بانک خازنی چیست و چرا از بانک خازنی استفاده میکنیم

بانک خازنی چیست ؟ چرا باید از بانک خازنی استفاده کنیم و مروری بر اصول اولیه بانک های خازنی و ساختار آنها

مقدمه بانک خازنی فشار ضعیف :

بانک خازنی فشار ضعیف، یکی از اجزای اساسی در سیستم‌های برقی است که عمدتاً در مدارات AC (جریان متناوب) استفاده می‌شود. هدف اصلی از به‌کارگیری این تجهیزات، اصلاح و بهبود ضریب توان سیستم، کاهش تلفات انرژی و بهبود کارایی کلی شبکه است. بانک‌های خازنی با تامین توان راکتیو، کمک می‌کنند تا بارهای مختلف در شبکه بهتر و بهینه‌تر تغذیه شوند، که این امر نه تنها باعث کاهش مصرف برق و هزینه‌های انرژی می‌شود، بلکه استهلاک و فشار وارده بر تجهیزات شبکه را نیز کاهش می‌دهد.

در این مقاله به معرفی مفاهیم پایه بانک‌های خازنی فشار ضعیف و نقش آن‌ها در سیستم‌های الکتریکی می‌پردازیم. همچنین مفهوم توان راکتیو و عوامل تأثیرگذار بر آن را بررسی کرده و نحوه مدیریت توان راکتیو در این نوع بانک‌های خازنی را توضیح خواهیم داد. در نهایت، نکات مهم در انتخاب و نگهداری بانک‌های خازنی فشار ضعیف و روش‌هایی برای افزایش عمر و کارایی این تجهیزات مورد بررسی قرار خواهند گرفت.

استفاده از بانک‌های خازنی در سیستم‌های AC مزایای قابل‌توجهی دارد که شامل کاهش اتلاف توان، بهبود کیفیت برق، و کاهش هزینه‌های مربوط به مصرف انرژی است. این تجهیزات در صنایع مختلف، ساختمان‌های تجاری و واحدهای مسکونی کاربرد فراوانی دارند و به‌عنوان راه‌حلی مؤثر برای بهینه‌سازی مصرف انرژی شناخته می‌شوند.

بانک خازنی چیست؟

بانک خازنی مجموعه‌ای از خازن‌ها است که در کنار هم قرار می‌گیرند و وظیفه تولید و تزریق توان راکتیو به شبکه برق را بر عهده دارند. این دستگاه، با کاهش بار توان راکتیو در شبکه، به بهبود عملکرد سیستم‌های الکتریکی و جلوگیری از تحمیل بار اضافی به نیروگاه‌ها کمک می‌کند. یکی از مزایای کلیدی بانک‌های خازنی، کاهش مصرف برق و هزینه‌های انرژی است. این دستگاه با بهبود ضریب قدرت شبکه، مصرف انرژی را بهینه‌تر کرده و به کاهش هزینه‌های مصرف برق کمک می‌کند.

علاوه بر این، استفاده از بانک خازنی باعث آزاد شدن ظرفیت ترانسفورماتور قدرت می‌شود. به‌عنوان مثال، اگر ضریب قدرت یک مجموعه از ۰.۷ به ۰.۹۵ برسد، مقدار توان قابل برداشت از ترانسفورماتور حدود ۳۶ درصد افزایش می‌یابد. این موضوع به معنای بهره‌وری بیشتر از تجهیزات موجود بدون نیاز به ارتقای آنها است.

اجزای بانک خازنی

یک بانک خازنی به طور کلی شامل اجزای زیر است:

• خازن‌ها: واحدهای اصلی تولید توان راکتیو
• رله‌ها و کنترلرها: برای کنترل میزان توان راکتیو تزریقی و جلوگیری از اضافه بار در مدار
• قطع‌کننده‌ها و فیوزها: برای محافظت از سیستم در برابر جریان‌های ناخواسته و خطاها
• راکتورها (در برخی موارد): برای کنترل هارمونیک‌ها و جلوگیری از اثرات منفی آنها در مدار

چرا از بانک خازنی استفاده می‌کنیم؟

توان راکتیو بخشی از توان تولیدشده در مدارهای AC است که توسط خازن‌ها یا سلف‌ها ایجاد می‌شود. این توان به طور اصلی برای ایجاد و پشتیبانی از میدان‌های مغناطیسی و الکتریکی در سیستم‌های AC به کار می‌رود. برخلاف توان مفید یا توان واقعی که کارهای عملی مانند مکانیکی، روشنایی یا حرارتی را در سیستم انجام می‌دهد، توان راکتیو نقشی در ایجاد کار مفید ندارد و به‌صورت موقتی در مدار ذخیره و بازگشت می‌یابد. با این حال، حضور این توان برای عملکرد صحیح تجهیزات الکتریکی و الکترومغناطیسی ضروری است.

در سیستم‌های AC، تعادل میان توان راکتیو مثبت و منفی اهمیت زیادی دارد، زیرا این تعادل می‌تواند از اتلاف انرژی جلوگیری کند و بازدهی کلی شبکه را افزایش دهد. خازن‌ها توان راکتیو مثبت و سلف‌ها توان راکتیو منفی ایجاد می‌کنند، بنابراین استفاده از بانک‌های خازنی می‌تواند تعادل موردنیاز را ایجاد کند و مصرف انرژی سیستم را بهینه‌تر نماید. در واقع، با افزودن بانک‌های خازنی، میزان توان راکتیو شبکه مدیریت می‌شود و شبکه نیازی به توان راکتیو اضافی از منابع خارجی نخواهد داشت.

مزایای استفاده از بانک‌های خازنی

1. بهبود ضریب توان: بانک‌های خازنی با اصلاح ضریب توان، به کاهش اتلاف انرژی در خطوط انتقال و کاهش بار روی ترانسفورماتورها و ژنراتورها کمک می‌کنند.
2. کاهش هزینه‌های برق: اصلاح ضریب توان می‌تواند منجر به کاهش هزینه‌های اضافی مصرف انرژی شود که برخی از شرکت‌های برق برای ضریب توان پایین از مشترکین دریافت می‌کنند.
3. افزایش ظرفیت سیستم: با بهبود ضریب توان، می‌توان ظرفیت موجود در خطوط انتقال را برای انتقال توان مفید آزاد کرد و به این ترتیب از شبکه برق به‌طور مؤثرتری استفاده کرد.
4. کاهش استهلاک تجهیزات: بار کمتر بر تجهیزات الکتریکی، به‌ویژه در موتورها، ترانسفورماتورها و کابل‌ها، باعث افزایش عمر مفید این تجهیزات و کاهش نیاز به تعمیرات و نگهداری می‌شود.

این مزایا باعث می‌شود که استفاده از بانک‌های خازنی در مدارهای AC یک راهکار کلیدی برای افزایش کارایی و کاهش هزینه‌های شبکه باشد.

ساختار بانک خازنی : 

بانک خارنی تشکیل شده از یک رگلاتور – فیوز – کنتاکتور خازنی و  فیلتر هارمونیک و خازن

وظیفه رگولاتور بانک خازنی :

رگولاتور بانک خازنی وظیفه‌ی اصلی مدیریت توان راکتیو در شبکه را دارد. این دستگاه با محاسبه میزان توان راکتیو و ضریب توان شبکه، به طور خودکار خازن‌های لازم را وارد مدار می‌کند تا به ضریب توان مناسب برسد و کارایی شبکه افزایش یابد. در واقع، با استفاده از رگولاتور، عملیات بانک خازنی به صورت اتوماتیک انجام می‌شود و نیازی به تنظیمات دستی نخواهد بود. رگولاتورهای بانک خازنی انواع مختلفی دارند که بر اساس امکانات، سرعت عملکرد و تعداد پله‌ها دسته‌بندی می‌شوند.

پله در رگولاتور بانک خازنی : 

پله در رگولاتور به تعداد رله‌های قابل دسترسی برای کنترل خازن‌ها اشاره دارد. هر چقدر تعداد پله‌های رگولاتور بیشتر باشد، امکان کنترل دقیق‌تری بر خازن‌های بانک وجود دارد و می‌توان طیف گسترده‌تری از خازن‌ها را برای بهبود ضریب توان به شبکه متصل کرد.

ترانس CT و نقش آن در رگولاتور :

برای اتصال و عملکرد صحیح بانک خازنی و رگولاتور آن، از ترانس جریان یا CT (Current Transformer) استفاده می‌شود. این ترانس، جریان عبوری از شبکه را اندازه‌گیری کرده و به رگولاتور منتقل می‌کند تا براساس این اطلاعات، تصمیم بگیرد که چه میزان از ظرفیت خازنی باید وارد مدار شود.

وجود ترانس CT برای اندازه‌گیری دقیق جریان ضروری است، زیرا بدون آن، رگولاتور نمی‌تواند اطلاعات دقیقی از وضعیت شبکه داشته باشد و در نتیجه امکان دستیابی به ضریب توان مناسب کاهش می‌یابد.

فیوز :

فیوزها نقش اساسی در حفاظت از خازن‌ها و سایر اجزای تابلو بانک خازنی دارند. فیوزها از دستگاه‌ها در برابر جریان‌های اضافی و اتصالی‌های کوتاه محافظت می‌کنند و با قطع جریان در مواقع بحرانی، مانع از آسیب‌های جدی به سیستم می‌شوند. استفاده از فیوزهای مناسب می‌تواند عمر مفید تجهیزات را افزایش داده و هزینه‌های نگهداری و تعمیرات را کاهش دهد.

دو نوع فیوز رایج برای حفاظت از بانک‌های خازنی عبارت‌اند از:

1. فیوزهای MCCB (قطع‌کننده مدار به همراه حفاظت مغناطیسی): این نوع فیوزها علاوه بر حفاظت حرارتی، از حفاظت مغناطیسی نیز برخوردارند و برای قطع جریان‌های بالا و محافظت از مدار در برابر اضافه جریان‌های ناگهانی مناسب‌اند.
2. فیوزهای HRC (فیوزهای با ظرفیت قطع بالا): فیوزهای HRC با داشتن قابلیت تحمل جریان‌های بالا، از بانک خازنی در برابر شوک‌های ناگهانی محافظت می‌کنند. این فیوزها دارای عملکردی سریع و مطمئن در قطع مدار در زمان بروز اتصالات کوتاه هستند، که این ویژگی‌ها باعث افزایش ایمنی و کارایی سیستم می‌شود.

در مقاله‌ای دیگر به صورت مفصل به نحوه انتخاب فیوزها، ویژگی‌های مهم آنها، و اصول انتخاب صحیح برای بانک‌های خازنی خواهیم پرداخت تا اطمینان حاصل شود که سیستم به صورت بهینه محافظت می‌شود و از بروز مشکلات احتمالی جلوگیری می‌شود.

کنتاکتور خازنی :

برای اتصال خازن‌ها به شبکه در بانک‌های خازنی، دو روش اصلی وجود دارد که هر یک دارای ویژگی‌ها و کاربردهای خاص خود هستند.

1. کنتاکتورهای خازنی معمولی
   در این روش، از کنتاکتورهای خازنی که از یک کنتاکتور معمولی و یک واحد خازنی تشکیل شده‌اند، استفاده می‌شود. واحد خازنی که به صورت مستقیم بر روی سر کنتاکتور نصب می‌شود، وظیفه کاهش جریان هجومی را در لحظه راه‌اندازی خازن بر عهده دارد. این کار باعث می‌شود تا از شوک‌های جریان ناگهانی که می‌تواند به خازن‌ها و تجهیزات آسیب برساند، جلوگیری شود. کنتاکتورهای خازنی با توجه به حداکثر توان راکتیو قابل تحمل انتخاب می‌شوند تا بتوانند جریان موردنیاز شبکه را به خوبی تأمین کنند.
2. کنتاکتورهای تایریستوری خازنی
   در روش دوم، از کنتاکتورهای تایریستوری خازنی استفاده می‌شود که به‌صورت الکترونیکی عملیات قطع و وصل خازن‌ها را انجام می‌دهند. این نوع کنتاکتورها دارای سرعت بسیار بالایی هستند و امکان قطع و وصل سریع و مکرر خازن‌ها را فراهم می‌کنند. این ویژگی آنها را برای سیستم‌های خازنی با رگولاتورهای پرسرعت ایده‌آل می‌سازد، جایی که تغییرات سریع در توان راکتیو نیاز به تنظیم فوری دارد. کنتاکتورهای تایریستوری در عین حال از خازن‌ها در برابر جریان‌های هجومی محافظت می‌کنند و به دلیل عدم وجود قطعات مکانیکی، عمر بیشتری نسبت به کنتاکتورهای معمولی دارند.

در مقاله‌ای جداگانه به نکات مهم در انتخاب کنتاکتورهای مناسب برای بانک خازنی خواهیم پرداخت و به بررسی معیارهایی مانند توان قابل تحمل، سرعت عملکرد و قابلیت تحمل جریان هجومی خواهیم پرداخت تا انتخاب مناسبی برای هر سیستم برقی صورت گیرد.

فیلتر هارمونیک :

فیلتر هارمونیک وظیفه‌ی اصلاح و کاهش هارمونیک‌های ناخواسته را که به دلیل استفاده از خازن‌ها در شبکه برق ایجاد می‌شوند، بر عهده دارد. این فیلترها با بهبود کیفیت برق، کمک می‌کنند که سیستم‌های برقی با کارایی و ثبات بیشتری عمل کنند. هارمونیک‌ها می‌توانند به تجهیزات شبکه آسیب برسانند و در صورت کنترل نشدن، باعث افزایش گرما، کاهش عمر تجهیزات، و اختلال در عملکرد آنها شوند.

فیلترهای هارمونیک معمولاً از توان ۲۰ کیلووار شروع شده و در کنار خازن‌ها به صورت سری نصب می‌شوند تا جریان هارمونیک‌ها را کنترل کنند. جنس سیم‌پیچ فیلتر هارمونیک از مس یا آلومینیوم است و باید با فاصله‌ی مناسبی از خازن‌ها نصب شود تا از اثرات منفی میدان‌های مغناطیسی جلوگیری شود.

نحوه انتخاب فیلتر هارمونیک مناسب

برای انتخاب فیلتر هارمونیک مناسب، نیاز به اطلاعات دقیق از شبکه است. برخی از معیارهای اصلی شامل موارد زیر هستند:

• نسبت راکتانس سلف به خازن: این نسبت به گونه‌ای انتخاب می‌شود که بهینه‌ترین عملکرد ممکن برای فیلتر فراهم شود.
• فرکانس رزونانس: انتخاب فیلتر بر اساس فرکانس رزونانس هارمونیک‌ها در شبکه انجام می‌شود تا هارمونیک‌های مشخصی به‌درستی حذف شوند و سیستم با پایداری بیشتری کار کند.

در آموزش‌های مربوطه به صورت مفصل به نحوه‌ی انتخاب فیلترهای هارمونیک و معیارهای مهم آن خواهیم پرداخت تا بهترین راهکار برای حذف هارمونیک‌ها و بهبود کیفیت برق ارائه شود.

خازن ها :

خازن‌ها یکی از اجزای کلیدی در بانک خازنی هستند و نقش اساسی در مدیریت توان راکتیو و بهبود کیفیت برق دارند. این خازن‌ها در سه مدل اصلی تولید می‌شوند که هر کدام ویژگی‌های خاص خود را دارند:

1. خازن‌های خشک:
   • این نوع خازن‌ها معمولاً برای محیط‌های خشک و با دماهای مناسب طراحی شده‌اند.
   • دارای ساختاری ساده و بدون مایع عایق هستند و به راحتی نصب و نگهداری می‌شوند.
2. خازن‌های روغنی:
   • این خازن‌ها دارای عایق روغنی هستند که به کاهش دما و افزایش عمر آنها کمک می‌کند.
   • معمولاً در شرایطی که نیاز به ظرفیت بالاتر و پایداری بیشتر است، استفاده می‌شوند.
3. خازن‌های گازی:
   • این نوع خازن‌ها با گاز عایق‌گذاری شده‌اند و معمولاً برای کاربردهای صنعتی و در شرایط سخت مورد استفاده قرار می‌گیرند.
   • دارای ویژگی‌های بالای ایمنی و کارایی هستند و در برابر خطرات محیطی مقاوم‌ترند.

شکل‌های خازن

خازن‌ها در دو شکل استوانه‌ای و مکعبی در بازار موجود هستند:

• شکل استوانه‌ای: این نوع خازن‌ها معمولاً برای کاربردهای عمومی و فضای محدود مناسب هستند.
• شکل مکعبی: این خازن‌ها معمولاً برای کاربردهایی با نیاز به ظرفیت بالا و فضای بیشتری طراحی شده‌اند.

معیارهای انتخاب خازن

برای انتخاب خازن مناسب برای بانک خازنی، چندین عامل کلیدی باید مدنظر قرار گیرد:

• ولتاژ کاری: خازن باید توانایی تحمل ولتاژ‌های عملیاتی شبکه را داشته باشد تا از خطرات ناشی از اضافه ولتاژ جلوگیری شود.
• کیلووار راکتیو: ظرفیت خازن باید به‌گونه‌ای انتخاب شود که نیاز شبکه را به توان راکتیو برآورده کند و از اتلاف انرژی جلوگیری کند.
• حداکثر دمای کاری: خازن باید در شرایط دمایی که در آن استفاده می‌شود، عملکرد بهینه‌ای داشته باشد. این عامل بر عمر مفید و کارایی خازن تأثیر دارد.

با توجه به این ویژگی‌ها و معیارها، می‌توان خازن مناسب را برای بانک خازنی انتخاب کرد تا عملکرد بهینه و پایداری در سیستم‌های برقی فراهم شود.

منابع :

https://www.iskra.eu/

صبا خازن