انواع جبران سازی توان راکتیو با خازن
در این مقاله به بررسی انواع جبران سازی توان راکتیو خواهیم پرداخت. خازن یک عنصر استاتیک تنظیم کنندهی توان راکتیو بوده که تلفات بسیار ناچیزی دارد. این عنصر در سطوح ولتاژی مختلف از جمله فشار ضعیف به شکلهای متنوعی جهت جبران سازی یا تولید توان راکتیو استفاده میشود. بهعنوانمثال در سطح فشار ضعیف میتوان آن را مستقیم به ترمینالهای الکتروموتور متصل کرده و یا در یک تابلوی اتوماتیک قرار داد.
قبل از نصب خازن باید روشها و انواع جبران سازی توان راکتیو با خازن را بررسی کرده و یک طرح مناسب برای رسیدن به بهترین نتیجه از نظر جبران سازی، مسائل فنی و اقتصادی تهیه کنیم.
آنچه در این مقاله می خوانید−
انواع جبران سازی توان راکتیو با خازن
اصلاح ضریب توان انفرادی یا توزیعشده
اصول اولیه
مزایا
نکتهها
اصلاح ضریب توان گروهی
اصول اولیه
مزایا
نکتهها
اصلاح ضریب توان مرکزی
اصول اولیه
مزایا
نکتهها
اصلاح ضریب توان ترکیبی
اصلاح ضریب توان اتوماتیک
تابلوی بانک خازن اتوماتیک به همراه راکتورهای بلاک کنندهی هارمونیک که با خازنها سری شدهاند.
اصلاح ضریب توان انفرادی یا توزیعشده
روش انفرادی به معنی جبران سازی توان راکتیو یکبار خاص مانند الکتروموتور، ترانسفورماتور، و غیره است. در این حالت میزان توان راکتیو خازن یا خازنها دقیقا بر اساس نیازمندیهای بار انتخاب شده و در نزدیکترین حالت ممکن نصب میشوند. قرارگیری خازن در کنار بار، باعث پایین آمدن جریان کابلها، تجهیزات قدرت و ترانسفورماتور میشود.
اتصال خازنها در حالت جبران سازی انفرادی( Distributed power factor correction) بسیار ساده و ارزان است. بهعنوانمثال میتوان آن را مستقیم به ترمینالهای بار متصل کرده و یا از یک وسیلهی حفاظتی در برابر اضافه جریان مانند بریکر یا فیوز به همراه یک کنتاکتور برای قطع و وصل خازن استفاده کرد. کنترل خازن میتواند بهصورت دستی، بر اساس ساعت، روشن و خاموش شدن بار مربوطه یا هر حالت دیگری انجام شود.
اصول اولیه
خازنها در طرح جبرانسازی انفرادی به صورت مستقیم به ترمینال بارهای القایی مخصوصا موتورها متصل میشوند. جبرانسازی انفرادی هنگامی مطرح میشود که توان موتور نسبت به توان ظاهری کل تاسیسات بر اساس kVA قابل توجه باشد. رنج کیلو وار بانک خازن حدود ۲۵ درصد توان اکتیو موتور بر اساس کیلو وات خواهد بود. جبرانسازی انفرادی در بخشهای دیگر تاسیسات مانند ترانسفورماتور نیز میتواند مزایای بیشتری ایجاد کند.
روش جبران سازی انفرادی بیشتر برای بارهای بزرگ، توزیعشده و با زمان کار طولانی توصیه میشود. بهعنوانمثال در تصویر زیر چند حالت ممکن برای انواع جبران سازی توان راکتیو الکتروموتور در حالت انفرادی را مشاهده میکنید. در این تصویر عبارت Starter به معنی راهانداز کنتاکتوری بوده و ما مجاز به اتصال خازن در خروجی سافتاستارترها و درایوها نیستیم. این کار باعث آسیب جدی به سافتاستارتر و درایو میشود.
انواع جبران سازی توان راکتیو الکتروموتور شامل: (1) اتصال روی ترمینالهای موتور، (2) اتصال قبل از بیمتال و (3) اتصال خط جداگانه
در حالتهای 1 و 2 خازن پس از کنتاکتور الکتروموتور قرار گرفته و میتوانند خطراتی مانند فاز معکوس یا اضافه ولتاژ لحظهای ایجاد کند.
از انواع جبران سازی توان راکتیو روش اول در تصویر فوق بهترین و ارزانترین حالت است. در این روش به ادوات سوئیچ و حفاظت جداگانه برای خازن نیاز نبوده و تبادل توان راکتیو در کوتاهترین مسیر انجام میشود.
با نصب خازن در نزدیکی الکتروموتور میتوان جریان عبوری از کابل، بیمتال، کنتاکتور، سیستم حفاظتی و غیره را کاهش داده و سایز آنها را کوچکتر انتخاب کرد. قابلذکر است که این روش بهترین گزینه برای کاهش تلفات هادیها محسوب میشود.
حالت دوم نصب خازن در تابلوی استارتر و بعد از کنتاکتور را نمایش میدهد. در این روش نیز حفاظت و سوئیچ خازن با تجهیزات الکتروموتور انجامشده و هزینهها کاهش پیدا میکند. با توجه به محل نصب خازن میتوان سایز کنتاکتور، ادوات حفاظتی و کابلهای به سمت بالادست را کوچکتر انتخاب کرد.
در نظر داشته باشید که نصب خازن در این موقعیت باعث کاهش جریان بیمتال و کابلهای به سمت الکتروموتور نخواهد شد. بهعبارتدیگر ادوات پس از خازن باید بر اساس جریان کامل الکتروموتور بهصورت اکتیو و راکتیو انتخاب شوند.
اتصال مستقیم خازن به ترمینالهای الکتروموتور باعث کاهش هزینهها و کوچکتر شده سایز تجهیزات میشود اما دو ایراد اساسی دارد:
ایجاد فاز معکوس در راهاندازیهای سریع
ژنراتوری شدن موتور پس از قطع تغذیه
اتصال خازن به ترمینالهای موتور میتواند در راهاندازیهای سریع به صورت تکضرب، چپگرد و راستگرد و ستاره مثلث باعث ایجاد فاز معکوس شود. این حالت به علت عدم تخلیهی خازن صورت گرفته و میتواند جریان راهاندازی یا آرک شدید در کنتاکتور ایجاد کند.
درصورتیکه تعداد استارتها زیاد و فاصلهی زمانی آنها کوتاه باشد، حتما باید از مقاومت تخلیه استفاده کنیم. در صورت اتصال خازن به ترمینالهای موتور و پائین بودن تعداد استارتها، نیازی به مقاومت تخلیه نخواهد بود. مقاومت تخلیه و فاصلهی زمانی بین استارترها باید به نحوی باشد که خازن قبل از سوئیچ بعدی تا 10 درصد ولتاژ نامی تخلیه شده باشد.
با استفاده از کنتاکتور در مدار الکتروموتورها ما هیچ کنترلی در پروسهی توقف نداریم. توقف میتواند به صورت قطع تغذیه، توقف نرم، ترمز الکتریکی و غیره انجام شود. بهعبارتدیگر توقف در این روش بهصورت قطع تغذیه یا Direct Stop بوده و الکتروموتور با توجه به اینرسی بار متوقف خواهد شد.
اتصال خازن به ترمینالهای الکتروموتور و چرخش آن پس از قطع تغذیه میتواند موتور را به یک ژنراتور تبدیل کند. حالتهای 1 و 2 تصویر جبران سازی انفرادی الکتروموتور است. در این حالت انرژی موجود در خازن نقش تحریک را ایفا کرده و باعث ایجاد اضافه ولتاژ لحظهای تا دو برابر ولتاژ منبع میشود. این اضافه ولتاژ میتواند روی سلامت عایق الکتروموتور، کابلها، کنتاکتور و غیره تاثیر گذار باشد.
برای رفع مشکل ژنراتوری شدن الکتروموتور باید ترتیبی اتخاذ شود تا خازن فقط در حالت کار دائم وارد مدار شود. به عبارت سادهتر در این حالت خازن پس از راهاندازی الکتروموتور وارد مدار شده و قبل از توقف آن از مدار خارج میشود. طبق تصویر زیر، برای این کار میتوان از دو مدل مختلف استفاده کرد.
روشهای جدا کردن خازن در پروسهی توقف و راهاندازی الکتروموتور. قابل ذکر است که در این دیاگرامها تجهیزات حفاظتی مانند فیوز، بریکر، بیمتال و غیره نمایش داده نشده است.
در حالت اول خازن توسط یک کنتاکتور جداگانه به ترمینالهای الکتروموتور متصل میشود. در این روش خازن به تجهیزات حفاظت اضافه جریان نیازی نداشته و توسط فیوز یا بریکر الکتروموتور محافظت میشود. از جمله مزایای این روش میتوان بهسادگی، ارزان بودن، کاهش تلفات کابلها، به حداقل رساندن افت ولتاژ، کاهش سایز کابل، بیمتال، کنتاکتور الکتروموتور و غیره اشاره کرد.
مطالبی که در حال مطالعهی آن هستید به صورت تصویری در دوره طراحی بانک خازن آموزش داده شده است. در این دوره تصویری با توان در جریان متناوب، مفهوم جبرانسازی توان راکتیو، مزایای فنی و اقتصادی جبرانسازی، مشخصات بانک خازن، محاسبه ضریب توان، محاسبه خازن از طریق قبض برق، انتخاب خازن برای الکتروموتور و ترانسفورماتور، انتخاب تجهیزات سوئیچ و حفاظت در بانک خازن و دستور العمل راهاندازی بانک خازن آشنا شده و چند بانک خازن را به صورت عملی بررسی و تست میکنیم. جهت کسب اطلاعات بیشتر در خصوص این دوره میتوانید روی عبارت طراحی بانک خازن کلیک کنید.
در حالت دوم یک خط جداگانه برای خازن در نظر گرفته شده و میتوان آن را در تابلوی راهانداز الکتروموتور نصب کرد. در این مدل؛ خازن به کنتاکتور و ادوات حفاظت اضافه جریان جداگانه نیاز داشته و نسبت به حالت قبلی هزینهی بالاتری دارد. در نظر داشته باشید که نصب خازن در این محل باعث کاهش جریان بهطرف الکتروموتور نخواهد شد.
همانطور که قبلا شرح داده شد خازن باعث کاهش جریان از نقطهی نصب به سمت بالادست شده و در این مدار تاثیری روی جریان عبوری الکتروموتور از بریکر، کنتاکتور، بیمتال و کابلهای آن ندارد. تجهیزات الکتروموتور در این روش نباید کوچکتر انتخاب شود.
مزایا
مزایای جبرانسازی انفرادی عبارت است از:
جلوگیری از جریمههای ناشی از افزایش راکتیو مصرفی
کاهش دیماند توان ظاهری که معمولا پایه محاسبات هزینه صورت حساب است.
آزاد کردن ظرفیت تمام کابلها از توان راکتیو و کاهش سایز و تلفات آنها