بانک های خازنی
بانک خازنی در سیستم‌های قدرت الکتریکی نقش حیاتی در بهبود ضریب توان و کاهش هزینه‌های انرژی ایفا می‌کنند. این سیستم‌ها با بهبود کیفیت توان و کاهش تلفات انرژی، به بهره‌وری بالاتر و پایداری بیشتر شبکه‌های برق کمک می‌کنند. با این حال، برای حفظ عملکرد بهینه و جلوگیری از خرابی‌های ناگهانی، نگهداری و سرویس دوره‌ای بانکهای خازنی ضروری است. مشکلاتی مانند اضافه‌بار، اتصال کوتاه، تخلیه و زمین کردن، باد کردن خازنها و نشتی روغن میتوانند عملکرد سیستم را مختل کنند و نیازمند توجه فوری هستند.
برای نگهداری و سرویس موثر بانکهای خازنی، انجام بررسی‌های دوره‌ای، تست‌های الکتریکی منظم و تعویض قطعات معیوب اهمیت دارد. این اقدامات شامل چک کردن ولتاژ، جریان، دما و وضعیت فیزیکی خازنها و همچنین انجام تست‌های عایق‌بندی و ولتاژ اعمالی است. علاوه بر این، رعایت نکات ایمنی در نصب و راه‌اندازی و مستندسازی دقیق تمامی مراحل، به بهبود فرآیندهای نگهداری و افزایش عمر مفید بانکهای خازنی کمک میکند. با اجرای این راهکارها، می‌توان از بروز خرابی‌های پرهزینه جلوگیری کرد و بهره‌وری سیستم‌های قدرت را به حداکثر رساند.
انواع خطا ها در بانک های خازنی :
خطاهای اصلی در بانک های خازنی عبارتند از:
- اضافه بار
- اتصال کوتاه
- خطای قاب یا بدنه
- اتصال کوتاه در فیلم خازن
۱- اضافه بار
اضافه بار به علت اضافه جریان گذرا یا دائم بروی خازنها اتفاق می افتد و دلیل آن می تواند بشرح زیر باشد :
1-1- بالا بودن ولتاژ منبع تغذیه یا ابتدای خط ورودی برق
2-1- وجود جریانهای هارمونیکی بدلیل حضور بارهای غیر خطی
3-1- اضافه جریانهای گذرا ناشی از کلید زنی یا شارژ و دشارز خازنهای مجاور
4-1- افزایش بیش از حد دمای محیط و افزایش تلفات داخلی خازنها
اضافه بارها می توانند موجب افزایش دمای داخلی خازنها و تخریب دی الکتریک و در نتیجه کاهش عمر مفید آن شود
۲ -اتصال کوتاه
یک اتصال کوتاه ، در خازنها با آرایش مثلث یا ستاره می تواند یک خطای داخلی یا خارجی بین رساناها ، ما بین فازها یا فازها با نول برقرار نماید .
۳-خطای قاب یا بدنه
خطای قاب یک خطای داخلی بین اجزای خازن بوده و خود قاب توسط محفظه فلزی ایجاد شده است.
مشابه اتصال کوتاه داخلی، ظاهر گاز موجود در اتاق گاز غیر قابل نفوذ از خازن باعث ایجاد فشار مازادی می شود که ممکن است به باز شدن موردی و نشت دی الکتریک منجر شود.
۴- اتصال کوتاه در فیلم خازن
اتصال کوتاه درفیلم یک جزء از خازن به دلیل اتصال داخلی ایجاد شده موجب افزایش دمای محل اتصال ودر نتجه تخریب فیلم خازن می شود .
بانک خازنی در سیستم های قدرت
۱- تخلیه و زمین کردن
پس از خروج هر کدام از خازنهای بانک خازنی از مدار (منبع تغذیه برق) مقداری ولتاژ در داخل آن باقی می ماند . در این لحظه اگر همین خازن مجددا وارد مدار گردد موجب افزایش جریانهای گذرا ناشی از کلید زنی خواهد شد بدین منظور از مقاومت های مخصوص برای تخلیه الکتریکی (دشارژ ) خازن استفاده می شود لذا بایستی صبر کرد تا مقاومت های خازنی ، آنرا کاملا دشارژ و تخلیه کند. این مقاومت‌ها برای تخلیه ولتاژ در خازن ها به کمتر از ۵۰ ولت در ۵ دقیقه استفاده می شوند.
با این حال باید بدنه بانک خازنی ، با اتصال مناسب به زمین ارت شود . در پست های انتقال و فوق توزیع معمولا یک کلید دائم برای زمین کردن خازن ها در نظر گرفته می شود.
حتی بعد از زمین کردن و تخلیه کامل خازنها ، پیشنهاد می شود که قبل از دست زدن به خازن ها ، تک تک واحدهای خازنی اتصال کوتاه و زمین شوند تا اطمینان حاصل شود که هیچ انرژی ذخیره شده‌ای در خازنها وجود ندارد.
۲-خازن های باد کرده
از دیگر معایب واحدهای خازنی ، بادکردن آنها می باشد. خازن هایی که شدیدا باد کرده اند نشان می‌دهند که به دلیل گرمای زیاد و تولید گازها، فشار داخلی زیادی ایجاد شده است که دلیل آن جرقه های احتمالی است. این خازن ها باید با از مدار خارج شوند .
3- نشتی روغن از خازنهای روغنی
عیب دیگر در بانک خازن ، نشتی روغن یا گاز است که علت آن، شکست یا وجود نقص در محفظه خازن می باشد .
4- شارژ دوباره بانکهای خازن
در هنگام ورود و در سرویس قرارد دادن دوباره خازن بایستی تمام اتصالات زمین که برای تخلیه خازن نصب شده بود ، قطع گردند و بین دشارژ بانک خازن و شارژ بانک خازن ، زمان کافی برای تخلیه انرژی ذخیره شده در خازن وجود داشته باشد.
نگهداری بانک های خازنی
بانکهای خازن معمولا به نگهداری بسیاری نیاز دارند ، خازنها به خاطر واکنش خطرناکشان در زمان وجود خطا یا مشکل و احتمال ترکیدن و آسیب دیدن و حتی احتمال آتش سوزی ، بسیار خطرناک هستند .
بازرسی و نگهداری بانکهای خازن
رعایت نکات ایمنی مطابق با استانداردهای معتبر ، در حین نصب ، تعمیرات و نگهداری خازنها باید در دستور کار باشد . برای حفاظت از اپراتورها و تجهیزات منصوبه انطباق دستورالعمل های مربوطه با استانداردهای ایمنی الکتریکی الزامی است
بازدید های اولیه قبل از راه اندازی بانک خازن
1- نصب صحیح و مناسب بانک خازنی یا خازن ها از نظر مکانیکی و رعایت فاصله ی مناسب خازن ها بر اساس استاندارد و مناسب بودن شرایط ظاهری تمام خازن ها.
2- بررسی ظرفیت خازنها و پله های خازنی و مطابقت با رگلاتور یا رله های مربوطه
3- به منظور جلوگیری از هر گونه آرک زدگی و خرابی تجهیزات مربوطه ، کلیه اتصالات الکتریکی ائم اتصالات ترمینال ها ، فیوزها و کنتاکتورها مجدداً بررسی شود تا سطح تماس مناسب و شرایط مناسب را دارا باشند.
4- اتصالات مربوط به ارت زمین تابلوها و خازنها بازبینی مجدد گردد .
5- تست عملکرد تمامی کنترلر‌ها ، کلید های بار، بریکرها و کلید های اتصال به زمین
بازدید های ثانویه بعد از راه اندازی بانک خازن
1- پس از راه اندازی بانک خازنی ابتدا بایستی افزایش ولتاژ را در ترمینال‌ها بررسی کرده و آن را با مقادیر محاسبه شده مقایسه نمود
2- عدم تعادل ظرفیت خازن نباید باعث اختلاف ولتاژ بیشتر از ۱۱۰ % در هر واحد شود.
3- کلیه اتصالات چک شود تا هیچگونه آرک زدگی در آنها مشاهده نشود .
بازدید های دوره ای :
بازدید های دوره ای بایستی شامل بازدی از کلیه تجهیزات بانک خازنی باشد :
1- رگلاتور بانک خازنی فالت نداشته باشد و در صورت هرگونه فالت یا خرابی نسبت به بر طرف نمودن فالت قدام گردد .
2- در صورت سوختن هر کدام از فیوزها ، کنتاکتور و خازن مربوطه از مدار خارج خواهد شد . هنگام بازدید های دوره ای بایستی حتما فیوزها سوخته از مدار خارج و تعویض گردد .
3- بازدید از کنتاکتوها به منظور صحت و سلامت عملکرد آنها وعدم خرابی و سوختن کنتاکتورها و اتصالات مربوطه
4- بازدید از وضعیت ظاهری خازنها و عدم نشتی روغن و یا باد کردن خازنها و ترکیدن آنها
5- کلیه اتصالات کابلی و سیمی بایستی سالم بوده و داغ نکرده باشند
6 – دریچه های تهویه هوا و فن ها سالم باشند
7- ﺧﺎزﻧﻲ ﻛﻪ ﻧﺴﺒﺖ ﺑﻪ ﺑﺎﻗﻲﺧﺎزﻧﻬﺎ ﺳﺮدﺗﺮ ﻣﻲﺑﺎﺷﺪ ، ﺳﻮﺧﺘﻪ و ازﺷﺒﻜﻪ ﻗﻄﻊ ﻣﻲﺑﺎﺷﺪ
8- ﺧﺎزن در ﭘﺎﻳﺎن ﻋﻤﺮ ﺧﻮد داغ ﻣﻲﺷﻮد لذا در صورت گرم شدن بیش از حد خازنها ، خازن مربوطه معیوب شده و بایستی از مدار خارج شود
7- ظرفیت بانک خازنی باید اندازه‌گیری شده و در صورت کاهش 25 درصد از ظرفیت خازنی بایستی نسبت به تعویض آن اقدام گردد . و یا در صورت دوفاز شدن خازن حتما خازن معیوب از مدار خارج شود .
تعمیرات دوره ای
قبل از ﻫﺮﮔﻮﻧﻪ ﺑﺎزدﻳﺪ وﺗﻌﻤﻴﺮات بروی بانک های خازنی ، بایستی پس از قطع برق ورودی خازنها تا تخلیه و دشارژ کامل خازنها صبر کرد و پس از دشارژ کامل خازنها ، نسبت به تخلیه دستی خازنها با رعایت شرایط ایمنی اقدام نمود .
1- ﺑﺎ اﻧﺪازهﮔﻴﺮی ﺟﺮﻳﺎن ﺑﻪ ﺻﻮرت دوره ای ﻣﻲﺗﻮان از ﺳﻼﻣﺖ ﺧﺎزنها اﻃﻤﻴﻨﺎنﺣﺎﺻﻞﻛﺮد .
2- در صورت اختلاف در اندازه جریان فازها ، وﺿﻌﻴﺖ ﻓﻴﻮزﻫﺎ و خودﺧﺎزن اتست مجدد گردد .
3- ﺟﻬﺖ ﺑﺮرﺳﻲ ﺳﻼﻣﺖ ﻓﻴﻮزﻫﺎ وﻟﺘﺎژ دوﺳﺮﻫﺮ ﻓﻴﻮز ، ﺑﺎﻳﺪ از ۰٫۱ ولت کمتر باشد
4 – در ﺷﺒﻜﻪﻫﺎی ﻫﺎرﻣﻮﻧﻴﻜﻲ ﻣﻴﺰان اﻓﺰاﻳﺶﺟﺮﻳﺎن نباید از ۳۰ % جریان نامی افزایش یابد .
نکات مهم در نصب و راه اندازی بانک های خازنی
برای نصب بانکهای خازنی ، رعایت مقررات VDE0100 , VDE0105 و توصیه نامه های عمومی وزارت نیرو الزامی است .
مطابق با بخش ۴۱ – VDE 0560 ، واحدهای خازنی باید حداقل برای جریان دائمی معادل ۱٫۳ جریان نامی مناسب باشد . (جریانی که برای ولتاژ نامی با شکل موج سینوسی و فرکانس نامی محاسبه می‌گردد) ،
با در نظر گرفتن 1.1 نوسانات ولتاژ و جریان و حتی هارمونیک شبکه ، حداکثر جریان مجاز را ۱٫۳۸ در نظر می گیرند .
کابل ورودی پله‌های بانک خازنی
برای انتخاب نوع و سطح مقطع مناسب برای کابلها ابتدا تعداد فازها و ارت مشخص میشود در نامگذاری کابل ها عدد اول تعداد فازها و عدد دوم یا اعشاری ، ارت است
نوع کابل بسته به شرایط میتواند حالتهای مختلفی را شامل شود :
NYM: کابل سبک با روکش پلاستیکی
NYY: کابل با روکش پلاستیکی،
NYCY: کابل با روکش پلاستیکی و‌هادی هم‌مرکز،
NYCYW: کابل با روکش پلاستیکی و‌هادی هم‌مرکز موجی،
H05VV-F: کابل انعطاف پذیر معمولی با روکش لاستیکی،
H07RN-F: کابل انعطاف‌پذیر سنگین با روکش لاستیکی
کنتاکتورهای خازنی:
کنتاکتورهای خازنی یک کلید کنترل شونده به صورت الکتریکی است که برای کلیدزنی یک مدار قدرت یا کنترل مورد استفاده قرار میگیرد. کنتاکتور شباهت زیادی به رله دارد، با این تفاوت که کنتاکتور برای کاربردهای آمپر بالا به کار می‌رود.کنتاکتورهای خازنی با مداری کنترل میشود که سطح قدرت خیلی کمتری از مدار مورد کلیدزنی دارد. برخلاف یک مدارشکن قدرت یک کنتاکتور برای قطع یک جریان اتصال کوتاه استفاده نمی‌شود.کنتاکتورهای خازنی در گستره و اندازه‌های مختلفی موجودند. از کنتاکتورهای کوچک با ولتاژ ۲۴V DC که به سادگی در یک دست جا می‌گیرند و توانایی قطع تنها ۱ آمپر را دارند، گرفته تا کنتاکتورهای با پهنا (یا درازای) ۱ متر (یارد) با ولتاژهای چند کیلوولت و آمپراژ چند هزار آمپر.کنتاکتورهای خازنی برای کنترل بارهای مختلف الکتریکی اعم از الکتروموتورها، بانکهای خازنی، مدارات روشنایی، گرمکن های الکتریکی و سایر تجهیزات الکتریکی استفاده میشوند.
تجهیزات بانک خازنی
فیوزو کابلها بر خلاف دیگر تجهیزات برقی، خازن همیشه تحت اضافه بار است و حضور تنها درصد ناچیزی هارمونیک یا اعوجاج در ولتاژ محل تغذیه، می تواند باعث اضافه جریان در خازن گردد. بر اساس استانداردهای موجود ، خازنها باید بتوانند 30% اضافه جریان را به صورت دائمی تحمل کنند. این جریان از فیوزها، شین ها و کنتاکتورها عبور می کند، لازم است که تمامی تجهیزات جانبی خازن بر اساس حداقل 30% اضافه جریان انتخاب گردند. اما فقط عامل اضافه جریان اعوجاجات هارمونیکی نمیباشد.خازنهای فشار ضعیف میتوانند در طول روز به مدت 8 ساعت مقدار 10% اضافه ولتاژ را بدون کاهش طول عمر تحمل کنند. همچنین طبق استاندارد افزایش 10% ظرفیت خازن در هنگام ساخت مجاز است. بنابراین با ضرب پارامترهای فوق در یکدیگر اضافه جریانی را در حدود57% در بر دارد.
کلید یا فیوز
بنابراین در هنگام انتخاب کلید و باسبار در نظر گرفتن اضافه جریان 50% لازم میباشد. بر اساس استاندارد وظیفه فیوز در بانک های خازنی تنها قطع اتصال کوتاه می باشد و نمی تواند وظیفه حفاظت در برابر اضافه جریان را بر عهده بگیرد. در واقع حفاظت در مقابل اضافه جریان را می توان در تنظیمات رگولاتور بانک خازن لحاظ کرد . بنابراین در انتخاب فیوز باید ضریب 7/1 تا 2 برابر محدوده جریان نامی را در نظر گرفت تا مشکلی رخ ندهد.
کنتاکتورهای خازنی
در انتخاب کنتاکتورهای بانک خازنی نیز باید به این نکته توجه شود که باید از کنتاکتور های خازنی استفاده شود و در صورت استفاده از کنتاکتورهای خازنی باید ضریبی در حدود 1.5 برابر برای انتخاب هر کنتاکتور در نظر گرفت. در این نوع کنتاکتورها ، کنتاکتهای کمکی حدود 1 الی 2 میلی ثانیه زودتر از کنتاکت اصلی بسته میشوند. در مدار کنتاکتهای کمکی دو عدد مقاومت به صورت سری با شبکه قرار دارد. بنابراین خازن به هنگام ورود به مدار، به صورت یک مدار RC در مدار قرار میگیرد. که خود باعث کاهش جریان هجومی میشود. پس از گذشت 2 میلی ثانیه مدار اصلی بسته شده و مدار کمکی را اتصال کوتاه میکند. در مدلهای جدید پس از اتصال کنتاکت اصلی کنتاکتهای کمکی از مدار خارج میشوند، که این خود باعث میشود که مقاوتهای محدود کننده جریان هجومی به صورت دایم درمدار نباشند. در صورت دایم در مدار بودن مقاوتهای محدود کننده در صورت مقاومت دار شدن کنتاکتهای اصلی به علت عملکرد زیاد باعث عبور قسمتی از جریان از مقاوتهای کمکی و گرم شدن و حتی سوختن آنها شود. از طرف دیگر در انتخاب خازن ها نیز باید به این نکته توجه شود که بخصوص در نقاط صنعتی و در سطح فشار ضعیف توصیه میشود که حتی المقدور از خازن های کوچکتر استفاده شود. مقدار خازن 12.5 کیلووار مقدار بهینه ای است، چرا که خازن نسبت به حرارت بسیار حساس است و با افزایش حرارت طول عمر آن کاهش می یابد. پس بهتر است به جای خازن 25 کیلووار از 2 عدد 12.5 کیلووار و همچنین به جای 50 کیلووار از 4 عدد 12.5 کیلووار استفاده نمود تا سطح جانبی کل افزایش یافته و امکان جابجایی هوا و دفع حرارت بیشتر شود و مشکلات کمتری برای خازن رخ دهد. از طرفی با افزایش تعداد خازن ها در یک میزان کیلووار ثابت، نسبت میزان جریان سویچینگ به جریان نامی خازن کاهش یافته و امکان صدمه دیدن خازن کاهش می یابد.
تعیین ظرفیت پله اول و آرایش پله ها:
در صورت دستیابی به اطلاعات مصرف بار اکتیو و راکتیو مجموعه یا منحنی تغییرات ضریب توان می توان بات استفاده از شیب منحنی ظرفیت اولین پله و ضرایب پله های بعدی را بدست آورد در غیر اینصورت به دو صورت می توان عمل نمود
الف) اگر مجموعه کوچک بوده و توان مصرفی آن نیزکم و تعدد ورود و خروج الکتروموتورها زیاد باشد پله اول را با 5% ظرفیت کل تابلو خازنی می توان شروع نمود
ب) اگر مجموعه بزرگ بوده و توان مصرفی آن نیز زیاد باشد و الکتروموتورهای موجود با توان مصرفی بالا وارد مدار شوند پله اول با 10% ظرفیت کل انتخاب می شود
پله های بعدی با در نظر گرفتن 5 یا 10 درصد کل بانک خازنی حداقل می تواند برابر پله ماقبل خود و حداکثر برابر مجموع پله های قبل بعلاوه پله اول باشد. لازم به ذکر است که بهتر است در ساخت بانکهای فشار ضعیف از پله هایی با ظرفیت بیش از 100 کیلووار استفاده نشود.
آرایش پله ها:
نحوه آرایش پله های خازنها در رگولاتور ها ، بطور عمومی به یکی از سه روش زیر و متناسب با رفتار بار راکتیو مصرف کننده انتخاب میشود
1- ۱:۱:۱ …
2- ۱:۲:۲ …
3- ۱:۲:۴:۸ …
چندنکته:
الف) برای افزایش طول عمر یک بانک خازنی قویا 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 St قدرت ترانسفورماتور, In جریان نامی پله خازن Uk، ولتاژ اتصال کوتاه ترانسفورماتور و Q ظرفیت نامی پله خازنی است.
رگولاتور تصحیح ضریب قدرت:
از آنجا که هدف از نصب خازن، حذف بار راکتیو متغیر مصرف کننده در هر شرایط است، برای کنترل آن از رگولاتور تصحیح ضریب قدرت استفاده می شود.
رگولاتور، ترتیب به مدار آمدن و یا از مدار خارج شدن خازنها در یک بانک خازنی را تعیین کرده و متناسب با بار راکتیو مورد نیاز، فرمان قطع و وصل به کنتاکتور ها صادر می کند. از جمله نکات قابل توجه در رگولاتور ها تنظیم مربوط به نسبت (C/K) است.
مقدار (C/K) عبارت است از نسبت تبدیل توان اولین پله خازن © به نسبت تبدیل ترانسفورماتور جریان (K) متصل به رگولاتور.
لذا پس از مشخص شدن توان راکتیو مورد نیاز باید آن را به نسبت مصارفی که در هر لحظه وارد مدار میشود پله بندی و رگولاتور مناسب با این مجموعه را انتخاب کرد .
از مشخصه های مهم دیگر رگولاتور ها مراحل عملکرد آنهاست. بعنوان نمونه در رگولاتور نوع ۵/۳ تعداد سه عدد خازن در پنج حالت مختلف میتوانند در مدار گیرند. بنابراین برای مقدار معینی از توان راکتیو خازنی، انتخابهای متنوعی می تواند صورت گیرد که میزان بار راکتیو که در هر مرحله وارد مدارد میشود و نیز نوع رگولاتور عامل موثر در طراحی بانکهای خازنی خواهد بود.
نتیجه‌گیری
نگهداری و سرویس مناسب بانکهای خازنی از اهمیت بالایی برخوردار است و میتواند به کاهش هزینه‌ها و افزایش کارایی سیستم‌های قدرت کمک کند. رعایت نکات ایمنی، بررسی دوره‌ای و انجام تعمیرات لازم میتواند از بروز مشکلات جدی جلوگیری کرده و عمر مفید خازنها را افزایش دهد.
سوالات متداول
- چرا اضافه‌بار در خازنها رخ می‌دهد؟
- اضافه‌بار میتواند ناشی از ولتاژ بالای منبع تغذیه، جریانهای هارمونیکی، اضافه جریانهای گذرا و افزایش دمای محیط باشد.
- چگونه می‌توان از وقوع اتصال کوتاه در خازنها جلوگیری کرد؟
- با رعایت نکات ایمنی، نصب صحیح، و استفاده از تجهیزات حفاظتی مناسب می‌توان از وقوع اتصال کوتاه جلوگیری کرد.
- چه اقداماتی برای تخلیه ولتاژ باقی‌مانده در خازنها باید انجام داد؟
- باید از مقاومت‌های مخصوص برای تخلیه الکتریکی استفاده شود و بدنه بانک خازنی به زمین متصل گردد تا هیچ انرژی ذخیره‌شده‌ای باقی نماند.
- نشانه‌های باد کردن خازنها چیست و چه باید کرد؟
- باد کردن خازنها نشان‌دهنده افزایش فشار داخلی به دلیل گرمای زیاد است و این خازنها باید از مدار خارج شوند تا از بروز مشکلات بیشتر جلوگیری شود.