مقاله ها

ماشین محاسبات ظرفیت بانک خازنی

مهندس پژمان تراکمه

8 دقیقه مطالعه

محاسبه ظرفیت بانک خازنی

توان راکتیو (Reactive Power) توانی است که در مدارهایی  که بین ولتاژ و جریان در آن ها اختلاف فاز به وجود آماده و به عبارتی دیگر دارای اجزای خازنی و سلفی هستند یافت می شود. که در صورت عدم حذف آن، جریان مصرفی در مدار افزایش می یابد. این پدیده سبب افزایش سطح مقطع کابل ها و سیم های برق و هم چنین بالا رفتن ظرفیت ادوات و تجهیزات مرتبط با مصرف کننده هم چون کلیدها، راه ­اندازها و ... می ­گردد.

 برای مثال فرض کنید ایستگاه پمپاژی با مشخصات زیر وجود دارد:

یک الکتروموتور 500 کیلووات با ضریب توان (Factor Power) 0.84 و راندمان (Efficiency) 0.91 و ولتاژ سه فاز 400 VAC...

مجموع جریان مصرفی این الکتروموتور برابر است با 940 A. حال اگر به تابلو برق این الکتروموتور 156 کیلووار خازن اضافه کنیم؛ جریان مصرفی الکتروموتور برابر است با 818 آمپر به این معنا که 120 آمپر کاهش جریان وجود خواهد داشت که علاوه بر کاهش ظرفیت قطعات و سایز کابل ها به کاهش تلفات نیز منجر می گردد.

بدیهی است در یک پروژه با ظرفیت مصرفی چند مگاوات، تصحیح ضریب توان می تواند در کاهش تلفات بسیار موثر باشد. به این منظور، کاهش تلفات در شبکه و حذف توان راکتیو در دستور کار قرار دارد. از طرفی در الکتریسیته، دو عنصر خازن و سلف توان راکتیو تولید می­ کنند که با توجه به عملکرد معکوس این دو عنصر می توان از یکی از آن ها جهت حذف اثر توان راکتیو دیگری استفاده نمود. این عمل با توجه به خاصیت سلفی بودن مصرف کننده های برقی هم چون لامپ های فلورسنت، تمامی الکتروموتورها و ترانسفورماتورهای قدرت، به کارگیری خازن در نقش جبران کننده توان راکتیو مورد توجه قرار می­ گیرد. از طرفی حضور خازن سبب می­ شود تا ضریب توان به 1 نزدیک شود و چون حالتی ایده آل در حذف توان راکتیو است به همین علت مجموعه خازن را "تصحیح ضریب قدرت" نیز می­ نامند.

 


از نیکسا بخواهید: ساخت و تولید انواع تابلو برق 


شرکت نیکسا


در نیکسا بخوانید: ساخت و تولید تابلو برق صنعتی


 

محاسبه بانک خازنی

امروزه دنیای مدرن به انرژی بسیار زیادی نیاز دارد. برای پاسخگویی به این تقاضا، انرژی باید به صورت الکتریکی ذخیره شود تا بتوان به راحتی به آن دسترسی داشت. امروزه بانک های خازنی، کاربرد گسترده ای در بخش انرژی دارند. از موارد استفاده آن ها می توان به ذخیره سازی و تنظیم جریان انرژی الکتریکی اشاره کرد.

بانک خازنی مجموعه ای از چندین خازن با نرخ ولتاژ یکسان است که می توانند به صورت های سری و یا موازی به یکدیگر متصل شوند.

 

بانک خازنی

شکل (1). نمونه ای از یک تابلو خازنی (بانک خازنی: Capacitor Bank)

 

در زیر به چند نمونه از کاربردهای متداول بانک خازنی اشاره می شود:

· خازن شنت (Shunt Capacitor)

 شنت مکانیزمی است که با ایجاد مسیری با مقاومت کم، جریان الکتریکی را از نقطه دیگری در مدار عبور می دهد. جهت بای پس نویز الکتریکی، از خازن‌ها برای تغییر مسیر نویز با فرکانس بالا به زمین قبل از انتشار در سراسر سیستم استفاده می‌شود. از بانک های خازنی شنت برای بهبود کیفیت منبع الکتریکی و در نتیجه بهبود کارایی سیستم های قدرت استفاده می شود.

· ذخیره انرژی (Saving Energy)

 همانند خازن های جداگانه، بانک های خازنی نیز انرژی الکتریکی را هنگامی که به مدار شارژ متصل می شود ذخیره کرده و آن را در هنگام تخلیه آزاد می کنند. خازن ها به طور معمول در تجهیزات الکترونیکی برای حفظ منبع تغذیه در حین تعویض باتری، به کار گرفته می شوند.

· تصحیح ضریب توان (Power Factor Correction)

 در ترانسفورماتورها و موتورهای الکتریکی، بانک های خازنی به جهت اصلاح دیرکرد ضریب توان یا تغییر فاز در منابع تغذیه جریان متناوب (AC) استفاده می شود. در این حالت، خازن های بانک خازنی به صورت اتوماتیک به مدار سوئیچ می شوند. ضریب توان یک سیستم برق متناوب، نسبت توان مصرفی بار با نام "توان واقعی"، به توان عرضه‌ شده به بار، که به عنوان «توان ظاهری» شناخته می‌شود؛ می باشد. به عبارت دیگر، ضریب توان، نسبت توان مفید انجام شده توسط یک مدار به بالاترین مقدار توان مفید است که می تواند در ولتاژ و آمپر عرضه شده ایجاد شود. بانک خازنی به طور معمول باید پس از ترانسفورماتور قرار گرفته و ضریب توان کل مجموعه را ارتقاء ­دهد.

 

ویدئو (1). روش های تصحیح ضریب توان بانک خازنی

 


از نیکسا بخواهید: اپلیکیشن طراحی کامل تابلو برق (ELECONDESIGN)


nicsaco


در نیکسا بخوانید: اپلیکیشن محاسبات الکتروموتور


 

بانک خازنی شامل تعدادی خازن به همراه فیوز جهت حفاظت هر پله و حفاظت کل ، تجهیزات سوئیچ هم چون کنتاکتور خازنی و رگولاتور خازنی می­ باشد. از دیگر بخش های بانک خازنی، می توان به بخش اندازه گیری اشاره کرد. این بخش مربوط به ترانسفورماتور جریان و ورودی رگولاتور بوده که باید به درستی و با توجه به مدل رگولاتور انجام شود. رگولاتورهای خازنی دائما ضریب توان تاسیسات الکتریکی را اندازه گیری کرده و در صورت نیاز، خازن ها را به مدار سوئیچ می­ کنند. از این رو به خازن های کنترل شونده با رگولاتور، "بانک خازنی اتوماتیک" گفته می­ شود.

در این مقاله از بانک خازنی به عنوان تصحیح کننده ضریب توان استفاده می­ شود. ابتدا می بایست به صورت برداری تمامی مصرف کننده ها در وضعیت سرویس را با یکدیگر جمع کرده تا قدرت نهایی و ضریب توان نهایی به دست بیاید. جهت جلوگیری از خطا می­ توان از فایل "محاسبات تابلو برق" شرکت نیکسا استفاده کرد.

پس از محاسبه توان الکتریکی کل P (kw) و ضریب توان کل Cosφ1، با استفاده از فرمول زیر، ظرفیت مورد نیاز خازن برحسب KVAR به دست می­ آید:

  • Cosφ2: ضریب توان مطلوب و مورد نظر کاربر، عددی بین 0.9-1 (به طور معمول 0.96)
  • Cosφ1: ضریب توان مجموع برداری توان های اکتیو و راکتیو
  • P: مجموع توان های اکتیو (الکتریکی)...

ظرفیت خازن

(ظرفیت خازن بر حسب کیلووار) 

 

نمودار محاسبه ظرفیت بانک خازنی

شکل (2). نمودار محاسبه ظرفیت بانک خازنی

 

پس از محاسبه ظرفیت خازن بر حسب KVAR، حال باید با توجه به محدودیت های رگولاتور در تعداد خروجی قابل کنترل، خازن را بر اساس آن دسته بندی نمود. نحوه دسته بندی به افزایش پله ها و عملکرد صحیح سیستم تصحیح ضریب توان کمک می کند.

لازم است تفاوت بین خروجی قابل کنترل و تعداد پله های یک رگولاتور که هر دو جزء محدودیت های رگولاتور می ­باشند را دانست. محدودیت سوم این که بهتر است در یک خروجی خازن بیش از 100 KVAR قرار نداشته باشد. بنابراین با این حساب، موجود بودن تعداد خروجی های قابل استفاده و تعداد پله ها می توان بانک خازنی را به آسانی طراحی کرد.

 


در نیکسا بخوانید: ماشین محاسباتی تابلوهای برق


نیرو کنترل سامان


از نیکسا بخواهید: طراحی سیستم برق پروژه های صنعتی


 

نکته دیگر، این است که در رگولاتورهای جدید، نسبت ظرفیت خازن ها از یکدیگر می­ تواند با ضرایب 1/2/3/4/6/8/12/16 تعیین شود. ولی به جهت سهولت در محاسبه از ضرایب 1/2/4/8/16 استفاده می شود. توجه به این نکته ضروری است که ضرایب باید به صورت ساده افزایش پیدا کنند. به عبارت ساده تر، ضرایب 1 و 4 نمی توانند در کنار یکدیگر مورد استفاده قرار بگیرند و لازم است بین این ضرایب، ضریب 2 نیز قرار بگیرد. در غیر این صورت، پرش پله ها اتفاق می افتد. برای نمونه، فرض کنید ظرفیت کم ترین خازن انتخابی 5 KVAR باشد و سایر خازن ها به ترتیب 10 ،20 و 40 کیلووار باشند. در این حالت، تعداد پله ها در بیش ترین حالت به 31 عدد می رسد.که ظرفیت تغییر آن، 5 کیلووار خواهد بود. به این معنا که ظرفیت خازن هایی که می تواند هر لحظه در مدار قرار بگیرد، شامل یکی از اعداد  5, 10, 15, 20, 25, ..., 75  می باشد.

با قطع و وصل برنامه ریزی شده چهار خازن که به خروجی رگولاتور متصل هستند؛ می­ توان این ظرفیت ها را بنابر نیاز ایجاد نمود. در این عملیات، رگولاتور با دریافت اطلاعات جریان و ولتاژ و محاسبه قدرت مصرفی و ضریب توان مصرفی؛ نسبت به محاسبه و در مدار قرار دادن بهترین ظرفیت، اقدام می­ نماید. هر قدر تعداد پله ها افزایش بیش تری داشته باشد؛ دقیق تر می توان ظرفیت لازم را در مدار قرار داده و به ضریب توان مطلوب نزدیک تر گردید.

شرکت طراحی و مهندسی نیکسا به جهت ایجاد سهولت در محاسبات، اقدام به ارائه ماشین محاسباتی "ظرفیت بانک خازنی" به صورت صفحه گسترده Excel و با قابلیت دانلود رایگان نموده است. تصویر زیر، نمایی از محیط این ماشین محاسباتی را نمایش می دهد:

اکسل بانک خازنی

شکل (3). فضای محاسباتی ماشین حساب تخصصی محاسبات بانک خازنی

برچسب ها:

محاسبه بانک خازنیضریب توانتوان راکتیو

دیدگاه شما