اصلاح ضریب توان با بانک خازنی (میکرو خازن)

تماس جهت اطلاعات بیشتر:

02188398563-

02188398543

پیشینه مساله :

شرکت توزیع برق مشترکین پرمصرف، خصوصاً صنعتی را مجاب به استفاده از خازن جهت کاهش بار راکتیو می‌نمایند. اساساً خازن‌ها تولیدکننده بار راکتیو می‌باشند و زمانی که در مدار قرار می‌گیرند، موجب می‌شوند بار راکتیو به‌جای اینکه از شبکه توزیع کشیده شود، در داخل مجموعه تولید و مصرف شود، بنابراین خازن‌ها با تولید بار راکتیو قادرند ضریب توان را افزایش دهند و موجب بی‌نیازی به بار راکتیو از شبکه توزیع شوند. معمولاً برای اصلاح ضریب توان از بانک خازنی با خازن‌های مثلث استفاده می‌شود. پایین بودن عمر مفید این نوع خازن‌ها از یک‌سو و آسیب‌پذیری آن‌ها در مقابل کوچک‌ترین تغییرات ولتاژ و جریان هارمونیک از سوی دیگر موجب افزایش هزینه‌های تعمیر و نگهداری آن می‌شود، ضمن آنکه استفاده از بانک خازنی در مجاورت اینورتورها و سافت استارترها مشکل‌ساز می‌باشند و خازن‌ها در درازمدت به علت آسیب دیدن، خود مصرف‌کننده و موجب افزایش تلفات انرژی می‌شوند. به‌طورکلی مصرف‌کنندگان اکتیو (مقاومتی) با تبدیل انرژی الکتریکی به شکل دیگری از انرژی، انرژی الکتریکی را مصرف می‌کنند (مانند لامپ‌های رشته‌ای و بخاری‌های برقی و اجاق‌برقی و...). مصرف‌کنندگان راکتیو بجای مصرف انرژی الکتریکی آن را (در سلف) ذخیره می‌کنند و با کاهش یافتن روند تغذیه بار، انرژی ذخیره‌شده خود را به مدار داخلی بازمی‌گردانند (مانند خازن‌ها، موتورها، ترانسفورماتورهای القایی و...). توان راکتیو موجب افزایش یافتن جریان جاری بین منبع تغذیه و مصرف‌کنندگان می‌شود. بدین ترتیب توان ظاهری افزایش خواهد یافت. در شبکه‌های توزیع همیشه با پس‌افتِ (پس فاز) جریان نسبت به ولتاژ همراه هستیم که این امر با تولید بار راکتیو توأم است. لذا در تمامی مواقعِ بارگیری، بخشی از انرژی مصرفی به‌صورت بار راکتیو از چرخه مصرف خارج می‌شود. در سیم‌پیچ‌ها به علت خاصیت ذخیره‌سازی، انرژی الکتریکی به‌صورت میدان مغناطیسی همواره بین شبکه و سلف (سیم‌پیچ و موتور و ...) ردوبدل می‌شود. سلف در یک‌چهارم تناوب زمانی اول، توان را ذخیره می‌کند و در یک‌چهارم تناوب زمانی دوم توان راکتیو را به شبکه پس می‌دهد (یعنی عدم مصرف انرژی)، زیرا توان داده‌شده به سلف با توان دریافت شده از آن برابر است؛ اما در عمل این اتفاق رخ نمی‌دهد، زیرا توان پس‌داده‌شده به شبکه امکان استفاده را برای مولد ایجاد نمی‌کند و ازآنجایی‌که این توان قابل‌استفاده نیست و در مسیر عبور تلف می‌شود، برای شبکه زیان‌های زیر را دارد:

1. اضافه شدن جریان منبع و درنتیجه نیاز به منابعِ توان‌های بیشتر
2. نیاز به سیم‌ها و کابل‌های با سطح مقطع بالاتر (این امر باعث افزایش هزینه‌ها می‌شود)
3. اتلاف انرژی در شبکه‌های توزیع به‌صورت حرارت (نتیجه این اتلاف توان، افزایش دمای سیم‌ها و کابل‌ها و کاهش ولتاژ مصرف‌کننده می‌باشد که این موضوع راندمان مصرف‌کننده را پایین می‌آورد).

برای انتقال انرژی راکتیو نیاز به کابل با سطح مقطع بزرگ‌تر، دکل‌های فشارقوی مقاوم‌تر و درنتیجه هزینه‌های مازاد هستیم، همچنین این امر افزایش تلفات الکتریکی و کاهش راندمان شبکه را نیز به همراه دارد. در مواردی مانند کاربردهای الکترونیک قدرت و متعادل‌سازی بارهای نامتعادل، حتی انتقال انرژی راکتیو هم کارساز نیست و باید این انرژی در محل تولید گردد. در این شرکت متقاضی، خازن‌های موجود به‌صورت مثلث می‌باشند و چون باهم ارتباط فازی دارند، موجب تخلیه خازن می‌شوند و می‌توان گفت خازن‌ها علاوه بر تولید و تزریق توان راکتیو، خود به‌عنوان مصرف‌کننده جریان برق عمل می‌کنند. به‌منظور جلوگیری از تحمیل تلفات خازن به شبکه معمولاً از رگلاتور جهت ورود و خروج خازن‌ها استفاده می‌شود. عدم تنظیم صحیح رگلاتور، عدم تناسب پله‌های خازنی، خرابی کنتاکتورهای خازنی در اثر ورود و خروج بی‌رویه خازن‌ها و پایین بودن عمر مفید خازن‌ها از دیگر معایب بانک خازنی می‌باشد. ضمناً برای راه‌اندازی موتورها با توان بالا باید از حالت ستاره و مثلث استفاده کرد. در این شرایط برای راه‌اندازی موتورها نهایتاً 8 ثانیه زمان موردنیاز است. در این حالت موتور جریانی تا 6 برابر جریان نامی آمپر می‌کشد و پس از 8 ثانیه به حالت نرمال می‌رسد این در حالی است که برای جلوگیری از ورود و خروج سریع خازن‌ها این زمان در رگلاتورها حداقل 20 ثانیه طراحی می‌شود و در عمل کلیه جریان‌های راه‌اندازی موتور بدون حضور خازن صورت می‌گیرند.

شرح مساله :

قدرت قراردادی برق با شرکت متقاضی 2000 کیلووات می‌باشد که توسط هفت ترانس 20 کیلوولت در سه پست مجزا (پست آمونیاک، پست زمین مجاور و پست تولید) مورد بهره‌برداری قرار می‌گیرد. از بین 7 ترانس موجود، یک ترانس فاقد بانک خازنی می‌باشد و بانک خازنی یکی دیگر از ترانس‌ها به‌طورکلی دچار ترکیدگی شده و از مدار خارج شده است. از 5 ترانس باقی‌مانده، 4 ترانس دارای بانک‌های خازنی با عمر مفید بسیار بالا هستند که تلفات داخلی خازن‌های موجود بیشتر از کارایی آن می‌باشد. تنها یک ترانس دارای بانک خازنی جدید می‌باشد که خازن‌های آن نیز بر اثر هارمونیک‌های شبکه آسیب دیده و گاهاً ترکیده‌اند و نیاز به تعویض و نگهداری دارند. این هفت ترانس عبارت‌اند از:

• ترانس شماره 1 پست آمونیاک: دارای 12 خازن 25 کیلو وار (فرا کوه) می‌باشد که بیش از نیمی از آن‌ها آسیب دیده‌اند.
• ترانس شماره 2 پست آمونیاک: دارای 12 خازن 25 کیلو وار (فرا کوه) که کل خازن‌های آن آسیب دیده و از مدار خارج شده‌اند.
• ترانس شماره 1 پست مجاور: دارای 12 خازن فرا کوه با ظرفیت 25 کیلو وار که اکثر آن‌ها آسیب دیده‌اند.
• ترانس شماره 2 پست مجاور: فاقد بانک خازنی.
• ترانس شماره 3 پست مجاور: دارای 12 پله خازن 25 کیلو وار که به علت خرابی تعدادی از کنتاکتورها، خازن‌ها وارد مدار نمی‌شوند.
• ترانس شماره 1 پست تولید: دارای 12 پله خازن 25 کیلو وار پارس قدیمی و ازکارافتاده.
• ترانس شماره 2 پست تولید: دارای 12 پله خازن 25 کیلو وار پارس قدیمی و ازکارافتاده.

مقدار توان اکتیو، راکتیو و توان ظاهری ترانس‌های موجود در پست‌های برق، با توجه به حداکثر جریان مصرفی و وجود بانک‌های خازنی در مدار، مطابق جدول زیر می‌باشد:

   

میزان جریان‌ها و cos (φ) ذکرشده در جدول فوق، بر اساس جریان‌های اندازه‌گیری شده در ساعت مشخصی از روز اندازه‌گیری شده است که این مقادیر در ساعات مختلف روز تغییر می‌نماید. (اطلاعات مربوط به ترانس شماره 2 پست زمین مجاور در جدول فوق عنوان نشده است)

در حال حاضر در شرکت متقاضی، شکل داخلی خازن‌های موجود، مثلث می‌باشند که این امر موجب افزایش هارمونیک و تلفات داخلی شبکه به هنگام استفاده از این نوع خازن‌ها می‌شود. امروزه استفاده از اینورتورها در صنعت امری اجتناب‌ناپذیر است که این امر نیز افزایش هارمونیک شبکه و درنتیجه آسیب‌دیدگی و کاهش عمر مفید خازن‌ها را در بر دارد. از طرفی به هنگام ورود و خروج موتورها، ولتاژ شبکه در لحظه استارت با تغییرات ناگهانی ولتاژ و جریان مواجه می‌شود، این امر نیز موجب آسیب دیدن خازن‌ها می‌شود، همچنین ورود و خروج‌های پیاپی موجب خرابی کنتاکتورها و گاها سوختن آن‌ها می‌شود.

همان‌طور که اشاره شد بانک‌های خازنی موجود غالباً معیوب شده‌اند، این امر موجب اعمال جرائم ضرر و زیان در فیش‌های برق می‌شود، ضمن اینکه ورود و خروج زیاد خازن‌ها موجب خرابی کنتاکتورها نیز شده است، هزینه بالای تعمیر و نگهداری خازن‌ها و بانک خازنی، نیاز به استفاده از خازن‌های صنعتی ستاره (میکرو خازن) با عمر مفید بیشتر و عدم آسیب‌پذیری در مقابل هرگونه تغییرات ولتاژ را ضروری کرده است.

 

راه‌حل‌ها و پیشنهادها باید الزامات زیر را رعایت نمایند:

• افزایش ایمنی و طول عمر مفید مدار (تقریباً 20 سال)
• عدم آسیب‌پذیری در مقابل هرگونه تغییرات ولتاژ
• مقاوم در برابر هارمونیک‌های اعمالی از سوی شبکه
• تلفات داخلی کمتری نسبت خازن‌های موجود
• کاهش تلفات الکتروموتورها (حدوداً 5 درصد)
• نصب و راه‌اندازی آسان
• قابل تعمیر بودن
• کاهش مصرف برق پس از اجرای روش مدنظر
• جلوگیری از بالا رفتن جریان لحظه‌ای پس از اجرای روش مدنظر
• کاهش هارمونیک‌هایی که به شبکه اعمال می‌شود (تقریباً 35 درصد)
• اصلاح ضریب توان
• ذخیره‌سازی بهینه انرژی
• کاهش بارهای راکتیو

راه‌کارهای پیشنهادی:

(راه‌حل‌های پیشنهادی لزوماً محدود به راهکارهای زیر نخواهد بود.)

• استفاده از خازن‌های صنعتی ستاره به‌عنوان ایده جدید و کارآمد و کم‌هزینه
• اصلاح بانک خازنی

راه‌کارهای غیر قابل قبول :

• استفاده از بانک خازنی سنتی به علت مشکلات بهره‌برداری
• استفاده از روش‌های با هزینه‌های بالای تعمیر و نگهداری

نوع همکاری مطلوب :

بر اساس پیشنهادها قابل‌مذاکره می­ باشد.

ارسال پیشنهاد :