علت نوسان برق سه فاز و تاثیر آن بر اینورتر

نوسان برق یکی از مواردی است که خیلی وقت‌ها تا وقتی یک برد الکترونیکی نسوزد، یک اینورتر خطا ندهد یا یخچال صدای غیرعادی پیدا نکند، جدی گرفته نمی‌شود. از یک افت ولتاژ کوتاه و بی‌اهمیت گرفته تا یک اضافه ‌ولتاژ مخرب همه تحت عنوان نوسان ولتاژ است و اثرات متفاوتی از قبیل ریست شدن دستگاه‌ها تا سوختن قطعات آنها به همراه دارد. اگر می‌خواهید بدانید نوسان برق دقیقاً چیست، چرا رخ می‌دهد، دو فاز شدن برق چه ربطی به آن دارد، و چه راهکارهایی برای رفع آن وجود دارد، این مقاله را تا انتها بخوانید.

نوسان برق چیست؟

نوسان برق یعنی تغییرات ناخواسته و خارج از محدوده مجاز در ولتاژی که به مصرف‌کننده می‌رسد. این تغییرات می‌تواند به شکل‌های مختلف دیده شود که در ادامه به بررسی آن میپردازیم.

افت ولتاژ

وقتی ولتاژ برای مدت کوتاه (مثلاً چند ثانیه) پایین‌تر از حد معمول می‌آید. نتیجه‌اش معمولاً کم‌ نور شدن چراغ‌ها، سنگین کار کردن موتورها یا ریست شدن تجهیزات الکترونیکی است.

افزایش ولتاژ

وقتی ولتاژ از مقدار نامی بالاتر می‌رود. اضافه ‌ولتاژهای کوتاه و تیز(که معمولا با نام های (Surge/Spike) شناخته میشوند) می‌توانند خیلی سریع به عایق‌ها و قطعات نیمه‌هادی آسیب بزنند.

ناپایداری و تغییرات پیوسته ولتاژ

نوعی نوسان که باعث چشمک زدن چراغ‌ها یا تغییر محسوس روشنایی می‌شود؛ در صنعت می‌تواند روی عملکرد کنترلرها، سنسورها و درایوها اثر بگذارد.

قطع و وصل‌های سریع

گاهی برق به صورت کامل قطع نمی‌شود، اما یک قطع بسیار کوتاه (در حد میلی‌ثانیه تا چند صد میلی‌ثانیه) رخ می‌دهد که باعث میشود سیستم‌های دیجیتالی ریست شوند.

چرا نوسان برق رخ می‌دهد؟

نوسان برق همیشه از اداره برق نیست. خیلی وقت‌ها مشکل از داخل ساختمان یا حتی یک مصرف‌کننده توان بالا نزدیک شما است! مواردی مانند جریان های راه اندازی، اتصالات نامناسب، قطع نول و دو فاز شدن برق، مشکلات شبکه توزیع و هارمونیک ها و نویز ها در محیط های صنعتی میتوانند باعث نوسان برق بشوند، در ادامه علل نوسان برق را مورد بررسی قرار میدهیم.

جریان راه‌اندازی بارهای سنگین

موتورهای بزرگ، کولرهای گازی، پمپ‌ها، کمپرسورها و دستگاه‌های جوش در لحظه استارت جریان بالایی می‌کشند. اگر سیم‌کشی یا ترانس تغذیه ظرفیت کافی نداشته باشد، افت ولتاژ لحظه‌ای رخ می‌دهد.

اتصالات نامناسب

شل بودن پیچ ترمینال، سولفاته شدن سرسیم، یا اتصالات قدیمی در تابلو و جعبه ‌فیوز باعث می‌شود با هر تغییر بار، ولتاژ  بالا و پایین شود. این یکی از رایج‌ترین علت‌های چشمک زدن چراغ‌ها است.

قطع نول و دو فاز شدن برق

یکی از خطرناک‌ترین سناریوها برای خانه‌ها و کارگاه‌ها، قطع شدن نول (Neutral) در سیستم‌های تک‌فاز یا سه‌فاز است. این اتفاق می‌تواند باعث شود ولتاژ بین فاز و نول در بعضی شاخه‌ها بالا برود و در بعضی شاخه‌ها پایین بیاید. به این وضعیت گاهی دو فاز شدن برق هم گفته می‌شود؛ یعنی به‌جای اینکه مصرف‌کننده تک‌فاز، یک فاز و یک نول سالم داشته باشد، ولتاژ غیرعادی و نا ایمنی را دارد. نتیجه این اتفاق میتواند سوختن لوازم حساس، داغ شدن کابل‌ها و ایجاد خطر آتش‌سوزی باشد.

مشکلات شبکه توزیع

براساس آمار‌های موجود، حدود ۳۰ درصد از شبکه‌های توزیع فرسوده است و نیاز به بازسازی و نوسازی دارد . در ساعات اوج مصرف یا در مناطق با شبکه توزیع فرسوده، افت ولتاژ و نوسان ولتاژ بیشتر دیده می‌شود. همچنین کلیدزنی‌های شبکه، صاعقه و خطاهای لحظه‌ای می‌توانند اضافه‌ ولتاژ ایجاد کنند.

هارمونیک و نویز

درایوها (VFD  )، رکتیفایرها، UPSها و منابع تغذیه سوئیچینگ می‌توانند هارمونیک تولید کنند. هارمونیک با نوسان ولتاژ یکی نیست، اما می‌تواند کیفیت برق را تخریب کند و در کنار نوسان برق باعث خطاهای بیشتر، داغ شدن تجهیزات و استهلاک آنها شود.

نشانه های دوفاز شدن برق سه فاز و تکفاز و راه های کنترل آن

در عمل دو موضوع را باید از هم جدا کنیم؛ دو فاز شدن در سه‌ فاز به معنی قطع یک فاز و در تک‌ فاز به معنی قطع نول است. نوسان برق به معنی افت یا افزایش ولتاژ، قطع‌ و ‌وصل لحظه‌ای و تغییرات پیوسته است. در ادامه برای برق سه‌فاز و تک‌فاز، نشانه‌ها و راه‌های کنترل یا پیشگیری را مورد بررسی قرار میدهیم.

نشانه‌های دو فاز شدن و راهکار رفع آن در برق سه فاز

دو‌ فاز شدن برق سه‌ فاز معمولاً با افت گشتاور موتور، افزایش جریان در فازهای باقی‌مانده، داغ شدن سریع و لرزش غیرعادی همراه است. برای رفع آن باید منبع تغذیه، فیوزها، کنتاکتور، اتصالات کابل و رله کنترل فاز بررسی شده و در صورت نیاز از حفاظت قطع فاز مناسب استفاده شود. در ادامه به بررسی نشانه های دوفاز شدن برق سه فاز میپردازیم.

نشانه‌های دو فاز شدن در موتور سه فاز

موتور استارت نمی‌خورد و فقط صدایی مانند وزوز دارد (به‌خصوص زیر بار)؛ اگر موتور در حال کار باشد، ممکن است ادامه دهد اما گشتاور افت شدید پیدا میکند؛ سرعت کاهش پیدا میکند؛ موتور داغ میکند و جریان در فازهای دیگر به صورت نامتقارن افزایش پیدا میکند.

نشانه‌های دو فاز شدن تابلو و تجهیزات قدرت

• پریدن یکی از فیوزها یا قطع یک پل در کلید های کاردی (دو فاز باقی می‌ماند).
• داغ شدن ترمینال، کابل یا یک پل کنتاکتور، بوی سوختگی، تغییر رنگ سرسیم.
• عملکرد ناقص هیترهای سه‌ فاز یا بارهای مقاومتی (کاهش توان محسوس).

نشانه‌های دو فاز شدن روی اینورتر

• آلارم‌های متداول : Phase Loss / Input Phase Failure / Unbalance / Undervoltage
• ایجاد خطا در لحظه استارت یا زیر بار.

راه‌های تشخیص و حفاظت تجهیزات هنگام دوفاز شدن برق سه فاز

تشخیص دو‌فاز شدن برق سه‌فاز معمولاً با رله کنترل فاز، پایش عدم‌تعادل ولتاژ و افزایش غیرعادی جریان موتور انجام می‌شود. برای حفاظت تجهیزات، استفاده از رله فاز مناسب، تنظیم صحیح حفاظت اضافه‌جریان در اینورتر یا بیمتال و قطع سریع مدار ضروری است تا از آسیب جدی به موتور و درایو جلوگیری شود. در ادامه به بررسی راه های تشخیص و حفاظت تجهیزات هنگامی که برق سه فاز، دو فاز شده است؛ میپردازیم.

• رله کنترل فاز: بهترین راه برای تشخیص قطع فاز و عدم‌تعادل و قطع ایمن مدار.
• حفاظت درست موتور: استفاده از MPCB (کلید حرارتی یا محافظ موتور) یا بی‌متال با تنظیم صحیح (برای جلوگیری از ادامه کار موتور در حالت خطرناک).
• بررسی کیفیت و سلامت کنتاکتور، فیوز و ترمینال‌بندی:  خیلی از دو فاز شدن‌ها از سوختن یک پل کنتاکتور یا شل شدن اتصال می‌آید.
• برای خطوط حساس: مانیتورینگ ولتاژ سه‌فاز یا پاورآنالایزر جهت ثبت رخدادها (اگر تکرارشونده است).

نشانه‌های نوسان برق و کنترل آن در برق سه فاز

از نشانه های نوسان برق و کنترل میتوان به موارد زیر اشاره کرد:

• چشمک زدن روشنایی در کارخانه، کارگاه یا تغییر محسوس نور.
• تریپ‌های Undervoltageیا Overvoltage در درایوها و منابع تغذیه.
• ریست PLCیا HMI یا قطع لحظه‌ای کنتاکتورها.
• لرزش و صدای غیرعادی در موتورهای زیر بار هنگام افت ولتاژ.
• داغ شدن غیرعادی تجهیزات، مخصوصاً اگر نوسان همراه با عدم ‌تعادل فازها باشد.

راه‌های کنترل یا پیشگیری نوسان برق سه فاز

برای کنترل و پیشگیری از نوسان برق سه‌فاز باید از استابلایزر سه‌فاز، رله کنترل ولتاژ و فاز، و بهبود کیفیت اتصالات و ارت استفاده شود. همچنین تنظیم صحیح اینورتر، تفکیک بارهای ضربه‌ای و تقویت شبکه تغذیه نقش مهمی در کاهش اثر نوسانات ولتاژ دارد. در ادامه به بررسی این راه ها میپردازیم.

• اصلاح زیرساخت: سطح مقطع مناسب کابل، کوتاه کردن مسیرهای ضعیف، سفت‌کاری اتصالات، جدا کردن بارهای ضربه‌ای (جوش، کمپرسور) از تغذیه کنترل.
•  SPD (برقگیر) تابلو: برای اضافه‌ولتاژهای تیز (صاعقه، کلیدزنی).
•  AVRیا استابلایزر سه‌فاز: برای زمانی که افت یا افزایش ولتاژ پیوسته دارید.
•  UPS برای بخش کنترل (PLC/HMI/شبکه صنعتی): جلوگیری از ریست در افت ولتاژ و قطع‌و ‌وصل لحظه‌ای.
• در موتورهای با توان بالا: راه‌اندازی نرم، اینورتر برای کاهش افت ولتاژ ناشی از جریان استارت.

نشانه‌های دو فاز شدن و کنترل آن در برق تکفاز

در  برق تکفاز، رایج‌ترین چیزی که مردم دو فاز شدن می‌نامند، قطع نول است (قطع یا شل شدن نول).از جمله نشانه های قطع نول موارد زیر هستند. در برخی موارد اتصال نول به فاز نا هم نام با فاز شبکه تکفاز نیز دوفاز شدن تلقی میشود.

• چراغ‌ها پرنور، کم‌نور می‌شوند و با روشن شدن یک وسیله تغییر می‌کند.
• بعضی پریزها ولتاژ بالا می‌گیرند و بعضی ولتاژ پایین.
• سوختن شارژرها، برد لوازم، بوی داغی، خرابی‌های پشت‌سرهم.
• در موتورهای تک‌فاز (یخچال، کولر):  زور زدن، صدای غیرعادی، داغ شدن.

راه‌های کنترل یا پیشگیری دوفاز شدن برق تکفاز

برای جلوگیری از دو‌فاز شدن در برق تک‌فاز (قطع نول یا اتصال نادرست)، استفاده از رله کنترل ولتاژ تک‌فاز، فیوز و کلید حفاظتی مناسب ضروری است. همچنین بررسی سلامت سیم نول، اتصالات تابلو و ارت استاندارد نقش مهمی در پیشگیری از آسیب به تجهیزات برقی دارد.

• اصلاح اتصال نول در کنتور، تابلو اصلی، شینه نول، جعبه‌تقسیم‌ها و سرسیم‌ها.

• محافظ ولتاژ با کیفیت برای لوازم خانگی (قطع سریع اضافه ‌ولتاژ + تاخیر وصل).
•  UPS برای بارهای حساس (مودم، سیستم، DVR، تجهیزات کنترلی).
• رله کنترل ولتاژ تک‌فاز در تابلو برای قطع بار در خارج از محدوده مجاز.
•  SPD(صاعقه گیر) به همراه ارت استاندارد برای کاهش آسیب ها
• استابلایزر تک‌فاز اگر افت یا افزایش ولتاژ به صورت پیوسته دارید.

نتیجه‌گیری و جمع‌بندی

نوسان برق مسئله ای نیست که فقط یک علت داشته باشد و همین باعث می‌شود خیلی‌ها راه‌حل اشتباه انتخاب کنند. اگر مشکل شما افت ولتاژ است، استابلایزر می‌تواند کمک کند. اگر مشکل سرج‌های تیز و کلیدزنی است، استفاده از برقگیر حفاظتی(SPD) در تابلو نقش مهمی را دارد؛ اگر مشکل ریست شدن و قطعی‌های لحظه‌ای است،  UPS بهترین انتخاب است؛ و اگر با شبکه سه‌فاز و خطراتی مثل عدم تقارن فاز یا قطع فاز مواجه هستید، رله کنترل فاز، ولتاژ ضروری می‌شود. لازم به ذکر است در مواقعی که قطع نول و دو فاز شدن برق داریم باید تمهیدات لازم را برای رفع آن در نظر گرفته شود؛ زیرا هم به تجهیزات آسیب می‌زند و هم می‌تواند خطر ایجاد کند.