سخن مترجم
جبران سازی توان راکتیو یکی از ابزار بهینه سازی هزینه انرژی و برگشت سریع سرمایه است. در سال های اخیر با بهره گیری از مواد جدید و روشهای تولید پیشرفته، خازن‌هایی با تلفات ناچیز و در ابعاد کوچک ساخته شده است. با توسـعه وتولیـد کنتاکتورهای خازنی و رگولاتورهای میکـروپرسسوری بسیار پیشـرفته که تضمین کننده رفتار مناسب و بهینه بانک خازنی به تغییرات بار است، بانک های خازنی کاملا قابل اعتماد گردیده اند.
به دلیل افزایش اعوجاج های ‌هارمونیکی درشبکه‌های فشار ضعیف و متوسط ، طراحی بانکهای خازنی بسیار مشکل و پیچیده شده است.
یکسو سازها، کنترلرهای الکترونیکی موتورها، مبدلهای فرکانس و دیگر بار‌های الکترونیکی برای جبران توان راکتیو مصرفی، نیاز به خازن دارند و در عین حال این مصرف کنندگان، مولد ‌هارمونیک هستند.
در این مقاله …..
روش‌های اصلاح ضریب توان و حفاظت خازن‌ها
بارهایی از قبیل موتورهای القایی توان راکتیو قابل توجهی از شبکه‌های برق دریافت می‌کنند که به واسطه آنها ضریب توان شبکه افت پیدا می‌کند هرچقدر توان راکتیو شبکه بیشتر باشد، افت ولتاژ شبکه در ترانسفورماتورها و راکتورها نیز افزایش یافته، ظرفیت حمل جریان شبکه کاهش و تلفات مقاومتی آن افزایش می‌یابد.
جهت آزاد سازی ظرقیت نیروگاه‌ها، جبران ضررها و محدودیت‌های ناشی از اعمال توان راکتیو به شبکه، و همچنین تنظیم ولتاژ شبکه، از جانب شرکت‌های برق جرایمی در تعرفه برق مصرفی برای مصرف‌کنندگان تجاری و اداری وضع می‌شود تا با هدف حذف آن جرائم، ضریب توان (راکتیو) واحد خود را کاهش دهند.
در نتیجه مصرف کننده جهت اصلاح ضریب توان سیستم خود ترغیب می‌شود و ممکن است نصب تجهیزات تابت یا متغیر اصلاح ضریب توان را مقرون به صرفه برآورد کند. برای این منظور اغلب از خازن‌های موازی استفاده می‌شود.

در تصویر شماره 1، اساس جبران توان راکتیو با یک نمودار برداری نمایش داده شده است.
∠ϕ1 : زاویه ضریب توان تصحیح نشده
∠ϕ2 : زاویه ضریب توان مطلوب پس از تصحیح
موارد زیر را می‌توان از این نمودار برداری نتیجه‌گیری نمود:
ضریب توان تصحیح نشده: KW/KWA1= COS∠ϕ1
ضریب توان تصحیح شده: KW/KWA2= COS∠ϕ2
کاهش حاصل شده در توان ظاهری: KVA=KVA1-KVA2
در صورتی که توان اکتیو مصرف کننده و ضریب توان تصحیح نشده معلوم باشند، مقدار خازن مورد نیاز جهت تصحیح توان از رابطه زیر بدست می‌آید:
Capacitor kVAr = kW × (tan cos-1∠ϕ1 − tan cos-1∠ϕ2)

ضریب 1.1
تصویر 1- اصول اصلاح ضریب توان

کنترل خازن
زمانی که بار مصرفی و یا ضریب توان نیروگاه نغییرات قابل توجهی داشته باشد، لازم است تا تصحیح ضریب توان تحت کنترل انجام شود. به عبارت دیگر، تصحیح بیش از حد ضریب توان منجر به افزایش بیش از حد ولتاژ سیستم و تلفات بی‌مورد شود. در برخی از صنایع جهت کنترل تصحیح ضریب توان، خازن‌ها بصورت دستی وارد مدار می‌شوند. درصورتی که با رعایت استاندارهای مربوطه، می‌توان خازن‌ها را با استفاده از کنترلرهایی بصورت اتوماتیک و بر مبنای نیاز وارد مدار نمود. با استفاده از این روش و در اولین قدم، کنترلر مقایسه‌ای مابین ضریب توان موجود و مقدار مورد نیاز انجام داده و سپس ضریب تصحیح مورد نیاز را با اضافه یا کم کردن پله‌های خازنی به شبکه و مدار القا می‌نماید. به بیان دیگر، بر اساس گروه‌بندی‌های موجود، مقدار مناسبی از ظرفیت خازن جهت بهره‌مندی از یک ضریب توان بهینه وارد مدار شده و یا از آن خارج می‌شود.
در مدار داخلی این کنترلرها از یک رله تشخیص قطع ولتاژ استفاده شده است، تا زمانی که ولتاژ منبع تغذیه به هر دلیلی قطع شود، کلیه خازن‌ها از مدار خارج شده و به هنگام برقراری مجدد تغذیه مدار، خازن‌ها به تدریج وارد مدار شوند. جهت حفاظت خازن‌ها در مقابل فرسودگی ناشی از استفاده، گروه‌های خازنی هم سایز جهت اتصال به مدار توسط کنترلر به صورت چرخشی یا رندوم انتخاب می‌شوند.
بانک خازنی می‌بایست در برابر خطای ناشی از اضافه ولتاژ حفاظت شود تا آسیبی به آن وارد نشود. به عبارت دیگر، در صورتی که کنترلر تصحیح ضریب توان به هر دلیلی دچار ایراد شده و نتواند ضریب توان مناسب را تشخیص داده و متناسب آن پله‌های مربوطه را وارد مدار کند، بانک خازنی در اثر اضافه ولتاژی که در سیستم وجود دارد دچار آسیب می‌شود.
در یک سیستم شبکه قدرت، بارهای هارمونیک‌زای بسیاری وجود دارند که در طراحی بانک خازنی جهت اصلاح ضریب توان باید مد نظر قرار گیرند زیرا آنها هم ممکن است به ایجاد هارمونیک ها دامن زنند. به همین دلیل، قبل از طراحی بانک خازنی، تعیین تعداد و و نوع خازن‌ها، تعیین رتبه بندی حرارتی خازن و یا نیاز به سری بودن خازن‌ها ، می‌بایست جریان‌های هارمونیکی که در مدار ممکن است پدید بیایند را مورد بررسی و مطالعه قرار داد.

ضریب تصحیح توان موتور
در برخی از صنایع بجای اعمال تصحیح ضریب توان در ورودی اصلی مدار متصل به باس بار، تصحیح در ورودی گروهی از موتورها اعمال می‌شود. استفاده از بانک خازنی گروهی جهت اصلاح ضریب توان بارهای موتوری، همیشه اقتصادی ترین روش نمی‌باشد. گاهی مواقع تصحیح صرفا برای برخی از موتورها در نظر گرفته می‌شود، که نتیجه آن ضریب توان بهینه در حالات مختلف بار موتور می‌باشد. تنظیمات ولتاژ در نتیجه استفاده از بانک خارنی در مواردی منجر به راه‌اندازی بهتر موتور می‌شود. خازن‌های موتور معمولا 6 ترمینال داشته و خازن ممکن است به راحتی به سیم‌پیچ‌های موتور متصل شود.
در طراحی بانک خازنی، سایزینگ خازن نیز حائز اهمیت است تا ضریب توان تحت شرایط کاری مختلف هرگز پیش فاز نشود. وجود خازن اضافی در مدار موتور می‌تواند صدماتی را به موتور وارد کند. به عبارت دیگر، زمانی که موتور خاموش می‌شود و یا در مدار شبکه خطایی رخ می‌دهد، وجود خازن اضافی در مدار متصل به موتور امکان خود تحریکی موتور را فراهم آورده و در صورت بازگشت ناگهانی منبع تغذیه اصلی به مدار، احتمال ایجاد یک ولتاژ بالا و یا ورود صدمات مکانیکی به موتور وجود خواهد داشت. به همین دلیل عموما توصیه می‌شود اندازه خازن از 85% توان راکتیو مغناطیسی موتور تجاوز نکند.

حفاظت خازن
در طراحی حفاظت خازن و بانک خازنی توجه به جریان هجومی که در زمان برق دار شدن مدار می‌تواند به 20 برابر جریان نامی یرسد بسیار حائز اهمیت است. به همین دلیل در سوئیچگیرهایی که در آن خازن و یا بانک خازنی استفاده شده است مقدار بار مصرفی را کمتر از حد مجاز بر روی شبکه قرار می‌دهند تا مقدار جریان مصرفی کاهش پیدا نموده و با سری کردن یک مقاومت با خازن، بانک خازنی و یا هر یک از خازن‌های استفاده شده در مدار، جریان هجومی را محدود می‌کنند. علاوه بر این، جهت جلوگیری از وارد آمدن صدمات به خازن به دلیل خطای داخلی مدار، باید از تجهیزات حفاظتی مناسب استفاده نمود. به این ترتیب حفاظت کابل‌ها و ادوات مرتبط به آن‌ها در مدار هم حاصل می‌شود. به عبارت دیگر، مزیت استفاده از بانک خازنی در یک مدار علاوه بر حذف توان راکتیو، و نتیجتا کاهش هزینه‌های مالی، کاهش جریان و همچنین کاهش سطح مقطع کابل نیز می‌باشد. بنابراین، در صورتیکه به هر دلیلی بانک خازنی دچار آسیب شده و از مدار خارج شود، جریانی وارد مدار شده که از حد تحمل هادی‌ها و سایر ادوات مرتبط به آن خارج است، و برای جلوگیری از وارد آمدن صدمات به آنها باید از تجهیزات حفاظتی مناسب استفاده کرد.
در صورتی که در مدار سه فاز از فیوز HRC استفاده شود، جریان نامی آن نباید از 5/1 برابر جریان نامی خازن کمتر باشد. شبکه‌های قدرت فشار متوسطی که از بانک خازنی در آنها استفاده شده است را می‌توان با مداری مشابه تصویر شماره 2 حفاظت نمود. از آنجایی که هارمونیک‌ها باعث افزایش جریان خازن می‌شوند، توصیه می‌شود از رله‌هایی که به تنظیم مختص حذف هارمونیک مجهز نیستند استفاده شود تا عملکرد صحیحی از خود بروز دهند. ضمنا در مدارات فشار متوسط از بانک خازنی با اتصال ستاره دوبل استفاده می‌‍شود.

ضریب 1
تصویر 2 – حفاظت بانک‌های خازنی

همانطور که در تصویر شماره 3 نشان داده شده است، یک ترانس جریان در نقطه میانی اتصال ستاره نصب شده است و زمانی که در بانک خازنی خطای اتصال کوتاه یا مدار باز رخ دهد، رله‌ای که جهت تشخیص عدم تعادل جریان بین فازها در مدار قرار دارد توسط این ترانس جریان تحریک می‌شود. این رله قابلیت تنظیم جریان را دارد، و همچنین می‌توان در آن از مدار بایاس تحت تغذیه یک ترانس ولتاژ استفاده کرده و طوری تنظیم شود که جریان نشتی در نقظه میانی اتصال ستاره را جبران و خنثی نماید

ضریب 2
تصویر 3- حفاظت بانک خازنی با آرایش ستاره دوبل

در برخی صنایع بارهایی مانند کوره‌های قوس الکتریکی از تجهیزات القایی بزرگی تشکیل شده‌اند و جهت تصحیح توان راکتیو نیاز به استفاده از خازن‌های ولتاژ بالا با چیدمان‌های متفاوت دارند. یکی دیگر از انواع طراحی‌های ولتاژ بالا، چیدمان تفکیکی است که در آن خازن‌های روی هر فاز به دو مسیر موازی تفکیک می‌شوند.

تهیه و تدوین و ترجمه: سید محمدصادق برقی کیوان، فهیمه سادات موسوی
سپاس فراوان از مهندس وحید اکبرزاده

3 دیدگاه. ارسال دیدگاه جدید

دیدگاهتان را بنویسید

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

این فیلد را پر کنید
این فیلد را پر کنید
لطفاً یک نشانی ایمیل معتبر بنویسید.
برای ادامه، شما باید با قوانین موافقت کنید

فهرست