خازن ثابت برای ترانس
ترانسفورماتورهای قدرت بعلت ماهیت سلفی خود نیاز به جبران سازی توان راکتیو دارند. میزان توان راکتیو ترانس به درصد بارگیری آن بستگی داشته و به دو شکل کلی انجام می شود. در روش اول می توان یک خازن ثابت برای ترانس در نظر گرفته و مستقیم به خروجی فشار ضعیف آن متصل کرد. این خازن با عنوان خازن ثابت ترانس شناخته شده و وظیفه ی آن جبران سازی توان راکتیو مربوط به ترانس است. نکته بسیار مهم در این روش وجود سطح اتصال کوتاه بالا در خروجی ترانسفورماتور است. به عبارت دیگر اتصال هر تجهیزی به خروجی ترانس از نظر کابل و بریکر و فیوز باید با قدرت بسیار بالا انتخاب شود. در روش دوم میزان توان راکتیو مورد نیاز ترانس محاسبه شده و خازن ثابت مربوط به آن در بانک خازن فشار ضعیف قرار داده می شود. نکته مهم در این حالت بالا بردن کسینوس فی هدف رگولاتور بوده تا خازن ثابت ترانس را به عنوان جبران ساز تاسیسات دیگر در نظر نگیرد. هر دو روش فوق باعث افزایش ضریب توان سیستم و جلوگیری از هزینه های مستقیم و غیر مستقیم خواهد شد. در ادامه روش انتخاب خازن ثابت با توجه به قدرت ترانس و نحوه نصب آن را بررسی می کنیم.
اصول جبرانسازی توان راکتیو به منظور افزایش بارگیری از ترانسفروماتور مشابه با موارد شرح داده شده جهت مدیریت دیماند توان ظاهری بر اساس kVA است. با جبرانسازی توان راکتیو میتوان kW بیشتری از ترانسفورماتور دریافت کرد. با توجه به جدول زیر و در صورت ارتقاء ضریب توان، نیاز به افزایش قدرت ترانسفورماتور در صورت بالا رفتن بار برطرف میگردد. در این جدول میزان توان اکتیو در بار کامل با ضریب توان مختلف برای هر رنج ترانسفورماتور آورده شده است. همانطور که مشاهده میکنید با ارتقاء کسینوس فی، توان اکتیو قابل دریافت از ترانس افزایش پیدا میکند.
جدول ظرفیت توان اکتیو ترانسفورماتور در بار کامل در مقادیر متفاوت ضریب توان
توان نامی ترانسفورماتور بر اساس kVA
cos tan
2000 1600 1250 1000 800 630 500 400 315 250 160 100
2000 1600 1250 1000 800 630 500 400 315 250 160 100 1 0
1960 1568 1225 980 784 617 490 392 309 245 157 98 0.98 0.2
1920 1536 1200 960 768 605 480 384 302 240 154 96 0.96 0.29
1880 1504 1175 940 752 592 470 376 296 235 150 94 0.94 0.36
1840 1472 1150 920 736 580 460 368 290 230 147 92 0.92 0.43
1800 1440 1125 900 720 567 450 360 284 225 144 90 0.9 0.48
1760 1408 1100 880 704 554 440 352 277 220 141 88 0.88 0.54
1720 1376 1075 860 688 541 430 344 271 215 138 86 0.86 0.59
1680 1344 1050 840 672 529 420 336 265 210 134 84 0.84 0.65
1640 1312 1025 820 656 517 410 328 258 205 131 82 0.82 0.7
1600 1280 1000 800 640 504 400 320 252 200 128 80 0.8 0.75
1560 1248 975 780 624 491 390 312 246 195 125 78 0.78 0.8
1520 1216 950 760 608 479 380 304 239 190 122 76 0.76 0.86
1480 1184 925 740 592 466 370 296 233 185 118 74 0.74 0.91
1440 1152 900 720 576 454 360 288 227 180 115 72 0.72 0.96
1400 1120 875 700 560 441 350 280 220 175 112 70 0.7 1.02
نصب بانک خازن میتواند نیاز به تعویض ترانسفورماتور در صورت افزایش بار را برطرف کند.
مثال
در یک تاسیسات از ترانسفورماتور 630 کیلو ولت آمپر استفاده میشود. این ترانس دارای 540 کیلو وات بار P1 با ضریب توان 0.8 سلفی است. توان ظاهری بارگیری شده از ترانسفورماتور در این شرایط
S1=4500.8=562kVA
خواهد بود. توان راکتیو کنونی با Q1 مشخص شده و مقداری برابر با
Q1=S12+P12=337kvar
دارد. حاصل این رابطه 337 کیلو وار است.
بار جدید با توان 100 کیلو وات و کسینوس فی 0.7 پس فاز مفروض است. توان ظاهری این بار مساوی با
S2=1000.7=143kVA
خواهد بود. توان راکتیو بار جدید معادل
Q2=S12+P12=102kvar
است.
با توجه به شرایط فوق حداقل خازن برای جلوگیری از تعویض سایز ترانسفورماتور را محاسبه کنید. همانطور که مشخص شد، توان اکتیو کل برابر با
P=P1+P2=450+100=550kW
یعنی 550 کیلو وات است. حداکثر ظرفیت توان راکتیو یک ترانس 630 کیلو ولت آمپر هنگام تحویل با اکتیو 550 کلیو وات به این صورت محاسبه میشود:
Qm=S2−P2=6302−5502=307kvar
مجموع توان راکتیو بار اول و دوم معادل
Q1+Q2=337+102=439kvar
است. با توجه به ظرفیت راکتیو ترانس 630 کیلو ولت آمپر و راکتیو مجموع، حداقل بانک خازن باید
Qkvar=439−307=132kvar
باشد.
در نظر داشته باشید که این محاسبات پیک بار و زمان آن را در نظر نگرفته است. بهترین حالت جبرانسازی توان راکتیو تا کسینوس فی 1 است. در این شرایط و طبق جدول قبل میتوان 630 کیلو وات توان اکتیو از همین ترانسفورماتور دریافت کرد. با توجه به بار 550 کیلو واتی و ضریب توان 1، میزان 80 کیلو وات برای پیک بار باقی خواهد ماند. برای جبرانسازی تا ضریب توان 1 باید تمام 439 کیلو وار توسط خازن تامین گردد. در تصویر زیر مثلث توان قبل و پس از جبرانسازی را مشاهده میکنید.
در تصویر وضعیت بارگیری ترانسفروماتور با ظرفیت نامی S را مشاهده میکنید. جبرانسازی به اندازه Q امکان افزایش بار به اندازه S2 را بدون تعویض ترانسفورماتور میدهد.
تصویر 1 در تصویر وضعیت بارگیری ترانسفروماتور با ظرفیت نامی S را مشاهده میکنید. جبرانسازی به اندازه Q امکان افزایش بار به اندازه S2 را بدون تعویض ترانسفورماتور میدهد.
جبران سازی توان راکتیو جذب شده توسط ترانسفورماتور
ماهیت راکتانس القایی ترانسفورماتور
تمام اطلاعات شرح داده شده تا کنون مربوط به دستگاههای شنت مانند بارهای نرمال، خازنهای جبرانساز و غیره است. تجهیزات شنت به بیشترین توان راکتیو در سیستم قدرت نیاز دارند. از طرفی المانهای سری نیز در یک شبکه وجود داشته که جذبکننده توان راکتیو هستند. از المانهای سری میتوان به راکتانس خطوط انتقال و راکتانس نشتی سیمپیچ ترانسفورماتور و غیره اشاره کرد.
هنگامی که لوازم اندازهگیری در سمت اولیه یا MV ترانسفورماتورهای توزیع نصب شود، با توجه به تعرفه و موقعیت جغرافیایی ممکن است نیاز به جبرانسازی تلفات ترانسفورماتور نیز باشد. از آنجایی که فقط توان راکتیو مورد نظر است میتوان ترانسفورماتور را طبق تصویر زیر مدل کرد. در تصویر مدار معادل ترانسفورماتور را مشاهده میکنید. تمام مقادیر راکتانس به سمت ثانویه ترانسفورماتور منتقل شدهاند.
در سمت ثانویه یک شاخه موازی با عنوان راکتانس مغناطیسکنندگی وجود دارد. در حالت نرمال جریان مغناطیسکننده ترانس مقدار ثابتی داشته و حدود ۱.۸ درصد جریان کامل آن است. جریان مغناطیسکنندگی در شرایط نرمال مثلا با ولتاژ ثابت اولیه از بی باری تا بار کامل ثابت خواهد بود. با توجه به ثابت بودن جریان مغناطیسکنندگی میتوان از یک خازن با ظرفیت ثابت در سمت MV یا LV ترانس برای جبرانسازی توان راکتیو استفاده کرد.