ارزیابی و تحلیل مشخصات بار دهنده‌های توزیع

تحلیل عمیق و ملاحظات کلیدی برای ارزیابی مشخصات بار

ارزیابی مشخصات بار پایه‌ای در طراحی ترانسفورماتورهای توزیع است که مستقیماً بر انتخاب ظرفیت، توزیع ضایعات، کنترل افزایش دمایی و اقتصاد عملیاتی تأثیر می‌گذارد. ارزیابی باید در سه بعد انجام شود: نوع بار، دینامیک زمانی و هم‌پوشانی محیطی، با ایجاد یک مدل دقیق بر اساس شرایط عملیاتی واقعی.

1. تحلیل دقیق انواع بار

• طبقه‌بندی و مشخصات

• بارهای مسکونی: به طور غالب شامل روشنایی و وسایل خانگی، با نمودار بار روزانه که دو اوج (صبح و شب) دارد و عامل بار سالانه پایین (حدود 30% تا 40%).

• بارهای صنعتی: به دسته‌های مداوم (مثل آهن‌آوار)، متناوب (مثل ماشین‌کاری) و بارهای ضربه‌ای (مثل فرآورده‌های قوس الکتریکی) تقسیم می‌شوند که نیاز به توجه به هارمونیک‌ها، نوسانات ولتاژ و جریان‌های اولیه دارند.

• بارهای تجاری: مانند مراکز خرید و مراکز داده که با تغییرات فصلی (مثل خنک‌سازی تابستانی) و مشخصات غیرخطی (مثل UPS، تبدیل‌کننده‌های فرکانس) مشخص می‌شوند.

• مدل‌سازی بار

• استفاده از مدل‌های مدار معادل یا برازش داده‌های اندازه‌گیری شده برای کمی کردن عامل توان (PF)، محتوای هارمونیک (مانند THDi) و نوسانات نرخ بار.

2. تحلیل دینامیکی در ابعاد زمانی

• نمودار بار روزانه

• از نظارت میدانی یا منحنی‌های استاندارد (مانند IEEE) بدست می‌آید که دوره‌های اوج و غیر اوج و مدت آن‌ها را نشان می‌دهد.

• مثال: نمودار روزانه یک پارک صنعتی نشان می‌دهد که دو اوج از 10:00 تا 12:00 و 18:00 تا 20:00 وجود دارد، با نرخ بار شبی کمتر از 20%.

• نمودار بار سالانه

• حساب می‌کند تغییرات فصلی (مانند خنک‌سازی تابستانی، گرم‌سازی زمستانی) و پیش‌بینی رشد بار آینده با استفاده از داده‌های تاریخی.

• شاخص‌های کلیدی: حداکثر ساعات استفاده از بار سالانه (Tmax)، عامل بار (LF) و ضریب بار (LF%).

3. هم‌پوشانی محیطی و ارزیابی همبستگی

• تأثیر دما

• هر 10 درجه سانتیگراد افزایش در دمای محیطی ظرفیت اسمی ترانسفورماتور را حدود 5% کاهش می‌دهد (براساس مدل‌های پیری حرارتی)، که نیازمند تأیید قابلیت بار اضافی است.

• تأثیر ارتفاع

• هر 300 متر افزایش ارتفاع قدرت عایق‌بندی را حدود 1% کاهش می‌دهد، که نیازمند تعدیل طراحی عایق‌بندی یا کاهش ظرفیت است.

• طبق IEC 60815 (مانند آلودگی کم و زیاد) تقسیم‌بندی می‌شود که بر انتخاب بوشینگ و عایق‌بندی و فاصله‌ی پخش تأثیر می‌گذارد.

4. روش‌ها و ابزارهای ارزیابی

• رویکرد مبتنی بر اندازه‌گیری

• داده‌های بار واقعی را از طریق مترهای هوشمند و اسلیلوگراف جمع‌آوری می‌کند، پس از آن تحلیل آماری (مانند توزیع نرخ بار، طیف هارمونیک) انجام می‌شود.

• رویکرد مبتنی بر شبیه‌سازی

• از نرم‌افزارهایی مانند ETAP یا DIgSILENT برای مدل‌سازی سیستم‌های توان تحت سناریوهای مختلف استفاده می‌کند.

• فرمول‌های تجربی

• مانند فرمول عامل بار در IEC 60076 برای برآورد سریع ظرفیت ترانسفورماتور.

5. کاربرد نتایج ارزیابی

• انتخاب ظرفیت

• ظرفیت ترانسفورماتور را بر اساس نرخ بار (مانند حاشیه طراحی 80%) و قابلیت بار اضافی (مانند 1.5 برابر جریان اسمی برای 2 ساعت) تعیین می‌کند.

• توزیع ضایعات

• ضایعات آهن (PFe) مستقل از بار هستند، در حالی که ضایعات مس (PCu) با مربع بار مقیاس می‌یابند، که نیازمند تعادل بین ضایعات بدون بار و با بار است.

• کنترل افزایش دمایی

• دمای نقاط گرم سیم‌پیچ را بر اساس مشخصات بار محاسبه می‌کند تا اطمینان حاصل شود که با محدوده‌های حرارتی مواد عایق‌بندی (مانند کلاس A ≤105 درجه سانتیگراد) مطابقت دارد.

نتیجه‌گیری

ارزیابی مشخصات بار باید نوع بار، دینامیک زمانی و هم‌پوشانی محیطی را با استفاده از روش‌های اندازه‌گیری، شبیه‌سازی و تجربی تلفیق کند تا یک مدل دقیق ایجاد شود. نتایج مستقیماً بر انتخاب ظرفیت، توزیع ضایعات و قابلیت اعتماد عملیاتی تأثیر می‌گذارند و پایه‌ای از طراحی ترانسفورماتورهای توزیع را تشکیل می‌دهند.

• تحلیل اقتصادی

• سودآوری سرمایه‌گذاری‌های مختلف را از طریق ارزیابی هزینه‌ی چرخه‌ی عمر (LCC) مقایسه می‌کند.