بررسی وضعیت هارمونیک های تولیدی لامپ کم مصرف در شبکه

1. بررسی وضعیت هارمونیک های تولیدی لامپ کم مصرف در شبکه -بررسی تفاوت لامپ های وات بالا و وات پایین از نظر هارمونیک های تولیدی -بررسی مقایسه لامپ های کم مصرف و فلئورسنت -آنالیز هارمونیکی جریان و ولتاژ یک ساختمان نمونه

2. مقدمه : بررسی علل، میزان و نوع آلودگی لامپ کم مصرف • لامپ های کم مصرف به دلیل داشتن بالاست الکترونیکی غیر خطی موجب ایجاد هارمونیک هایی در شکل موج های ولتاژ و جریان لامپ می شوند؛که این هارمونیک ها موجب ایجاد تاثیر های نامناسب بر روی کیفیت برق و تجهیزات شبکه توزیع می شود. (48 تا20) در بالاست الکترونیکی فرکانس Hz 50 برق شهر پس از سوئیچ زنی به فرکانس kHz تبدیل می شود که دلیل اصلی در تولید هارمونیک های لامپ کم مصرف می باشد. البته افزایش این فرکانس افزایش بهروری لامپ می شود

3. هارمونیک های موجود در شبکه به دو روش می توانند بر ترانسفورمرهای توزیع اثر نامناسب بگذارند که عبارتند از : • الف ) به دلیل وجود هارمونیک های سوم و مضرب سه جریان چرخشی در ترانسفورمر مثلث ایجاد می شود که باعث افت ولتاژی روی آن شده و به طرف دیگر خط –سمت فشار قوی- منتقل می شود. • ب) با جریان غیر سینوسی کشیده شده از ترانسفورماتور ، این هارمونیک ها به سمت فشار قوی نیز منتقل می شوند ؛ که باعث آلودگی هارمونیکی در سمت فشار قوی نیز می شود. • اضافه بار شدن طرف فشار ضعیف ترانسفورمر و در نتیجه آسیب دیدن خازن های ضریب قدرت در شبکه. • وجود هارمونیک های فرکانس بالا در شکل موج جریان باعث کاهش امپدانس خازن های ضریب قدرت شده که منجر به آسیب خازن های متصل به شبکه می شود.

4. پخش بودن و متغیر با زمان بودن آلودگی لامپ کم مصرف • به علت زیاد بودن تعداد لامپ های کم مصرف روشن در شبکه برای رفع هارمونیک های تولیدی جریان نمی توان مانند یک منبع آلودگی متمرکز بزرگ به آنها نگریست. علاوه بر این، میزان آلودگی شبکه در طول زمان متغیر می باشد. • برای مثال در ساعات اوج مصرف برق در ایران حدود 30 % از کل انرژی مصرفی مربوط به بخش روشنایی می باشد و حدود 45 % تا 50 % از توان پیک بار صرف تأمین روشنایی می شود .

5. عملکرد نامناسب دستگاههای اندازه گیری و دستگاههای محافظ • الف) برای مثال افزایش پیک جریان که با افزایش تعداد لامپ های کم مصرف اتفاق می افتد ممکن است به فیوزها و رله های موجود در شبکه آسیب برساند. • همچنین برخی از وسایل مانند کنترل کننده های PLC در برابر آلودگی های ولتاژ، نامنظم کار می کنند. ب) افزایش تلفات ماشین های الکتریکی

6. اهداف پروژه • مقایسه لامپ های کم مصرف ومهتابی و رشته ای از نقطه نظر : • الف) نور تولیدی نسبت به توان مصرف شده • ب) آلودگی هارمونیکی • ج) ضریب قدرت

7. - نور تولیدی نسبت به توان مصرف شده • به طور معمول برای تولید مقدار نور یکسان لامپ های کم مصرف حدود 20 تا 33 درصد انرژی مورد نیاز لامپ های رشته ای نیاز دارند. • این کاهش در مصرف به علت ساختار خاص لامپ های کم مصرف می باشد. ولتاژ متناوب ورودی ابتدا به ولتاژ مستقیم تبدیل شده و سپس با استفاده از ترانزیستور های سوییچینگ به ولتاژ متناوب با فرکانس بالا تبدیل می شود. همین افزایش فرکانس در این لامپ ها باعث کاهش لرزش در نور و افزایش طول عمر و همچنین کاهش مصرف در لامپ نسبت به لامپ های فلوروسنت معمولی می شود.

8. نور تولیدی نسبت به توان مصرف شده • تلفات در لامپ های کم مصرف به تلفات گرمایی حاصل از حباب و همچنین تلفات مدار داخلی مدار بالاست تقسیم می شود.که تلفات سوییچنگ مدار داخلی بالاست لامپ با تغییر دما متغیر است. • میزان تولید نور در لامپ را می توان با طراحی یک مدار الکترونیکی و یا به وسیله ی استاندارد جهت اندازه گیری مقدار آن (لوکس متر) اندازه گیری کرد. یکی از اهداف این پژوهش بررسی و مقایسه میزان مصرف توان مصرفی در لامپ های رشته ای و مهتابی و کم مصرف نسبت به میزان لوکس نوری تولیدی و همچنین مقایسه ی راندمان در لامپ های کم مصرف وات بالا و وات پایین می باشد.

9. آلودگی هارمونیکی • با توجه به ساختار غیر خطی مدار بالاست لامپ های کم مصرف ، جریان عبوری از لامپ های کم مصرف و همچنین لامپ های مهتابی بر خلاف لامپ های رشته ای سینوسی نیست و دارای هارمونیک هایی با فرکانس های متفاوت مخصوصاٌ هارمونیک های مرتبه سوم و پنجم می باشد. این هارمونیک ها با توجه به بازگشت به شبکه باعث ایجاد اختلال در کیفیت توان شبکه می شود {شکل (1)}

10. مقایسه ی ضریب قدرت • با توجه به ساختار فیزیکی حباب لامپ های کم مصرف و نیز لامپ های مهتابی ، این لامپ ها نیاز به امپدانس سلفی بزرگی جهت راه اندازی و شروع به کار دارند . این سلفها خود منابع اتلاف توان اکتیو و تولید کننده ی توان راکتیو می باشد و می تواند باعث پایین آمدن ضریب قدرت در مصرف کننده شوند. • به عنوان نمونه در یک ساختمان با بار KVA 100 با تعویض 100% منابع روشنایی با لامپ های کم مصرف ضریب قدرت به مقدار 65/0 افت کرده است. این افت در ضریب کیفیت خود باعث ایجاد مشکل در شبکه و افزایش هزینه ها می شود {جدول (1)} .

11. مقایسه ی میزان هارمونیک های تولیدی در لامپ های کم مصرف کم توان و پر توان • با افزایش توان خروجی یک بالاست الکترونیکی ، آلودگی های جریانی خروجی نیز افزایش می یابند. به علاوه حساسیت مدار –در افزایش تلفات و افزایش نویز- نسبت به دمای نقطه کار زیاد می شود. • با توجه به افزایش روز افزون تولید لامپ های کم مصرف وات بالا بررسی میزان هارمونیک تولید شده توسط این لامپ ها از اهمیت خاصی برخوردار می باشد که تغییر در اندازه و وات لامپ کم مصرف چه میزان در تولید هارمونیک های تولیدی و تغییر ضریب کیفیت نقش خواهد داشت.

12. نتایج • کاهش هارمونیک های تزریقی به شبکه : بررسی روش تاثیر استفاده از فیلتر در هارمونیک های تزریقی به لامپ کم مصرف / در صورت لزوم ارائه ی طراحی فیلتر مناسب تاثیر استفاده از قطعات مرغوب • آنالیز هارمونیکی جریان و ولتاژ یک ساختمان

13. فیلتر نصب شده بر روی لامپ ها • بررسی فیلتر های نصب شده بر روی لامپ ها با توان های مختلف ، میزان تاثیر فیلتر نصب شده ، و طراحی فیلتر مناسب در صورت لزوم از نتایج این طرح می باشد . • از بین گوناگونی منابع روشنایی در ایران قیمت لامپ های کم مصرف نسبت به دیگر لامپ ها ، جهش زیادی دارد. اختصاص یارانه برای کاهش قیمت خرید این لامپ ها با توجه به صرفه جویی ایجاد شده منطقی به نظر می رسد اما در صورت استفاده از لامپ های بی کیفیت در بلند مدت تاثیرات منفی این مجموعه ی بزرگ آلودگی بر شبکه برق دیده می شود.

14. بررسی پیشنهاد استفاده از تعداد بیشتر لامپ کم مصرف کوچک به جای یک لامپ بزرگ • به علاوه در کشور استفاده از قطعات الکترونیک نامناسب در بالاست لامپ های کم مصرف – جهت کاهش قیمت تمام شده -- لازم است مورد توجه قرار بگیرد . به عنوان مثال دیود های هرزگرد مدار بالاست لامپ های موجود در ایران از نوع فرکانس پایین بوده –برخلاف فرکانس کاری حدود kHz 30- و باعث کاهش راندمان مدار بالاست می شوند. در آزمایشاتی که تاکنون انجام گرفته دیده می شود برخی قطعات نامناسب باعث تشدید هارمونیک های خروجی می شوند.