تابلو برق بانک خازنی، یک سیستم الکتریکی است که برای بهبود کیفیت توان و کاهش تلفات انرژی در شبکههای برق استفاده میشود. این تابلوها معمولاً شامل مجموعهای از خازنها هستند که به صورت موازی با بارهای الکتریکی متصل میشوند.
بانک خازنی چیست؟
بانک خازنی مجموعهای از خازنهاست که برای جبران توان راکتیو در سیستمهای برق استفاده میشود. بسیاری از تجهیزات الکتریکی مانند موتورهای القایی و ترانسفورماتورها علاوه بر توان مفید، توان راکتیو نیز مصرف میکنند که باعث افزایش جریان در شبکه و کاهش راندمان آن میشود. بانک خازنی با تأمین این توان راکتیو، ضریب توان را اصلاح کرده، تلفات انرژی را کاهش میدهد و باعث بهبود کیفیت برق میشود. این سیستم در شبکههای صنعتی و توزیع برق کاربرد دارد و میتواند بهصورت ثابت یا خودکار تنظیم شود تا میزان توان راکتیو موردنیاز را تأمین کند.
دلیل جریمه توان راکتیو این است که این توان باعث افزایش جریان در شبکه برق میشود، که این موضوع تلفات انرژی را بالا میبرد و ظرفیت مفید تجهیزات انتقال و توزیع برق را کاهش میدهد. وقتی یک مصرفکننده برق زیادی از شبکه میگیرد ولی بخشی از آن را برای تولید میدانهای مغناطیسی هدر میدهد، شرکت برق باید تجهیزات بیشتری برای جبران این توان به کار بگیرد. این هزینه اضافی را با جریمه کردن مصرفکنندگان جبران میکنند تا آنها را به استفاده از روشهای بهینهسازی، مانند نصب بانک خازنی، تشویق کنند. در اصل توان راکتیو نمی تواند کار تولید کند (این توان به کار مفید تبدیل نمی شود) و برای شبکه هم به دلایل ذکر شده مضر است.
انواع بانک های خازنی
بانکهای خازنی بسته به نحوه عملکرد و محل استفاده به انواع مختلفی تقسیم میشوند که هرکدام کاربردهای خاص خود را دارند.
بانک خازنی ثابت (Fixed Capacitor Bank)
این نوع بانک خازنی بهصورت دائمی در مدار قرار دارد و مقدار مشخصی توان راکتیو را جبران میکند. معمولاً در محلهایی که بار الکتریکی تقریباً ثابت است، مانند کارگاههای کوچک یا بارهای موتوری که تغییرات زیادی ندارند، استفاده میشود. بانک خازنی ثابت ساده و کمهزینه است اما انعطافپذیری کمی دارد، زیرا در صورت تغییرات بار، مقدار جبران توان راکتیو ثابت باقی میماند.
بانک خازنی اتوماتیک (Automatic Capacitor Bank)
این نوع بانک خازنی دارای یک رگولاتور هوشمند است که مقدار توان راکتیو را با توجه به نیاز شبکه تنظیم میکند. خازنها در این سیستم بهصورت پلهای (مثلاً 5 کیلووار، 10 کیلووار و …) در مدار وارد یا از مدار خارج میشوند. این ویژگی باعث میشود که ضریب توان همواره در محدوده مطلوب باقی بماند. بانک خازنی اتوماتیک بیشتر در صنایع بزرگ، شبکههای توزیع برق و محلهایی که بار الکتریکی متغیر است، به کار میرود.
بانک خازنی سری (Series Capacitor Bank)
در این نوع، خازنها بهصورت سری با خط انتقال قرار میگیرند و معمولاً در خطوط انتقال ولتاژ بالا برای جبران افت ولتاژ و افزایش ظرفیت انتقال توان استفاده میشوند. این بانک خازنی باعث کاهش راکتانس خط و بهبود پایداری ولتاژ در شبکه میشود. به دلیل کاربرد آن در شبکههای انتقال، معمولاً در ایستگاههای برقرسانی بزرگ نصب میشود.
بانک خازنی موازی (Shunt Capacitor Bank)
این نوع بانک خازنی مستقیماً به شبکه برق متصل شده و بهصورت موازی با بارهای الکتریکی قرار میگیرد. وظیفه اصلی آن تأمین توان راکتیو برای بارهای القایی است تا ضریب توان را بهبود بخشد. این بانک خازنی بهطور گسترده در شبکههای توزیع و کارخانههای صنعتی استفاده میشود.
بانک خازنی قابل تنظیم با فیلتر هارمونیکی (Harmonic Filtered Capacitor Bank)
در برخی از شبکههای صنعتی، علاوه بر توان راکتیو، مشکلات ناشی از هارمونیکها نیز وجود دارد که میتواند به تجهیزات آسیب برساند. بانکهای خازنی دارای فیلتر هارمونیکی علاوه بر اصلاح ضریب توان، هارمونیکهای ناخواسته را نیز جذب کرده و از آسیب به تجهیزات جلوگیری میکنند. این نوع بانک خازنی بیشتر در کارخانههای دارای درایوهای فرکانس متغیر (VFD)، کورههای القایی و سیستمهای الکترونیکی پرمصرف کاربرد دارد.
بانک خازنی فشار ضعیف و فشار قوی
بانکهای خازنی از نظر ولتاژ کاری به دو دسته فشار ضعیف (زیر ۱۰۰۰ ولت) و فشار قوی (بالاتر از ۱۰۰۰ ولت) تقسیم میشوند. بانکهای فشار ضعیف معمولاً در تابلوهای برق صنعتی و کارگاههای کوچک نصب میشوند، درحالیکه بانکهای فشار قوی در پستهای انتقال برق و کارخانههای بزرگ استفاده میشوند
انتخاب نوع بانک خازنی به میزان تغییرات بار، سطح ولتاژ، نیاز به جبران توان راکتیو و شرایط شبکه بستگی دارد. برای بارهای ثابت، بانک خازنی ثابت کافی است، اما برای بارهای متغیر، استفاده از بانک خازنی اتوماتیک یا مجهز به فیلتر هارمونیکی توصیه میشود.
اجزای تابلو برق بانک خازنی
اجزای یک تابلو برق بانک خازنی شامل بخشهای مختلفی است که هرکدام وظیفه خاصی دارند تا این تابلو بهطور کارآمد و ایمن عمل کند. در زیر به طور کامل اجزای مختلف یک تابلو برق بانک خازنی را توضیح میدهیم:
1. کلید اصلی
- وظیفه: کلید اصلی تابلو برق وظیفه قطع و وصل کل سیستم را دارد. این کلید باید از نوع اتوماتیک باشد تا در صورت بروز اضافهبار یا اتصال کوتاه بهطور خودکار مدار را قطع کند.
- ویژگیها: توان تحمل جریان بالای کل سیستم، قابلیت قطع اتوماتیک و دسترسی آسان برای تعمیرات.
2. کنتاکتورهای خازنی
- وظیفه: کنتاکتورها برای وصل و قطع هر پله خازنی به مدار استفاده میشوند. هر پله خازنی به یک کنتاکتور اختصاص دارد که بر اساس نیاز توان راکتیو، فعال یا غیرفعال میشود.
- ویژگیها: کنتاکتورها باید از نوع با مقاومت محدودکننده جریان هجومی باشند تا از آسیب به خازنها در هنگام وصل شدن جلوگیری شود.
3. خازنها
- وظیفه: خازنها توان راکتیو سیستم را جبران میکنند. ظرفیت هر خازن بر اساس نیاز توان راکتیو طراحی میشود و معمولاً به صورت پلهای تقسیم میشوند (برای مثال 5، 10، 20 کیلووار).
4. فیوزها و کلیدهای حفاظتی
- وظیفه: برای محافظت در برابر اتصال کوتاه و اضافهبار در مدار هر پله خازنی، فیوزها یا کلیدهای حفاظتی نصب میشوند. این تجهیزات بهطور خودکار در صورت بروز خطا مدار را قطع میکنند.
- ویژگیها: فیوزها باید برای هر پله خازنی بهطور جداگانه نصب شوند تا از آسیب دیدن خازنها یا کنتاکتورها جلوگیری شود.
5. رگولاتور بانک خازنی
- وظیفه: رگولاتور یا کنترلکننده خودکار توان راکتیو است که بهطور اتوماتیک تصمیم میگیرد که کدام پله خازنی فعال یا غیرفعال شود. این رگولاتور باید با توجه به بار شبکه و توان راکتیو مورد نیاز، پلههای خازنی را وارد یا خارج کند.
- ویژگیها: رگولاتور باید بهطور دقیق و تنظیم شود تا عملکرد صحیحی داشته باشد. استفاده از رگولاتور های چینی به هیچ عنوان توصیه نمی شود.
6. ترانسفورماتور جریان
- وظیفه: این ترانسفورماتورها برای اندازهگیری جریان در مدار نصب میشوند و اطلاعات لازم برای رگولاتور یا سیستم کنترل را فراهم میکنند.
- ویژگیها: دقت بالا در اندازهگیری جریان و پاسخ سریع به تغییرات بار(مثلا در بازار از کلاس 0.5 استفاده می شود).
7. نشانگرها و نمایشگرها
- وظیفه: نشانگرهای LED(سیگنال ها) یا نمایشگرهای دیجیتال وضعیت هر پله خازنی و تابلو را نشان میدهند. این نشانگرها به اپراتورها کمک میکنند تا وضعیت سیستم را بهراحتی مشاهده کنند.
نمونه یک بانک خازنی اتوماتیک به همراه نقشه های Eplan
در مطالب قبلی به نحوه محاسبه بانک خازنی اشاره کردیم. همچنین در وبسایت اوج نیرو در قسمت ماشین حساب ها یک محاسبه گر میزان خازن مورد نیاز برای توان راکتیو وجود دارد. در یکی از پروژه های گروه فنی مهندسی اوج نیرو قرار بود یک تابلو برق به همراه بانک خازنی برای یک ساختمان اداری ساخته شود. کارفرما ابتدا برای 350 کیلووار بانک خازن اعلام نیاز کرده بود که میشد حدس زد این مقدار واقعی نیست. پس از آن با محاسبات صورت گرفته برای این مجتمع یک بانک خازنی به شکل زیر طراحی گردید:
همانطور که مشاهده می کنید در اینجا شش پله خازن در نظر گرفته شده است به صورت یک پله 5، یک پله 10 و بقیه 20 کیلووار هستند. برای هر خازن یک سکسیونر سه فاز در نظر گرفته شده است و کنتاکتور ها از نوع خازنی و برند اشنایدر هستند که امکان استفاده تا 60 کیلووار از آنها وجود دارد. باس اصلی سه عدد شمش 40 در 10 می باشد که برای مقدار جریان کل ساختمان کافی است و برای این مقدار خازن هم بسیار زیاد است اما چون تابلو بانک خازنی در کنار تابلو برق اصلی ساخته شده است، شمش های باس اصلی ادامه داده شده و از شمش کوچکتری استفاده نشده است.
در مدار کنترل از یک کنترلر خازن اتوماتیک ساخت شرکت پارس مت استفاده شده است. ورودی های این کنترلر یک ترانس جریان از فاز R است و دو عدد ورودی ولتاژ از فاز های S و T می باشد. از همان فاز T برای تغذیه برد و تغذیه مدار کنترل استفاده شده است. مدار کنترل به این صورت است که یک شاسی 0-1-2 پیش از کنتاکتور ها قرار گرفته است که امکان انتخاب سه حالت روشن شدن دائم، خاموش بودن پله و یا کنترل توسط کنترلر را می دهد. در نهایت تابلو برق بانک خازنی با استفاده از خازن های برند فراکو و با مجموع 95 کیلووار خازن ساخته شد. ساخت این تابلو های برق نیازمند تنظیم دقیق رگولاتور خازنی است که در ادامه نحوه تنظیم رگولاتور خازنی پارس مت را بررسی می کنیم.
نصب و تنظیم رگولاتور بانک خازنی
تمام خروجی ها و ورودی های این رگولاتور در پایین آن قرار گرفته است که به شکل گفته شده در نقشه می توانید آن ها را متصل کنید. علاوه بر خروجی های داخل نقشه یک خروجی آلارم هم وجود دارد که می توانید آن را به دلخواه تنظیم کنید. همانطور که دیده می شود، در پشت رگولاتور خازنی نقشه اتصال به صورت کامل وجود دارد. نکته مهم در اتصال رگولاتور این است که نباید ترانس جریان بر روی فاز هایی که رگولاتور به آنها متصل است قرار گیرد.
رگولاتور ها دارای یکسری تنظیمات اولیه هستند که این رگولاتور هم تنظیمات اولیه به شکل زیر دارد:
برای تنظیم مطابق خواسته های مورد نیاز ابتدا باید رگولاتور را در حالت دستی قرار دهیم. برای این کار با فشار دکمه MAN/AUTO براي چند ثانیه از حالت auto(اتوماتيک) به man(دستی) تغيير حالت می دهد.( در حالت دستی، نشانگر مربوط به man روشن است ولی در حالت اتوماتیک خاموش می باشد)
با نگه داشتن دکمه CAP و فشردن همزمان دکمه های بالا و پایین، می توان مقدار خازن پله اول را تعیین کرد، که ما در اینجا آن را روی 5 کیلووار تعریف می کنیم.
با نگه داشتن دکمه STAGE و فشردن همزمان دکمه های بالا و پایین، می توان پله های بعدی خازن را نسبت به پله اول به صورت (1:1:1:1یا 1:2:2:2 یا 1:1:2:2: و غیره) انتخاب کرد.(نسبت ها می تواند از پله یک تا پله چهارم متغیر باشد اما از پله پنجم به بعد مطابق پله چهارم خواهد بود) با توجه به خازن های موجود در مدار ما نسبت 1:2:4:4 را انتخاب می کنیم.
با نگه داشتن دکمه RELAY و فشردن همزمان دکمه های بالا و پایین، می توان تعداد پله های موجود را تعیین کرد. یعنی ممکن است ما شش پله خازن نداشته باشیم که در این صورت می توان تعداد مورد نظر را تعیین کرد مثلا سه پله خازن.
با نگه داشتن دکمه CT و فشردن همزمان دکمه های بالا و پایین، می توان نسبت ترانس جریان را تعیین کرد. به عنوان مثال در اینجا چون ترانس 500/5 است باید عدد 500 را روی نمایشگر تنظیم کرد.
با نگه داشتن دکمه PF و فشردن همزمان دکمه های بالا و پایین، می توان ضریب قدرت را از 0.8 سلفی تا 0.8 خازنی تعیین کرد که با توجه به اینکه در اینجا مقدار خازن بسیار زیاد است، حدود 0.95 سلفی بهترین عدد برای جلوگیری از جریمه شرکت برق است.
در نهایت رگولاتور بانک خازنی ما به درستی تنظیم شده است و با نگه داشتن دوباره دکمه Auto/Man به حالت عادی باز می گردد. در صورتی که خطای مشخصی وجود داشته باشد، بر روی صفحه رگولاتور قابل مشاهده است و برای اطمینان از عملکرد بانک خازنی هم می توان از قبض برق تغییرات را مشاهده کرد و هم با استفاده از خود رگولاتور خازنی چون ضریب توان را نشان می دهد می توان از عملکرد صحیح آن مطمئن بود.
نتیجه گیری
بانک خازنی به عنوان یک ابزار حیاتی برای بهبود کیفیت توان و کاهش تلفات انرژی در سیستمهای الکتریکی شناخته میشود. در این نوشته به بررسی انواع بانک های خازنی و یک مورد واقعی از تابلو برق بانک خازنی پرداختیم. با توجه به موارد ذکر شده، استفاده درست از بانک خازنی می تواند تاثیر جدی بر روی شبکه برق و هزینه های انرژی داشته باشد. شما می توانید در صورت نیاز به مشاوره با گروه فنی مهندسی اوج نیرو تماس گرفته و از مشاوره رایگان این گروه استفاده کنید.
