التوافقيات، وأين تُطبّق الحدود، الحلقة 36

الخلاصات الرئيسية

ما الذي تخرج به

أربع أفكار تحملها معك إلى محادثة المواصفات القادمة.

مقياس التيار هو TDD، لا THD.

البسط واحد في الاثنين. يقسم THD على الموجة الأساسية الجارية فعلاً، ويقسم TDD على الطلب الأقصى، وهو الأساس الذي يضع عليه IEEE 519 حدود التيار. وفي هذا المثال النمذجي يثبت الشكل التوافقي عند كل حمل، فيبقى THD عند 110%، ويساوي TDD قيمة THD مضروبة في نسبة الحمل، فيبلغ 44% عند 40% من الطلب الأقصى. وفي المنشآت الفعلية يتغيّر THD مع الحمل، لتغيّر التوافقيات ونقطة التشغيل. وارتفاع THD وحده ليس تجاوزاً للحد. والطيف من نموذج توضيحي من NLC، لا من قياس.

الواجب مشترك عند نقطة الاقتران.

يوزّع IEEE Std 519-2022 الواجب عند نقطة الاقتران المشترك: على مالك النظام أو مشغّله تشوّه الجهد، وعلى المستخدم تيار التوافقيات الذي تحقنه منشأته كلها. وحدود IEEE 519 ليست مخصّصة لجهاز واحد، أما حدود انبعاث الأجهزة فتأتي من معايير المنتجات مثل IEC 61000-3-2 و IEC 61000-3-12. فاحكم على المنشأة، لا على حمل غير خطي واحد.

نقطة الاقتران المشترك خارج مبناك.

يعرّفها IEEE Std 519-2022 في البند 3 بأنها نقطة على شبكة التغذية العامة يتصل بها، أو يمكن أن يتصل بها، عملاء آخرون، مثلاً جانب الجهد العالي من محوّل خدمة مخصّص، أو جانب الجهد المنخفض من محوّل مشترك. أما لوحة التوزيع داخل المبنى فليست PCC، وقراءة THD عندها لا تجيب عن سؤال نقطة PCC الذي يحدّده IEEE 519.

المحوّل المُصنّف K يتحمّل التوافقيات، ولا يزيلها.

يمنح تصنيف K المحوّلَ هامشاً حرارياً إضافياً لتسخين التوافقيات، ولا يخفض تيار التوافقيات الذي تحقنه المنشأة في الشبكة. أما خفض ما تحقنه المنشأة فيحتاج إلى إجراء آخر: مرشّح أو واجهة أمامية نشطة أو مقوّم متعدد النبضات. سمِّ العلاج حسب مشكلتك: التسخين أم الحقن.

أين تقع الحدود

تُقاس المنشأة عند نقطة الاقتران

نقطة الاقتران المشترك في IEEE 519-2022 نقطة على شبكة التغذية العامة يتصل بها، أو يمكن أن يتصل بها، عملاء آخرون. ولوحة التوزيع داخل المبنى ليست منها. يذكر IEEE 519 أن حدوده ليست ملزمة في كل الحالات. ويتوقف إلزام الموقع بها على الجهة التنظيمية أو اتفاقية الربط أو العقد أو مواصفات المشروع. حين تُطبَّق الحدود على محرّك واحد أو مصباح واحد، فإنها لا تمثّل تقييماً للمنشأة وفق IEEE 519.

الرتبة والتتابع والتردد

التوافقيات الثلاثية صفرية التتابع، فتتجمّع في المحايد حين تتوازن الأطوار

على شبكة السعودية 60 Hz: الخامسة 300 Hz، والسابعة 420 Hz، لا 250 ولا 350. في نظام متوازن ثلاثي الأطوار رباعي الأسلاك، تكون التوافقيات الثلاثية (3 و 9 و 15) متطابقة الطور في الأطوار الثلاثة، فتتجمّع في المحايد بدل أن يُلغي بعضها بعضاً.

THD ليس TDD

في هذا المثال النمذجي يثبت THD بينما ينخفض TDD مع الحمل

يقسم THD على الموجة الأساسية الجارية فعلاً. ويقسم TDD على الطلب الأقصى، وهو الأساس الذي يضع عليه IEEE 519 حدود التيار. مع ثبات الشكل التوافقي يبقى THD عند 110%، و TDD يساوي THD مضروباً في نسبة الحمل، فيبلغ 44% عند 40% من الطلب الأقصى. وارتفاع THD وحده ليس تجاوزاً للحد. في المنشآت الفعلية يتغيّر THD مع الحمل، لتغيّر التوافقيات ونقطة التشغيل.

المحايد

التوافقيات الثلاثية وعدم التوازن يحمّلان المحايد معاً، ولا يتنبّأ THD وحده بذلك

في نظام متوازن ثلاثي الأطوار رباعي الأسلاك، تُضاف التوافقيات الثلاثية في المحايد بثلاثة أضعاف قيمة الطور الواحد. وفي النموذج تبلغ الثالثة 81% من الأساسية. وعدم توازن الأحمال يولّد تيار محايد أيضاً. ولا توجد لمشغّل الست نبضات النمذجي توافقيات ثلاثية فيكون تيار محايده صفراً، مع أن THD له نحو ربع THD مصدر التبديل. لا تنسب سخونة المحايد إلى سبب واحد دون قياس أو تحليل.

شكل الموجة

التيار نبضة ضيّقة، وذروتها هي الرقم الذي يُفحص

التيار النمذجي لمصدر التبديل نبضة ضيّقة لا موجة جيبية. الذروة النمذجية تبلغ 1.81 من القيمة الفعّالة، مقابل 1.41 في الموجة الجيبية، بافتراض أن التوافقيات كلها بطور صفري. وقد تتحمّل المعدّات المحدّدة بالتيار الذروي، كعاكس UPS، هذه الذروة.

المرجع

أي حدّ × وعلى من واجبه

يحدّد إطار SERA قيم تشوّه الجهد الواردة في الجدول للسعودية، وهي أشدّ من IEEE 519 في كل المستويات المعروضة. ويضع الجدول 1 في IEEE Std 519-2022 حدود الجهد حسب جهد الناقل عند نقطة الاقتران، وتُقاس حدوده هناك للمنشأة كلها. أما حدود انبعاث الأجهزة فتأتي من معايير المنتجات مثل IEC 61000-3-2 و IEC 61000-3-12، لذا قد يتجاوز موقع مليء بمنتجات مطابقة حدّ الموقع. اعتمد القيم التي تتبنّاها اتفاقية الربط أو المواصفة.

الحد	العتبة	أين يُفرَض
تشوّه الجهد، ناقل حتى 1 kV	الكلي 8.0%، والمفردة 5.0%	IEEE Std 519-2022، الجدول 1
تشوّه الجهد، ناقل فوق 1 kV حتى 69 kV	الكلي 5.0%، والمفردة 3.0%	IEEE Std 519-2022، الجدول 1
أين تُقاس الحدود	عند PCC، للمنشأة كلها	IEEE Std 519-2022، البند 3 (PCC)
هل هو مُلزِم؟	ليس مُلزِماً في كل الحالات؛ يُلزم حين تعتمده الجهة التنظيمية أو مقدم الخدمة أو اتفاقية الربط أو المواصفة	IEEE Std 519-2022، البند 1
من يتحمّل الواجب عند PCC	مالك النظام أو مشغّله: تشوّه الجهد؛ المستخدم: تيار التوافقيات الذي تحقنه المنشأة	IEEE Std 519-2022
حدود انبعاث الأجهزة	تضعها معايير المنتجات، لا IEEE 519	IEC 61000-3-2 و IEC 61000-3-12
مقياس التيار	TDD على الطلب الأقصى، لا THD؛ وحدوده حسب نسبة تيار القصر عند PCC	IEEE Std 519-2022، البند 3 (TDD)
تردّدات التوافقيات	الخامسة 300 Hz والسابعة 420 Hz على شبكة 60 Hz السعودية	إطار SERA لجودة الكهرباء (الإصدار 1)، البندان 6.6.1 و 6.6.2؛ حساب
حدّ تشوه الجهد الكلي، 230 إلى 400 V	5.0%	إطار SERA لجودة الكهرباء (الإصدار 1)، الجدول 5 بالملحق 1
حدّ تشوه الجهد الكلي، 11 و 13.8 kV	4.0%	إطار SERA لجودة الكهرباء (الإصدار 1)، الجدول 5 بالملحق 1
حدّ تشوه الجهد الكلي، 33 إلى 69 kV	3.0%	إطار SERA لجودة الكهرباء (الإصدار 1)، الجدول 5 بالملحق 1
أين يسري وكيف يُقاس	جميع نقاط الربط؛ IEC 61000-4-7، فترات 10 دقائق، أسبوع على الأقل	إطار SERA لجودة الكهرباء (الإصدار 1)، البندان 6.7.2 و 6.7.3
IEC/TR 61000-3-6 و IEEE 519	لا يشير إليهما إطار SERA	إطار SERA لجودة الكهرباء (الإصدار 1)

الإطار السعودي

السعودية تعمل على 60 Hz، ولها قيم THD خاصة

إطار SERA لجودة الكهرباء، الإصدار 1، الجدول 5 من الملحق 1: تشوّه الجهد الكلي 5.0% من 230 إلى 400 V، و 4.0% عند 11 kV و 13.8 kV، و 3.0% من 33 إلى 69 kV. تُطبّق هذه القيم عند جميع نقاط الربط، وتُقاس وفق IEC 61000-4-7 على فترات 10 دقائق لمدة أسبوع على الأقل. لا يشير هذا الإطار إلى IEEE 519 ولا إلى IEC/TR 61000-3-6.

ثلاثة أرقام

THD وتيار المحايد وعامل القمة يجيب كل منها عن سؤال مختلف

يقسم THD التوافقيات على الأساسية، ونسبة المحايد هي In على تيار الطور في نموذج متوازن، وعامل القمة هو الذروة على القيمة الفعّالة. اذكر الرقم الذي يجيب سؤالك. ورقم THD وحده لا يجيب عن السؤالين الآخرين.

المواقع الحرجة

الهدف الأشدّ للموقع الحرج يُحدَّد في المواصفة

يضع الجدول 1 في IEEE 519-2022 حدود الجهد عند PCC حسب جهد الناقل. المستشفى أو مركز البيانات أو المطار الذي يحتاج إلى هدف أشدّ يكتبه في المواصفة، مع القيمة ونقطة القياس والمقياس. لا تفترض هدفاً أشدّ من فئة الموقع. اكتبه في المواصفة.

الخطأ: محوّل مُصنّف K

المحوّل المُصنّف K يتحمّل التوافقيات، ولا يزيلها

يمنح تصنيف K المحوّل هامشاً حرارياً إضافياً لتسخين التوافقيات. ولا يخفض تيار التوافقيات الذي تحقنه المنشأة في الشبكة. خفض ما تحقنه المنشأة يحتاج إلى إجراء آخر: مرشّح أو واجهة أمامية نشطة أو مقوّم متعدد النبضات. سمِّ العلاج حسب مشكلتك: التسخين أم الحقن.

التصحيح: القياس عند PCC

قِس عند نقطة الاقتران، وبالمقياس الصحيح

قراءة THD عند لوحة فرعية لا تجيب عن سؤال نقطة PCC الذي يحدّده IEEE 519. وفق IEEE 519-2022، يُقارَن التيار بحدود TDD عند PCC، ويُقارَن الجهد بحدود THD والتوافقيات المفردة عند النقطة نفسها.

شرح موسّع

تشخيص مشاكل التوافقيات

خمسة افتراضات شائعة، وما يقوله المعيار والفيزياء عنها.

التوافقيات الثلاثية وعدم التوازن يحمّلان المحايد معاً، ولا يتنبّأ THD وحده بذلك.

في نظام متوازن ثلاثي الأطوار رباعي الأسلاك، تكون التوافقيات الثلاثية (3 و 9 و 15) متطابقة الطور في الأطوار الثلاثة، فتُضاف في المحايد بثلاثة أضعاف قيمة الطور الواحد. وفي طيف مصدر التبديل النمذجي تبلغ الثالثة 81% من الأساسية، ويحمل المحايد في هذا النموذج المتوازن 1.67 مرة من تيار الطور. وعدم توازن الأحمال يولّد تيار محايد أيضاً. ولا توجد لمشغّل الست نبضات النمذجي توافقيات ثلاثية، فيكون تيار محايده صفراً في التغذية المتوازنة، مع أن THD له نحو ربع THD مصدر التبديل. والأطياف من نموذج توضيحي من NLC، لا من قياس، ورقم THD وحده لا يكفي لتحجيم المحايد. لا تنسب سخونة المحايد إلى سبب واحد دون قياس أو تحليل.

رتبة التوافقية تردّد، والتردّد في السعودية 60 Hz.

على شبكة 60 Hz تكون التوافقية الخامسة 300 Hz والسابعة 420 Hz، لا 250 و 350. وتوليف المرشّحات المكتوب على 50 Hz، كمرشّح مضبوط على الخامسة عند 250 Hz، لا ينتقل إلى 60 Hz دون إعادة حساب. والمحلّل المضبوط على أساسية خاطئة يسمّي كل رتبة خطأً.

شكل الموجة، ولماذا يهمّ معامل القمة.

في طيف مصدر التبديل النمذجي يكون التيار نبضة ضيّقة لا موجة جيبية. وتبلغ ذروته 1.81 مرة من القيمة الفعّالة، مقابل 1.41 للموجة الجيبية. وقد تتحمّل المعدّات المحدّدة بالتيار الذروي، كعاكس UPS، هذه الذروة لا القيمة الفعّالة. والرقم 1.81 نتيجة نموذج يفترض توافقيات صفرية الطور، فقد يختلف الطيف المقاس.

الحدود لا تُلزم الموقع إلا بعد اعتمادها.

ينصّ IEEE Std 519-2022 في البند 1 على أن قيمه الحدّية لا ينبغي اعتبارها مُلزِمة في كل الحالات. وتُلزم الحدود الموقع حين تعتمدها الجهة التنظيمية أو مقدم الخدمة أو اتفاقية الربط أو مواصفات المشروع. ويضع إطار جودة الكهرباء الصادر عن SERA (الإصدار 1) قيمه لتشوّه الجهد، ويطبّقها عند جميع نقاط الربط ويقيسها وفق IEC 61000-4-7، ولا يشير إلى IEEE 519 ولا إلى IEC/TR 61000-3-6. اعتمد القيم التي تتبنّاها اتفاقية الربط أو المواصفة.

الهدف الأشدّ للموقع الحرج مكانه المواصفة.

يضع الجدول 1 في IEEE Std 519-2022 حدود الجهد حسب جهد الناقل عند نقطة الاقتران: تشوّه كلي 8.0% وتوافقية مفردة 5.0% حتى 1 kV، وتشوّه كلي 5.0% وتوافقية مفردة 3.0% فوق 1 kV حتى 69 kV. وقيم SERA في الجدول أعلاه أشدّ في كل المستويات التي تغطيها. والمستشفى أو مركز البيانات أو المطار الذي يحتاج إلى هدف أشدّ يكتبه في المواصفة، مع القيمة ونقطة القياس والمقياس. ولا تفترض هدفاً أشدّ من فئة الموقع.

التصحيح: من يتحمّل الواجب

احكم على المنشأة، لا على حمل غير خطي واحد

يوزّع IEEE 519-2022 الواجب عند نقطة الاقتران: على مالك النظام أو مشغّله تشوّه الجهد، وعلى المستخدم تيار التوافقيات الذي تحقنه منشأته كلها. حدود IEEE 519 ليست مخصّصة لجهاز واحد. أما حدود انبعاث الأجهزة فتأتي من معايير المنتجات مثل IEC 61000-3-2 و IEC 61000-3-12. تُلزم الحدود الموقع حين تعتمدها الجهة التنظيمية أو مقدم الخدمة أو اتفاقية الربط أو مواصفات المشروع.

البند الذي تنسخه

اكتب الحد في خمسة أجزاء، كل جزء قابل للفحص

قالب لمواصفة مشروع واحدة: تحقّق من كل جزء مقابل المخططات أو تقرير القياس.

قائمة التحقق

قبل إرسال المواصفة

كل بند يعود إلى مصدر في شريحة المصادر التالية.

المصادر

من أين جاء كل ادعاء في هذا العرض

SERA Power Quality framework, issue 1, Annex 1 Table 5 IEEE Std 519-2022, clause 3 and Table 1 Power Monitors, Power Transformer K-Factor (whitepaper) NLC illustrative model (modelled spectra) IEC 61000-3-2 and IEC 61000-3-12, equipment emission limits يُستشهد بالمعايير برقمها وإصدارها وجدولها أو بندها. والقيم الموسومة مأخوذة من نموذج توضيحي من NLC، لا من قياسات.

من الأكاديمية إلى الميدان

قِس عند نقطة الاقتران، وبالمقياس الصحيح.

قراءة THD عند لوحة فرعية لا تجيب عن سؤال نقطة PCC الذي يحدّده IEEE 519. ووفق IEEE 519-2022، يُقارَن التيار بحدود TDD عند نقطة الاقتران المشترك، ويُقارَن الجهد بحدود THD والتوافقيات المفردة عند النقطة نفسها، على أساس 60 Hz.

شاهد الحل