تنش حفاظت از بانکهای خازنی

تنش ایجاد شده در حین برق‌دار کردن و بهره‌برداری بانک های خازنی

تنش حفاظت از بانکهای خازنی در برابر فیوزها، که در IEC 60549 به آن پرداخته می‌شود، به دو دسته تقسیم می‌شود: تنش در هنگام برق‌دار شدن بانک خازنی (جریان هجومی که بسیار شدید‌است و می‌تواند باعث خرابی یا پریدن فیوزها‌شود) و تنش در حین کار (وجود هارمونیک ممکن‌است به افزایش بیش از حد دما منجر‌شود).

حفاظت بانک‌ خازنی با استفاده از فیوزها (آنچه در عکس می‌بینید یک بانک خازنی 10 kV, 250 kVar حفاظت شده توسط فیوز‌است.)

انواع اصلاح ضریب توان توسط بانک خازنی

تنش حفاظت از بانکهای خازنی

مقاله مرتبط:

بانک خازنی در سیستم های قدرت (مقاله ای کامل راجع به بانک خازنی. مطالعه این مقاله توصیه می شود)

تابلو بانک خازنی – مشخصات و کاربرد آن ها

چرا بانک خازنی نباید زمین شود

فهرست

1. افزایش دما
2. پیک جریان هجومی
3. بانک خازنی تکی – مثال‌های عملی برای بانک خازنی تکی
4. بانک خازنی چند مرحله‌ای – مثال‌های عملی برای بانک خازنی چند مرحله‌ای

پیوست 1: مقاومت سرد فیوزهای Fusarc CF

پیوست 2: مشخصه زمان / جریان در محدوده Fusarc CF فیوزها

افزایش دما

در صورت استفاده از خازن‌ها، به دلیل وجود هارمونیک‌ها که باعث افزایش دمای اضافی می‌شوند، یک قاعده مشترک برای همه تجهیزات این‌است که جریان نامی را با ضریب 30 تا 40٪ دی ریت کنند.

این قانون به همان اندازه در مورد فیوزها نیز صدق می‌کند، که در صورت ترکیب با دی ریت مورد نیاز برای در نظر گرفتن نصب آنها، ضریب 1.7 به جریان خازنی اعمال می‌شود تا نرخ مناسب فیوز تعیین شود.

پیک جریان هجومی

2.1. بانک خازنی تکی

این نوع مدار را می‌توان مطابق شکل 1 نمایش داد که در آن:

• L= اندوکتانس ژنراتور
• R1= مقاومت فیوز (طبق پیوست 1)
• R2=  محاسبه می گرددUN, Isc و cos φ مقاومت مدار بالادستی که بر اساس.

  هنگامی که کلیدD  بسته می‌شود، جریان گذرا I_T به بار C اعمال میشود،  که در آن  R = R1+ R2، مطابق معادله زیر:

V ولتاژ A بهنگام بسته بودن‌است. مرتبه اندازه  L, R, C بدان معناست که می‌توان از جملات بعدی صرفنظر نمود. R² / 4L²  بر مبنایی که:

این جریان گذرا روی موج 50 هرتز قرار گرفته‌است، که نتیجه آن شکل موج جریان‌است که در شکل 2 نشان داده‌شده‌است.

عکس 2 

شکل موج جریان گذرا در شروع بکار بانک خازنی

 زمانیکه V به مقدار پیک می‌رسد، جریان در ماکسیمم مقدار خود‌است یعنی:

همانند ترانسفورماتورها، انتخاب فیوز را می‌توان با بررسی روابط بین جریان پیک و جریان نامی I_T / I_N  و همچنین افزایش ثابت زمانی، تأیید‌کرد. بنابراین، اگر:

و

تجربه نشان‌داده فیوز در زمان t_T  به ازای جریان I_T نباید بسوزد.

مثال عملی برای یک بانک خازنی تکی

• U_N= 10 kV
• I_Nbank = 35 A
• Isc = 40 kA (cos φ = 0.1)
• C = 3 × 10^-6F

با انجام محاسبات داریم:

• L = 46 × 10^-3H
• R₂= 5 × 10^-3 Ω.

مقادیر محاسبه‌شده بر اساس معیار حرارتی: 35 × 1.7 = 60 A  آمپر می‌باشد.

که منجر به انتخاب مقادیر استاندارد زیر می‌گردد: IN fuse = 63 A

در پیوست 1:

• R1 = 13 × 10^-3Ω برای یک فیوز در مقدار نامی 63A / 12kV
• or R = 27.5 × 10^-3Ω

بر مبنای این که:  I_T = 1670 A  و  τ = 33.5 × 10^-3 s

مقایسه با مشخصه زمان / جریان (پیوست 2، نقطه A) نشان می‌دهد که باید مقدار نامی A 125 انتخاب شود. بنابراین، R1 = 5 × 10 3 Ω و R = 19.5 × 10 3 Ω، بر اساس آن IT = 1670 A و τ = 47.2 x 10 3 s.

هنگامی که در منحنی‌ها نقطه (B)  ثبت می‌شود، این نقطه تأیید می‌کند که مقدار نامی A 125  در واقع صحیح‌است.

2.2. بانک خازنی چند پله‌ای

هنگامیکه بانک خازنی در موقعیت n قرار دارد، با فرض اینکه (n-1) بانک دیگر قبلاً روشن شده‌باشند، بار نوسانی یکسان خواهد‌‎بود. با این حال، در این حالت، بانکهای دیگر که به صورت موازی متصل شده‌اند به عنوان منابع اضافی با امپدانس داخلی بسیار پایین عمل خواهند کرد.

این امپدانس داخلی (اندوکتانس L_i در شکل 3) دارای اندوکتانس پراکندگی باسبارها و کابلها (از مرتبه  0.4 میکروهانری بر متر) و همچنین ممکن‌است از یک چوک حذف‌کننده تداخل تشکیل شده‌باشد که برای محدود کردن جریان ورودی استفاده می‌شود.

 

 

در واقع، این جریان نه تنها خطری برای عناصر فیوز ایجاد می‌کند، بلکه استقامت الکتریکی سوئیچ را نیز به خطر می اندازد و حتی ممکن‌است عمر سرویس‌دهی خازنها را نیز به خطر اندازد. از آنجا که جریان ورودی از طریق جریان L ممکن‌است ناچیز باشد، جریان ورودی با استفاده از فرمول زیر محاسبه می‌شود:

که در آن

اگرچه به نظر می رسد محاسبات شبیه به محاسبات حالت بانک خازنی تکی‌است، اما این محاسبات در واقع کمی پیچیده‌تر است. بناربراین باید:

1. یک فیوز بر اساس معیار حرارتی انتخاب نمود:
2. محاسبه:

1. محاسبه:

1. ثبت نقطه (I_T, t_T) در مشخصه جریان / زمان
2. در صورت لزوم، یک مقدار مجاز انتخاب و مقدار R_E جدید را محاسبه نمایید و فرآیند بازبینی را شروع کنید.

اگر پله‌ها یکسان باشند، یک محاسبه کفایت خواهد‌کرد. اما اگر اینگونه نباشند، باید چندین سناریو را مطابق با نحوه عملکرد بانک بررسی کنید.

مثال عملی برای یک بانک خازنی چند پله‌ای (چند مرحله‌ای)

• 3 بانک:
• U_N= 10 kV
• I_Nبانک = 35 A
• Isc = 40 kA (cos φ = 0.1)
• کابل ها = 5 rnor Li = 2 μH

زمانیکه پله سوم بسته می‌شود:

• Ci = 19.3 × 10^-6F and L_s = 1 μH
• Ri = 5 × 10^-3Ω and R_s = 2.5 x 10^-3 Ω

که بر اساس آن:

• C_E= 9 μF
• L_E= 3 × 10^-6 H
• R_E= 5 10^-3 Ω
• I_T= 16900 A
• τ = 8 × 10^-3s

مشخصه زمان / جریان داده‌های مشخصی را برای زمان‌های قبل از قوس کمتر از یک میلی ثانیه ارائه نمی دهند. مقدار ثابت I²t را می‌توان در این منطقه تخمین زد. اگر مقدار مینیمم بدنه مونتاژ فیوز A 125( فرض شده در مثال قبلی) باشد، مقادیر زیر را شامل میشود:

استرس اعمال‌شده در مونتاژ فیوز با مقدار نامی A 125 برابر‌است با:

0.8 × 10^-3 × (16900)² = 228 × 103 A² s و حتی 200 A نیز مناسب نیست.

این نوع بانک خازنی را از این طریق ماندد استفاده از فیوزهای Fusarc CF محافظت‌کرد. در بعضی موارد غیرممکن، راه حلی وجود دارد که شامل محافظت از هر سه بانک با یک فیوز مشترک واحد‌است (شکل 4 را ببینید).

تنش حفاظت از بانکهای خازنی

حالت 1:

این سه بانک را نمی‌توان به طور هم زمان برقدار کرد. در این حالت، هر بار که یک بانک برق دار میشود ، فیوز آن را فعال سازی یک بانک مجزا تفسیر می‌کند. فیوزی با مقدار جریان مجاز 125 آمپر می‌تواند جریان هجومی را تحمل نماید. (مثال بالا را ببینید).

اصلی‌ترین نوع تنش، تنش حرارتی‌است که منجر به اعمال جریانی برابر با 3 × 35× 1.7 = 179A  یا I_N fuse = 200A می‌گردد.

حالت 2:

هر سه بانک را می‌توان به طور هم زمان برقدار کرد. در اینصورت سیستم معادل با یک بانک مجزا با توانی سه برابر خواهد‌شد، یعنی:

• L = 46 × 10^-3H
• C = 9 × 10^-6F
• I_T= 2900A

با فرض اینکه مقدار نامی فیوز 200 آمپر‌است (R1 = 2.5 × 10^-3 Ω)، که در آن R2 = 14.5 × 10^-3 Ω) τ = 54 × 10^-3 s

نقطه C در پیوست 2 نشان می‌‌دهد که جریان 200 آمپر در اکثر موارد مناسب‌است. به طور متناقض، در این حالت، با وجود این واقعیت که محافظت از هر یک به صورت جداگانه غیرممکن‌است، می‌توان از هر سه بانک در سطح کلی با استفاده از یک فیوز محافظت‌کرد.

1- پیوست : مقاومت سرد فیوزهای Fusarc CF

 

2- پیوست : مشخصه جریان / زمان در محدوده فیوزهای Fusarc CF (اشنایدر الکتریک)

مرجع // طراحی و کاربرد فیوزهای محدودکننده جریان ولتاژ متوسط نوشته O. Bouilliez و  J.C. Perez Quesada

مقالات مرتبط:

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

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

تاثیر ضریب توان منفی در سیستم ژنراتور دیتاسنترها

نگه داری بانک های خازنی

تست بانک خارنی

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

تنش حفاظت از بانکهای خازنی