آموزش بانک خازنی و توان راکتیو

چگونگی کارکرد بانک خازنی و همچنین چگونگی سرویس و نگهداری آنها در مجتمع‌های صنعتی از اهمیت به سزایی برخوردار است. از این رو در این نرم‌افزار سعی شده تا مهم‌ترین نکاتی که در انجام این امر برای پرسنل شاغل در این بخش ضروری است، به همراه فیلم و عکس جهت یادگیری آسان‌تر آورده شود.

سرفصل های بانک خازنی و توان اکتیو :

۱- توان راکتیو چیست؟

۲- تقویت ضریب توان

۳- رفتار خازن‌ها هنگام قطع و وصل

۴- ساختمان بانک خازنی

۵- مشخصات خازن‌ها

۶- اثر هارمونیک‌ها بر روی بانک خازنی

۷- سرویس و نگهداری بانک خازنی

توضیحاتی درباره توان راکتیو :

اگر یک ولتاژ AC به یک مقاومت اعمال شود، جریانی که از آن می‌گذرد، همزمان با ولتاژ اعمالی تغییر خواهد کرد و به عبارت دیگر همزمان به میزان ماکزیمم خود رسیده و همزمان نیز صفر می‌شوند. در این حالت گفته می‌شود که ولتاژ و جریان هم‌فاز هستند. ولی اگر چنین ولتاژی را به یک بار مقاومتی- سلفی اعمال کنیم، تغییرات ولتاژ و جریان هم‌زمان نمی‌باشد. مدارات سلفی، که در آن‌ها فاز جریان عقب‌تر از فاز ولتاژ است را مدارات پس‌فاز یا Lagging و مدارات خازنی که در آن‌ها فاز جریان جلوتر از فاز ولتاژ است را مدارات پیش فاز یا Leading می‌نامند. از این رو حاصل‌ضرب آن‌ها در بازه‌هایی از زمان منفی خواهد بود. منفی بودن اندازه توان به این معناست که در آن بازه‌‌ها، انرژی از بار به منبع منتقل می‌شود. توان متوسطی که در هر سیکل به بار منتقل می‌شود توان حقیقی یا اکتیو نامیده می‌شود.

به کسینوس اختلاف فازی که بین شکل موج‌های ولتاژ و جریان وجود دارد ضریب توان یا Power Factor گویند . به طرق مختلف می‌توان این ضریب توان را تقویت کرد که در نرم‌افزار به آن پرداخته شده است. به حاصل‌ضرب مقادیر مؤثر ولتاژ و جریان نیز توان ظاهری گفته می‌شود. ضریب توان بیان‌گر این موضوع است که چه بخشی از توان ظاهری به توان مفید تبدیل می‌شود. توان دیگری که بیانگر میزان متوسط انرژی است که در هر سیکل بین بار و منبع جابجا می‌شود، توان راکتیو یا موهومی نامیده می‌شود.

رفتار خازن‌ها هنگام قطع و وصل:

خازن‌هایی که در یک شبکه الکتریکی به کار برده می‌شوند، دارای اثرات و رفتارهای خاصی هستند که اغلب خود را هنگام قطع و وصل خازن نشان می‌دهند. تجهیزات کلیدزنی، معمولا جریان را در نقطه عبور آن از صفر قطع می‌کنند. در مورد بارهای خازنی، در این لحظه ولتاژ در ماکزیمم مقدار خود قرار دارد که پس از قطع جریان، این ولتاژ بر روی خازن باقی می‌ماند. در یک نیم‌سیکل پس از کلیدزنی، ولتاژ منبع تغییر کرده و دوباره به میزان ماکزیمم خود می‌رسد. در این هنگام دو سر کلید، ولتاژی معادل دو برابر ولتاژ نامی شبکه قرار دارد که احتمال جرقه زدن مجدد بین ترمینال‌های کلید را افزایش می‌دهد. این مشکل در ولتاژ‌های بالا، خود را بیشتر نشان داده و لازم است تا تجهیزات کلیدزنی قوی‌تری برای قطع خازن‌ها به کار برده شود.

علاوه بر قطع خازن‌ها، وصل آن‌ها نیز با مشکلاتی مواجه است. در لحظه وصل خازن، جریان‌های هجومی یا Inrush Current با اندازه و فرکانس بالا از درون خازن و تجهیزات شبکه عبور می‌کند و هر چه این اندازه و فرکانس بیشتر باشد، شرایط برای وسیله کلیدزنی سخت‌تر خواهد بود. موضوع دیگری که در هنگام قطع و وصل خازن‌ها روی می‌دهد، اضافه ولتاژ اعمالی به خازن به دلیل بار ذخیره شده در خازن است.

ساختمان بانک خازنی :

خازن‌هایی که برای تقویت ضریب توان یک شبکه به کار برده می‌شوند اغلب در تابلوهای خاصی در داخل Substation قرار داده می‌شوند. به این تابلوها، تابلوهای بانک خازنی گفته می‌شود. از آن‌جا که میزان مصرف یک شبکه، متغیر است، ضریب توان شبکه نیز متغیر بوده و از این رو یکی از وظایف این تابلوها، محاسبه میزان توان راکتیو مورد نیاز شبکه و وارد مدار کردن تعداد خازن مورد نیاز است. کنترل عملکرد تابلوی بانک خازن، به عهده رله مخصوصی است که رله کنترل توان راکتیو یا Reactive Power Control Relay نامیده می شود. این رله، ضریب توان شبکه را اندازه گرفته و تعداد پله‌های لازم برای رساندن ضریب توان به ضریب توان هدف را در مدار قرار می‌دهد.

مشخصات خازن‌ها :

خازن‌‌هایی که در بانک‌های خازنی به کاربرده می‌شوند معمولا الزامات و مشخصاتی را دارا بوده که مهم‌ترین این موارد طبق استاندارد IEC به این شرح می‌باشد:

۱- هر واحد یا بانک خازنی باید مجهز به وسیله‌ای برای تخلیه آن واحد باشد. در خازن‌ها، معمولا از مقاومت‌هایی بین فازها استفاده شده است که این وظیفه را انجام می‌دهند.

۲- ولتاژ نامی،جریان نامی ونیز ظرفیت خازنی برحسب کیلووار و نیز ظرفیت خازن برحسب میکروفاراد باید روی آن نوشته شود.

۳- سطح عایقی خازن

۴- محدوده دمایی کار خازن

۵- ساختمان برخی از خازن‌‌ها به گونه‌ای است که پس از شکست موضعی دی‌الکتریک آن‌‌ها، به سرعت و به صورت اساسی خود را ترمیم می‌کنند. به این خازن‌ها، خازن‌های خودترمیم‌کننده یا self–healing گفته می‌شود.

۶- در خازن‌های سه‌فاز، آرایش‌ها می‌تواند به صورت ستاره یا مثلث باشد.

اثر هارمونیک‌ها بر روی بانک خازنی :

هارمونیک‌ها، معمولا توسط بارهای غیر خطی مانند تجهیزات الکترونیکی، کوره‌های الکتریکی، هسته ترانسفورماتورها و موتورها و مواردی از این دست تولید می‌شوند و دارای مضراتی برای تجهیزات موجود در شبکه هستند. بانک‌های خازنی خود تولید‌کننده هارمونیک‌ها نیستند ولی وجود هارمونیک‌ها در شبکه، می‌تواند بر روی عملکرد خازن‌های آن‌ها تأثیرگذار باشد. مقاومتی که یک خازن در برابر عبور جریان از خود نشان می‌دهد یا همان راکتانس رابطه معکوس با فرکانس دارد.یکی دیگر از تأثیرات هارمونیک‌ها روی خازن‌ها، وقوع پدیده‌ای به نام رزونانس است. در یک محیط هارمونیکی، به دلیل وجود فرکانس‌های زیاد، احتمال وقوع پدیده رزونانس افزایش پیدا کرده و در صورت وقوع آن در یک بانک خازن، آسیب‌های جدی به خازنها وارد می‌شود.

سرویس و نگهداری بانک خازنی :

تابلوهای بانک خازن نیز مشابه سایر انواع تابلوها به چک‌ها و سرویس‌های دوره‌ای مشخصی احتیاج دارند که باید در بازه‌های زمانی مشخص بر روی آن‌ها انجام شود.