محاسبات طراحی بانک خازنی :

بانک خازن

محاسبات طراحی بانک خازنی :

برای طراحی یک بانک خازنی مراحل زیر را طی می کنیم:

1- میانگین مقدار توان راکتیو مصرفی را برای 3 یا 4 ماه  گذشته در شبکه برقی که قصد طراحی بانک خازنی برای آن داریم را مشخص می کنیم ، مقدار این توان راکتیو در قبض برق در قسمت شرح مصارف بر حسب KVARh درج شده است.

2- میانگین مقدار توان واقعی مصرفی را برای 3 یا 4 ماه گذشته مشخص می کنیم ، مقدار این توان در قبض برق در قسمت شرح مصارف بر حسب KWh درج شده است.

3- مقدار تانژانت زاویه مصرف را به دست میاوریم.

4- مقدار زاویه مصرف را به دست میاوریم.

5- مقدار ضریب قدرت کنونی را به دست میاوریم.

6- مقدار ضریب قدرت مطلوب را مشخص می کنیم.

7- مقدار زاویه مصرف مطلوب را به دست میاوریم.

8- مقدار تانژانت زاویه مصرف مطلوب را به دست میاوریم.

9- مقدار توان راکتیو خازن مورد نیاز را به دست میاوریم.

نکته : معمولاً جبران سازی برای ضریب قدرت بین 0.85 تا 0.95 انجام می شود. از جبران سازی ضریب قدرت بیش از 0.95 باید اجتناب نمایید. زیرا در این شرایط علاوه بر نیاز به میزان قابل ملاحظه ای از خازن برای تامین قدرت راکتیو، هادیها به دلیل عبور جریان زیاد راکتیو تحت تنش قرار گرفته و نیز ممکن است در شبکه مصرف کننده افزایش ولتاژ نامطلوبی ایجاد شود.

مثال : در یک کارگاه ، متوسط مصرف توان واقعی (در یک دوره 4 ماهه) برابر 560 کیلو وات ساعت و متوسط مصرف توان راکتیو در همان دوره برابر 800 کیلو ولت آمپر راکتیو است. مقدار توان راکتیو مورد نیاز برای اینکه ضریب توان برق مصرفی برابر 0.90 باشد به صورت زیر به دست میاید:

تست خازن های بانک خازنی :

فرمول 1 (توان راکتیو واقعی خازن) :

اگر ولتاژ و فرکانس تغذیه خازن ها تغییر کنند مقدار توان راکتیو (KVAR) خازن ها نیز تغییر می کند. در مثال زیر نشان داده شده است که چگونه مقدار KVAR با توجه به مقدار ولتاژ و فرکانس واقعی محاسبه می شود.

مثال 1- مشخصات روی پلاک خازن مطابق زیر است:

15KVAR , 3 phases , 440v , 50Hz

طبق اندازه گیری های انجام شده مقادیر واقعی به شرح زیر است:

ولتاژ اندازه گیری شده برابر 425v

فرکانس اندازه گیری شده برابر 48.5Hz

مقدار توان راکتیو از طریق فرمول زیر به دست میاید:

fM : مقدار فرکانس اندازه گیری شده

fR : مقدار فرکانس درج شده روی پلاک

vM : مقدار ولتاژ اندازه گیری شده

vR : مقدار ولتاژ درج شده روی پلاک

KVAR : مقدار توان راکتیو درج شده روی پلاک

مقدار توان راکتیو واقعی خازن برابر است با:

مثال 2 - مشخصات روی پلاک خازن مطابق زیر است:

15kVAr, 3 phases, 415v, 50Hz

طبق اندازه گیری های انجام شده مقادیر واقعی به شرح زیر است:

ولتاژ اندازه گیری شده برابر 425v

فرکانس اندازه گیری شده برابر 48.5Hz

مقدار توان راکتیو واقعی خازن برابر است با:

فرمول 2 (جریان نامی خازن) :

محاسبه مقدار جریان نامی در شرایط ولتاژ و فرکانس تغذیه نامی :

مثال 1 : مشخصات روی پلاک خازن مطابق زیر است:

15KVAR , 3 phases , 440v , 50Hz

مقدار جریان نامی برابر است با :

مثال 2 : مشخصات روی پلاک خازن مطابق زیر است:

15KVAR , 3 phases , 415v , 50Hz

مقدار جریان نامی برابر است با :

فرمول 2-1 (جریان واقعی خازن) :

اگر ولتاژ و فرکانس تغذیه خازن تغییر کند مقدار جریان خازن نیز تغییر می کند و به شکل زیر محاسبه می شود:

مثال : مشخصات روی پلاک خازن مطابق زیر است:

15KVAR , 3 phases , 440v , 50Hz

بنابراین جریان طبق پلاک باید برابر 19.68A باشد. اما در شرایط واقعی جریان برابر است با:

فرمول 3 (مقدار ظرفیت خازن) :

مقدار ظرفیت خازن برای تغذیه سه فاز و اتصال مثلث از طریق فرمول زیر به دست میاید:

توجه کنید که مقدار به دست آمده از بین دو ترمینال تغذیه خازن است در شرایطی که ترمینال سوم از تغذیه جدا می باشد.

مثال 1 : مشخصات روی پلاک خازن مطابق زیر است:

15KVAR , 3 phases , 415v , 50Hz

مقدار ظرفیت خازن عبارت است از:

مثال 2 : مشخصات روی پلاک خازن مطابق زیر است:

15KVAR , 3 phases , 440v , 50Hz

فرمول 4 (مقدار توان راکتیو خازن بر حسب ظرفیت) :

مقدار توان راکتیو خازن را بر حسب مقدار ظرفیتش از طریق فرمول زیر به دست میاوریم:

مقادیر اندازه گیری شده خازن را در ولتاژ 440V را به شرح زیر در نظر بگیرید:

Ca : ظرفیت خازن اندازه گیری شده بین فازهای V و U برابر با 

Cb : ظرفیت خازن اندازه گیری شده بین فازهای W و U برابر با 

Cc : ظرفیت خازن اندازه گیری شده بین فازهای W و V برابر با 

مقدار توان راکتیو خازن برابر است با :

KVAr = 2 / 3 x (197 + 196 200) x (440 x 440) x 2 x 3.14 x 50 / 1000000000 = 24.04

باید توجه نمایید که مقدار ولتاژ تغذیه خازن در فرمول فوق باید برابر با مقدار درج شده بر روی پلاک باشد.

نکات مهم :

1- اگر در عمل قصد اندازه گیری ظرفیت خازن را دارید حتماً باید قبل از اندازه گیری یک دقیقه صبر کنید تا پتانسیل الکتریکی موجود در تخلیه شود سپس با یک سیم دو ترمینال خازن را یک لحظه اتصال کوتاه کنید تا از تخلیه خازن مطمئن شوید. در صورت عدم تخلیه پتانسیل خازن ممکن است شک الکتریکی خطرناکی به بدن شما وارد شود. البته به منظور کاهش ولتاژ دو سرخازن پس از خارج شدن آنها از مدار از مقاومت هایی که به ترمینال های خازن، بسته شده است استفاده می کنند. توان این مقاومت ها متناسب با توان خازن ها بین ۳۰ تا ۵۰ کیلو اهم است که میزان ولتاژ را در مدت سه دقیقه پس از قطع خازن ها به میزان کم خطر (پایینتر از ۷۵ ولت) کاهش می دهند.

2- خازن باید همراه با محدود کننده های جریان حجومی (جریان گذرا هنگام استارت خازن) مناسب مانند کویل یا کنتاکتورهای مخصوص بانک خازنی راه اندازی شود.

3- هنگامی که خازن را خاموش می کنید نباید قبل از گذشت 60 ثانیه مجدداً خازن استارت شود به طوری که قبل از استارت مجدد باید خازن کاملاً تخلیه شود.

4- خازنها باید از انواعی انتخاب شوند که بتوانند دایمی در مدار قرار گیرند پس باید بتوانند ولتاژ شبکه را تحمل کنند در محاسبه خازن از انواعی استفاده می شود که ولتاژ مجاز آنها 15% بیشتر از ولتاژ شبکه باشد .

5- برای حفاظت حرارتی بانک های خازنی از بی متال و رله های حرارتی که به بوبین کنتاکتور خازنها فرمان قطع می دهند استفاده می شود. تنظیم این رله ها در حد ۴۳/۱ برابر جریان نامی خازن است.

رگولاتور تصحیح ضریب قدرت:

از آنجا که هدف از نصب خازن، حذف بار راکتیو متغیر مصرف کننده در هر شرایط است، برای کنترل آن از رگولاتور تصحیح ضریب قدرت استفاده می شود.

رگولاتور، ترتیب به مدار آمدن و یا از مدار خارج شدن خازنها در یک بانک خازنی را تعیین کرده و متناسب با بار راکتیو مورد نیاز، فرمان قطع و وصل به کنتاکتور ها صادر می کند. از جمله نکات قابل توجه در رگولاتور ها تنظیم مربوط به نسبت (C/K) است.

مقدار (C/K) عبارت است از نسبت تبدیل توان اولین پله خازن به نسبت تبدیل ترانسفورماتور جریان (K) متصل به رگولاتور.

لذا پس از مشخص شدن توان راکتیو مورد نیاز باید آن را به نسبت مصارفی که در هر لحظه وارد مدار میشود پله بندی و رگولاتور مناسب با این مجموعه را انتخاب کرد .

نحوه پله بندی خازنها در مشخصات فنی رگولاتور ها ذکر میشود و بطور عمومی به یکی از سه روش زیر و متناسب با رفتار بار راکتیو مصرف کننده انتخاب میشود:

 (۱) ۱:۱:۱ …

 (2) ۱:۲:۲ …

 (۳) ۱:۲:۴:۸ …

از مشخصه های مهم دیگر رگولاتورها مراحل عملکرد آنهاست. بعنوان نمونه در رگولاتور نوع ۵/۳ تعداد سه عدد خازن در پنج حالت مختلف می توانند در مدار گیرند. بنابراین برای مقدار معینی از توان راکتیو خازنی، انتخاب های متنوعی می تواند صورت گیرد که میزان بار راکتیو که در هر مرحله وارد مدارد می شود و نیز نوع رگولاتور عامل موثر در طراحی بانک های خازنی خواهد بود.