آشنایی با مفاهیم مرتبط با محاسبات بانک خازن
تعاریف کلیدی
- تعریف بانک خازن: بانک خازن مجموعه ای از چندین خازن است که برای ذخیره انرژی الکتریکی و افزایش عملکرد سیستم های قدرت الکتریکی استفاده میشود.
- تصحیح ضریب توان: تصحیح ضریب توان شامل تنظیم بانک خازن برای بهینه سازی استفاده از برق و در نتیجه بهبود راندمان و کاهش هزینه ها است.
- مزایای استفاده از بانکهای خازنی: استفاده از بانکهای خازنی منجر به بهبود راندمان برق، کاهش هزینههای برق شهری و افزایش تنظیم ولتاژ میشود.
- بانک خازن از چندین خازن تشکیل شده که به صورت موازی برای اصلاح ضریب توان به کار بردهمیشوند.
- ضریب توان ایده آل 1 است، به این معنی که تمام توان عرضهشده به کار مفید تبدیلمیشود و هیچ توان راکتیوی (Q) در مدار وجودندارد.
- توان راکتیو به توانی گفتهمیشود که به دلیل وجود عناصر القایی یا خازنی مانند موتور، ترانسفورماتور، خازن و … بین منبع و بار در حرکت است. توان راکتیو هیچ کاری انجامنمیدهد، اما باعث تلفات اضافی شده و راندمان سیستم را کاهشمیدهد.
- ضریب توان یک سیستم بسته به نوع و مقدار بار متصل به آن می تواند از 0 تا 1 متغیر باشد. ضریب توان کم نشان دهنده توان راکتیو بالاست. ضریب توان بالا نشان دهنده توان راکتیو کم و استفاده بهتر از توان عرضه شده است.
ویدئو محاسبه بانک خازن
چرا تصحیح ضریب توان مهم است؟
تصحیح ضریب توان دارای مزایای متعددی هم برای شرکت برق و هم برای مصرف کننده به شرح ذیل می باشد:
- کاهش تلفات خط و بهبود راندمان سیستم: ضریب توان کم به معنای جریان زیاد در سیستم است که باعث افزایش تلفات مقاومتی (I2R) و کاهش سطح ولتاژ در انتهای بار می شود. با افزایش ضریب توان، جریان کاهش می یابد و تلفات به حداقل می رسد و در نتیجه سطح ولتاژ بالاتر و عملکرد سیستم بهتر می شود.
- افزایش ظرفیت و قابلیت اطمینان سیستم: ضریب توان کم به معنای تقاضای توان ظاهری بالا از منبع است که مقدار توان واقعی قابل تحویل به بار را محدودمیکند. با افزایش ضریب توان، تقاضای توان ظاهری کاهش مییابد و توان واقعی بیشتری را میتوان به بار عرضه کرد که در نتیجه ظرفیت و قابلیت اطمینان سیستم بالاتر میرود.
- کاهش هزینهها و جریمههای برق: شرکت برق برای مصرفکنندگانی که ضریب توان پایینی دارند، هزینههای اضافی دریافت یا جریمههایی در نظرمیگیرند، زیرا باعث تحمیل بار بیشتر بر شبکه انتقال و توزیع و افزایش هزینههای عملیاتی میشوند. با نصب بانک خازن و افزایش ضریب توان، می توان این هزینه ها را کم و یا از بینبرد.
بانک خازن چگونه کار می کند؟
بانک های خازن به موازات بار یا در نقاط خاصی از سیستم مانند پست ها یا فیدرها متصلمیشوند.
خازنها باتوجه به مقدار ضریب توان سیستم و ضریب توان هدف وارد مدارشده یا از مدار خارجمیشوند و با این کار ضریب توان سیستم را تنظیممیکنند.
بانک های خازن شنت نسبت به سایر انواع دستگاه های جبران توان راکتیو مزایای متعددی دارند که نمونه هایی از آن در ذیل آمدهاست:
- آنها نسبتا ساده، ارزان و دارای نصب و نگهداری آسان هستند.
- آنها را می توان با توجه به تغییرات بار یا نیاز سیستم روشن یا خاموشکرد.
- آنها را می توان به واحدها ی کوچکتر تقسیم کرد تا انعطاف پذیری و دقت بیشتری در کنترل توان راکتیو ارائه شود.
در مثلث توان مقدار اختلاف فاز اولیه سیستم φ1 نامیدهمیشود که ما تلاش میکنیم با اضافه کردن خازن آن را به اختلاف فاز هدف φ2 برسانیم.
- اختلاف فاز اولیه سیستم φ1
- اختلاف فاز ثانویه سیستم φ2
- توان مفید یا اکتیو(p)
- توان ظاهری اولیه s1
- توان ظاهری ثانویه s2
- توان راکتیو اولیه Q1
- توان راکتیو ثانویه Q2
- مقدار خازن مورد نیاز برای اصلاح ضریب توان Qc
در مثلث توان مشخص است با کاهش توان راکتیو از Q1 به Q2 مقدار S1 به S2 کاهش پیدامیکندو کاهش S باعث کاهش جریان و تلفات و افت ولتاژ خواهدشد.
فرمول محاسبه مقدار ظرفیت خازنی :
Q cap = (tan φ1 – tan φ2) * P
برای داشتن مقدار φ1 و φ2 از می توانیم از cos-1(φ1) و cos-1(φ2) استفاده کنیم:
φ1 = cos-1(φ1) φ2 =cos-1(φ2)
برای داشتن مقدار cos φ1 در سیستم از کسینوس فی متر استفادهمیشود و همچنین مقدار cos φ2 که مقدار هدف ما می باشد مشخصبوده و با معکوس کردن آنها می توان مقادیر φ2 و φ1 را محاسبه کرده و در فرمول محاسبه مقدار ظرفیت خازنی ( Q = (tan φ1 – tan φ2) * P ) قرار داد. cos φ2 مقدار کسینوس هدف ما می باشد.
برای ساده تر کردن فرمول بالا مقدار (tan φ1 – tan φ2) را برابر ضریب K قرار می دهیم و در نتیجه فرمول ما برابر Qc = K * P می شود ، که در آن توان اکتیو در واحد کیلو وات میباشد.
مقدار ضریب k که بر اساس مقدار ضریب توان اولیه و ضریب توان هدف می باشد در جدول زیر آمدهاست :
تصحیح ضریب توان با استفاده از خازن ها و فیلترها