محاسبه بانک خازنی
هدف اصلی و عمده نصب بانک خازنی جبران انرژی راکتیو مصرفی بار الکتریکی است. به دلیل تغییرات میزان انرژی مصرفی در طول زمان لازم است تا میزان راکتیو تزریق شده به وسیله خازن به مدار نیز تغییر کند. در غیر این صورت دو حالت پیش می آید:
- توان راکتیو کمتری نسبت به آنچه مورد نیاز است به مدار تزریق می شود، که باعث جبران سازی ناقص توان راکتیو مصرفی بار می شود. به ناچار کمبود توان راکتیو از طریق شبکه تأمین می شود که هزینه ها و جریمه های مصرف راکتیو را در بر خواهد داشت.
- توان راکتیو بیشتری نسبت به آنچه مورد نیاز است به مدار تزریق می شود که اضافه ولتاژ را به همراه خواهد داشت. درصد اضافه ولتاژی که با وارد شدن Qکیلووار به مدار بدون حضور هیچ باری پدید میآید از رابطه زیر به دست می آید :
که در آن Ukدرصد ولتاژ ترانسفورمر و St قدرت ترانسفورمر است.
مثال: باری با قدرت ۳۰۰ کیلووات و ضریب توان ۰/۷ به وسیله ترانسفورمری با ولتاژ اتصال کوتاه ۴٪ و قدرت ۹۳۰ کیلو ولت آمپر تغذیه میگردد. توسط بانک خازنی به ظرفیت ۲۰۰ کیلووار ضریب توان بار به ۰/۹۵ اصلاح می گردد. تا قبل از جبران سازی ولتاژ محل مصرف برابر ۳۸۹/۷ ولت و پس از جبران سازی ولتاژ به ۳۹۵ ولت افزایش مییابد، حال اگر بار به نصف کاهش یابد ولی رگولاتور صحیح عمل نکرده و ۲۰۰ کیلووار خازن در مدار باقی بماند، ولتاژ محلی تغذیه به ۴۰۰ ولت افزایش مییابد.اگر ترانسفورمر تحت بار کامل بود و با جبران سازی مناسب ضریب توان به ۰/۹۵ اصلاح می گشت و به دلیل خرابی یا تنظیم ناصحیح رگولاتور با نصف شدن بار، پله ای از مدار خارج نمی گردید اضافه ولتاژ حاصل برابر ۲/۸٪ معادل ۱۱ ولت می بود.
در طراحی و محاسبه بانک خازنی سه موضوع زیر مد نظر قرار می گیرند:
- محاسبه ظرفیت مورد نیاز
- تعیین ظرفیت پله اول و آرایش پله ها
- گزینش تجهیزات بانک خازنی
۱) محاسبه ظرفیت مورد نیاز :
بهترین روش برای محاسبهٔ ظرفیت بانک خازنی استفاده از منحنی تغییرات توان اکتیو و ضریب توان بر حسب زمان است. در شرایطی که چنین منحنی هایی در دست نباشد، معمولاً با استفاده از میزان قدرت قراردادی و ضریب توان نامی بر اساس فرمول زیر مقدار راکتیو مورد نیاز را بدست می آورند.
۲) تعیین ظرفیت پله اول و آرایش پله ها
در صورت در دست داشتن منحنی تغییرات توان اکتیو بر حسب زمان با استفاده از شیب منحنی می توان ظرفیت اولین پله را تعیین کرد. در صورت در دست نبودن این منحنی از دو قانون زیر می توان استفاده کرد:
الف) در صورتی که لازم باشد رگولاتور به ۵٪ تغییرات بار پاسخ دهد، پله اول را ۵٪ ظرفیت کل تابلو انتخاب می نمایند، مثلاً در یک بانک ۲۰۰ کیلوواری با پله اول ۱۰ کیلووار که باری با ضریب توان ذاتی ۰/۷را جبران می کند، به ازای هر ۱۵ کیلووات تغییر در بار، یک پله وارد یا خارج می شود (ضریب توان مطلوب ۰/۹۵ فرض شده است.)
ب) در صورت عدم نیاز به تنظیم دقیق یا تغییرات بزرگ بار برای آن که رگولاتور به ۱۰٪ تغییرات بار پاسخ دهد لازم است پله اول ۱۰٪ ظرفیت کل انتخاب گردد. بدین معنی که در شرایطی مانند حالت (الف) به ازای هر ۳۰ کیلووات تغییر در میزان توان ۲۰ کیلووار به مدار وارد یا خارج میگردد.
آرایش پله ها: شرایط قانون (الف) را در نظر می گیریم. پله اول برابر ۱۰ کیلووار می باشد. برای رسیدن به ظرفیت ۲۰۰ کیلووار به ۲۰ عدد پله ۱۰ کیلووار نیاز داریم که تعداد بسیاری است و در هنگام ساخت بانک باعث افزایش قیمت تمام شده می شود؛ روش دیگر استفاده از توالی … .۲ :۲٫۲ : ۱ است، در این صورت تعداد پله ها به ۱۰ کاهش مییابد ولی نمی توانیم به ظرفیت ۲۰۰ کیلووار برسیم. تنها راه حل نصب یک پله ثابت ۲۰ کیلووار است. این روش، روش مناسبی نمی باشد.محدودیتی که مشاهده شد انگیزه ای برای ایجاد دیگر آرایشها و توالیهای پلهٔ خازنی گشت و آرایشهایی مانند: …:۱:۲:۲:۴:۸ و ۱:۲:۴:۸:۸:۸ به وجود آمد. اخیراً رگولاتورهایی طراحی گشته اند که میتوانند آرایش ۳۲:۶۴ :۱:۲:۴:۸:۱۶ را پشتیبانی کنند که با چنین رگولاتورهایی می توان بانکی به ظرفیت ۱۲۷۰ کیلووار با پله اول ۱۰ کیلووار ایجاد نمود.
۳) گزینش تجهیزات جانبی خازن
خازن برخلاف دیگر تجهیزات برقی همیشه تحت اضافه بار است. حضور تنها درصد ناچیزی هارمونیک یا اعوجاج در ولتاژ محل تغذیه باعث اضافه جریان در خازن می گردد. بر این اساسی در استاندار تعیین شده است که خازن ها باید حداقل ۳۵٪ اضافه جریان را به صورت دائمی تحمل کنند. با توجه به این مطلب که خازن همیشه تحت اضافه بار (به ویژه اضافه جریان) است و جریان خازن از فیوز، شین، و کنتاکتور عبور می کند لازم است تمامی تجهیرات جانبی خازن بر اساسی ۳۰٪ اضافه جریان انتخاب گردند. به عنوان مثال برای انتخاب کنتاکتور و فیوز برای یک پله۱۲/۵ کیلووار به صورت زیر عمل می شود:
جریان نامی خازن ۱۲/۵کیلووار = ۱۸ آمپر
جریان معیار طراحی =۱/۳ × ۱۸ = ۲۳/۴ آمپر
کنتاکتور، سیم، و فیوز مناسب اولین رنجی است که جریان نامی آن برابر یا بیشتر از۲۳/۴ آمپر باشد.
چند نکته :
الف) برای افزایش طول عمر یک بانک خازنی قویاً توصیه میگردد که از کنتاکتورهای تیب AC6-b استفاده شود. در صورت استفاده از کنتاکتورهای ۳ AC، در لحظه وصل خازن پیک جریان هجومی از رابطه زیر محاسبه می گردد
ب) بر اساسی استاندارد وظیفه فیوز در بانک های خازنی تنها قطع اتصال کوتاه است و نمی تواند وظیفه حفاظت در برابر اضافه بار (جریان) را بر عهده بگیرد و حفاظت در مقابل اضافه بار (جریان) بر عهده رگولاتور است. بحث طراحی و حفاظت بانک های خازنی بسیار مفصلی و طولانی است و حتی در چند مقاله نیز نمیتوان این بحث را به پایان برد. هدف این مقاله تنها ارائه اطلاعات و روشی های بسیار ساده در طراحی بانکهای خازنی بود. از دیگر موارد مطرح در طراحی بانک خازنی میتوان به موارد ذیل اشاره کرد :
گزینش فیوزهای حفاظتی که به صورت سری در یک بانک خازنی قرار می گیرند
حداکثر ظرفیت مجاز یک پله
رگولاتور
تنظیم رله های هارمونیکی تعبیه شده در رگولاتور
اصول تنظیم رلهٔ اضافه جریان
حفاظت در برابر اعوجاجات
هماهنگی بین سیستم مخابراتی و بانک خازنی
مسألهٔ انتقال حرارت در بانک های خازنی
قدرت اتصال کوتاه تابلو
بانک های خارنی با سرعت بسیار بالا
بانک های خازنی در حالت های گذرای سیستم
جبران سازی بار های موتوری
