بارهای اکتیو و راکتیو
مصرف کنندگان AC از نظر مصرف انرژی به دو دسته تقسیم می شوند :
1- مصرف کننده های اکتیو (مقاومتی)
مصرف کنندگان اکتیو با تبدیل انرژی الکتریکی به شکل دیگری از انرژی، انرژی الکتریکی را مصرف می کنند. توان آن توان حقیقی یا توان اکتیو (P) و با وات (W) نشان داده می شود .
2- مصرف کنندگان راکتیو بجای مصرف انرژی الکتریکی آن را ذخیره می کنند و با کاهش یافتن روند تغذیه بار، انرژی ذخیره شده خود را به مدار باز می گردانند. توان آن ، توان راکتیو (Q) و با (VAR) نشان داده می شود .توان راکتیو موجب افزایش یافتن جریان جاری بین منبع تغذیه و مصرف کنندگان می شود. بدین ترتیب توان ظاهری افزایش خواهد یافت.
بارهای راکتیو
در شبکه های توزیع همیشه با پس افت جریان از ولتاژ و مصرف بار راکتیو توأم است. لذا در تمامی مواقع بارگیری، بخشی از انرژی مصرفی به صورت بار راکتیو از چرخه مصرف خارج می شود. هر چقدر مصرف توان راکتیو در شبکه بیشتر باشد ضریب توان کمتر می شود . در سیم پیچی ها به علت خاصیت ذخیره سازی انرژی الکتریکی به صورت میدان مغناطیسی همواره انرژی بین شبکه و سلف رد و بدل می شود.
سلف در یک چهارم زمان تناوب توان دریافت می کند و در یک چهارم بعدی زمان تناوب ، توان را به شبکه پس میدهد یعنی عدم مصرف انرژی، زیرا توان داده شده به سلف با توان دریافت شده از آن برابر است. اما در عمل این اتفاق رخ نمی دهد، زیرا توان پس داده شده به شبکه امکان استفاده را برای مولد ایجاد نمی کند و این توان در هر حالتی از مولد دریافت شده است و برای رسیدن به مصرف کننده اهمی سلفی از شبکه توزیع شامل: سیمها و کابل ها و … عبور کرده است.
* نتیجه اینکه این توان قابل استفاده نیست و در مسیر عبور تلف می شود. این توان برای شبکه زیان های زیر را در بردارد:
1- اضافه شدن جریان منبع و در نتیجه نیاز به منابع با توان های بیشتر
2- اضافه شدن جریان باعث نیاز به سیم ها و کابل های با سطح مقطع بالاتر می شود که این امر باعث افزایش هزینه ها می شود.
3- اتلاف انرژی در شبکه های توزیع به صورت حرارت روی می دهد. نتیجه این اتلاف توان، افزایش دمای سیم ها و کابل ها و کاهش ولتاژ مصرف کننده می باشد که این موضوع راندمان مصرف کننده را پایین می آورد.
* بار راکتیو مشترکین صنعتی
همان گونه که می دانیم عمده مصرف کننده های بار راکتیو در صنعت، موتور های القایی هستند. ساختار این موتورها به گونه ای است که جهت راه اندازی نیاز به جریان مغناطیس شوندگی و در نتیجه نیاز به مصرف توان راکتیو جهت راه اندازی خود دارند. در حال حاضر به عنوان یک راه حل متداول ، ما از خازن ها به عنوان جبران ساز توان مصرفی استفاده می نماییم که دارای مزایا و معایبی است. در ادامه در مورد آنها صحبت می کنیم.
ضریب توان
نسبت توان واقعی به توان ظاهری را ضریب توان گویند که مقداری بین صفر و یک است. کم بودن ضریب توان در یک مدار موجب بالا رفتن جریان و در نتیجه افزایش تلفات انرژی می شود.
- ضریب توان یک، بدین معناست که تمام انرژی فرستاده شده بوسیله منبع ، کاملاً مصرف می شود.
- در کشور ایران ، شرکتهای توزیع برق این رقم را 0.9 محاسبه می کنند و برای ارقام پایین تر از آن جرائم بدی مصرف اعمال می شود . همچنین در مدارهای پرمصرف ضریب توان پایین موجب افزایش جریان در هادیها شده و هزینه انتخاب هادی را افزایش می دهد و باعث کاهش طول عمر تجهیزات تولید کننده و مصرف کننده انرژی الکتریکی نیز می شود. عدم ترمیم ضریب توان موجب اعمال هزینه اقتصادی مستقیم به مصرف کنندگان می شود. اغلب بارهای صنعتی دارای ضریب توان پس فاز هستند، یعنی توان راکتیو جذب می کنند. بنابراین جریان بار، مقدارش از آنچه که برای تأمین توان واقعی ضروری است بیشتر خواهد بود. تنها توان واقعی است که سرانجام در تبدیل انرژی مفید بوده و جریان اضافی نشان دهنده اتلاف انرژی است که مشتری نه تنها بایستی بهاء آن را بپردازد، بلکه به دلیل پایین بودن ضریب توان از سوی شرکتهای توزیع برق شامل جریمه نیز می شود.
جبران سازی توان راکتیو
جبران سازی عبارت است از مدیریت توان راکتیو ، که به منظور بهبود بخشیدن به کیفیت تغذیه در سیستم های AC صورت می گیرد. جبران سازها معمولاً در محل هایی کـه در تملک مصرف کنندگان راکتیوی می باشند نصب می شود.
اهداف جبران سازی توان راکتیو
1- اصلاح ضریب توان
بدین معنا که توان راکتیو مورد نیاز به جای آنکه از منابع برق تأمین شود ، در محل بار تولید گردد. در این حالت جریان تغذیه کمترین مقدار را دارد و قادر است توان واقعی را با ولتاژ ثابت تری تغذیه کند و جریان و ولتاژ هم فاز شده و ضریب توان به یک نزدیک تر باشد.
2- تنظیم ولتاژ
تغییرات توان راکتیو منجر به تغییرات ولتاژ می شود. جبران سازها با تولید توان راکتیو موجب تثبیت نسبی ولتاژ در برابر بارهای متغیر می شوند.
تغییرات توان راکتیو منجر به تغییرات ولتاژ می شود. جبران سازها با تولید توان راکتیو موجب تثبیت نسبی ولتاژ در برابر بارهای متغیر می شوند.
دمای کار خازن
خازنها می بایستی در محل هایی نصب شوند که حرارت ایجاد شده در اثر تلفات خازن ، بتواند بحد کفایت از طریق تشعشع و همرفتی انتقال یافته و در نتیجه دمای خازن از حد مشخص بالاتر نرود رعایت نکات زیر برای افزایش طول عمر خازنها مناسب است .
1- تهویه هوای اتاقی که خازنها نصب می شوند و همچنین نحوه قرار گرفتن واحدهای خازنی به نحوی باید طراحی شود که جریان هوای خوب در اطراف هر واحد خازنی بر قرار باشد .
2- حفاظت خازن از تشعشع خورشید یا هر منبع گرم دیگر
3- حداکثر دمای کاری خازنها در هوای متعادل 45 درجه سانتیگراد می باشد و در مناطق گرمسیری یا نواحی که با دمای محیط بالا می باشند بایستی دمای خازنها 50 درجه سانتیگراد انتخاب گردد .
4- در جاهایی که امکان افزایش شرایط خنک کنندگی خازن وجود نداشته باشد خازنهایی با طراحی خاص و یا با ولتاژ نامی بالاتر مورد استفاده قرار می گیرد .
انتخاب کنتاکتور و فیوز برای خازن
- برای انتخاب کنتاکتور مناسب ، می بایست پارامترهای حرارتی آن ، که در حداکثر جریان خازن بدست می آیند در ضریب 0.8 ضرب شده و در نتیجه پارامترهای مناسب جهت انتخاب کنتاکتور حاصل شوند در اینصورت ، کنتاکتور قابلیت عبور جریان تا 25% بیشتر از جریان نامی را خواهد داشت برای حفاظت مطمئن از اتصال کوتاه ، می بایست کنتاکتورها با استفاده از فیوزهای HRC به شبکه متصل گردند . اندازه این فیوزها نیز با اعمال ضریب 1.5 در جریان نامی خازن تعیین میگردد . استفاده از کنتاکتور های نا مناسب در مدار خازن ، می تواند باعث افزایش جرقه های کوچک که ناشی از نوسانات فرکانس بالا هستند ، شده و در نتیجه می تواند باعث افزایش حرارت و فشار در خازن گردد ….