براساس فصل سوم آيين نامه ي تكميلي تعرفه هاي برق ايران، شركت هاي برق براي متقاضيان قدرت بيش از ۰۳ كيلووات واگذار مي كنند. براي چنين متقاضياني هم انرژي اكتيو » ديماندي « برق را به صورت (k Wh) و هم انرژي راكتيو (k VAR h) محاسبه و بهاي آن اخذ مي شود. مشتركان برق مي توانند انرژي راكتيو را راساً در محل خود به سادگي و با استفاده از خازن ها تأمين نموده و از پرداخت بهاي اين انرژي معارف شوند. همين مطلب باعث شده كه امروزه استفاده از خازن ها براي تأمين انرژي راكتيو و بهبود ضريب توان در مصارف مختلف، اعم از صنعتي و مسكوني متداول شود. سوييچينگِ خازن با يك جريان هجوميِ شديد همراه است. بدون خنثا كردن اثر اين جريان هجومي، خازن در معرض كاهش عمر مفيد و گاه حتي نابودي قرار مي گيرد. در اين مقاله، به روش هاي كاهش اين جريان هجومي در طراحي بانك هاي خازني پرداخته مي شود.
كليات
سهم عمده اي از توان در شبكه هاي برق از سوي بارهاي القایی مانند الکتروموتورها كه در آن ها سيم پيچ يا سلف، نقش اصلي را ايفا مي كند، دريافت مي شود. سلف ها مصرف كننده ي توان راكتيو هستند و اگر در همان محل قرارگيري شان اين توان توليد نشود، آن را از شبكه مي گيرند. اخذ توان راكتيو از شبكه زيان هاي زير را در پي دارد :
- اضافه شدن جريان مولد و در نتيجه نياز به مولدهايي با توان هاي بيش تر
- چون جريان شبكه زياد مي شود، به سيم ها و كابل هايي با سطح مقطع بالاتر براي كاهش اُفت ولتاژ نياز است، كه اين موضوع هزينه ي سرمايه گذاري اوليه ي شبكه را افزايش مي دهد.
- اتلاف توان در شبكه هاي توزيع، تابعي از مقدار مؤثر جريان است. با اضافه شدن يك مولفه ي راكتيو به جريان خطوط، تلفات شبكه بالا مي رود. نتيجه ي اين اتلاف توان، كاهش ولتاژ مصرف كننده ها و پايين آمدن راندمان است. پ
خازن ها عامل جبران كننده ي توان راكتيو براي بارهاي سلفي بوده و به عنوان عامل تصحيح كننده ي ضريب قدرت، عمل مي كنند. با توليد قدرت كاپاسيتيو توسط خازنها، اثر مؤلفه هاي راكتيو كاهش و ضريب قدرت افزايش مي يابد؛ كه نتيجه ي آن براي مصرف كنندگان، صرفه جويي اقتصادي و براي شركت هاي برق، ايجاد شرايط فني مطلوب تر براي انتقال انرژي خواهد بود. به طور خلاصه، مزاياي استفاده از خازن ها عبارت اند از :
- كاهش مؤلفه ي پس فاز جريان مدار
- تنظيم ولتاژ و ثابت نگه داشتن آن به منظور جلوگيري از وارد آمدن خسارت به دستگاه ها
- كاهش تلفات سيستم به دليل كاهش جريان
- كاهش توان راكتيو در سيستم به دليل كاهش جريان
- بهبود ضريب توان شبكه
- به تعويق انداختن و يا به طور كلي حذف كردن هزينه هاي لازم براي ايجاد تغييرات در سيستم
- افزايش درآمد ناشي از افزايش ولتاژ و جبران بار راكتيو
از آن جا كه هدف از نصب خازن، حذف بار راكتيو متغير مصرف كننده در هر شرايط است، براي كنترل آن از رگولاتور تصحيح ضريب قدرت استفاده مي شود . رگولاتور، ترتيب به مدار آمدن و يا از مدار خارج شدن خازن ها در يك بانك خازني را تعيين كرده و متناسب با بار راكتيو مورد نياز، فرمان قطع يا وصل كنتاكتورها را صادر مي كند. از نكات درخور توجه در رگولاتورها، تنظيم مربوط به نسبت (C/K) است. مقدار (C/K) عبارت است از نسبت تبديل توان نخستين پله ي خازن (C) به نسبت تبديل ترانسفورماتور جريان (K) متصل به رگولاتور . از اين رو، پس از مشخص شدن توان راكتيو مورد نياز، بايد آن را به نسبت مصارفي كه در هر لحظه وارد مدار مي شود، پله بندي و رگولاتور مناسب با اين مجموعه را انتخاب كرد. نحوه ي پله بندي خازن ها در مشخصات فني رگولاتورها ذكر مي شود.
جريان هجومي و حذف آن در خازن هاي اصلاحگر ضريب توان
سوييچينگ يك خازن در حالت موازي با ديگر خازن ها باعث افزايش شديد جريان هجومي مي شود. اين مسأله با توجه به اين نكته است كه ولتاژ خازن بر اساس قانون KVL نمي تواند پرش داشته باشد، مگر آن كه جريان بسيار بزرگي از آن بگذرد. جريان همجومي تابعي ست از:
- ولتاژ باقي مانده ي خازن از وصل قبلي (به ويژه به هنگام سوييچينگ سريع در بانك هاي خازني خودكار). قدرت اتصال
كوتاه شبكه در محل نصب خازن - اندازه ي سايز خازن
- مقاومت اُهميِ خازن و تجهيزات سوييچينگ توزيع و كابل هاي اتصال و كانكشن ها
براي مثال، جريان هجومي زمان وصل براي دو نمونه خازن با كنتاكتورهاي مربوطه در جدول ۱ آمده است. وصل كردن بانك خازني، بدون خنثا كردن اثر جريان هجومي، خازن ها را در حالت اتصال كوتاه قرار داده و عمر آن ها را كم مي كند. علاوه بر اين، از ديدگاه كيفيت توان نيز اضافه ولتاژهاي ديناميكي ناخوشايندي در شبكه ايجاد مي گردد كه براي ديگر تجهيزات نيز توليد اشكال مي كند.
براي مقابله با اثرات جريان هجومي، يكي از راه هاي بسيار ساده و عملي، استفاده از يك سلف به طور سري با خازن است. بر اساس قانون KCL ميدانيم كه جريان سلف پرش ندارد؛ پس مي تواند براي محدود كردن جريان فزاينده ي خازن در لحظه ي وصل به شبكه، ابزار مناسبي باشد. بر اين مبنا، كنتاكتورهايي مخصوص سوييچينگ خازن ساخته شده اند كه مجهز به يك سلف محدود كننده ي كوچك با هسته ي هوايي هستند.