بانک خازنی

جبران توان راکتیو:
جبران سازی توان راکتیو یکی از ابزار بهینه سازی هزینه انرژی و برگشت سریع سـرمایه است. در طول چند سال گذشته با بهره گیری از مواد جدید و روشهای تولید پیشرفته، خازنهایی با تلفات بسیار اندک در حجم های کوچک ساخته شده است. با توسـعه وتولیـد کنتاکتـورهای خـازنی و رگـولاتورهای میکـروپرسسوری بسیار پیشـرفته که تضمین کننده رفتار مناسب وبهینه بانک خازنی به تغییرات بار است، بانکهای خازنی کاملا قابل اعتماد گردیده‌اند.

بدلیل افزایش اعوجاجهای هارمونیکی درشبکه های فشار ضعیف و متوسط ، طراحی بانکهای خازنی بسیار مشـکل و پیچیده شده اند. یکسو سازها، کنترلرهای الکترونیکی موتورها، مبـدلهای فرکـانس و دیگر بارهای الکتـرونیکی برای جبـران توان راکتیو مصرفی، نیاز به خازن دارند و در عین حال این مصرف کنندگان مولد هارمونیک هستند. در صورت نزدیک بودن فرکانس رزونانس مجموعه ترانس و خازن به فرکانس هارمونیکها، امکان وقوع خطر بسیار محتمل است.
بنابراین به منظور اجتناب از مسایل و هزینه های بعدی قویا پیشنهاد میگردد تا افراد با تجربه برای دستیابی به طرحی مناسب مورد مشاوره قرارگیرند.

اغلب دستگاهها و مصرف کنندگان الکتریکی برای انجام کار مفید نیازمند مقداری توان راکتیو برای مهیا کردن شرایط لازم برای انجام کار می باشند. بعنوان مثال " موتورهای الکتریکی ac برای تبدیل انرژی الکتریکی به انرژی مکانیکی نیازمند تولید شار مغناطیسی در فاصله هوایی موتور هستند. ایجاد شار تنها توسط تـوان راکتیـو امکان پذیر و با افزایش بار مکانیکی موتور مقدار توان راکتیو بیشتری مصرف می گردد.
عمده مصرف کنندگان انرژی راکتیو عبارتند از :
- 1 سیستم های الکترونیک قدرت
الف)- مبدل های AC/DC (rectefiers)
ب)- مبدل های DC/AC (Inverters)
ج)- مبدل های AC/AC (Converters)
د)- چاپرها Choppers ))
 مصرف کنندگان یا تجهیزاتی که دارای مشخصه غیر خطی هستند.
 مصرف کنندگانی که در شکل موج ولتاژ محل تغذیه خود اعوجاج (هارمونیک) ایجاد می‌نمایند .
متعادل ساز های بار های نا متعادل
 تثبیت کنندههای ولتاژ
 کورههای القایی
 کورههای قوس الکتریکی
 سیستم های جوشکاری AC , DC
همانگونه که ذکر شد مصرف انرژی راکتیو اجتناب ناپذیر است.
انتقال انرژی راکتیو، انتقال جریان الکتریکی است و انتقالش نیازمند به کابل با سطح مقطع بزرگتر، دکل های فشار قوی مقاومتر و در نتیجه هزینه های مازاد است. همچنین افزایش تلفات الکتریکی و کاهش راندمان شبکه را نیز به همراه دارد. در مواردی مانند کاربردهای الکترونیک قدرت و متعادل سازی بارهای نامتعادل حتی انتقال انرژی راکتیو هم کار ساز نبوده و باید انرژی در محل تولید گردد

توان راکتیو
در موتور ها و ترانسفورماتورهای بی بار اگر تلفات کابل ها آهن و اصطکاک نادیده گرفته شود،آنچه باقی می ماند تنها توان راکتیو سلفی است.
در صورتیکه منحنی های ولتاژ و جریان با یکدیگر ٩٠ درجه اختلاف فاز داشته باشند نیمی از منحنی توان در ناحیه مثبت و نیمه دیگر در ناحیه منفی قرار می گیرد . در این حالت توان اکتیو صفر است زیرا سطح ناحیه مثبت و منفی با یکدیگر برابر است .در این حالت توان راکتیوی که بین ژنراتور و مصرف کننده درحال نوسان است از رابطه ذیل بدست می آید .

دیاگرام قدرت
در صنایع ، موتورهای (آسنکرون ) بعلت جریان مغناطیسی که لازم دارند باعث تغییرات CosΦ شبکه می شوند ، هرچه قدرت موتور بیشتر باشد جریان مغناطیس کننده آن نیز بیشتر می باشد.مقدار CosΦ موتور به بار موتور بستگی دارد.

جبران سازی:
توان راکتیوی که بین ژنراتور و مصرف کننده در نوسان است در شبکه به گرما تبدیل می شود و در صورت زیاد بودن مقدار توان اکتیو مصرفی ممکن است کابلها و سیم ها د ارای سطح مقطع بزرگتری باشند. از نظر وزارت نیرو ، کوچک بودن ضریب توان هزینه های تولید ، انتقال ، توزیع ، مخارج سرمایه گذاری و نگهداری تجهیزات در شبکه تولید برق را افزایش می دهد ، این مخارج به هزینه قبض های برق مصرف کننده ها اضافه می گردد ، به همین دلیل در مجاورت کنتور اکتیو یک کنتور راکتیو نیز نصب می گردد.
تزریق قدرت راکتیو به شبکه از طریق جبرانسازهای موازی مانند : خازن ، ماشین سنکرون وsvc و... امکان پذیر است. با تزریق قدرت راکتیو ما به اصلاح ضریب قدرت پرداخته ایم . با این کار علاوه بر صرفه جویی در هزینه برق ، سبب صرفه جویی و استفاده بهینه از سایز کابل و کاهش تلفات اضافی دراثر عبور جریان راکتیو بار نیز خواهیم شد.
انواع جبرانسازها بشرح ذیل می باشند:

 جبرانساز خازنی
 جبرانساز با استفاده از موتور سنکرون
 جبرانساز سلفی
 کندانسورهای سنکرون
خازن گذاری:
استفاده از خازن به عنوان تولید کننده بار راکتیو به منظور تنظیم ، کنترل ولتاژ ، جلوگیری از نوسانات قدرت در شبکه ها و اصلاح ضریب توان در مصرف کننده ها به علت ارزانی و سادگی سیستم آن بسیار متداول است. استفاده از خازنها به صورت شنت و سری در شبکه امکان پذیر است

خازنهای سری :

کاربرد این خازنها در شبکه کمتر از خازنهای موازی بوده و صرفاً جهت کاهش امپدانس خطوط بوده و این امر موجب انتقال توان بیشتر در شبکه می گردد و باعث کاهش افت ولتاژ می گردد البته امروزه از این امر جهت پایداری دینامیکی و جلوگیری از نوسانات زیر سنکرون SSR نیز استفاده می‎شود .

همانگونه که مشخص است خازن سری جهت جبران اثر القایی سری خطوط بکار میرود که با ایجاد راکتانس منفی در خطوط باعث بهبود می گردد و اثر کمی روی جریان منبع دارد .

اثرات خازن گذاری را بصورت ذیل می توان دسته بندی نمود:
استفاده اقتصادی از ژنراتورها ، ترانس ها ، سیم ها و کابلها ، کلیدها ،کاهش تلفات و افت ولتاژ و در نتیجه مخارج کمتر انرژی و افزایش ضریب قدرت که نهایتًا به کاهش سرمایه گذاری جهت استفاده از قدرت حقیقی می انجامد.
همه این موارد بعلت کاهش جریان راکتیو در تمام سیستم قدرت از تولید کننده تا مصرف کننده است .کاهش جریان و افزایش ضریب قدرت سبب کاهش افت ولتا ژ می گردد که این هم از مزایای خازن گذاری می باشد.

ملاحظات کلی در نصب خازنها:
محل نصب خازنها در یک سیستم برقی به مشخصات بار، بستگی دارد. برای بارهای متمرکز، خازنها در نزدیکی مرکز بار اما برای بارهای پراکنده، خازن در طول خط و مطابق با نیاز نصب می شود. خازنها با بدنه فلزی، اتصال زمین شده و یا اینکه توسط سیم خنثی، زمین می شوند. در موقع نصب سیم زمین به بدنه خازن باید توجه کرد که محل اتصال، فاقد رنگ بوده و از طرفی زنگ خوردگی نیز نداشته باشد. به دمای خازنها در هنگام کار، توجه خاصی مبذول میشود، چون اثر مهمی در عمر خازن دارد.

به این دلیل در روی پلاک خازنها حداقل و حداکثر دمای مجاز کار خازن توسط سازندگان، حک میشود. چیدمان خازنها باید به ترتیبی باشد که تلفات گرمایی آنها توسط جابه جایی طبیعی هوا (کنوکسیون) و طرق دیگر، تهویه شود. در این خصوص باید گردش هوا در اطراف هر واحد به راحتی امکانپذیر باشد. به این دلیل در بدنه تابلوی خازنها، فضای مناسب برای امکان تبادل هوا با محیط بیرون تعبیه میشود. این مطلب خصوصاً برای واحدهایی که در ستونهایی روی هم قرار گرفته اند، اهمیت خاصی پیدا می کند. در مجموع توصیه می شود خازنها در مقابل تشعشع مستقیم خورشید محافظت شوند. علاوه بر موارد فوق بهتر است خازنها در محلی نصب و مورد بهره برداری قرار گیرند که دارای رطوبت زیاد نباشد. همچنین هوای محیطهای صنعتی که سبب خوردگی بدنه می شود از سایر عوامل مضر در طول عمر آنها محسوب می شود. کنتاکتورها مرتباً با قطع و وصل خود خازنها را به مدار، وارد و یا از مدار، خارج می کنند.

لذا توصیه می شود از نوع مرغوب و با کیفیت، انتخاب و قدرت آنها حداقل ۵/۱ برابر قدرت خازنهای مربوط، باشد. خصوصاً سعی شود از کنتاکتورهایی استفاده شود که دسترسی به قطعات یدکی آنها آسان باشد. هر اتصال (کنتاکت) نامطمئن در مدار خازن ممکن است باعث ایجاد جرقه های کوچکی شود که به نوبه خود نوساناتی با فرکانس بالا بوجود خواهد آورد که این مساله گاه خازنها را بیش از حد، گرم کرده و تحت تنش حرارتی قرار می دهد. از این رو بازدید منظم و تعویض به موقع پلاتین کنتاکتورها توصیه می شود. در کل، بهتر است علاوه بر بازدیدهای معمول، بانک خازنی ، هر سه ماه یکبار توسط افراد با صلاحیت فنی مورد بازرسی و سرویس قرار گیرد

انواع جبران سازی خازنی:
جبرانسازی انفرادی
 جبرانسازی گروهی
جبرانسازی مرکزی
 جبرانسازی مخلوط
جبران سازی انفرادی:
در ساده ترین شکل ممکن یک خازن با مقدار مناسب برای مصرف کننده سلف ی نصب می شود شبکه داخلی کاملاً از جریان راکتیو پاک می شود و مخارج کمتری در بر داردجبرانسازی با این روش در تمامی سطح کارخانه پخش است و از نظر اقتصادی مقرون به صرفه نیست زیرا در یک کارخانه بزرگ پراکندگی خازنها اقتصادی نمی باشد. مشکلاتی از قبیل نصب و کمبود فضای لازم برای نصب را نیز دارا می باشد.

جبران سازی گروهی:
بجای استفاده از تعداد زیاد خازنهای کوچک برای هر دستگاه از یک خازن بزرگ با یک بانک خازنی برای جبرانسازی استفاده می گردد . مزیت این روش نسبت به جبرانسازی انفرادی اقتصادی تر بودن آن نسبت به روش قبل می باشد ولی فقط برای مصرف کننده های گروهی که با هم کار میکنند قابل استفاده است .
جبران سازی مرکزی:
در ورودی فشار ضعیف نصب می شود با این روش تمام توان راکتیو مورد نیاز پوشش داده می شود . این روش نسبت به دو روش قبل بیشتر مورد توجه قرار گرفته است زیرا به راحتی می تواند جبرانسازی را تحت کنترل خود قرار دهد.
با توجه به در نظر گرفتن ضریب همزمانی در کارخانه توان خازنی کمتری نسبت به جبرانسازی انفرادی یا گروهی نیاز است.
این روش در صورتی که مقاطع کابلها و سیم های داخل کارخانه اجازه دهد همیشه قابل استفاده است . کل سیستم قابل کنترل بوده و از خازن بصورت بهینه می توان استفاد ه نمود. نصب این خازن بسیار ساده میباشد.
از معایب این روش این است که در این روش بار داخلی شبکه کم نمی شود و باید مخارجی را برای هزینه رگولاتور تنظیم اتوماتیک سیستم در نظر گرفت.

جبران ساز مخلوط
این روش به دلایل اقتصادی غالبًا مقرون به صرفه است در این روش از ترکیبی از سه روش بالا استفاده می نمایم.

تعیین قدرت خازن مورد نیاز جهت بهبود ضریب قدرت
دیاگرام اثر جبران سازی
١- تعیین خازن مورد نیاز به وسیله اندازه گیری شدت جریان وضریب توان هرگاه قدرت مصرف کننده S و ضریب قدرت مصرف کننده CosΦ1 باشد جهت رساندن این مصرف کننده به قدرت مطلوب CosΦ2 ،و مقدار Qc توان راکتیوی است که از خازن ، جهت بهبود ضریب قدرت مصرف کننده،گرفته می شود.
۲- تعیین خازن مورد نیاز به وسیله ثبات اکتیو و راکتیو:
در این روش نتایج توسط دستگاهی بدست می آید ، این داده ها می تواند برای مدت طولانی ثبت شوند و سپس با استفاده از این نتایج مقدار خازن را بدست آورد

۳- تعیین خازن مورد نیاز از طریق خواندن کنتور:
در این روش کنتور توان اکتیو و راکتیو در ابتدای کار خوانده شده و بعد از ٨ ساعت کار هر دو کنتور خوانده می شود
لیست قیمت خازن و رگولاتور Ducati ایتالیا
خازنهای سه فاز
ردیف شرح تجهیزات بهای واحد فروش(ریال)
1 خازن 2.5 کیلووار 400ولت 315600
2 خازن 5 کیلووار 400ولت 342200
3 خازن 7.5 کیلووار 400ولت 366000
4 خازن 10کیلووار 400ولت 394000
5 خازن 12.5کیلووار 400ولت – مجهز به ترمینالST 461000
6 خازن 15کیلووار 400ولت – مجهز به ترمینالST 569000
7 خازن 20کیلووار 400ولت – مجهز به ترمینالST 766300
8 خازن 25کیلووار 400ولت – مجهز به ترمینالST 849000
9 خازن 30کیلووار 400ولت – مجهز به ترمینالST 989000

رگولاتور تصحیح ضریب قدرت:
از آنجا که هدف از نصب خازن، حذف بار راکتیو متغیر مصرف کننده در هر شرایط است، برای کنترل آن از رگولاتور تصحیح ضریب قدرت استفاده می شود. رگولاتور، ترتیب به مدار آمدن و یا از مدار خارج شدن خازنها در یک بانک خازنی را تعیین کرده و متناسب با بار راکتیو مورد نیاز، فرمان قطع و وصل به کنتاکتورها صادر می کند. از جمله نکات قابل توجه در رگولاتورها تنظیم مربوط به نسبت (C/K) است. مقدار (C/K) عبارت است از نسبت تبدیل توان اولین پله خازن C به نسبت تبدیل ترانسفورماتور جریان (K) متصل به رگولاتور. لذا پس از مشخص شدن توان راکتیو مورد نیاز باید آن را به نسبت مصارفی که در هر لحظه وارد مدار میشود پله بندی و رگولاتور مناسب با این مجموعه را انتخاب کرد . نحوه پله بندی خازنها در مشخصات فنی رگولاتورها ذکر میشود
رگولاتور تابلو خازن
ردیف شرح تجهیزات بهای واحد فروش(ریال)
1 رگولاتور هوشمند پنج پله REGO5 1440000
2 رگولاتور هوشمند هفت پله REGO7
قابل اتصال به کامپیوتر – مجهز به اتصال RS485 2270000
3 رگولاتور هوشمند دوازده پله REGO12
قابل اتصال به کامپیوتر – مجهز به اتصال RS485 2490000
جدول مشخصات فنی برای خازن های اصلاح ضریب قدرت

توان نامی
(KVAR) جریان نامی
(A) ولتاژ
(V) مقطع سیم
میلی متر مربع ظرفیت
میکرو فاراد
۱۰ ۱۴.۴ ۴۰۰ ۴ ۳*۶۶.۳
۱۲.۵ ۱۸ ۴۰۰ ۶ ۳*۸۲.۹
۱۵ ۲۱.۶ ۴۰۰ ۱۰ ۳*۹۹.۵
۲۰ ۲۸.۹ ۴۰۰ ۱۰ ۳*۱۳۲.۶
۲۵ ۳۶.۱ ۴۰۰ ۱۶ ۳*۱۶۵.۸
۳۰ ۴۳.۳ ۴۰۰ ۲۵ ۳*۱۹۸.۹
۴۰ ۵۷.۷ ۴۰۰ ۳۵ ۳*۲۶۵.۳
۵۰ ۷۲.۲ ۴۰۰ ۵۰ ۳*۳۳۱.۶

محاسبات بانک خازنی

با 2 مثال عملی مطلب رو می گم
فرض کنید موتوری داریم با قدرت 60kVA و ضریب قدرت 0.75 که میخواهیم به ضریب قدرت 0.9 برسانیم روش کار از این قرار است

1) ابتدا محاسبه توان اکتیو با یا بارها

p=s*cos phi1=60*.75=45kwatt

 ( 2 محاسبه زاویه فاز در هر دو حالت

cos phi1= 0.75 =>phi1=41.4 =>tan phi1=0.881

cos phi2= 0.9 =>phi2= 25.84 =>tan phi2=0.484

3)محاسبه مقدار انرژی راکتیو

Qc=p*(tan phi1-tan phi2)=45*(0.881-0.484)=17.865kvar

4) محاسبه توان هر خازن

Q=Qc/3=17.865/3=5.955kvar

5)روش اتصال اگر خازنها مثلث قرار گیرند ولتاژ روی هر خازن 380 و اگر ستاره قرار گیرند 220 ولت است

محاسبه مقاومت با فرض مثلث بودن

ic=5955/380=15.7

Xc=V/ic=380/15.7=24.2 ohm

6) محاسبه ظرفیت هر خازن

c=10^6/314*xc=1000000/314*24.2=131.4 micro farad