دانشگاه آزاد اسلامی واحد
بروجن
موضوع پروژه:
طراحی و بهینه سازی سیستم های اصلاح ضریب قدرت
استاد:
دانشجو:
خرداد 1393
تقدیم به آنان که رنج تفکررا به شیرینی آسودگی نفروختند …
استاد گرامی، جناب آقای مهندس ، شما را بخاطر همه لحظات تلاش در عرصه مقدس
تدریس و تعلیم می ستاییم .
چکیده :
در ابتدای این پروژه به معرفی تعاریفی کوتاه و اجمالی در مورد خازن و ساختمان آن و همچنین چگونگی رفتار آن در سیستم های الکتریکی پرداخته شده است.پس از معرفی کلیاتی در مورد خازن به بررسی در ارتباط ضریب توان واصلاح آن و همچنین چیستی توان اکتیو و راکتیو ، به توضیحاتی در زمینه اصول اصلاح ضریب توان در مسیر اجرای عملیاتی آن و جزئیاتی کوتاه در مورد مقدار خازن های مصرفی و چیدمان و روش تنظیم رگولاتور ها می پردازیم.
در بخشی از گزارش پروژه به تشریح عملکرد بانک های خازنی در حالت عادی و یا در شبکه های دارای هارمونیک می پردازیم و با ذکر تجهیزات بکار رفته در ساختمان آن به ادامه گزارش رهسپار میگردیم.
در انتهای مطالب ارائه شده به مبحث ارتباط اصلاح ضریب قدرت با محیط زیست و حفاظت از آن پرداخته می شود و توضیحات و آمار هایی در میزان تاثیر اصلاح ضریب توان بر محیط زیست آورده می شود و راهکارهای لازم در این زمینه ذکر می گردد.
فهرست مطالب
عنوان صفحه
مقدمه 1
تثبیت ولتاژ 2
اثر نحوه اتصال بر مشخصات مجموعه 3
ضریب توان 5
مکانیسم عملکرد خازن 6
ضرورت خازن گذاری 6
مزایای خازن گذاری 8
فصل اول
اصول طراحی بانک های خازنی 12
محاسبه ظرفیت مورد نیاز 13
تعیین ظرفیت پله اول و آرایش پله ها 13
آرایش پله ها 13
گزینش تجهیزات جانبی خازن 14
فصل دوم
طراحی عملیاتی بانکهای خازنی 17
عوامل موثر در طراحی 17
مقدار خازن مورد نیاز و محلهای مناسب برای خازن گذاری 18
محلهای خازن گذاری 20
روشهای اصلاح ضریب قدرت 20
جبران سازی مستقل بارهای مختلف 21
ترانسفورمرها 22
تعیین آرایش بانک خازنی اتوماتیک 24
محاسبه اقتصادی نصب خازن اصلاح ضریب قدرت 25
انواع بانکهای خازنی و تجهیزات آنها 27
انواع حفاظت در بانکهای خازنی 30
فصل سوم
طراحی بانک های خازنی در شبکه های دارای هارمونیک 32
هارمونیک چیست؟ 32
هارمونیک ها تا قبل از نصب خازن 34
اثر بانک خازنی بر دامنه هارمونیک ها 35
ولتاژ و جریان بانک خازنی بدون فیلتر 36
طراحی بانک خازنی برای شبکه هارمونیکی 39
بررسی تخصصی : مقابله با هارمونیک ها 41
اهمیت تاسیسات الکتریکی 43
جداسازی سیم زمین مدار از سیم زمین حفاظتی 43
فصل چهارم
راهنمای اصلاح ضریب توان 46
اصول 47
چرا جبران سازی؟ 47
جبران سازی انفرادی 53
جبران سازی گروهی 55
جبران سازی مرکزی 55
جبران سازی مخلوط 57
تعرفه های جریان 58
محاسبه توان خازن مورد نیاز به وسیله اندازه گیری 60
محاسبه از طریق فیش برق 64
جبران سازی انفرادی لامپ های تخلیه ای 66
تجهیزات تنظیم توان راکتیو 76
خازن های قدرت 78
رگولاتور توان راکتیو 81
راه اندازی و سرویس 84
مصرف درونی کابل های ترانس 87
فیوزها و کابل ها 89
ضریب توان و محاسبهcosφ و tanφ 94
فصل پنجم
حفاظت از محیط زیست با استفاده از سیستم های اصلاح ضریب توان 96
خلاصه 96
کنوانسیون تغییرات محیط زیست 97
برنامه ملی حفاظت از محیط زیست آلمان 99
طرح ملی خازن گذاری در شبکه های فشار ضعیف ایران 99
توافق نامه جلوگیری از تغییر در محیط زیست 100
حفاظت از محیط زیست با استفاده از اصلاح ضریب توان 100
فواید اقتصادی اصلاح ضریب توان 103
تلفات شبکه در آلمان 106
حفاظت از محیط زیست با استفاده از اصلاح ضریب توان 109
مقایسه میزان کاهش انتشار دی اکسید کربن با دیگر تدابیر حفاظتی 110
افق های آینده 112
آینده طرح خازن گذاری در ایران و اولویت های ادامه آن 113
تلفات داخلی سیستم های اصلاح ضریب توان و کابل های متصل کننده 114
نتیجه گیری 118
مراجع 119
وب سایت ها 121
فهرست اشکال
عنوان صفحه
شکل 1 3
شکل 2 4
شکل 3 4
شکل4- ضریب توان 5
شکل5 – مکانسیم عملکرد خازن 6
شکل 6- مزایای خازن 10
شکل 7- افزایش قدرت قابل انتقال در خطوط با ثابت ماندن تلفات 11
شکل 8 -محاسبه اقتصادی خازن 25
شکل 9- ولتاژ خط تخریب 33
شکل 10-یکسوساز تکفاز 34
شکل 11-جریان مغناطیس کننده 34
شکل 12- دایو موتور القایی سه فاز 34
شکل 13- اثر بانک خازنی 35
شکل 14 36
شکل 15- ولتاژ و جریان بانک خازنی 37
شکل16 38
شکل 17 38
شکل 18- یک بانک خازنی 40
شکل 19- اصول کار فیلترها 43
شکل20- جداسازی سیم مدار 44
شکل 20- ولتاژ، جریان و توان در بار اهمی 48
شکل 21-ولتاژ، جریان و توان در بار اهمی- سلفی 49
شکل 22- ولتاژ، جریان و توان در بار کاملا سلفی 50
شکل 23- دیاگرام قدرت 51
شکل 24- دیاگرام اثر جبران سازی 52
شکل 25- جریان اکتیو و راکتیو 52
شکل 26- جریان اکتیو و راکتیو در شبکه 53
شکل 27- مثالی از جبرانسازی انفرادی 54
شکل 28- مثالی از جبران سازی گروهی 55
شکل 29- مثالی از جبران سازی متمرکز 57
شکل 30- مثالی از جبران سازی مختلط 57
شکل 31- یک ترانس به همراه یک سیستم 70
شکل 32- سیستم جبران سازی 73
شکل 33- موتور بالابر 74
شکل 34- نوع خاصی از کلید دستی 75
شکل 35- جبران سازی انفرادی 76
شکل 36- مثالی از فرم مدولی 77
شکل 37- یک مدار نموه 78
شکل 38 79
شکل 39- عملکرد خازن های قدرت 81
شکل 40- راگولاتور 82
شکل 41- اتصال صحیح ترانس 87
شکل 42- اشتباه ترانس 88
شکل 43- اشتباه در ارایش جریان خازن 88
شکل 44- توان راکتیو 101
شکل 45-توان راکتیو 102
شکل 46- اصلاح ضریب توان 102
شکل 47-اصلاح ضریب توان 103
شکل 48- ضریب توان 105
شکل 49- تلفات شبکه 106
شکل 50- وضعیت موجود 108
شکل 51- کاهش تلفات 109
شکل 52- راهکارهای برنامه ملی 111
فهرست جداول
عنوان صفحه
جدول1 4
جدول2 15
جدول 3- اضافه ولتاژهای مجاز 18
جدول 4- توان راکتیو برای موتورهای ضعیف 22
جدول 5- توان راکتیو برای موتورهای متوسط 22
جدول6- توان راکتیو 23
جدول 7- توان راکتیو 24
جدول 8 28
جدول 9- انتخاب کابل 29
جدول 10 33
جدول 11- یک بانک خازنی 40
جدول 12- داده های تخمینی 59
جدول 13- فاکتور 63
جدول 14- جدول انتخاب برای لامپ ها 68
جدول 15- انتخاب ترانس 70
جدول 16- قدرت جبران سازی 72
جدول 17- ظرفیت ولتاژی 80
جدول 18 86
جدول 19 87
جدول 20 – فیوز و مقطع کابل 89
جدول 21- قطر بیرونی 91
جدول 22-سیم و کابل ها 92
جدول 23-مفهوم علائم 93
جدول 24 108
جدول 25- وضعیت موجود 111
جدول 26- اثرات اقتصادی 112
جدول 27- تلفات شبکه توزیع 114
جدول 28- تلفات شبکه های مشترکین 115
جدول 29- مصرف توان آلمان 115
جدول 30- تلفات داخلی 116
جدول 31 117
مقدمه
اغلب دستگاه ها و مصرف کنندگان الکتریکی برای انجام کار مفید نیازمند مقداری تون اکتیو برای مهیا کردن شرایط لازم برای انجام کار می باشند. به عنوان مثال موتورهای الکتریکی AC برای تبدیل انرژی الکتریکی به انرژی مکانیکی، نیازمند تولید شار مغناطیسی در فاصله هوایی موتور هستند. ایجاد شار تنها توسط توان راکتیو امکان پذیر و با افزایش بار مکانیکی موتور مقدار توان راکتیو بیشتری مصرف می گردد.
عمده مصرف کنندگان انرژی راکتیو عبارتند از:
1) سیستم های الکترونیک قدرت
الف ـ مبدل های AC/DC (Rectifiers)
ب ـ مبدل های DC/AC (Inverters)
ج ـ مبدل های AC/AC (Converters)
د) چاپرها (Choppers)
2) مصرف کنندگان یا تجهیزاتی که دارای مشخصه غیرخطی هستند.
3) مصرف کنندگانی که در شکل موج ولتاژ محل تغذیه خود اعوجاج (هارمونیک) ایجاد می نمایند.
4) متعادل سازهای بارهای نامتعادل
5) تثبیت کننده های ولتاژ
6) کوره های القایی
7) کوره های قوس الکتریکی
8) سیستم های جوش کاری AC، DC
همان گونه که ذکر شد مصرف انرژی راکتیو اجتناب ناپذیر است.
انتقال انرژی راکتیو، انتقال جریان الکتریکی است و انتقالش نیازمند به کابل با سطح مقطع بزرگتر، دکل های فشار قوی مقاوم تر و در نتیجه هزینه های مازاد است. همچنین افزایش تلفات الکتریکی و کاهش راندمان شبکه را نیز به همراه درد. در مواردی مانند کاربردهای الکترونیک قدرت و متعادل سازی بارهای نامتعادل حتی انتقال انرژی راکتیو هم کارساز نبوده و باید انرژی در محل تولید گردد.
خازن اصطلاحاً تولیدکننده انرژی راکتیو است، اما خازن توان راکتیو تولید نکرده بلکه مصرف کننده آن نیز می باشد. فقط در زمانی که القاگر انرژی راکتیو در خود ذخیره می نماید (از شبکه می کشد) خازن، انرژی ذخیره شده خود را به شبکه تحویل می دهد و در زمانی که القاگر انرژی ذخیره شده اش را به شبکه پس می دهد خازن از شبکه انرژی می کشد. حال اگر القاگر و خازن در کنار هم قرار بگیرند، هنگامی که خازن انرژی می دهد القاگر آن انرژی را می گیرد و زمانی که خازن انرژی می گیرد القاگر انرژی می دهد که موجب تعادل انرژی بین القاگر و خازن گشته، تبادل انرژی بین مصرف کننده و شبکه صورت نمی گیرد.
تثبیت ولتاژ
مورد استفاده دیگر خازن (انرژی راکتیو) تثبیت ولتاژ محل تغذیه بار است. افزایش بار به معنی افزایش دامنه جریان کشیده شده از شبکه و ازدیاد افت ولتاژ در محل تغذیه است. برای کاهش افت ولتاژ سه راه حل وجود دارد:
1) تقویت شبکه
تقویت شبکه به معنای کاهش امپدانس معادل شبکه در محل تغذیه می باشد. انجام این مهم با افزایش ولتاژ شبکه و یا تغذیه چند سویه بار امکان پذیر است که برای اکثر مصرف کنندگان این کار امکان پذیر نیست.
2) کاهش بار
افت ولتاژ بیش از حد مجاز را با تقلیل دادن بار و یا تنظیم توالی زمانی بهره برداری دستگاه ها می توان جبران نمود.
3) استفاده از خازن
با تزریق کردن Q وار توان راکتیو به شبکه در محل مصرف ولتاژ از U1 به U2 افزایش می یابد که ولتاژ U2 به طور تقریبی از رابطه زیر محاسبه می گردد:
که در آنS، قدرت اتصال کوتاه شبکه در محل مصرف و Q، قدرت راکتیو پیاده سازی شده است. با استفاده از این ویژگی می توان به تثبیت ولتاژ پرداخت.
ذکر این مساله بسیار حائز اهمیت است که تثبیت ولتاژ و تنظیم ضریب توان، به صورت هم زمان امکان پذیر نیست.
اثر نحوه اتصال بر مشخصات مجموعه
توان راکتیو خازن و مقدار موثر جریانی که هنگام اتصال خازن به شبکه، از شبکه به سمت خازن جاری می گردد به نحوه اتصال خازن و ولتاژ محل نصب و ظرفیت خازن به شبکه بستگی دارد.
از جمله مشخصات خازن ولتاژ نامی، جریان نامی، و توان راکتیو خازن است، طبق استاندارد:
ولتاژ نامیU_n: براساس استاندارد ولتاژی است که خازن آن را به طور دائمی و بدون صدمه دیدن تحمل می کند.
جریان نامیI_n: براساس استاندارد جریانی است که با شدت که خازن در ولتاژ و فرکانس نامی از شبکه می کشد.
توان راکتیو نامی: میزان توان راکتیو خازن، در ولتاژ و فرکانس نامی است.
تمامی خازن ها به صورت تک فاز ساخته می شوند. در ولتاژهای پایین سه خازن تک فاز، به صورت ستاره یا مثلث به هم متصل گشته، درون بدنه فلزی قرار می گیرند.
شکل مقابل یک خازن سه فاز را با اتصال مثلث نشان می دهد. جریانی که مجموعه خازن ها از شبکه می کشد برابر مقدار زیر است:
Qتوان راکتیو خازن در ولتاژU_n است.
شکل 1
در ولتاژهای بالا به دلیل مشکلات ایزولاسیون، و در ظرفیت های زیاد به دلیل مشکلات انتقال حرارت و خنک سازی خازن، خازن ها به صورت تک فاز ساخته می شوند. اتصال خازن های تک فاز به دو صورت اتصالات ستاره و یا مثلث امکان پذیر است و بسته به نوع اتصال، جریان های متفاوتی از شبکه می کشند. دو شکل زیر نحوه اتصال و جریان کل کشیده شده از شبکه در دو حالت اتصالات ستاره و مثلث خازن های تک فاز را نشان می دهد.
شکل 2 شکل 3
=Q توان خازن تکفاز در ولتاژ Un
=U ولتاژ محل اتصال
به عنوان مثال می توان سه خازن 10 کیلووار، 400ولت را به صورت ستاره به هم متصل کرد و یا سه خازن 10 کیلووار، 400 ولت را به صورت مثلث به هم وصل کرد. در این دو حالت اخیر هر دو بانک توان راکتیو یکسانی را به شبکه تحویل داده، جریان یکسانی از شبکه می کشند ولی جریان عبوری از هر خازن در هر دو حالت برابر نیست. با ذکر مثالی به بررسی اثر نحوه اتصال خازن های تک فاز، در مقدار قدرت راکتیو بانک خازنی حاصل می پردازیم:
سه عدد خازن تک فاز 10 کیلووار، 400 ولت یک بار به صورت مثلث و یک بار به صورت ستاره به شبکه متصل می شوند.
فرکانس شبکه = 50 هرتز ولتاژ شبکه = 400ولت
جریان نامی خازن = 25 آمپر توان راکتیو نامی خازن = 10 کیلووار
جدول 1
ضریب توان
ضریب توان، معیار برای سنجش میزان توان راکتیو مورد نیاز دستگاه مصرف کننده برق، برای انجام تبدیل انرژی می باشد. ضریب توان بر اساس تعریف نسبت توان اکتیو مورد نیاز به کل توان الکتریکی تعریف می گردد و همیشه بین 1+ و 1- تغییر می کند و از 1+ الی صفر برای بارهای القایی و از صفر الی 1- برای بارهای خازنی می باشد.
شکل 4
با اتصال خازن به بار، ضریب قدرت کل مجموعه مصرف کننده و خازن تغییر می کند چرا که بخشی از انرژی راکتیو مورد نیاز مصرف کننده را خازن تامین می کند و تنها باید جزء باقیمانده را از شبکه دریافت کند.
با اتصال Qوار خازن به مصرف کننده ای با ضریب توانcos〖φ_1 〗 ، ضریب توان مجموعه خازن و بار به cos〖φ_2 〗 تغییر می کند کهcos〖φ_2 〗 را می توان از رابطه مقابل محاسبه کرد.
مکانیسم عملکرد خازن
در یک مصرف کننده الکتریکی پس فاز با زاویه فاز (زاویه بین بردار جریان و ولتاژ 𝝋 می باشد) جریانی که از شبکه کشیده می شود شامل دو جزء اکتیوIp و راکتیوIq است، اگر خازنی به دو سر مصرف کننده متصل نماییم خازن جریان راکتیوی برابر با Ic از شبکه می کشد که در خلاف جهت جریان راکتیو بار است. لذا جریان راکتیوی که توسط مجموعه مصرف کننده و خازن از شبکه کشیده می شود به اندازهIc کاهش می یابد و به مقدار( Iq-Ic ) می رسد . در این حالت برایند جریان راکتیو و اکتیو مجموعه مصرف کننده الکتریکی و خازن برابرI' با گشته که هم دامنه اش از I کوچک تر است (جریان کشیده شده از شبکه کاهش یافته) و هم زاویه اش با ولتاژ کوچک تر می شود، زاویه بین جریان و ولتاژ از 𝝋 بهθ تقلیل یافته است (ضریب توان بزرگتر شده است) که زوایای 𝝋 وθ توان راکتیوQ و اکتیو P با رابطه زیر به یکدیگر مرتبط می گردند.
شکل 5
ضرورت خازن گذاری
تمامی ماشینهای الکتریکی (موتورها، ترانسفورماتورها) که از جریان متناوب استفاده می کنند در هنگام کار علاوه بر مصرف اکتیو دارای مصرف راکتیو نیز می باشند. البته تنها توان اکتیو (Kw) است که به کار مفید تبدیل می شود ولی دستگاههای الکتریکی برای انجام این کار مفید نیازمدن مصرف توان راکتیو (Kvar) نیز برای مهیا کردن شرایط لازم می باشند به عنوان مثال اساس کار موتورهای الکتریکی A.C برای تبدیل انرژی الکتریکی به انرژی مکانیکی برمبنای تولید فلوی مغناطیسی در فاصله هوایی موتور است. تولید این شار تنها توسط توان راکتیو امکان پذیر می باشد و هرچه بار موتور بیشتر گردد مقدار توان راکتیو مورد نیاز افزایش می یابد).
بدین ترتیب قدرت راکتیو جذب شده نه تنها بخشی از ظرفیت شبکه های توزیع را بخود اختصاص و در نتیجه ظرفیت قابل استفاده نیروگاهها را تقلیل می دهد بلکه انتقال جریان الکتریکی مربوط به آن انتخاب تجهیزات و عملکرد شبکه را به میزان زیادی تحت تاثیر قرار داده و اثرات اقتصادی قابل توجهی به بار می آورد. بطور کلی جریان راکتیو در شبکه های انتقال و توزیع سبب بروز:
* اضافه بار در ترانسفورمرها
* افت ولتاژ در انتهای خطوط
* افزایش درجه حرارت کابلها
* بزرگ شدن زیاد از حد حفاظت بار بخاطر جریانات هارمونیک
می شود، که این عوارض شرکتهای توزیع برق را مجبور می کند تا به منظور کاهش و به حداقل رساندن قدرت راکتیو، مصرف کنندگان آن را جریمه و از آنان مطالبه خسارت نمایند. معیار اعمال این جریمه اندازه ضریب قدرت یاcosφ تاسیسات برقی مصرف کننده است زاویه 𝝋 میزان عقب افتادگی موج جریان از موج ولتاژ می باشد).
عوارض فوق و جرایم مترتب بر آن به لحاظ جریان راکتیو در شبکه های انتقال و توزیع، استفاده از منابع تولید توان راکتیو که بتوانند هرچه نزدیکتر به محل موتورها و ترانسفورمرها نصب شوند را مناسب تر و ضرروی تر می سازد و یکی از اصولی ترین و معمول ترین این منابع خازن اصلاح قدرت می باشد. انرژی راکتیو تولیدی توسط خازن به ولتاژ، ظرفیت و نحوه اتصال خازن بستگی دارد.
خازن:
خازنهای صنعتی اغلب به منظور بهبود قدرت و تقلیل افت ولتاژ و قدرت به کار می رود و می توانند بصورت واحد، یا یک مجموعه بصورت دستی و یا اتوماتیک مورد استفاده قرار گیرند تصمیم گیری ردباره استفاده دستی و اتوماتیک خازنها بستگی به چگونگی و محل مصرف آنها دارد. که در طراحی بانکهای خازنی به آن اشاره خواهد شد. مکانیسم عملکرد خازن کشیدن جریانی (Ic)در خلاف جهت جریان راکتیو بار (Iq) می باشد. در نتیجه جریان راکتیو مجموعه مصرف کننده الکتریکی و خازن که از شبکه کشیده می شود Iq-Ic خواهد بود. در این حالت برآیند جریانهای راکتیو و اکتیو دارای دامنه کوچکتر و زاویه کوچکتر با ولتاژ بوده و ضریب قدرت به عدد 1 نزدیک تر می گردد.
ساختار داخلی خازن
بخش اصلی (Active) خازن که از الکترود و دی الکتریک تشکیل می شود را بوبین یا کویل می نامند. برمبنای جنس دی الکتریک بین الکترودها و خازنها به انواع )روغنی یا Impregrated، نیمه روغنی و یا خشک) تقسیم می شوند.
بوبین در داخل یک بدنه یا محفظه پلاستیکی یا فلزی (آلومینیومی) قرار گرفته و با مواد دی الکتریک پر می شود، تا بصورت خازن تک فاز یا المنت برای خازنهای سه فاز مورد استفاده قرار گیرد برمبنای نوع مواد پرکننده داخل خازنها، خازنهای خشک خود به سه گروه تمام خشک، گازی و Oil filled تقسیم می شوند.
از آرایش ستاره یا مثلث تعدادی المنت (خازن تک فاز) خازن سه فاز با قدرت مورد نظر ساخته می شود که می تواند به صورت باز روی نگهدارنده Rack قرار گیرد و یا داخل محفظه Enclosure و بدون دسترسی مستقیم گذاشته شود.
مزایای خازن گذاری
1- اصلاح ضریب قدرت و جلوگیری از جریمه مصرف راکتیو توسط شرکتهای برق
اگر ضریب قدرت تاسیسات برقی یک ساختمان و یا یک کارخانه پایین بیاید بطوریکه میزان آن از 9/0 کمتر گردد، شرکتهای برق ضریبی را به نام ضریب زیان محاسبه نموده و برمبنای تعرفه های مربوطه از واحد مزبور جریمه دریافت می نمایند.
نحوه محاسبه ضریب قدرت ضریب زیان و مقدار خازن مورد نیاز برای اصلاح ضریب قدرت به شرح ذیل می باشد:
الف ـ محاسبه ضریب قدرت
ب ـ محاسبه ضریب زیان
ج ـ محاسبه مقدار خازن مورد نیاز
مقدار خازن مورد نیاز برای اصلاح ضرب قدرت تا 9/0 به گونه ای ضریب زیان صفر گردد برابر است با:
که در آن Qc قدرت خازن مورد نیاز برحسب کیلووار
Pقدرت مصرف تاسیسات برحسب کیلووات
〖φ 〗_1زاویه تلفات اولیه (فعلی)
2 ـ تقلیل آمپراژ و بار اضافی و بالا بردن ظرفیت اکتیو ترانسفورماتور
نصب و استفاده از خازن در ترمینال های پایین دست ترانسفورماتورهای Overloaded باعث می شود قسمتی از ظرفیت آن که توسط توان راکتیو اشغال شده است آزاد و قابل تخصیص به توان اکتیو گردد. این امر می تواند برای مصارف مفید و توسعه تاسسیات الکتریکی بکار رفته و هزینه ناشی از لزوم تغییر سایز ترانسفورمر صرفه جویی گردد.
3 ـ اقتصادی تر شدن طرح انتقال و توزیع انرژی الکتریکی در یک واحد جدید
در طراحی واحدهای جدید مصرف کننده الکتریکی می توان با جبران سازی مصرف کننده ها تجیهزات بالادستی را کوچکتر و اقتصادی تر انتخاب نمود.
4 ـ تنظیم و تثبیت ولتاژ شبکه انتقال و توزیع نیرو
بارهایی با ضریب قدرت پایین که توسط خطوط فشار متوسط Over loaded تغذیه می شوند غالباً باعث افت ولتاژ می گردند.
استفاده از بانکهای خازنی سبب جلوگیری از افت ولتاژ در انتهای خطوط میشود:
5 ـ ایجاد تسهیل در امر راه اندازی الکتروموتورهای بزرگ
6 ـ کاهش تلفات خطوط در قدرت(آکتیو) ثابت
تلفات بخاطر وجود مقاومت در هادیها همیشه وجود داشته و مقدار آن با مجذور جریان انتقالی متناسب است. بنابراین در صورت بالا رفتن مقدار ضریب توان با ثابت ماندن قدرت آکتیو میزان تلفات کاهش می یابد.منحنی زیر درصد کاهش تلفات خطوط را با بهبود ضریب توان (در یک قدرت اکتیو ثابت) نشان می دهد که در آن:
Cosφ1 : ضریب توان قبل از جبران سازی
Cosφ2 : ضریب توان بعد از جبران سازی
می باشند.
بعنوان مثال در صورتیکه از Cosφ1 معادل 8/0 به Cosφ2 معادل 95/0 برسیم تلفات حدود 20% کاهش خواهد بود.
شکل 6
7 ـ افزایش قدرت قابل انتقال در خطوط با ثابت ماندن تلفات
افزایش فعالیتها سبب می گردد که انتقال توان مفید بزرگتری به منظور پاسخگویی به نیاز روزافزون بارها ضرورت یابد. در چنین مواردی نصب بانک خازنی و بهبود ضریب توان امکان چنین انتقالی را بدون نیاز به تعویض خطوط انتقال میسر می سازد. منحنی زیر درصد افزاش قدرت قابل انتقال بدون افزایش تلفات خط را به صورت تابعی از بهبود ضریب توان نشان می دهد.
مثال: در صورتیکه با خازن گذاری cosφ1=0.8 به cosφ2=0.92 برسد، قدرت قابل انتقال 20% بیشتر خواهد شد.
شکل 7
فصل اول
اصول طراحی بانک های خازنی
هدف اصلی و عمده نصب بانک خازنی جبران انرژی راکتیو مصرفی بار الکتریکی است. به دلیل تغییرات میزان انرژی مصرفی در طول زمان لازم است تا میزان راکتیو تزریق شده به وسیله خازن به مدار نیز تغییر کند. در غیر این صورت دو حالت پیش می آید:
1) توان راکتیو کمتری نسبت به آنچه مورد نیاز است به مدار تزریق می شود، که باعث جبران سازی ناقص توان راکتیو مصرفی بار می شود. به ناچار کمبود توان راکتیو از طریق شبکه تامین می شود که هزینه ها و جریمه های مصرف راکتیو را در برخواهد داشت.
2) توان راکتیو بیشتری نسبت به آنچه مورد نیاز است به مدار تزریق می شود که اضافه ولتاژ را به همراه خواهد داشت.
درصد اضافه ولتاژی که با وارد شدن Q کیلووار به مدار بدون حضور هیچ باری پدید می آید از رابطه زیر به دست می آید:
که در آن 〖 U〗_kولتاژ ترانسفورمر وSt قدرت ترانسفورمر است.
مثال: باری با قدرت 300 کیلووات و ضریب توان 7/0 به وسیله ترانسفورمری با ولتاژ اتصال کوتاه 4% و قدرت 630 کیلو ولت آمپر تغذیه می گردد. توسط بانک خازنی به ظرفیت 200 کیلووار ضریب توان بار به 95/0 اصلاح می گردد. تا قبل از جبران سازی ولتاژ محل مصرف برابر 7/389 ولت و پس از جبران سازی ولتاژ به 395 ولت افزایش می یابد، حال اگر بار به نصف کاهش یابد ولی رگولاتور صحیح عمل نکرده و 200 کیلووار خازن در مدار باقی بماند، ولتاژ محل تغذیه به 400 ولت افزایش می یابد.
اگر ترانسفورمر تحت بار کامل بود و با جبران سازی مناسب ضریب توان به 95/0 اصلاح می گشت و به دلیل خرابی یا تنظیم ناصحیح رگولاتور با نصف شدن بار، پله ای از مدار خارج نمی گردید. اضافه ولتاژ حاصل برابر 8/2% معادل 11ولت می بود.
در طراحی بانک های خازنی سه موضوع زیر مدنظر قرار می گیرند:
1) محاسبه ظرفیت مورد نیاز
2) تعیین ظرفیت پله ی اول و آرایش پله ها
3) گزینش تجهیزات بانک خازنی
1) محاسبه ظرفیت مورد نیاز
بهترین روش برای محاسبه ظرفیت بانک خازنی استفاده از منحنی تغییرات توان اکتیو و ضریب توان برحسب زمان است. در شرایطی که چنین منحنی هایی در دست نباشد، معمولاً با استفاده از میزان قدرت قراردادی و ضریب توان نامی براساس فرمول زیر مقدار راکتیو مورد نیاز را بدست می آورند.
=P زان قدرت قراردادی برحسب کیلووات
〖 =tan〗〖φ_1 〗(ضریب توان فعلی) tan (arccos
〖 =tan〗〖φ_1 〗(ضریب توان مطلوب tan (arccos
=Qمیزان توان راکتیو مورد نیاز
2) تعیین ظرفیت پله اول و آرایش پله ها
در صورت در دست داشتن منحنی تغییرات توان راکتیو برحسب زمان با استفاده از شیب منحنی می توان ظرفیت اولین پله را تعیین کرد. در صورت در دست نبودن این منحنی از دو قانون زیر می توان استفاده کرد:
الف) در صورتی که لازم باشد رگولاتور به 5% تغییرات بار پاسخ دهد، پله ی اول را 5% ظرفیت کل تابلو انتخاب می نمایند، مثلاً در یک بانک 200 کیلوواری با پله ی اول 10 کیلووار که باری با ضریب توان ذاتی 7/0 را جبران می کند، به ازای هر 15 کیلووات تغییر در بار، یک پله وارد یا خارج می شود (ضریب توان مطلوب 95/0 فرض شده است).
ب) در صورت عدم نیاز به تنظیم دقیق یا تغییرات بزرگ بار برای آن که رگولاتور به 10% تغییرات بار پاسخ دهد لازم است پله اول 10% ظرفیت کل انتخاب گردد. بدین معنی که در شرایطی مانند حالت (الف) به ازای هر 30 کیلووات تغییر در میزان توان 20 کیلووار به مدار وارد یا خارج می گردد.
3) آرایش پله ها:
شرایط قانون (الف) را در نظر می گیریم. پله اول برابر 10 کیلووار می باشد. برای رسیدن به ظرفیت 200 کیلووار به 20 عدد پله 10 کیلووار نیاز داریم که تعداد بسیاری است. و در هنگام ساخت بانک باعث افزایش قیمت تمام شده می شود؛ روش دیگر استفاده از توالی …:1:2:2:2 است، در این صورت تعداد پله ها به 10 کاهش می یابد ولی نمی توانیم به ظرفیت 200 کیلووار برسیم. تنها راه حل نصب یک پله ثابت 20 کیلووار است. این روش، روش مناسبی نمی باشد.
محدودیتی که مشاهده شد انگیزه ای برای ایجاد دیگر آرایش ها و توالی های پله خازنی گشت و آرایش هایی مانند: …:1:2:2:4:8 به وجود آمد. اخیراً رگولاتورهایی طراحی گشته اند که می توانند آرایش 1:2:4:8:16:32:64 را پشتیبانی کنند که با چنین رگولاتورهایی می توان بانکی به ظرفیت 1270 کیلووار با پله اول 10 کیلووار ایجاد نمود.
4) گزینش تجهیزات جانبی خازن
خازن برخلاف دیگر تجهیزات برقی همیشه تحت اضافه بار است. حضور تنها درصد ناچیزی هارمونیک با اعوجاج در ولتاژ محل تغذیه باعث اضافه جریان در خازن می گردد. بر این اساس در استاندارد تعیین شده است که خازن ها باید حداقل 35% اضافه جریان را به صورت دائمی تحمل کنند. با توجه به این مطلب که خازن همیشه تحت اضافه بار (به ویژه اضافه جریان) است و جریان خازن از فیوز، شین، و کنتاکتور عبور می کند لازم است که تمامی تجهیزات جانبی خازن براساس 30% اضافه جریان انتخاب گردند. به عنوان مثال برای انتخاب کنتاکتورها و فیوز برای یک پله ی 5/12 کیلووار به صورت زیر عمل می شود:
جریان نامی خازن 5/12 کیلووار = 18 آمپر
جریان معیار طراحی = 3/1 × 18 = 4/23 آمپر
کنتاکتور، سیم، و فیوز مناسب اولین رٍنجی است که جریان نامی آن برابر یا بیشتر از 4/23 آمپر باشد.
چند نکته:
الف) برای افزایش طول عمر یک بانک خازنی قویاً توصیه می گردد که از کنتاکتورهای تیپ AC6-b استفاده شود. در صورت استفاده از کنتاکتورهای AC3 در لحظه وصل خازن پیک جریان هجومی از رابطه زیر محاسبه می گردد:
که در آن Stقدرت ترانسفورمر، Inجریان نامی به وسیله خازن،〖 U〗_k ولتاژ اتصال کوتاه ترانسفورمر، Qو ظرفیت نامی پله خازنی است.
مثال: یک خازن 50 کیلووار در سمت 400 ولت یک ترانسفورمر 20 به 4/6 کیلوولت نصب شده است. اگر مشخصات ترانسفورمر 630 کیلوولت آمپر و 4% = K باشد، در لحظه ی وصل جریانی با پیک 5/31 کیلوآمپر معادل 630 برابر جریان نامی به داخل خازن جاری می شود، حال اگر به جای یک 50 کیلووار از چهار عدد 5/12 کیلووار که به صورت موازی وصل شده اند استفاده شود، پیک جریان هر خازن به 9/7 کیلوآمپر معادل 437 برابر جریان نامی به داخل خازن جاری می شود.
در جدول ذیل مقایسه ای بین حالتهای متفاوت در گزینش تجهیزات جانبی انجام پذیرفته است.
جدول 2
ب) براساس استاندارد وظیفه فیوز در بانکهای خازنی تنها قطع اتصال کوتاه است و نمی تواند وظیفه حفاظت در برابر اضافه بار (جریان) را برعهده بگیرد و حفاظت در مقابل اضافه بار (جریان) برعهده رگولاتور است.
بحث طراحی و حفاظت بانک های خازنی بسیار مفصل و طولانی است و حتی در چند مقاله نیز نمی توان این بحث را به پایان برد. هدف این مقاله تنها ارائه اطلاعات و روش های بسیار ساده در طراحی بانک های خازنی بود. از دیگر موارد مطرح در طراحی بانک خازنی می توان به موارد ذیل اشاره کرد:
* گزینش فیوزهای حفاظتی که به صورت سری در یک بانک خازنی قرار می گیرند.
* حداکثر ظرفیت مجاز یک پله
* رگولاتور (برای اطلاعات بیشتر به مقاله "رگولاتور چیست و چگونه کار می کند" مراجعه نمایید.)
* تنظیم رله های هارمونیکی تعبیه شده در رگولاتور
* اصول تنظیم رله اضافه جریان
* حفاظت در برابر اعوجاجات
* هماهنگی بین سیستم مخابراتی و بانک خازنی
* مساله انتقال حرارت در بانک های خازنی
* قدرت اتصال کوتاه تابلو
* بانک های خازنی با سرعت بسیار بالا (Thyrsitor Capacitor Bank)
* بانک های خازنی در حالت های گذرای سیستم
* جبران سازی بارهای موتوری
فصل دوم
طراحی عملیاتی بانکهای خازنی
عوامل موثر در طراحی
1- شرایط محیطی
مهمترین شرایط محیطی که باید در طراحی و انتخاب تجهیزات بانک خازنی به آنها توجه داشت عبارتند از:
* شرایط دمایی محیط
* رطوبت نسبی محیط
* ارتفاع محل نصب
* میزان آلودگی محیط
* چگونگی نصب از نظر نصب داخل (Indoor) یا نصب خارج (Outdoor)
2ـ شرایط الکتریکی
* سطح ولتاژ
* میزان آلودگی هارمونیکی شبکه که به طور مستقیم باعث بروز اضافه جریان در خازنها و دیگر تجهیزات می شود. اضافه جریان مجاز برای بانکهای خازنی حداکثر 30% است (استاندارد IEC)
* میزان نوسان ولتاژ اضافه ولتاژها که برای تجهیزات مختلف میزان اضافه ولتاژهای مجاز تعریف می شود. مثلاً برای خارنهای فشار ضعیف در استاندارد IEC 831 جدول اضافه ولتاژها به صورت جدول زیر تعریف شده است:
جدول 3
مقدار خازن مورد نیاز و محلهای مناسب برای خازن گذاری
* محاسبه مقدار خازن مورد نیاز:
اگر قدرت برق مصرفی معادل P (کیلووات) باشد، قدرت خازن لازم QC (کیلووار) برای تبدیل ضریب قدرت ازcosφ1 به cosφ2 رابطه زیر به دست می آید:
Qc=K*P
K= tg φ1-tgφ2
= Pقدرت مصرفی تاسیسات برحسب کیلووات
=Qcقدرت خازن مورد نیاز برحسب کیلووار
= Cosφ1ضریب قدرت فعلی تاسیسات
= Cosφ2 ضریب قدرت مطلوب (بعد از نصب خازن)
=Kضریبی که از جدول بدست می آید.
مثال 1 ـ با داشتن قبض برقی، میزان cosφ و شبکه و مقدار خازن مورد نیاز بصورت زیر محاسبه شده است:
تعداد روز= 34
با فرض ساعات کار روزانه 10 ساعت با پرسش و تحقیق از محل مصرف برق بدست می آید تعداد ساعات کلی که قبض برای آنها صادر شده است بدست می آید:
عدد فوق نشان می دهد که برای چنین کارخانه ای نیاز به حدود 474 کیلووار خازن وجود دارد.
مثال 2 ـ چنانچه یک مجموعه مجهز به کنتور اکتیو و راکتیو باشد از روی قبض تشخیص و با در دست داشتن میزان مصرف ماهانه کنتورهای اکتیو و راکتیو می توان ضریب قدرت متوسط ماهانه را به دست آورد. بعنوان مثال محاسبات ذیل در خصوص مصرف برق کارخانه ای انجام شده است:
مصرف اکتیو: جمعاً 000.45 کیلووات ساعت
مصرف راکتیو: جمعاً 000.57 کیلووار ساعت
قدرت قرارداد: 1636 کیلووات
چنانچه بخواهیم این ضریب قدرت (62/0) به ضریب قدرت 9/0 بهبود یابد از روی جدول ضریب K را بدست می آوریم.
K=0.78
باتوجه به قدرت مورد قرارداد که 1636 کیلووات است، میزان خازن مورد نیاز برابر خواهد بود با:
کیلووات 1472 = 9/0 ×1636
کیلووار 1148 = 78/0 × 1472
* محلهای خازن گذاری
انتخاب محلهای مختلف نصب خازن در یک شبکه که بعضاً مدهای جبرانسازی توان راکتیو نیز نامیده می شود وابسته به فاکتورهای زیر است:
* دلیل اصلی خازن گذاری (احتراز از جرایم، بهبود وضعیت ولتاژ شبکه، کم کردن بار روی کابلها و ترانسفورمرها).
* سیستم بار
* قابل پیش بینی بودن اثرات خازنگذاری بر روی مشخصه های شبکه
* هزینه
با توجه به فاکتورهای متعدد تعیین کننده هیچ روش قطعی و مشترکی در دنیا برای انتخاب محل خازن گذاری اختیار نشده است و بنا بر سیاستهای انرژی که در هر کشوری محل (مد) متفاوتی انتخاب می شود.
اما بطور کلی مدهای جبرانسازی توان راکتیو به سه گروه تقسیم می شوند:
-سراسری:
* بانکهای خازن HVروی شبکه HV
* بانکهای خازنی MV برای مصرف کننده دارای شبکه MV
* بانکهای خازنی فیکس یا متغییر LV برای مصرف کننده دارای شبکه MV
-واحد به واحد
این انتخاب از این لحاظ که میزان خازن کاملاً متناسب با نیاز انتخاب می شود از لحاظ فنی ایده آل است.
* روشهای اصلاح ضریب قدرت
بطور کلی چهار روش وجوددارد:
-جبرانسازی مستقل:
(اتصال مستقیم خازن به ترمینالهای بار و سوئیچینگ همزمان):
این نوع جبران سازی در مواردی که بارهای بزرگ با مصرف ثابت و دوره کاری طولانی وجود باشند اقتصادی و به صرفه است.
-جبرانسازی گروهی: بارهای گروهی نظیر موتور و روشنایی توسط یک میزان ثابت خازن جبرانسازی می شوند.
-جبرانسازی مرکزی: بانک خازنی متغییر که در آن خازنها، بسته به نیاز، بصورت خودکار به مدار وارد و یا از آن خارج می شود این نوع جبران سازی برای مواردی که تعداد زیادی بارهای کوچک با توان مصرف متغیر و دوره های کاری متفاوت موجمد باشند بیشتر توصیه می گردد.
-جبرانسازی مختلط:
معمولاً برای تاسیساتی که دارای چند مصرف کننده بزرک با شرایط بند 1 و تعدادی مصرف کننده با شرایط بند 3 باشند از این سیستم استفاده می شود که در آن برای مصرف کننده های بزرگ از جبران سازی مستقل و برای سایر مصرف کنند ه های شبکه از جبران ساز ی مرکزی استفاده می شود.
* جبران سازی مستقل بارهای مختلف
-موتورها:
موارد زیر در اتصال موازی خازن به موتور بایستی رعایت گردد:
* در انتخاب سیستم سوئیچینگ و ایمنی بایستی مشخصات الکتریکی خازن هم در نظر گرفته شود.
* اتصالات الکتریکی بایستی با در نظر گرفتن شرایط جریان بار کامل موتور با حضور جبرانساز انتخاب شود.
* خازن بایستی در کوتاه ترین فاصله از موتور قرار گیرد.
برای احتراز از خود تحریکی موتور در زمان قطع از مدار مقدار خازن بایستی طوری انتخاب شود که در شرایط بار کامل 9/0 و در شرایط بی باری حدود 95/0 تا 98/0 باشد.
بعبارت دیگر:
جداول زیر بالاترین میزان جبرانسازی ممکنه بدون ایجاد خطر خود تحریکی در موتورها را بدست می دهد.
جدول 4
جدول5
ترانسفورمرها
اتصال مستقیم خازن به هر کدام از دو سمت M.V. و L.V. ترانسفورمر امکان پذیر است.
توان خازن با توجه به میزان مصرف توان راکتیو ترانس از فرمول:
Q
0=S0=
توان اکتیو بی باری به Q0=Kvar
توان ظاهری در زمان بی باری بهS0=KVA
جریان بی باری بصورت درصدی از جریان نامی ترانسI0=
مقادیر داده شده در جداول زیر فقط شامل توان راکتیو مورد نیاز جهت مغناطیسی نمودن ترانسفورمر در زمان بی باری را شامل می شود. استفاده از خازنهای فیکس برای جبران سازی مستقل برای این منظور کاملاً مناسب است:
جدول 6
جدول 7
تعیین آرایش بانک خازنی اتوماتیک
پس از تعیین میزان خازن مورد نیاز در شبکه ای که خازنگذاری متمرکز برای آن انتخاب شده است، لازم است که ترکیب و آرایش پله های بانک خازنی تعیین گردد. به طور کلی عوامل موثر در انتخاب آرایش یک بانک خازنی عبارتند از:
-قدرت مصرف کننده های عمده موجود در سیستم
-ضریب همزمانی مصرف کننده ها
-محدودیت تجهیزات موجود (رگولاتورها، کنتاکتورها و …)
-راندمان مورد نظر ـ وجود پله های مشابه در یک بانک خازنی باعث تقسیم کلیدزنی روی آنها و در نتیجه افزایش فاصله زمانی نیاز به سرویس بانک می شود.
-میزان دقت مورد نظر برای اصلاح ضریب قدرت استفاده از پله های کوچکتر باعث افزایش دقت در اصلاح ضریب قدرت می شود.
-بودجه در نظر گرفته شده برای خازن گذاری
بررسی مجموعه عوامل فوق و تجربیات بدست آمده نشان می دهد که: بجز موارد خاص، نتیجه مطلوب با در نظر گرفتن حدود 10 درصد قدرت مانور برای یک بانک خازنی که قدرت کل آن به دقت انتخاب شده باشد، حاصل خواهد شد. بعنوان مثال در یک بانک خازنی 300 کیلووار قدرت مانور حدود 30 کیلووار مناسب است که با توجه به سایر شرایط و امکانات آرایش 50×5+25×2 مناسب خواهد بود.
توضیح: قدرت مانوریک بانک خازنی را کوچکترین پله آن بانک خازنی تعیین می کند.
محاسبه اقتصادی نصب خازن اصلاح ضریب قدرت
با توجه به جریمه سنگین مربوط به مصرف قدرت راکتیو، محاسبات نشان می دهد که در صورت استفاده از خازنهای ضریب قدرت، علاوه براینکه ظرفیت قابل استفاده نیروگاهها افزایش خواهد یافت برای خود مصرف کننده نیز صرفه جویی های زیادی را به همراه خواهد داشت.
به مثال ذیل توجه شود:
مصرف کننده ای طبق مدار ذیل از یک دستگاه ترانسفورماتور 800 کیلوولت آمپر استفاده می کند. فاصله محل مصرف از ترانسفورماتور 100 متر و برای انتقال نیرو از کابل 120+240×3 میلیمرمربع استفاده شده است. ضریب قدرت 65/0 می باشد. برای بهبود ضریب قدرت می خواهیم از خازن استفاده نماییم. لذا ابتدا میزان خازن لازم و سپس تقلیل افت قدرت و ضریب قدرت اصلاح شده را محاسبه می نماییم و نهایتاً مشخص می کنیم که در ظرف چه مدتی، صرفه جویی در پرداخت بهای برق و عدم پرداخت جریمه قدرت راکتیو، هزینه تهیه و نصب خازن را جبران خواهد کرد.
برای این منظور فرض می کنیم که بهای 150 = C ریال برای هر کیلووات در هر ماه و جریمه ضریب زیان برای هر کیلووار ساعت 115 ریال است. ضمناً ولتاژ اتصال کوتاه اهمی ترانسفورماتور er=0.6 و ساعت کارکرد روزانه را 8 ساعت در نظر می گیریم.
شکل: 8
در نتیجه قدرت مصرفی توان راکتیو و اکتیو قبل از نصب خازن بشرح ذیل می باشد:
کیلووات P1=S.cosφ=800*0.65=520
Q1=S.sinφ=800*0.76=608 کیلووار
برای اینکه ضریب قدرت از 65/0 به 9/0 تبدیل شود برمبنای جدول مربوطه لازم است ضریب K را برابر 69/0 در نظر گرفته شود، در نتیجه میزان خازن لازم برابر است با:
520*0.69=358.8 کیلووار
که با توجه به عدد فوق توصیه می شود که حدوداً 375 کیلووار خازن در نظر گرفته شود.
در نتیجه پس از نصب خازنهای فوق، میزان قدرت راکتیو به 233 = 375 – 608 کیلووار تقلیل یافته و ضریب قدرت برابر خواهد شد با:
که با توجه به بالاتر بودن از ضریب قدرت 9/0، جریمه به عنوان ضریب زیان تعلق نخواهد گرفت.
همچنین با اضافه شدن خازنهای فوق به سیستم ، جریان راکتیو قبل و بعد از نصب خازن برابر خواهد بود با:
مقاومت کابل برای طول 100 متر مساوی با 003/0 اهم و مقاومت اهمیک ترانسفورماتور در طرف ثانویه برابر است با:
بدین ترتیب مقاومت کلی مدار (ترانسفورماتور و کابل) برابرخواهد بود با:
0.003+.012=.015 اهم در هر فاز
تقلیل افت مساوی است با:
در نتیجه با نصب خازن دیماند حدود 30 کیلووات تقلیل می یابد که خود می تواند صرفه جویی مستمر قابل ملاحظه ای در برداشته باشد و امکان استفاده بیشتر از ظرفیت ترانسفورماتور را فراهم آورد:
صرفه جویی ماهیانه بابت هزینه بهای دیماند=30*24000=720000
صرفه جویی بابت عدم پرداخت جریمه راکتیو در هر ماه نیز برابر خواهدبود با:
در حال حاضر میزان جریمه مصرف توان راکتیو به گونه ای است که هزینه سرمایه گذاری اولیه جهت نصب خازن ظرف مدتی در حدود 6 ماه مستهلک می شود.
انواع بانکهای خازنی و تجهیزات آنها
* انواع بانکهای خازنی
– بانکهای خازنی دیواری (WALL MOUNTED) از این نوع بانکهای خازنی در سطح فشار ضعیف و برای قدرتهای پایین تا حدود 100کیلووار) استفاده می شود. مزیت این بانکها کمم حجم بودن و قابلیت نصب آنها بر روی دیوار می باد و برای کارگاههای کوچک و مجتمع های مسکونی و موارد مشابه قابل استفاده می باشد.
– بانکهای خازنی ایستاده (FREE STANDING)
بانکهای خازنی دارای قدرت تا حدود 600 کیلوار در سطح فشار ضعیف و تا قدرت حدود 2000 کیلووار در سطح فشار متوسط معمولاً به این صورت ساخته می شوند. از این بانکهای خازنی برای جبران سازی پستهای توزیع برق در کارخانجات و پستهای توزیع زمینی شهری و همچنین تلمبه خانه ها و موارد مشابه استفاده می شود.
-بانکهای خازنی با اسکلت فلزی باز (OPEN RACK)
این نوع بانکهای خازنی اختصاصاً در سطوح ولتاژ فشار متوسط و فشار قوی و در قدرتهای چند مگاواری استفاده شده و معمولاً در پستهای فوق توزیع ودر فضای باز نصب می شوند.
* تجهیزات بانکهای خازنی
بانکهای خازنی عموماً دارای تجهیزات زیر یا تعدادی از آنها هستند:
-خازن
خازن اصلی ترین دستگاه در یک بانک خازنی می باشد و سایر تجهیزات برای کنترل و یا حفاظت آن در مجموعه بانک خازنی تعبیه می شوند. انتخاب خازن برای یک بانک خازنی با توجه به شرایط عنوان شده در بخش اول صورت می پذیرد.
-کنتاکتور
کنتاکتور برای وصل تمام یا قسمتی از یک بانک خازنی به شبکه عمدتاً در سطح ولتاژ فشار ضعیف و در مواردی فشار متوسط تا 12 کیلوولت مورد استفاده قرار می یگرد سابقاً از کنتاکتورهای معمولی که برای کلیدزنی الکترود موتورها تولید می شود با در نظر گرفتن تدابیری خاص برای کلیدزنی خازنها استفاده می شد ولی امروزه در فشار ضعیف از کنتاکتورهای مخصوص خازن استفاده می شود. این کنتاکتورها دارای کنتاکتهای کمکی پیش وصل شونده همراه با مقاومت سری هستند که در زمان کلیدزنی چند لحظه قبل از کنتاکتهای اصلی وصل می شوند و ولتاچ ترمینالهای خازن را تا حدی به ولتاژ شبکه نزدیک می کنند و بنابراین جریان هجومی تا حد زیادی محدود می شود. انتخاب کنتاکتور از جداول سازندگان کنتاکتور صورت می گیرد.
-فیوز و پایه فیوز
در بانکهای خازنی، کلید زنی خازنها با جریان هجومی همراه ا ست، لذا با در نظر گرفتن اضافه چریان هارمونیکی مجاز تا 30%، و اضافه ظرفیت مجاز خازن تا 15% انتخاب فیوز برای خازنها در رنجهی بالاتری نسبت به سایر مصرف کننده ها انجا می شود معمولاً ضریبی بین 5/1 تا 2 برابر جریان نامی خازن برای انتخاب فیوز اعمال می شود. در جدول زیر انتخاب فیوز بصورت نمونه برای خازنهای مختلف در سطح ولتاژ 400ولت آمده است. نوع فیوزهای مورد استفاده در این فیوزهای مصرف عمومی یعنی GL یا gg می باشد.
جدول 8
انتخاب پایه فیوز براساس فیوز انتخاب شده خواهد بود.
توضیح : در صورتیکه یک سری فیوز برای دو پله یک بانک خازنی استفاده شود ضریب انتخاب فیوز در حدود 4/1 اعمال می شود.
-انتخاب کابل و شینه های ارتباطی
با توجه به 30% اضافه جریان هارمونیکی مجاز و 15% اضافه ظرفیت مجاز خازن، کابل و شینه ها بایستی برای تحمل 5/1 برابر جریان نامی انتخاب شوند. جدول زیر انتخاب کابل برای سطح ولتاژ فشار ضعیف در دمای C ْ35 را برای قدرتهای مختلف خازن نشان می دهد در دماهای دیگر این مقادیر تعدیل می شوند.
جدول 9
-رگولاتور
عمل کنترل ورود و خروج پله های خازنی در یک بانک خازنی توسط رگولاتور انجام می شود انتخاب رگولاتور با توجه به موارد زیر صورت می گیرد:
الف ) تعداد پله های مورد نیاز
ب) سطح ولتاژ های اصلی و فرعی در دسترس در محل نصب بانک خازنی
ج) قابلیت های مورد نیاز
رگولاتورهای جدید با بهره گیری از امکانات میکروپروسسوری علاوه بر انجام عمل اصلی که کنترل پله های بانک خازنی است می توانند اع.مالی مانند حفاظت های مهم برای بانکهای خازنی مانند حفاظت در برابر اضافه جریانهای هارمونیکی، حفاظت در برابر اضافه دما، حفاظت در برابر اضافه ولتاژو … را انجام دهند.
-رآکتور (سلف)
راکتورهای محدودکننده جریان هجومی
راکتورهایی با اندوکتانس تا حدود 100 میکروهانری (معمولاً) هستند که برای محدود کردن جریان هجومی پله های بانکهای خازنی در زمان کلید زنی استفاده می شود. از این راکتورها عموماً در فشار متوسط استفاده می شود و در سطح فشار ضعیف تولید کنتاکتورهای مخصوص خازن نیاز به این راکتورها را از میان برده است.
راکتورهای حفاظت در برابر جریانهای هارمونیکی (Detuned Reactors)
این راکتورها برای جلوگیری از ورود جریانهای هارمونیکی به خازنها در شبکه های دارای آلودگی هارمونیکی بالا بصورت سری با خازنها نصب می شوند چون معمولاً مهمترین هارمونیکهای مزاحم موجوددر شبکه ها هارمونیکهای سوم و پنجم هستند و مقدار اندوکتانس این راکتورها به گونه ای محاسبه می شود که فرکانس تشدید آنها با خازن سری شده بین فرکانس هارمونیک سوم و پنجم واقع شود(یعنی حدود 200 هرتز) محاسبات ساده نشان می دهند امپدانس راکتور مورد نیاز در فرکانس شبکه حدود 6 تا 7 درصد امپدانس خازن سری با آن است. بنابراین این راکتورها به راکتورهای 6 درصد و یا 7 درصد نیز معروف هستند. این راکتورها هم در فشار ضعیف و هم در فشار متوسط کاربرد دارد.
راکتورهای فیلتر (Tunde Reactors)
در شبکه های با آلودگی هارمونیکی بسیار بالا لازم است آلودگی شبکه تصفیه شود. برای این منظور از فیلترهای هارمونیکی استفاده می شود. فیلترها شامل تعدادی ترکیب سری خازن ـ رآکتور هستند. که برای فیلتر هر هارمونیک یکی از این ترکیبها در نظر گرفته شده است. یعنی در هر ترکیب امپدانس خازن و امپدانس راکتور طوری محاسبه می شود که فرکانس تشدید آن دقیقاً همان فرکانس مورد نیاز برای فیلتر باشد فیلترها هم در فشار ضعیف و هم در فشار متوسط کاربرد دارند.
راکتورهای تخلیه سریع
در مواردی که نیاز به تخلیه سریع یک خازن وجود داشته باشد از این راکتورها که دارای امپدانس AC بسیار بالا و امپدانس DC کم هستند استفاده می شود این راکتورها بصورت موازی با ترمینالهای خازنها نصب می شوند از این راکتورها بیشتر در سطح فشار متوسط استفاده می شود.
انواع حفاظت در بانکهای خازنی
حفاظت در بانکهای خازنی فشار ضعیف:
حفاظت در بانکهای خازنی فشار ضعیف علاوه بر اینکه خازنها می توانند دارای سیستم حفاظتی داخلی مانند فیوز داخلی یا قطع کننده اضافه فشار و … باشند حفاظتهای دیگری مانند فیوز برای حفاظت اتصال کوتاه، حسگرهای دما برای تشخیص اضافه دما، ابزار سنجش میزان آلودگی هارمونیک و برای جلوگیری از اضافه جریان غیرمجاز و موارد دیگر استفاده می شود امروزه رگولاتورهایی ساخته شده اند که اکثر پارامترهای مذکور را اندازه گیری و فرمانهای مناسب را برای ارسال آلارم و یا قطع بانک خازنی انجام می دهند.
حفاظت بانکهای خازنی فشار متوسط
* فیوز داخلی: بنا بر نیازهای تعیین شده ظرفیت و سطح ولتاژ، یونیهای خازنی می توانند با فیوز داتخلی ساخته شوند این فیوزها در صورت بروز خطا در داخل یونیت خازن فقط ا لمان خازن مربوط به خود را قطع می کنند و یونیت خازنی با ظرفیتی تا حدودی کمتر از ظرفیت قبل به کار خود ادامه می دهد.
* فیوز خارجی برای حفاظت هریونیت خارجی از این فیوزها استفاده می شود عملکرد آنها مشابه کات – اوت فیوزها می باشد.
* حفاظت عدم تعادل جریانی: در پاره ای از بانکهای خازنی یونیهای خازنی را بصورت ستاره دوبل نصب می نمایند. نقطه خنثای دو تساره از طریق یک ترانس جریان بهم وصل می شوند و در صورت بروز خطا در هر یک از این یونیها عدم تعادل در نقطه خنثای دو ستاره باعث عبور جریان از اتصال ا رتباطی دو ستاره و در نتیجه اعلام خطا و یا قطع شدن بانک خازنی توسط سیستم قطع کننده بانک خازنی می شود.
* حفاظت عدم تعادل ولتاژ: در بعضی از بانکهای خازنی که بصورت ستاره بسته می شوند نقطه خنثی از طریق یک ترانس ولتاژ به ارت وصل می شود. بروز خطا در بانک خازنی باعث انحراف ولتاژ نقطه خنثی و اعلام خطا یا قطع شد بانک خازنی از طریق سیستم قطع کننده بانک خازنی می شود.
* حفاظت های مرسوم در سطح ولتاژ متوسط مانند حفاظت اضافه جریان، اتصال کوتاه با استفاده از رله های حفاظتی در بانکهای خازنی فشار متوسط نیز در صورت لزوم استفاده می شوند، همچنین حفاظتهای اشاره شده در بخش 3-1 در سطح فشار متوسط نیز قابل استفاده هستند.
فصل سوم
طراحی بانک های خازنی در شبکه های دارای هارمونیک
جبران سازی توان راکتیو یکی از ابزار بهینه سازی هزینه انرژی و برگشت سریع سرمایه است. در طول چند سال گذشته با بهره گیری از مواد جدید و روش های تولید پیشرفته، خازن هایی با تلفات بسیار اندک در حجم های کوچک ساخته شده است. با توسعه و تولید کنتاکتورهای خازنی و رگولاتورهای میکروپروسسوری بسیار پیشرفته که تضمین کننده رفتار مناسب و بهینه بانک خازنی به تغییرات بار است، بانک های خازنی کاملاً قابل اعتماد گردیده اند.
بهینه سازی هزینه ی انرژی و برگشت سریع سرمایه است. در طول چند سال گذشته با بهره گیری از مواد جدید و روش های تولید پیشرفته، خازن هایی با تلفات بسیار اندک در حجم های کوچک ساخته شده است. با توسعه و تولید کنتاکتورهای خازنی و رگولاتورهای میکروپروسسوری بسیار پیشرفته که تضمین کننده ی رفتار مناسب و بهینه ی بانک خازنی به تغییرات بار است بانک های خازنی کاملاَ قابل اعتماد گردیده اند.
با ا ین وجود دلایل بسیاری بر لزوم آشنایی مشاوران و مصرف کنندگان با جنبه های پیچیده این موضوع وجود دارد.
به دلیل افزایش اعوجاج های هارمونیکی در شبکه های فشار ضعیف و متوسط طراحی بانک های خازنی بسیار مشکل و پیچیده شده اند. یکسوسازها، کنترلرهای الکترونیکی موتورها، مبدل های فرکانس و دیگر بارهای الکترونیکی برای جبران توان راکتیو مصرفی ، نیاز به خازن دارند و در عین حال این مصرف کنندگان مولد هارمونیک هستند. در صورت نزدیک بودن فرکانس رزونانس مجموعه ترانسفورمر و خازن به فرکانس هارمونیک ها، امکان وقوع خطر بسیار محتمل است.
بنابراین به منظور اجتناب از مسائل و هزینه های بعدی قویاً پیشنهاد می گردد تا افراد با تجربه برای دستیابی به طرحی مناسب مورد مشاوره قرار گیرند.
هارمونیک چیست؟
در شبکه های فشار ضعیف کنونی شاهد رشد روزافزون مصرف کنندگانی هستیم که جریان غیرسینوسی از شبکه می کشند. عبور این جریان غیرسینوسی از امپدانس شبکه افت ولتاژی را ایجاد می نماید که باعث اعوجاج ولتاژ سینوسی شبکه می شود. این اعوجاج ها را می توان با سری فوریه بسط داد، تمامی موج ها (جمله های سری فوریه) با فرکانس مضرب صحیحی از فرکانس پایه (فرکانس شبکه) هارمونیک نامیده می شود.
جدول 10
مثالی از ولتاژ خط تخریب شده توسط هارمونیک
شکل 9
5% دامنه هارمونیک پنجم، 4% دامنه هارمونیک هفتم و 5/2% دامنه هارمونیک یازدهم
بارهای صنعتی تنها مولدین هارمونیک نیستند، بلکه مصارف خانگی نیز اثر قابل توجهی دارند. معمولاً بارهای غیرخطی مولد هارمونیک های فرد هستند و در شبکه غالباً با هارمونیک های مرتبه سوم، پنجم، هفتم، یازدهم، و سیزدهم مواجه هستیم.
هارمونیک ها کجا به وجود می آیند؟
* در شبکه فشار ضعیف صنعتی: به ویژه هنگامی که تغییردهنده های سرعت موتورهای القایی نصب شده باشند.
* در تمامی ساختمان های مسکونی و تجاری: تمامی تلویزیون ها کامپیوترها لامپ های کم مصرف مولد هارمونیک هستند.
*
شکل 10
شکل 11
شکل 12
هارمونیک ها تا قبل از نصب خازن
دامنه و تنوع هارمونیک ها بستگی به تعداد بارهای غیرخطی نصب شده در شبکه دارد. به عنوان مثال:
اگر مبدل 6 پالسه تایریستوری با قدرت 50% قدرت ترانسفورمر در شبکه ای نصب شده باشد، هارمونیک پنجم با دامنه ی 4% و هارمونیک هفتم با دامنه ی 3% در شبکه وجود خواهد داشت.
اگر تعداد زیادی مبدل تایریستوری در شبکه نصب شوند، به دلیل اختلاف فاز جریان های آنها، اثر هارمونیک های مبدل کمتر می شود.
به عنوان مثال اگر مبدل تایریستوری با توان کلی 25% توان نامی ترانسفورمر در شبکه نصب شوند، هارمونیک ها تقریباً به صورت زیرند:
هارمونیک پنجم با دامنه 1 الی 5/1 درصد دامنه موج اصلی
هارمونیک هفتم با دامنه 7/0 الی 1 درصد دامنه موج اصلی
اثر بانک خازنی بر دامنه هارمونیک ها
یک بانک خازنی بدون فیلتر همراه با اندوکتانس های شبکه تشکیل مدار رزونانسی می دهد و در صورت حضور هارمونیک با فرکانس نزدیک به فرکانس رزونانس، اضافه ولتاژ و جریان های رزونانسی رخ می دهد. یک روش سر انگشتی برای محاسبه فرکانس رزونانس به شرح زیر است:
شکل 13
قدرت اتصال کوتاه شبکه = 〖S 〗_k
ظرفیت بانک خازنی = Q_c
* توسط مشخصات ترانسفورمر مشخص می گردد.
* حدود 10% به دلیل امپدانس شبکه فشار متوسط کاهش می یابد.
* برحسب فاصله بین ترانسفورمر و خازن تغییر می کند، یعنی هر قدر فاصله بیشتر باشد، قدرت اتصال کوتاه کمتر است.
* برای اکثر کاربردها می توان از فرمول تقریبی زیر استفاده کرد:
که در آن S_( n) قدرت طبیعی ترانسفورمر〖، U〗_kولتاژ اتصال کوتاه ترانسفورمر، S_kقدرت اتصال کوتاه شبکه است.
مثال:
در شبکه ای 1000 کیلو ولت آمپر و امپدانس نسبی ترانسفورمر 6% و قدرت نامی ترانسفورمر 15 مگاولت آمپر و فرکانس 50 هرتز است. در صورت نصب 300 کیلووار خازن فرکانس رزونانس 353 هرتز خواهد بود. هنگام قطع و وصل پله های بانک خازنی فرکانس رزونانس شبکه تغییر می کند و معمولاً در اطراف فرکانس های هارمونیک ها قرار می گیرد. در صورتی که فرکانس رزونانس نزدیک به فرکانس یکی از هارمونیک ها باشد، ولتاژ هارمونیکی به دلیل ماهیت شبکه رزونانسی، افزایش می یابند و حتی دامنه آنها 5 برابر یا بیشتر می شود. در شکل زیر مشخصه رزونانس یک بانک 400 کیلووار در شبکه فشار ضعیفی یا ترانسفورمر 1000 کیلوولت آمپر به ازای ظرفیت های متفاوت ترسیم شده است.
شکل 14
با استفاده از ضریب تقویت ولتاژ هارمونیکی برای یک بانک خازنی می توان احتمال وقوع رزونانس را پیش بینی کرد.
ولتاژ و جریان بانک خازنی بدون فیلتر
در شرایط رزونانس مقدار موثر ولتاژ شبکه بسیار ناچیزی تغییر می کند در حالی که جریان موثر بانک خازنی شدیداً افزایش می یابد. به عنوان مثال:
حضور هارمونیک یازدهم با دامنه ی 10% موج اصلی موجب:
* افزایش ولتاژ موثر به میزان 5/0%
* افزایش پیک ولتاژ به میزان 8% الی 10%
* جریان موثر خازن به میزان 50% خواهد داشت.
شکل 15
توان تحمل اضافه جریان های زیاد به صورت دائمی از وجوه بسیار با اهمیت کیفیت یک خازن است.
خازن های تولیدی با مشخصات:
سطح ولتاژ قابل تحمل تا 470 ولت،
تحمل بیش از دو برابر جریان نامی، و
تحمل پیک جریان بیش از 330 برابر جریان نامی
مناسب چنین شرایطی هستند.
در صورت محتمل بودن وقوع رزونانس چه باید کرد؟
یکی از مهم ترین جنبه های طراحی بانک های خازنی در حضور هارمونیک، پاسخ به سوال فوق است.
به عنوان مثال موارد زیر در طراحی تعیین کننده هستند:
هیچ مولد هارمونیکی در سمت فشار ضعیف و هیچ هارمونیکی در ولتاژ طرف فشار متوسط وجود ندارد ولی فرکانس رزونانس کمتر از 400 هرتز است. در ولتاژ شبکه فشار متوسط هارمونیک وجود دارد و امکان کاهش فرکانس رزونانس شبکه به کمتر از 400هرتز در اثر تغییر ساختار شبکه وجود دارد.
آیا در آینده سسیتم الکترونیک قدرت بزرگی در شبکه نصب خواهد گردید؟
تحلیل کننده شبکه FRAKO مدل EMA1100 به منظور حفاظت بانک خازنی در مقابل وقوع رزونانس های نادر به کار می رود. این دستگاه بر پارامترهای سه فاز شبکه نظارت می کند و در صورت افزایش دامنه ی هارمونیک ها بانک خازنی را قطع می نماید. با کاهش مجدد هارمونیک ها مجدداً بانک را به مدار می آورد. حداکثر مقادیر اندازه گیری شده در حافظه ذخیره شده، توسط سیستم سریال RS485 قابل دستیابی است.
شکل 16
در شبکه ها با بار سه فاز متعادل رگولاتورهای اصلاح ضریب قدرت قابل استفاده هستند. رگولاتورها جریان هارمونیکی بانک خازنی را محاسبه می نمایند و در صورتی که از حد تنظیم شده ای فراتر رود، بانک را قطع می نماید. با کاهش دامنه هارمونیک ها مجدداً به مدار وارد می گردد. در شرایطی که وقوع رزونانس قویاً امکان پذیر است باید بانک به فیلتر مجهز گردد.
شکل17
طراحی بانک خازنی برای شبکه هارمونیکی
ترکیبی از اطلاعات زیر در طراحی بانک مفید واقع می گردند.
* اندازه گیری هارمونیک های ولتاژ و جریان در طی چند روز بدون حضور هیچ گونه خازنی چه در سمت فشار ضعیف و چه در سمت فشار قوی
* محاسبه ی فرکانس رزونانس تئوری
* حداکثر مقدار دامنه هارمونیک اندازه گیری شده، در ضریب تقویت به دست آمده از تحلیل کننده شبکه ضرب می گردد.
* مثال: در یک شبکه فشار ضعیف، با ترانسفورمر 1000 کیلووات آمپر (به شکل صفحه 3 مراجعه کنید) هنگامی که بانک خازنی کامل (400 کیلووار) در مدار است هارمونیک پنجم سه برابر می شود و در ظرفیت 250 کیلووار هارمونیک هفتم 4 برابر می شود. اگر هارمونیک های زیر در شبکه فشار متوسط حضور داشته باشند:
4% هارمونیک مرتبه 3 (150 هرتز)
5% هارمونیک مرتبه 5 (250 هرتز)
4% هارمونیک مرتبه 7 (350 هرتز)
3% هارمونیک مرتبه 11 (550 هرتز)
1/2% هارمونیک مرتبه 13 (650 هرتز)
در این مثال می پذیریم که دامنه ولتاژهای هارمونیکی از میزان تعیین شده در استانداردها فراتر رود فقط در صورتی که بدون جبران سازی:
* دامنه هارمونیک مرتبه 5 بیش از 2% یا
* دامنه هارمونیک مرتبه 7 و بالاتر بیش از 1% باشد.
* در چنین شرایطی قویاً توصیه می گردد از بانک خازنی مجهز به القاگر استفاده شود.
یک بانک خازنی با فیلتر چگونه کار می کند؟
فیلترهای هارمونیکی فرکانس رزونانس کمتر از 250 هرتز را کاهش می دهند.
تمامی هارمونیک ها با فرکانس کمتر از 250 هرتز قابل صرف نظر کردن هستند.
بانک خازنی همراه با القاگر، اتصال سری چوک فیلتر با خازن است. فرکانس رزونانس این مجموعه باید کمتر از 250 هرتز در نظر گرفته شود. در چنین شرایطی برای فرکانس های بیش از 250 هرتز رفتار القایی نشان می دهد. بانک خازنی فیلتردار بخشی از هارمونیک ها را جذب می نماید. شکل زیر ضریب تقویت ولتاژ هارمونیکی در یک بانک خازنی مجهز به فیلتر را به ازای ظرفیت های (پله های) گوناگون نشان می دهد:
شکل18
بانک های مجهز به فیلتر براساس فرکانس رزونانس مدار فیلتر یا براساس درصد افت ولتاژ نسبی القاگر (نسبت افت ولتاژ بر روی القاگر به افت ولتاژ روی خازن) مشخص می شوند. دو مقدار مذکور توسط رابطه زیر به یکدیگر مرتبط می شوند:
در فرکانس 250 هرتز امپدانس مجموعه خازن و چوک برابر امپدانس خازن بدون فیلتر تقسیم بر ضریب X می باشد. در فرکانس هارمونیک مرتبه 5 بانک خازنی همراه با فیلتر هارمونیک دارای
مشخصه جذب است اگر X>1
مشخصه جذب است اگر X<1
جدول 11
مثال: 4% هارمونیک مرتبه 5 در ولتاژ شبکه حضور دارد. بانک خازنی هارمونیک مرتبه 5 را برحسب مشخصات جدول زیر جذب می نماید. (Inجریان نامی بانک خازنی است):
موارد زیر باید در انتخاب بانک خازنی مدنظر قرار گیرند:
* بانک های خازنی مجهز به فیلتر نباید همراه با بانک های خازنی بدون فلتر در یک شبکه فشار ضعیف مشترک استفاده شوند.
* بانک های خازنی مجهز به فیلتر با فرکانس های رزونانس متفاوت را به صورت موازی می توان نصب کرد. در این شرایط احتمال تحت اضافه بار قرار گرفتن بانک با فرکانس رزونانس بالاتر وجود دارد.
* در آینده ای نه چندان دور شبکه ایران بیش از پیش تحت تاثیر هارمونیک قرار می گیرد.
* در این راهنما تنها اطلاعاتی مختصر و کلی ارائه گردید. ارائه کامل مطالب مربوط به این موضوع در یک راهنما امکان پذیر نیست.
* بهترین نتیجه هنگامی به دست می آید که از افراد متخصص با تجربه طولانی در هر زمینه یاری گرفته شود.
بررسی تخصصی : مقابله با هارمونیک ها
تا به امروز راه حل های اقتصادی بسیار ناچیزی برای کاهش هارمونیک ها به مصرف کنندگان قدرت ارائه شده است. روش معمول، نصب المان های پاسیو در محل تولید هارمونیک ها برای حذف یا تضعیف هارمونیک ها است که به معنی نصب مدار خارنی و سلفی جداگانه برای اثرگذاشتن بر هر هارمونیک است. اکنون مشکل با نصب فیلترهای اکتیو هارمونیک حل می شود.
مضارب صحیح فرکانس اصلی به نام هرمونیک شناخته شده اند ومعمولاً هر هارمونیک را با شماره آن شناسایی می کنند. بنابراین فرکاسن هارمونیک پنجم 250 هرتز خواهد بود.و تحلیل ریاضی نشان می دهد که هر شکل موج متناوب را می توان به مجموع چند شکل موج کاملاً سینوسی و دارای فرکانس های مضارب صحیح فرکانس اصلی تبدیل کرد. در صورتی که مصرف کننده جریان کاملاً سینوسی از شبکه نکشد، این هارمونیک ها به وجود می آیند.
شکل موج جریان تعیین کننده دامنه و تعداد هارمونیک ها است. هرچه این شکل موج تفاوت بیشتری با شکل موج سینوسی داشته باشد، دامنه و تعداد هارمونیک ها نیز بیشتر و بزرگتر است.
اصول کار فیلترهای هارمونیک
اصل کار فیلترهای هارمونیکی در یک مدار راکتیو است که هارمونیک ها را جذب نمی کند بلکه به میزان لازم هارمونیک تزریق می کند. ابتدا توسط یک ترانس جریان مقدرا جریان لحظه ای بار اندازه گیری می شود. سپس بخش کنترلی مدار با تحلیل فوریه دامنه و تعداد هارمونیک ها را به دست می آورد. سپس همان میزان جریان ولی با 180 درجه اختلاف فاز به مدار تزریق می شود و در نتیجه جریان حاصله کاملاً سینوسی و بدون هارمونیک است. یک مزیت دیگر انعطاف پذیری مدار فوق است و بسته به میزان هارمونیک ها جریان تزریقی کم و زیاد می شود.
حتی در زمان اضافه بار فیلتر خاموش نمی شود بلکه حداکثر دامنه جریان را به مدار تزریق می کند که بخش عظیمی از هارمونیک ها را جبران می کند. گسترش سیستم نیز حتی در صورت وجود چند فیلتر امکان پذیر است و با تغییر شرایط شبکه فیلتر در محدوده مقادیر نامی خود، با شرایط جدید وفق داده می شود.
شکل19
اهمیت تاسیسات الکتریکی
نصب صحیح تاسیسات الکتریکی در کارکرد درست سیستم جبران هارمونیک از اهمیت بالایی برخوردار است. نوع شبکه و کیفیت تجهزات نصب شده نه تنها بر عملکرد درست فیلتر هارمونیک اثر می گذارند بلکه امکان اغتشاش در منبع تغذیه نیز وجود دارد. در هر تاسیسات الکتریکی اتصال زمین از اهمیت خاصی برخوردار است. اتصال زمین خوب و موثر پایه و اساس هر تاسیسات الکتریکی است. در صورت وجود اشکال در اتصال زمین امکان پارازیت در ولتاژ، تداخل های الکترومغناطیسی و انتشار هارمونیک های ناخواسته در سیستم وجود دارد. کارکرد اصلی اتصال زمین جلوگیری از خسارت های مالی و جانی در زمان بروز خطا است. این تنها روش فعال کردن رله اضافه جریان و قطع به موقع ولتاژ است.
جداسازی سیم زمین مدار از سیم زمین حفاظتی
در صورتی که این جداسازی انجام نشود، به دلیل وجود جریان در این سیم ها و تشکیل میدان مغناطیسی در اطراف آن اثرات بدی خواهد داشت. و باعث ایجاد تداخل در کابل های شبکه از و بین رفتن اطلاعات می شود. اتصال سیم زمین به هادی هایی نظیر لوله آب و گاز باعث اضافه جریان رد این بخش ها می شود و باعث پارازیت در ولتاژ و خوردگی این بخش ها می شود و باعث پارازیت در ولتاژ و خوردگی در لوله ها می شود. بنابراین در تاسسیات مدرن همواره دقت خاصی به جدا کردن سیم زمین و سیم خنثی می گردد. عدم توجه به این مساله مثلاً باعث ایجاد لرزش در تصویر مونیتورها و اغتشاش در خطوط تلفن می شود که به دلیل وجود مقدار زیادی هارمونیک سوم در سیم زمین و سیم خنثی است.
شکل20
یک مثال عملی
یک کامپیوتر معمولی با منبع تغذیه 250 واتی جریان تنشی حدود 1 میلی آمپر دارد که دارای مولفه اصلی 50 هرتزی و هارمونیک های آن است. جریان های تنشی باعث آلوده سازی سیم زمین می شود ولی در کل سیستم را به خطر نمی اندازد. ولی وقتی که 100 کامپیوتر در شبکه موجود باشد، جریان تنشی در حدود 1/0 آمپر است. با فرض اینکه مقاومت سیم زمین 1 اهم باشد، افت ولتاژ حدود 1/0 ولت خواهد بود. کل سیستم زمین معمولاً مقاومت کمی دارد. ولی در سیستمی با جریان نامی حدود 100 آمپر جریان هارمونیک سوم حدود 40 آمپر می شود و افت ولتاژ حدود 40 ولت خواهد بود.
این یک مثال کلاسیک از فیلتر هارمونیک است با حذف هارمونیک ها در سطح توزیع مصرف کنندگان دیگر از مضرات هارمونیک ها به دور خواهند بود. این عمل تنها در صورت مجزا بودن سیم های زمین و خنثی میسر است.
فصل چهارم
راهنمای اصلاح ضریب توان
تصحیح ضریب توان یکی از بهترین سرمایه گذاری ها برای کاهش هزینه های انرژی است که در زمانی اندک هزینه خود را بر می گرداند. پیشرفت های صورت گرفته در سال های اخیر، قابلیت اطمینان و ظرفیت سیستم های جبران سازی را افزاشی داده و نصب آن را ساده نموده است.
در بسیاری از موارد طراحی سیستم و برآورد ابعاد آن به دلیل افزایش سالانه هارمونیک ها چه در شبکه های فشار ضعیف و چه در شبکه های متوسط، سخت تر شده است. مبدل های قدرت، کنترل کننده های موتوری، مبدل های فرکانس ثابت، تلویزیون ها و کامپیوترها به شبکه هارمونیک تزریق می کنند. این هارمونیکها ممکن است توسط امپدانس ها و خازن های شبکه تقویت شود.
باید در موقع طراحی اولیه راه حل هایی اساسی پیش بینی شود تا از مشکلات بعدی جلوگیری گردد. بیش از 18 سال است که متخصصان تدابیر اساسی در مورد تحلیل شبکه انجام داده اند و در این زمینه مقالات متعددی به چاپ رسانده اند. بنابراین کاملاَ مناسب به نظر می رسد که خلاصه و ماحصل این تحقیقات در یک راهنما به صورت یکپارچه به چاپ برسد.
سیستم های تصحیح ضریب توان برای کاهش هزینهها نصب می شوند و در طول مدت 5/1 تا 3 سال هزینه خود را بر می گردانند و بعد از آن سیستم به سوددهی می رسد. بنابراین سیستم جبران سازی باید تا مدت زیادی به کار خود ادامه دهد. یکی از بزرگترین چالش های فراکوه ساخت خازن هایی با قیمت کمتر و طول عمر بیشتر است.
* طول عمر بسیار زیاد که در عمل امتحان خود را پس داده است.
* مشخصه کیفیت بارگذاری بسیار عالی.
طول عمر بسیار زیاد که در عمل امتحان خود را پس داده است شامل نظارت بسیار دقیق و ثبت همه موارد خرابی خازن ها است. متخصصان از سال 1991 تا به حال آمار خرابی ها را نگهداری می نموده و در این مدت تعداد خرابی ها حدد 200 عدد در یک میلیون خازن گزارش شده است.
مشخصه کیفیت بارگذاری بسیار عالی، به این معنی است که خازن های قدرت فراکوه می توانند:
> جریانی 2 برابر جریان نامی خود در سطح 400ولت را به صورت دائمی تحمل کنند.
> جریانهای لحظه ای تا حدود 330 برابر جریان نامی در سطح 400 ولت را تحمل کنند.
> اضافه ولتاژ 440 ولت (یعنی 7% ولتاژ نامی) تا 525 ولت (یعنی 14% ولتاژ نامی) در سطح 400 ولت را تحمل کنند.
> دمای بدنه حدود 4- درجه تا 75+ درجه سانتیگراد را تحمل کنند.
تجارب عملی فراکوه و کیفیت محصولات این شرکت همواره در جهت سودرسانی به مشتری در اولویت بوده است. شرکت فراکوه امیدوار است که این دفترچه راهنما مرجع جدانشدنی همه متخصصان این امر گردد.
اصول:
پیش از پرداختن به جزئیات جبران سازی و چگونگی کنترل سیستم جبران سازی لازم است تا اطلاعات اولیه ای درباره جریان متناوب ارائه شود.
توان اکتیو
در یک بار اهمی خالص بدون قسمت سلفی یا خازنی، مثل بخاری برقی، عبور از صفر جریان و ولتاژ روی هم قرار می گیرد (شکل 1). جریان و ولتاژ در این حالت اصلاحاً هم فاز هستند. از ضریب مقادیر لحظه ای ولتاژ(U) و جریان (I)شکل توان اکتیو لحظه ای محاسبه می شود. فرکانس توان دو برابر فرکانس شبکه است و کاملاً در قسمت بالا (مثبت) واقع می شود. چون حاصل ضرب دوعدد منفی همیشه عددی مثبت است. (-V).(-I)=(+P)
توان اکتیو به فرمی غیرالکتریکی (مثل حرارت، نور، توان مکانیکی) تغییر شکل می یابد و از طریق کنتور ثبت می شود.
در بار اهمی خالص، توان اکتیو از حاصل ضرب مقدار موثر جریان(I) و ولتاژ(U) محاسبه می شود.
شکل 20: ولتاژ،جریان وتوان در بار اهمی(Φ=0°)
توان اکتیو و راکتیو:
در عمل، بیشتر اوقات بار خالص اهمی وجود ندارد. بلکه قسمت سلفی نیز به آن اضافه می گردد. این مطلب در تمامی مصرف کنندگانی که به میدان مغناطیسی احتیاج دارند مثل موتور آسنکرون، راکتور و ترانسفورماتور صادق است. همچنین مبدل ها و یکسوسازها برای کموتاسیون محتاج توان راکتیو هستند. جریانی که میدان مغناطیسی را به وجود می آورد و باعث تغییر قطب های آن می گردد، مصرف نشده بلکه به عنوان جریان راکتیو بین بار و ژنراتور رفت و آمد می کند. همانطور که در شکل 2 نشان داده شده است. عبور از صفر ولتاژ و جریان دیگر بر روی یکدیگر قرار نمی گیرند و تاخیری بین آن دو وجود دارد. در بارهای اندوکتیو جریان بعد از ولتاژ حرکت کرده و در بارهای خازنی جریان جلوتر از ولتاژ حرکت می کند. در این وضعیت از رابطه مقدار توان لحظه ای محاسبه می شود، چرا که اگر یکی از دو عدد منفی باشد، حاصل منفی می گردد.
مثالی با تاخیر فاز انتخاب شده این اختلاف فاز برابر ضریب توان 707/0 است. بخشی از منحنی توان در محدوده منفی قرار می گیرد در این حالت توان اکتیو این گونه محاسبه می شود:
شکل 21: ولتاژ،جریان و توان در بار اهمی -سلفی(Φ=45°)
توان راکتیو:
در موتورها و ترانسفورماتورهای بی بار، اگر تلفات کابل ها، آهن و اصطکاک نادیده گرفته شود، آنچه باقی می ماند تنها توان راکتیو سلفی است.
در صورتی که منحنی های ولتاژ و جریان با یکدیگر ْ90 اختلاف فاز داشته باشند نیمی از منحنی توان در ناحیه مثبت و نیمی دیگر در ناحیه منفی قرار می گیرد. در این حالت توان اکتیو صفر است چون ناحیه مثبت و ناحیه منفی برابر هستند. توان راکتیو که برای به وجود آوردن میدان الکترومغناطیسی بین ژنراتور و مصرف کننده در حال نوسان است، از رابطه درون کادر زیر به دست می آید:
شکل 22:ولتاژ،جریان وتوان در بار کاملا سلفی(Φ=90°)
توان ظاهری:
توان ظاهری یک شبکه مشخص کننده میزان بارپذیری آن شبکه است.
ژنراتور، ترانسفورماتورها، کلیدها، فیوزها و مقاطع سیم ها و کابل ها می بایستی برای توان ظاهری شبکه انتخاب گردند.
توان ظاهری حاصل ضرب مقدار ولتاژ و جریان بدون در نظر گرفتن اختلاف فاز آنها است.
توان ظاهری از جمع هندسی توان موثر و توان راکتیو به دست می آید.
شکل 23:دیاگرام قدرت
ضریب توان
از کسینوس زاویه اختلاف فاز جریان و ولتاژ می توان اجزاء ظاهری و موثر توان ها، ولتاژ ها، و جریان ها را محاسبه نمود؛ و عمل ضریب توان بدین صورت تعریف می شود:
در دستگاه های الکتریکی اصولاً ضریب توان برای بار کامل نوشته می شود. از آنجایی که شبکه برای توان ظاهری خاصی طراحی شده است، لذا سعی بر این است که مقدار توان ظاهری حتی الامکان پایین نگهداشته شود. در صورتی که خازن های مناسب به صورت موازی و در کنار مصرف کننده نصب شوند، بخشی از توان راکتیو بین خازن و مصرف کننده نوسان کرده، باقیمانده از این شبکه کشیده می شود که میزان بارگذاری راکتیو شبکه را کاهش می دهد. در صورتی که به وسیله ی جبران سازی، ضریب توان به یک برسد در شبکه تنها جریان موثر وجود خواهد داشت.
〖 Q〗_(c )توان راکتیوی که از خازن گرفته می شود، از اختلاف توان اکیتو 〖 Q〗_1 قبل از جبران سازی و بعد از جبران سازی 〖 Q〗_2به دست می آید.لذا: 〖 Q〗_c=〖 Q〗_1-〖 Q〗_2
شکل 24:دیاگرام اثر جبران سازی
چرا جبران سازی؟
توان راکتیوی که بین ژنراتور و مصرف کننده در حال نوسان است در شبکه به گرما مبدل می شود. مولدها، ترانسفورماتورها، کابل ها و سیم کشی ها و کلیدها نیز بر اثر آن تحت اضافه بار قرار گرفته که تلفات و افت ولتاژ را به همراه دارند. در صورت زیاد بودن مقدار توان اکتیو مصرفی ممکن است کابل ها و سیم های دارای مقاطع بزرگ تری به کار گرفته شوند.
از نظر وزارت نیرو کوچک بودن ضریب توان، هزینه های تولید و انتقال و توزیع مخارج سرمایه گذاری و نگهداری تجهیزات در شبکه تولید برق را افزایش می دهد. این مخازن به هزینه قبض های برق مصرف کننده ها اضافه می شود. به همین دلیل در مجاورت کنتور راکتیو یک کنتور راکتور نیز نصب می شود.
شکل 25:جریان اکتیو و راکتیو در شبکه بدون تجهیزات جبران سازی
شکل 26:جریان اکتیو و راکتیو در شبکه به همراه تجهیزات جبران سازی
مزایای خازن گذاری
استفاده اقتصادی از
* ژنراتورها
* ترانسفورماتورها
* سیم ها و کابل ها
* کلیدها
کاهش تلفات و افت ولتاژ؛ در نتیجه
* مخارج کم انرژی
جبران سازی انفرادی
در ساده ترین فرم، یک خازن با مقدار مناسب، موازی هر مصرف کننده سلفی نصب می شود. بدین وسیله به صورت چشم گیری از بار سیم ها و کابل ها کم می شود. باید دقت کرد که خازن فقط در محدوده زمانی فعالیت دستگاه مورد استفاده واقع می شود. در ضمن نصب خازن برای جبران سازی انفرادی دستگاهها ساده نیست. (از قبیل مسائلی چون مکان و یا مخارج مونتاژ و نصب آن).
کاربرد
* جهت جبران سازی توان راکتیو بی باری ترانسفورماتورها
* برای موتورهای دائم کار
* برای موتورهای کم بار یا با کابل طولانی
مزایا
* شبکه داخلی کاملاً از جریان راکتیو پاک می شود.
* مخارج کمتر برحسب kVAr
معایب
* جبران سازی در تمام کارخانه پخش شده است.
* نصب پیچیده
*
* به طور کلی به خازن بیشتری نیاز است چون که توجهی به ضریب هم زمانی نمی شود.
شکل 27: مثالی از جبرانسازی انفرادی
جبران سازی گروهی
دستگاه هایی که به صورت گروهی نصب شده اند، به جای خازن های مختلف کوچک یک خازن مناسب بزرگ نصب می شود.
کاربرد
* برای مصارف سنگین سلفی در صورتی که با هم به کار گرفته شوند.
مزایا
* شبیه جبران سازی انفرادی ولی اقتصادی تر
معایب
* فقط برای مصرف کننده های گروهی که با هم کار می کنند قابل استفاده است.
شکل 28:مثالی از جبران سازی گروهی
جبران سازی مرکزی
کل جبران سازی به صورت متمرکز مثلاً در ورودی فشار ضعیف نصب می شود. بدین طریق تمام توان راکتیو مورد نیاز پوشش داده می شود. کل توان خازن به پله های متعدد تقسیم شده و به وسیله یک رگولاتور توان راکتیو از طریق کنتاکتورها، بسته به وضعیت بار به مدار وارد یا خارج می شوند.
این روش امروزه در بیشتر مواقع مورد توجه قرار می گیرد، چرا که جبران سازی مرکزی بدین طریق می تواند به آسانی تحت کنترل قرار گیرد. تنظیم کننده های راکتیو مدرن می توانند دائماً وضعیت کلیدها، ضریب توان و جریان اکتیو و راکتیو و همچنین هارمونیک های موجود در شبکه را تحت نظارت قرار دهند. به طور کلی با این روش به دلیل در نظر گرفتن هم زمانی در تمام کارخانه تون خازنی کمتر نسبت به جبران سازی انفرادی یا گروهی نیاز است. در این روش جریان راکتیو سیم ها و کابل های به کار رفته در شبکه درونی از طریق جبران سازی کم نمی شوند. یعنی اگر سطح مقاطع کابل ها و سیم های بار به اندازه کافی بزرگ باشد، دیگر مزیتی به شمار نمی رود.
کاربرد
در صورتی که مقاطع سیم ها و کابل های داخل کارخانه ایجاد مشکل نکنند همیشه قابل استفاده است.
مزایا
* کل سیستم مقابل دید بوده، به آسانی کنترل می شود.
* استفاده مفید از توان خازن نصب شده
* نصب ساده در اغلب اوقات
* مصرف کمتر خازن چون ضریب هم زمانی در نظر گرفته می شود.
* در صورت وجود هارمونیک در شبکه، دارای مخارج مناسب تری است. زیرا خازن ها آسان تر به سلف مجهز می شوند.
معایب
* بار داخلی شبکه کم نمی شود.
* مخارج اضافی برای تنظیم اتوماتیک سیستم
شکل29: مثالی از جبران سازی متمرکز
جبران سازی مخلوط
به دلیل اقتصادی اغلب مقرون به صرفه است که هر سه روش بالا را با یکدیگر استفاده نمود.
شکل30: مثالی از جبران سازی مختلط
تعرفه های جریان
برای مصرف کنندگان کوچک قوانین تعرفه مشخصی از سوی شرکتهای برق منطقه ای اعلام می شود. در صورتی که برای مصرف کنندگان بزرگ قراردادهای مخصوصی بسته می شود.
در بیشتر این قراردادها مخارج برق از اجزاء زیر تشکیل شده است:
* توان اتکتیو (Kw): اندازه گیری توسط کنتور ماکسی متر مثلاً ماکزیمم در هر 15 دقیقه
* توان موثر (kwh): اندازه گیری توسط کنتور اکتیو چند تعرفه (اغلب تعرفه روز و شب جداست).
* توان راکتیو (kVArh):اندازه گیری توسط کنتور راکتیو چند تعرفه که بخشی از آن تعرفه روز و شب جدا دارد.
در حال حاضر زمانی مخارج انرژی راکتیو محاسبه می شود که بار راکتیو بیشتر از 50% بار اکتیو باشد. این مطابق ضریب توان 9/0 است. منظور این نیست که ضریب توان از 9/0 هرگز نباید بیشتر باشد. این ضریب توان به عنوان پایه ضریب توان در متوسط ماهانه صدق می کند. در بعضی از مناطق برق منطقه ای ضرایب توان دیگری مثل 9/0 اعمال می نماید.
در انواع تعرفه ها، توان با Kw محاسبه نمی شود بلکه با kVA محاسبه می گردد. در این صورت مخارج توان راکیتو در قیمت توان مستتر شده است. برای پایین آوردن مخارج در این مورد می بایستی سعی بر آن شود تا ضریب توان به 1 افزاش یابد. کلاً باید از این نقطه نظر به موضوع نگاه کرد که در صورت انتخاب قدرت جبران سازی مناسب، از پرداخت مخارج اضافی جلوگیری می شود.
تخمین کلی
در ادامه درباره این موضوع بحث می شود که چطور توان جبران سازی مورد نیاز را می توان به دست آورد. بعضی مواقع اطمینان صد در صد به صحت نتیجه محاسباتی وجود ندارد. در این موارد می توان از روی تخمین بررسی کرد که نتیجه محاسبه شده تا چه حد به حقیقت نزدیک تر است.
تا زمانی که مصرف کننده های نصب شده خارج از عرف معمولی نباشند، چنین تخمین هایی به طور کلی نزدیک به اعداد واقعی هستند.
جدول 12:داده های تخمینی برای توان خازن مورد نیاز
جدول12
تهیه لیست از مصرف کنندگان
در یک کارگاه جدید التاسیس یا در بخشی از کارگاه ابتدا تخمین کلی از بارها باید در دست باشد. جزئیات بیشتر را می توان با تهیه لیستی از مصرف کننده های نصب شده و مشخصات الکتریکی و ضرایب همزمانی آنها به دست آورد.
این جبران سازی باید چنان طراحی و به اجرا در آید که در صورت نیاز به گسترش، مخارج زیادی را در برنگیرد. کابل ها و سیم ها و همچنین فیوزها برای این جبران سازی می بایستی چنان در نظر گرفته شوند که قابل توسعه باشند. به غیر از این می بایستی فضا برای خازن های اضافی نیز در نظر گرفته شود.
محاسبه توان خازن مورد نیاز به وسیله اندازه گیری
اندازه گیری شدت جریان و ضریب توان
آمپومتر و دستگاه اندازه گیری توان اغلب در تابلو اصلی نصب شده اند. همچنین می توان از دستگاه اندازه گیری چنگکی استفاده نمود. اندازه گیری های مورد نیاز در فیدر ورودی و یا فیدرهای خروجی پست اصلی انجام می پذیرد. اندازه گیری هم زمان ولتاژ شبکه دقت محاسبه را بهتر می نماید. البته می توان ولتاژ نامی را 380 یا 400 ولت در نظر گرفت.
از ولتاژ(U)،جریان ظاهری〖(I〗_s) وضریب توان می توان توان اکتیو را محاسبه نمود.
در صورتیcosφ که مورد نظر مشخص باشد می توان با فرمول زیر توان خازن را محاسبه کرد. البته ساده تر است که فاکتور از جدول 2 استخراج شود و در توان موثر محاسبه شده ضرب شود.
مثال: اطلاعات برای جریان ظاهری = 248 آمپر، ضریب توان = 86/0 ،
ضریب توان مطلوب = 92/0، ولتاژ = 397 ولت
تذکر:
اندازه گیری که در بالا براساس آنها محاسبات انجام گرفته مقادیر لحظه ای را به دست می دهند. میزان بار بسته به روز و فصل تغییرات شدیدی دارد. به همین جهت کسی باید اندازه گیری را انجام دهد که کارگاه یا کارخانه را به خوبی می شناسد. اندازه گیری های متعددی باید انجام پذیرد و به این نکته توجه کرد که مصرف کننده های نیازمند به جبران سازی (مصرف کننده های اصلی) در حال کار باشند. همچنین داده های اندازه گیری بایستی حتی الامکان سریعاً و هم زمان برای تمام دستگاه ها خوانده شوند دا این که با یک نوسان بار شدید ناگهانی اشتباهی در نتایج رخ ندهد.
اندازه گیری به وسیله ثبات اکتیو و راکتیو:
نتایج قابل قبول به وسیله دستگاه فوق حاصل می شود. این داده ها می توانند برای مدت زمان طولانی ثبت شوند. بدین طریق داده های پیک به دست می آید.
توان خازنی طبق روال زیر محاسبه می شود:
توان خازنی مورد نیاز = 〖 Q〗_c
توان راکتیو اندازه گیری شده = 〖 Q〗_l
توان موثر اندازه گیری شده P=
تانژانت زاویه متناظر cosφ مورد نظر (از جدول 2 می توان این مقدار را برداشت کرد) =tan〖φ_2 〗
مثلا برای 92/0 cosφ=، مقدار 43/0tan〖φ=〗 به دست می آید.
اندازه گیری از طریق خواندن کنتور
کنتور توان اکتیو و راکتیو در ابتدای کار خوانده می شود. 8 ساعت بعد، هر دو کنتور مجدداً خوانده می شوند. در صورتی که در این 8 ساعت توقفی در کار ایجاد شده باشد، این مدت توقف باید به 8 ساعت اضافه شود.
مقدار اولیه کنتور راکتیو =
مقدار نهایی کنتور راکتیو =
مقدار اولیه کنتور راکتیو =
مقدار نهایی کنتور راکتیو =
با حاصل به دست آمده برای cosφ و tanφ مورد نظر از جدول 2 می توان فاکتورƒ را به دست آورد.
Kنسبت ترانس جریان کنتور است.
مثال: مقادیر زیر را با خواندن کنتورها ثبت شده اند.
کنتور اکتیو (کیلووات ساعت) 3/115 =
6/124 =
کنتور راکتیو (کیلووات ساعت) 2/311 =
2/321 =
کنتورها با ترانس جریان یا نسبت 150 به 5 آمپر (150/5 A) کار می کنند، بنابراین ضریب تبدیل جریان 30 = K باید در نظر گرفته شود.
محاسبه:
برای رسیدن به ضریب توان 92/0 ضریب f از جدول برابر 65/0 به دست می آید،
مقدار خازن مورد نیاز
جدول 13: فاکتور f
محاسبه از طریق فیش برق
این روش نسبتاً راحت است و با دقت خوبی می توان خازن را از صورت حساب ماهانه برق محاسبه کرد و در صورت عدم وجود تعطیلی کارخانه یا کارگاه در مدت محاسبه قبض، می توان از صورت حساب سالانه و یا ماهانه استفاده نمود. در صورت وقوع نوسانات فصلی مسلم است که باید از صورت حساب زمان پر باری کارخانه استفاده شود. در صورت محاسبه جداگانه تعرفه های روز و شب برای محاسبه نهایی از اطلاعات روز استفاده می شود. می توان چنین در نظر گرفت که توان خازن برای پوشش جریان راکتیو شب کافی است. در موارد خاصی که با برق شب که دارای قیمت مناسب تری است کار می شود نباید از اطلاعات شب صرف نظر کنیم.
تعرفه های قیمت انرژی:
در محاسبه قیمت انرژی، حداکثر مصرف و انرژی اکتیو و انرژی راکتیو به صورت مجزا در نظر گرفته می شوند.
در بیشتر قراردادها حداکثر مصرف راکتیو برابر 50% مصرف اکتیو در نظر گرفته می شود. مصرف راکتیو در صورتی مشمول هزینه می گردد که بیش از 05% مصرف راکتیو باشد که این مصرف متناظر ضریب توان 9/0 است. توصیه می شود که برای محاسبه، عدد بالاتری مثل 92/0 در نظر گرفته شود تا توان رزرو خازنی داشته باشیم.
مثال برای محاسبه:
اطلاعات از صورت حساب برداشته شده
حداکثر مصرف 99 کیلووات
انرژی اکتیو مصرف شده 17820 کیلووات
انرژی راکتیو مصرف شده 19840 کیلووار ساعت
برای برابر 11/1 از جدول 2، ضریب توان برابر 67/0 و ضریبƒ برابر 68/0 به دست می آید. توان خازن مورد نیاز به صورت زیر محاسبه می شود:
در این مورد خازنی با توان 75 کیلووار باید انتخاب شود که جهت در نظر گرفتن امکان توسعه کارخانه می توان مقدار 100 کیلووار را انتخاب کرد.
تعرفه های میزان تقاضای انرژی
در این حالت مبنای مصرف، حداکثر توان مصرفی مشتری در طول یک ماه خاص است در صورتی که توان ظاهری و نه توان اکتیو مبنا باشد، توصیه می شود که میزان خازن را به نحوی انتخاب کنید که برابر 1 شود.
مثال:
حداکثر توان اکتیو: 104 کیلووات
ضریب توان فعلی 62/0
ضریب توان مطلوب 00/1
در نتیجه: 27/1 = f
توان خازنی مورد نیاز:
در اینجا از یک کنترل کننده توان راکتیو 150 تا 175 کیلوواری متصل به یک یانک خازنی استفاده می شود.
جبران سازی انفرادی لامپ های تخلیه ای:
جریان این گونه لامپ ها باید به وسیله چوک محدود گردد. از ترانس های نشتی بیشتر اوقات برای لامپ های فشار کم بخار سدیم استفاده می شود. همراه ا نواع دیگر لامپ های تخلیه ای از سلف سری به عنوان راکتور سری (ترانس نشتی) استفاده می شود. با استفاده از سلف به ضریب توان 5/0 و با استفاده از ترانس نشتی به ضریب توان 3/0 می رسیم.
بالاست الکترونیکی که برای لامپ های فلورسنت به کار می رود نیاز به جبران سازی ندارد.
توجه:
باید مدنظر داشت که اگر جریان غیرخطی از شبکه کشیده شود مخصوصاً در صورت افزایش تعداد لامپ ها، امکان رزونانس در اثر هارمونیک ها به وجود می آید. (به بخش هارمونیک ها مراجعه نمایید).
برای جبران سازی بالاست می توان خازن های تک فاز را به صورت موزای یا سری نصب کرد.
در کلیدهای یک پل با یک لامپ یا کلیدهای سری با دو لامپ خازن باید به موازات لامپ قرار داده شود ولتاژ نامی خازن 230 ولت و هم اندازه ولتاژ شبکه است.
خازن های موازی شبکه با امپدانس شبکه رزونانس ایجاد می کنند.
در لامپ های مهتابی دوبل از نظر اقتصادی یک خازن برای دو لامپ کافی است. در یک شاخه مدار سلفی است. در صورتی که در شاخه دوم سلف سری به وسیله خازن جبران سازی می شود و به خاطر افزایش ولتاژ که ناشی از اتصال سری خازن و سلف خازن باید برای یک ولتاژ نامی بالابر انتخاب شود.
جدول انتخاب برای لامپ های تخلیه ای
در جداول متن، خازن های مناسب برای انواع لامپ ها ارائه شده است.
توجه:
چوک های کم تلفات با خازن های کم ظرلفیت به صورت سری نصب می شوند. همانطور که در جدول نشان داده شده است. این اعداد بسته به تولیدکننده های متفاوت متغیر است. در این بین همیشه عدد تعیین کننده، عدد خازنی است. (عددی که روی چوک نوشته می شود)
متداول ترین خازن های سری برای چوک هایی با تلفات کم:
جدول 14
جبران سازی گروهی لامپ های تخلیه ای:
در صورتی که لامپ های تخلیه ای زیادی هم زمان نصب باشند، می توان در یک تقسیم قرینه ای از خازن گروهی سه فاز با ولتاژ نامی 440 ولت استفاده نمود.
توان خازنی:
〖=Q〗_c قدرت راکتیو برحسب kVAr
=n تعداد لامپ ها
=C ظرفیت خازنی برحسب برای هر لامپ
مثال: 24 لامپ فلورسنت 58 وات داریم:
جبران سازی تکی ترانسفورماتورها
مقادیری که از سوی سازندگان برای مقدرا خازن های جبران سازی ترانس، پیشنهاد می گردد یکسان نیست. به همین دلیل قبل از نصب یک چنین سیستم جبران سازی، مشاوره با پیشنهاددهندگان توصیه می شود. ترانس های مدرن دارای ورقه های هسته ای هستند که برای تغییر میدان مغناطیسی احتیاج به توان کمی ئارند. در صورت بالا بودن توان خازن، هنگام بی بار بودن ترانس امکان بروز اضافه ولتاژهای بزرگ وجود دارد. خازن هایی با فیوز قدرت داخلی برای اتصال مستقیم به ترمینال ترانس مناسب هستند فقط در هنگام اتصال خازن باید در نظر داشت که کابل اتصال خازن برای یک قدرت اتصال کوتاه مناسب باشد.
جدول 15: جدول پیشنهادی انتخاب برای جبران سازی ترانس
شکل 31: یک ترانس به همراه سیستم جبران سازی ثابت
توجه:
نباید فیوزهای قدرت خازن های دارای فیوز قدرت داخلی زیر بار بیرون کشیده شوند. زیرا به دلیل مصرف بار خازنی خالص، باعث تشکیل قوس الکتریکی می شود.
در صورت نیاز به قطع خازن از ترانس برق دار لازم است تا از کلید اتوماتیک به جای کلید فیوز استفاده شود.
جبران سازی انفرادی موتورها:
توان خازن بایستی حدوداً 90% توان ظاهری موتور را در هنگام بی باری تامین کند. توان خازنی مورد نیاز:
جریان بی باری موتور =I_0
بدین وسیله در بار کامل ضریب توان 9/0 و در حالت بی باری ضریب توان بین 95/0 تا 98/0 خواهد بود. برای موتورهای القایی با 1500 دور در دقیقه اعداد ارائه شده در جدول 4 به کار می رود. برای موتورهای 1000 دور در دقیقه باید 5% و با سرعت 750 دور در دقیقه 15% به اعداد جدول 4 اضافه شوند.
جدول 16: قدرت جبران سازی برای جبران سازی انفرادی موتورها
توجه:
ماشین هایی که جبران سازی انفرادی شده اند و دارای خازنی هستند که به ترمینال های موتور متصل است توان خازن شان به هیچ وجه نباید بزرگ انتخاب شود و به ویژه در دستگاه هایی که دارای گشتاور ماند بالایی هستند و پس از خاموش شدن هنوز دوران می کنند.
خازنی که به صورت موازی با دستگاه قرار دارد می تواند موتور را مانند ژنراتور تحریک کند و به این وسیله ولتاژهای بالای خطرناک پدید می آید که در این صورت به احتمال قوی خساراتی به خازن و موتور وارد می کند.
جبران سازی انفرادی موتورها
در ساده ترین فرم خازن مستقیماً به ترمینال موتور متصل می شود و در این صورت می توان از حفاظت خازن صرف نظر کرد چون فیوز موتور از خازن حفاظت می کند. در صورتی که کلید حفاظ موتور نصب شده باشد توصیه می شود که جریان آستانه قطع کمتری انتخاب شود.
شکل 32: سیستم جبران سازی ثابت برای موتور
جریان آستانه قطع تقلیل یافته
I_th = جریان آستانه قطع جدید مورد استفاده
I_n = جریان نامی موتور (طبق پلاک مشخصات)
〖cosφ〗_1 = طبق پلاک مشخصات
〖cosφ〗_2 = ضریب توان با جبران سازی (حدود 95/0)
پس از قطع ولتاژ خازن ها مستقیماً به وسیله سیم پیچ های کم مقاومت مستقیماً تخلیه می شود لذا مقاومت های تخلیه زیاد ضروری نیستند.
جبران سازی انفرادی آسانسورها و بالابرها
آسانسورها و بالابرها به تجهیزات ایمنی ویژه ای مجهز هستند: به عنوان مثال ترمز مغناطیسی که هنگام قطع برق به سرعت فعال می شود. این خازن که مستقیماً به صورت موازی با موتور نصب شده، احتمال دارد که به دلیل انرژی باقی مانده در آن باعث تاخیر در عملکرد ترمز مغناطیسی شده و ایست با تاخیر صورت پذیرد.
به همین دلیل خازن ها می بایستی پیش از کلید نصب شوند. برای خازن می بایستی حفاظت جداگانه و تجهیزات تخلیه سریع در نظر گرفت.
شکل 33: موتور بالابر به همراه تجهیزات مورد نیاز
به وسیله اینترلاک باید از وصل مجدد خازن تا قبل از اتمام زمان تخلیه جلوگیری شود. به دلیل خاموش و روشن کردن زیاد و استهلاکی که از این طریق به وجود می آید توصیه می شود که خازن ها گروه بندی شده با کلیدهای الکترونیکی قطع و وصل گردند. خازن ها در هنگام عبور از صفر خاموش و روشن می شوند بدین وسیله زمان عکس العمل در محدوده هزارم ثانیه قرار دارد.
کلیدهای ستاره مثلت
باید از کلیدهای ستاره مثلت دستی خاصی که برای جبران سازی منفرد موتورها طراحی شده اند، استفاده شود. در انتخاب کلیدهای ستاره ـ مثلت دستی برای موتورهایی که به وسیله خازن جبران سازی می شوند باید دقت گردد که کلیدی به کار رود تا هنگام تبدیل از ستاره به مثلث جرقه در کنتاکت ها ایجاد نشود. در غیر این صورت، در هنگام عبور از حالت ستاره به مثلت خازن شارژ شده با ولتاژ مثلث قرار گرفته و جریان ضربه ای بسیار شدیدی ایجاد شده که باعث تخریب خازن و کلید می شود.
شکل 34: نوع خاصی از کلید دستی ستاره مثلث برای جبران سازی انفرادی
ترکیب کنتاکتور ستاره مثلث
در صورت استفاده از ترکیب کنتاکتوری باید دقت شود تا در تبدیل از ستاره به مثلث، قطع و وصل سریع صورت نپذیرد. بنابراین کنتاکت های اصلی در هنگام تبدیل پیوسته وصل باقی بمانند. هنگام خاموش بودن موتور باید پل ستاره باز باقی بماند. خازن می تواند در قسمت خروجی حافظ شبکه یا در روی ترمینال های W-V-U موتور وصل شده باشد ولی به ترمینال های Z-Y-X نباید وصل شده باشد چرا که امکان ایجاد جرقه به وسیله پل ستاره پدید می آید.
شکل 35:جبرانسازی انفرادی موتور با راه اندازی ستاره مثلث کنتاکتوری
مهم:
توان خازن نصب شده نباید به هیچ وجه زیاد باشد. به ویژه هنگامی که دستگاه دارای اینرسی بار بزرگ بوده و بعد از خاموش کردن، دستگاه آزاد می گردد. خازن موازی می تواند دستگاه را به عنوان ژنراتور تحریک کند و ولتاژ خطرناک بالایی به وجود آید. از این طریق ساراتی به خازن و موتور وارد می شود به همین دلیل باید در هنگام قطع موتور از شبکه و در شرایط قطع از بسته شدن کنتاکتور ستاره جلوگیری کرد.
زمانی که دستگاه در حالت اتصال ستاره به عنوان ژنراتور تحریک شود باید انتظار ولتاژهای بالایی با دامنه به مراتب بزرگتر از آنچه در حالت مثلث پیش می آید را داشت.
تجهیزات تنظیم توان راکتیو:
سیستم تنظیم توان راکتیو از اجزاء زیر تشکیل شده است:
* تنظیم کننده توان راکتیو (رگولاتور)
* پله های خازنی که از طریق کلیدهای الکترونیکی یا کنتاکتور به کار گرفته می شوند.
* راکتورهای بلوک کننده هارمونیک (در صورت وجود)
* سلف های بلوک کننده فرکانس های رادیویی
* فیوزهای گروهی
* سیستم خنک کننده به همراه فیلتر هوا و ترموستات برای سلف های با هسته هوایی ترموستات دار برای سیستم های مجهز به راکتور
این اجزاء یا روی یک صفحه مونتاژ یا در قسمت برق کارخانه در تابلو نصب می شوند. تجهیزات تنظیم توان راکتیو مناسب نصب در شبکه هایی با توان راکتیو متغیر با زمان هستند. این خازن ها به صورت پله های مختلفی دسته بندی شده اند و به وسیله رگولاتور اتوماتیک توان راکتیو از طریق کنتاکتور یا کلیدهای الکترونیکی به تناسب بار موجود به مدار وارد یا خارج می شوند.
شکل 36: مثالی از فرم مدولی سیستم اصلاح ضریب قدرت
کنترل بر جبران سازی مرکزی به راحتی امکان پذیر است. تجهیزات تنظیم توان مدرن دارای کنترل مداوم روی وضعیت کلیدها ضریب توان و جریان موثر و راکتیو و همچنین کنترل روی هارمونیک های موجود در شبکه هستند. در اغلب اوقات توان راکتیو کمتری از آنچه محاسبه شده مورد نیاز است.
شکل 37: یک مدار نموه با سیستم تصحیح ضریب توان
خازن های قدرت:
خازن های قدرت فراکوه با انواع LKI عاری از PCB بوده و دارای عایقی با خاصیت خود ترمیمی هستند. در صورتی که در اثر اضافه بار (مثلاً ولتاژ بالا) شکست الکتریکی رخ دهد. کویل خود را ترمیم می کند. گذشته از این، خازن ها امکانات ایمنی اضافی مانند فیوز داخلی قابل اطمینانی را دارا هستند. فیوزی که در برابر اضافه فشار داخلی به عنوان عنصر حفاظتی عکس العمل نشان می دهد. برای به کارگیری خازن های قدرت در شبکه اصولاً سه عامل اهمیت دارند:
* میزان تحمل اضافه بار
* طول عمر بالا
* ایمنی بالا در بار زیاد و خرابی
خازن های قدرت دارای ساختاری با چگالی انرژی بالا هستند. در یک حجم یک لیتری امروزه حدود kVAr15 توان راکتیو را می توان تولید کرد. این پیشرفت با به کارگیری عایق هایی با تلفات پایین و ضریب دی الکتریک بالا حاصل شده است. برای دست یابی به طول عمر بالا می بایستی تخلیه های جزئی محدود شوند. این تخلیه های جزئی، تخلیه های کوچکی هستند که در داخل دی الکتریک به وجود می آیند. برای محدود کردن این تخلیه های جزئی مطمئن ترین راه اشباع عایق با پرکننده ای مایع است.
این مایع به وسیله خواص شیمیایی خود تخلیه های جزئی را محدود می کند. روغن گیاهی پایدار شده که در خازن های LKT فراکوه به کار می رود، به صورت چشمگیری دارای این خواص است. این روغن غیرسمی بوده وبرای محیط زیست مساله ساز نیست. نقطه اشتغال آن Cْ250 است. این مایع عملاً از آتش سوزی جلوگیری می نماید. در مقایسه با مایع های اشباع کننده دیگر که در خازن های قدیمی به کار می رفت. (اصولاً روغنهای معدنی با نقطه اشتعال Cْ130) این روغن غیرقابل اشتعال است.
ظرفیت جریان
در شبکه با هارمونیک، احتمال پدید آمدن رزونانس همراه با اضافه ولتاژ وجود دارد. و قبل از آن جریان مجاز شبکه را باید مدنظر داشت. مثلاً اگر حدود 7% هارمونیک مرتبه 11 وجود داشته باشد. ولتاژ 7% افزایش می یابد، ولی مقدار جریان موثر خازن 33/1 برابر جریان نامی خازن می گردد. بنابراین اهمیت حداکثر اضافه جریان مجاز بیشتر از حداکثر اضافه جریان مجاز است.
شکل 38
متخصصان تنها خازن های 440 ولت را برای کار در شبکه های 400 ولت استفاده می نماید. میزان ظرفیت جریانی آنها به شرح زیر است:
* تحمل دائمی دو برابر جریان نامی در 400 ولت
* تحمل جریان ضربه ای با دامنه 300 برابر جریان نامی
ظرفیت ولتاژی
جدول17
طول عمر
اضافه ولتاژ، اضافه دما و هارمونیک ها طول عمر مورد انتظار را کوتاه می کنند. فقط افزایش دقت در تولید با کیفیت بالا و استفاده از مواد اولیه بسیار با کیفیت مانع از افزایش تلفات و تقلیل مقاومت عایقی و جریان مجاز خازن می گردند. خازن های تولیدی تحت آزمایش های طولانی مدت در شرایط / برابر ولتاژ نامی و Cْ60 درجه حرارت محیط و هارمونیک شدید قرار می گیرد. نرخ خرابی خازن به وضوح کمتر از 1% است. درصد خرابی نامحسوس است و تلفات در سطح پایینی ثابت می ماند. متخصصان برای خازن های تولیدی خود طول عمری مناسب با حداکثر 3% خرابی را اعلام می نماید. اما خازن های برگشتی و تمام نقایص تقلیل می شود و طبق آمار این عدد کمتر از 200واحد در میلیون است. این مطابق با نرخ خرابی می باشد که بسیار کمتر از 3% در 200 هزار ساعت کار است.
رفتار ایمن در پایان طول عمر
مسلم است که اگر خازن تحت اضافه بار به پایان طول عمر خود نزدیک گردد باید ایمن باشد.
این ایمنی فقط در خازن هایی وجود دارد که دارای قطع کننده ای می باشد که:
* در اثر فشار داخلی عمل کند.
* خازن را از شبکه جدا کند .
* و به این وسیله مانع از تخریب پوسته خازن شود.
* به خاطر چگالی انرژی بالای خازن های مدرن، متخصصان گران ترین و موثرترین قطع کننده را به کار می برد که دارای درپوش خمیده قابل انعطاف است. بدنه آلومینیومی و درپوش آنها به هم نورد شده اند و با یک ماده الاستیک آب بندی می گردد. خازن های برگشت داده شده به دلیل آب بندی نبودن در سال های آخر حدود 10 واد در میلیون برابر 01/0% بوده است. پوشش دیافراگمی لبه داری که روی خازن است قسمت اتصال خازن را در حالت کار عادی نگه می دارد. در فشار حدود 3 اتمسفر در داخل خازن، شروع به باد کردن می کند و تا حدود 10 میلیمتر به بالا حرکت می کند. بیشتر مواقع سیم های خازن پس از 5 میلیمتر حرکت درپوش، بدون جرقه مجدد قطع می شوند و خازن از شبکه جدا می شود. اطمینان در تولید به وسیله تست نمونه ای کنترل می شود. شرایط تست در VDE 0560, IEC831 قسمت 41 مشخص شده است.
شکل 39: عملکرد قطع کننده اضافه فشار در خازن
خازن های قدرت پس از پایان طول عمر در اطرافشان تخریب به وجود نمی آورند.
رگولاتور توان راکتیو:
شکل 40: رگولاتور EMR 1100
رگولاتورهای میکروپروسسوری RM 9606, EMR 1100, RM 9612 مسائل بغرنجی را حل می نماید و قابلیت های بشیتری نسبت به رگولاتورهای معمولی دارند. نوآوری این دستگاه ها در جهت پاسخگویی به نیازهای یک شبکه مدرن صنعتی است که به صورت های گوناگونی قابل نصب است. دقت و حساسیت این دستگاه حتی برای شبکه های با هارمونیک بالا قابل توجه است. این دستگاه همچنین پاسخگوی نیاز شبکه هایی است که در آنها به طور مداوم یا ناگهانی جهت توان برعکس می شود و به شبکه اصلی جریان تزریق می نمایند. تمامی اجزاء یک بانک خازنی توسط این رگولاتور کنترل شده و از ایجاد اضافه بار جلوگیری می کند که افزایش طول عمر تجهیزات را به همراه دارد.
جزئیات بیشتر مشخصات توان
* اندازه گیری دقیق ضریب توان در شبکه های هارمونیک بالا در محدوده بار 02/0 تا 5 آمپر در مدار اندازه گیری و کنترل ضریب توان که با دقت بالایی براساس هارمونیک پایه حتی در بار کم انجام می پذیرد.
* تثبیت ضریب توان به حداقل ضریب توان مطلوب و هم زمان جلوگیری از اضافه جبران سازی در بارهای کم که این خاصیت تنظیم، ثبت شده است که با استفاده از ایجاد شکست در منحنی های مشخص به دست می آید. این منحنی ها تعیین می نماید که در حالت بار طبیعی، شبکه برای رسیدن به ضریب توان مطلوب جبران سازی می شود ودر بارهای کم از فوق جبران سازی جلوگیری می نماید.
* اندازه گیری و کنترل هارمونیک های 5، 7، 11 و 13 در شبکه های فشار ضعیف به وسیله این کنترل، دستگاه به طور مرتب از کیفیت شبکه آگاه می شود و در هنگام افزایش دامنه هارمونیک ها از مقدار خاصی هشدار صادر می نماید. بدین وسیله می توان به موقع از ایجاد اختلالات در شبکه و در مصرف کننده مطلع و اقدامات لازم را برای جلوگیری از آن به عمل آورد.
* رله اضافه جریان در جبران سازهای بدون راکتور: این عمل به عنوان حفاظت از اضافه بار در جبران سازهای بدون راکتور است و از وقوع روزنانس های هارمونیکی جلوگیری می کند. قطع جریان هنگامی به وجود می آید که اضافه بار بیش از 75 ثانیه دوام داشته باشد رله اضافه بار سریع تر از فیوز سری است، که تنها در حالت اتصال کوتاه به صورت مطمئن عمل می کند.
* تنظیم اتوماتیک تاخیر براساس توان مورد نیاز: به تغییر بار شدید بسیار سریع پاسخ داده می شود و به تغییر بار کند با سرعت کمتری پاسخ داده می شود. در ضمن اطمینان حاصل می شود که پله های خازنی که پس از قطع کاملاً تخلیه شده اند، به شبکه وصل می شوند. کلیدزنی براساس تغییرات بار و با کمترین تعداد قطع و وصل و به موازات صورت ادواری انجام می پذیردو این نوع تنظیم ترکیبی ما را به سوی کمترین تعداد قطع و وصل سوق می دهد و بدین وسیله کمترین تجهیزات و طولانی ترین طول عمر به دست می آید.
* هم زمان از وضعیت بحرانی شبکه جلوگیری می شود. بدین صورت که برعکس روش قدیمی توان خازنی هنگام تغییر شدید بار سریع، دقیق به میزان مورد نیاز تنظیم می شود.
* هنگام کاهش بار از جبران سازی اضافی طولانی ترانس های بی بار جلوگیری می شود.
* در شبکه هایی که دارای هارمونیک هستند، در کوتاه ترین زمان ممکن هارمونیک ها توسط فیلترها جذب شده و کاهش آنها تضمین می شود. بدین وسیله با اطمینان از افزایش دامنه هارمونیک ها هنگام تغییرات شدید بار جلوگیری می شود.
* رله ولتاژ صفر و جریان صفر: این سیستم ایمنی، در هنگام قطع مدار ولتاژ یا جریان، تجهیزات جبران سازی را از شبکه جدا می کند. بدین وسیله در طی قطع کوتاه مدت ولتاژ از وصل تمامی خازن ها به ترانس بی بار جلوگیری می کند و رگولاتور پس از برگشت ولتاژ، پله های خازن را مطابق با توان مورد نیاز مجدداً وصل می نماید.
* تنظیم توان راکتیو در مصرف کننده های دارای ژنراتور و با امکان بازگشت توان اکتیو: در این نوع شبکه ها رگولاتور به دستگاه اندازه گیری چهار ناحیه ای مجهز است و به غیر از این می توان دو مشخصه کنترلی متفاوت برای حالت های مصرف و برگشت توان اکتیو به کار گرفته شود. بدین وسیله اطمینان حاصل می شود که در هنگام برگشت توان اضافه جبران ساز رخ ندهد و همچنین جریان راکتیو از شبکه کشیده نشود. فقط این خاصیت تنظیم ترکیبی از ایجاد مخارج راکتیو هنگام بازگشت جلوگیری می کند.
* پله ثابت برای جبران سازی مستقل از بار: می توان پله هایی را مشخص نمود تا در فرآیند تنظیم قرار نگیرند و تا زمانی که رگولاتور ولتاژ داشته باشد به شبکه متصل هستند . جمیع کنترل های حفاظتی مثل رله ولتاژ صفر یا رله جریان صفر یا رله اضافه جریان برای پله های ثابت برنامه ریزی شده فعال باقی می ماند.
* دو برنامه تنظیم جدا از هم که از طریق کنتاکتور خارجی می توانند انتخاب شوند هر دو برنامه تنظیم می تواند با ضریب توان های مختلف و خطوط متفاوت برنامه ریزی می شوند. با تنظیم دو برنامه مجزا می توان ضوابط وزارت نیرو برای جبران سازی بالا در روز و جبران سازی کم در شب را رعایت کرد.
راه اندازی و سرویس
* تطبیق با شبکه و تجهیزات جبران سازی: راه اندازی بدین وسیله بسیار ساده تر می شود چون که رگولاتور این تطبیق را خود به خود انجام می دهد. بسته به اختیار نصاب است که به روی کدام فاز ترانس جریان را نصب کند و با چه پلاریته ای ترانس ولتاژ را به رگولاتور وصل نماید. وضعیت فاز و جهت جریان بسته به وسیله رگولاتور در هنگام تنظیم خودکار انجام می شود. هم زمان می توان پله های خازن اندازه گیری شده را و کنتاکت هایی از رگولاتور که به خازنی متصل نیستند شناسایی و غیرفعال می شوند در صورتی که اشتباهاتی در هنگام نصب بروز کرده باشد رگولاتور اطلاعاتی از نوع اشتباه احتمالی به دست می دهد. پس از اضافه یا کم کردن پله های خازنی می بایستی اندازه گیری دوباره انجام شود تا بدین وسیله پله های خازنی جدیدی که اضافه یا کم شده اند را در پروسه خود وارد کند. اگر این کار انجام نشود بعد از چند روز رگولاتور متوجه شده و به طور خودکار پله های خازنی را به کار می گیرد.
اگر رگولاتور در هنگام کار متوجه یک پله خراب شود این پله را از پروسه تنظیم خارج کرده و آن را مشخص می نماید.
* نمایشگرها و اطلاعات حاصل از آنها: تمام مقادیر اندازه گیری شده توسط رگولاتور قابل مشاهده هستند. در هنگام کار ضریب توا دیده شده از طرف CT نشان داده می شود. به علاوه داده های ذیل قابل مشاهده اند.
* جریان ظاهری، اکتیو و راکتیو ورودی
* دامنه نسبی هارمونیک های 5، 7، 11 و 13 نسبت به ولتاژ تغذیه
* حداکثر مقادیر اضافه جریان، ضریب توان و اضافه جریان هارمونیکی در صورتی که از مقادیر تنظیم شده بیشتر شده باشند.
* شمارش و نمایش تعداد قطع و وصل کنتاکتور و نمایش پیغام وقتی که این مقدار از پیش تنظیم شده رسیده باشد. کنتاکتورها هنگام وصل کردن خازن ها تحت فشار زیادی قرار دارند. کنتاکتورهایی که در حال خراب شدن هستند باعث جاری شدن جریان شارژ مجدد بسیار بزرگی می شوند و خرابی کنتاکت ها را نیز به وجود می آید. تعویض به موقع کنتاکتور می تواند طول عمل خازن ها را به طور محسوس افزایش دهد.
* رگولاتور زمان صحیح تعویض کنتاکتور را به شما اطلاع می دهد و بدین وسیله از مخارج بیهوده جلوگیری می شود. برای مراقبت بهتر، کاربر می تواند تعداد قطع و وصل هر کنتاکتور را رویت نماید.
جدول 18
ترانس جریان
برای به کار اندازی یک رگولاتور توان راکتیو، نصب یک ترانس جریان ضروری است. این ترانس همراه با رگولاتور عرضه نمی شود ولی در صورت تقاضا از طرف مشتری تحویل می گردد. جریان اولیه ترانس از طریق میزان جریا مصرف کننده مشخص می شود. نصب این ترانس بسته به حداکثر جریان بار است و یا به عبارت دیگر بسته به میزان بار نصب شده ترانس است. مسیر جریان داخلی رگولاتور توان راکتیو برای ترانسی با ثانویه 1/000 تا 5/000 آمپر با توان 5 ولت آمپر در کلاس 3 طراحی شده است. در صورتی که دستگاههای جریان سنج به صورت سری با رگولاتور وصل شده باشد باید ترانسی با توان بالاتر به کار رود.
مصرف خود مسیر جریان رگولاتور برای ترانس جریانی با ثانویه 5 آمپر، حدود 8/1 ولت آمپر است. اگر با همان ترانس دستگاه های اندازه گیری دیگری به کار روند، باید حتماً هنگام نصب توان آنها در نظر گرفته شود . همچنین در کابل های ترانس تلفات پدید می آید و به تلفات در مسیرهای طولانی ترانس تا رگولاتور توان راکتیو باید توجه کرد.
مصرف درونی کابل های ترانس
اگر از ثانویه ترانس جریان 5 آمپر بگذرد، تلفات به صورت جدول زیر است:
جدول 19
شکل41 :اتصال صحیح ترانس هم جریان مصرف کننده و هم جریان خازن را می بیند
شکل42:اشتباه!ترانس فقط جریان مصرف کننده را دیده،تمامی پله ها وصل شده ولی دیگر قطع نمی شوند.امکان تنظیم رگولاتور وجود ندارد.
شکل 43:اشتباه!در این آرایش تنها جریان خازن از ترانس عبور می کند،در این حالت هیچ پله ای وصل نمی شود ورگولاتور پیغام "I=0" را نشان می دهد.
مهم:
ترانس جریان باید در فازی اختیاری طوری چنان نصب شود که تمام جریان بار به همراه جریان خازن از آن بگذرد. (به تصاویر بالا دقت کنید). ترمینال در سمت تغذیه و ترمینال در سمت مصرف کننده است.
احتیاط:
هنگام قطع مسیر جریان در ترانس جریان ولتاژ بالا پدید می آید که می تواند ترانس را تخریب نماید. به همین دلیل قبل از باز کردن مدار ترانس در ترمینال های ترانس اتصال کوتاه به وجود بیاورید.
فیوزها و کابل ها:
برای اجرای عملیات نصب بایستی مقررات VDE0100 و VDE 0105 و توصیه های عمومی وزارت نیرو ومقررات داخلی شرکت اجرا شوند. طبق بخش VDE 0560-41 واحدهای خازنی باید حداقل برای جریان دائمی معادل 3/1 جریان نامی مناسب باشد. جریانی که برای ولتاژ نامی با فرم سینوسی و فرکانسی نامی محاسبه می گردد، با در نظر گرفتن تلرانس خازنی C_n1/1 می تواند به حداکثر جریان مجاز تا I_s38/1 برسد. این بار اضافی و همچنین جریان های ضربه ای خازن ها هنگام انتخاب فیوزها و مقاطع کابل ها بایستی در نظر گرفته شود.
توجه:
خازن های فراکوه اضافه باری معادل دو برابر جریان نامی در 400 ولت را به صورت دائمی تحمل می کنند.
جدول 20:فیوز و مقطع کابل ارتباطیبر اساسVDE0100،بخش 430
جدول 21:قطر بیرونی سیم وکابل ها
راهنمای جدول:
NYM : کابل سبک با روکش پلاستیکی، NYY : کابل با روکش پلاستیکی، NYCY : کابل با روکش پلاستیکی و هادی هم مرکز، NYCYW : کابل با روکش پلاستیکی و هادی هم مرکز موجی ، H05VV-F : کابل انعطاف پذیر معمولی با روکش لاستیکی، H07RN-F کابل انعطاف پذیر سنگین با روکش لاستیکی.
جدول 22: سیم ها و کابل ها برطبق چرخش یا پیچش کابل ها
نوع حفاظت:
برای علائم نوع حفاظت طبق DIN 40050 یا این که DIN 34/VDE0530 دو حرف و یک عدد دو رقمی به کار می رود. IP مخفف حفاظت بین المللی یک عد دورقمی است که رقم اول حفاظت در برابر مواد جامد و رقم دوم حفاظت در برابر مواد مایع است. معمول ترین اختصارات در جدول زیر آمده است:
جدول 23: مفهوم علائم برای انواع حفاظت
فرمول های محاسبه برای خازن:
خازن تک فاز:
مثال: خازنFµ 83 با ولتاژ 400 ولت در فرکانس 50 هرتز
خازن سه فاز:
مثال: خازن Fµ332×3 با ولتاژ 400 ولت در 50 هرتز
جریان فاز خازن
مثال: 25 کیلووار در ولتاژ 400 ولت
ردیف فرکانس رزونانس و ضریب سلف (p) خازن های سلف دار
مثال: P=7% در شبکه 50 هرتز
توان خازن سه فاز در حالت چوک دار
مثال: 3×332µF در 400 ولت 50 هرتز با سلف 7% = p
ضریب توان و محاسبهcosφ و tanφ :
=V ولتاژ برحسب ولت
=I جریان برحسب آمپر
〖=F〗_n فرکانس شبکه برحسب هرتز
〖 =f〗_rفرکانس رزونانس برحسب هرتز
=p ضریب سلف برحسب درصد
〖 =Q〗_cقدرت جبران سازی برحسب وار
=C ظرفیت خازن برحسب فاراد
=P توان اکتیو برحسب وات
=S توان ظاهری برحسب ولت آمپر
=Q توان راکتیو برحسب وار
فصل پنجم
حفاظت از محیط زیست با استفاده از سیستم های اصلاح ضریب توان
خلاصه
کنوانسیون سال 1992 درباره تغییرات محیط زیست که از اجلاس سران زمین در ریو (Rio) حاصل گردیده، اهدافی در مورد کاهش تراکم گازهای گلخانه ای در اتمسفر زمین تعیین کرده است. در حالی که پروتکل کیوتو در سال 1997 میزان انتشار این گازها را محدود می کند یا کاهش می دهد. اتحادیه اروپا، و آلمان به همراه کشورهای دیگر، تصمیمی جدی در مورد کاهش انتشار گازهای گلخانه ای، به خصوص دی اکسیدکربن گرفته اند. در آلما این اقدام در قالب طرح ملی حفاظت از محیط زیست مطرح شده است که با استفاده از روش های قانونی وتوافق نامه هایی این صنعت آلمان و دولت فدرال آلمان، به صورت کاملاً عملی اجرا می شود.
سیستم های اصلاح ضریب توان سالیان زیادی است که در تاسیسات صنعتی و شرکت های برق برای استفاده بهینه از انرژی الکتریکی مورد استفاده قرار می گیرند. یکی از مزایای اقتصادی این طرح ها، کاهش هزینه های انرژی مصرف کننده است. به علاوه، اصلاح ضریب توان باعث کاهش جریان عبوری از کابل ها و خطوط انتقال می شود. کاهش جریان عبوری به معنی کاهش تلفات در خطوط و صرفه جویی در انرژی الکتریکی و به تبع آن کاهش انتشار دی اکسید کربن است. محاسبات نشان می دهد که در سال 1999 سیستم های اصلاح ضریب توان نصب شده در آلمان تلفات شبکه را به میزان 9 بیلیون کیلووات ساعت کاهش داده اند. اگر این میزان کاهش تلفات را با قضاوت از نوع نیروگاه های آلمان بین آنها تقسیم کنیم، مشخص می شود که از انتشار حدود 5 میلیون تن گاز دی اکسید کربن جلوگیری شده است. این مقدار صرفه جویی در حدود 4 برابر مقداری است که با استفاده از انرژی الکتریکی سبز، که امروزه رایج است، حاصل می شود.
باید نقش مهم سیستم های اصلاح ضریب توان در حفاظت از محیط زیست ترویج شود و گسترش یابد. این تکنولوژی پتانسیل کاهش 3 /4 بیلیون کیلووات ساعت تلفات شبکه معادل با انتشار 5/2 میلیون تن گاز دی اکسید کربن در سال را دارد. این میزان حدود 10 درصد مقدرا کاهش پیش بینی شده در انتشار دی اکسید کربن صنعت برای برنامه ملی حفاظت از محیط زیست آلمان است.
مخاطب این مقاله مصرف کنندگان و تولیدکنندگان انرژی الکتریکی، اپراتورهای شبکه، و دولتمردان هستند و اطلاعاتی در زمینه های زیر ارائه می کنند:
* مزایای اقتصادی اصلاح ضریب توان
* استفاده از اصلاح ضریب توان برای حفاظت از محیط زیست
همچنین راه کارهایی عملی پیشنهاد گردیده است:
* مصرف کنندگان بزرگ باید از حداکثر پتانسیل اصلاح ضریب توان برای صرفه جویی در مصرف انرژی استفاده کنند، در نتیجه تلفات شبکه خود را کاهش دهند و بار شبکه را بهینه و ولتاژ شبکه را پایدار کنند.
* اپراتورهای شبکه باید بر اجرای قوانین فنی موجود نظارت دقیق داشته باشند تا تلفات خطوط انتقال و توزیع را کاهش دهند تا ظرفیت توان انتقالی خطوط افزایش یابد.
* شرکت های برق باید برای توان راکتیو جریمه دریافت کنند که خود قدمی در جهت اهداف حفاظت از محیط زیست است.
* صنعت تولید برق باید با استفاده از گسترده تر از سیستم های اصلاح ضریب توان از پتانسیل موجود برای کاهش انتشار گاز دی اکسید کربن استفاده کند.
* دولتمردان و موسسات صنعتی باید از طرح حفاظت از محیط زیست با استفاده از سیستم های اصلاح ضریب توان پشتیبانی کنند و استفاده از آن را تشویق و حمایت کنند.
این پیشنهادها برای ایجاد راه کارهای عملی برای کمک به اقدامات پیشگیرانه صنعت برای حفاظت از محیط زیست است. اگر آلمان در این راه سرمشق کشورهای اروپایی و دیگر کشورها گردد، آنها نیز در رسیدن به این هدف مشترک اقدام خواهند کرد.
کنوانسیون تغییرات محیط زیست
چهارچوب کنوانسیون سازمان ملل متحد در مورد تغییرات محیط زیست (UNFCCC) دستورالعمل بسیج جهانی برای کاهش گرمای زمین را بیان می کند. این کنوانسیون که در سال 1992 در اجلاس Earth Summit در ریو (Rio) به بحث گذاشته شد، مورد زیر را به عنوان هدف اصلی خود مطرح می کند: "ثبات تراکم گازهای گلخانه ای در اتمسفر زمین در سطحی که از اثرات خطرناک فعالیت های انسان در محیط زیست جلوگیری شود. این سطح باید در مدت زمانی که برای خود گرفتن طبیعی اکوسیستم ها با تغییرات محیط زیست کافی باشد، حال گردد؛ به این ترتیب اطمینان خواهیم داشت که تولید مواد غذایی تهدید نمی شود و توسعه اقتصادی نیز بدون خسارات جبران ناپذیر انجام می پذیرد."
اعضای حاضر در کنوانسیون تغییرات محیط زیست
استرالیا، اتریش، بلاروس، بلژیک، بلغارستان، کانادا، جمهوری چک، دانمارک، استونی، اتحادیه اروپا، فنلاند، فرانسه، آلمان، یونان، دانمارک، مجارستان، ایسلند، ایرلند، ایتالیا، لتونی، لوکزامبورک، هلند، زلاند نو، نروژ، لهستان، پرتغال، رومانی، روسیه، اسلواکی، اسپانیا، سوئد، سوییس، ترکیه، اوکراین، انگلستان، ایالات متحده امریکا.
پروتکل کیوتو
پروتکل کیوتو در چهارچوب کنوانسیون تغییرات محیط زیست سازمان ملل متحد
از تلاش جهانی برای جلوگیری از تغییرات محیط زیست پشتیبانی می کند. این پروتکل، که در نشست سوم کنفرانس اعضای کنوانسیون در سال 1997 با رای اکثریت به تصویب رسید، به کشورهای توسعه یافته توصیه می کند که پس از تصویب این پروتکل، روش هایی قانونی محدود کردن یا کاهش انتشار گازهای گلخانه ای برای سال های بعد از سال 2000 اتخاذ کنند.
گروه کشورهای توسعه یافته وظیفه خود می دانند که تا سال های 2008 الی 2012، میزان انتشار 6 گاز گلخانه ای کلیدی را حدود 5% کاهش دهند. هر یک از این کشورها به سهم خود در سیدن به ا ین هدف نقش دارند.
به این منظور کشور سوییس و کشورهای مرکزی و شرقی اروپا و اتحادیه اروپا انتشار گازهای گلخانه ای خود را حدود 8% کاهش خواهند داد. کشورهای مختلف عضو بنا بر توافق نامه تقسیم مسوولیت موظف به کاهش مقادیر متفاوتی گاز شده اند. کشور آلمان موظف به کاهش حدود 21% شده است.
6 گاز گلخانه ای ذکر شده در پروتکل کیوتو
CO2: دی اکسید کربن HFCS: هیدرو فلوروکربن ها
CH4: متان PFCLS: پر فلوروکربن ها
N2O: اکسید نیترو SF6: هگزا فلوراید گوگرد
هدف های حفاظت از محیط زیست پروتکل کیوتو و تقسیم مسوولیت در اتحادیه اروپا
جدول 24
برنامه ملی حفاظت از محیط زیست آلمان
گزارش سالانه دولت فدرال آلمان در مورد گازهای گلخانه ای موجود اعلام می کند که انتشار گاز دی اکسید کربن بین سال های 1990 تا 1998 به میزان 13% کاهش داشته است.
با در نظر گرفتن سهم بخش های مختلف، مشخص گردید که دو بخش زیر بیشترین سهم را در کاهش این گاز داشته اند:
* صنعت (31% کاهش)
* تولید و تبدیل توان (16% کاهش)
در مقابل دو بخش دیگر بیشترین نقش را در افزایش میزان انتشار این گاز داشته اند:
* مصرف خانگی (6% افزایش)
* وسایل نقلیه (11% افزایش) (5)
پیشرفت پیش بینی شده، با در نظر گرفتن این آمار، روشن می سازد که برای برآورده ساختن انتظارات برنامه ملی حفاظت از محیط زیست دولت فدرال آلمان، تلاش بیشتری لازم است:
* کاهش انتشار گاز دی اکسید کربن به میزان 25% تا سال 2005 نسبت به آمار سال 1990
* کاهش انتشار 6 گاز گلخانه ای به میزان 21% از سال 2008 الی سال 2012
دولت فدرال آلمان برای جبران عقب ماندگی از برنامه بالا، حدود 50 تا 70 میلیون تن گاز گلخانه ای، که 25% کاهش را الزامی می داند، تدابیر مختلفی اندیشیده است. این تدابیر به طور خاص به این موارد محدود می شود:
* مصارف خانگی و ساختمان ها (18 الی 25 میلیون تن)
* انرژی و صنعت (20الی 25 میلیون تن)
* وسایل نقلیه (15 الی 20 میلیون تن)
طرح ملی خازن گذاری در شبکه های فشار ضعیف ایران
از حدود 30 سال قبل در استان خوزستان، نصب خازن در شبکه های فشار ضعیف هوایی به عنوان یک روش مفید کاهش افت ولتاژ و تلفات مورد استفاده قرار گرفته است. از سال 1375 نیز طی اجرای یک پروژه تحقیقاتی در نواحی محدودی از شهر یزد اثرات و مزایای این روش خازن گذاری (با استفاده از نسل خازن های خود ترمیم متداول شده طی دو دهه ی اخیر) به صورت آزمایشی بررسی شد و با انتشار نتایج و بررسی عملی و پذیرش سودمندی از طرف مسوولان، اجرای آن در برنامه سوم توسعه مدنظر قرار گرفت. نتایج ملموس تحقیقات و مطالعات فنی و اقتصادی طرح، منجر به تایید آن به عنوان اولین و اصلی ترین طرح در موافقت نامه کاهش تلفات برنامه سوم توسعه گردید. به گونه ای که 48% اعتبار کاهش تلفات در برنامه سوم به خازن گذاری اختصاص یافت.
از سال 1379 اجرای طرح ملی خازن گذاری در شبکه های فشار ضعیف هوایی به عنوان یکی از روش های کاهش تلفات و با استفاده از اعتبارات تبصره 27 قانون برنامه سوم توسعه آغاز شد. بخش اول طرح، نصب خازن به صورت ثابت برای جبران حداقل بار راکتیو و (بخشی از پیک بار راکتیو) و بخش دیگر آن نصب خازن های سوییچ شونده بوده است. اولین سری خازن های خریداری شده از اردیبهشت ماه سال 1380 تحویل و حدود 500 مگا وار خازن (000/40 دستگاه 5/12 کیلووار) طی بهار و تابستان سال 80 در نقاط مختلف کشور به صورت ثابت نصب شد و در مجموع تا پایان شهریور، 81، 2000 مگاوار خازن ثابت تحویل شرکت های برق منطقه ای و تا پایان اسفند 81 حدود 14000 مگاوار نصب شده است.
توافق نامه جلوگیری از تغییر در محیط زیست
اعلامیه مارس سال 1996 صنعت آلمان در مورد کاهش گرمای زمین بیان می کند که میزان انتشار گاز دی اکسید کربن تا سال 2005 باید به میزان 20% کاهش یابد. طرح های مختلفی که تاکنون اجرا شده اند، باعث کاهش حدود 23% در انتشار گاز تا سال 1999 شده اند. در توافق نامه بین صنعت آلمان و دولت فدرال آلمان در نوامبر سال 2000، موسسات شرکت کننده در طرح بار دیگر به تصمیم جدی برای کاهش انتشار گاز دی اکسید کربن و دیگر گازهای گلخانه ای اشاره کرد. هدف مطرح شده کاهش میزان انتشار هر 6 گاز گلخانه ای مورد بحث در پروتکل کیوتو تا سال 2012 به میزان قابل توجه 35% از مقادیر آنها در سال 1990 بود و این که در سال های آینده تا سال 2005 نیز مقدار دی اکسید کربن به میزان 28% از مقدار سال 16990 کاهش یابد.دولت فدرال آلمان و صنعت آلمان انتظار دارند که حجم انتشار گاز دی اکسید کربن در سال 2005 به میزان 10 میلیون تن کاهش یابد و در سال 2012 معادل 10 میلیون تن دیگر که بیش از برنامه های داوطلبانه پیش بینی شده خواهد بود.
حفاظت از محیط زیست با استفاده از اصلاح ضریب توان
تکنیکی که سالیان زیادی است که برای استفاده بهینه از انرژی الکتریکی به کار برده می شود، اصلاح ضریب توان (PFC) است.
اصلاح ضریب توان
کاهش تلفات توان
کاهش انتشار گاز دی اکسیدکربن
حفاظت فعالانه از محیط زیست
امروزه این تکنیک با کاهش تلفات الکتریکی در شبکه های انتقال و توزیع، و در نتیجه کاهش انتشار گاز دی اکسیدکربن، سهم بزرگی در حفاظت از محیط زیست دارد.
مفاهیم ذکر شده در Grid Code سال 2000
توان اکتیو توانی است که به صورت دیگری از توان مانند مکانیکی، حرارتی، شیمیایی، نوری یا صوتی تبدیل می شود.
توان راکتیو توانی است که در تجهیزات الکتریکی برای ایجاد میدان های مغناطیسی (مانند موتورها و ترانسفورماتورها) یا میدان های الکتریکی (مانند خازن ها) مورد نیاز است. در یک میدان مغناطیسی توان راکتیو خاصیت سلفی دارد و در یک میدان الکتریکی توان راکتیو خاصیت خازنی دارد.
توان ظاهری جمع هندسی توان اکتیو و راکتیو است. این توان در هنگام طراحی مانند تاسیسات الکتریکی اهمیت زیادی دارد. ضریب توان، کسینوس حاصل تقسیم توان اکتیو بر توان ظاهری است.
مفهوم اصلاح ضریب توان
توان راکتیو در کجا تولید می شود؟
بسیاری از تجهیزات الکتریکی مانند موتورهای تک فاز و سه فاز AC، هم به توان اکتیو و هم به توان راکتیو نیاز دارند.
شکل:44
توان اکتیو به کار مفید مکانیکی تبدیل می شود، در حالی که توان راکتیو برای برقرار نگه داشتن میدان مغناطیسی موتور لازم است. توان راکتیو به طور متناوب بین ژنراتور و بار در حال رفت و برگشت است.
شکل:45
اثرات توان راکتیو
حاصل جمع برداری توان اکتیو P و توان راکتیو Q، توان ظاهری S خواهد بود.
اپراتورهای ژنراتورها و خطوط انتقال باید این مقدار توان ظاهری را در اختیار داشته باشند و ارسال کنند. این به مفهوم آن است که ژنراتورها، ترانسفورماتورها، خطوط توان، کلیدها و غیره باید براساس توان ظاهری طراحی شوند و نه توان اکتیو.
در نتیجه شرکت های برق در تولید و تلفات توان با هزینه مضاعف روبرو می شوند. بنابراین آنها برای صرف توان راکتیو بیشتر از حد تعیین شده جریمه دریافت می کند. معمولاً ضریب توانی بین 0/1 تا 9/0 به عنوان ضریب توانی مطلوب اعلام می شود.
اصلاح ضریب توان
شکل:46
اگر ضریب توان اصلاح شود، مثلا با نصب یک خازن در سر راه بار، باعث کاهش یا حذف کامل توان راکتیو لازم می شود. سیستم اصلاح ضریب توان زمانی بهترین بازدهی را دارد که در نزدیکی بار باشد و از جدیدترین تکنولوژی روز استفاده کند.
توان راکتیو سلفی به طور کامل یا به طور نسبی توسط توان راکتیو خازنی جبران می شود و توان ظاهری از مقدار به کاهش می یابد.
شکل:47
فواید اقتصادی اصلاح ضریب توان
صرفه جویی در هزینه های انرژی راکتیو
به عنوان مثال یک شرکت صنعتی را با توان متوسط 50 کیلووات در نظر بگیرید که سالیانه حدود 4000 ساعت با ضریب توان متوسط 7/0 کار می کند. تعرفه های توان به این شرکت اجازه می دهند که بدون پرداخت جریمه به اندازه 50% توان اکتیو، توان راکتیو مصرف کند. این مقدار توان راکتیو، معادل ضریب توان 9/0 است. این شرکت بدون اصلاح ضریب توان باید سالیانه 99.640.000 ریال جریمه بپردازد. خازنی با توان راکتیو 268 کیلووار برای اصلاح ضریب توان و رساندن آن به 9/0 مورد نیاز است. ولی معمولاَ از اولین ظرفیت استاندارد بزرگتر استفاده می شود که در این مورد 300 کیلووار است و زمان بازگشت سرمایه برای این سیستم کمتر از یک سال است که خود نشان دهنده صرفه اقتصادی اصلاح ضریب توان است.
صرفه جویی های جنبی در اثر کاهش اتلاف توان اکتیو
شرکتی که در مثال قبل مطرح شد، در درون خطوط توزیع داخلی تلف5ات توان دارد و مانند هر مصرف کننده ای باید بهای این تلفات توان راکتیو را بپردازد. استفاده از اصلاح ضریب توان، توان ظاهری درون شبکه شرکت را کاهش می دهد و بنابراین تلفات توان و هزینه های انرژی اکتیو نیز کاهش می یابند. در بررسی فواید حاصل شده در کل باید تلفات داخلی سیستم اصلاح ضریب توان را نیز به حساب آورد.
علاوه بر کاهش هزینه های انرژی راکتیو، سیستم اصلاح ضریب توان در این مثال هزینه های توان اکتیو تلف شده در شبکه را نیز به میزان 7.880.000 ریال در سال کاهش می دهد.
بخشی از قبض برق سالیانه
انرژی با تعرفه معمولی: 2.000.000 کیلووات ساعت
انرژی راکتیو با تعرفه معمولی: 2.040.408 کیلووار ساعت
انرژی راکتیو بدون جریمه: 1.000.000 کیلووار ساعت
تعرفه: 9 ریال برای هر کیلووار ساعت
ظرفیت سیستم PFC مورد نیاز: 268 کیلووار
ظرفیت سیستم PFC نصب شده: 300 کیلووار
هزینه سرمایه گذاری و نصب: 77.000.000 ریال
زمان بازگشت سرمایه: 8/0 سال
تحلیل تلفات و هزینه ها
توان نامی ترانسفورماتور: 800 کیلوولت آمپر
توان ظاهری نصب شده: 714 کیلوولت آمپر
تلفات ترانسفورماتور و خطوط: 0/10 کیلووات
(بدون سیستم PFC)
سسیتم PFC: 268 کیلووار
توان ظاهری جبران شده: 556 کیلوولت آمپر
تلفات ترانسفورماتور و خطوط: 8/6 کیلووات
(با سیستم PFC)
مقدار ناخالص کاهش تلفات 2/3 کیلووات
تلفات درون سیستم PFC: 6/0 کیلووات
مقدار ناخالص کاهش تلفات: 6/2 کیلووات
کاهش مصرف توان اکتیو: 10.232 کیلووات
ساعت در سال
هزینه انرژی اکتیو (با احتساب مالیات): 770 ریال به ازای هر کیلووات ساعت
کاهش هزینه ها ناشی از کاهش تلفات: 7.880.000 ریال در سال
کاهش اتلاف توان اکتیو با استفاده از اصلاح ضریب توان
وضعیت موجود و برنامه توسعه در آلمان
ضریب توان: میزان بارگذاری فعلی شبکه، تلفات شبکه
اصلاح ضریب توان، توان ظاهری در شبکه و همچنین میزان بارگذاری آن ناحیه از شبکه را کاهش می دهد. میزان تلفات با توان دو جریان متناسب است:
5/0 کاهش جریان = 10% کاهش تلفات
شکل:48
ضریب توان علامت نشان دهنده میزان توان راکتیو در یک شبکه است. نمودار روبرو نشان می دهد که چگونه بارگذاری شبکه و تلفات شبکه به ضریب توان وابسته است. وقتی ضریب توان برابر واحد است، یعنی جبران سازی کامل انجام شده است بارگذاری 100% تعریف شده است. هر قدر که ضریب توان کوچکتر شود، توان راکتیو و در نتیجه بارگذاری و تلفات شبکه نیز بیشتر است. این قانون هم برای مصرف کننده و هم برای خطوط انتقال و توزیع توان الکتریکی برقرار است.
تلفات شبکه در آلمان
تلفات شبکه در شبکه سیستم های انتقال و توزیع و همچنین در شبکه های توزیع
تلفات شبکه وابسته به جریان
اپراتورهای شبکه: 4/24 بیلیون کیلو وات ساعت
مشترکین صنعتی: 0/3 بیلیون کیلو وات ساعت
مجموع: 4/27 بیلیون کیلو وات ساعت
مشترکین صنعتی رخ می دهد. اصلاح ضریب توان بر روی تلفات وابسته به جریان شبکه تاثیر می گذارد. محاسبه تلفات وابسته به جریان در شبکه های انتقال و توزیع به همراه شبکه های توزیع مشترکین صنعتی نشان می دهد که میزان تلفات در حدود 4/27 بیلیون کیلووات ساعت است.
اصلاح ضریب توان برای مشترکین صنعتی از دو جنبه مفید است: اول این که تلفات توان و در نتیجه هزینه های انرژی در شبکه ی خود مصرف کننده کاهش می یابد، و دوم تلفات شبکه های انتقال و توزیع نیز کاهش می یابد.
اصلاح ضریب توان باعث کاهش تلفات شبکه آلمان شده است
اثر اصلاح ضریب توان بر تلفات شبکه را با بررسی سه حالت زیر انجام می دهیم:
1. بدون اصلاح ضریب توان
تلفات شبکه بدون اصلاح ضریب توان چقدر خواهد بود؟ (یعنی بدون سیستم هایی که اکنون در حال کار هستند)
شکل:49
2. اصلاح نسبی ضریب توان
در این حالت وضعیت فعلی شبکه با ضریب توان 9/0 در نظر گرفته می شود.
3. اصلاح کامل ضریب توان
تلفات شبکه در صورت استفاده کامل از سیستم های اصلاح ضریب توان چقدر خواهد بود؟ (ضریب توان 0/1)
مقایسه بین حالت های 1 و 2 نشان می دهد که:
* سیستم های اصلاح ضریب توان کنونی باعث کاهش تلفات شبکه به میزان 9 بیلیون کیلووات ساعت در سال می شود.
این میزان حدوداً برابر انرژی تولید شده توسط 6 نیروگاه زغالی یا مصرف برق 7/2 میلیون خانوار است.
مقایسه بین حالت های 2 و 3 نشان می دهد که:
* سیستم های اصلاح ضریب توان پتانسیل کاهش 3 /4 بیلیون کیلووات ساعت دیگر را دارند. این میزان حدوداَ برابر انرژی تولید شده توسط 3 نیروگاه زغالی یا مصرف برق 3/1 میلیون خانوار است.
اصلاح ضریب توان در سال 1999 تلفات شبکه را به میزان 9 بیلیون کیلووات ساعت کاهش داد.
اصلاح ضریب توان در سال 1999 انتشار گاز دی اکسدکربن را در آلمان را به میزان 5.1 میلیون تن کاهش داد.
کاهش اتلاف توان اکتیو با استفاده از اصلاح ضریب توان:
وضعیت موجود و برنامه توسعه در ایران
ضریب توان، میزان بارگذاری فعلی شبکه، تلفات شبکه
بنا بر آمار سال 1375، از کل 8/20% تلفات انرژی الکتریکی در کشور 3/5% مصرف داخلی نیروگاه ها، 5/3% تلفات شبکه انتقال و فوق توزیع و 12% تلفات شبکه های توزیع بوده است. به عبارت دیگر 75% تلفات مستقیماً مربوط به شبکه ها و تلفات هادی ها می باشد. بخشی از مصرف داخلی نیروگاه ها را هم می توان متناسب با تلفات هادی ها (متناسب با مجذور جریان) مدل کرد.
با توجه به سهم زیاد بارهای خانگی از پیک بار (بارهای خانگی حدود 35% از کل انرژی مصرفی را تشکیل می دهند ولی سهم آنها از پیک بار حدود 58% است)، و همچنین بارهای دیگری مانند بارهای تجاری، عمومی، و موسات شبانه روزی که ماهیت و ضریب توان آنها شبیه بارهای خانگی است، ضریب توان بیشتر بارهای مصرفی نامناسب است. این مطلب موجب رشد قابل ملاحظه درصد تلفات پیک بار می شود: از آنجا که تلفات هادی ها با مجذور جریان متناسب است، اندازه آن با توان دوم افزایش می یابد. علاوه بر این هزینه اتولید انرژی اضافه بر بار پایه در پیک بار (عمدتاً به وسیله نیروگاه های گازی) حدود 2 برابر هزینه تولید انرژی در بار پایه (توسط نیروگاه های بخاری و …) است. بنابراین مابه التفاوت انرژی الکتریکی مورد نیاز بار پیک و بار پایه با هزینه ای حدود دو برابر تولید می شود و در نتیجه متوسط هزینه انرژی الکتریکی در پیک بار افزایش می یابد.
در شکل نحوه تاثیر جریان خازن بر بردار جریان را با فرض مدل متعارف بار می بینیم:
شکل:50
بنابراین کاهش تلفات از رابطه زیر به دست می آید:
مشاهده می شود که به ازای یک خازن مشخص، وقتی مقاومت مسیر بیشتر باشد (مانند فیدرهای طولانی)، اندازه کاهش تلفات هم بیشتر است. در جدول میزان تلفات قابل کاهش را برحسب ضریب توان 7/0 تا 98/0 می بینیم:
جدول24
همانطور که مشاهده می شود در ضریب توان 7/0 حدود 50% و در ضریب توان 9/0 حدود 20% اضافه تلفات نسبت به حالت ایده آل (ضریب توان 0/1) وجود دارد. با توجه به مقادیر متداول ضریب توان شبکه های فشار ضعیف توزیع که غالباً حدود 7/0 تا 9/0 است، اضافه تلفات قابل ملاحظه مذکور (20% تا 50%) صرفاً به دلیل نامناسب بودن ضریب توان و کمبود خازن نصب شده به شبکه تحمیل می شود. با فرض تلفات پیک بار 27% و ضریب توان میانگین 9/0 در ساعات پیک بار (فرضی خوش بینانه) در صورت رسیدن به ضریب توان 95/0تلفات پیک بار به 25% کاهش می یابد.
تلفات شبکه های فشار ضعیف به دلیل سطح ولتاژ کمتر (و در نتیجه جریان بیشتر) حدود نیمی از تلفات پیک بار است و از اینرو توجه به کاهش تلفات فشار ضعیف اولویت دارد. علاوه بر این با توجه به نحوه تامین انرژی الکتریکی کاهش تلفات فشار ضعیف موجب کاهش تلفات سطوح ولتاژ بالاتر نیز می شود ولی عکس این واقعه اتفاق نمی افتد.
حفاظت از محیط زیست با استفاده از اصلاح ضریب توان
وضعیت موجود و برنامه توسعه در آلمان
کاهش تلفات به معنی حفاظت از محیط زیست است.
استفاده از سوخت های فسیلی برای تولید الکتریسیته به معنی آزاد شدن گاز گلخانه ای دی اکسیدکربن در اتمسفر است. سهم هر واحد توان الکتریکی تولید شده در انتشار گاز دی اکسید کربن با آگاهی از نوع نیروگاه های آلمان امکان پذیر است. با توجه به تعداد زیاد نیروگاه های سوخت فسیلی، این عدد در سال 1999 در آلمان برابر 57/0 کیلوگرم دی اکسید کربن به ازای هر کیلووات ساعت، و در کل اتحادیه اروپا برابر 40/0بوده است.
شکل:51
در حال حاضر نیز اصلاح ضریب توان نقش بزرگی در حفاظت از محیط زیست دارد در سال 1999 در آلمان سیستم های اصلاح ضریب توان تلفات شبکه را به میزان 9 بیلیون کیلووات ساعت کاهش دادند، که تقریباً معادل انتشار 5 میلیون تن گاز دی اکسید کربن است. باید نقش مهم سیستم های اصلاح ضریب توان در حفاظت از محیط زیست ترویج شود و گسترش یابد.
اصلاح ضریب توان هنوز پتانسیل زیادی در حفاظت از محیط زیست دارد
هنوز پتانسیل کاهش انتشار گاز دی اکسید کربن به میزان 4/2 میلیون تن در سال با استفاده بیشتر و وسیع تر از سیستم های اصلاح ضریب توان وجود دارد.
مقایسه میزان کاهش انتشار دی اکسید کربن با دیگر تدابیر حفاظتی
برنامه ملی حفاظت از محیط زیست دولت فدرال آلمان تدابیر مختلفی برای کاهش انتشار گاز دی اکسید کربن اندیشیده است. برخی از این طرح ها اجرا شده اند، در حالی که در مورد معرفی برخی دیگر بحث وجود دارد. در برخی از این طرح ها با تامین منابع مالی در حال گسترش هستند و برخی دیگر برای اجرا به وضع قوانین جدید نیاز دارند.
اصلاح ضریب توان در سال 1999 میزان انتشار گاز دی اکسیدکربن در آلمان را به میزان 1/5 میلیون تن کاهش داد.
اصلاح ضریب توان، پتانسیل کاهش انتشار گاز دی اکسیدکربن به میزان 4/2 میلیون تن دیگر را دارد.
برای بخش صنعت و مصرف کنندگان کوچک حدود 7 راه کار به همراه اثر کاهشی پیش بینی شده برای هر یک بر حسب میلیون تن تا سال 2005 پیشنهاد شده است.
* بهبود قراردادهای فروش برق 0/1
* تامین الکتریسیته سبز 5/1
* اعلامیه ZVEI/VDMA در مورد تجهیزات الکتریکی 5/1 الی 0/2
* افزایش بازده نیروگاه های کمکی 0/2
* بخشنامه کاهش مصرف انرژی 0/6
* برنامه درازمدت تولید توام گرما و الکتریسیته (CHP) 0/10
* گسترش بیشتر در برنامه جلوگیری از گرم شدن زمین توسط صنعت آلمان 0/10
مقایسه با برنامه ملی حفاظت از محیط زیست نشان می دهد که اصلاح ضریب توان، با کاهشی حدود 5 میلیون تن در سال در انتشار گاز دی اکسید کربن، نقش فعالی در حفاظت از محیط زیست دارد و پتانسیل کاهش حدود 5/2 میلیون تن دیگر را دارد.
در حال حاضر نیز اصلاح ضریب توان نقش بزرگی در حفاظت از محیط زیست دارد.
شکل:52
وضعیت موجود و برنامه توسعه در ایران
توجیه اقتصادی خازن گذاری در شبکه های فشار ضعیف، ارتباط مستقیم با میزان کاهش تلفات آنها دارد. در جدول زیر برمبنای نمونه مقادیر اندازه گیری شده در شرکت های توزیع برق کشور از 14 شرکت برق منطقه ای از کل 16 شرکت تنظیم شده است.
جدول25
همانطور که مشاهده می شود به طور میانگین 25% تلفات فیدرهای فشار ضعیف در پیک بار در اثر خازن گذاری کاسته شده است. این میزان می توان 3% تا 5% کل انرژی مورد نیاز فیدر باشد.
اثرات اقتصادی
در جدول زیر به اختصار شاخص های اقتصادی طرح ملی خازن گذاری بیان شده است:
جدول26
بیشترین میزان تاثیر ارائه شده در این زمینه مربوط به شرکت برق منطقه ای هرمزگان و برآورد تقریبی کاهش تلفات پیک بار فشار ضعیف معادل 1 کیلووات به ازای هر 4 کیلووار خازن نصب شده و کاهش تلفات پیک بار حدود 25 مگاوات، پس از نصب حدود 100مگاوار خازن (تنها در سطح فشار ضعیف) بوده است.
افق های آینده
وضعیت موجود در آلمان
در حال حاضر نیز اصلاح ضریب توان نقش بزرگی در حفاظت از محیط زیست دارد. باید نقش مهم سیستم های اصلاح ضریب توان در حفاظت از محیط زیست ترویج شود و گسترش یابد.
استفاده کامل از پتانسیل موجود در آلمان
هنوز می توان از پتانسیل اضافی کاهش تلفات شبکه و انتشار گاز دی اکسید کربن استفاده کرد، زیرا ضریب توان کنونی (9/0) به حد کافی اقتصادی و به صرفه نیست. هنوز می توان با اصلاح کامل، ضریب توان را به 0/1 رساند و توان راکتیو را به طور کامل جبران کرد. البته باید جنبه های فنی دیگر را هم مانند جبران سازی اضافه در کابل های شبکه یا عدم پاسخگویی سریع سیستم های اصلاح ضریب توان را در نظر گرفت.
گفتگو و بحث بین شرکت های برق، اپراتورهای شبکه، و متخصصان سیستم های اصلاح ضریب توان اهمیت زیادی دارد تا به این ترتیب حداکثر ضریب توان به صرفه و قابل اجرا در بازار امروز مشخص گردد.
روش های دیگر در آلمان
از سیستم های اصلاح ضریب توان tune شده و مدارهایشان، نتیجه مثبت دیگری به دست می آید. این مدارها قابلیت بلوک کردن هارمونیک ها را دارند. این عمل باعث بهبود کیفیت توان تغذیه می شود زیرا شکل موج های ولتاژ و جریان به صورت سینوسی مطلوب در می آیند و در شبکه های توزیع و انتقال، هارمونیک مشاهده نمی شود. کاهش جریان بیشتر در مدارها به معنی کاهش تلفات و انتشار گاز دی اکسید کربن است.این اثر مثبت باید با مطالعات بیشتر و عمیق تر بررسی شود.
توجه به موضوع حفاظت از محیط زیست با استفاده از سیستم های اصلاح ضریب توان می تواند باعث تشویق کشورهای اروپایی و دیگر کشورها شود.
آینده طرح خازن گذاری در ایران و اولویت های ادامه آن
در حال حاضر از نظر مسوولیت، اختیارات، پاسخ گویی، و پیگیری مسایل مربوط به توان راکتیو، سازمان دهی خاصی در کشور وجود ندارد و فعالیت های موازی و اظهارنظرهای متفاوت و متعددی در این زمینه ارائه می شود. در این میان مسایل مربوط به سیاست گذاری به دلیل اهمیت زیربنایی، جایگاه خاصی دارند و متاسفانه در این زمینه نیز مرجع مشخصی وجود ندارد. این امر یکی از دلایل مهم کندی پیشرفت اصلاح ضریب توان به ویژه در سطح مصرف و فشار ضعیف می باشد. در صورت ایجاد چنین ساختار و مرجعی، مسیرهای تصمیم گیری و همچنین اعلام و اعمال نظرات اصلاحی، مشخص و به تدریج نهادینه می شود. به عنوان نمونه با وجود گذشت دو سال از اجرای طرح خازن گذاری در شبکه های فشار ضعیف و مشخص شدن نتایج عملی آن، هنوز شبهاتی در مورد فواید خازن گذاری ثابت مطرح می شود و در مراجع مختلف، تصمیمات گوناگونی در این زمینه اتخاذ می شود و در نهایت استفاده مناسبی از تجارب ملی در جهت بهبود فعالیت ها صورت نمی پذیرد.
ضمیمه
تلفات وابسته به جریان در شبکه آلمان در سال 1999
تفاوت توان نه تنها در شبکه های انتقال و توزیع رخ می دهند بلکه در شبکه های توزیع مشترکین صنعتی نیز رخ می دهد. اصلاح ضریب توان بر تلفات وابسته به جریان اثر می گذارد.
جدول27
براساس VDEW (14)، تفاوت درون شبکه های آلمان در سال 1999 حدود 28میلیون مگاوات ساعت بوده است.
براساس تحقیقی که توسط اتحادیه اروپا برای بررسی تلفات وابسته به جریان انجام شده است، لازم شد که بین تلفات خط و تلفات ترانسفورماتور تفاوت قائل گردیده شود. با در نظر گرفتن یک ترانسفورماتور معمولی، تلفات ترانسفورماتور نیز به تلفات مسی و آهنی تقسیم شد.
تحقیق نشان داد که تلفات سیستم های انتقال و توزیع 4/24 میلیون مگاوات ساعت بوده است.
تلفات شبکه های توزیع مشترکین صنعتی در تلفات شبکه به حساب نیامده اند. مدل محاسبه ی این تلفات شامل یک خط انتقال قدرت در یک مدار فشار متوسط، یک ترانسفورماتور، و یک خط انتقال قدرت در یک مدار فشار ضعیف به علاوه سیستم اصلاح ضریب قدرت برای رساندن ضریب توان به 9/0 است.
تحقیق تلفات وابسته به جریان را در شبکه های توزیع مشترکین صنعتی در حدود 0/3 میلیون مگاوات ساعت نشان داد.
جدول28
متوسط ضریب توان در شبکه آلمان در سال 1999
مصرف توان اکتیو به طور کلی توسط دو گروه اصلی انجام می شود: گروه اول مشترکین صنعتی (Special Contract Customers) و گروه دوم مصرف کنندگان معمولی (Tariff Customers). ضریب توان متوسط برای هر 2 گروه مصرف کنندگان محاسبه می شود.
جدول29
تلفات داخلی سیستم های اصلاح ضریب توان و کابل های متصل کننده
در هنگام محاسبه مقدار کاهش تلفات ناشی از سیستم های اصلاح ضریب توان باید تلفات درونی این سیستم ها و کابل های اتصال دهنده را نیز به حساب آوریم.
جدول30
اعدادی که در اینجا آورده شده براساس سیستم های اصلاح ضریب توان بدون راکتورهای فیلترکننده است. گرچه راکتورها به تلفات اضافه می کنند، باعث بلوک شدن هارمونیک ها شده، مقدار بارگذاری شبکه را کاهش می دهند. برای اطلاعات بیشتر به مقالات فنی مربوطه مراجعه کنید.
اصلاح ضریب توان و تلفات شبکه
حالت اول: بدون اصلاح ضریب توان. تلفات شبکه بدون اصلاح ضریب توان چقدر خواهد بود؟ (یعنی بدون سیستم هایی که اکنون در حال کار هستند).
حالت دوم: اصلاح نسبی اصلاح ضریب توان. در این حالت وضعیت فعلی شبکه با ضریب توان 9/0 در نظر گرفته می شود.
حالت سوم: اصلاح کامل ضریب توان. تلفات شبکه در صورت استفاده کامل از سیستم های اصلاح ضریب توان چقدر خواهد بود؟ (ضریب توان 0/1)
جدول:31
نتیجه گیری :
پس از مطالعات انجام شده و رویت نتایج اصلاح ضریب توان به این نتیجه می رسیم که استفاده از تجهیزاتی که این امر را برای طراح میسر می کند به صرفه های مختلفی در زمینه طراحی و عملکرد شبکه های الکتریکی در سیستم های توزیع منجر می گردد .
از جمله محاسن استفاده از این سیستم ها می توان به موارد اقتصادی ، فنی و حتی حفاظت محیط زیست اشاره کرد . البته نکته ای که حائز اهمیت می با شد آن است که دقت در طراحی سیستم اصلاح ضریب توان در عرصه عملکرد بهینه آن بسیار مهم است وگاهی سهل انگاری در این مسیر باعث کسب نتایجی مضر و معکوس میگردد که لزوم استفاده از افراد متخصص در این زمینه را به تصمیم گیران گوشزد می کند .
مراجع :
[1] United Nations Framework Convention on Climate Change, May 1992
[2] The Kyoto Protocol to the United Nations Framework Convention on Climate Change,
December 1997
[3] European Community – Council – Environment: Press release 16 June 1998, Press 205 No.
09402/98 (Appendix 1)
[4] 1999 Report of the Federal Republic of Germany to the Secretariat of the United Nations
Framework Convention on Climate Change: greenhouse gas inventory for the Federal Government
for the years 1990 to 1998 (Section 1.3)
[5] Germany's National Climate Protection Programme, adopted on 18 October 2000 by German
Federal Government (report by the "CO2 Reduction" Interministerial Working Group, Section I)
[6] Germany's National Climate Protection Programme, adopted on 18 October by German
Federal Government (Section 2, Objectives)
[7] BMU (German Federal Ministry for the Environment, Nature Conservation and Nuclear
Safety): Umwelt No. 11/2000
Special section on the National Climate Protection Programme
[8] Agreement between the Government of the Federal Republic of Germany and German industry
on climate protection, November 2000
[9] VDEW (Germany Electricity Association): Distribution Code 2000 (Rules for access to
distribution networks), October 2000 (Section 2.5)
[10] VDN (Association of German Network Operators – former DVG) GridCode 2000 Network
And System Rules of the German Transmission System Operators, May 2000 (Section 8)
[11] VDEW (Germany Electricity Association): Strommarkt Deutschland 1999
(Umwelt- und Klimaschutz Section)
[12] European Commission: The Scope for Energy Saving in the EU (Section 11.2)
[13] Germany's National Climate Protection Programme, adopted on 18 October 2000 by the
German Federal Government (report by the "CO2 Reduction" Interministerial Working Group,
Section IV.2 [2], Table 5)
[14] VDEW (Germany Electricity Association): Strommlarkt Deutschland 1999 (Strommarkt
Section)
[15] European Commission: The Scope for Energy Saving in the EU (Section 11.1 Assessment
of Energy Saving Potential)
[16] ABB Distribution Transformers
(Medium Distribution Transformers Section)
[17] VDEW (Germany Electricity Association): Strommarkt Deutschland 1999 (Kooperation
beim Strom and Table 17)
وب سایت ها :
German Electrical and Electronic Manufacturers' Association:
www.zvei.org
ZVEI Power Capacitor Product Division:
www.zvei.org/kondensatoren
Germany Electricity Association:
www.strom.de
Former Association of the German Transmission System Operators – DVG:
www.vdn-berlin.de
Conservation and Nuclear Safety (BMU):
www.bmu.de
German Federal Ministry of Economics and Labour:
www.bmwi.de
European Climate Change Program:
http://Europa.eu.int/comm/environment/climat/eccp.htm
United Nations Framework Convention:
www.unfccc.com
د