مشاهده نسخه کامل
: dizgah
24-03-2008, 12:12
● خازنهای فشار ضعیف
خازنها عامل جبران كننده توان راكتیو برای بارهای سلفی بوده و به عنوان عامل تصحیح كننده ضریب قدرت، عمل می كنند. توانی را كه مشتركان برق، مصرف می كنند متفاوت است، در نتیجه خصوصیات ضریب قدرت آنها نیز متفاوت است. انرژی راكتیو در شبكه ها توسط اندوكتانس خطوط انتقال، ترانسفورماتورها، مدارهای الكترومغناطیسی موتورها و سایر مصرف كنندها از قبیل لامپهای فلوئورسنت، یكسوسازها و سیستمهای الكترونیك، مصرف می شود كه این موضوع، موجب كاهش ضریب قدرت(Power factor)شده و در نتیجه باعث كاهش انتقال انرژی اكتیو میشود.
با تولید قدرت كاپاسیتیو توسط خازنها، اثر مولفه های راكتیو كاهش و ضریب قدرت افزایش می یابد كه نتیجه آن برای مصرف كنندگان برق، صرفه جویی اقتصادی و برای شركتهای برق، ایجاد شرایط فنی مطلوبتر برای انتقال انرژی خواهد بود.
▪ نحوه عملكرد خازن :
استفاده از خازنها به عنوان تولیدكننده بار راكتیو به منظور تنظیم و كنترل ولتاژ و جلوگیری از نواسانات قدرت در شبكه ها و تصحیح ضریب قدرت در مصرف كننده ها به علت ارزانی و سادگی سیستم آن، بسیار متداول است. در یك مصرف كننده الكتریكی غیراهمی بین ولتاژ و جریان، اختلاف فازی وجود دارد. جریانی كه مصرف كننده از شبكه می كشد دو جزو اكتیو Ip و راكتیو Iq دارد. حال اگر خازنی را به دو سر بار، متصل كنیم جریانی از شبكه می كشد كه در خلاف جهت جریان راكتیو بار است. لذا جریان راكتیوی كه از شبكه كشیده میشود كاهش می یابد . در این شرایط زاویه جدید بین جریان و ولتاژ تقلیل مییابد. به عبارت دیگر در شرایط جدید، ضریب توان cosبزرگتر شده است. هر اندازه زاویه كوچكتر باشد متناسب با آن، قدرت اكتیو بیشتر و قدرت راكتیو كمتر خواهد شد.
▪ مزایای استفاده از خازن :
خازنهای مورد استفاده در شبكه های برق دارای اثرات مختلفی هستند كه از جمله میتوان به این موارد اشاره كرد:
ـ كاهش مولفه پس فاز جریان مدار
ـ تنظیم ولتاژ و ثابت نگهداشتن آن به منظور جلوگیری از وارد آمدن خسارت به دستگاهها
ـ كاهش تلفات سیستم (RxI۲) به دلیل كاهش جریان
ـ كاهش توان راكتیو در سیستم به دلیل كاهش جریان
ـ بهبود ضریب توان شبكه
ـ به تعویق انداختن و یا به طور كلی حذف كردن هزینههای لازم برای ایجاد تغییرات در سیستم
ـ افزایش درآمد ناشی از افزایش ولتاژ و جبران بار راكتیو
▪ ساختمان و حفاظت خازن :
قسمت اكتیو خازن شامل دو ورقه نازك آلومینیوم جدا شده توسط لایه های كاغذ اشباع شده از روغن عایق و مایع های مصنوعی سنتتیك (Synthetic) مانند بنزیل است. گاه به جای كاغذ از موادی چون پلیپرپیلن (Poly Propylene) نیز استفاده می كنند. این ورقه ها چند دور لوله شده و یك واحد خازن را تشكیل می دهند، یا تعدادی از این لایه ها روی یكدیگر قرار داده شده و آنها را مجموعاً در داخل یك مخزن مملو از مایع عایق، جاسازی كرده و دو انتهای خازن از طریق مقره به محیط خارج هدایت می شود. برای حفاظت حرارتی بانكهای خازنی از بیمتال و رله های حرارتی كه به بوبین كنتاكتور خازنها فرمان قطع می دهند استفاده می شود. تنظیم این رله ها در حد ۴۳/۱ برابر جریان نامی خازن است.
همچنین استفاده از فیوزهای HRC (High Rupture current) برای محافظت در مقابل اضافه جریان به عنوان مكمل حفاظت حرارتی متداول است. به منظور كاهش ولتاژ دو سرخازن پس از خارج شدن آنها از مدار از مقاومتهایی كه به ترمینالهای خازن، بسته شده است استفاده می كنند. توان این مقاومتها متناسب با توان خازنها بین ۳۰ تا ۵۰ كیلو اهم است كه میزان ولتاژ را در مدت سه دقیقه پس از قطع خازنها به میزان كم خطر (پایینتر از ۷۵ ولت) كاهش میدهند. در حالتهای خاصی كه خازن مستقیماً به سیم پیچهای الكتروموتور وصل می شود نیازی به مقاومت تخلیه نبوده و باید تا توقف كامل موتور از تماس با قسمتهای برقدار خازن، اجتناب شود.
▪ ملاحظات كلی در نصب خازنها :
محل نصب خازنها در یك سیستم برقی به مشخصات بار، بستگی دارد. برای بارهای متمركز، خازنها در نزدیكی مركز بار اما برای بارهای پراكنده، خازن در طول خط و مطابق با نیاز نصب می شود. خازنها با بدنه فلزی، اتصال زمین شده و یا اینكه توسط سیم خنثی، زمین می شوند. در موقع نصب سیم زمین به بدنه خازن باید توجه كرد كه محل اتصال، فاقد رنگ بوده و از طرفی زنگ خوردگی نیز نداشته باشد. به دمای خازنها در هنگام كار، توجه خاصی مبذول میشود، چون اثر مهمی در عمر خازن دارد.به این دلیل در روی پلاك خازنها حداقل و حداكثر دمای مجاز كار خازن توسط سازندگان، حک میشود. چیدمان خازنها باید به ترتیبی باشد كه تلفات گرمایی آنها توسط جابه جایی طبیعی هوا (كنوكسیون) و طرق دیگر، تهویه شود. در این خصوص باید گردش هوا در اطراف هر واحد به راحتی امكانپذیر باشد. به این دلیل در بدنه تابلوی خازنها، فضای مناسب برای امكان تبادل هوا با محیط بیرون تعبیه میشود. این مطلب خصوصاً برای واحدهایی كه در ستونهایی روی هم قرار گرفته اند، اهمیت خاصی پیدا می كند. در مجموع توصیه می شود خازنها در مقابل تشعشع مستقیم خورشید محافظت شوند. علاوه بر موارد فوق بهتر است خازنها در محلی نصب و مورد بهره برداری قرار گیرند كه دارای رطوبت زیاد نباشد. همچنین هوای محیطهای صنعتی كه سبب خوردگی بدنه می شود از سایر عوامل مضر در طول عمر آنها محسوب می شود. كنتاكتورها مرتباً با قطع و وصل خود خازنها را به مدار، وارد و یا از مدار، خارج می كنند.
لذا توصیه می شود از نوع مرغوب و با كیفیت، انتخاب و قدرت آنها حداقل ۵/۱ برابر قدرت خازنهای مربوط، باشد. خصوصاً سعی شود از كنتاكتورهایی استفاده شود كه دسترسی به قطعات یدكی آنها آسان باشد. هر اتصال (كنتاكت) نامطمئن در مدار خازن ممكن است باعث ایجاد جرقه های كوچكی شود كه به نوبه خود نوساناتی با فركانس بالا بوجود خواهد آورد كه این مساله گاه خازنها را بیش از حد، گرم كرده و تحت تنش حرارتی قرار می دهد. از این رو بازدید منظم و تعویض به موقع پلاتین كنتاكتورها توصیه می شود. در كل، بهتر است علاوه بر بازدیدهای معمول، بانك خازنی ، هر سه ماه یكبار توسط افراد با صلاحیت فنی مورد بازرسی و سرویس قرار گیرد.
● þ تعیین ضریب توان (cos
▪ روشهای تعیین میزان ضریب توان عبارتند از:
الف) توسط دستگاه ضریب توانسنج: در این حالت ضریب توان مستقیماً قابل خواندن است.
ب ) با استفاده از مقدار مصرف ماهانه: ضریب توان در این روش با تقسیم توان راكتیو مصرفی به توان اكتیو مصرف شده در یك دوره كنتورخوانی، قابل محاسبه است.
ج) به كمك سنجش تعداد دور كنتورهای اكتیو و راكتیو: در این روش تعداد دور كنتورها در یك زمان معین، شمارش شده و سپس با داشتن عدد ثابت كنتورها ( تعداد دور به ازای یک كیلووات ساعت یا یك كیلووار ساعت) ضریب توان متوسط محاسبه میشود.برای دقت در اندازه گیری، آزمایش چندبار، تكرار و در نهایت حد وسط، محاسبه و ملاك عمل قرار میگیرد.
▪ محاسبه توان خازن :
پس از مشخص شدن مقدار ضریب توان موجود، محاسبه خازن برای جبران توان راكتیو و اصلاح ضریب توان، انجام میشود. معمولاً این جبرانسازی برای ضریب قدرت بین ۸۵/۰ تا ۹۵/۰ انجام میشود. از جبرانسازی ضریب قدرت بیش از ۹۵/۰ باید اجتناب شود. زیرا در این شرایط علاوه بر نیاز به میزان قابل ملاحظه ای از خازن برای تامین قدرت راكتیو، هادیها به دلیل عبور جریان زیاد راكتیو تحت تنش قرار گرفته و نیز ممكن است در شبكه مصرف كننده افزایش ولتاژ نامطلوبی ایجاد شود. روشهای متداول برای محاسبه توان خازن مورد نیاز به این شرح است:الف) روش ضریب قدرت تصحیح شده: در این روش با استفاده از جدول و به كمك فرمول f ×p = c توان خازن مورد نظر، محاسبه میشود. مقدار cos ۱ ضریب قدرت فعلی سیستم است كه قبلاً روش محاسبه آن ذكر شد وcos۲ضریب قدرت مورد انتظار است.
ـ : c توان خازن مورد نیاز [KVAR]
ـ P : توان اكتیو مصرفكننده [KW]
ـ f : ضریب تبدیل (كه از جدول به دست میآید)
خازنها عامل جبران كننده توان راكتیو برای بارهای سلفی بوده و به عنوان عامل تصحیح كننده ضریب قدرت، عمل می كنند. توانی را كه مشتركان برق، مصرف می كنند متفاوت است، در نتیجه خصوصیات ضریب قدرت آنها نیز متفاوت است. انرژی راكتیو در شبكه ها توسط اندوكتانس خطوط انتقال، ترانسفورماتورها، مدارهای الكترومغناطیسی موتورها و سایر مصرف كنندها از قبیل لامپهای فلوئورسنت، یكسوسازها و سیستمهای الكترونیك، مصرف می شود كه این موضوع، موجب كاهش ضریب قدرت(Power factor)شده و در نتیجه باعث كاهش انتقال انرژی اكتیو میشود.
با تولید قدرت كاپاسیتیو توسط خازنها، اثر مولفه های راكتیو كاهش و ضریب قدرت افزایش می یابد كه نتیجه آن برای مصرف كنندگان برق، صرفه جویی اقتصادی و برای شركتهای برق، ایجاد شرایط فنی مطلوبتر برای انتقال انرژی خواهد بود.
▪ نحوه عملكرد خازن :
استفاده از خازنها به عنوان تولیدكننده بار راكتیو به منظور تنظیم و كنترل ولتاژ و جلوگیری از نواسانات قدرت در شبكه ها و تصحیح ضریب قدرت در مصرف كننده ها به علت ارزانی و سادگی سیستم آن، بسیار متداول است. در یك مصرف كننده الكتریكی غیراهمی بین ولتاژ و جریان، اختلاف فازی وجود دارد. جریانی كه مصرف كننده از شبكه می كشد دو جزو اكتیو Ip و راكتیو Iq دارد. حال اگر خازنی را به دو سر بار، متصل كنیم جریانی از شبكه می كشد كه در خلاف جهت جریان راكتیو بار است. لذا جریان راكتیوی كه از شبكه كشیده میشود كاهش می یابد . در این شرایط زاویه جدید بین جریان و ولتاژ تقلیل مییابد. به عبارت دیگر در شرایط جدید، ضریب توان cosبزرگتر شده است. هر اندازه زاویه كوچكتر باشد متناسب با آن، قدرت اكتیو بیشتر و قدرت راكتیو كمتر خواهد شد.
▪ مزایای استفاده از خازن :
خازنهای مورد استفاده در شبكه های برق دارای اثرات مختلفی هستند كه از جمله میتوان به این موارد اشاره كرد:
ـ كاهش مولفه پس فاز جریان مدار
ـ تنظیم ولتاژ و ثابت نگهداشتن آن به منظور جلوگیری از وارد آمدن خسارت به دستگاهها
ـ كاهش تلفات سیستم (RxI۲) به دلیل كاهش جریان
ـ كاهش توان راكتیو در سیستم به دلیل كاهش جریان
ـ بهبود ضریب توان شبكه
ـ به تعویق انداختن و یا به طور كلی حذف كردن هزینههای لازم برای ایجاد تغییرات در سیستم
ـ افزایش درآمد ناشی از افزایش ولتاژ و جبران بار راكتیو
▪ ساختمان و حفاظت خازن :
قسمت اكتیو خازن شامل دو ورقه نازك آلومینیوم جدا شده توسط لایه های كاغذ اشباع شده از روغن عایق و مایع های مصنوعی سنتتیك (Synthetic) مانند بنزیل است. گاه به جای كاغذ از موادی چون پلیپرپیلن (Poly Propylene) نیز استفاده می كنند. این ورقه ها چند دور لوله شده و یك واحد خازن را تشكیل می دهند، یا تعدادی از این لایه ها روی یكدیگر قرار داده شده و آنها را مجموعاً در داخل یك مخزن مملو از مایع عایق، جاسازی كرده و دو انتهای خازن از طریق مقره به محیط خارج هدایت می شود. برای حفاظت حرارتی بانكهای خازنی از بیمتال و رله های حرارتی كه به بوبین كنتاكتور خازنها فرمان قطع می دهند استفاده می شود. تنظیم این رله ها در حد ۴۳/۱ برابر جریان نامی خازن است.
همچنین استفاده از فیوزهای HRC (High Rupture current) برای محافظت در مقابل اضافه جریان به عنوان مكمل حفاظت حرارتی متداول است. به منظور كاهش ولتاژ دو سرخازن پس از خارج شدن آنها از مدار از مقاومتهایی كه به ترمینالهای خازن، بسته شده است استفاده می كنند. توان این مقاومتها متناسب با توان خازنها بین ۳۰ تا ۵۰ كیلو اهم است كه میزان ولتاژ را در مدت سه دقیقه پس از قطع خازنها به میزان كم خطر (پایینتر از ۷۵ ولت) كاهش میدهند. در حالتهای خاصی كه خازن مستقیماً به سیم پیچهای الكتروموتور وصل می شود نیازی به مقاومت تخلیه نبوده و باید تا توقف كامل موتور از تماس با قسمتهای برقدار خازن، اجتناب شود.
▪ ملاحظات كلی در نصب خازنها :
محل نصب خازنها در یك سیستم برقی به مشخصات بار، بستگی دارد. برای بارهای متمركز، خازنها در نزدیكی مركز بار اما برای بارهای پراكنده، خازن در طول خط و مطابق با نیاز نصب می شود. خازنها با بدنه فلزی، اتصال زمین شده و یا اینكه توسط سیم خنثی، زمین می شوند. در موقع نصب سیم زمین به بدنه خازن باید توجه كرد كه محل اتصال، فاقد رنگ بوده و از طرفی زنگ خوردگی نیز نداشته باشد. به دمای خازنها در هنگام كار، توجه خاصی مبذول میشود، چون اثر مهمی در عمر خازن دارد.به این دلیل در روی پلاك خازنها حداقل و حداكثر دمای مجاز كار خازن توسط سازندگان، حک میشود. چیدمان خازنها باید به ترتیبی باشد كه تلفات گرمایی آنها توسط جابه جایی طبیعی هوا (كنوكسیون) و طرق دیگر، تهویه شود. در این خصوص باید گردش هوا در اطراف هر واحد به راحتی امكانپذیر باشد. به این دلیل در بدنه تابلوی خازنها، فضای مناسب برای امكان تبادل هوا با محیط بیرون تعبیه میشود. این مطلب خصوصاً برای واحدهایی كه در ستونهایی روی هم قرار گرفته اند، اهمیت خاصی پیدا می كند. در مجموع توصیه می شود خازنها در مقابل تشعشع مستقیم خورشید محافظت شوند. علاوه بر موارد فوق بهتر است خازنها در محلی نصب و مورد بهره برداری قرار گیرند كه دارای رطوبت زیاد نباشد. همچنین هوای محیطهای صنعتی كه سبب خوردگی بدنه می شود از سایر عوامل مضر در طول عمر آنها محسوب می شود. كنتاكتورها مرتباً با قطع و وصل خود خازنها را به مدار، وارد و یا از مدار، خارج می كنند.
لذا توصیه می شود از نوع مرغوب و با كیفیت، انتخاب و قدرت آنها حداقل ۵/۱ برابر قدرت خازنهای مربوط، باشد. خصوصاً سعی شود از كنتاكتورهایی استفاده شود كه دسترسی به قطعات یدكی آنها آسان باشد. هر اتصال (كنتاكت) نامطمئن در مدار خازن ممكن است باعث ایجاد جرقه های كوچكی شود كه به نوبه خود نوساناتی با فركانس بالا بوجود خواهد آورد كه این مساله گاه خازنها را بیش از حد، گرم كرده و تحت تنش حرارتی قرار می دهد. از این رو بازدید منظم و تعویض به موقع پلاتین كنتاكتورها توصیه می شود. در كل، بهتر است علاوه بر بازدیدهای معمول، بانك خازنی ، هر سه ماه یكبار توسط افراد با صلاحیت فنی مورد بازرسی و سرویس قرار گیرد.
● þ تعیین ضریب توان (cos
▪ روشهای تعیین میزان ضریب توان عبارتند از:
الف) توسط دستگاه ضریب توانسنج: در این حالت ضریب توان مستقیماً قابل خواندن است.
ب ) با استفاده از مقدار مصرف ماهانه: ضریب توان در این روش با تقسیم توان راكتیو مصرفی به توان اكتیو مصرف شده در یك دوره كنتورخوانی، قابل محاسبه است.
ج) به كمك سنجش تعداد دور كنتورهای اكتیو و راكتیو: در این روش تعداد دور كنتورها در یك زمان معین، شمارش شده و سپس با داشتن عدد ثابت كنتورها ( تعداد دور به ازای یک كیلووات ساعت یا یك كیلووار ساعت) ضریب توان متوسط محاسبه میشود.برای دقت در اندازه گیری، آزمایش چندبار، تكرار و در نهایت حد وسط، محاسبه و ملاك عمل قرار میگیرد.
▪ محاسبه توان خازن :
پس از مشخص شدن مقدار ضریب توان موجود، محاسبه خازن برای جبران توان راكتیو و اصلاح ضریب توان، انجام میشود. معمولاً این جبرانسازی برای ضریب قدرت بین ۸۵/۰ تا ۹۵/۰ انجام میشود. از جبرانسازی ضریب قدرت بیش از ۹۵/۰ باید اجتناب شود. زیرا در این شرایط علاوه بر نیاز به میزان قابل ملاحظه ای از خازن برای تامین قدرت راكتیو، هادیها به دلیل عبور جریان زیاد راكتیو تحت تنش قرار گرفته و نیز ممكن است در شبكه مصرف كننده افزایش ولتاژ نامطلوبی ایجاد شود. روشهای متداول برای محاسبه توان خازن مورد نیاز به این شرح است:الف) روش ضریب قدرت تصحیح شده: در این روش با استفاده از جدول و به كمك فرمول f ×p = c توان خازن مورد نظر، محاسبه میشود. مقدار cos ۱ ضریب قدرت فعلی سیستم است كه قبلاً روش محاسبه آن ذكر شد وcos۲ضریب قدرت مورد انتظار است.
ـ : c توان خازن مورد نیاز [KVAR]
ـ P : توان اكتیو مصرفكننده [KW]
ـ f : ضریب تبدیل (كه از جدول به دست میآید)