تابلو های بانک خازنی قسمت اول

مقدمه ای بر بانک خازنی

استفاده از تجهیزات الکتریکی مانند ترانسفورمرها، موتورها و سایر وسایل الکترکی دیگر که دارای سلف در خود هستند باعث پس فاز شدن و ایجاد توان ری‌اکتیو در ولتاژ شبکه می‌شود(که به صورت کیلو وار-ساعت یا kvarh نمایش می‌دهند). توان راکتیو تولید شده توسط این وسایل همانند توان اکتیو مصرفی در صورت حساب مشترک محاسبه می‌شود. توان ری‌اکتیو بنابراین باعث افزایش توان مصرفی و در نتیجه افزایش هزینه کاربرد خواهد شد، بنابرین باید از وارد شدن توان ری‌اکتیو در شبکه جلوگیری کرد. بانک خازنی برای استفاده در چنین شرایطی و برطرف کردن توان ری‌اکتیو شبکه از طریق اعمال بار پیش فاز به شبکه می‌شود.

بنابراین همانطور که مشاهده می‌فرمایید، با استفاده از بانک خازنی می‌توان به مزیت هایی دست یافت که عبارت‌اند از:

• افزایش توان موجود در شبکه با از بین بردن توان ری‌اکتیو 
• بهینه کردن توان شبکه
• کاهش تلفات سیستم به سبب اثر ژول (Joule effect) ‌
• جلوگیری از تحمیل هزینه اضافی به اپراتور (که در برخی کشورها حتی با تشویق نیز همراه می‌شوند.)

بارهای شبکه

به صور کلی بارهای شبکه را می‌توان به 3 دسته زیر تقسیم بندی کرد:

1. بار مقاومتی (Resistive loads) :

   بار مقاومتی باری است که شامل مقاومت های خالص می‌باشد، فاز (Phase) ولتاژ خط در این حالت مانند ولتاژ شبکه می‌باشد.

   

2. بار سلفی (Inductive loads) :

   بار سلفی، شامل الکتروموتور های آسنکرون و لامپ های مهتابی و ... می‌باشد. اگر ما یک بار سلفی خالص را در نظر بگیریم، فاز ولتاژ خط همیشه 90 درجه از ولتاژ شبکه عقب خواهد بود.

   

3. بار خازنی (Capacitive loads) :

   در این حالت خط ما همیشه شامل یک خازن مانند بانک خازنی خواهد بود. اگر ما یک بار خازنی خالص را درنظر بگیریم،  فاز ولتاژ خط ما همیشه 90 درجه جلوتر از شبکه خواهد بود.

   

جابجایی فاز

در خطوط شبکه AC با توجه به اینکه در خط با چه نوعی باری (مقاومتی، سلفی، خازنی) روبرو هستیم فاز شبکه ممکن است دچار جابجایی شود. این جابجایی فاز بین جریان و ولتاژ خط اتفاق می‌افتد.

عامل توان (Power Factor)

همانطور که از نام آن مشخص است عامل توان یا به اختصار (PF) برابر است با حاصل تقسیم توان اکتیو (P KW) بر توان ظاهری (S KVA) (حاصل ضرب جریان در ولتاژ بدون در نظر گرفتن اختلاف فاز بین آن ها).

عامل توان ایده آل عبارت است از بیشترین مقدار cosφ نزدیک به ۱ و بدترین مقدار عامل توان عبارت است از کمترین مقدار cosφ نزدیک عبارت 0 .

مقدار عامل توان ۱ به معنای این است که ما در خط خود دارای توان ری‌اکتیو نمی‌باشم و بالعکس. 
وسایل اندازه گیری انرژی می‌توانند مقدار توان های اکتیو و ری‌اکتیو را اندازه‌گیری کند.
معمولا شرکت های توزیع کننده برق عامل tanφ را در صورت حساب مشتریان محاسبه می‌کنند.  

هارمونیک شبکه (Harmonics) 

در سال های اخیر با مدرن سازی فرآیندهای صنعتی و پیچیده شدن وسایل الکتریکی باعث پیشرفت گسترده در صنعت الکترونیک قدرت شده است. 

بارهای غیر خطی

یک بار را غیرخطی گویند زمانیکه جریان خط به صورت سینوسی نباشد در حالیکه منبع ولتاژ آن به صورت سینوسی بوده است. بار غیرخطی شکل طبیعی سیگنال ولتاژ و جریان را از شکل طبیعی خود خارج می‌کند. وسایلی که چنین شرایطی را به وجود می‌آورند باعث ایجاد هارمونیک شبکه می‌شود.

انواع بارهای غیرخطی

بارهای تک فاز

به عنوان مثال می‌توان به لامپ های کم مصرف، کامپیوترها، پرینترها، دستگاه های فوتوکوپی، لامپ های مهتابی، تجهیزات پزشکی، اینورتر و .... اشاره کرد.

بارهای سه فاز

به عنوان مثال می‌توان به درایورهای موتور، رکتی‌فایر، مبدل‌های AC-DC، PLC، UPS، شارژرها و .... اشاره کرد.

این بارهای غیرخطی باعث وارد شدن جریان غیر سینوسی به شبکه می‌شوند که به آن هارمونیک شبکه گفته می‌شود.

تاثیرات هارموینک شبکه :

تاثیرات کوتاه مدت و سریع هارمونیک بر شبکه (به دلیل اثر ژول) عبارت اند از:

1. آسیب رساندن به عامل توان (Power Factor)
2. کاهش توان موتور
3. افزایش بار بر روی کابل، ترانسفورمر و موتور
4. افزایش نویز در موتورها
5. خطا در اندازه گیری های سیستم
6. اختلال در کارایی کنتاکتور
7. افزایش سایز کاپاسیتانس کابل منبع
8. ایجاد تداخل در سیستم های الکترونیکی

تاثیرات میان مدت و بلند مدت هارمونیک بر شبکه عبارت اند از:

1.  کاهش عمر موتور ها
2. آسیب رسیدن به بانک خازنی
3. از بین رفتن موتورها و ترانسفورمرها
4. سرعت بخشیدن به پیری عایق ها و دی‌الکتریک ها 

بار خطی به بار گفته می‌شود که جریان تولیدی که از منبع ولتاژ سینوسی بدست آمده نیز به صورت سینوسی باشد. این نوع از بارها (بارهای خطی) باعث ایجاد هارمونیک در شبکه نمی‌شوند.

تعیین مقدار مناسب بانک خازنی

برای تعیین مقدار مناسب بانک خازنی (KVAr) برای جبران انرژی ری‌اکتیو سیستم، یکی از روش‌های زیر را مورد استفاده قرار می‌دهیم:

•     اندازه‌گیری توان ری‌اکتیو و cosφ با استفاده از تجهیزات کنترلی مناسب یا تجهیزات انداره‌گیری شبکه برای عیب یابی و بررسی تمامی پدیده‌های شبکه.
• تحلیل و بررسی فیش برقی مطابق با نوع اشتراک.
• محاسبه توان اکتیو مورد نیاز برای جبران توان ری‌اکتیو تمامی تجهیزات شبکه مانند الکترو موتورها ترانسفورمرها و ..... با توجه به اطلاعات درج شده هر دستگاه.
• در نظر گرفتن تجهیزاتی که در آینده قرار است در شبکه قرار گیرد برای محاسبه مقدار بانک خازنی باید ملاحظه شود.

در این حالت، انتخاب مقدار دقیق بانک خازنی با استفاده از روش های موجود ممکن نیست. برای این حالت باید توصیه شود که مقدار بانک خازنی شبکه باید حدود 25% توان اسمی ترانسفورمر HV/LV در نظر گرفته شود.

شکل زیر روابط بین توان ری‌اکتیو شبکه باوجود بانک خازنی و عدم وجود بانک خازنی را نشان می‌دهد.

در ادامه نحوه محاسبه توان ری‌اکتیو در سیستم در قالب یک مثال، بررسی خواهیم کرد.

در این مقاله سعی شد مفاهیم اولیه و اساسی در مورد بانک خازنی و ضرورت استفاده از آن خدمت شما بیان شود. در مقاله های بعدی گام های مختلف طراحی بانک خازنی و موارد مربط به طراحی را خدمت شما عرضه خواهیم کرد.

  گروه نوآوران برق دارای تیم طراحی بسیار قوی در زمینه طراحی تابلو برق های مختلف از جمله  تابلو فشار قوی ، تابلو برق فشار ضعیف، تابلو خازنی ، دیواری و ... است. میتوانید چندین نمونه از تابلو برق های طراحی شده توسط گروه نوآوران برق را در قسمت نمونه کارهای نوآوران برق مشاهده نمایید.