بانک خازنی مرهمی بر درد تأمین برق کشور

در
دسته بندی ها: انرژی, تازه‌ها

بانک خازنی مرهمی بر درد تأمین برق کشور – بخش اول

با اطمینان می‌توان گفت که استفاده از بانک خازنی در صنایع می‌تواند ناجی سیستم برق باشد و منجر به کاهش هزینه‌های مصرف برق شود. اما چگونه؟

در این مقاله از آماد برق سپهر ابتدا با مفاهیم توان اکتیو، توان راکتیو، ضریب توان و دلایل و مزایای استفاده از تابلوهای بانک خازنی آشنا می‌شویم و سپس نحوه محاسبه ضریب توان و ظرفیت خازن موردنیاز را بیان می‌کنیم.

تعریف توان اکتیو و توان راکتیو:

توان اکتیو P (در kW)، توان واقعی است که به بارهایی مانند موتورها، لامپ‌ها، بخاری‌ها، رایانه‌ها و … منتقل می‌شود. توان اکتیو الکتریکی به قدرت مکانیکی، گرما یا نور تبدیل می‌شود.

توان راکتیو Q (در kVAR)، فقط برای تأمین انرژی مدارهای مغناطیسی ماشینها، موتورها و ترانسفورماتورها استفاده می‌شود. در واقع این توان میدان مغناطیسی لازم برای تجهیزات دارای سیم‌پیچی (بارهای سلفی) را تولید می‌نماید.

توان ظاهری S (در kVA)، ترکیب برداری از توان اکتیو و توان راکتیو است.

ضریب توان P.F (Power Factor) که از رابطه زیر به دست می‌آید، نشان می‌دهد جریانی که از شبکه برق (جریان ظاهری) دریافت می‌شود تا چه اندازه از جریان اکتیو و جریان راکتیو تشکیل شده است؛ به عبارتی چه مقدار توان اکتیو و چه مقدار توان راکتیو از شبکه دریافت کرده‌ایم.

توان ضریب (P.F)

psq

بانک خازنی و مزایای آن:

تأمین توان راکتیو مورد نیاز از محل تولید و انتقال آن به مصرف‌کننده نهایی سبب افزایش تلفات، افت ولتاژ و کاهش ظرفیت مفید ترانسفورماتورها، کابل ها و سایر ادوات شبکه در جهت تأمین توان اکتیو می‌گردد. بدین دلیل مصرف‌کنندگان با ضریب توان پایین مشمول جریمه می شوند.

استفاده از خازن با هدف تولید توان راکتیو در نزدیک‌ترین نقطه به محل مصرف سبب صرفه‌جویی اقتصادی برای مصرف‌کننده، بهبود ضریب توان و کاهش هزینه‌های تولید، انتقال و نگهداری از تجهیزات شبکه می‌گردد.

مهمترین مزایای بانک خازنی را می‌توان در پنج گروه زیر تقسیم‌بندی کرد:

  • انتخاب بهینه ماشین‌های الکتریکی

ماشین‌های الکتریکی شامل ژنراتورها و ترانسفورماتورهاست که توان آن‌ها معمولاً با واحد ولت‌آمپر بیان می‌شود. بنابراین با خازن‌گذاری، در صورتی که توان اکتیو را ثابت در نظر بگیریم، توان راکتیو کاهش می‌یابد و توان برآیند – یا همان توان ظاهری- ماشین کاهش می‌یابد. و با کاهش توان ظاهری می‌توان ماشین‌های الکتریکی کوچکتری را انتخاب کرده یا از آن‌ها توان اکتیو بیشتری عبور داد.

  • انتخاب بهینه هادی‌ها

برای بیان ظرفیت هادی‌ها در انتقال انرژی الکتریکی از واحد آمپر استفاده می‌شود. و برای یک هادی تنها برآیند کلی جریان مهم است و سهم مؤلفه‌های اکتیو و راکتیو مهم نیست. بنابراین می‌توان نتیجه گرفت اصلاح ضریب توان برای انتخاب بهینه سایز هادی‌ها نیز مهم است. چرا که این کار باعث کوچک‌تر شدن برآیند جریان در سیستم می‌شود.

  • کاهش تلفات

یکی دیگر از مزایای بانک خازن کاهش تلفات می‌باشد. میزان مقاومت هادی‌های مختلف در برابر عبور جریان متفاوت می‌باشد. پدیده تلفات زمانی به وجود می‌آید که هادی در برابر عبور جریان مقاومت از خود نشان دهد. که مقدار این تلفات در یک هادی به میزان مقاومت آن و مربع جریان عبوری بستگی دارد. به بیان ساده‌تر با افزایش جریان عبوری از یک هادی، مقداری از انرژی به حرارت تبدیل می‌شود. همانطور که می‌دانیم بروز تلفات در سیستم باعث کاهش راندمان کلی آن می‌شود. بنابراین با خازن‌گذاری با توجه به مورد قبل می‌توان جریان عبوری از هادی‌ها و به تبع آن تلفات را کاهش داد.

  • کاهش افت ولتاژ

عبور جریان از هادی‌ها علاوه بر تلفات منجر به افت ولتاژ نیز می‌شود. به بیان ساده‌تر به علت وجود مقاومت در هادی‌ها مقداری از انرژی منبع از بین رفته و به مصرف‌کننده نهایی نمی‌رسد. با افزایش جریان عبوری از هادی‌ها تلفات و افت ولتاژ در سیستم نیز بیشتر خواهد شد. یکی از راه‌های مؤثر برای کنترل و کاهش پدیده افت ولتاژ شدید در تأسیسات، کاهش مؤلفه توان راکتیو و به تبع آن کاهش جریان عبوری از هادی‌ها است. بنابراین افزایش ضریب توان باعث کاهش جریان و در نتیجه کاهش افت ولتاژ خواهد شد.

  • مزایای اقتصادی بانک خازنی

از دیگر مزایای بانک خازنی توجیه اقتصادی آن می‌باشد. در اجرای تأسیسات الکتریکی صنایع، بخش عمده‌ای از هزینه‌ها مربوط به تهیه ژنراتورها، ترانسفورماتورها، کابل‌ها، تابلوها و … می‌باشد. بنابراین همانطور که در بخش‌های قبل توضیح داده شد، با جبران‌سازی توان راکتیو و درنتیجه انتخاب سایز کوچک‌تر تجهیزات، در مقدار قابل توجهی از هزینه‌ها صرفه‌جویی می‌شود.

 

 

محاسبه ضریب‌توان با استفاده از قبض برق:

کلیه اطلاعات انرژی مصرف شده در تأسیسات صنایع، در قبض برق ماهانه آن‌ها درج می‌شود. و با این اطلاعات می‌توان ضریب توان و ظرفیت بانک خازنی را محاسبه نمود. روش محاسبه با یک مثال واقعی (شرکت A) در ادامه شرح داده می‌شود.

حاصل‌ضرب عدد ماکسیمتر در ضریب کنتور میزان توان مصرفی را نشان می‌دهد:

760KW = 0.76  X 1000

همان‌طور که در شکل زیر پیداست کل انرژی اکتیو مصرفی برابر 296270 کیلووات‌ساعت است. این عدد را می‌توان به عنوان Ep در نظر گرفت و میزان انرژی راکتیو مصرفی 157900 کیلووات‌ساعت می‌باشد. این عدد را نیز می‌توان به عنوان Eq در نظر گرفت. با قراردادن این مقادیر در رابطه ضریب توان، بدست می‌آید:

 

روش دیگر برای محاسبه ضریب توان استفاده از انرژی ظاهری یا برآیند انرژی‌ها است:

روش سوم استفاده از ضریب زیان است که در قبض قابل مشاهده است. بدین صورت که اگر عدد 0.9 بر جمع ضریب زیان بعلاوه 1 تقسیم شود، ضریب توان بدست خواهد آمد:

همان‌طور که مشاهده می‌شود عدد به دست آمده 0.88 می باشد که از ضریب توان مطلوب یا 0.9 تنها 0.02 کمتر می‌باشد. این کاهش ضریب توان علت جریمه‌های مستقیم در قبض برق می‌باشد.

محاسبه ظرفیت بانک خازنی:

با داشتن دو ضریب توان می‌توان کسینوس معکوس را محاسبه کرده و زوایای 1℘ و 2℘ را بدست آورد و با استفاده از رابطه زیر ظرفیت خازن مورد نیاز را محاسبه کرد:

𝒬𝒸 = (tan ℘1  – tan ℘2 ) X P

P.F اول مربوط به شرایط کنونی سیستم است و P.F دوم مقدار مورد نظر ما بعد از جبران سازی است. برای مشخص‌تر شدن رابطه بین ضریب توان فعلی و ضریب توان هدف مثلث توان را ترسیم می‌کنیم.

در مثلث توان 1℘ اختلاف فاز شرایط کنونی سیستم است و قصد داریم آن را به 2℘ یا مقدار هدف برسانیم (همانطور که می‌دانید هرچقدر زاویه ℘ کوچک‌تر باشد مقدار  ℘cos به مقدار مطلوب ما 0.9 ~ 1 نزدیک‌تر خواهد). برای رسیدن به 2℘ به مقدار 𝒬𝒸 وار خازن نیاز است. با قرار دادن خازنی به ظرفیت 𝒬𝒸 مقدار توان ظاهری به 𝒮2 خواهد رسید. در نتیجه همانطور که در بخش مزایای بانک خازنی توضیح داده شد، کاهش توان ظاهری منجر به کاهش جریان، تلفات و افت ولتاژ خواهد شد. نحوه وارد کردن بانک خازنی به مدار میتواند به صورت دستی یا توسط رگولاتور خازنی انجام شود.

در ادامه مثال بالا، شرکت A در حال مصرف 760 کیلووات توان اکتیو با ضریب توان 0.88 است. برای ارتقاء ضریب توان این شرکت از 0.88 به 0.9 چه مقدار خازن مورد نیاز است تا مشمول دریافت جریمه مصرف بالاتر از حد نرمال توان راکتیو از اداره برق نشود؟

cos‾¹ 0.88 = 28.36˚ = ℘1

cos‾¹ 0.9 = 25.84˚ = ℘2

 

بنابراین با استفاده از رابطه ظرفیت خازن، می‌توان نوشت:

𝒬𝒸 = (tan 28.36˚ – tan 25.84˚) x 760  ≈ 42 Kv AR

جدول

 

با استفاده از رابطه زیر نیز می‌توان مشاهده نمود که با افزایش ضریب توان جریان سیستم کاهش پیدا می‌کند:

3ul

بخش دوم – تأثیر هارمونیک‌ها بر خازن‌ها (به زودی …)

 

منابع:

download.himel.com
mosalasezard.com
namatek.com