اصلاح ضریب توان

سرویس آموزش و آزمون برق نیوز: اصلاح ضریب توان که با عبارت PFC نمایش داده می‌شود، فرآیند تعدیل ضریب توان از مقادیر کوچکتر از ۱ به مقادیر نزدیک ۱ است. اصلاح ضریب توان هم در طول انتقال انرژی الکتریکی در پست‌های تبدیل به منظور افزایش راندمان تبدیل ولتاژ و هم در مراکز مصرف انرژی الکتریکی انجام می‌شود. توان در سه گروه زیر دسته بندی می شود:

۱ - توان اکتیو

۲ - توان راکتیو

۳ - توان ظاهری

از توان اکتیو برای تامین انرژی تجهیزاتی مانند روشنایی، حرارت، کار مکانیکی و ... استفاده می شود . توان راکتیو  کاری انجام نمی‌دهد و تنها بین تولید کننده و مصرف کننده به طور مداوم در حال مبادله است و توان ظاهری از جمع برداری توان اکتیو و راکتیو حاصل می شود.



 اصلاح ضریب توان از سرمایه گذاری‌های بسیار مهم در زمینه تاسیسات برقی به حساب می‌آید؛ طراحی کاملا اصولی بانک خازنی و استفاده از خازن‌های با کیفیت بالا و رگولاتور مناسب برای بهره برداری دراز مدت منجر به بازگشت سرمایه در طول مدت 1.5 تا 2.5 سال خواهد شد.

 جبران سازی ضریب توان 

جبران سازی توان راکتیو یکی از ابزار بهینه سازی هزینه انرژی و برگشت سـرمایه است. بانک‌های خازنی با توسـعه و تولیـد کنتاکتور‌های خازنی و رگولاتور‌های میکروپرسسوری بسیار پیشـرفته که تضمین کننده رفتار مناسب وبهینه بانک خازنی به تغییرات بارهستند، کاملا قابل اعتماد شده اند. اغلب دستگاه‌ها و مصرف کنندگان الکتریکی برای انجام کار مفید نیازمند مقداری توان راکتیو برای مهیا کردن شرایط لازم برای انجام کار می‌باشند. بعنوان مثال موتور‌های الکتریکی A.C 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 می‌گردد.

انتخاب خازن
اغلب دستگاه‌ها و مصرف کنندگان الکتریکی به توان راکتیو برای انجام کار مفید نیاز دارند و با افزایش بار مکانیکی موتور مقدار توان راکتیو بیشتری مصرف می کند؛ یکسو سازها، کنترلر‌های الکترونیکی موتورها، مبـدل‌های فرکـانس و دیگر بار‌های الکتـرونیکی برای جبـران توان راکتیو مصرفی، نیاز به خازن دارند.

مزایای استفاده از خازن

• کاهش توان راکتیو در سیستم
• ایجاد امکان تنظیم ولتاژ
• کاهش اثر سلفی مدار
• بهبود ضریب توان شبکه
• کاهش تلفات سیستم و افزایش راندمان
• کاهش هزینه‌های مصرف برق

 

مصرف کنندگان انرژی راکتیو

• سیستم‌های الکترونیک قدرت
    - مبدل‌های (AC/DC Rectifiers, DC/AC Inverters, AC/AC Convert)
    - 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 ساز‌های بار‌های نا متعادل
• تثبیت کننده‌های ولتاژ
• کوره‌های القایی
• کوره‌های قوس الکتریکی
• سیستم‌های جوشکاری AC , DC

انتقال انرژی راکتیو نیازمند کابل هایی  با سطح مقطع بزرگتر، دکل‌های فشارقوی و هزینه‌های مازاد است. همچنین افزایش تلفات الکتریکی و کاهش راندمان شبکه را نیز به همراه دارد. خازن تولید کنندۀ انرژی راکتیو است، اما خازن فقط تولید کننده توان راکتیو نمی باشد بلکه مصرف کنندۀ آن نیز است. زمانی که القاگر انرژی راکتیو را در خود ذخیره می کند(از شبکه میکشد) خازن، توان راکتیو ذخیره شدۀ را به شبکه تزریق می کند و در زمانی که القاگر انرژی ذخیره شده را به شبکه پس می‌دهد خازن از شبکه توان راکتیو می کشد.

تثبیت ولتاژ

 خازن ها (انرژی راکتیو) برای تثبیت ولتاژ محل تغذیه بار بکار برده می شوند. 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 می باشد. 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 کاهش مقدار بار و یا تنظیم توالی زمانی بهره برداری دستگاه‌ها می‌توان جبران کرد.


۳) استفاده از خازن

با تزریق کردن توان راکتیو به شبکه در محل مصرف  مقدار ولتاژ  افزایش می‌یابد، با استفاده از این ویژگی می‌توان به تثبیت ولتاژ پرداخت.

شایان ذکر 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.

 تمامی خازن‌ها به صورت تک فاز ساخته می‌شوند. در ولتاژهای پایین خازن‌ها سه فاز و به صورت مثلث به هم متصل می شوند. 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.

 

ضریب توان

ضریب توان، معیار برای سنجش میزان توان راکتیو مورد نیاز دستگاه الکتریکی، برای انجام تبدیل انرژی می باشد، ضریب توان براساس نسبت توان اکتیو مورد نیاز به کل توان الکتریکی تعریف می شود و همیشه بین ۱ - و ۱ متغیر است. مقدار ضریب توان  از ۱ + الی ۰ برای بارهای القایی و از ۰ الی ۱ - برای بارهای خازنی می باشد.
با اتصال خازن به بار، ضریب قدرت کل مجموعه مصرف کننده و خازن تغییر می‌کند چرا که بخشی از انرژی راکتیو مورد نیاز مصرف کننده را خازن تأمین می کند.

مکانیسم عملکرد خازن

در یک مصرف کنندۀ الکتریکی پس فاز با زاویه فاز جریانی که از شبکه کشیده می شود شامل دو جزء اکتیو I_p و راکتیو I_q است. اگر خازنی را به دو سر مصرف کننده وصل کنیم، خازن جریان راکتیوی برابر I_C 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 I_C کاهش می‌یابد و به مقدار (I_Q − I_C) میرسد.

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

انواع روش‌های اصلاح ضریب توان

برای اصلاح ضریب توان از سه روش اصلی استفاده می‌شود:

• اصلاح ضریب توان فردی
• اصلاح ضریب توان گروهی
• اصلاح ضریب توان مرکزی

 جبران­سازی انفرادی
در ساده­ترین حالت، یک خازن با مقدار مناسب، موازی هر مصرف کننده سلفی نصب می­ شود. بدین وسیله به صورت چشمگیری از بار سیم­‌ها و کابل‌ها کم می ­شود. 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)

 

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.

 

 

 

منبع: وبلاگ بهروز ابتکار