لینک های خارجی
تصویر عنوان

بلاگ

حذف توان راکتیو و اصلاح ضریب توان و کاهش آمپر با میکروخازن اپتیمایزر

  |   تجارت   |   بدون دیدگاه

بهینه سازی مصرف برق با استفاده از میکرو خازن های اپتیمایزر شرکت بهساز نیرو کار نگین کاسپین

 

مقدمه

با توجه به مشکلات موجود در بانک های خازنی معمول و تعمیرات و نگهداری دشوار ، آسیب‌پذیری، عدم کارایی مناسب در برابر استاپ و استارت زیاد ، عدم امکان توزیع پراکنده و حساسیت بالا در برابر هارمونیک ها به بررسی عملکرد و ویژگی های جبرانسازهای اپتیمایزر با هدف کاهش مصرف برق و حفظ عملکردهای مثبت سیستم بانک های خازنی قدیمی و پوشش معایب آنها میپردازیم.

میکرو خازنهای اپتیمایزر (خازن های صنعتی سه فاز ستاره) بهترین جایگزین برای بانک های خازنی قدیمی میباشند که نسبت به تغییرات ولتاژ ، جریانات لحظه‌ای و برخی هارمونیک ها مقاومت بالایی از خود نشان داده  که با قرارگیری در کنار الکتروموتورها در کاهش آمپر کشی اولیه و مشکلات ناشی از آن موثر باشد و حتی در برخی موارد می توانند به عنوان جایگزین راه انداز ها استفاده شوند.

با توجه به اهمیت بهینه سازی مصرف انرژی ، کاهش تلفات و پیک زایی طراحی میکرو خازن ها به گونه ای است که می تواند جهت جبران سازی توان راکتیو به صورت local در کنار مصرف کننده قرار گیرند تا علاوه بر کاهش جریان اولیه ، نوسان ولتاژ و جبران توان راکتیو  از محل مصرف کننده ، در کاهش تلفات اکتیو نیز موثر باشد.

توان راکتیو در شبکه

در شبکه‌های جریان متناوب توان ظاهری که از مولد‌ها دریافت میشود به دو بخش توان اکتیو و راکتیو تقسیم میشود چگونگی این تقسیم به شرایط مدار بستگی دارد هر قدر که ضریب توان به یک نزدیکتر باشد سهم توان اکتیو بیشتر است این اتفاق در مداراتی رخ میدهد که مصارف اهمی آن بیشتر باشد مانند سیستم روشنایی و یا تولید گرما توسط انرژی برق

اما سهم عمده مصارف شبکه‌ها را مصرف کننده‌های اهمی سلفی دریافت می‌کنند مانند الکترو موتور‌ها ترانسفور ماتور‌های توزیع و چوک‌ها که در آن‌ها سیم پیچ یا سلف نقش اصلی را ایفا میکند در سیم پیچ‌ها به علت خاصیت ذخیره سازی انرزی الکتریکی به صورت میدان مغناطیسی توان همواره بین شبکه و سلف ردو بدل میشود سلف در یک چهارم زمان تناوب توان دریافت میکند و در یک چهارم بعدی زمان توان را به شبکه پس میده.

درست است که نتیجه ریاضی این عمل یعنی عدم مصرف انرژی، زیرا توان داده شده به سلف با توان دریافت شده از آن برابر است، اما در عمل این اتفاق رخ داده نمیشود، زیرا توان پس داده شده به شبکه امکان استفاده را برای مولد ایجاد نمیکندو این توان در هر حالتی از مولد دریافت میشود؛ و برای رسیدن به مصرف کننده‌های اهمی وسلفی از شبکه توزیع شامل سیما و کابل‌ها و … عبور کرده نتیجه اینکه سلف توانی از مولد دریافت کرده و به آن پس میدهد و این توان قابل استفاده نیست و در مسیر عبور تلف میشود.

مصرف کننده‌های اهمی سلفی به این توان نیاز دارند، اما این توان برای شبکه مضر است و زیانهایی را در پی دارد از جمله:اضافه شدن جریان مولد و در نتیجه نیاز به مولد هایی با توان بیشتر و، چون جریان شبکه زیاد میشود به سیم‌ها و کابل هایی با سطح مقطع بالاتر برای کاهش افت ولتاژ نیاز است و این موضوع هزینه اولیه شبکه را افزایش می‌دهد.

برای رفع مشکل فوق از خازن جهت جبران سازی توان راکتیو استفاده میشود بدین صورت که خازن مانند سلف در یک چهارم پریود موج متناوب توان دریافت میکند و در یک چهارم بعدی توان را تحویل میدهد پس خازن‌ها هم همانند سلف باعث افزایش توان راکتیو شبکه میشوند، اما اتفاق جالب زمانی رخ میدهد که خازن وسلف با هم در شبکه قرار گیرند.

 

این دو بر عکس هم عمل میکنند پس توان راکتیو فقط یک بار از شبکه دریافت می‌شود و در زمانهای بعد بین آن‌ها تبادل میشود بدون اینکه مولد این توان را تحمل کند به این خازن‌ها خازنهای اصلاح ضریب توان می‌گویند و وظیفه آن‌ها تامین توان راکتیو مورد نیاز مصرف کننده‌های اهمی سلفی است خازنهای اصلاح ضریب توان باید در شبکه به صورت موازی قرار گیرند برای اینکار در شبکه تکفاز باید به فاز و نول وصل شوند و در شبکه‌های سه فاز پس از اتصال به صورت ستاره یا مثلث آنگاه به سه فاز متصل شوند این خازن‌ها باید از نوعی انتخاب شوند که به صورت دایمی در مدار قرار گیرند پس باید ولتاژشبکه را تحمل کنند در محاسبه خازن از انواعی انتخاب میشود که ولتاز مجاز آن ۱۵ % بیشتر از ولتاژ شبکه باشد

بانک خازن

عمده مصرف مشترکین به صورت بار سلفی بوده به همین دلیل  شبکه های توزیع به دلیل مصرف بالای بار راکتیو اشغال شده و با کاهش ظرفیت شبکه مواجه است.بار راکتیو  بخشی از مصرف انرژی است که به صورت غیر مفید  از چرخه مصرف خارج می شود و دیگر قابل استفاده نیست ، در عین حال موجب افزایش صرف هزینه در شبکه توزیع برای انتقال انرژی برق به مصرف کننده شده و افزایش تلفات را به همراه دارد.

معمولاً  برای کاهش بار راکتیو و حذف آن از بانک های خازنی مثلث استفاده می شود این تابلو ها از اجزای مختلفی نظیر رگلاتور، کنتاکتور و خازن های مثلث تشکیل شده که با توجه به آمپر کشی های شبکه داخلی و اندازه گیری هایی که رگلاتور انجام میدهد ، خازن وارد مدار شده و پس از خاموش شدن موتور از مدار خارج و به واسطه مقاومت ها تخلیه می شود این خازن ها نسبت به تغییرات ولتاژ و آمپر کشی های لحظه ای و هارمونیک ها حساس بوده و آسیب پذیر هستند .

وجود جریان هجومی در هر بار ورود و خروج خازن موجب آسیب رساندن به قطعات الکترونیکی اطراف و کنتاکتور و خود خازنها شده و هزینه تعمیرات و نگهداری این سیستم با توجه به مشکلات آنها زیاد شده است . در شرایط کنونی به علت استفاده روز افزون از درایو ها ، سافت ها و سیستم های غیرخطی هارمونیک های ایجاد شده در شبکه داخلی موجب اختلال در عملکرد رگلاتور و ترکیدن خازن ها شده است . خازن ها به علت ویژگی ذاتی خود در جذب هارمونیک در سیستم های جدید آسیب پذیری بیشتری از خود نشان داده و به علت یکجانشینی این نوع سیستم ها به آسیب پذیری بیشتر خازنها کمک کرده است.

اصلاح ضریب توان

بدین معناست که بار راکتیو مورد نیاز مصرف کننده به واسطه سیستم های جبران ساز در محل مصرف تامین شده که این کار افزایش ضریب توان مصرف،  حذف جریمه راکتیو قبض برق و کاهش راکتیو مصرفی را به همراه دارد.

اصول کار کلیه بانک های خازنی موجود افزایش ظرفیت ترانس و حذف جریمه راکتیو قبض برق می باشد.

ما برای اینکه بتوانیم در کاهش مصرف انرژی و تلفات موثر باشیم باید اصلاح ضریب توان را از محل مصرف و در کنار الکتروموتور ها انجام دهیم این کار باعث می شود آمپر عبوری از کلید ها و کابل ها و شبکه کلی برق رسانی به الکتروموتور کمتر شده و با کاهش تلفات انرژی همراه باشد

از مزایای اصلاح ضریب توان در کنار مصرف کننده

کاهش آمپر عبوری از کابل ها که به واسطه آن کاهش تلفات اکتیو ، افزایش طول عمر کابل ، کاهش دمای کابل و جبران افت ولتاژ را در پی دارد  همچنین با کاهش آمپر عبوری از سیستم قدرت و کنتاکتور و کلید ها در افزایش طول عمر آنها موثر بوده و کمک می کند تا با آمپر کمتر کار کرده و دمای شرایط کاری آن ها مطلوب شود.

جبران سازی با بانک های خازنی معمول و مزایا و معایب آن

این نوع سیستم ها از قدیم الایام تا کنون با طراحی رگولاتوری و کنتاکتوری به صورت معمول در ابتدای شبکه توزیع برق داخلی و در کنار ترانس قرار می گیرند تا با حذف بار راکتیو در محل ترانس از ورود آن به شبکه اداره برق جلوگیری کنند. افزایش ضریب توان کلی مجموعه در افزایش ظرفیت ترانس و حذف جریمه راکتیو قبض موثر است.

اما این سیستم ها در طول این سال‌ها با برخی مشکلات مواجه بودند

خازن های  مصرفی در این سیستم ها به صورت مدار داخلی مثلث بوده که این امر در به دام انداختن هارمونیک ها و تشدید جریان های هارمونیکی در مدار داخلی خازن و ترکیدن آنها موثر است. این نوع آسیب پذیری باعث شده است علاوه بر افزایش هزینه سلامت جانی اپراتور هم در خطر قرار بگیرد.

اصولاً آمپر کشی های لحظه ایی نظیر استارت الکتروموتورها ، جوش ، تزریق ، پرس و برش در کمتر از ۸ ثانیه اتفاق می افتد و الکتروموتورها بعد از ۸ ثانیه به آمپر کشی معمول خود می رسد، به دلیل بالا بودن آمپر کشی های  لحظه ای و اولیه و به دنبال آن نوسان ولتاژ سیستم جبران ساز باید به گونه ای باشد تا بتواند از زمانی که مصرف کننده وارد مدار شده یا آمپر کشی را شروع کرده است در جبران سازی و افزایش ضریب توان مصرف کننده موثر باشد اما سیستم های معمول بانک های خازنی به دلیل عملکرد کند رگولاتور اصولاً ۱۰ الی ۲۰ ثانیه طول می کشد تا رگلاتور دستور ورود خازن را صادر کند،  در این مدت آمپر کشی های لحظه ای انجام شده و عملاً تأثیری در جبران سازی آنها نخواهند داشت .

نوسانات میرای ایجاد شده  به واسطه ضربه کنتاکتور در شبکه که وظیفه ورود و خروج خازن را دارند میتوانند  به  قطعات حساس در اطراف خود نظیر سیستم های پی ال سی و درایو ها آسیب برساند  و آن ها از مدار خارج کند.

اصولاً سیستمهای معمول بانک های خازنی در پست برق درکنار ترانس قرار می گیرند این امر آنها را از مصرف‌کننده داخلی دور کرده و عملاً در حذف بار راکتیو داخلی کابل ها و کاهش تلفات تاثیری نخواهند داشت چون طراحی آنها به گونه ای است که نمی توانند به صورت مجزا در کنار مصرف‌کننده قرار بگیرند.

تابلوهای بانک های خازنی از اجزای مختلفی نظیر رگلاتور کنتاکتور مدار فرمان خازن و برخی از قطعات دیگر تشکیل شده که با فرسودگی و تخریب هر یک از آنها می‌توانند کل سیستم بانک خازنی را از کار بیندازد به همین دلیل تعمیرات و نگهداری آن ها تخصصی بوده و هزینه بالایی را در طول سال در بر دارد.

به دلیل افزایش مدارات غیرخطی و هارمونیک زا نظیر درایو ، سافت ،جوش و… در شبکه داخلی خرابی خازن ها و رگولاتور و قطعات تابلو خازنی روز به روز بیشتر شده که علاوه بر اختلال در عملکرد بانک های خازنی در افزایش هزینه های تعمیرات و نگهداری آن موثر است.

تاثیر ضریب توان در تولید و انتقال انرژی

در صورتیکه توان اکتیو انتقال داده شده ثابت باشد با کوچک شدن ضریب توان توان راکتیو بزرگ شده و جریان خط نیز زیاد میشود به فرض مثال اگر خواسته باشیم توان اکتیو ۳۰۰kw را با اختلاف سطح ۳۸۰ ولت انتقال دهیم در صورتیکه ضریب توان برابر یک باشد شدت جریان خط  ۴۵۶ آمپر است، ولی اگر همین توان را با ضریب توان ۰٫۶ انتقال دهیم جریان خط به ۷۶۰ آمپر میرسدو این ازدیاد جریان بخاطر کوچک شدن ضریب توان باعث تلفات حرارتی زیاد‌تر در خط میشود

تلفات حرارتی برابر است با:                                                                                                                                   VT= i^2 * RW

 

تلفات حرارتی خطوط انتقال انرژی گرچه به نظر نمی‌آیند، اما اغلب ایجاد تلفات و خسارات زیادی می‌کنند

 

بطور مثال فرض کنیم مصرف واته یک کارگاهی در شبکه سه فاز ۳۸۰ ولت فقط ۵۰KW باشد و توسط سیم هوایی با مقطع ۵۰mm2 و مقاومت اهمی ۰٫۳۷=RWتامین گردد اگر ضریب توان الکتریکی در این کارگاه COSQ=0.6 باشدجریان خط برابر است:

 

I=50000/1.73*380*0.6 =126

و اگر COSQ= 0.9 باشد جریان خط با همین توان برابر است با:

I=50000/1.73*380*0.9 =85

و تلفات حرارتی سیم در COSQ= 0.6 برابر است با:

VT=I^2*RW =0.37 *1262 =5870

در صورتیکه در COSQ= 0.9 برابر میشود با:

VT=I^2*RW  =۰٫۳۷ * ۸۵۲=۲۶۷۰

 

چنانچه دیده میشود اگر کارگاهی با ضریب توان بد کار کند تلفات حرارتی سیم نیز زیاد میشود.

 

اما مزایای استفاده از سیستم های   میکرو خازنی اپتیمایزر

میکروخازن ها به گونه ای طراحی شده اند که می توانند به صورت local در کنار هر مصرف کننده قرار گرفته و جبران سازی را از محل مصرف انجام دهند این امر در کاهش تلفات و آمپر عبوری از کابل ها ، کلید ، کنتاکتور و شبکه داخلی توزیع برق موثر باشد.

تغییر  مدار داخلی از حالت مثلث به  ستاره باعث شده  تا ولتاژ سر خازن از ۳۸۰ ولت به ۲۲۰ ولت کاهش یابد لذا نسبت به تغییرات ولتاژ تحمل بالایی داشته و افزایش و  کاهش لحظه آن تاثیری در عملکرد خازن نداشته باشد.

در صورت نصب بر روی الکتروموتورها میتوانند در کاهش آمپراستارت های اولیه  و جبران سازی آنها موثر  بوده و تلفات آنها را کاهش دهد

سیستم های میکرو خازنی به دلیل داشتن مدار داخلی ستاره و عبور برخی جریانات هارمونیکی نظیر هارمونیک های جریان در سیم نول از مدار داخلی خود باعث شده که نسبت به اثرات مخرب هارمونیکی بر روی خازن قوی عمل کرده و طول عمر آن نسبت به خازن مثلث افزایش یابد

برای راه اندازی الکتروموتور ها اصولاً از مدارات ستاره مثلث یا  سافت استارتر و درایو استفاده می شود مدار ستاره مثلث و سافت استارتر پس از راه اندازی با جریان اولیه بالا از مدار خارج می شوند و توسط کنتاکتور بای پس الکتروموتور به حرکت خود ادامه می دهد و عملاً در کاهش بار راکتیو تاثیری نخواهد داشت اما درایو ها علاوه بر راه اندازی در کاهش بار راکتیو موثر هستند . بزرگترین مشکل درایو ایجاد هارمونیک های شدید در شبکه داخلی میباشند که این امر موجب اختلال در عملکرد مدارات ابزار دقیق و بانک های خازنی می شود.

میکرو خازنها با کاهش جریان راه اندازی از روی شبکه حذف توان راکتیو مصرفی از زمان شروع راه اندازی تا پایان کار الکتروموتور می‌توانند هم از لحاظ اقتصادی و هم اپراتوری کمک خوبی در کنار راه انداز ها باشند.

ترانس های داخلی به عنوان یکی از مصرف کننده های بزرگ بار راکتیو است که توسط بانک های خازنی دیده نمی شود اکثر مجموعه های خاموش ترانس داخلی آن ها به سبب روشن بودن نگهبانی و مدارات حفاظتی برق دار است جریمه راکتیو  بالایی به سبب مصرف سلفی بالا و ضریب قدرت پایین در قبض برق آنها لحاظ می شود قرار گیری میکرو خازن های اپتیمایزر در شبکه داخلی این گونه مجموعه ها می‌تواند در حذف تلفات ناشی از ترانس داخلی و راکتیو مصرفی آن موثر بوده و کاملاً  صفر شود.

این دستگاه ها دارای ۲ سال گارانتی بی قید و شرط و ۱۵ سال خدمات پس از فروش می باشند ، برخلاف خازن ها دورریز نداشته و قابل تعمیر هستند، نصب و کاربری آنها بسیار آسان  و اپراتوری آن نیاز به نیروی متخصص ندارد.

کاهش آمپر برق مصرفی به خصوص در کارگاه هایی که با مشکل کمبود آمپر مواجه هستند

جبران افت ولتاژ در انتهای خطوط بلند تولید

کاهش نوسانات آمپر و ولتاژ در مدارات  حساس

داشتن کارایی مناسب در کلیه مصارف سه فاز اعم از عمومی صنعتی تجاری و … از دیگر ویژگی های این محصول میباشد.

 

 

بدون دیدگاه

ارسال دیدگاه