خازن صنعتی چیست؟

سرویس آموزش و آزمون برق نیوز، امروزه خازن‌ها نقش ویژه‌ای در صنعت برق به ویژه در کارخانجات ایفا می‌کنند که مهمترین آن اصلاح ضریب قدرت می‌باشد. در یک خط تولید کارخانه تعداد زیادی موتور القایی وجود دارد که با توجه به ویژگی‌های موتور القایی سبب افزایش توان راکتیو مصرفی کارخانه می‌شوند. توان راکتیو در واقع توانی است که مصرف می‌شود، اما کار مفیدی را انجام نمی‌دهد و با توجه به اینکه امروزه از کنتور‌های هوشمند که توانایی اندازه گیری هر دو توان راکتیو و اکتیو را دارد، برای مصارف صنعتی و حتی خانگی استفاده می‌شود، مصرف کننده ملزم به پرداخت بهای مصرفی هر دو توان اکتیو و راکتیو می‌باشد. اصلی‌ترین راه در کاهش توان راکتیو کارخانه‌ها و در بعضی از مواقع مصارف خانگی، استفاده از خازن به عنوان اصلاح کننده ضریب قدرت می‌باشد. با توجه به ویژگی‌های خازن، بکار بردن آن در مدارات به مقدار خیلی زیادی باعث اصلاح ضریب توان و در نتیجه کاهش توان راکتیو مصرفی می‌شود. محاسبه مقدار خازن نیازمند محاسبات فنی و دقیق دارد که توسط فرد متخصص صورت می‌گیرد. در ادامه ابتدا به صورت کلی به ساختار خازن و ویژگی‌های آن اشاره شده و سپس دسته بندی مربوط به آن براساس سطح ولتاژ و توان خروجی ارائه شده است.

ساختار کلی خازن اصلاح ضریب قدرت

خازن‌های اولیه دارای دی الکتریکی از جنس کاغذ کرافت و مایع نفوذی آسکارل بودند و تا ظرفیت حدود ۱۰۰ KVAR تولید می‌شدند که به خازن‌های کاغذی معروف بودند. با پیشرفت تکنولوژی و تولید فیلم‌های پلاستیکی عایق از جنس پلی‌پروپیلن، امکان تولید خازن با ظرفیت‌های بزرگتر از طریق ترکیب کاغذ کرافت و پلاستیک فوق میسر گردید. لازم به ذکر است که خازن‌های تمام فیلم، اتلاف کمتری دارند و به ندرت شاهد ترکیدگی این نوع از خازن‌ها هستیم و همچنین دارای دمای کارکرد پایینی می‌باشند. در جدول زیر میتوان تأثیر نوع دی الکتریک را بر توان خروجی خازن مشاهده کرد:


در یک تقسیم بندی کلی خازن‌های صنعتی را در دو دسته فشار ضعیف و فشار متوسط طبقه بندی میکنیم:

خازن‌های فشار ضعیف
خازن‌های فشار ضعیف دارای ولتاژ زیر ۱۰۰۰ ولت می‌باشند و امروزه بصورت سیلندری تولید می‌شوند. به این خازن‌ها معمولاً خازن خشک هم گفته میشود که به دو صورت تکفاز و سه فاز در بازار موجود می‌باشد. ساختار داخلی آن‌ها به صورت کویل‌های آلومینیومی باشد که در نوع سه فاز آن از تصال مثلث استفاده می‌شود.

در این سطح ولتاژ، اصولا خازن‌ها به صورت روغنی و در طراحی تکفاز و سه فاز میباشند که از موازی و سری شدن المان‌های ریز‌تر خازن، ظرفیت نهایی با توانایی تحمل ولتاژ مورد نظر به دست خواهد آمد. المان‌های خازن‌ها درون یک بدنه واحد قرار می‌گیرند و اغلب نیازی به نگهداری ندارند. المان‌های خازنی مطابق با استاندارد‌های صنعتی طراحی و آزمایش می‌شوند. مشخصة خازن‌ها شامل کیلووار، ولتاژ و فرکانس نامی، دمای محیط از ۴۰- تا ۵۵+ درجة سانتیگراد است. خازن‌های تکفاز در سایز‌هایی با کیلوار‌های مختلف موجود هستند. در ادامه اجزاء مختلف خازن را بررسی می‌کنیم:

الکترود‌ها اغلب صفحات نازکی به ضخامت ۶ میلیمتر و از جنس آلومینیوم کشیده شده هستند. الکترود‌ها با صفحات دی‌الکتریک از هم جدا شده‌اند و به دور یک محور پیچیده شده‌اند. ترمینال‌ها با لحیم یا جوش به الکترود متصل می‌شوند. در خازن‌های تکفاز معمولاً دو الکترود به کار می‌روند.

دی‌الکتریک یا مادة عایق در خازن اصلاح ضریب قدرت برای جدا کردن الکترود‌ها به کار می‌رود. این مواد استقامت دی‌الکتریکی بالا، ثابت دی‌الکتریک بزرگ، و تلفات اندکی دارند. در ابتدا در تولید خازن از کاغذ کرافت استفاده می‌شد، ولی امروزه از فیلم‌های پلی‌پروپیلن استفاده می‌شود. کاغذ مورد استفاده چگالی کم (حدود ۰٫۸گرم بر سانتیمتر مکعب) دارد. ثابت دی‌الکتریکی وابسته به نوع روغن مورد استفاده در کاغذ دارد. فیلم‌های پلی‌پروپیلن در دهة ۳۰ اختراع شدند و در دهة ۶۰ در صنعت خازن به کار گرفته شدند. این ماده تلفات بسیار کم و ثابت دی‌الکتریک بزرگی دارد که در فرکانس ۵۰ هرتز تا ۱ مگاهرتز حدود ۲/۲۵ است. ضخامت فیلم بسیار اندک (در حدود ۱۰ میکرون)، و در نتیجه خازن تولیدی بسیار کم‌حجم خواهد بود.



بدنه: مجموعة الکترود‌های آلومینیومی و دی‌الکتریک در یک محفظة فلزی قرار داده می‌شود و بین این دو با عایق پر می‌گردد. از ماده‌ای دی‌الکتریک برای پر کردن محفظه استفاده می‌شود. سپس بدنه آب‌بندی شده و الکترود‌ها به بوشینگ‌ها متصل می‌شوند. در خازن‌های فشار قوی، بدنه را می‌توان از جنس فولاد ضد زنگ ساخت

بوشینگ خازن: در خازن‌های فشار ضعیف، ترمینال‌های عادی استفاده می‌شود. در ولتاژ‌های بالاتر، ترمینال در درون بوشینگ‌های پرسلین porcelain قرار داده می‌شود. بوشینگ‌ها زبانه‌های فلزی دارند. برای پر کردن منافذ موجود در کویل از مایع عایقی استفاده می‌شود که اهمیت بسزایی دارد، زیرا هر منفذی می‌تواند باعث تخلیة الکتریکی بین الکترود‌ها و درون دی‌الکتریک گردد و خازن را خراب کند. در طراحی‌های قبل از ۱۹۷۵، از PCB به عنوان نافذ اصلی استفاده می‌شد. بعد‌ها ثابت شد که این ماده تجزیه پذیر نیست و هم برای محیط زیست و هم سلامت افراد خطرناک است. سپس سازندگان خازن مجبور شدند برای این ماده جایگزینی پیدا کنند. خازن‌هایی با تکنولوژی فیلم و بخار فلز با سیال عایق و بدون PCB تولید شدند. سپس فیلم‌های فلزی و کاملاً خشک در اواخر دهة ۷۰ ظاهر شدند. ولی PCB ماده‌ای ضد آتش با خصوصیات برتری است که هیچ یک از مواد جایگزین آن خصوصیات را یکجا ندارند.

مایع‌هایی که در داخل خازن معمولا استفاده می‌شوند.


مقاومت تخلیه‌ای خازن اصلاح ضریب قدرت: که بین الکترود‌ها قرار می‌گیرد تا خازن را در هنگام قطع شدن از منبع، دشارژ کند و مقدار آن بسته به مدت زمان و ولتاژ پسماند نهایی مد نظر تعیین میشود.

 

منبع: فن آوران جابان