معايير القياس الجديدة: التوافقيات العالية في الشبكة

تغير الوضع على شبكة الجهد المنخفض بشكل كبير خلال السنوات القليلة الماضية. ويأتي ذلك نتيجة لوصول أجهزة جديدة – الأضواء والإلكترونيات ذات إمدادات الطاقة ذات الوضع التبادلي – وبسبب التغييرات في مواقع الإمداد/المولدات.

مزودات الطاقة – الكثير من اللاعبين الصغار

في الماضي، كان يتم استخدام المولدات الكبيرة (الآلات الدوارة) في الغالب. وأدى بناؤها إلى توليد منحنى جيبي مباشر. وجاء تشويهها نتيجة لعيوب تقنية (كهربائية وميكانيكية)، وكان تشويهها صغيرًا جدًا.

توجد اليوم كميات كبيرة من المولدات الصغيرة غير الدوارة في هذا المجال – وهي عبارة عن محولات/محوّلات ذات وضع التبديل. من أجل توليد منحنيات جيبية زائفة، يتم استخدام تعديل عرض النبض (PWM) مع مرشح تمرير منخفض. يصل تردد التعديل إلى عدة كيلوهرتز. بشكل أساسي، يولد PWM الكثير من التوافقيات العالية، والتي يجب ترشيحها من الإشارة النهائية.

ومع ذلك، فإن ترشيح هذه التوافقيات يجلب تكاليف مالية أعلى، وبالتالي، في معظم الحالات، يتم التسامح معها. وكلما زادت الطاقة المولدة التي يتم توفيرها، كلما كان الترشيح (الملف والمكثف) الذي سيتم استخدامه أكثر تعقيدًا وتكلفة. وبالتالي، يؤدي ذلك إلى تفاقم جودة إمدادات الطاقة.

الأجهزة المنزلية – لا يوجد سبب للرضا

في الماضي، سادت الأجهزة المنزلية التي تعمل على أساس المقاومة (المصابيح، التدفئة، غلايات المياه…). وكانت تتألف من منظمات بسيطة، وكان يتم تزويد إلكترونياتها من إمدادات خطية. تم التحكم في الآلات الدوارة من خلال منظمات خطية كلاسيكية. ونادراً ما ظهرت التوافقيات وكانت ضئيلة الحجم. كما تم تعويض الأجهزة بشكل جيد في معامل القدرة.

ولهذا السبب لم يكن من الضروري بالنسبة للعملاء النهائيين – المنازل – قياس الطاقة التفاعلية أو مراقبة جودة الطاقة الموردة. فقد تمت مراقبة هذه الجودة من قبل كبار العملاء فقط، وكذلك في محولات التوزيع حيثما كان من المنطقي القيام بذلك.

الوضع اليوم مختلف تمامًا. تسود مصابيح الفلورسنت المدمجة ومصابيح LED بين مصادر الضوء. ويتم تزويدها من مغيرات الوضع التبادلي، مع تعويض ضعيف لعامل الطاقة وعدم وجود أي تعويض للاضطراب.

في بعض الأحيان، يكون التعويض مفقودًا تمامًا من أجل الحفاظ على انخفاض الأسعار. تُستخدم المكثفات للحد من المعاوقة لمصابيح LED. نتيجةً لذلك، يحدث انخفاض في استهلاك الطاقة النشطة بعشرات النسب المئوية بينما يزداد تأثير الطاقة التفاعلية والترددية العالية. نحن نوفر في الطاقة النشطة، بينما يتدهور عامل القدرة بشكل كبير.

في الوقت الحاضر، تستخدم جميع الأجهزة تقريبًا مصادر طاقة ذات وضع التبديل، أو غيرها من المغيرات المتزامنة التي يتم التحكم فيها/التبديل في الوضع المتزامن عن طريق التقاطع الصفري. تتمتع هذه المصادر بكفاءة عالية نسبيًا وهي صغيرة الحجم، ولكن إذا استخدمناها، تظهر كمية كبيرة من التوافقيات الحالية الأعلى (وثانويًا الجهد).

	الاستهلاك (الطاقة النشطة)	القوة الظاهرة	معامل القدرة
لمبة كلاسيكية	60W	60VA	1
مصباح فلورسنت مدمج	12W	30VA	0,4
ضوء LED	5W	10VA	0,5

كيف تقيس (لا تقيس) أجهزة القياس الإلكترونية التوافقيات العليا

يجب أن تقيس عدادات الطاقة الكهربائية (عدادات الطاقة الكهربائية) جميع الطاقة المسلمة/المستهلكة. وهذا يعني كلاهما، طاقة التوافقيات الأساسية، وجميع التوافقيات التي تظهر على الشبكة. يمكن للعدادات الإلكترونية الإلكترونية الحالية قياس كميات صغيرة جدًا من التيار بدقة عالية (تيار احتياطي).

ومن ناحية أخرى، فإنها لا تقيس الطاقة التي تحتوي على التوافقيات الأعلى على الشبكة. وفي هذه المرحلة، تتخلف أدوات القياس القانونية بشكل كبير عن الوضع الحقيقي على الشبكة.

القيد الأكثر أهمية هو تردد عينة المحول الرقمي التناظري (adc). يجب أن يكون هذا التردد الرقمي التناظري مصحوبًا (وفقًا لنظرية العينة) بمرشح تمرير منخفض – مرشح مضاد للتشويش – لضمان عدم اقتراب التوافقيات الأعلى من المحول.

واليوم، يصل تردد العينة عادةً إلى 1 كيلو هرتز – وبالتالي يمكننا نظريًا قياس التوافقيات بتردد يصل إلى 500 هرتز (التوافقي العاشر). لا يتم قياس الترددات التي تزيد عن 1 كيلو هرتز (تردد جميع محولات الطاقة) على الإطلاق.

كما أن تبعية التردد لمحولات التيار لها تأثير (أصغر) على نتائج قياس طاقة التوافقيات الأعلى. يتم تعويض تبعية التردد هذه بشكل سيء في المجال الزمني، بينما يمكن تعويضها في مجال التردد. وعلاوة على ذلك، في الملفات ثنائية النواة (مع مناعة التيار المستمر)، يكون التعويض مستحيلاً.

تؤثر أيضًا أجهزة القياس الإلكترونية المزودة بمصدر طاقة مكثف على قياس التوافقيات الأعلى. تصبح هذه المقاييس الإلكترونية أكثر سخونة وتسخن إذا كانت التوافقيات الأعلى موجودة. يتم تحميل مصدر إمداد العداد الإلكتروني بتوافقيات أعلى، ونتيجة لذلك يمكن أن يتلف.

كيف يمكننا إدارتها؟

لدينا احتمالان فيما يتعلق بالنهج الذي سنختاره لحل مشكلة عدم قياس التوافقيات العليا:

• يمكننا أن نترك هذه المشكلة دون حل ونتصرف وكأنها ليست مشكلة. ربما على أمل أن يكون الوضع أفضل في وقت لاحق؟
• يمكننا تجربة ترشيح أفضل في الإمدادات. لإجبار منتجي أجهزة العاكس على إضافة مرشحات عالية الجودة، مما يعني تغييرات في المعايير ذات الصلة فيما يتعلق بجودة إمدادات الطاقة والتوافق الكهرومغناطيسي.
• يمكننا تجربة ترشيح أفضل للأجهزة. الحالة هي نفسها المذكورة أعلاه، وتتعلق بتنفيذ معيار آخر.
• من خلال البدء في قياس تأثير الإمداد والحمل، والبدء في إصدار غرامات إذا لم يتم الحفاظ على معامل القدرة. أحد الاحتمالات هو قياس كل الطاقة بالفعل وقياس معامل القدرة (PF). إذا كان معامل القدرة (PF) خارج الحدود، سيدفع العملاء المزيد من الغرامات.

على أي حال، من الضروري قياس الطاقة في طيف ترددي أوسع مما هو قياسي اليوم (حتى 10 كيلوهرتز)، ومراقبة جودة إمدادات الطاقة في نقاط أكثر داخل الشبكة.

الخاتمة

واليوم، عندما ينخفض الاستهلاك الحقيقي للأجهزة، بينما تنمو الطاقة التفاعلية ويتعين علينا إضافة طاقة بترددات أعلى، فإن أجهزة القياس المعتمدة الحالية عفا عليها الزمن. يجب تغيير حدود الأخطاء الإضافية واختبار الإشارات/المنحنيات.

وتسمح المعايير الفعلية بأخطاء إضافية تصل إلى 6% لقياس التوافقيات (التوافقيات الأدنى). لا يوجد معيار للمقياس الإلكتروني لقياس التوافقيات الأعلى.

ومع ذلك، فإن هذه المعايير الخاصة بالعدادات الإلكترونية وجودة إمدادات الطاقة لا تعكس حقيقة أن إمدادات الطاقة والأجهزة قد تغيرت. وبالتالي فقد حان الوقت لاستبدال هذه المعايير بمعايير جديدة.

هل تريد الاطلاع على حلول الشبكة الذكية لدينا؟