theme wordpress
آموزش های پایه ای برقبانک خازنیتابلو برق

تابلو بانک خازنی – مشخصات و کاربرد آن ها

 

جدول محتوا

  • تعریف و مشخصات خازن ها
  • استفاده از خازن و بانک خازنی
  • اختلال گذرا و هارمونیک
  • تصحیح ضریب توان

تعریف و مشخصات خازن ها

یک خازن که به ” کندانسور” نیز معروف می باشد از دو هادی الکتریکی تشکیل شده است که توسط یک مواد عایقی از یکدیگر جدا شده اند و این موضوع در شکل زیر نمایش داده شده است.

شکل ۱- طرح ساده شده یک خازن
شکل ۱- طرح ساده شده یک خازن

مقالات مرتبط:

چرا بانک خازنی نباید زمین شود

پارامتر الکتریکی که تعریف کننده یک خازن می باشد ظرفیت خازنی و یا کاپاتیسانس ( نماد C) بوده و واحد اندازه گیری آن فاراد ( نماد F) می باشد. متداول ترین دی الکتریک های مورد استفاده در خازن عبارت از :

  • سرامیک
  • صفحات پلاستیکی
  • لایه اکسید روی فلز
  • میکا ، شیشه ، کاغذ ، هوا و مواد طبیعی مشابه
  • خلا

می باشد.

کاربرد خازن و بانک های خازنی

در سیستم های قدرت خازن و بانک های خازنی که بایستی بر اساس استاندارد IEC 60143 و IEC 60871 و یا استاندارد IEEE 824 باشند در کاربردهای همچون :

  • جبران توان راکتیو ( اصلاح ضریب توان ) که ناشی مصرف کنندگان و تاثیر القایی خطوط با طول بالا است.
  • فراهم کردن تنظیم ولتاژ
  • راه اندازی موتورهای تک فاز رتور قفسی

مورد استفاده قرار می گیرد.

یک بانک خازنی موازی ( بانک خازنی ساده) مجموعه ای از خازن ها است که به صورت سری و موازی در کنار هم قرار گرفته اند.

اغلب برای محافظت از خازن ها از فیوز استفاده شده و این فیوزها معمولا در خازن ها و یا داخل تابلوی بانک خازنی قرار می گیرد اما ممکن است در خارج از این بخش هم جای داشته باشد.

بانک های خازنی می تواند اتصال ستاره و یا مثلث داشته باشد. اتصال مثلث در شبکه های توزیع ولتاژ بالا و تاسیسات ولتاژ پایین استفاده می شود. شکل زیر موضوع گفته شده را شرح می دهد.

شکل ۲- طرح شماتیک یک بانک خازنی
شکل ۲- طرح شماتیک یک بانک خازنی

خازن ها ممکن است بعد از مدت زمان طولانی که از مدار خارج شدند هم انرژی را در خود ذخیره داشته باشند. این شارژ ممکن است به اتفاقات خطرناک ، شک های مرگبار و یا آسیب رسیدن به تجهیزات منجر شود.

بانک های خازنی ممکن است دارای یک مقاوت داخلی باشد تا این انرژی را به یک سطح امن تقلیل دهد تا پس از جدایی از مدار شرایط برای سایر بخش ها ایمن باقی بماند.

بانک های خازنی با ترمینال های اتصال کوتاه شده در انبار نگه داری می شود تا به علت خاصیت جذب دی الکتریک ولتاژ در آن ذخیره نشود.

بانک های خازنی فشار قوی در خازج از تاسیسات نصب می شود و در اطراف آن حصار برپا می شود و بانک های خازنی ولتاژ پایین در داخل تاسیسات در داخل محوطه فلزی نصب می شود.

در تاسیات ولتاژ متوسط این المان می تواند داخل و یا خارج از تاسیسات نصب شود.

حصار برپا شده در اطراف خازن باید دارای قفل بوده و دسترسی به داخل دارای یک تاخیر باشد تا مطمین شویم تخلیه کامل خازن صورت گرفته است.

مثال های از بانک خازنی در دو شکل زیر مشخص است

شکل ۳- بانک خازنی ولتاژ بالا
شکل ۳- بانک خازنی ولتاژ بالا
شکل ۴ - بانک خازنی ولتاژ پایین
شکل ۴ – بانک خازنی ولتاژ پایین

 

اختلال گذرا و هارمونیک

در طی کلید زنی بانک خازنی ، اختلال گذرا ( زمان کوتاه) در سیستم های قدرت رخ می دهد که ممکن است به تجهزات کلیدی و قابلیت اطمینان سیستم آسیب برساند.

مقالات مرتبط:

هارمونیک چیست و چگونه آنها را فیلتر و از سیستم حذف کنیم؟

هارمونیک ها چگونه بر عملکرد موتورها و ژنراتورها، ترانسفورماتورها، خازن ها و غیره تأثیر مخرب می گذارند

نوسان سیستم برق و پالسهای الکترومغناطیسی (EMP) می تواند با تغییر ناگهانی شرایط یک مدار ایجاد شود.

یکی از این اختلالات گذرا اضافه ولتاژ ( اضافه ولتاژ کلید زنی) است که می تواند سطح عایقی سیستم را تحت تاثیر قرار دهد.

در طی کلید زنی بانک خازنی ، حالت گذرا با دامنه و فرکانس بالا ممکن است رخ دهد.

امپدانس مدار مشخص کننده جریان در این حالت است.

از آنجایی که امپدانش کلی سیستم به صورت القایی در نظر گرفته می شود ، امپدانس شبکه با فرکانس افزایش می یابد و این در حالی است که امپدانس خازن کاهش یافته است.

این موضوع بیشتر جریانهای گردشی را در فرکانسهای بالاتر از فرکانس منبع اصلی (50 هرتز یا 60 هرتز) را ترغیب می کند تا توسط خازن و کلیه تجهیزات مرتبط با خازن جذب شود.

در شرایط خاص چنین جریانهایی می توانند از مقدار جریان خازن اصلی (50 هرتز یا 60 هرتز) فراتر روند. این جریان می تواند موجب اضافه ولتاژ اعمالی به دو سر دی الکتریک شود. هارمونیک ولتاژ ناشی از هارمونیک جریان به ولتاژ اصلی اضافه شده و باعث می شود این تنش ولتاژی توسط دی الکتریک ثبات یابد و برای این موضوع و کاهش دما و تنش در خازن ،  خازن ها باید طوری طراحی شوند که بتوانند این شرایط را تحمل کنند

خازن هایی که در معرض ولتاژ و جریان بالاتر از حد قرار بگیرند و یا طول عمر طبیعی آن ها به اتمام برسد در مدار از بین می روند. خرابی اتصال دی الکتریک یا فلز ممکن است قوس ایجاد کند که مایع دی الکتریک را تبخیر کند و در نتیجه آن حالت پوسیدگی ، پارگی یا حتی انفجار ایجاد شود.

خازن ها بایستی در شرایطی پایین تر از ولتاژ و جریان نامی خود قرار بگیرند.

استاندارد IEEE18-1992 و IEEE1036-1992 این مقادیر نامی را برای طراحی خازن به صورت موازی در شبکه های ac مشخص کرده اند و راهنمای استفاده از آن ها را مشخص کرده اند. این استانداردها تصریح می کند که:

  • خازن می بایست توانایی عملکرد پیوسته در ولتاژ rms به اندازه 110% نامی و یک پیک ولتاژ به اندازه 2×را داشته باشد. خازن می بایست قابلیت تحمل تا 135% جریان نامی را داشته باشد.
  • خازن نباید بیش از 115% و کمتر از 100% توان راکتیو را در ولتاژ و فرکانس نامی برای شبکه تامین کند.
  • ولتاژ نباید بیش از 110% درصد ولتاژ rms باشد.

اگر مشکلات هارمونیکی وجود داشته باشد، خود را در بانک های خازنی موازی به صورت سر و صدای شنیدنی ، فیوزهای منفجر شده یا خرابی خازن نشان می دهند.

مقالات مرتبط:

تاثیر ضریب توان منفی در سیستم ژنراتور دیتاسنترها

با تغییر فرکانس ، راکتناس تغییر کرده و می توانیم نقطه ای را بیابیم که در آن راکتانس خازن و شبکه برابر هم باشد. این نقطه فرکانس رزونانس نام دارد.

هر زمانی که تصحیح ضریب توان به شبکه های توزیع اعمال می شود ، کاپاسیتانس و اندوکتانس را در کنار هم قرار می دهد و در این حالت می توان فرکانسی رایافت که خازن ها با شبکه در رزونانس موازی قرار بگیرد.

اگر این حالت در قسمتی نزدیک به هارمونیک های ایجاد شده در تجهیزات کنترلی رخ دهد سپس جریان هارمونیکی بزرگ مابین شبکه و خازن در گردش قرار می گیرد. این چنین جریانی اختلالت هارمونیک ولتاژ را در شبکه افزایش می دهد.

این نتیجه در یک ولتاژ بالا غیرقابل قبول در سراسر دی الکتریک خازن همراه با یک جریان بیش از حد از طریق تمام اجزای جانبی خازن همراه است. معروف ترین مرتبه های هارمونیکی 5 ، 7 ، 11 و 13 است اما این موضوع می تواند در هر فرکانسی رخ دهد.

تصحیح ضریب توان

در تاسیسات الکتریکی ، صنعت ، چندین مصرف کننده به مانند موتور که دارای بار القایی مهمی هستند وجود دارد که باعث ایجاد شیفت زمانی مابین ولتاژ و جریان می شود که این موضوع در شکل زیر مشخص است.

شکل ۵ - جابه جایی فاز
شکل ۵ – جابه جایی فاز

تغییر فاز با نماد فی (Ф)  نشان داده می شود و می تواند ولتاژ عقب تر و یا جلوتر باشد.

اگر مدار خازنی باشد جریان به پیش فاز شده و اگر سیستم القایی باشد جریان عقب می افتد.

این تغییر فاز توان مفید( توان اکتیو – واحد W یا KW) را کمتر از توان ظاهری (واحد VA یا kVA) می کند و اختلاف توان راکتیو است.

مقالات مرتبط:

خازن و انواع خازن ها| ثابت، متغیر، قطبی و غیرقطبی

این توان ها در بردارهای زیر و مثلث توان مشخص است.

شکل ۶- مثلث توان
شکل ۶- مثلث توان

کسینوس (Ɵ (cos Ф ضریب توان است و می تواند مابین صفر و یک تغییر کند و رابطه آن به شکل زیر است:

P = S x cos Φ

Q = S x sen Φ

نتایج ضریب توان پایین عبارت از :

  • جریان بالا در سیم ها
  • تلفات بالا ناشی از اثر ژولی در هادی ها
  • افت ولتاژ بالاتر

در بیشتر کشورها شرکت های توزیع الکتریسیته اجازه نمی دهند که ضریب توان از حدی کمتر شود( در اروپا این پارامتر باید بالاتر 0.93 باشد cos Ф ≥ 0.93 <> tg Ф ≤ 0.4) ) و برای مشتریانی که این الزام را رعایت نمی کنند مجازات هایی اعمال می شود.

در خلال اصلاح ضریب توان ، مشتریان از این مجازاتها جلوگیری می کنند و علاوه بر این کاهش تلفات می تواند از مزایای اضافی کاهش تقاضای پست فرعی در شرایط اوج بارگیری استفاده کند و از ظرفیت سیستم آزاد شده نیز می توان برای انتقال قدرت واقعی تر از سیستم موجود استفاده کرد و در نتیجه یک سیستم با قدرت بهتر نتیجه می دهد.

با انجام این کار سطح مقطع هادی نیز کاهش می یابد.

در زمان نصب بانک خازنی لازم است که :

  • محاسبه سایز بانک
  • تشخیص موقعیت اتصال
  • انتخاب روش کنترلی

در نظر گرفته شود

برای محاسبه اندازه بانک خازنی ، معادلات زیر باید مورد استفاده قرار بگیرد :

Q [kVAr] = P [kW] x (tan Ф1 – tan Ф2

P توان اکتیو تاسیسات   Фاختلاف فاز بین ولتاژ و جریان در تاسیسات و Ф2  اختلاف فاز مطلوب است.

برای مشخص کردن محل نصب سه روش وجود دارد که بر اساس محل بار القایی این تصمیم گیری در آن صورت می گیرد.

  • تصحیح متمرکز : یک بانک خازن در نزدیکی تابلوی اصلی ورودی نصب می شود.
  • تصحیح غیرمتمرکز: بانک خازن در نزدیکی تابلو توزیع قرار می گیرد و برای مصرف کنندگانی که سبب کاهش ضریب توان شده اند تولید انرژی می کند.
  • تصحیح منطقه ای : بانک خازنی در نزدیکی هر مصرف کننده قرار می گیرد.
شکل ۷- تصحیح توان راکتیو متمرکز
شکل ۷- تصحیح توان راکتیو متمرکز
شکل ۸- تصحیح ضریب توان غیر متمرکز
شکل ۸- تصحیح ضریب توان غیر متمرکز
شکل ۹ - تصحیح ضریب توان محلی
شکل ۹ – تصحیح ضریب توان محلی

برای تاسیسات ولتاژ متوسط بانک های خازنی به چند پله تقسیم شده و با یک رله و یا کنترل کننده الکترونیکی کنترل می شود که این بخش کنترل کننده شرایط کل سیستم را مورد پایش قرار می دهد و این موضوع در شکل 10 مشخص شده است و هدف از این کار جلوگیری از انتقال توان راکتیو به شبکه  است که می تواند مجازاتی را در پی داشته باشد.

شکل ۱۰ - رگولاتور خازن
شکل ۱۰ – رگولاتور خازن

مقالاتی که حتما باید مطالعه کنید:

تست بانک خارنی

نگه داری بانک های خازنی

محسن ترابی

مهندس برق قدرت، فوق لیسانس برق قدرت از دانشگاه سراسری یزد، موسس ماه صنعت، متخصص در ژنراتور، دیزل، طراحی و ساخت موتورهای الکتریکی، سنکرون و سیستم های حفاظت الکتریکی به خصوص حفاظت ژنراتور. دارای گواهی ثبت اختراع ساخت موتور PMSM‌ معکوس گرد. هدف از ایجاد این وبسایت و مقالات آن آموزش در راستای توسعه ی صنعت برق کشور عزیزمان ایران می باشد و سعی می کنم مقالات کاربردی در راستای این هدف در وبسایت انتشار بدهم

نوشته های مشابه

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

بستن
بستن