهت بدست آوردن ضريب آل اعوجاج ولتاژ شينه مصرف آننـده نياز به حل معادالت مداري در فرم زماني دارد آه حنوه عمـل در ضـميمه

.آورده شده است

نتايج حماسبات رياضي ضريب قدرت آل اعوجاج شـينه مـصرف يـا جـايگزيين

درصد ال مپهاي رشته اي در جدول 100 تا 12تدرجيي المپها ي آم مصرف از .زير مشخص شده است

درصـد از 48از نتايج بدست آمده مالحظه مي شود آه بـا تعـويض حـدود مريسـد 744/0المپهاي رشته اي با المپهاي آم مصرف ضريب قدرت بـار بـه

درصد آاهش نشان مي دهد وبـه مهـني تريـب اگـر آليـه 4/16نرژي نيز وا 26/24المپهاي رشته اي با المپهاي آم مصرف جايگزين شـوند يعـين حـدود

ضريب آل اعوجاج ولتـاژ بـه حـد اآثـر حمـدوده جمـاز , درصد بار جمتمع ]8[.مي شود نزديكIEC و IEEEاستاندارد تعريف شده از طرف

درصد آل اعوجاج ولتاژ زماني آه آليه المپهاي رشته اي با المپهاي آـم درصد مي باشد و اين در صورتي است آه 8/3مصرف جايگزين شود بالغ بر

با . بنا به مفروضات اوليه ساير مصرف آنندگان فاقد هارمونيك باشند فرض توليد هارمونيك توسـط ترانـسهاي افزاينـده خـانگي ، موتورهـاي

يكي وسايل برقي و غريه مسئله حادتر شده و مـشكل اعوجـاج ولتـاژ الكرتاين درصد باالي هارمونيك ولتاژ .بيش از حد استاندار را خواهيم داشت

تاثري نامطلوبي بر روي جتهيزات الكرتيكي مصرف آننده در باس و بـر روي اشكاالت پـيش آمـده در ايـن . ديگر جتهيزات الكرتيكي شبكه خواهد داشت

]7و6و4[.وص در مقاالت و مراجع متعددي مورد بررسي قرار گرفته است خص 34با توجه به نتايج به دست آمده اگر متام المپهاي تعويض شوند حـدود

درصد آاهش مصرف انرژي خواهيم داشت آه اين مقدار آاهش هبـاي از دسـت دادن آيفيت ولتاژ شبكه ناشي از درصد باالي هارمونيك بدست آمده اسـت و صدمات ناشي از اين پديده با توجه بـه نـصب سيـستم هـاي فليرتينـگ

يه اقتصادي استفاده از اين المپـها جتو. مناسب براي شبكه هاي توزيع به منظور فراهم آوردن آيفيـت هبـرتي بـراي . را زير سئوال خواهد برد

المپهاي مورد نظر نياز به طراحي و ساخت فيلرتهاي مناسب براي هر المـپ آه در اينصورت هباي اوليـه خريـد المپـهاي ]8[. ري به نظر مي رسد ضرو

افزايش يافته و توجيه استهالك مبلغ سرمايه گذاري مصرف آننـده بابـت بنابراين بررسي جـامع تغـري الگـوي . خريد با ترديد مواجه خواهد شد

استفاده از المپهاي روشنايي از هم اآنون بايد در دستور آـار مراآـز ي به منظور رسيدن به نتايج مطلوب قرار گريد تا مـشكالت آينـده حتقيقات

.وپيشگرييهاي الزم بعمل آيد در شبكه با ديد وسيع تري آناليز گرديده

: اثر هارمونيك ها بر روي آنتور و رله هاي حفاظيت افزايش درصد هارمونيكها در شبكه بر روي جتهيـزات خمتلـف اثـرات سـوء

ين قسمت سعي شده تـا اثـرات فـوق را بـر روي باقي مي گذارد آه در ا دستگاه هاي اندازه گريي انرژي و رله هاي حفـاظيت بـه اختـصار توضـيح

با تكوين هارمونيك در شبكه مقادير انـرژي انـدازه گـريي . داده شود

درصد جايگزيين المپهاي آم مصرف با المپـهاي 100 48 24 12 رشته اي

6/0 746/0 803/0 828/0 ضريب قدرت مصرف آننده 9/33 3/16 15/8 4 درصد آاهش انرژي مصرف آننده

درصد مصرف انرژي المپهاي آم مصرف نسبت به 26/24 2/9 4 2 آل بار

شده توسط آنتورها از واقعيت فاصله گرفته و از قابليت اطمينان پائني . تري برخوردار خواهند بود

ين شكل زماني حادتر به نظر مي رسد آه بـا توجـه بـه بزرگـي درصـد اهارمونيكهاي خمتلف در نقاط متمايز شبكه ثبت انرژي توسط آنتورها مـي

بعنـوان منونـه آنتورهـاي . تواند داراي خطاي مثبت يـا منفـي باشـد درصـد -20اندوآسيوني مورد آزمايش با جريان و ولتاژ غري سينوسي تـا

را نـشان مـي دهنـد حـيت در ) گريي آمرت از مقدار واقعي اندازه( خطا موردي آه فقط جريان داراي اعوجاج بوده و ولتاژ سينوسي باشـد خطـاي

) اندازه گريي بيشرت از مقدار واقعـي ( درصد + 5اندازه گريي گاها به با توجه بـه نتـايج فـوق در صـورت اسـتفاده آلـي از ]4[. رسيده است

نتور مصرف آننـدگان خطـاي فاحـشي در انـدازه گـريي المپهاي مورد حبث آ خواهد داشت و در اين حالت خاص احتمال خطـاي منفـي بيـشرت اسـت و در مقياس وسيع تر حيت احتمال ضرر ديدن درآمد شرآتهاي برق نيز پيش بـيين

. مي شود آنتورهاي اندوآسيوني عالوه بر خطـاي انـدازه گـريي ، خطـاي ناشـي از

هرتز دارا مي 1000 ايل 400مكانيكي در حمدوده فرآانسي پديده تشديدهاي ]4[. باشند آه بر مشكالت خطاي اندازه گريي افزوده مي شود

بطور آلي استفاده از آنتورهاي اندوآسيوني بعلت حمـدوده وسـيع خطـاي در موقعيتهايي آـه ) درصد + 5 تا -20از ( آا در اندازه گريي انرژي

اراي اعوجاج باشند پيشنهاد منـي شـود از طـرف شكل موج ولتاژ جريان د ديگر تعويض آنتورها نيز بار مايل گسرتده اي را به مهراه خواهـد داشـت

. آه از بعد اقتصادي سئوال انگيز خواهد بود تاثري اعوجاج شكل موج بر روي آار راه هاي حفاظيت نيز موجب عملكرد غري

زم اسـت حتريـك شـوند عمـل صحيح آا مي شود بعبارتي در مواقعي آـه ال نكرده و بر عكس در مواردي آه هيچگونه خطايي وجود ندارد بصورت آاذب

اين موضوع در حاليت آه جريان بـار بـه اتـصال آوتـاه . عمل مي آنند رله هاي اضايف جريان القـائي بـا . شبكه نزديك است بسيار حادتر است

.توجه به اينكه توسط شكل موج جريان حتريك مي شوندرله هاي اضايف جريان القائي با توجه به اينكه توسط شكل مـوج جريـان حتريك مي شوند مهانند آنتورها عملكـرد اشـتباه در مواقـع غـري ضـروري

. داشته و حيت خطاي عملكرد براي رله هاي دجييتايل نيز وجود دارد

بدست مـي 2 را به دزيرا اينگونه رله ها نسبت به ماآزميم شكل موجو آورند تا ميزان موثر را اندازه گريي و با مقدار از پـيش تعـيني شـده مقايسه آنند بطوري آه اين روش يك اندازه گريي غلط را هبمـراه دارد و

بـه مهـني . از دست دادن فيدر تغذيه آننده مواجه مي سازد با شبكه را ياني آه رلـه حفـاظيت دليل مقدار موثر جريان واقعي از مقدار موثر جر

اندازه گريي مي آند آمرت است بنابراين احتمال خطاي عملكرد افزايش مي ]9[. يابد و اين حالت در زمان اوج مصرف بيشرت منايان مي شود

:نتيجه گريي

اندازه گريي مشخصه المپهاي آم مصرف نشان مي دهـد آـه آـا عـالوه بـر حظه اي را بـر شـبكه حتميـل مـي هارمونيك قابل مال . تضعيف ضريب توان

مدل يك جمتمع اداري نشان مي دهد آه استفاده انبوه از المپهاي . آنند فوق نياز به پيش بيين هاي واقع بينانه اي دارد و اگر چه استفاده از اين المپها گاهي عملي به سوي فرهنگ صرفه جويي مي باشد ويل ايـن امـر

در خامته بيان چند پيشنهاد حـرآيت .مستلزم حرآيت با ديد باز مي باشد است در راستاي آاهش اثرات سوء جايگزيين المپهاي آم مصرف بـا المپـهاي

.معمويل

:پيشنهاد

با توجه به باال بودن هزينه اوليه خريد ، المپـهاي آـم مـصرف از ) 1مقبوليت آمرتي برخوردار بوده و آارخانه هاي سـازنده سـعي در طراحـي

ي با هزينه پائني دارند بعبـارت ديگـر از منظـور منـودن چكهاي الكرتيك لـذا . مدارات تصحيح آننده ضريب توان و هارمونيكي صرف نظر مي آنند

شرآتهاي برق براي جلوگريي از اين امر بايـسيت ضـمن اسـتاندارد آـردن توسط جتهيزات الكرتيكي بـا مهـاهنگي توليـد یتوليد دامنه هارمونيكهاي . مسئله فوق مقابله آنند آنندگان داخلي با

توليد فيلرتهاي مناسب براي المپهاي آم مصرف و در اختيار گذاشنت آن ) 2 در دسرتس مشرتآني

با توجه به صرفه جويي در مصرف انرژي و در ايـت سـرمايه گـذاري ) 3 )يارانـه (وبسيدسبزرگ توسط دولت در اين زمينه بررسي امكان پرداخت

مصرف داراي فيلرت هارمونيك جهت توليد المپهاي آم

:مراجع –بررسي اقتصادي انتخاب المپ و اثر آن بر آـاهش قلـه معـرف بـرق ) 1

1368 – چهارمني آنفرانس سراسري برق – قدرت اهللا حيدري –حممدرضا خانيكي سومني – اسد اله اميدواري نيا –آاربرد المپهاي پر هبره و آم مصرف ) 2

1372 – توزيع برق آنفرانس سراسري شبكه هاي 1373 مهر ماه – 29 مشاره –جمله نامه توانري ) 3

4) Effects of harmonic on exupment –V.E.wagner-IEEE TRAS .on power deliery – vol8,no.2-1993

– نشريه علمي و فين برق – آوروش فشنگچي –بررسي بار روشنائي آشر ) 5 1372 - 11مشاره

سـامان –ونيكها اثـر آن بـر جتهيـزات الكرتيكـي منابع توليد هارم ) 6 1373– 26 مشاره – جمله نامه توانري –مربوط

حسني فاريابي دوسـت ، جـواد صـاعي و –مطالعه هارمونيك هاي شبكه ) 7 1371 –محيدرضا قندهاري ، دومني آنفرانس سراسري شبكه هاي توزيع برق

8) harmonicd from compact flaorescent lamps-R.verderber- IEEE TRAS industry application vo (2.9 , no.3-1993) 9) middle East electricity- februery 1992

روش حماسبه ولتاژ شنيه در شبكه اي آه داراي اعوجاج مي باشـد :ضميمه

براي شـنيه مـصرف آننـده اي آـه . نياز به پخش بار هارمونيكي دارد مـصرف آننـده شبكه از ند مدار معادل تون توليد آننده هارمونيك هستن

داراي مولفــه هــاي Iذيــل خواهــد بــود در حــاليت آــه جريــان بــصورت داراي اعوجـاج خواهـد بـود و بـا ) VL(هارمونيكي باشد ولتاژ بار : توجه به ماهيت سلفي مدار

VC = Vm sin wt –Ri-L dtdi

= Vm sin wt –R [ a sin(wt - ∅1) + a3 sin ( 3 wt + ∅3) + …]- L [ aw cos(wt - ∅1) 3 a3 cos ( wt + ∅3) + … ]

:و در صورتي آه از افت ولتاژ امهي صرف نظر آنيم VL = C sin ( wt - ∅1َ) – C cَos( 3 wt + ∅3) + …

اختالف فاز بني ولتاژ مصرف آننده و ولتاژ مرجع : ∅1َ

تاژ مصرف آننده ف فاز بني جريان و ولاختال : 1∅C َو C : اعداد ثابت