محاسبه میزان خازن های ترمیم قدرت در شبکه

محاسبه میزان خازن های ترمیم قدرت در شبکه:

محاسبه میزان خازن مورد نیاز جهت تغییر ضریب توان ازCos φ۱ به Cos φ۲ در دو حالت که هر یک کاربرد خاص خود را دارند انجام می گیرد.

الف) با ثابت فرض کردن قدرت حقیقی:

ب) با فرض ثابت بودن قدرت ظاهری:

الف) با ثابت فرض کردن قدرت حقیقی:

فرض کنید باید با در نظر گرفتن قدرت حقیقی یا توان حقیقی ثابت،به میزان P ،ضریب توان را از Cos φ۱ بهCos φ۲ افزایش دهیم.میزان بار راکتیو کاپاسیتو مورد نظر به صورت ذیل خواهد بود:

Q1=p tan fi1

Q2=ptan fi2
در حقیقت میزان φΔ مقدار بار کاپاسیتویی است که باید به شبکه تزریق گردد.تا معادل آن از بار اندوکتیو شبکه کسر گردد و ضریب توان از Cos φ۱ به Cos φ۲ تغییر داده شود.

Cos fi2=cos(Aictan(tan fi1-D fi/P))tan fi2=C/B

ب) با فرض ثابت بودن قدرت ظاهری:

Q=s sin fi1

DQ=Q-Q2=S(sin fi1-sun fi2)Q2=s sin fi2
برای تامین بار کاپاسیتو ظرفیت خازنی مورد نیاز عبارت است از:

C :ظرفیت خازن بر حسب فاراد

QΔ: توان کاپاسیتو بر حسب kVAR

U : ولتاژ RMS نامی بر حسب ولت

ω : فرکانس زاویه ای

نحوه پله گذاری و تزریق به شبکه:

به علت متغیر بودن میزان انرژی راکتیو تولید شده توسط خود القاء ها میزان بار راکتیو خازنی بصورت یک پله وارد شبکه نمی شود،بلکه در هر لحظه بر اساس نیاز شبکه باید وارد گردد.

بنابراین میزان کیلووار محاسبه شده به پله های کوچک تر تقسیم و از طریق یک رگولاتور پله به شبکه وارد می گردد.اگر کل بار راکتیو معادل Q کیلووار باشد می توان آن را در پله های کوچک q کیلووار بصورت Q=nq تقسیم نمود.

در عمل رگولاتور این کار را به ترتیب ذیل انجام می دهد:

مرحله اول: اندازه گیری توان اکتیو P و توان راکتیو Q0 شبکه.

مرحله دوم: محاسبه ضریب توان شبکه از رابطهks cos fi=p/s

مرحله سوم:محاسبه توان راکتیو Q برای رسیدن به ضریب توان مطلوبQ=p(tan fi2-tan fi1)

مرحله چهارم:تزریق میزان Q کیلووار خازن به شبکه

همیشه Q تزریق شده بصورت مضربی از پله های q است

مثال:

اگر میزان بار راکتیو لازم مثلا q 3.6 باشد.

اگر q 3 کیلو وار تزریق شود به ضریب توان مطلوب نرسیده ایم

اگر q 4 کیلووار تزریق شود ضریب توان از میزان محاسبه شده بزرگ تر می شود و یا بصورت منفی مجددا شبکه را در جهت خازنی قرار می دهد.

سوال اینجاست که راه حل مطلوب چیست؟

درپاسخ باید گفت بهتر است اندازه پله های q کوچک باشند ولی محدودیت این راه حل در آنجاست که تعداد کنتاکتورها و تجهیزات لازم،صرف نظر از آمپراژ آنها،بالا رفته و هزینه بالا می رود.

بنابراین مناسبترین راه این است که اگر میزان خازن مورد نیاز Q کیلووار باشد باید مقداری را در پله های بزرگتر و بقیه را در پله های کوچکتر تهیه نمود. در این حالت نوسان و خطا در نزدیکی پله کوچکتر صورت می گردد.

تنظیم ضریب C/K :

نسبت C/K روی رگولاتور در حقیقت تعیین کننده دقت یا خطای تنظیم است.

:C میزان توان کوچکترین پله

:K نسبت تبدیل ترانسفورمر جریان در مسیر رگولاتور

مشاهده می شود که با کوچکتر بودن C میزان حساسیت تنظیم روی درجه C/K بهتر می شود.

در مجموع در تنظیم رگولاتور شبکه بانکهای خازنی باید به نکات ذیل توجه داشت:

ولتاژی که برای رگولاتور توسط سازنده در نظر گرفته شده است با ولتاژ شبکه یکسان باشد.

در هنگام اتصال ترانسفورمرهای جریان CT و ولتاژ PT اگر پلاریته یکی از ترانس ها معکوس بسته شود چنانچه سیستم پس فاز القایی باشد، درجه رگولاتور ضریب توان را بصورت پیش فاز خازنی و در صورتیکه پیش فاز خازنی باشد آنرا پس فاز القایی نشان خواهد داد.

فازهای اتصال ترانسفورماتورهای CT و PT همنام باشند،یعنی اگر CT جریان R را نشان میدهد PT نیز ولتاژ R را نشان دهد.در این حالت چنانچه این اتصال ها همنام نباشند به طور کلی سیستم در جهت خواندن زاویه ضریب توان دچار خطا خواهد بود.

روشهایااصلاح ضریب توان به لحاظ آرایش بار در شبکه:

الف:اصلاح انفرادی

ب: اصلاح مرکزی

الف: اصلاح انفرادی.

اصلاحانفرادی در حالتی صورت می گیرد که برای هر بار سلفی،خازن با ظرفیت مناسب درکنار آن بار بصورت موازی نصب شود.

مزایایاصلاحانفرادی عبارت است از:

پایین آمدن بار سیم ها،کابلها و کلیدهای ارتباطی،و نیز در این حالت خازن نصب شده فقط در هنگام ورود بار سلفی به مدار اعمال می شود.

معایب این روش:

اضافه شدن تعداد خازنهای نصب شده می باشد. در مجموع می توان گفت که بیشترین کاربرد این روش ترمیم ترانس ها در حالت بی باری،ترمیم موتورهای با ظرفیت بالا و کار دائم و نیز موتورهای کم بار که در فاصله دور از محل تغذیه،مانند پست فشار ضعیف،قرار دارند.

همچنین از معایب دیگر این روش آن است که نصب خازن به ضریب همزمانی توجه نمی گردد و این امر باعث افزایش خازنهای نصب شده میگردد. در این حالت میزان خازن برای موتورها است که در این رابطه U ولتاژ نامی و I0 جریان حالت بی باری موتور است.

ب: اصلاح مرکزی

در این روش ،اصلاح بصورت متمرکز مثلا در ورودی فشار ضعیف در پست های داخلی و یا در محل نصب تابلوهای فشار ضعیف اصلی انجام می شود و همانطور که ذکر شد میزان کل توان خازن ها در پله های متعدد تقسیم و از طریق رگولاتور و توسط کنتاکتورهای مربوطه به شبکه وارد و یا خارج می شوند.

مزایای این روش عبارتند از:

استفاده مفید از توان خازن نصب شده،کنترل کلی شبکه،نصب ساده تر و مصرف خازن کمتر با توجه به ضریب همزمانی و از معایب آن اینکه بار داخلی شبکه کم نشده است و مخارجی جهت سیستم کنترل و رگولاتور باید پرداخت گردد.

روش اندازه گیری توان اکتیو و راکتیو از طریق کنتورهای اکتیو و راکتیو:

در این روش کنتورهای توان اکتیو و راکتیو در ابتدای کار خوانده می شوند و اعداد بعنوان مقادیر اولیه ثبت می گردند.۸ ساعت بعد هر دو کنتور دوباره خوانده و اعداد نهایی ثبت می شوند و سپس در رابطه ذیل قرار می گیرند.

Tan fi=(RM2-RM1)/(AM2-AM1)

RM1 و AM1 مقادیر کنتورهای راکتیو و اکتیو در مرحله اول هستند،RM2 و AM2 مقادیر ااین کنتورها در مرحله دوم یعنی پس از هشت ساعت کار آنها می باشند.

با بدست آمدن tgφ و cosφ و تعیین f از جدولهای مربوطه در انواع هند بوک ها و نیز انتخاب ضریب توان مطلوب مورد نظر یعنی cosφ۲ می توان میزان خازن مورد نظرQc را از رابطه زیر بدست آورد.

Qc=(AM2-AM1).h.f/8

در این رابطه K نسبت ترانس جریان (CT) کنتور می باشد.

مثال:

مقادیر اولیه کنتورهای اکتیو و راکتیو

کیلو وات ساعت RM1=311/2

کیلو وات ساعت AM1=115/3

مقادیر دوم کنتورهای اکتیو و راکتیو

کیلو وات ساعت RM2 =321/2

کیلو وات ساعت AM2=124/6

اگر ترانس جریان با نسبت A 150 به A 5 ( 150A/5A ) باشد عدد K=30 است و

Tan fi=(321/2-311/2)/(124/6-115/3)=1/08

حال چنانچه ضریب توان مطلوب مورد نظر ما برابر با ۷۷٫۰ باشد ضریب f از جدول برابر با ۶۵٫۰ می شود و میزان خازن مورد نیاز از رابطه ذیل به دست می آید.

Q=(aM2-AM1).k.f/8=(124/6-115/3)*3*0.65/8=22.67kvar
اثر خازن بر هارمونیک های شبکه:

در شبکه های مصرف هر روز شاهد ورود دستگاهها و مصرف کنندگانی هستیم که بصورت غیر سینوسی از شبکه جریان می کشند.عبور این جریانها از امپدانس شبکه موجب افت ولتاژ بالایی شده و باعث بروز اعوجاج در شکل سینوسی ولتاژ می شود.

بارهایی که معمولا مولد هارمونیک ها هستند عبارتند از:

ترانسفورماتورها،

چک ها،

موتورهای القایی با دور متغیر ،

منابع تغذیه ups ،

منابع تغذیه تلویزیون و کامپیوتر،

و غیره که بارهای غیر خطی هستند

بانک های خازنی تزریق شده به شبکه به همراه اندوکتانس های موجود در شبکه تشکیل یک مدار رزونانسی می دهند فرکانس این رزونانس بصورت تقریبی از رابطه ذیل بدست می آید.

F=50*sqrt(sk/Q)

که در آن Sk قدرت اتصال کوتاه شبکه و Qc ظرفیت خازن تزریق شده می باشد.میزان قدرت اتصال کوتاه Sk نیز با تقریب مناسب از رابطه sk=0.9*(sn/Q) بدست می آید که در آن Sn توان ظاهری ترانسفورماتور شبکه است.

یادآوری میگردد که در هنگام رزونانسی، جریان موثر واحدهای خازنی بشدت افزایش می یابد که باید با نصب فیلترهای اکتیو مناسب حفاظت گردند.

اثرات زیست محیطی خازن های اصلاح:

در مجموع با نصب خازن های ترمیم کننده شبکه می توان بصورت بهینه انرژی الکتریکی را مصرف کرد و ازهزینه تولید انرژی الکتریکی کاست این کاهش ضمن آنکه هزینه انرژی را اقتصادی تر می نماید باعث کاهش جریان در خطوط انتقال و کابلهای رابط می شود و بطور مستقیم در پایین آمدن تلفات شبکه اثر می گذارد.حال با توجه به آنکه تولید انرژی الکتریکی در نیروگاه اغلب از سوخت های فسیلی صورت می گیرد بنابراین این امر در نهایت روی کاهش گازدی اکسید کربن در طبیعت اثر دارد.

محاسبات نشان می دهد که در سال ۱۹۹۹ سیستم های خازن اصلاح ضریب توان در شبکه های کشور آلمان باعث کاهش تلفات شبکه تا میزان ۹ بیلیون کیلووات ساعت بوده است که اگر این میزان کاهش تلفات را روی نیروگاه های سوختی آلمان تقسیم نماییم مشخص می شود که از انتشار حدود ۵ میلیون تن گاز دی اکسید کربن جلوگیری شده است.

ادامه مطلب