هرز فنی توان

هرز فنی توان به دسته‌ای از هرز توان گفته می‌شود که به گونه‌ای منجر به تبدیل انرژی الکتریکی به گرما، از آغاز تولید تا رساندن به مصرف کننده می‌گردد.
هرز فنی که در بسیاری از زمان‌ها بجای کل هرز دستگاه توان جابجا گرفته می‌شود دربردارنده طیف گسترده‌ای از انواع هرز می‌باشد که در این بخش با دو عنوان هرز انتقال و هرز پخش تشریح گردیده‌اند. کمابیش، هرز نیروگاه‌ها در دسته هرز دستگاه توان به شمار نمی‌آید و نیروگاهها بعنوان واحدهای صنعتی انگاشته می‌شوند که فروش برق به شبکه را پذیرا هستند و همه انرژیهای مصرف شده در نیروگاه بعنوان مصرف درونی آن به شمار می‌آید که گهگاه کاهش یافتنی است.
هرز در شبکه انتقال
هرز فنی در شبکه فرستادن دارای ابعاد بسیار گسترده‌ای می‌باشد که همه هرزهای از نقطه پس از آفرینش انرژی تا سر پخش را در برمی گیرد:
هرز برخاسته از ایستادگی خطوط
این نوع هرز که در پی ایستایی هادی در برابر گذر گردش پدید می‌آید در واقع برجسته‌ترین هرز سیستم انتقال است و همانگونه که در آینده دیده خواهد شد، دیگر انواع هرز فرستادن بگونه‌ای در افزایش این نوع هرز سهیم می‌باشند.
این هرز در یک دستگاه سه فاز متقارن، تابعی از ایستادگی AC خطوط و توان دو جریان گذری است. بیگمان افزایش سایز هادی‌ها که منجر به کاهش ایستادگی خطوط می‌شود با قیدهای اقتصادی محدود می‌گردد از این رو پذیرفتن سطح استاندارد برای آنها و همچنین هرز پیدا در این باره ناگزیر است. فرسودگی و عمر بالای هادی‌ها (مس یا آلومنیوم)، رسانایی آنها را کاهش می‌دهد و منجر به افزایش هرز می‌گردد. همچنین درازی توانراه‌ها اگر چه در بیشتر موارد ناگزیر می‌باشد هرز خطوط را بالا می‌برد.
باید یادآور شد که اتصال نامناسب هادی‌ها می‌تواند تاثیر چشم گیری در افزایش ایستادگی خطوط و همچنین هرز آنها داشته باشد.
هرز برخاسته از فرسودگی کالا‌ها
گذشت زمان ویژگی رسانایی هادی‌های مسی را کاهش داده و منجر به افزایش ایستادگی وصل کلیدهای توان می‌گردد. هرز آهنی هسته ترانسفورماتورها، CTها و PTها با افزایش عمر فزونی می‌گیرند و همچنین هرز جداگری همه کالاها به دلیل ناتوانی جداگری برخاسته از درازا زندگی، بشدت بالا می‌رود.
هرز کرونا
یکی از هرزهای چشمگیر در دستگاه‌های توان الکتریکی ولتاژ بالا (دستگاه فرستادن) هرز کرونا است. پدیده کرونا که پیآمد یونیزاسیون هوای پیرامون هادی دارای ولتاژ بالا است، به همراه هاله‌ای از نور بنفش رنگ و نویز اکوستیک و الکترومغناطیسی بوده و کاربرد فراوانی در بسیاری از صنایع (بویژه فیلترینگ) دارد، در توان راه‌ها ولتاژ بالا می‌تواند بخش بیشتری از توان را در خود هرز نماید. بیگمان، بهره گیری از هادی‌های گروهی (باندل‌ها) تا حد فراوانی در کاهش اینگونه هرز سودمند است. اما باید به یاد داشت که گذشت زمان، در پی خوردگی و نشستن آلاینده‌ها بر لایه‌ها ولتاژ بالا مانند توان راه‌ها، ناهمواریها و نقاط تیزی بر روی آنها پیدایش می‌کند که میدان الکتریکی پیرامون خود و پیرو آن پدیده کرونا را بشدت افزایش می‌نماید.
هرز در جداگرها(Insulators)
جداگرهای به کاررفته در دستگاه‌های ولتاژ بالای جریان متناوب بیشتر دو نوع هرز جدی را در بر می‌گیرد:
گردش نشتی: گردش گذرکننده از سطح ولتاژ بالا به سطح ولتاژ پایین جداگر که تابعی از ایستادگی جداگری و نابرابری پتانسیل دو سر آن است را جریان نشتی می‌گویند. البته هرز برخاسته از این گردش که کمابیش ناچیز است تنها پس از پیرشدگی جداگر و کاهش ایستایی آن قابل توجه می‌گردد. نقاط عایقی ویران شده یا نقاطی که بگونه درست بازسازی نشده‌اند می‌توانند در این باره بسیار آسیب پذیر باشند.
هرز پسماند: روشن است که جداگرهای هادی‌های گذر دهنده گردش متناوب متحمل شدت میدان مغناطیسی متناوبی، هماهنگ با آن گردش خواهند بود که طبیعتا در آنها هرز پسماند چشمگیری پدید می‌آورد. این هرز بگونه قابل توجه در کابلهای گردش بالا دیده می‌شود.
هرز برخاسته از ناترازی فازها
با بودن ناترازی فازها (که البته در دستگاه فرستادن بسیار ناچیز است) هرز برآیند سه فاز بیشتر از حالت متقارن در سه فاز خواهد بود. به سخن دیگر شباهت در ویژگی‌ها و پارامترهای الکتریکی فازهای یک خط که بیشتر امری قطعی انگاشته می‌شود در عمل گوناگون خواهد بود. برجسته‌ترین ریشه رخداد چنین دشواری در شبکه فرستادن، نبود جابجایی فازها به دلیل دشواری‌ها فنی و اقتصادی می‌باشد.
هرز برخاسته از افزوده بار کابل‌ها، و ترانسفورماتور و دیگر کالاها دستگاه فرستادن که به معنی گذر گردش بیش از اندازه نامی از آنها است هرز توان اهمی در آنها را ه چهره فزاینده افزایش می‌دهد. البته باید یادآور شد که این افزایش هرز اهمی، افزایش دمای کالاها نسبت به سطح نرمال و بالطبع افزایش هرز جداگری و شاید آهنی را نیز به دنبال خواهد داشت.
همچنین، افزوده بار شدن کالاها دارای هسته مغناطیسی غیر خطی مانند ترانسفورماتورها و CTهای اندازه گیری می‌تواند منجر به ورود نوک کار آنها به ناحیه اشباع کمان BH گردد که از این رو هارمونیک‌های رتبه پایین بویژه هارمونیک‌های مضارب ۳ بر روی ولتاژ پیدایش می‌کنند که خود، همانگونه که در آینده ذکر خواهد شد خاستگاه هرز بیشتری است.
هرز برخاسته از پخش بار نامناسب
پخش بار در دستگاه انتقال امروزی، برآمده از همبندی شبکه و برنامه‌ریزی تولید یکه‌های گوناگون نیروگاهی است. ولی ساختار موجود شبکه و همچنین برنامه‌ریزی آفرینش به کاررفته در بسیاری از زمان‌ها بهترین حالت نیست و طبیعتا کمترین هرز را نمی‌برگیرد.
در واقع می‌توان با پدید آوردن تغییر در ساختار شبکه به روش‌های گوناگون و همچنین برنامه‌ریزی بهینه آفرینش، پخش بار (Power flow) را بگونه‌ای تغییر داد که هرزی کمتر از مقدار پیشین داشته باشد، که به آن پخش بار بهینه (Optimum power flow) می‌گویند.
هرز برخاسته از گذر توان راکتیو
توان راکتیو مورد نیاز بار و بخش‌های ذخیره کننده انرژی سلف و خازن شبکه (مانند خود خطوط، ترانسفورمرها و…) برحسب نوع بار در شبکه جاری می‌باشد. گذر توان راکتیو از شبکه، افزون بر پدید آوردن دشواری‌های جدی مانند اشغال گنجایش شبکه و افت ولتاژ، منجر به هرز جدی انرژی نیز می‌گردد. نظر به اینکه آفرینش یا مصرف این نوع توان به وارون توان اکتیو نیازمند فراهم آوردن انرژی از نیروگاه نمی‌باشد، با فراهم آوردن و مصرف آن در مکان، از سوی بانک‌های خازنی با رآکتورها، می‌توان اندازه گذر توان راکتیو از شبکه را کاهش داد که بیگمان منجر به کاهش هرز راکتیو شبکه می‌گردد.
هرز برخاسته از پراکندگی امواج الکترومغناطیسی در جسم‌های فلزی
نظر به اینکه انرژی الکتریکی در شبکه فرستمان( انتقال) از نوع امواج الکترومغناطیس می‌باشد و با پرداختن به سطح بالای ولتاژ و گردش در آنها، علی‌رغم بسامد پایین دستگاه توان، همواره اندازه‌ای انرژی در ساختارها و پایه‌های فلزی کنار هادی از راه میدان‌های نیرومند الکترومغناطیس واداشته شده (induced) و هرز می‌گردد.
البته بیشتر زمان‌ها بدلیل ناچیز بودن این درصد هرز و دشواری‌های محاسباتی آن، از این گونه هرز چشم پوشی می‌شود.
هرز دستگاه پخش
کمابیش در کل دستگاه‌های توان بالاترین سهم هرز به دستگاه پخش اختصاص دارد که البته دلیل این کار را باید در گستردگی سطح و فراوانی ابزارهای موجود در این دستگاه، به همراه ویژگیهای دیگری مانند بارهای تکفاز و سطح ولتاژ پایین آن جستجو نمود.
در دنباله برجسته‌ترین موارد هرز انرژی الکتریکی در دستگاه‌های پخش مطالعه شده‌اند.
هرز برخاسته از ایستادگی خطوط
ایستادگی هادی‌ها همانند آنچه که در بحث هرز فرستادن نمایان گردید برجسته‌ترین ریشه هرز دستگاه‌های پخش می‌باشند. البته باید به یاد داشت که در دستگاه‌های پخش، ایستادگی نسبی توانراه‌ها بالاتر است و بدلیل گستردگی و اتصالات فراوان، با نگه نداشتن صحت اتصالات، این ایستادگی و از این رو هرز افزایش بیشتری خواهد داشت.
هرز برخاسته از ناترازی خطوط
ناترازی خطوط در دستگاه پخش (که البته نه به دلیل گوناگون بودن ویژگی‌های هادی‌های فازها بلکه به دلیل نبود جابجایی فازها) پدید می‌آید منجر به پیدایش ناترازی شبکه از دیدگاه بار می‌شود که به نوبه خود ناترازی گردش فازها و هرز برخاسته از آن را به دنبال خواهد داشت.
هرز برخاسته از عذم تراز فازها
بارهای تک فاز دستگاه پخش به همراه ناترازی فازها باعث می‌شود که گهگاه ناترازی پر در پی داشته باشد.
از دیگر سو ناترازی فازها منجر به گردش سیم نول می‌شود که از این رو هرز انرژی در این سیم نیز به هرز افزوده می‌گردد.
هرز برخاسته از اتصال زمین نامناسب
سیستم زمین نامناسب یا فرسوده، ایستایی فراوانی ایجاد می‌کند و این مسئله در سیستم‌های ناهمتراز منجر به ناترازی ولتاژ و هرز انرژی ناشی از آن خواهد شد.
هرز ذاتی ترانسفورماتورها و کالاهای اندازه گیری
همانند دستگاه فرستادن، در شبکه‌های پخش نیز توان گذری در سر راه خود از کالاهای فراوانی گذر می‌نماید که هریک بر حسب نوع، تکنولوژی ساخت و زندگی خود درصدی از انرژی را هرز می‌نمایند. بیشترین هرز این بخش ازان ترانسفورماتورهای پخش است که بگونه گسترده در دستگاه بکار گرفته می‌شوند.
هرز جداگری کالاها
اگرچه سطح ولتاژ پایین در دستگاه پخش، هرز جداگری کالاها را نسبت به دیگر انواع هرز کمرنگ می‌سازد لیکن با پرداختن به گستردگی و فراوانی کالاها دارای این هرز، روی هم رفته، این نوع هرز چشم گیر خواهد بود.
هرز برخاسته از افزوده بار کالاها
افزوده بار کالاهای پخش نیز همانند کالاهای دستگاه فرستادن منجر به افزایش فزاینده هرز در آنها می‌گردد.
همچنین پیدایش هارمونیک‌ها (بویژه هارمونیک‌های مضارب ۳) بدلیل وارد شدن به پهنه اشباع ترانسفورماتورها و هرز وابسته به آنها از پیآمدهای این افزایش بار خواهد بود.
هرز برخاسته از تغییر در مقدار بار سیستم
طبیعتا، وجود اوج در کمان بار (منحنی بار) روزانه جاهای گوناگون پخش، افزون بر وارد کردن هزینه‌های هنگفت، برنامه‌ریزی شبکه برای فراهم بار زمان‌های اوج را دشوار می‌نماید و هرز پدیدار شده در شبکه را افزایش خواهد داد.
هرز برخاسته از هارمونیک‌ها
بسیاری از بارهای نو دستگاه توان دارای ماهیت غیر خطی می‌باشند. این بارها که بدلیل پیشرفت صنعتی و برتری‌های خود هر روزه رو به افزایش می‌باشند، بیشتر از کالاهای الکترونیک توان بهره می‌برند که گردش غیر سینوسی از شبکه می‌گیرد. موارد بیشتر این کالاها به اینگونه‌اند چراغهای کم مصرف، UPSها، رایانه‌ها، ASDها و…
از دیگر سو، همانگونه که قبلا نیز گفته شد، بارهای الکتریکی دارای هسته آهن سیرشونده، همچو ترانسفورماتورها و موتورهای الکتریکی، با افزوده بار شدن، با درآمدن به پهنه غیر خطی کمان مغناطیسی خود گردش مغناطیس کنندگی غیر خطی از شبکه می‌گیرند که پیدایش هارمونیک (بویژه هارمونیک‌های مضرب ۳) از زیانهای آن است.
اثر پوستی
اثر پوستی نمایانگر افزایش ایستایی اهمی هادی‌ها در برابر گذر گردش متناسب نسبت به گردش DC بدلیل شار مغناطیسی پوینده با زمان پدید آمده دراثر گردش است. در واقع مطابق این اثر، ایستادگی اهمی هادی و در پی آن هرز الکتریکی آن با افزایش بسامد گردش گذری افزایش می‌باید. بنابراین روشن است که افزایش سطح THD گردش که به معنی افزایش اندازه بخش‌های گردش با بسامدهای بالاتر است مستقیما هرز اهمی را ازطریق اثر پوستی افزایش می‌دهد. روشن است که این هرز در همه هادی‌های دارای گردش، حتی سیم پیچ‌های ترانسفورماتورها نیز هست.
هرز آهنی
هرز آهنی در هسته ترانسفورماتورهای توان و اندازه گیری (Current transformers) و همچنین ماشین‌ها، تابعی از بسامد آنها است. بنابراین وجود هارمونیک‌های ولتاژ در دستگاه، این هرز را بشدت افزایش می‌دهد.
هرز جداگری
هرز جداگری کالاها نیز بیشتر برخاسته از هرز پسماند در آنها است، که خود تابعی از بسامد (فرکانس) ولتاژ کار است. از این رو این نوع هرز نیز در پی وجود هارمونیک‌ها، افزایش خواهد داشت.
هرز از راه سیم نول
هارمونیک مضارب ۳ در نوک نول اتصالات ستاره یکدیگر را خنثی نمی‌کنند بلکه با یکدیگر گرد هم آمده و گردش قابل توجهی از سیم نول گذر می‌دهند که هرز سیم نول را بشدت بالا می‌برد.
بنمایه