آشنایی مقدماتی با بانکهای خازنی

آشنایی مقدماتی با بانکهای خازنی

در راستای جبران توان راکتیو، در بخش ۲۰ و ۳۳ کیلوولت تأسیسات خازنی و تجهیزات مربوطه، مطالعات و تحقیقات گسترده ای صورت گرفته تا بتوان در روند برقرسانی مطلوب به مصرف کنندگان طبق استانداردهای صنعت برق کار بسزایی صورت گیرد و مصرف کننده بتواند در هر شرایطی توان مورد استفاده خود را تحویل گیرد. لذا برای تجهیزات و تأسیسات خازنی ۲۰ و ۳۳ کیلوولت جهت جبرات توان راکتیو اقدامات و مطالعاتی صورت گرفته که به چند مورد از آنها از جمله بانکهای خازنی اشاره می کنیم.

جبران توان راکتیو

مصرف کننده های صنعتی، کشاورزی و حتی مصرف کننده های خانگی، علاوه بر توان اکتیو، نیاز به تأمین توان راکتیو دارند. اینگونه مصارف الکتریکی در دوره هایی از زمان قسمتی از انرژی الکتریکی را بصورت انرژی مغناطیسی ذخیره میکند. سپس در زمانهایی آن را به سیستم باز می گردانند. تأمین این انرژی اضافی هر چند که بازگردانده شود باعث افزایش جریان در شبکه الکتریکی خواهد شد. بنابراین سطح مقطع هادیها و استقامت مکانیکی برجهای نگهدارنده این هادیها بایستی افزایش یابند. در غیر اینصورت جریان الکتریکی که بدین شکل افزوده می شود افت انرژی بیشتری بصورت تلفات حرارتی در شبکه الکتریکی ایجاد می نماید و باعث افت ولتاژ بیشتر در مسیر عبور جریان خواهد شد.

هر چه بار مصرفی در شبکه الکتریکی بیشتر اندکتیو باشد توان راکتیو بیشتری در شبکه بایستی جاری شود و اختلاف فاز بین شدت جریان و ولتاژ بیشتر می شود. البته در ایده آل ترین شرایط این اختلاف فاز صفر بوده است. نتیجتاً توان ظاهری، یعنی حاصلضرب شدت جریان  و ولتاژ، با توان حقیقی یا توان اکتیو برابر می شود. اما در حالت کلی همواره توان ظاهری از توان حقیقی بیشتر بوده و نسبت این دو ضریب قدرت (cosФ) است.

افزایش توان راکتیو در نیروگاه ها نیز باعث ایجاد مشکلاتی خواهند شد. هر چند افزایش تحریک در ژنراتورهای سنکرون باعث تولید راکتیو می شود اما از نقطه نظر ظرفیت ژنراتور این افزایش تحریک نمی تواند بدون محدودیت و کاملاً تحت تأثیر نیاز بار صورت پذیرد. زیرا قسمتی از ظرفیت تولید ژنراتور که بایستی صرف تولید توان اکتیو شود صرف تولید توان راکتیو می شود. لذا توان راکتیو مصرف کننده ها بایستی تأمین شود و از سوی دیگر بایستی آن دسته از مشکلات تولید و انتقال انرژی الکتریکی را که در اثر این نیاز مصرف کننده ها ایجاد می شود مرتفع نمود.

روشهای تامین توان راکتیو

یکی از روشهای تأمین توان راکتیو، استفاده از موتورهای سنکرون در شبکه است. با تنظیم تحریک این موتورها می توان آنها را در محدوده وسیعی از یک مصرف کننده توان راکتیو، به یک تولید کننده توان راکتیو تبدیل نمود. هرگاه اینگونه موتورها با تحریک افزوده مورد استفاده قرار گیرند بعنوان مولد توان راکتیو و در صورتی که با تحریک کم مورد استفاده قرار گیرند بعنوان مصرف کننده توان راکتیو می توانند مورد استفاده قرار گیرند بنابراین می توان این مولدها را در ساعات مختلف شبانه روز به دو گونه مختلف مورد استفاده قرار داد.

اگرچه این گونه مولدها قابلیت تنظیم مناسبی دارند اما هزینه های اولیه تأسیسات این ماشین های گردان، نسبت به تأسیسات استاتیک زیاد بوده و علاوه بر آن اتلاف توان آنها نیز بیشتر است و از سوی دیگر با توجه به متمرکز بودن آنها در یک مرکز و محل معین در شبکه که به منظور کاستن از هزینه های اولیه انجام می گیرد باعث می شود که این نوع تأسیسات مولد توان راکتیو بیشتر در شبکه های انتقال مورد استفاده قرار گیرند.

طرح مساله

بنابراین اگرچه مشکل تولید توان راکتیو را مرتفع می نمایند اما آن دسته از مشکلاتی که ناشی از انتقال توان راکتیو به مصرف کننده در شبکه های انتقال انرژی است یعنی، تلف حرارتی در شبکه های انتقال، افت ولتاژ الکتریکی، بالاتر انتخاب نمودن مشخصات خطوط انتقال کاملاً مرتفع نخواهند شد. بنابراین اصولاً هرچه مولد توان راکتیو به محل مصرف کننده نزدیکتر باشد از این دسته از مشکلات نیز بیشتر کاسته می شود. ایده آل ترین شرایط این است که هر مصرف کننده خود دارای تأسیسات تولید توان راکتیو باشد بر پایه همین سیاست است که مشترکین صنعتی موظف به نصب تأسیسات جبران توان راکتیو می شوند تا ضریب خود را افزایش دهند و نیز بر پایه همین سیاست وزارت نیرو درصدد است که از مشترکین با ضریب قدرت کمتر از ۰/۹ جریمه اخذ نمایند تا انگیزه ای برای جبران کاهش ضریب قدرت در مشترکین بوجود آید.

حفاظت فیوزی خازن ها

قبل از پرداختن به این موضوع، مختصری درباره بروز خطا در خازن، علل و انواع مختلف آن می پردازیم و سپس در مورد حفاظت آنها از نقطه نظر فیوز گذاری بحث خواهیم کرد.

با نگاهی گذرا به تاریخچه ساخت خازن های فشار قوی از نقطه نظر عایق های جامد و مایع بکار رفته در آن که به نام خازن های تمام کاغذی، خازن های مختلط ( نیمه کاغذ ـ نیمه فیلم ) و در نهایت خازن های تمام فیلم شناخته می شوند، مشخص می گردد که علیرغم بهبودهای کمی و کیفی که در شناخت مواد عایقی و ساخت آنها و نیز تکنولوژی ساخت خازن ها حاصل شده است، وقوع شکست عایقی بطور کامل نمی تواند منتفی گردد.

خطاها در واحدهای خازن ها می تواند دو نوع باشند.

• خطای المان یا بوبین: خطای المان یا بوبین در اثر شکست مواد عایق بین الکترودها پدید می آید. دلیل آن می تواند عیب مواد و یا عیب ساخت و یا شرایط غیر عادی کار باشد.
• خطاهای دیگر: در واحد خازنی می تواند خطا بین المان ها یا بوبین های خازنی و یا بین هادی های داخلی و بدنه محفظه خازنی رخ دهد. ایجاد قوس ها یا جرقه ها در طول یک بوشنیگ و یا بین بوشنیگ ها هم از این دست می باشند.

در مقایسه این دو نوع خطا، می توان از دامنه احتمالی « خطاهای دیگر» در واحدهای خازنی با بکارگیری دقت بیشتر به هنگام ساخت آنها و استفاده نمودن از تمهیداتی مثل انتخاب مناسب بوشنیگ ها و در نظر گرفتن فاصله مناسب بین آنها کم کرد. بنابراین ملاحظه می گردد که خطای المان یا بوبین در خازن های فشار قوی توجه بیشتری را طلب می کند. همچنین نیاز به حفاظت واحد خازنی در مقابل این نوع خطا بیشتر می شود.

سایر خطاهای بانکهای خازنی

شکست های المانی که عمدتاً در اثر عیب مواد و ساخت بوجود می آیند به شکل های مختلف، بسته به ساخت مواد عایق جامد و مایع و چگونگی تکنیک استفاده از فویل های آلومینیمی به عنوان الکترود، تظاهر می کنند.

اثرات ناشی از تنش های الکتریکی و حرارتی موجبات فرسودگی عایقی را در خازن ها فراهم می نمایند. عوامل چندی روند فرسودگی عادی یک اکوسیستم عایقی را تسریع می نمایند که از آن میان، همان طوریکه قبلاً گفته شد، مراحل ساخت مواد و ساخت واحدهای خازنی و شرایط کار غیر عادی را می توان نام برد. نقطه ضعف در مواد و مراحل ساخت معمولاً خیلی سریع خود را در شکست المانی زودرس نشان می دهد.

این نوع شکست های المانی را می توان عیوب زودرس نامید که معمولاً چنین خازن هایی تحت شرایط تخلیه های جزئی که موجب ضعیف شدن مواد شده و نهایتاً باعث شکست عایقی با یک پریود زمانی چند دقیقه تا چند روز می شود کار می کند. این امر نشان می دهد که خازن مزبور برای شرایط تنش الکتریکی و حرارتی مورد نظر مناسب نمی باشد.

دومین نوع عیب در خازن ها، عیوبی هستند که جنبه تصادفی دارند که آن هم با عیوب مواد و ساخت ارتباط تنگاتنگ دارند لیکن خود را در مواردی شبیه اضافه ولتاژهای گذرا نشان می دهند، که می توان گفت شرایط کار غیر عادی موجب پیدایش این عیب گردیده است .

سومین نوع عیب، فرسودگی سیستم عایقی است، که عمدتاً بعد از ۲۰ سال کار مداوم، فرسودگی خود را بطور مسلط نشان می دهد. زمان فرسودگی عادی با افزایش نرخ عیب دنبال می گردد .

بررسی روش های مختلف ارسال خازن ها در هر مجموعه خازنی

واحدهای خازنی را می توان در بانکهای خازنی به صورت مثلث، ستاره با نوترال زمین نشده، ستاره با نوترال زمین شده و ستاره دوگانه (که مرکز ستاره آنها بهم وصل شده اند) بهم متصل نمود.

اتصال واحدهای خازنی به صورت مثلث، معمولاً در ولتاژهای پایین تر و مجموعه های خازنی با ظرفیت کمتر مورد استفاده قرار می گیرند. در شبکه های ۲۰ و ۳۳ کیلووات، خازن ها به صورت ستاره بسته می شوند.

انتخاب نوع ستاره زمین شده و یا ستاره زمین نشده به عوامل متعددی شبکه بستگی دارند.

بررسی نحوه استقرار خازن ها و بانک های خازنی

در این فصل نحوه استقرار خازن ها در بانکهای خازنی و عوامل مؤثر در آن بررسی می گردد. هدف از این بررسی ارائه یک یا چند طرح مشخص نمی باشد بلکه شناخت بیشتر نسبت به نحوه تأثیر عوامل مختلف و انواع استقرار ممکن می باشد که در نهایت می تواند در اعلام نیازهای کلی به سازنده و ارزیابی فنی پیشنهاد سازنده مورد استفاده قرار گیرد.

فهرست مطالب

در این فایل آموزشی فصل اول به جبران توان راکتیو اختصاص دارد. در این فصل مقدمه و استفاده از خازن ها برای جبران توان راکتیو مورد بحث قرار می گیرد. فصل دوم به خازن های فشار قوی می پردازد. در این فصل به مقدمه، سیستم عایقی و مشخصه های مهم دیگر سیستم عایقی اختصاص دارد. فصل سوم حفاظت فیوزی خازن ها را معرفی می نماید. در این فصل سرفصلهایی همچون مقدمه، نیازها، فیوزهای داخلی و فیوزهای خارجی و کاربرد فیوزهای داخلی و خارجی بر اساس مشخصات بانک های خازنی وجود دارد. در زیرفصلهای فیوزهای داخلی و خارجی به مواردی همچون نحوه عمل و انتخاب مقادیر نامی، رابطه ظرفیت واحد خازنی با فیوز داخلی و معایب آنها اشاره می شود.

در فصل چهارم به بررسی روش های مختلف اتصال خازن ها در هر مجموعه خازنی می پردازد. در فصل آخر، یعنی فصل پنجم به بررسی نحوه استقرار خازن ها و بانکهای خازنی اشاره می شود. مباحثی همچون مقدمه و عوامل مؤثر در طرح استقرار از جمله ولتاژ سیستم، ولتاژ نامی واحد خازنی، سطوح عایقی، ظرفیت مجموعه، آرایش الکتریکی مجموعه خازنی، واحد خازنی با یک بوشینگ یا دو بوشینگ، وزن واحدهای خازنی، مساحت و فضای در دسترس، شرایط محیطی و حصارکشی اشاره می شود.