کلیاتی درباره خازن ها و حفاظت آن ها

سرویس آموزش و آزمون برق نیوز: امروزه خازن ها به عنوان تصحیح کننده ضریب قدرت و تغذیه کننده توان راکتیو از اهمیت خاصی برخوردارند.

وجود خازن نه تنها برای اصلاح ضریب قدرت شبکه سراسری برق ناشی از اندوکتانس خطوط انتقال انرژی و ترانسفورماتورها مفید است، بلکه نصب آن برای مصرف کنندگان فشار ضعیف، ضروری است. اگر چه هزینه های اولیه سرمایه گذاری برای نصب بانک های خازنی به نظر گران می رسد ولی در ظرف مدت ۱۸ تا ۳۰ ماه هزینه های فوق از محل صرفه جویی ضرر و زیان مندرج در صورت حساب های دوره ای مستهلک تسویه خواهد شد. در نتیجه توجیه و تشویق مشترکان برای نصب خازن، بهره وری دوسویه است که منافع حاصل از آن به نفع مشترکان و نیز شرکت های برق خواهد بود.

نحوه عملکرد خازن

استفاده از خازن ها به عنوان تولیدکننده بار راکتیو به منظور تنظیم و کنترل ولتاژ و جلوگیری از نواسانات قدرت در شبکه ها و تصحیح ضریب قدرت در مصرف کننده ها به علت ارزانی و سادگی سیستم آن، بسیار متداول است. در یک مصرف کننده الکتریکی غیراهمی بین ولتاژ و جریان، اختلاف فازی وجود دارد. جریانی که مصرف کننده از شبکه می کشد دو جزء اکتیو و راکتیو دارد. حال اگر خازنی را به دو سر بار متصل کنیم جریانی از شبکه می کشد که در خلاف جهت جریان راکتیو بار است. لذا جریان راکتیوی که از شبکه کشیده می شود کاهش می یابد. در این شرایط زاویه جدید بین جریان و ولتاژ تقلیل می یابد. به عبارت دیگر در شرایط جدید، ضریب توان cos φ بزرگتر شده است. هر اندازه زاویه (φ) کوچکتر باشد متناسب با آن، قدرت اکتیو بیشتر و قدرت راکتیو کمتر خواهد شد.

مزایای استفاده از خازن

خازن های مورد استفاده در شبکه های برق دارای اثرات مختلفی هستند که از جمله می توان به این موارد اشاره کرد:

ـ کاهش مولفه پس فاز جریان مدار

ـ تنظیم ولتاژ و ثابت نگه داشتن آن به منظور جلوگیری از وارد آمدن خسارت به دستگاه ها

ـ کاهش تلفات سیستم به دلیل کاهش جریان

ـ کاهش توان راکتیو در سیستم به دلیل کاهش جریان

ـ بهبود ضریب توان شبکه

ـ به تعویق انداختن و یا به طور کلی حذف کردن هزینه های لازم برای ایجاد تغییرات در سیستم

ـ افزایش درآمد ناشی از افزایش ولتاژ و جبران بار راکتیو


ساختمان و حفاظت خازن

قسمت اکتیو خازن شامل دو ورقه نازک آلومینیوم جدا شده توسط لایه های کاغذ اشباع شده از روغن عایق و مایع های مصنوعی سنتتیک Synthetic، مانند بنزیل است. گاه به جای کاغذ از موادی چون پلی پرپیل استفاده می شود.

همچنین استفاده از فیوزهای (HRC (High Rupture current برای محافظت در مقابل اضافه جریان به عنوان مکمل حفاظت حرارتی متداول است.

به منظور کاهش ولتاژ دو سرخازن پس از خارج شدن آنها از مدار از مقاومت هایی که به ترمینال های خازن، بسته شده است استفاده می کنند. توان این مقاومت ها متناسب با توان خازن ها بین ۳۰ تا ۵۰ کیلو اهم است که میزان ولتاژ را در مدت سه دقیقه پس از قطع خازن ها به میزان کم خطر (پایینتر از ۷۵ ولت) کاهش می دهند. در حالت های خاصی که خازن مستقیماً به سیم پیچ های الکتروموتور وصل می شود نیازی به مقاومت تخلیه نبوده و باید تا توقف کامل موتور از تماس با قسمت های برقدار خازن، اجتناب شود.


ملاحظات کلی در نصب خازن ها

محل نصب خازن ها در یک سیستم برقی به مشخصات بار، بستگی دارد. برای بارهای متمرکز، خازن ها در نزدیکی مرکز بار اما برای بارهای پراکنده، خازن در طول خط و مطابق با نیاز نصب می شود. خازن ها 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 زدگی نیز نداشته باشد. به دمای خازن ها در هنگام کار، توجه خاصی مبذول می شود، چون اثر مهمی در عمر خازن دارد. به این دلیل در روی پلاک خازن ها حداقل و حداکثر دمای مجاز کار خازن توسط سازندگان، حک می شود. چیدمان خازن ها 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 امکان پذیر باشد. به این دلیل در بدنه تابلوی خازن ها، فضای مناسب برای امکان تبادل هوا با محیط بیرون تعبیه می شود. این مطلب خصوصاً برای واحدهایی که در ستون هایی روی هم قرار گرفته اند، اهمیت خاصی پیدا می کند. در مجموع توصیه می شود خازن ها در مقابل تشعشع مستقیم خورشید محافظت شوند. علاوه بر موارد فوق بهتر است خازن ها در محلی نصب و مورد بهره برداری قرار گیرند که دارای رطوبت زیاد نباشد. همچنین هوای محیط های 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 خازن ها 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 خازن های 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.

روش های تعیین میزان ضریب توان (cos φ) عبارتند از

الف ـ توسط دستگاه ضریب توان سنج (کوسینوس فی متر): در این حالت ضریب توان مستقیماً قابل خواندن است.

ب ـ با استفاده از مقدار مصرف ماهانه: ضریب توان در این روش با تقسیم توان راکتیو مصرفی به توان اکتیو مصرف شده در یک دوره کنتورخوانی، قابل محاسبه است.

ج ـ به کمک سنجش تعداد دور کنتورهای اکتیو و راکتیو: در این روش تعداد دور کنتورها در یک زمان معین، شمارش شده و سپس با داشتن عدد ثابت کنتورها ( تعداد دور به ازای یک کیلووات ساعت یا یک کیلووار ساعت) ضریب توان متوسط محاسبه می شود.

برای دقت در اندازه گیری، آزمایش چندبار، تکرار و در نهایت حد وسط، محاسبه و ملاک عمل قرار می گیرد.
محاسبه توان خازن

پس از مشخص شدن مقدار ضریب توان موجود، محاسبه خازن برای جبران توان راکتیو و اصلاح ضریب توان، انجام می شود. معمولاً این جبرانسازی برای ضریب قدرت بین ۸۵/۰ تا ۹۵/۰ انجام می شود. از جبرانسازی ضریب قدرت بیش از ۹۵/۰ باید اجتناب شود. زیرا در این شرایط علاوه بر نیاز به میزان قابل ملاحظه ای از خازن برای تامین قدرت راکتیو، هادی ها به دلیل عبور جریان زیاد راکتیو تحت تنش قرار گرفته و نیز ممکن است در شبکه مصرف کننده افزایش ولتاژ نامطلوبی ایجاد شود. روش های متداول برای محاسبه توان خازن مورد نیاز به این شرح است:
الف ـ روش ضریب قدرت تصحیح شده

در این روش با استفاده از جدول و به کمک فرمول f ×p = Φc توان خازن مورد نظر، محاسبه می شود. مقدار cos Φ۱ ضریب قدرت فعلی سیستم است که قبلاً روش محاسبه آن ذکر شد وcosΦ۲ ضریب قدرت مورد انتظار است.

Φc: توان خازن مورد نیاز [KVAR]

P : توان اکتیو مصرف کننده [KW]

f : ضریب تبدیل (که از جدول به دست می آید)
ب – روش استفاده از نمودار

در این روش به کمک نمودار و با معلوم بودن توان اکتیو مصرف کننده و ضریب توان مورد انتظار، مقدار توان خازن مورد نیاز مشخص می شود.
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 خازن ها 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 می شود پله بندی و رگولاتور مناسب با این مجموعه را انتخاب کرد. نحوه پله بندی خازن ها در مشخصات فنی رگولاتورها ذکر می شود و بطور عمومی به یکی از سه روش زیر و متناسب با رفتار بار راکتیو مصرف کننده انتخاب می شود:

(۱):۱:۱:۱ …

(۲):۱:۲:۲ …

(۳):۱:۲:۴:۸ …

از مشخصه های مهم دیگر رگولاتورها مراحل عملکرد آنها است. بعنوان نمونه در رگولاتور نوع ۵/۳ تعداد سه عدد خازن در پنج حالت مختلف می توانند در مدار قرار گیرند.

بنابراین برای مقدار معینی از توان راکتیو خازنی، انتخاب های متنوعی می تواند صورت گیرد که میزان بار راکتیو که در هر مرحله وارد مدار می شود و نیز نوع رگولاتور عامل موثر در طراحی بانک های خازنی خواهد بود.

منبع:ایکهربا