کولر های اسپلیت و تاثیر آن بر رفتار شبکه Leave a comment

کولر های اسپلیت و تاثیر آن بر رفتار شبکه

کولر های اسپلیت و تاثیر آن بر رفتار شبکه:

امروزه استفاده از کولر گازی به ویژه نوع اسپلیت آن در اکثر مناطق کشور رو به گسترش می باشد و لذا بررسی ویژگی های آن در مقایسه با سایر انواع کولرها و نیز تأثیرات آن بر روی شبکه توزیع برق امري اجتناب ناپذیر به نظر می رسد.

این مقاله در حقیقت برگرفته از یک پروژه اینترنشیپ با همین نام، بین شرکت توزیع نیروی برق شهرستان مشهد و دانشگاه فردوسی می باشد که در تابستان 86 انجام پذیرفته است. در این مقاله به بررسی کولر های اسپلیت و تاثیر نامناسب جریان راه اندازی آن بر روي شبکه های توزیع پرداخته شده است.

مقدمه:

در سال های اخیر مصرف برق در بخش های مختلف شاهد رشد چشم گیری ( در حدود 10 درصد ) بوده است و در بخش خانگی و تجاری با توجه به استفاده از وسایل و تجهیزات جدید الکتریکی و الکترونیکی با تنوع زیاد، ساختار بار های شبکه های توزیع به سرعت در حال تغییر است.

در این میان تحویل انرژی الکتریکی با کیفیت و قابلیت اطمینان بالا به مشترکین به جز از طریق شناخت و بررسی اثرات انواع بارهای جدید شبکه، ممکن نمی باشد. از این بارها می توان به انواع سیستم های کامپیوتری، آسانسورها، سیستم های تهویه و کولرهای اسپلیت اشاره نمود که تعداد آن ها در شبکه به سرعت در حال افزایش است.

مهم ترین اثر مخرب کولرهای اسپلیت جریان راه اندازی آن می باشد. با توجه به اندازه گیری های صورت گرفته این میزان برای کولرهای گازی با ظرفیت سرمایی بین 15 تا 74 آمپر اندازه گیري شده است، مثلاٌ براي یک کولر گازي 19000 ^Btu _hr جریان راه اندازی 35 آمپر می باشد. این میزان جریان می تواند بر روی شبکه تاثیر گذار باشد و باعث افت ولتاژ گردد.

اندازه گیری های میدانی :

جهت بررسی تاثیر کولر های اسپلیت بر رفتار شبکه، ابتدا می بایست اندازه گیری های دقیق بر روی شبکه صورت می گرفت . بدین منظور از آمپر مترهایی که توانایی ثبت peak را دارند و همچنین اسیلوسکوپ حافظه دار استفاده شده است .

حدود 20 کولر با مارک های مختلف و ظرفیت های تبرید متفاوت هم در بخش تجاری و هم در بخش خانگی مورد ارزیابی قرار گرفته و همزمان جریان راه اندازی توسط آمپرمتر و ولتاژ ورودی توسط اسیلوسکوپ ثبت گردیده است.

در برخی از نقاط شبکه با توجه به مشخصات شبکه وخصوصاٌ امپدانس خط، در اثر راه اندازی یک کولر با ظرفیت تبرید نسبتاٌ زیاد، در حدود 50  ولت افت ولتاژ داریم، منظور از این افت ولتاژ میزان ماکزیمم کاهش پیک موج سینوسی ولتاژ است و براي به دست آوردن میزان افت ولتاژ rms باید این عدد بر 2  تقسیم شود.

با در نظر گرفتن این مطلب که در یک بازه زمانی 1 ساعته ممکن است، موتور بخش کندانسور و کمپرسور چندین بار روشن و خاموش شد، این واقعیت بسیار مسئله ساز خواهد بود و بهترین نمود خارجی آن در کم نور شدن ناگهانی لامپ های روشنایی قابل مشاهده است. حتی این امکان وجود دارد که این افت ولتاژ باعث آسیب رساندن به قسمت های تغذیه سیستم های کامپیوتری و دیجیتالی شود.

همچنین اغلب این کولرها تک فاز می باشند و این موضوع اوضاع را بدتر می کند و باعث آنبالانسی در سیستم نیز می گردد. در گام بعدی براي بررسی بیشتر تاثیر کولرهای اسپلیت با استفاده از نرم افزار Matlab جریان راه اندازی و افت ولتاژ ناشی از آن را براي یک موتور القایی شبیه سازی کرده ایم.

شبیه سازی با در نظر گرفتن بار در ترمینال موتور :

در روش اول مدل خط انتقال گسترده استاندارد Simulink را براي شبکه توزیع از ترانس تا مصرف کننده در نظر گرفتیم و بار های دیگر ( شامل مصارف خانگی و تجاري ) را به صورت یک بار توان ثابت در ترمینال ماشین مدل کردیم.

به علت این که مشخصات مربوط به مقادیر امپدانس و راکتانس خطوط در دسترس نبود از مدل استاندارد Simulink نرم افزار Matlab استفاده کردیم. براي موتور نیز از مدل موتور القایی 3 کیلو وات تکفاز Split استفاده کردیم.

همانطور که ملاحظه می کنید در روش دوم در هنگام راه اندازی کولر های اسپلیت پیک ولتاژ در حدود 50 ولت پایین می افتد و این حالت گذرا به مدت 0/1 ثانیه ادامه دارد و پس از گذشت این زمان ولتاژ به حالت ابتدایی خود بر می گردد. همانطور که می دانیم، میزان این افت ولتاژ به مشخصات خط ( رزیستانس ، اندوکتانس و کاپاسیتانس خط ) و همچنین میزان جریان راه اندازي موتور بستگی دارد. هر چه موتور در فاصله دورتری از پست قرار داشته باشد این افت ولتاژ شدید تر خواهد بود و براي مصرف کنندگان موجود در انتهای خط این افت ولتاژ می تواند باعث صدمه رساندن به وسایل و تجهیزات مشترکین گردد.

شبیه سازی با در نظر گرفتن بار در وسط خط :

این شبیه سازی مشابه حالت قبل است با این تفاوت که خط انتقال را به دو بخش مساوی تقسیم می کنیم و بار توان ثابت را در وسط خط قرار می دهیم. در این حالت بار اکتیو و راکتیو مدل شده را نسبت به حالت قبل نصف نموده ایم. با توجه به مشخصات امپدانس خط در این حالت شاهد اضافه ولتاژ در ترمینال ماشین بودیم بنابراین میزان توان راکتیو بار را کاهش دادیم.

در این حالت نیز افت ولتاژ بر روي ترمینال ماشین مشاهده می شود و با توجه به مشخصات مدل استاندارد خط انتقال و بار در نظر گرفته شده تا حدودي پیک ولتاژ در حالت عادي نسبت به حالت عادي مدل قبل بیشتر است و در نتیجه افت پیک ولتاژ بیشتر از 340 ولت به 250 ولت کاهش می یابد.

در صورتی که مدل خط انتقال دقیق از خطوط شبکه توزیع در دسترس باشد می توان با دقت بیشتري شبیه سازی را انجام داد و نتایج را با واقعیت مقایسه نمود. جریان کشیده شده توسط موتور و جریان کل خط تا حدود زیادی همانند حالت قبل می باشد و حداکثر پیک جریان کشیده شده توسط موتور همان 60 آمپر است.

نتیجه گیری و ارائه راهکار :

همان گونه که ملاحظه شد، مقدارجریان راه اندازي کولرهای اسپلیت بسیار قابل ملاحظه می باشد و این امر در مجتمع های مسکونی و یا تجاری که تعداد زیادی کولر گازی از یک شبکه تغذیه می شوند و کمپرسورهای آنها دائم در حال خاموش و روشن شدن هستند. این جریان راه اندازی بالا همانند یک بار ضربه ای عمل می کند و بیشترین اثر مخرب آن در ابتدا برای خود مشترك می باشد، لذا بایستی به دنبال راه کاری بود تا بتوان میزان این جریان را تا حدودی کاهش داد. البته لازم به ذکر است که در صورت عدم نگهداری صحیح از کولر های اسپلیت، میزان این جریان درمقایسه با دستگاه نو افزایش می یابد که با تمیز کردن فیلتر و کویل کندانسور می توان از بروز این مشکل جلوگیري کرد. براي این کار روش هاي متداولی وجود دارد.

• دو روش برای نگهداری صحیح کولر

• روش اول استفاده از کمپرسورهاي دور متغیر ( Inverter (Compressor به جاي کمپرسور معمولی (Conventional Compressor) می باشد . البته اینگونه کمپرسورها از کمپرسورهاي معمولی گرانتر می باشند. کمپرسورهاي معمولی در سرعت ثابت کار می کنند و براي این که کولر بتواند دماي مورد نیاز اتاق را تأمین کند، بایستی به طور متناوب خاموش و روشن شوند. بدین ترتیب در هر بار روشن شدن جریان راه اندازي زیادی از شبکه کشیده و فشار زیادی بر شبکه اعمال می کنند. از سوی دیگر، کمپرسورهای با دور متغیر، سرعت خود را تغییر می دهند و نیازي به خاموش و روشن شدن متوالی ندارند، بدین ترتیب از ایجاد شوك بر شبکه توزیع برق اجتناب می شود.

• روش بعدی استفاده از دو کمپرسور به جای یک کمپرسور می باشد. در این روش، ابتدا کمپرسور کوچک تر شروع به کار کرده و پس از آن کمپرسور دیگر وارد مدار می شود. بدین ترتیب چون کمپرسور کوچک تر جریان راه اندازی کم تری از شبکه می کشد، لذا فشار کم تری در شروع کار دستگاه به شبکه اعمال می گردد. به عنوان مثال برای یک دستگاه کولر اسپلیت LG با ظرفیت تبرید 48000 Btu/hr در حالت یک کمپرسوره 68 A جریان راه اندازی مورد نیاز است، در حالی که این میزان جریان در حالت استفاده از دو کمپرسور به A 17 کاهش می یابد. در این روش همانند استفاده از یک کمپرسور معمولی، براي تأمین سرمایش مورد نیاز اتاق، کمپرسورها بایستی به طور متناوب خاموش و روشن شوند.

روش موثر برای کاهش تعداد خاموش روشن شدن کمپرسور

یک روش موثر جهت کاهش تعداد خاموش و روشن شدن کمپرسور کولر های اسپلیت تنظیم صحیح ترموستات و همچنین استفاده از عایق های حرارتی در ساختمان می باشد. استفاده از مواد PCM به صورت لایه هایی در دیواره اتاق ها و یا به صورت گچ های مخصوص در پوشش دیواره ها می تواند از اتلاف سرمای محیط جلوگیری نماید و در نتیجه تعداد خاموش و روشن شدن کمپرسور را کاهش دهد. با استفاده از این مواد می توان بار ناشی از سیستم های سرمایش را در تابستان به ساعات غیر پیک مصرف شیفت داد.

کاهش تلفات سیم های شبکه های توزیع می تواند میزان افت ولتاژ ناشی از راه اندازی را کاهش دهد. یکی از روش های کاهش امپدانس خطوط فشار ضعیف، حذف شبکه فشار ضعیف می باشد. در این حالت چون فاصله ترانس تا مصرف کننده بسیار کم می باشد، عملاٌ تلفات ناشی از شبکه فشار ضعیف حذف می گردد و بالتبع میزان افت ولتاژ در اثر جریان راه اندازی کم می گردد.

با توجه به رشد روزافزون استفاده از کولرهای اسپلیت خصوصاٌ در شهرهاي بزرگ در صورتی که راهکارهای عملی ممکن برای رفع مشکلات اشاره شده در این مقاله ارائه و اجرا نگردد، عواقب آن در آینده ای نزدیک کیفیت توان شبکه های توزیع را تهدید می نماید.