محاسبه بانک خازنی به همراه نرم افزار محاسبه بانک خازنی

در این مقاله می‌خواهیم نحوه محاسبه بانک خازنی را توضیح دهیم. کاربرد بانک خازنی را شرح دهیم و در انتها با معرفی نرم افزار محاسبه بانک خازنی روشی ساده‌تر و سریع‌تر برای محاسبه بانک خازنی ارائه می‌کنیم. همچنین به معرفی تابلو بانک خازنی می‌پردازیم. لازم به ذکر است که ساخت تابلو بانک خازنی یکی دیگر از خدمات ساخت و تولید تابلو برق صنعتی نیکسا است، که با طراحی حرفه‌ای و با کمترین حاشیه سود در مقایسه با سایر رقبا قیمت تابلو بانک خازنی پروژه شما را بصورت قابل توجه‌ای کاهش می‌دهد.

مزایای استفاده از 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 فشار ضعیف 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 (Power Factor) 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 هنگام ساخت تابلو برق صنعتی برای این الکتروموتور 156 کیلووار خازن به آن 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 کاهش سطح مقطع 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.

تابلو 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 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.

تابلو 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.

 

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

کاربرد بانک خازنی

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

• خازن شنت (Shunt Capacitor)
• ذخیره انرژی (Saving Energy)
• تصحیح ضریب توان (Power Factor Correction)

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 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 خازنی نیز انرژی الکتریکی را هنگامی که به مدار شارژ متصل می شود ذخیره کرده و آن را در هنگام تخلیه آزاد می‌کنند. 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 (PFC) capacitors)

در ترانسفورماتورها و موتورهای الکتریکی، بانک 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

 

اجزای تابلو بانک خازنی

تابلو 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.

محاسبه بانک خازنی و نرم افزار محاسبه بانک خازنی

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.

نحوه محاسبه بانک خازنی به این صورت است که پس از محاسبه توان الکتریکی کل P (kw) و ضریب توان کل Cosφ₁، با استفاده از فرمول زیر، ظرفیت خازن مورد نیاز 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)…

بیشتر بخوانید: فرمول توان مصرفی و محاسبه جریان سه فاز و تک فاز

(ظرفیت خازن بر حسب کیلووار)

 

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.

 

 

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؛ دقیق‌تر می توان ظرفیت لازم را در مدار قرار داده و به ضریب توان مطلوب نزدیک‌تر گردید.

شرکت طراحی و مهندسی نیکسا به جهت ایجاد سهولت در محاسبات، اقدام به ارائه ماشین محاسباتی “نرم افزار محاسبه بانک خازنی” به صورت صفحه گسترده Excel و با قابلیت دانلود رایگان (فایل اکسل محاسبه بانک خازنی) نموده است. تصویر زیر، نمایی از محیط نرم افزار محاسبه بانک خازنی را نمایش می دهد:

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

سخن پایانی

مدرک محاسبه بانک خازنی یکی از مدارکی است که در طراحی تاسیسات برق صنعتی می‌بایست تهیه گردد. همان طور که گفتیم این مدرک میزان خازن تصحیح ضریب توان (پاور فاکتور) مورد نیاز و همچنین تعداد و میزان خازن در هر پله رگولاتور در تابلو بانک خازنی را مشخص می‌کند. انتخاب نوع و برند رگولاتور تصحیح ضریب توان به عنوان یک آیتم اساسی در تعیین قیمت تابلو برق خازنی می‌باشد. در این مطلب درباره نرم افزار محاسبه بانک خازنی نیز صحبت کردیم.