کد خبر: ۲۲۹۹۷
تاریخ انتشار: ۱۵:۱۸ - ۰۳ تير ۱۳۹۶
خازن اصطلاحاً تولید کنندۀ انرژی راکتیو است، اما خازن توان راکتیو تولید نکرده بلکه مصرف کنندۀ آن نیز می‌باشد. فقط در زمانی که القاگر انرژی راکتیو در خود ذخیره می‌نماید (از شبکه میکشد) خازن، انرژی ذخیره شدۀ خود رابه شبکه تحویل می‌دهد و در زمانی که القاگر انرژی ذخیره شده اش را به شبکه پس می‌دهد خازن از شبکه انرژی میکشد. بنابراین ضریب توان شبکه در حال تغییر است. برای اصلاح ضریب توان شبکه بیشتر ازخازن استفاده می شود.
سرویس آموزش و آزمون برق نیوز: برای پرداختن به مباحث اصلاح ضریب توان ابتدا باید به بیان مطالب و تعاریف پایه‌ای در ارتباط با توان بپردازیم. اساسا سه نوع توان برای تجهیزات برقی قابل تعریف است.

۱ - توان اکتیو

۲ - توان راکتیو

۳ - توان ظاهری

توان اکتیو در واقع همان توانی است که برای ما کار انجام می‌دهد و به سایر انواع انرژی مثل نور، حرارت، کار مکانیکی و ... تبدیل می‌شود و واحد آن وات (W) است. توان راکتیو توانی است که برای ما کاری انجام نمی‌دهد و تنها بین تولید کننده و مصرف کننده به طور مداوم در حال مبادله (رفت و برگشت) است که برای عملکرد صحیح تجهیزات مختلف و واحد آن وار (Var) است. توان ظاهری در واقع جمع برداری توان اکتیو و راکتیو است و واحد آن ولت آمپر (V.A) است.

کنتور‌های قدیمی (الکترومگنتیک) این توان ظاهری را اندازه گیری می‌کنند و کنتورهای دیجیتال توان اکتیو و راکتیو مصرفی توسط مشترک را به طور تفکیک شده ثبت می‌کنند و مشترک هزینه بیشتری را برای توان راکتیو مصرفی خود در مقایسه توان اکتیو مصرفی پرداخت می‌کند.

با توجه به مطالب مطرح شده در بالا و با عنایت به این مطلب که هزینه حامل‌های انرژی بعد از حذف یارانه‌ها به شدت افزایش یافته، توجه به مباحث توان راکتیو و تامین توان راکتیو مورد نیاز توسط خود مشترک و مباحث اصلاح ضریب توان و جبرانسازی از اهمیت ویژه‌ای برخوردار شده است. تصحیح ضریب توان از سرمایه گذاری‌های بسیار ارزشمند در زمینه تاسیسات برقی به حساب می‌آید و در طول مدت 1.5  تا 2.5 سال بازگشت سرمایه داشته و بعد از آن وارد دوران سود دهی می‌شود؛ لذا طراحی کاملا اصولی و فنی بانک خازنی و استفاده از خازن‌های با کیفیت بالا و رگولاتور مناسب برای کارکرد دراز مدت این سیستم از اهمیت بالایی برخوردار است که باید طراح با اشراف کامل بر این مباحث بهترین سیستم را طراح و پیاده سازی کند.

شرح سیستم

۱ - جبران سازی
 
توان راکتیوی که بین ژنراتور و مصرف کننده در حال نوسان است در شبکه به گرما مبدل می‌شود. مولدها، ترانسها، کابل‌ها و سیم­کشی‌ها و کلید‌ها نیز بر اثر آن تحت اضافه بار قرار گرفته که تلفات و افت ولتاژ را به همراه دارند. در صورت زیادبودن مقدار توان اکتیو مصرفی ممکن است کابل‌ها و سیمها، توان انتقال جریان برق را نداشته باشند و لازم باشد که کابل‌ها و سیم­های دارای مقاطعبزرگتری به کار گرفته شوند که این مسئله علاوه پرداخت هزینه اضافی برای خریداری سیم و کابل با مقطع بالاتر، مسائل مربوط به افزایش ابعاد داکت تاسیسات برقی و وزن تاسیسات برقی که در دید کلی از اهمیت بالایی برخوردار است.

انتخاب خازن

اغلب دستگاه‌ها و مصرف کنندگان الکتریکی برای انجام کار مفید نیازمند مقداری توان راکتیو برای مهیا کردن شرایط لازم برای انجام کار می باشند به عنوان مثال موتورهای الکتریکی AC برای تبدیل انرژی الکتریکی به انرژی مکانیکی، نیازمند تولید شار مغناطیسی در فاصله هوایی موتور هستند. ایجاد شار تن‌ها توسط توان راکتیو امکان پذیر و با افزایش بار مکانیکی موتور مقدار توان راکتیو بیشتری مصرف می‌گردد.

مصرف کنندگان توان راکتیو

عمدۀ مصرف کنندگان انرژی راکتیو عبارتند از:

۱) سیستمهای الکترونیک قدرت

الف) مبدلهای (Rectifiers) AC/DC

ب.) مبدلهای (Inverters) DC/AC

ج. (مبدلهای (Converters) AC/AC

د. (چاپر‌ها (Choppers)

۲) مصرف کنندگان یا تجهیزاتی که دارای مشخصه غیر خطی هستند.

۳) مصرف کنندگانی که در شکل موج ولتاژ محل تغذیه خود اعوجاج (هارمونیک) ایجاد می‌نمایند.

۴) متعادل سازهای بارهای نامتعادل

۵) تثبیت کننده های ولتاژ

۶) کوره های القایی

۷) کوره های قوس الکتریکی

۸) سیستمهای جوش کاری DC، AC

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، دکل‌های فشارقوی مقاومتر و در نتیجه هزینه‌های 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 راکتیوهم کارساز نبوده و باید انرژی در محل تولید گردد.

خازن اصطلاحاً تولید کنندۀ انرژی راکتیو است، اما خازن توان راکتیو تولید نکرده بلکه مصرف کنندۀ آن نیز می‌باشد. فقط در زمانی که القاگر انرژی راکتیو در خود ذخیره می‌نماید (از شبکه میکشد) خازن، انرژی ذخیره شدۀ خود رابه شبکه تحویل می‌دهد و در زمانی که القاگر انرژی ذخیره شده اش را به شبکه پس می‌دهد خازن از شبکه انرژی میکشد. حال اگر القاگر و خازن در کنار هم قرار گیرند، هنگامی که خازن انرژی میدهد القاگر آن انرژی را میگیرد و زمانی که خازن انرژی می‌گیرد القاگر انرژی میدهد که موجب تعادل انرژی بین القاگر و خازن گشته، تبادل انرژی بین مصرف  کننده و شبکه صورت نمی‌گیرد.

تثبیت ولتاژ

مورد استفادۀ دیگر خازن (انرژی راکتیو) تثبیت ولتاژ محل تغذیه بار است. افزایش بار به معنی افزایش دامنه جریان کشیده شده از شبکه و ازدیاد افت ولتاژ در محل تغذیه است. برای کاهش افت ولتاژ سه راه حل وجود دارد:

۱) تقویت شبکه

تقویت شبکه به معنای کاهش امپدانس معادل شبکه در محل تغذیه میباشد. انجام این مهم با افزایش ولتاژ شبکه ویا تغذیه چند سویه بار امکان پذیر است که برای اکثر مصرف کنندگان این کار امکان پذیر نیست.

۲) کاهش بار

افت ولتاژ بیش از حد مجاز را با تقلیل دادن بار و یا تنظیم توالی زمانی بهره برداری دستگاه‌ها می‌توان جبران نمود.


۳) استفاده از خازن

با تزریق کردن Q وار توان راکتیو به شبکه در محل مصرف ولتاژ از U. ۱ به U. ۲ افزایش می‌یابد، با استفاده از این ویژگی می‌توان به تثبیت ولتاژ پرداخت.

ذکر این مساله بسیار حائز اهمیت است که تثبیت ولتاژ و تنظیم ضریب توان، به صورت همزمان امکان  پذیر نیست.

توان راکتیو خازن و مقدار مؤثر جریانی که هنگام اتصال خازن به شبکه، از شبکه به سمت خازن جاری میگردد به نحوه اتصال خازن و ولتاژ محل نصب و ظرفیت خازن به شبکه بستگی دارد.

از جمله مشخصات خازن ولتاژ نامی، جریان نامی، و توان راکتیو خازن است، طبق استاندارد:

ولتاژ نامی Un : بر اساس استاندارد ولتاژی است که خازن آن را به طور دائمی و بدون صدمه دیدن تحمل می‌کند.

جریان نامی In : بر اساس استاندارد جریانی است باشد که خازن در ولتاژ و فرکانس نامی از شبکه می‌کشد.

توان راکتیونامی Qn:  میزان توان راکتیو خارن، در ولتاژ و فرکانس نامی است.

 تمامی خازن‌ها به صورت تک فاز ساخته می‌شوند. در ولتاژهای پایین خازن‌ها سه فاز و به صورت مثلث به هم متصل میشوند. در ولتاژهای بالا به دلیل مشکلات ایزولاسیون، و در ظرفیت‌های زیاد به دلیل مشکلات انـتقال حرارت و خنک سازی خازن، خازن‌ها به صورت تکفاز ساخته می‌شوند. اتصال خازن‌های تکفاز به دو صورت اتصالات ستاره و یا مثلث امکان پذیر است و بسته به نوع اتصال، جریانهای متفاوتی از شبکه می‌کشند.

به عنوان مثال می‌توان سه خازن ۱۰ کیلووار، ۴۰۰ ولت را به صورت ستاره به هم متصل کرد و یا سه خازن ۱۰ کیلووار، ۴۰۰ ولت را به صورت مثلث به هم وصل کرد. در این دو حالت اخیر هر دو بانک توان راکتیو یکسانی رابه شبکه تحویل داده، جریان یکسانی از شبکه می‌کشند، ولی جریان عبوری از هر خازن در دو حالت برابر نیست. باذکر مثالی به بررسی اثر نحوه اتصال خازن‌های تک فاز، در مقدار قدرت راکتیو بانک خازنی حاصل می‌پردازیم:

سه عدد خازن تک فاز ۱۰ کیلووار، ۴۰۰ ولت یک بار به صورت مثلت و یک بار به صورت ستاره به شبکه متصل میشوند.

 
فرکانس شبکه = ۵۰ هرتز                          ولتاژ شبکه = ۴۰۰ ولت

جریان نامی خازن = ۲۵ آمپر                       توان راکتیو نامی خازن = ۱۰ کیلو
 
 

 

اتصال ستاره

اتصال مثلث

جریان هر خازن

 

14/4 آمپر

 

25 آمپر

 

جریان کل کشید هشده از شبکه

 

14/4 آمپر

 

43 آمپر

 

توان راکتیو تحویلی به شبکه

 

10 کیلووار

 

30 کیلووار

 

 

ضریب توان

ضریب توان، معیار برای سنجش میزان توان راکتیو مورد نیاز دستگاه مصر ف. کنندۀ برق، برای انجام تبدیل انرژی م. یباشد، ضریب توان براساس تعریف نسبت توان اکتیو مورد نیاز به کل توان الکتریکی تعریف می‌گردد و همیشه بین ۱ - و ۱ تغییر می‌کند از ۱ + الی ۰ برای بارهای القایی و از ۰ الی ۱ - برای بارهای خازنی میباشد.

با اتصال خازن به بار، ضریب قدرت کل مجموعه مصرف کننده و خازن تغییر می‌کند چرا که بخشی از انرژی راکتیومورد نیاز مصر ف. کننده را خازن تأمین میکند و تن‌ها باید جزء باقیمانده را از شبکه دریافت کند.

مکانیسم عملکرد خازن

در یک مصر ف. کنندۀ الکتریکی پس فاز با زاویه فاز جریانی که از شبکه کشیده میشود شامل دو جزء اکتیو I. p. و راکتیو Iq است ا. گر خازنیبه دو سر مصرف کننده متصل نماییم خازن جریان راکتیوی برابر IC از شبکه میکشد که در خلاف جهت جریان راکتیو باراست؛ لذا جریان راکتیوی که توسط مجموعه مصر ف. کننده و خازن از شبکه کشیده می‌شود به اندازه IC کاهش می‌یابد و به مقدار (IQ − IC) میرسد.

با اتصال خازن به بار، ضریب قدرت کل مجموعه مصرف کننده و خازن تغییر می‌کند چرا که بخشی از انرژی راکتیومورد نیاز مصر ف. کننده را خازن تأمین میکند و تنها باید جزء باقیمانده را از شبکه دریافت کند.


*از انجایی که طراحی این تابلو‌ها و مبحث اصلاح ضریب توان و مطالب و موضوعات مرتبط بسیار زیاد است در اینده به این مبحث بیشتر خواهیم پرداخت.

مزایای خازن­ گذاری:

استفادۀ اقتصادی از

· ترانس‌ها
· سیم­‌ها و کابل‌ها
· کلید‌ها
کاهش تلفات و افت ولتاژ: در نتیجه مخارج کم انرژی
برای خازن­گذاری ۳ گزینه می­تواند به شرح ذیل مدنظر باشد:

۱ - جبران­سازی انفرادی

در ساده­ترین فرم، یک خازن با مقدار مناسب، موازی هر مصرف کننده سلفی نصب می­شود. بدین وسیله به صورت چشمگیری از بار سیم­‌ها و کابل‌ها کم می­شود. باید دقت کرد که خازن فقط در محدودۀ زمانی فعالیت دستگاه‌ها مورد استفاده واقع شود. در ضمن نصب خازن برای جبران­سازی انفرادی دستگاه‌ها ساده نیست (از قبیل: مسایلی، چون مکان و یا مخازن مونتاژ و نصب آن)

 
اصلاح ضریب توان
کاربرد

· جهت جبران­سازی توان راکتیوی باری ترانسفورماتور‌ها
· برای موتورهای دائم کار
· برای موتورهای کم بار یا با کابل طولانی

مزایا

· شبکه داخلی کاملاً از جریان راکتیو پاک می­شود
· مخارج کمتر برحسب

معایب

· جبران­سازی در تمام سیستم پخش شده است.
· نصب پیچیده
· به طور کلی به خازن بیشتری نیاز است، زیرا توجهی به ضریب هم­زمانی نمی­شود.

۲ - جبران­سازی گروهی

دستگاههایی که به صورت گروهی نصب شده­اند، به صورت جمعی جبران­سازی می­شوند به جای خازنهای مختلف کوچک یک خازن مناسب بزرگ نصب می­شود.

کاربرد

· برای مصارف سنگین سلفی در صورتی که با هم به کار گرفته شوند.
مزایا
· شبیه جبران­سازی انفرادی، ولی اقتصادی­تر
معایب
· فقط برای مصرف­کننده­های گروهی که با هم کار می­کنند قابل استفاده است.

۳ - جبران­سازی مرکزی

کل جبران سازی بصورت متمرکز مثلاً در ورودی فشار ضعیف نصب می‌شود، بدین طریق تمام توان راکتیو مورد نیاز پوشش داده می‌شود. کل توان خازن پله‌های متعدد تقسیم شده و بوسیله یک رگولاتور توان راکتیو از طریق کنتاکتورها، بسته به وضعیت بار به مدار وارد یا خارج می‌شوند. این روش امروزه در بیشتر مواقع مورد توجه قرار می‌گیرد. چرا که جبران­سازی مرکزی بدین طریق می­تواند به آسانی تحت کنترل قرار گیرد. تنظیم کننده‌های راکتیو مدرن می‌توانند دائماً وضعیت کلید‌ها، ضریب توان و جریان اکتیو و راکتیو و همچنین هارمونیک‌های موجود در شبکه را تحت نظارت قرار دهند. به طور کلی با این روش به دلیل در نظر گرفتن هم زمانی در تمام کارخانه توان خازنی کمتر نسبت به جبران سازی انفرادی یا گروهی نیاز است. در این روش جریان راکتیو سیم‌ها و کابلهای به کار رفته در شبکه درونی از طریق جبران سازی کم نمی‌شوند. یعنی اگر سطح مقاطع کابل‌ها و سیمهای بار به اندازۀ کافی بزرگ باشد، دیگر مزیتی به شمار نمی‌رود.
 
اصلاح ضریب توان
 
اصلاح ضریب قدرت

کاربرد

· در صورتیکه مقاطع سیم‌ها و کابلهای محل ایجاد مشکل نکنند همیشه قابل استفاده است.

مزایا

· کل سیستم مقابل دیده بوده و آسان قابل کنترل است.
· استفاده مفید از توان خازن نصب شده
· نصب ساده در اغلب اوقات
· مصرف کمتر خازن، چون ضریب هم زمانی در نظر گرفته می‌شود.
· در صورت وجود هارمونیک در شبکه، دارای مخارج مناسب تری است، زیرا خازن‌ها آسانتر به سلف مجهز می‌شوند.

معایب

· بار داخلی شبکه کم نمی­شود.
· مخارج اضافی برای تنظیم اتوماتیک سیستم


۴ - جبران سازی مخلوط:

به دلیل اقتصادی اغلب مقرون به صرفه است که هر سه روش بالا را با یکدیگر استفاده نمود.
 
 
منبع: وبلاگ بهروز ابتکار
ارسال نظر قوانین ارسال نظر
لطفا از نوشتن با حروف لاتین (فینگلیش) خودداری نمایید.
از ارسال دیدگاه های نا مرتبط با متن خبر، تکرار نظر دیگران، توهین به سایر کاربران و ارسال متن های طولانی خودداری نمایید.
لطفا نظرات بدون بی احترامی، افترا و توهین به مسئولان، اقلیت ها، قومیت ها و ... باشد و به طور کلی مغایرتی با اصول اخلاقی و قوانین کشور نداشته باشد.
در غیر این صورت، «برق نیوز» مطلب مورد نظر را رد یا بنا به تشخیص خود با ممیزی منتشر خواهد کرد.
نام:
ایمیل:
* نظر:
وضعیت انتشار و پاسخ به ایمیل شما اطلاع رسانی میشود.
پربازدیدها
برق در شبکه های اجتماعی
اخبار عمومی برق نیوز
عکس و فیلم
پربحث ترین ها
آخرین اخبار