بانک خازنی

در این مقاله به صورت کامل راجع به بانک خازنی صبحت می‌کنیم .

فهرست مطالب

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

ویدیو آموزش سیم کشی بانک خازنی :

تعریف و مشخصات خازن ها

یک خازن که به ” کندانسور” نیز معروف می‌باشد از دو هادی الکتریکی تشکیل شده‌است که توسط یک مواد عایقی از یکدیگر جدا شده‌اند و این موضوع در شکل زیر نمایش داده‌شده‌است.

مقالات مرتبط:

بانک خازنی در سیستم های قدرت

(این مقاله را حتما مطالعه کنید)

چرا بانک خازنی نباید زمین شود

پارامتر الکتریکی که تعریف‌کننده یک خازن می‌باشد ظرفیت خازنی و یا کاپاتیسانس ( نماد C) بوده و واحد اندازه گیری آن فاراد ( نماد F) می‌باشد. متداول ترین دی‌الکتریک‌های مورد‌استفاده در بخش زیر آورده شده‌است :

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

کاربرد خازن و بانک‌های خازنی

در سیستم‌های قدرت خازن و بانک‌های 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 بالا‌است.
• فراهم کردن تنظیم ولتاژ
• راه اندازی موتورهای تک فاز رتور قفسی

مورد استفاده قرار‌می‌گیرد.

ویدئو مرتبط : قطعات و مشخصات یک تابلو کنترلی PLC

یک بانک خازنی موازی ( بانک خازنی ساده) مجموعه ای از خازن‌ها است که به صورت سری و موازی در کنار هم قرار گرفته‌اند.

اغلب برای محافظت از خازن‌ها از فیوز استفاده شده و این فیوزها معمولا در خازن ها و یا داخل تابلوی بانک خازنی قرار می‌گیرد اما ممکن‌است در خارج از این بخش هم جای داشته‌باشد.

بانک‌های خازنی می تواند اتصال ستاره و یا مثلث داشته باشد. اتصال مثلث در شبکه‌های توزیع ولتاژ بالا و تاسیسات ولتاژ پایین استفاده میشود. شکل زیر موضوع گفته شده را شرح می‌دهد.

خازن ممکن‌است بعد از مدت زمان طولانی که از مدار خارج شدند هم انرژی را در خود ذخیره داشته‌باشند. این شارژ ممکن‌است به اتفاقات خطرناک ، شک‌های مرگبار و یا آسیب رسیدن به تجهیزات منجر‌شود.

بانک خازن

• 1- بانک خازنی ممکن‌است دارای یک مقاوت داخلی باشد تا این انرژی را به یک سطح امن تقلیل دهد تا پس از جدایی از مدار شرایط برای سایر بخش‌ها ایمن باقی بماند.

• 2- بانک خازنی با ترمینال‌های اتصال کوتاه شده در انبار نگه داری می‌شود تا به علت خاصیت جذب دی الکتریک ولتاژ در آن ذخیره نشود.
• 3- بانک خازنی فشار قوی در خازج از تاسیسات نصب میشود و در اطراف آن حصار برپا‌می‌شود و بانک خازنی ولتاژ پایین در داخل تاسیسات در داخل محوطه فلزی نصب‌می‌شود.

در تاسیات ولتاژ متوسط این المان می‌تواند داخل و یا خارج از تاسیسات نصب‌شود.

حصار برپا‌شده در اطراف خازن باید دارای قفل بوده و دسترسی به داخل دارای یک تاخیر باشد تا مطمین شویم تخلیه کامل خازن صورت گرفته‌است.

مثال‌های از بانک خازنی در دو شکل زیر مشخص‌است.

اختلال گذرا و هارمونیک

در طی کلید زنی بانک خازنی ، اختلال گذرا ( زمان کوتاه) در سیستم های قدرت رخ می‌دهد که ممکن‌است 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، خازن‌ها و غیره تأثیر مخرب می‌گذارند

 

نوسان سیستم برق و پالسهای الکترومغناطیسی (EMP) میتواند با تغییر ناگهانی شرایط یک مدار ایجاد‌شود. یکی از این اختلالات گذرا اضافه ولتاژ ( اضافه ولتاژ کلید زنی) است که می‌تواند 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 حالت‌است.از آنجایی که امپدانش کلی سیستم به صورت القایی در نظر گرفته می‌شود ، امپدانس شبکه با فرکانس افزایش می‌یابد و این در حالی است که امپدانس خازن کاهش یافته‌است.

این موضوع بیشتر جریانهای گردشی را در فرکانسهای بالاتر از فرکانس منبع اصلی (50 هرتز یا 60 هرتز) را ترغیب می‌کند تا توسط خازن و کلیه تجهیزات مرتبط با خازن جذب‌شود.در شرایط خاص چنین جریانهایی می‌توانند از مقدار جریان خازن اصلی (50 هرتز یا 60 هرتز) فراتر روند. این جریان می‌تواند موجب اضافه ولتاژ اعمالی به دو سر دی الکتریک شود. هارمونیک ولتاژ ناشی از هارمونیک جریان به ولتاژ اصلی اضافه‌شده و باعث می‌شود 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.

بانک خازنی

خازن‌ هایی که در معرض ولتاژ و جریان بالاتر از حد قرار بگیرند و یا طول عمر طبیعی آن‌ها به اتمام برسد در مدار از بین می‌روند. خرابی اتصال دی‌الکتریک یا فلز ممکن‌است قوس ایجاد کند که مایع دی‌الکتریک را تبخیر کند و در نتیجه آن حالت پوسیدگی ، پارگی یا حتی انفجار ایجاد‌شود.

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 کرده‌اند و راهنمای استفاده از آن ها را مشخص کرده‌اند.

این استانداردها تصریح می‌کند که:

• خازن می‌بایست توانایی عملکرد پیوسته در ولتاژ rms به اندازه 110% نامی و یک پیک ولتاژ به اندازه 2×را داشته‌باشد. و خازن می‌بایست قابلیت تحمل تا 135% جریان نامی را داشته‌باشد.
• 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 داشته‌باشد، خود را در بانک خازنی موازی به صورت سر و صدای شنیدنی ، فیوزهای منفجر شده یا خرابی خازن نشان می‌دهند.

مقالات مرتبط:

تاثیر ضریب توان منفی در سیستم ژنراتور دیتاسنترها

با تغییر فرکانس ، راکتناس تغییر کرده و می‌توانیم 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 شبکه‌های توزیع اعمال می شود ، کاپاسیتانس و اندوکتانس را در کنار هم قرار می دهد و در این حالت می توان فرکانسی رایافت که خازن 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 می‌گیرد. این چنین جریانی اختلالت هارمونیک ولتاژ را در شبکه افزایش می‌دهد.

این نتیجه در یک ولتاژ بالا غیرقابل قبول در سراسر دی‌الکتریک خازن همراه با یک جریان بیش از حد از طریق تمام اجزای جانبی خازن همراه‌است. معروف ترین مرتبه های هارمونیکی 5 ، 7 ، 11 و 13 است اما این موضوع می‌تواند 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 می‌شود که این موضوع در شکل زیر مشخص‌است.

 

تغییر فاز با نماد فی (Ф)  نشان داده‌می‌شود و می تواند ولتاژ عقب تر و یا جلوتر‌باشد.

اگر مدار خازنی باشد جریان به پیش فاز‌شده و اگر سیستم القایی باشد جریان عقب می‌افتد.

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.

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

این توان‌ها در بردارهای زیر و مثلث توان مشخص‌است.

کسینوس (Ɵ (cos Ф ضریب توان است و میتواند مابین صفر و یک تغییر کند و رابطه آن به شکل زیر‌است:

P = S x cos Φ

Q = S x sen Φ

نتایج ضریب توان پایین عبارت از :

• جریان بالا در سیم‌ها
• تلفات بالا ناشی از اثر ژولی در هادی‌ها
• افت ولتاژ بالاتر

در بیشتر کشورها شرکت‌های توزیع الکتریسیته اجازه نمی‌دهند که ضریب توان از حدی کمتر‌شود( 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 نمی‌کنند مجازات‌هایی اعمال می‌شود.

در خلال اصلاح ضریب توان ، مشتریان از این مجازاتها جلوگیری می‌کنند و علاوه بر این کاهش تلفات می‌تواند از مزایای اضافی کاهش تقاضای پست فرعی در شرایط اوج بارگیری استفاده کند و از ظرفیت سیستم آزاد‌شده نیز میتوان برای انتقال قدرت واقعی تر از سیستم موجود استفاده کرد و در نتیجه یک سیستم با قدرت بهتر نتیجه می‌دهد.

با انجام این کار سطح مقطع هادی نیز کاهش می‌یابد.

در زمان نصب بانک خازنی لازم‌است که :

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

در نظر گرفته شود و برای محاسبه اندازه بانک خازنی ، معادلات زیر باید مورد استفاده قرار بگیرد :

( Q [kVA_r] = P [kW] x (tan Ф₁ – tan Ф₂

P توان اکتیو تاسیسات   Ф₁ اختلاف فاز بین ولتاژ و جریان در تاسیسات و Ф₂  اختلاف فاز مطلوب‌است.

برای مشخص کردن محل نصب سه روش وجود دارد که بر اساس محل بار القایی این تصمیم‌گیری در آن صورت می‌گیرد.

• 1-تصحیح متمرکز : یک بانک خازن در نزدیکی تابلوی اصلی ورودی نصب می‌شود.
• 2-تصحیح غیرمتمرکز: بانک خازن در نزدیکی تابلو توزیع قرار می‌گیرد و برای مصرف کنندگانی که سبب کاهش ضریب توان شده‌اند تولید انرژی می‌کند.
• 3-تصحیح منطقه‌ای : بانک خازنی در نزدیکی هر مصرف کننده قرار می‌گیرد.

 

برای تاسیسات ولتاژ متوسط بانک‌های خازنی به چند پله تقسیم‌شده و با یک رله و یا کنترل‌کننده الکترونیکی کنترل می‌شود که این بخش کنترل‌کننده شرایط کل سیستم را مورد پایش قرار می‌دهد و این موضوع در شکل 10 مشخص شده‌است و هدف از این کار جلوگیری از انتقال توان راکتیو به شبکه‌است که می‌تواند مجازاتی را در پی داشته‌باشد.

 

مقالاتی که بهتر است مطالعه کنید:

تست بانک خارنی

نگه داری بانک های خازنی

لینک مقاله زبان اصلی:

CAPACITOR BANKS – CHARACTERISTICS AND APPLICATIONS