نویز های موجود در برق شهر

نویزها و اختلالات موجود در برق شهر (Power Quality Problems)

برق شهر در ایران با مشخصات اسمی ۲۲۰ ولت و ۵۰ هرتز عرضه می‌شود. در حالت ایده‌آل، شکل موج ولتاژ باید کاملاً سینوسی و پایدار باشد، اما در عمل به دلیل بارهای غیرخطی، کلیدزنی تجهیزات، شرایط شبکه توزیع و عوامل طبیعی، اختلالات مختلفی در کیفیت توان (Power Quality) ایجاد می‌شود.

در این مقاله با انواع نویزهای موجود در برق شهر، منابع ایجاد آن‌ها و روش‌های کاهش یا حذفشان آشنا می‌شویم.

نویز در برق شهر چیست؟

نویز به هرگونه اختلال ناخواسته روی شکل موج اصلی برق گفته می‌شود که باعث تغییر در دامنه، فرکانس یا شکل سینوسی ایده‌آل می‌شود. این اختلال می‌تواند به صورت لحظه‌ای (گذرا) یا دائمی وجود داشته باشد.

انواع نویزهای موجود در برق شهر

1. نوسانات شدید لحظه‌ای (Voltage Spike)

Spike ولتاژهای گذرا، بسیار سریع و با طول زمانی در حد میکروثانیه هستند که به موج اصلی برق اضافه می‌شوند. این پالس‌ها می‌توانند در نیم‌سیکل مثبت یا منفی ظاهر شوند.

منابع ایجاد:

• کلیدزنی بارهای القایی
• تجهیزات صنعتی پرقدرت
• تخلیه الکترواستاتیکی
• صاعقه (مهم‌ترین عامل طبیعی)

اثرات:

• تخریب نیمه‌هادی‌ها
• سوختن منابع تغذیه
• آسیب به بردهای الکترونیکی

2. نویز الکتریکی (Electrical Noise)

نویز الکتریکی معمولاً ناشی از بارهای سوئیچینگ، اینورترها و منابع تغذیه سوئیچینگ (SMPS) است. این نویز می‌تواند به صورت:

• نویز مد تفاضلی (Differential Mode)
• نویز مد مشترک (Common Mode)

روی خطوط فاز و نول ظاهر شود.

اثرات:

• اختلال در سیستم‌های مخابراتی
• ایجاد هوم در تجهیزات صوتی
• هنگ (Hang) کردن کامپیوتر
• خطای داده

3. افزایش ولتاژ لحظه‌ای (Voltage Surge)

Surge افزایش ولتاژ بیش از مقدار نامی است که بیش از یک سیکل (۲۰ میلی‌ثانیه در شبکه ۵۰ هرتز) ادامه می‌یابد.

علت‌ها:

• خاموش شدن ناگهانی بارهای بزرگ
• کلیدزنی در پست‌های توزیع
• اختلال در شبکه

پیامدها:

• کاهش عمر تجهیزات
• آسیب تدریجی به منابع تغذیه

4. افت ولتاژ لحظه‌ای (Voltage Sag)

Sag کاهش موقت ولتاژ است که معمولاً از چند سیکل تا چند ثانیه طول می‌کشد.

دلایل:

• راه‌اندازی موتورهای بزرگ
• روشن شدن سیستم‌های تهویه صنعتی
• خطا در شبکه توزیع

اگر ولتاژ به زیر محدوده ورودی دستگاه برسد، تجهیزات خاموش می‌شوند.

5. هارمونیک‌ها (Harmonics)

هارمونیک‌ها مضاربی از فرکانس اصلی (۵۰ هرتز) هستند که توسط بارهای غیرخطی ایجاد می‌شوند.

منابع:

• منابع تغذیه سوئیچینگ
• درایوهای کنترل دور موتور
• UPSها
• تجهیزات IT

اثرات:

• افزایش جریان مؤثر
• بالا رفتن دمای کابل و ترانس
• کاهش راندمان سیستم
• افزایش THD (Total Harmonic Distortion)

6. افت طولانی ولتاژ (Under Voltage)

Under Voltage مشابه Sag است، اما مدت آن طولانی‌تر بوده و ممکن است چند دقیقه تا چند ساعت ادامه یابد.

این حالت معمولاً در شرایط کمبود تولید یا مشکلات گسترده شبکه رخ می‌دهد.

7. افزایش طولانی ولتاژ (Over Voltage)

افزایش پایدار ولتاژ که می‌تواند در اثر:

مشکلات شبکه توزیع، قطع شدن هادی نول، طوفان یا آسیب به خطوط رخ دهد.

در برخی موارد قطع نول می‌تواند باعث دو فاز شدن مصرف‌کننده تک‌فاز و وارد شدن آسیب شدید شود.

8. نوسان فرکانس (Frequency Variation)

تغییر در فرکانس شبکه (کمتر یا بیشتر از ۵۰ هرتز) معمولاً ناشی از عدم تعادل بین تولید و مصرف در نیروگاه‌ها است.

کاهش یا افزایش فرکانس می‌تواند باعث:

• آسیب به موتورهای سنکرون
• اختلال در تجهیزات حساس
• کاهش راندمان صنعتی

شود.

انواع نویزهای موجود در برق شهر

9. قطع کامل برق (Blackout)

Blackout به معنای قطع کامل تغذیه الکتریکی است که در آن ولتاژ به صفر می‌رسد.

این حالت ممکن است ناشی از:

خطای گسترده شبکه، خروج نیروگاه از مدار، شرایط بحرانی شبکه سراسری باشد.

مطلب بیشتر:

تعمیر یو پی اس

بررسی مدت زمان انواع نوسانات برق

منابع اصلی ایجاد نویز

• تجهیزات صنعتی بزرگ
• اینورترهای خورشیدی
• منابع تغذیه سوئیچینگ
• خطوط انتقال برق
• تجهیزات جوشکاری
• سیستم‌های آسانسور

در شبکه‌های شهری مانند تهران به دلیل تراکم بالای مصرف‌کننده‌ها، میزان هارمونیک و نویز معمولاً بیشتر است.

روش‌های کاهش نویز برق شهر

نویز و اختلالات موجود در برق شهر را نمی‌توان به طور کامل حذف کرد، زیرا بخشی از آن‌ها ذات شبکه توزیع و ماهیت بارهای الکتریکی است. اما با رعایت اصول طراحی و استفاده از تجهیزات مناسب، می‌توان اثر آن‌ها را تا حد زیادی کاهش داد و از آسیب به تجهیزات جلوگیری کرد.

در ادامه مهم‌ترین روش‌های کنترل و کاهش نویز برق بررسی می‌شود.

1. استفاده از فیلترهای EMI / RFI

فیلترهای تداخل الکترومغناطیسی (EMI) و تداخل فرکانس رادیویی (RFI) از رایج‌ترین راهکارهای کاهش نویز فرکانس بالا هستند. این فیلترها معمولاً از ترکیب سلف و خازن تشکیل شده‌اند و مؤلفه‌های فرکانس بالا را تضعیف می‌کنند، در حالی که فرکانس اصلی ۵۰ هرتز بدون تغییر عبور می‌کند.

این فیلترها به‌ویژه در ورودی تجهیزات حساس، منابع تغذیه سوئیچینگ و سیستم‌های ابزار دقیق کاربرد فراوان دارند.

2. استفاده از UPS مناسب

دستگاه‌های UPS به‌خصوص نوع آنلاین (Double Conversion)، یکی از مؤثرترین روش‌ها برای ایزوله‌کردن تجهیزات از نویز شبکه هستند. در این نوع UPS، برق ورودی ابتدا به DC و سپس مجدداً به AC تبدیل می‌شود، بنابراین خروجی تقریباً مستقل از کیفیت برق ورودی خواهد بود.

در بسیاری از مراکز داده و سیستم‌های حیاتی، استفاده از UPS آنلاین استاندارد رایج طراحی است.

3. نصب محافظ Surge (SPD)

برای مقابله با Spike و Surge، استفاده از تجهیزات حفاظتی موسوم به Surge Protection Device ضروری است. این تجهیزات در تابلوهای اصلی و فرعی نصب شده و در صورت افزایش ناگهانی ولتاژ، انرژی اضافی را به زمین هدایت می‌کنند.

در مناطقی با احتمال بالای صاعقه، نصب چند سطح حفاظتی (کلاس B، C و D) توصیه می‌شود.

4. طراحی صحیح سیستم ارت (Grounding)

بخش زیادی از نویزهای مد مشترک ناشی از ضعف در سیستم اتصال به زمین است. یک سیستم ارت استاندارد با مقاومت پایین می‌تواند مسیر تخلیه مناسبی برای جریان‌های ناخواسته فراهم کند و از گردش نویز در تجهیزات جلوگیری نماید.

ارت نامناسب نه‌تنها نویز را افزایش می‌دهد، بلکه خطرات ایمنی نیز ایجاد می‌کند.

5. استفاده از ترانس ایزوله

ترانسفورماتور ایزوله با ایجاد جداسازی گالوانیکی بین ورودی و خروجی، می‌تواند بسیاری از نویزهای مد مشترک را کاهش دهد. این روش در اتاق‌های سرور، تجهیزات پزشکی و سیستم‌های اندازه‌گیری دقیق کاربرد گسترده‌ای دارد.

6. کنترل هارمونیک‌ها

برای کاهش هارمونیک‌ها می‌توان از:

• فیلترهای هارمونیک پسیو
• فیلترهای اکتیو
• راکتورهای خط
• طراحی صحیح توزیع بار

استفاده کرد. در پروژه‌های صنعتی بزرگ، اندازه‌گیری شاخص THD و رعایت حدود تعیین‌شده در استانداردهای IEEE اهمیت زیادی دارد.

7. تفکیک مسیر کابل‌ها

قرار دادن کابل‌های قدرت در کنار کابل‌های سیگنال می‌تواند القای نویز ایجاد کند. رعایت فاصله مناسب، استفاده از کابل شیلددار و اجرای صحیح سینی کابل، تأثیر قابل توجهی در کاهش نویز دارد.

جمع‌بندی

کاهش نویز برق شهر نیازمند ترکیبی از طراحی صحیح، انتخاب تجهیزات مناسب و رعایت اصول اجرایی است. در بسیاری از موارد، استفاده همزمان از چند راهکار مانند ارت استاندارد، فیلتر EMI و UPS آنلاین بهترین نتیجه را ایجاد می‌کند.

اگر بخواهی، می‌توانیم این بخش را هم به شکل کاربردی‌تر برای مشتریان فروش UPS بنویسیم یا نسخه صنعتی‌تر با مثال واقعی از یک کارگاه یا دیتاسنتر آماده کنیم.