ساخت تابلو بانک خازنی – فیلتر هارمونیک بانک خازنی

تابلو بانک خازنی و انتخاب خازن و فیوز ها

طراحی و ساخت بانک خازنی متفاوت‌است و مانند تابلو توزیع استاندارد ساده نیست. هنگامی که با چنین تابلو هایی سرو کار داریم، چندین پارامتر خاص و موارد دیگر وجود‌دارد که باید در نظر گرفته‌شود.

آموزش گام به گام برای ساخت تابلو بانک خارنی و تابلو جبران سازی توان راکتیو (اعتبار عکس: Elpro kriznic)

این مقاله بخشی از رساله آقای “Jakub Kepka”‌است که بر روی موضوع “جبران سازی توان راکتیو” کار کرده است. من مدتها بود که چنین کار خوبی نخوانده بودم . عالی‌است…

انواع اصلاح ضریب توان توسط بانک خازنی

هدف پروژه تحت عنوان ” تابلو جبران سازی توان راکتیو ” عبارت بود از طراحی بانک خازنی با قدرت ۲۰۰ kvar و ولتاژ V۴۰۰ برای کار با شبکه برق سراسری ، در جایی که هارمونیک های  مرتبه بالا وجود دارند. بانک خازنی وظیفه تامین توان راکتیو  را دارد که با کنترل خودکار توسط تنظیم کننده ضریب توان کنترل شود (رگولاتور خازن).

این نوع دستگاه به دلیل قیمت آن در مقایسه با فیلترهای فعال [1]به عنوان جبران کننده توان راکتیو انتخاب شده‌اند. به علت کار دائم در زمان ساخت بانک خازنی ، ضروری‌است که تمامی استاندارد مورد نیاز و لازم را از نظر عناصر، ابعاد، اتصالات، سطح مقطع سیم ها، محافظت از خازن ها را تا  زمانی که نیاز به آزمایش دارد و توسط آزمایشگاه معتبر پذیرفته شود، مد نظر قرار داد.

با مد نظر قرار دادن این نکته، اولین کاری که باید انجام شود این است که الزامات اساسی بانکهای خازنی را طبق استانداردها بررسی کنید. مهم‌ترین استانداردهایی که در طول فرآیند طراحی و ساخت بانک خازنی مورد استفاده قرار گرفتند، عبارتند از:

• EN 61921:2005
• EN 60439-1:1999
• IEC 60831-2

EN 61921:2005:

الزامات عمومی  ساخت تابلو بانک خازنی را توصیف می کند. مهمترین آنها در زیر نام برده شده‌است:

دسترسی به عناصر خاص المان‌های درون بانک خازنی و نوع قرار گیری آنها باید آسان باشد، به طوری که مشکلی برای جایگزینی یک عنصر در صورت خرابی وجود نداشته‌باشد.

شاخص محافظت (IP) به محل نصب بانک خازنی بستگی دارد. اگر بانک خازنی در اتاق برق تابلو‌‎ها قرار بگیرد، درجه حفاظت ۲۰ کافی‌است.

ساختار: می توان آن را در تابلو‌های قدرت دیگر در نظر گرفت یا اینکه در یک تابلو جدا گانه آن را ساخت.

علامت گذاری: مشخصات هر بانک خازنی باید ثبت شود که حاوی اطلاعاتی در مورد  تولید کننده ، شماره شناسایی ، تاریخ تولید ، توان مجاز (KVar)، ولتاژ مجاز (V) و حداقل و حداکثر دمای محیط ، شاخص حفاظت ، قدرت اتصال کوتاه بر حسب [ A ] است.

محتویات :

• محفظه
• آرایش عناصر
• خازن ها و راکتورها ی دی تیون
• مدار پذیرنده
• تعداد و نوع خازن‌ها
• کنتاکتورها
• حفاظت
• دیاگرام اتصال
• مدار اصلی
• مدار کنترلی

محفظه ساخت تابلو بانک خازنی

با داشتن اطلاعات بالا امکان یافتن اتاقک مناسب برای عناصر بانک خازنی میسر می‌شود. چون دستگاه در به شبکه اصلی برق متصل است ، جایی که هارمونیک‌های مرتبه بالا  وجود دارند ، خازن‌های باید توسط راکتورها (سلفهای سری) محافظت شوند. هر خازن و هر راکتور  دارای مقداری تلفات هستند و گرما ساطع می‌کنند.به همین دلیل لازم است که فن خنک کننده در اتاقک و داخل تابلو نصب شود تا در صورت لزوم جریان هوا در محفظه جریان پیدا کند و عناصر را خنک کند. حداکثر درجه‌حرارت در اطراف خازن نمی‌تواند بالاتر از فهرست جدول زیر باشد.

Table1 – شرایط دمایی بر اساس استاندارد  IEC 60831-2

مساله سرمایش بسیار مهم است . زیرا خازن ها و راکتورها که در شرایط دمایی نامناسب کار می‌کنند ، در معرض خطر گرم شدن بیش از حد قرار دارند و طول عمر آن‌ها کوتاه‌تر می‌شود. برای جلوگیری از این امر ، فرد باید چند قانون را دنبال کند که از تاثیرات ناخواسته جلوگیری خواهد کرد . اینها به شکل زیر هستند   ( به طور کلی برای فریم های تابلو) :

• برای تأمین حداکثر سرعت جریان هوا، نیاز‌است تا فاصله بین ورودی هوا و خروجی بسیار دور باشد.
• اندازه مجرای هوای ورودی باید حداقل ده درصد بزرگ‌تر از خروجی باشد.
• از جریان هوا در زاویه نا مناسب یا خط زیگزاگ باید جلوگیری کنید
• برای خنک کردن اجباری، هواکش ها باید در پایین اتاقک تعبیه شوند تا هوای سرد را به تابلو برق وارد کند.
• درانتخاب فن جریان هوای واقعی باید در نظر گرفته شود , زیرا تئوری بودن آن می‌تواند اثر فشار متقابل را بالاتر ببرد.

دستگاه هواکش باید توسط یک متخصص نصب شود، لازم‌است که بازده سیستم خنک‌کننده را محاسبه کنید. به طور کلی , ما می‌توانیم فرض کنیم که اتلاف توان، خازن توانی ( از جمله سیمها، دشارژ مقاومت و کنتاکتورها ) تقریبا 7W per / kvar   برای مدار پذیرنده ( خازن و رآکتور )‌است.

طبق فرمول:

D = 0.3 × Ps [m3/h]

D = 0.3 × (200 × 7) = 420 [m3/h]

در این جا

D: حداقل بهره وری هواکش‌ها

Ps: اتلاف توان کلی مدار پذیرنده (اتلاف توان راکتور و خازن)

با در نظر گرفتن قوانین بالا، فریم تابلو زیر انتخاب می‌شود.

جدول ۲- اندازه تابلو بانک خازی

 

شکل زیر کابین داخلی را نشان میدهد.

(شکل 2)محفظه تابلو بانک خازنی

همان طور که می‌بینید هیچ طبقه در این محوطه وجود ندارد. این نوع ساختار به جریان هوا اجازه میدهد که به راحتی تا بالای کابین منتقل شود، که برای تهویه بهتر مقداری بالا می‌رود.

آرایش المان ها در ساخت تابلو بانک خازنی

چیدمان المان ها در داخل محفظه باید برای نگهداری و جایگزینی به آسانی در دسترس باشد و هر المان باید با توجه به مستندات فنی به طور واضح علامت‌گذاری شود.

در این پروژه ، برای مقررات ساخت محفظه، راه‌حل زیر در نظر گرفته شده‌است ( شکل ۳ را ببینید ).

المان no.1,2 (قلم بنفش) در اینجا بخش های فلزی وجود دارد که این بخش های فلزی برای کنتاکتورها و تجهیزات حفاظتی بخش‌های خاصی از بانک خازنی را تشکیل می‌دهند.

المان no.3 مانع بین خازن و رآکتور است را نمایان میکند. همه عناصر ۱ ، ۲ ، ۳ از تولید کننده یکسان ، برگرفته از کاتالوگ یک‌سان ، به منظور ساخت آسان‌تر و کاهش تنوع قطعات حاصل می‌شوند.

شکل 3 آرایش المان ها در تابلو بانک خازنی

نیاز بعدی برای رآکتورها این‌است که در بالای خازن‌ها قرار داده می‌شود ، زیرا آن‌ها نسبت به خازن ها گرمای بیشتری دارند و سبک‌تر هستند و می‌توانند باعث بالا رفتن دمای خازن شوند. اگر کسی بخواهد راکتورها را در همان کابین قرار دهد ، باید آنها را به صورت فیزیکی توسط یک مانع از هم جدا شوند.

این همان چیزی است که در EN ۶۱۹۲۱ ذکر شد : بخش ساخت‌وساز ۲۰۰۵

در این پروژه , مانع به وسیله یک تابلو فلزی که بین خازن‌ها و راکتورها قرار داده شده‌بود، ایجاد‌شد.

خازن ها و راکتورها برای ساخت تابلو بانک خازنی

گام بعد، انتخاب خازن های قدرت مناسب‌است. یعنی ، نیاز است که فرد به ولتاژ و توان مجاز‌ توجه کند. از آنجا که خازن ها به صورت سری با راکتورها کار می کنند، عاملی است که باعث افزایش ولتاژ در ترمینال های خازن ها می‌شود.

مطابق با دیتاشیت‌های ارائه شده توسط سازندگان، بیشتر خازن ها نمی توانند ولتاژ  1,1×U_n   بیش از 8 ساعت در روز  را تحمل کنند. به همین دلیل، نیاز هست که خازنهایی با  ولتاژ مجاز بالاتر از ولتاژ برق اصلی انتخاب شود.

به همین دلیل باید مورد زیر را مورد توجه قرار داد:

همانطور که ولتاژ بالا و پایین میشود ، توان راکتیو خازن نیز مطابق با فرمول زیر تغییر می‌کند :

 

 

در اینجا:

توان محاسبه شده خازن

توان اسمی در ولتاژ مجاز

ولتاژ منبع

ولتاژ مجاز خازن

در این پروژه توان اسمی بانک خازنی در 400ولت فرض شده است. بیایید یک مثال را محاسبه کنیم. با در نظر گرفتن خازن با توان مجاز ۲۰ kvar و ولتاژ مجاز 440 ولت و  تغذیه شده توسط برق با ولتاژ 400 ولت.

اگر راکتور و خازن به صورت سری به هم متصل نباشند این نوع محاسبه درست‌است،.

وقتی ما توان راکتیو کل خازن‌ها را می‌دانیم، می‌توانیم مجموعه‌ای از خازن‌ها را برای تصحیح ضریب توان انتخاب کنیم. 200kvar باید با تعدادی از خازن ها تقسیم شود. با در نظر گرفتن این موضوع ، باید تعداد خازن‌ها مورد استفاده لحاظ شود. با این حال ، قبل از اینکه خازن‌ها انتخاب شود ، باید نگاهی نزدیک‌تر به تعداد خروجی  رگولاتور داشته باشیم، و رآکتور که توان کلی بخشهای بانک خازنی را تغییر می‌دهد را در نظر بگیریم.

 مدار پذیرنده

دستگاههایی که بر پایه الکترونیک قدرت  بنا شده‌اند دارای تأثیر منفی و قابل توجهی بر کیفیت انرژی هستند. از آنجا که امروزه، تعداد آنها رو به افزایش‌است , نیاز  به طراحی دقیقتر  و بهتر بانک‌های خازنی‌است که بتواند به خوبی با ولتاژ و جریان غیر معمول و دارای هارمونیک کار کنند.

این شرایط توسط رآکتورهای به اصطلاح دیتیونینگ بدست می‌آید که با خازنها به وسیله کلید قدرت وصل می شوند. خازن و رآکتور با یک اتصال سری به عنوان یک مدار پذیرنده نامیده می‌شود.

این ارتباط در تصویر زیر به نشان داده‌شده‌است.

شکل 4 بانک خازنی با راکتور دیتیون

با باتوجه به شکل:

خازن و سلف بصورت سری متصل‌شده و خازن و سلف یک مدار رزونانس با فرکانس طبیعی f_r ایجاد می‌کنند. برای فرکانس های پایین تر از  شامل فرکانس 50 هرتز. ، مدار رفتار خازنی دارد که می‌تواند توان راکتیو القایی را جبران کند. برای تمام فرکانس‌های بالاتر از فرکانس طبیعی، مدار پذیرنده رفتاری القایی دارد. این امر از پدیده رزنانس بین بانک خازنی و شبکه جلوگیری می‌کند. در فیلترهای دیتیون پارامترهای l و c باید دارای مقداری باشند که مقدار فرکانس طبیعی بانک خازنی کوچک‌تر از حداقل فرکانس هارمونیک‌های موجود در شبکه برق باشد.

به عنوان مثال در صورتی که دریافتیم که، در شبکه هارمونیک های زیر وجود دارد: پنجم، هفتم، یازدهم و سیزدهم، پارامترهای LوC باید به گونه ای انتخاب شوند که فرکانس رزنانس در محدوده 174 – 210Hz (معمولاً 189 هرتز) باشد. این نوع فیلتر در بانکهای خازن اتوماتیک مورد استفاده قرار می‌گیرد.

در ادامه:

اگر کسی بخواهد عملکرد بانک خازنی را بدون استفاده از راکتورهای رزنانس در نظر بگیرد ، قبل از گرفتن تصمیم که آیا راکتورها نصب شوند یا نه، به شدت توصیه می‌شود که اندازه‌گیری‌های هارمونیکی در محل نصب cb انجام شود ، جایی که هارمونیک‌های مرتبه بالاتر برای تامین ولتاژ و جریان حضور دارند.

همانطور که می‌توان متوجه شد ، رآکتورها بخش بسیار مهمی از بانک خازنی هستند، و آن‌ها نمی‌توانند در فرآیند طراحی حذف شوند. آنها همچنین باعث افزایش ولتاژ خازنی که بصورت سری متصل است‌می‌شود . افزایش ولتاژ، توان خازن را تغییر می‌دهد.

بنابراین، یک سری محاسبات وجود دارد که نیاز هست که در طول فرآیند طراحی انجام شود.

ابتدا، همانطور که در بالا گفته‌شد ، بر مبنای آنالیزهای دقیق شبکه و با دانستن محتوای هارمونیک در ولتاژ / جریان ضریب دیتیونینگ را می توان پیدا کرد. از آنجا که بانک خازنی در این پروژه هیچ شبکه مشخصی را برای فعالیت با آن مشخص نکرده‌است, اما برای اثبات توسط شرکت ELEKTROTIM ساخته‌شد، فرض بر این بود که باید بتواند در فرکانس رزنانس 189 هرتز کار کند.

معمولا ، این بخش از اطلاعات از تحلیل شبکه به دست می آید . هنگامی که فرکانس شناخته‌می‌شود ، گام اول محاسبه ضریب دیتیونینگ است.

ضریب دیتیونینگ نشان‌دهنده توانایی مدار پذیرنده برای فیلتر کردن هارمونیک های مرتبه بالاتر است. با حرف p نشان داده می شود و بصورت درصد بیان می شود. می توان آن را به عنوان نسبت راکتانس راکتور با راکتانس  خازن تعریف کرد.

با این حال ، با توجه به فرمول زیر ، می‌توان بر مبنای فرکانس شبکه و فرکانس طبیعی مدار محاسبه نمود :

 

 

طیف نمونه از محدوده هارمونیک مرتبه بالاتر شامل هارمونیک پنجم و هفتم‌است ، که معمولا ً در شبکه برق اصلی وجود دارند و بیش‌ترین سهم را در تامین جریان دارند.

جدول ۳- ضرایب دیتیونیگ و فرکانس‌های رزونانس مربوطه برای ساخت تابلو بانک خازنی

از آنجا که ضریب دیتیونینگ برای این پروژه به صورت P=7% در نظر گرفته شده، مشخص‌است که بانک خازنی باید مجهز به راکتورها باشد. به همین دلیل ، برخی محاسبات باید انجام شود تا توان خازن‌ها مناسب و ولتاژ مجاز آن با در نظر گرفتن توان راکتیو راکتورهای دیتیون باشد. این توان زمانی باید در نظر گرفته شود که توان حاصل از بخش بانک خازنی تعیین می‌شود.

ابتدا ، با توجه به فرمول زیر ، ظرفیت خازن باید براساس توان مجاز و مقدار ولتاژ مجاز خازن یافت شود :

 

 

در این فرمول:

f    فرکانس

 توان راکتیو مجاز خازن

  ولتاژ مجاز خازن

C ظرفیت خازن

با قبول فرضیات پروژه ، برای 0.7p =  و در نظر گرفتن مقدار حساب C که در فرمول بالا محاسبه شد ، می ‌توان مقاوت خازنی و القایی را تعیین کرد.

مقاومت حاصل مدار پذیرنده بصورت زیر‌است:

با محاسبه مقادیر بالا ، می ‌توان اندوکتانس فاز رآکتور را پیدا کرد :

همچنین جریان عبوری از خازن

اتصال سری راکتور در مدار ولتاژ ترمینال های خازن را بالا میبرد که با فرمول زیر بدست میاید:

تمام محاسبات بالا این امکان را می‌دهد که وقتی ولتاژ در طول ترمینال تغییر کرده‌است مقدار توان راکتیو بانک خازنی را به وسیله فرمول زیر دست آورد.

 

در مرحله بعد , توان راکتیو رآکتور دیتیون محاسبه می‌شود :

 

سپس ، توان حاصل از مدار پذیرنده بدست خواهد‌آمد:

جدول ۴- نتیجه ی محاسبات

 

 

در جدول بالا نتایج محاسبات نوشته شده‌اند. از آنجا که در بالا ذکر شد , بانک خازنی با ولتاژ منبع کار می‌کند که در آن هارمونیک‌های مرتبه بالاتر وجود دارند , باید مجهز به راکتورها شوند که بر مقدار کل توان راکتیو کل بانک خازنی تاثیر می‌گذارد.

به منظور پیدا کردن کل توان مجاز بانک خازنی از جمله راکتورها ، تمام محاسبات فوق باید انجام شود . اطلاعاتی که برای محاسبات در بالا گرفته‍‌‌‌شد :

جدول ۵- اطلاعات برای محاسبات

ولتاژ مجاز خازن که برای محاسبات در نظر گرفته شد تصادفی نیست، زیرا مشخص‌است که رآکتور با توجه به فرمول بالا Uc=Us (1-p)  ولتاژ را در طول ترمینال‌های خازن افزایش خواهد داد.

با در نظر گرفتن توان راکتیو بدست آمده از مدار پذیرنده و مشخص کردن آن به عنوان Q_RES و توان مجاز خازن  Q_cn ، می‌توان این نسبت را یافت.

ایده تعیین ضریب M این است که بدست آوردن توان کلی بانک خازنی هنگامی که مجهز به راکتورها است را آسان‌تر می‌سازد . برای پروژه :

به طور خلاصه، توان کلی خازن ها یی که در بانک خازنی بکار می‌رود بزرگ‌تر از توان مجاز CB فرض شده‌می‌شود . این مساله ناشی از اتصال سری راکتورها و خازن‌ها می باشد. از آنجا که ولتاژ در ترمینال‌های خازن، تا 430 ولت افزایش می‌یابد , خازن‌های بالاتر از حد مجاز ناچارند با ولتاژ 440 ولت استفاده شوند. با این حال ، توان اسمی خازن در ولتاژ نامی آن ، یعنی 20KVar در 440V  حاصل می شود.

اگر ولتاژ تغذیه اصلی ۴۰۰ ولت ، ولتاژ اسمی خازن 440 ولت ، و رآکتور موجب تغییر ولتاژ در ترمینال‌های خازنی و باعث ایجاد توان راکتیو اضافی به مدار شود ، تمام محاسبات معرفی‌شده در این مقاله باید انجام شود.

شماره و نوع خازن ها

زمانی که ضریب M و توان کل خازن ها که باید نصب شود محاسبه شد ، می ‌توان در نظر گرفت که چگونه خازن‌ها انتخاب شوند. در این نقطه ، تطبیق با خازن مهم است که اولین مورد در این سری خواهد بود .

تنظیم‌کننده‌های ضریب توان (رگولاتور بانک خازنی) با 6 یا 12 خروجی‌ تولید می‌شوند. این به این معنی است که حداکثر ۶ یا ۱۲ خازن می‌توانند روشن یا خاموش شوند.

بیایید نگاهی نزدیک‌تر به مجموعه زیر بیندازیم :

آ) 1:1:1:1:1:1

ب) 1:2:2:2:2:4

1:1:1:1:1:1… سری اول بیان میکند که در یک بانک خازنی شش خازن با توان یک‌سان وجود دارد. این نمایش یکنواخت اجازه می‌دهد تا خازن را روشن نگه دارد بدون اینکه منتظر بماند تا خازن دشارژ شود و آماده روشن شدن دوباره در یک زمان دیگر باشد. اولین عدد در سری ( که نشان‌دهنده افزایش توان نامی یک خازن است) که باید با دقت انتخاب شود.

معمولا , به نوسانات بار در شبکه که بانک خازنی با آن کار می‌کند وابسته است. این مسئله مهم‌است ، زیرا خازن بعدی در این سری باید برابر یا مضرب صحیحی از اولی باشد. این مجموعه باید در حال افزایش باشد.

1:2:2:2:2:4… در مورد b ، می ‌توان متوجه شد که اگر توان نامی اولین خازن در مجموعه برابر با ۱۰ kvar باشد ، پس دوم ، ۲۰ kvar است ، و غیره. پس از آنکه مجموع قدرت 220 کیلوواری که قرار است بین تعداد مشخصی از خازن ها توزیع‌شد، باید فهمید که نرخ معمول خازن های پیشنهاد شده در بازار داخلی و بین المللی چیست.

برای اهداف پروژه، محصولات شرکت ZEZ SILKO خریداری شد، زیرا آنها در مقایسه با سایر تهیه کنندگان، رقابتی بودند.

ویژگی‌های خازن های انتخاب شده برای ساخت تابلو بانک خازنی

این شرکت خازن ها را در سیستم های MKP و MKV تولید می کند. هر دو سیستم دی‌الکتریک در صورت خرابی خود به خود درست میشوند. لایه فلزی در صورت خرابی ولتاژ تبخیر میشود.

تشکیل یک سطح عایق بسیار کوچک بوده و عملکرد خازن را تحت‌تاثیر قرار نمی‌دهد. سیم‌پیچ‌ها به محفظه آلومینیومی وصل می‌شوند. محفظه مجهز به جدا کننده فشار بیش از حد است.

 

 

خازن‌های MKP از یک فیلم PP فلز اندود شده ساخته شده‌است. اتصال به سیم‌پیچ با اسپری روی انجام می‌شود.. در مورد خازن MKV ، الکترودها از کاغذ فلز اندود‌شده در هر دو طرف و فویل PP به عنوان دی‌الکتریک استفاده‌می‌شود. این سیستم با روغن معدنی اشباع می‌شود. خازن‌های الکترولیتی برای بارگذاری توان بالاتر و دمای محیط بیشتر مناسب هستند. در همین حال خازن ها به صورت عمده در سیستم MKP، MKV تولید می‌شوند.

Table 6 – Capacitors that are being offered by ZEZ Silko

اولین خازن این سری از توان20kvar برخوردار خواهد بود. اگر باقیمانده توان به صورت هوشمند مدیریت شود، می توان هزینه تنظیم کننده ضریب توان (رگولاتور بانک خازنی) را که یکی از آنها را انتخاب می کند، کاهش داد، که به جای 12 از 6 خروجی برخوردار‌است.

توضیحات نوع خازن

هر خازن توسط شرکت با نام خاصی مانند CSADG یا CSADP توصیف شده‌است. در این نماد، هر حرف یک ویژگی خازن را نشان می‌دهد:

جدول 7:

 

به منظور بررسی ، اگر خازن‌ها مناسب برای جبران توان راکتیو و مطابقت با فرضیات پروژه داشته‌باشند ، فرد می‌تواند توضیح نوع خازن را طبق جدول ۷ رمز گشایی‌کند.

براساس دو جدول بالا , خازن‌های زیر انتخاب شدند :

• 1 capacitor – CSADG 1-0,44/20
• 5 capacitors – CSADP 3-0,44/40

کنتاکتورها

آخرین مرحله ، انتخاب حفاظت از خازن‌ها و همچنین کنتاکتورها است . برای انجام این کار ، فرد باید کاتالوگ تولید کنندگان را بررسی کند.

کنتاکتورهای مربوط به بانکهای خازن با توجه طول عمر و همچنین یک ماژول اضافی که جریان ورودی خازن را محدود می کند طراحی شده‌اند.

جدول ۸- مقادیر نامی کنتاکتور ال جی جهت ساخت تابلو بانک خازنی

در جدول فوق، کنتاکتورهای ذکر شده از شرکت ال جی میباشند. برای انتخاب کنتاکتور مناسب برای هر خازن، باید به توان نامی توجه شود که در ولتاژ مجاز با توجه به توان دستگاه قابل دستیابی باشد.

بنابراین برای این پروژه که در آن خازنهای دارای توان 20kvar و 40kvar وجود‌دارد، کنتاکتورهای زیر MC – 32 و MC – 50 انتخاب شدند. آخرین ستون جدول نشان می‌دهد، چه نوع ماژولی برای کنتاکتور خاص باید مورد استفاده قرار‌گیرد. ماژول به طور جداگانه در دسترس‌است.

همچنین باید ولتاژ 230 ولت سیم پیچ کنتاکتورها را تأمین کند. می توان با نصب ترانسفورماتور با نسبت 400/230 به دست آورد.

محافظت

حفاظت اتصال کوتاه خازن ها توسط قطع کننده های سوئیچ ارائه می‌شود. برای خازن‌ها؛ فیوز خطی جریان مجاز باید 1.6 برابر جریان راکتیو مجاز خازن باشد.

(I_n=Q / (U_n×√3

در این فرمول:

 نرخ ولتاژ اصلی

Q توان نامی خازن را در ولتاژ برق مجاز

نه تنها خازن‌ها باید در برابر اتصال کوتاه محافظت شوند ، بلکه کل بانک خازنی نیز باید حافظت شود . معمولا ً در تابلو برق یک کلید برای حفاظت کل خازن ها نیز نصب می‌شود.

مقدار آن باید به صورت زیر انتخاب شود :

 استاندارد:در 1.36*

 بالاتر از حد مجاز 1.5*

 با راکتورها (n= 4.3): 1.21*

مساله مهم بعدی ارایه بخش مناسب از سیم‌ها و هادی‌ها است ، که باید قادر به مقاومت در برابر حداقل 1.5 از جریان راکتیو اسمی باشد.

لازم به یادآوری است که مدارهای کنترل و سرمایش نیز به حفاظت نیاز دارند. این امر توسط فیوز با جریان A6 مطابق با اسناد فنی PFR تهیه می‌شود.

دیاگرام اتصال

 مدار اصلی

کار بعدی، که طراح آن را بر عهده دارد ایجاد نمودار اتصال برای همه عناصری است که انتخاب شده اند تا در بانک خازن استفاده‌شوند نمایش داده‌شده‌است. بانک خازن باید دو نقشه فنی داشته باشد، یعنی نمودار مدار اصلی و نمودار مدار کنترل.

نمودار مدار اصلی باید اطلاعاتی را برای اتصال بانک خازن به تابلو برق ارائه دهد:

شکل ۵- مدار تغذیه در ساخت تابلو بانک خازنی

شبکه سه فاز وارد بانک خازنی می‌شود ( تابلو ولتاژ پایین ) . از طرف شبکه، توان ورودی از طریق میله‌های باس نصب‌شده در بانک خازنی توزیع می‌شود . بخش عرضی میله‌های باس به گونه‌ای انتخاب شده‌است که به راحتی بتواند جریان را تحمل کند .

علاوه بر این، دانستن تعداد مناسب عایق های نگهدارنده باس ها بسیار مهم است، زیرا قدرت اتصال کوتاه دستگاه را تعیین می کند. در مورد بانک خازن، سه عایق وجود دارد که قدرت اتصال کوتاه در حدود30-20kA‌است. نقاط اتصال (نقاط قرمز) L1، L2 و L3 نقطه اتصال خازن ها و راکتورها با میله های باس را نشان می‌دهد.

سه باس بار با (سطح مقطع 10 *10 میلی متر) L1، L2 و L3 از طریق سیم به اتصالات سوئیچ F1 – F6 وصل می‌شوند. تمام قطع کننده های سوئیچ دارای جریان 160A می‌باشند، تنها چیزی که آنها را از یکدیگر متمایز می کند، جریان فیوز‌است. ترمینال‌های 2،4،6 از هر جداکننده به راکتور سه فاز (D1 – D6) وصل می‌شوند. هر راکتور دارای حفاظت حرارتی‌است (کنتاکت 11 و 14).در مرحله بعد، راکتورها به صورت سری از طریق کنتاکتورها به هم متصل میشوند (K1 – K6). ترمینال های A1 و A2 (سیم پیچ کنتاکتور تأمین شده توسط منبع ولتاژ 230 ولت) کنتاکتور را تریپ می‌نند.

نمودار دوم “نمودار کنترل” در مورد جزییات چگونگی اتصال سیم پیچ های کنتاکتور با  محافظت حرارتی راکتورها با رگولاتور را توضیح می‌دهد.

روش ایجاد نمودار مدار کنترل در زیر بخش بعدی در چند مرحله نشان داده‌خواهد‌شد.

مدار کنترل

برای اتصال تمام تجهیزات کنترل و حفاظت به یک ریل ترمینال و ترمینال مربوطه نیاز‌است .

شکل ۷ –  ترمینال بانک خازنی

نوار ترمینال باید با دیاگرام مدار کنترل ، که قرار بود تجهیزات را به هم متصل کند ، فراهم شود . قسمت پایین نوار ترمینال برای اتصال سیم‌ها اختصاص داده‌می‌شود :

1. ترانسفورماتور جریان l – CT و k – CT از تابلو منبع تغذیه
2. حفاظت اتصال کوتاه رگولاتور، تهویه (FS – 1… F2.4) و همچنین راکتورها (D1 – D6)

قسمت بالایی ترمینال خروجی شامل خروجی‌هایی است که از طریق سیم ها به تجهیزات کنترل، حافظت و فن وصل می شوند. . حرف “R” بیان‌گر رگولاتور است “l – R” یعنی اتصال ترمینال “l” ترانسفورماتور جریان با ترمینال “l” در رگولاتور و غیره است. ترمینال‌های W1 – W3 به ونتیلاتورها اختصاص داده میشوند.

استخراج نوار ترمینال

طبق  نوار ترمینال، می‌توان مدار را قدم به قدم سیم کشی کرد.

شکل ۸- مدار کنترلی بانک خازنی

در مرحله اول، برای برق ترانسفورماتور Tr 40 / 230V (250VA) باید از فازهای L2 و L3 استفاده کنید. ترانسفورماتور از اتصال کوتاه توسط فیوز دو پل F1 و اتصال فیوز 6A محافظت می شود. در خروجی ترانسفورماتور، فاز L (230V) و خنثی N حاصل میشود.

ترانسفورماتور منبع ولتاژ 230 ولت را برای تجهیزات فراهم می‌کند.

• هواکش‌ها
• تنظیم کننده ضریب توان
• کویل های کنتاکتور

هواکش ها توسط ترموستات T کنترل می‌شود که زمانی که دما بالای ۳۵ درجه سانتیگراد بالا می‌رود آن‌ها را روشن خواهد کرد . فازL_{2 و}L₃ به رگولاتور از طریق فیوز FS2 متصل می‌شود .

تصویر بعدی از نقاط ۱ ، ۲ ، ۳ ، ۴ و ۵ در پایین شکل بالا ادامه خواهد یافت.

شکل ۹- وایرینگ مدار کنترلی بانک خازنی

با شروع از نقاط 1،2،3،4 و 5، طراحی مدار کنترل را ادامه دهید. شکل رگولاتور  RMB 10.6 را نشان می‌دهد.

تنظیم کننده ضریب توان (رگولاتور) RMB 10.6 – نسخه مینیاتوری از تنظیم کننده، که برای باتری های خازن کوچک و کم هزینه طراحی شده‌است. نصب بر روی ریل DIN 35 میلی متر. دارای 6 خروجی رله ای.

تنظیم کننده دارای سه ترمینال است:

 l، k، آلارم
L1، L2، L3، N
C، 1 – 6

ترمینال‌ها ” l ” و ” k ” برای ترانسفورماتور جریان که بر روی فاز l1 در تابلو اصلی نصب می‌شوند. آلارم ورودی به صورت سری با لامپ “LA” نصب‌شده روی در بانک خازنی‌است . چراغ زمانی روشن می‌شود که آلارم در داخل رگولاتور وصل شود.چراغ هر عملکرد یا خطای نادرست را در بانک خازن نشان می‌دهد، به دلیل نصب آن بر روی درهای بانک خازنی، از مسافت های دور قابل مشاهده خواهد بود.ترمینال دوم حاوی ترمینال‌های L1، L2، L3 و N.‌است. ترمینال L1 و N به ترتیب به فاز L و سیم خنثی N از ترانسفورماتور متصل میشوند. این برق رگولاتور را تامین می کند

فازهای L2 و L3 به ترتیب به ترمینال های L2 و L3 وصل میشوند. این ترمینال ها مسئول اندازه‌گیری ولتاژ هستند. علاوه بر این، فازهای L1، L2 و L3 از طریق سوئیچ WL1 هدایت می شوند. این راه حل اجازه می‌دهد تا بانک خازنی را بدون قطع آن از روی تابلو اصلی قطع کرد.

آخرین نوار ترمینال سیم پیچ های کنتاکتورها را کنترل می‌کند. ترمینال های 1 تا 6 به سیم پیچ کنتاکتورهایی که به منظور روشن یا خاموش کردن خازن بکار می روند، متصل می شوند. بعد از آنها ترمینال های  D1 – D6 می‌باشد. این ترمینال‌ها وظیفه حافظت حرارتی راکتورها را بر عهده دارند.

در این مورد در صورت افزایش دما از حد مجاز، که برای راکتورها بی خطر است، اتصال “D” راکتور خازن مدار را خاموش می‌کند.

با قرار دادن تمام این نمودارها، یک مدار کنترل کامل به دست می‌آید.

 

نمودار برای بانک خازن

شکل 10- وایرینگ رگولاتور RMB 10.6

Reference // Master thesis: Reactive Power Compensation by Jakub Kępka and Supervisor PhD. Zbigniew Leonowicz at Wroclaw University of Technology

[1] active filters

مقالات مرتبط:

بانک خازنی در سیستم های قدرت

تابلو بانک خازنی – مشخصات و کاربرد آن ها

حفاظت بانک‌های خازنی با استفاده از فیوزها در حین برق‌دار کردن و بهره‌برداری

قابلیت اطمینان یا عدم قابلیت اطمینان بانک‌ خازنی، مدهای خرابی و ترکیدگی

نگه داری بانک های خازنی

اتصالات و ترکیب بانک های خازن LV / MV / HV

تست بانک خارنی

لینک مقاله زبان اصلی:

Step-by-step tutorial for building capacitor bank and reactive power …