تابلوهای بانک خازن

همانطور که می دانید تابلوهای بانک خازن در صنعت برق بسیار پر کاربرد هستند.از طرفی اهمیت اصلاح ضریب توان (کسینوس فی)،و از طرفی کاهش هزینه های مربوطه و مزایایی که استفاده از این تابلوها برای مصرف کنندگان در پی دارد آنها را وادار به استفاده از تابلوهای بانک خازن در سیستمهای خود کرده است.

از اینرو برای دوستانی که علاقه مند به کسب اطلاعات فنی و مفید در این زمینه هستند، توضیحاتی    در بارهء اینکه چرا خازن استفاده میکنیم و خازن گذاری چه فوایدی میتواند برای سیستم ما به همراه داشته باشد برای انها در این پست گذاشته ام به همراه ارایه دو مطلب در این زمینه ،یک هندبوک فارسی که درباره مفهوم ودلایل اصلاح ضریب توان است که هندبوک شرکت المانی فراکوه است.مطلب اخر هم در باره معرفی تجهیزات میرا کننده جریان ضربه ای (Inrush Current)بانک های خازن و نحوه محاسبه انها است که این مطلب هم برای شرکت المانی(Epcos)  میباشد و به زبان لاتین است.این دو مطلب در پایان توضیحات این پست میباشد.

چرا خازن؟

اغلب دستگاه ها و مصر ف کنندگان الکتریکی برای انجام کار مفید نیازمند مقداری توان راکتیو برای مهیا کردن  شرایط لازم برای انجام کارمی باشند به عنوان مثال موتورهای الکتریکی AC برای تبدیل انرژی الکتریکی به انرژی مکانیکی، نیازمند تولید شار مغناطیسی در فاصله هوایی موتور هستند. ایجاد شار تنها توسط توان راکتیو امکان پذیر و با افزایش بار مکانیکی موتور مقدار توان راکتیو بیشتری مصرف می گردد.

عمدۀ مصر ف کنندگان انرژی راکتیو عبارتند از:

1) سیستمهای الکترونیک قدرت

الف) مبد لهای  (Rectifiers) AC/DC

ب )  مبد لهای (Inverters)   DC/AC

ج ( مبد لهای (Converters)  AC/AC    

د(   چاپرها(Choppers)                                  

2 ) مصر ف کنندگان یا تجهیزاتی که دارای مشخصه غیر خطی هستند.

3 ) مصر ف کنندگانی که در شکل موج ولتاژ محل تغذیه خود اعوجاج (هارمونیک) ایجاد می نمایند.

4 ) متعاد ل سازهای بارهای نامتعادل

5 ) تثبیت کنند ه های ولتاژ

6 ) کور ه های القایی

7 ) کور ه های قوس الکتریکی

8 ) سیستمهای جوش کاری DC ،  AC

هما نگونه که ذکر شد مصرف انرژی راکتیو اجتناب ناپذیر است.

انتقال انرژی راکتیو، انتقال جریان الکتریکی است و انتقالش نیازمند به کابل با سطح مقطع بزرگتر، دکل های فشارقوی مقاو متر و در نتیجه هزینه های مازاد است. همچنین افزایش تلفات الکتریکی و کاهش راندمان شبکه را نیز به همراه دارد. در مواردی مانند کاربردهای الکترونیک قدرت و متعادل سازی بارهای نامتعادل حتی انتقال انرژی راکتیوهم کارساز نبوده و باید انرژی در محل تولید گرد

خازن اصطلاحاً تولید کنندۀ انرژی راکتیو است، اما خازن توان راکتیو تولید نکرده بلکه مصر ف کنندۀ آن نیز می باشد.فقط در زمانی که القاگر انرژی راکتیو در خود ذخیره می نماید (از شبکه میکشد) خازن، انرژی ذخیره شدۀ خود رابه شبکه تحویل می دهد و در زمانی که القاگر انرژی ذخیره شد ه اش را به شبکه پس می دهد خازن از شبکه انرژی میکشد. حال اگر القاگر و خازن در کنار هم قرار گیرند، هنگامی که خازن انرژی میدهد القاگر آن انرژی را میگیرد و زمانی که خازن انرژی می گیرد القاگر انرژی میدهد که موجب تعادل انرژی بین القاگر و خازن گشته،تبادل انرژی بین مصر ف کننده و شبکه صورت نمی گیرد.

تثبیت ولتاژ

مورد استفادۀ دیگر خازن (انرژی راکتیو) تثبیت ولتاژ محل تغذیه بار است. افزایش بار به معنی افزایش دامنه جریان کشیده شده از شبکه و ازدیاد افت ولتاژ در محل تغذیه است. برای کاهش افت ولتاژ سه راه حل وجود دارد:

 1) تقویت شبکه

تقویت شبکه به معنای کاهش امپدانس معادل شبکه در محل تغذیه میباشد. انجام این مهم با افزایش ولتاژ شبکه ویا تغذیه چند سویه بار امکان پذیر است که برای اکثر مصرف کنندگان این کار امکان پذیر نیست.

2) کاهش بار

افت ولتاژ بیش از حد مجاز را با تقلیل دادن بار و یا تنظیم توالی زمانی بهره برداری دستگاه ها می توان جبران نمود.

3) استفاده از خازن

با تزریق کردن Q وار توان راکتیو به شبکه در محل مصرف ولتاژ از U 1  به U 2  افزایش می یابد،با استفاده از این ویژگی می توان به تثبیت ولتاژ پرداخت.

 ذکر این مساله بسیار حائز اهمیت است که تثبیت ولتاژ و تنظیم ضریب توان، به صورت همزمان امکا ن پذیر نیست.

 اثر نحوۀ اتصال بر مشخصات مجموعه

توان راکتیو خازن و مقدار مؤثر جریانی که هنگام اتصال خازن به شبکه، از شبکه به سمت خازن جاری میگردد به نحوه اتصال خازن و ولتاژ محل نصب و ظرفیت خازن به شبکه بستگی دارد.

از جمله مشخصات خازن ولتاژ نامی، جریان نامی، و توان راکتیو خازن است، طبق استاندارد:

بر اساس استاندارد ولتاژی است که خازن آن را به طور دائمی و بدون صدمه دیدن تحمل می کند 

ولتاژ نامیUnبر اساس استاندارد جریانی است باشد که خازن در ولتاژ و فرکانس نامی از شبکه      می کشد

جریان نامی Inمیزان توان راکتیو خارن، در ولتاژ و فرکانس نامی است

توان راکتیو نامیQn  تمامی خاز نها به صورت تک فاز ساخته می شوند. در ولتاژهای پایین خازن ها سه فاز و به صورت مثلث  به هم متصل میشوند.

در ولتاژهای بالا به دلیل مشکلات ایزولاسیون، و در ظرفیت های زیاد به دلیل مشکلات انـتقال حرارت وخنک سازی خازن، خاز نها به صورت تکفاز ساخته می شوند. اتصال خازن های تکفاز به دو صورت اتصالات ستاره و یا مثلث امکا ن پذیر است و بــسته به نوع اتصال، جریــا نهای متفاوتی از شبکه می کشند.

به عنوان مثال می توان سه خازن 10 کیلووار، 400 ولت را به صورت ستاره به هم متصل کرد و یا سه خازن 10کیلووار، 400 ولت را به صورت مثلث به هم وصل کرد. در این دو حالت اخیر هر دو بانک توان راکتیو یکسانی رابه شبکه تحویل داده، جریان یکسانی از شبکه می کشند ولی جریان عبوری از هر خازن در دو حالت برابر نیست. باذکر مثالی به بررسی اثر نحوه اتصال خازن های تک فاز، در مقدار قدرت راکتیو بانک خازنی حاصل می پردازیم:

سه عدد خازن تک فاز 10 کیلووار، 400 ولت یک بار به صورت مثلت و یک بار به صورت ستاره به شبکه متصل میشوند.

فرکانس شبکه = 50 هرتز                              ولتاژ شبکه = 400 ولت

جریان نامی خازن = 25 آمپر                          توان راکتیو نامی خازن = 10 کیلو

		اتصال ستاره	اتصال مثلث
جریان هر خازن		14/4 آمپر	25 آمپر
جریان کل کشید هشده از شبکه		14/4 آمپر	43 آمپر
توان راکتیو تحویلی به شبکه		10 کیلووار	30 کیلووار

ضریب توان

ضریب توان، معیار برای سنجش میزان توان راکتیو مورد نیاز دستگاه مصر ف کنندۀ برق، برای انجام تبدیل انرژی م یباشد، ضریب توان براساس تعریف نسبت توان اکتیو مورد نیاز به کل توان الکتریکی تعریف می گردد و همیشه بین  1- و1   تغییر  می کند از 1+ الی 0 برای بارهای القایی و از 0 الی 1- برای بارهای خازنی میباشد.

با اتصال خازن به بار، ضریب قدرت کل مجموعه مصرف کننده و خازن تغییر می کند چرا که بخشی از انرژی راکتیومورد نیاز مصر ف کننده را خازن تأمین میکند و تنها باید جزء باقیمانده را از شبکه دریافت کند.

مکانیسم عملکرد خازن

در یک مصر ف کنندۀ الکتریکی پس فاز با زاویه فاز جریانی که از شبکه کشیده میشود شامل دو جزء اکتیو I p و راکتیو Iq است ا گر خازنی به دو سر مصرف کننده متصل نماییم خازن جریان راکتیوی برابر IC از شبکه میکشد که در خلاف جهت جریان راکتیو باراست. لذا جریان راکتیوی که توسط مجموعه مصر ف کننده و خازن از شبکه کشیده می شود به انداز ۀ IC کاهش می یابد و به مقدار( IQ − IC ) میرسد.

 با اتصال خازن به بار، ضریب قدرت کل مجموعه مصرف کننده و خازن تغییر می کند چرا که بخشی از انرژی راکتیومورد نیاز مصر ف کننده را خازن تأمین میکند و تنها باید جزء باقیمانده را از شبکه دریافت کند

منبع: آرشیو تحقیق و مقالات برق