طراحی سایت

قالب وبلاگ

کالج مجازی برق

طراحی سایت


کالج مجازی برق
 
اطلاعات در زمینه برق الکترونیک کنترل و اتوماسیون ومخابرات همراه مقالات برق
نوشته شده در تاريخ شنبه 6 آذر1389 توسط مدیر

کلید دارای تحمل و قدرت وصل (Making Capacity) چنین جریانهایی باشد

در بسیاری  موارد لازم است که ضریب قدرت ترانسهای توزیع اصلاح شود. محاسبه ظرفیت خازن مورد نیاز در این موارد مستقیما به میزان مصرف توان راکتیو ترانس وابسته است. به منظور محاسبه دقیق ظرفیت خازنی مورد نیاز برای اصلاح  ضریب قدرت ترانسفورماتور به مقدار مطلوب، میبایست شش پارامتر زیر از مدارک فنی ترانس و یا نتایج تست ترانس استخراج شوند

 

1.       I0%  یا (no load current percentage)

.2       Uk% یا (short circuit voltage)

3.       Pfe    یا (iron loss)

4.       Pcu   یا (copper loss)

5.       KL   یا (load factor)

6.       Sr   یا ( transformer nominal capacity)

واحد حفاظت آنی در برابر چنین جریانهایی تریپ ناخواسته نداشته باشد.

 قطع و وصل بانکهای خازنی غالبا توام با جریان هجومی است به همین دلیل در مورد انتخاب کلید مناسب برای این کار برد خاص  طبق استاندارد باید به موارد زیر توجه  داشت:

 

1.       برآورد و محاسبه میزان جریان هجومی در محل نصب خازن

2.       برآورد سطح اتصال کوتاه

3.       مقایسه پیک جریان هجومی و سطح اتصال کوتاه

                                                                                                            4 . در مورد بانکهای خازنی پله ای محاسبه دامنه و فرکانس اولین پیک جریان هجومی در هنگام اتصال آخرین پله  ( و تکرار بند 3-1) انواع خازن و روشهاي ساخت :

اولين بار خازن جهت مصارف عمومي 70 سال پيش براي استفاده در مدارهاي تلفن و تلگراف عرضه گرديد در آن سالها خازن تشكيل مي شد از كاغذ به عنوان عايق و فويل نازك بعنوان الكترودها و كاغذ را با واكس اشباع مي كردند پس از آن ژله هاي نفتي جايگزين واكس گرديد و با رسيدن به ولتاژv 400 اين ماده نيز با روغن معدني جايگزين شد پس از آن با بدست آمدن فويل هاي بسيار نازك آلومينيوم با ضخامت كمتر از 7 ميكرون و بهتر شدن كيفيت دي الكتريك بين آن مجدداً از اين دست خازنها با كيفيت بسيار بالاتر تهيه گرديد دو دهه بين 1920 تا 1940 اوج پيشرفت تكنولوژي خازن بود در اين سالها خازنها بين يك تا 500 كيلووار ساخته شدند اين خازنها در ولتاژ بالا به شكل مثلث بكارمي رفتند سپس در ولتاژهاي kv 6.6 و kv11و سرانجام در ولتاژkv  33 مورد استفاده قرار گرفتند . در اوايل دهه 1950 اسكارل بعنوان اشباع كننده بكار برده شد و بعنوان پلي كلرور بي فنيل PCB شناخته شد كلوفن نيز از اين دسته بشمار مي رفت . با وجود افزايش فاكتور تلفات ازW/KVAR 2 براي خازن با كاغذ آغشته به روغن معدني  به2.5 الي W/KVAR 3 براي خازنهاي PCB  اما بعلت كاهش اندازه استفاده از خازنهاي  PCB  عموميت يافت .

با افزايش مصرف در سالهاي 1960 افزايش ولتاژ باعث شد بانكهاي بزرگ خازني در سطوح ولتاژ بالا ساخته شوند تا جايي كه در انتهاي اين دهه خازنهاي با قدرتKVAR 225 نيز توليد شد. دي الكتريك اين خازنها پلي پروپلين جهت داده شده OPP به شكل صمغ در ميان كاغذ بود در اين خازنها مايع بين لايه هاي كاغذ نفوذ مي كرد و باعث مي شد فاكتور تلفات ازW/KVAR 2.5 به W/KVAR 0.6 كاهش يابد . در سال 1975 تقريباً تمامي خازنهاي توليد شده از نوع PCBبودند به دليل ادعاي مضر بودن براي انسان و محيط زيست اعتراض به كاربرد اين خازنها آغاز شد تا جايي كه در انگلستان و آمريكا تا سال 1978 توليد آنها قطع شد لذا از اين پس مواد ديگر نيز پا به عرصه بازار نهادند كه تعدادي از آنها بدين قرارند :

 DOP( دي اكتيل فتاليت ) ، DINP( دي سونوئيل فتاليت ) وIPB                    ( ايزوپروپيل بي فنيل )، BNC (بنزيل نئو كاپريت ) وPCB (تري كلروبي فنيل ) نهايتاً يك سازنده انگليسي خازن با فيلم متاليزه كاملاً خشك را پيشنهاد كرد بطور خلاصه :

1951 جايگزيني كاغذ آغشته به روغن به جاي روغن معدني

1957 ايجاد واحد هاي بزرگ خازني

67- 1960 بهبود كيفيت كاغذ

1967 معرفي فيلم ترموپلاستيك

75-1970 بهبود فيلم ترموپلاستيك

-1-2-1) مشخصه هاي عمومي خازن :

كاربرد كاغذ بعنوان دي الكتريك اصولاً به سه نوع عرضه مي گردد :

1- چگالي بالا ( H ) 2/1

2- چگالي متوسط ( M ) 0/1

3- چگالي كم  (L )  8/0

توسط اين فرمول مي‎توان دي الكتريك يك خازن تهيه شده با دي الكتريك هاي گوناگون را پيدا كرد :

(9-1)                           

كه در آن :

   ضريب دي الكتريك                                    T : كل ضخامت * فاكتور فضا

 ضخامت فيلم                                            ضخامت كاغذ

 چگالي كاغذ                                           پرمابيلته فيلم

 پرمابيلته سلولز                                      پرماييلته روغن

 

3-1 ) اثرات انواع روشهاي قرار گرفتن خازن در مدار :

با توجه به اينكه خازنها و بانكهاي خازني در شبكه هاي تكفاز و سه فاز به انواع روشهاي ، سري ، موازي ، ستاره و مثلث قابل نصب مي‎باشد لذا انواع روشهاي نصب به منظورهاي مختلف انجام مي‎گيرد و نتايج متفاوتي را شامل مي‎شود .

نياز به نصب خازن در سالهاي بسيار دور به دليل وجود بارهاي موتوري و القايي در شبكه احساس گرديد و با پيشرفت علم كه از برق ، ديگر نه تنها براي مصارف روشنايي بلكه به عنوان محرك جهت راه اندازي چرخ هاي صنعت استفاده گرديد طبيعتاً شبكه روز بروز به سمت القايي شدن پيش رفت و لزوم استفاده از خازنها هر چه بيشتر خود نمايي كرد .

وجود خازن بر اثر اينكه عنصري پسيو ميباشد و قادر به تأمين توان راكتيو خالص است تا حد زيادي توانست پاسخگوي نياز توان راكتيو شبكه باشد البته كمبود توان راكتيو ناشي از عدم نصب خازن به مقدار كافي توسط ژنراتور و نيروگاه از طريق تحريك ژنراتور تأمين ميگردد هر چند كه اين عمل براي يك نيروگاه با ظرفيت زياد چندان هزينه اي در بر ندارد ولي تزريق اين توان به شبكه علاوه بر اشغال ظرفيت انتقال انرژي شبكه باعث تحميل تلفات به سيستم نيز ميگردد كه مطلوب نميباشد .

اما نصب خازن در نزديك محل مصرف انرژي علاوه بر تخليه شبكه از انتقال اين توان باعث صرفه‎جويي هاي بسياري نيزمي گردد كه در ادامه به آن خواهيم پرداخت .

1-3-1) خازنهاي سري :

كاربرد اين خازنها در شبكه كمتر از خازنهاي موازي بوده و صرفاً جهت كاهش امپدانس خطوط بوده و اين امر موجب انتقال توان بيشتر در شبكه مي گردد و باعث كاهش افت ولتاژ مي گردد البته امروزه از اين امر جهت پايداري ديناميكي  و جلوگيري از نوسانات زير سنكرون SSR نيز استفاده مي‎شود .

همانگونه كه مشخص است خازن سري جهت جبران اثر القايي سري خطوط بكار ميرود كه با ايجاد راكتانس منفي در خطوط باعث بهبود  مي گردد و اثر كمي روي جريان منبع دارد  .

شكل ( 3-1) دياگرام برداري شبكه را در حالتهاي با خازن سري و بدون خازن سري نمايش مي‎دهد :

          

افت ولتاژ در طول فيدر از رابطه زير بدست مي‎آيد ( در حالت بدون خازن سري ) :

( 10-1 )                                                  

R   : مقاومت اهمي فيدر

راكتانس اندوكتيو فيدر

با توجه به شكلها مشخص است كه جمله دوم بزرگتر از جمله اول است كه با بيشتر شدن زاويه جمله دوم همچنان بزرگتر مي گردد  و جمله اول كوچكتر اما با نصب خازن سري رابطه بصورت زير در مي‎آيد :

( 11-1 )                                           

راكتانس خازني

راكتانس خازني همواره بايد از راكتانس القايي كوچكتر باشد لذا در انتخاب اندازه خازن سري بايد به اين مهم توجه داشت . در صورت عدم توجه به اين امر و انتخاب خازن با  عمل over compensation در انتهاي خط رخ ميدهد كه مطلوب نميباشد چون جريان عقب افتاده يك موتور در اين حالت ميتواند يك اضافه ولتاژ خطرناك ايجاد كند .

حال با توجه به اينكه P شبكه و شبكه همواره در حال تغيير است  و از همه مهمتر بدليل احتمال حالتهاي قطعي و يا بروز خطا در شبكه ، تا كنون در شبكه برق ايران استفاده از خازن سري عملي نگرديده و اين همان خطرناك بودن اين خازن و ايجاد عمل over compensation ميباشد .

 

2-3-1 ) خازنهاي موازي :

اين خازنها بطور موازي با بار نصب مي گردند و در تمام شبكه از قبيل انتقال و توزيع تأثير عمده اي مي گذارند  .اين خازنها با ايجاد جريان جلو افتاده نسبت به ولتاژ قسمتي تا كل جريان راكتيو بار را جبران مي كنند پس در حقيقت خازن موازي همان اثر كمپانساتورهاي سنكرون در حالت فوق تحريك را دارند شكلهاي (4-1) مدار و مولفه هاي جريان و ولتاژ در حالتهاي شبكه بدون خازن و با خازن موازي را نشان مي‎دهد :

                

با توجه به اشكال مشخص است كه خازن موازي باعث مي‎شود جريان منبع كاهش يابد ورا بهبود بخشد و نتيجتاً افت ولتاژ سيستم را كاهش دهد البته وجود خازن باعث بهبود سيستم در مدارات قبل از خازن مي گردد لذا بايد در مكان نصب خازن به اين نكته توجه داشت  .

افت ولتاژ در حالت (الف ) از فرمول زير پيروي مي‎كند :

( 12-1 )                                                                  

   جريان حقيقي

جريان راكتيو القايي

اما در حالت ( ب ) افت ولتاژ بصورت زير در مي آيد :

(13-1)                                                        

 جريان راكتيو خازني

پس بهبود تنظيم ولتاژ ناشي از نصب خازن عبارتست از:

(14-1)                                                                            

3-3-1) تصحيح ضريب قدرت :

نمودار (5-1) نشاندهنده تغييرات توان ظاهري توليدي با ثابت فرض نمودن توان راكتيو در اثر تغيير ضريب قدرت ميباشد همانگونه كه مشخص است با كاهش 20% ضريب قدرت 25% توان ظاهري افزايش مي يابد  .

                                                شكل (5-1)

اما در صورتي كه توان ظاهري را ثابت فرض كنيم مي بينيم كه با 20% كاهش ضريب قدرت بايد 20% از توان راكتيو توليدي را كاست تا بتوان توان راكتيو مصرف كنندگان را تأمين نمود و توان ظاهري را ثابت نگه داشت .

                                                شكل (6-1)

توليد توان راكتيو در نيروگاه و دور از مصرف كنندگان چندان مقرون بصرفه نمي باشد چون تلفات توان ناشي از مولفه راكتيو به تلفات سيستم اضافه مي گردد  .

فرض كنيد يك بار توان حقيقي P و توان راكتيو  و توان ظاهري  در ضريب قدرت القايي  تغذيه مي‎گردد:

(15-1)                                                           

اما با نصب خازن شنت در نزديكي بار :

(16-1)                                               

اين بهبود وضعيت شبكه در مسير مدارهاي قبل از نصب خازن رخ خواهد داد و در مدارات پس از خازن تغيير نداريم لذا هر چه مسير مدار بعد از خازن ( از خازن تابار ) كوتاهتر باشد بهتر است .

 مقدار توان راكتيو مورد نياز جهت تصحيح ضريب قدرت را مي‎توان از رابطه زير بدست آورد :

(17-1)                                                

توان راكتيو خازني مورد نياز بر حسب  KVAR

حداكثر مصرف توان اكتيو در سال بر حسب KW

زاويه ضريب قدرت اوليه 

زاويه ضريب قدرت مطلوب

معمولاً ماشينهاي بزرگ در صنعت به دليل بالا بودن جريان آنها و سطح مقطع بزرگ سيم بندي هاي آنها مقاومت اهمي كمي دارند و معمولاً راكتانس القايي بالايي دارند و اين يعني كاهش ضريب توان در اين ماشينها و اين بدني معني است كه منبع توليد انرژي بايد جريان بيشتر از مقدار مورد نياز مصرف كنندگان را توليد نمايد بعلاوه ترانسها و كابلها نيز جريان بيشتري را بايد انتقال داده و تحت اين شرايط راندمان نيروگاه كاهش پيدا كرده و هزينه توليد و انتقال انرژي نيز بالا مي رود .

 

4-1) منابع توليد توان راكتيو :

توليد توان راكتيو به دو صورت مي‎تواند انجام گيرد ، يكي توسط نيروگاه با اعمال تحريك بيشتر، و ديگر توسط خازنها و كمپانساتورهاي استاتيكي و كندانسورهاي سنكرون در شبكه هاي توزيع و انتقال ‌، با اينكه توليد توان راكتيو توسط نيروگاه هزينه اي در بر ندارد اما ظرفيت توليد توان راكتيو يك نيروگاه اولاً محدود است و ثانياً مشكل عمده در انتقال اين توان راكتيو است چون اين توان نسبتاً زياد علاوه بر اشغال ظرفيت خطوط، ترانسها و كل شبكه مقداري تلفات نيزبه سيستم تحميل مي‎كند .

وجود منابع توان راكتيو ( با توجه به استاتيكي بودن نوع مولد هاي اين توان ) در نزديكي محل مصرف علاوه بر كاهش هزينه باعث افزايش ظرفيت شبكه مي گردد و كمك بسزايي در اين زمينه مي‎باشد پس صورت دوم توليد توان راكتيو بسيار مقرون بصرفه و اقتصادي تر مي باشد .

1-4-1) كندانسورهاي سنكرون :

كندانسورهاي سنكرون به علت ذخيره انرژي مي‎توانند با كنترل اتوماتيك ، پاسخ سريعتر و صافتري به مصرف كننده هاي توان راكتيو دهند و از اين جهت نقش مؤثرتري نسبت به خازن هاي موازي دارند اين تأمين كننده هاي توان راكتيو به فركانس و ولتاژ سيستم پايداري بيشتري بخشيده و در حالتهاي گذرا ناشي از اتصال كوتاه قادر به تأمين انرژي اتصال كوتاه ميباشند . با توجه باينكه كندانسورهاي سنكرون سيستم كنترل تحريك اتوماتيك دارند اين امر باعث مي گردد آنها بتوانند KVAR پس فاز را در بارهاي كم افزايش داده و در بارهاي سنگين KVAR پيش فاز توليد نمايند كه اين مسئله باعث بهبود پايداري شبكه گرديده  و در هنگام كم باري نيز اضافه ولتاژ به سيستم تحميل نميگردد .

به همين علت امروزه در بعضي كشورهاي دنيا از اين وسيله استفاده مي گردد مثلاً در سوئد استفاده از اين ماشين گردان انجام مي‎گيرد . با توجه به مزاياي گفته شده معايب اين تأمين كننده توان راكتيو نيز باعث شده تا از مشتاقان اين وسيله كاسته گردد .

اين معايب عبارتند از داشتن تلفات نسبتاً زياد ، نياز به بازرسي دائمي و سر و صداي زياد اين دستگاه در هنگام كار .

2-4-1) خازنهاي شنت :

راجع به شنت به قدر كافي توضيح داده شده كه در اينجا فقط مزاياي اين وسيله را نسبت به ديگر رقبايش برمي شماريم :

1- هزينه كمتر

2- تلفات كمتر

3- نگهداري كمتر

4- اقتصادي تر بودن بخصوص در اندازه هاي كم

5- قابليت انعطاف در كاربرد

6- عدم نگراني جهت جداشدن آنها از سيستم

7- فيلتر كردن هارمونيكهاي توليد شده توسط نيمه هاديها

3-4-1) كمپا نسا تورهاي استاتيكي :

كمپانسورهاي استاتيكي يا  (static var compensators ) متعلق به خانواده جبران كننده هاي فعال (Dinamic) ميباشند و استفاده از لغت استاتيك به خاطر بي حركت بودن سيستم است .

از مشخصات SVC سرعت واكنش خيلي سريع و تنظيم توان راكتيو متوالي را مي‎توان نام برد . چنانچه در شبكه ، سرعت تغييرات توان راكتيو آهسته باشد در اين حالت كاربرد SVC نسبت به خازن هاي شنت مقرون به صرفه نمي باشد  .

عملكرد SVC با توجه به سرعت پاسخگويي بالاي آن به نحوي است كه به منظور پايداري سيستم قدرت از طريق كنترل ولتاژ در حالتهاي ديناميك و گذرا مورد استفاده قرارمي گيرد اگر SVC در مكان مناسبي قرار گيرد و ظرفيت مناسب نيز داشته باشد مي‎تواند باعث كاستن از نوسانات شديد ولتاژ ناشي از اتصال كوتاه گردد و پايداري مطلوبي به شبكه بدهد .

استفاده از اين وسيله در سيستم توزيع به علت سرعت زياد آن در تغييرات پله اي بار خازني ممكن است موجب نوسان ولتاژ گردد و يا موجب ايجاد هارمونيك گردد .

با توجه به ذكر خصوصيات سه دسته فوق جبران كننده هاي توان راكتيو لذا بايد در انتخاب اين جبران كننده ها نكات زير را مد نظر قرار داد :

1- قابليت اطمينان اينگونه تجهيزات

2- طول عمر متوسط اين دستگاهها

3- هزينه نگهداري  و تعميرات

4- هزينه تهيه و نصب و را ه اندازي

5- مدت زمان نصب و چگونگي سهولت نصب

بطور كلي با توجه به نكات فوق براي صنايع معمولي استفاده از كمپانساتورهاي سنكرون مقرون به صرفه نيست و بخصوص در كشورهاي در حال توسعه نظير ايران هزينه كردن در اين قسمت در حقيقت اتلاف سرمايه ميباشد .

به اين منظور خازنهاي شنت بيشترين مورد استفاده را دارند چون اولاً هزينه نصب ورا ه اندازي كمتري دارند و ثانياً هزينه نگهداري آنها به مراتب كمتر از سايرين است علاوه بر اين راندمان بالايي نيز دارند . ضمناً كم حجم تر بوده  و قابليت اطمينان خوبي هم دارند  و براحتي مي‎توانند بصورت بانكهاي خازني قابل اتومات باشند و تلفات انرژي كمتري نيز دارند .

براي تعيين مقدار خازن بايد از جزئيات سيستم آگاهي داشته باشيم كه بروشهاي زير قابل اجرا است :

1- اندازه گيري Q,P

2- اندازه گيري  P,I,V

3- اندازه گيري Q,S

4- اندازه گيري  ,V,I

 

5-1) موارد استفاده و كاربرد خازن :

1- خازن هاي شنت جهت بهبود ضريب توان

2- خازنهاي ذخيره كننده انرژي

3- خازن راه انداز موتورهاي القايي تكفاز

4- خازن براي حفاظت (كاربرد در برق گير ها )

5- خازن موازي براي سيستم منبع تغذيه

6- خازن سري براي سيستم منبع تغذيه

7- خازن براي صاف كردن شكل موج و ايفاي نقش خروجي مبدل AC/DC

8- خازن هاي مقسم ولتاژ

9- ترانس ولتاژ خازني

10-        خازن مورد استفاده در سيستمهاي (PLC) كرير و كوپلينگ

11-        خازنهاي فشار زياد براي تست ترانس

12-        خازنهاي فيلتر سازي هارمونيك

13-        خازن براي توقف كاريك تريستور

14-        خازن مورد استفاده در سوئيچگر

15-        خازن ژنراتور ضربه اي

16-        خازن براي تست سوئيچگير

خازنها مي‎توانند بصورت مجموعه هاي سري و موازي با هم قرار گيرند تا هم ولتاژهاي بيشتري را تحمل كرده و هم توان راكتيو شبكه را تأمين نمايند  .

براساس اطلاعات موجود بايد تقريباً 60% خازنها بر روي فيدرها ، 30% در پستها و 10% در خطوط انتقال نصب گردند . زيمرمن نشان داد كه نصب خازن در ثانويه ترانسها تنها روي كاهش هزينه مربوط به ترانس اثر مي گذارد .

عموماً خازنها ميتوانند بر روي فيدرها بصورت بانك خازن همراه با فيوز نصب گردند فيوز بعنوان يك محدود كننده جريان عمل مي‎كند . معمولاً حداكثر بانكها خازني بكار رفته در شبكه هاي زيرKV 20 كمتر از KVAR 1800 مي‎باشد و درشبكه هاي KV 20 اين اندازه  KVAR 3600 ميباشد همچنين تعداد بانكهاي خازني بر روي يك فيدر از 4 بانك فراتر نميرود  .

از نقطه نظر مكان نصب خازن همانگونه كه مي دانيد نقطه اي كه خازن در آن محل نصب مي گردد بيش از جاهاي ديگر مي‎تواند در معرض اضافه ولتاژ قرار گيرد لذا در نصب خازن و بانكهاي خازني بايد به اين مهم توجه داشت .

بعضي خازنها بعنوان خازنهاي ثابت و بعضي خازنها بعنوان خازنهاي سوئيچ شونده كاربرد دارند خازنهاي ثابت در بارهاي كم مورد استفاده قرار گيرند و بعد از افزايش بار راكتيو خازنهاي سوئيچ شونده وارد مدار مي گردند از نقطه نظر رگولاسيون ولتاژ مقدار كيلووار مورد نياز جهت بالا بردن ولتاژ در انتهاي خط به اندازه ماكزيمم ولتاژ مجاز در حداقل بار ( 20% بار حداكثر ) در حقيقت همان اندازه بانك خازني ثابت است كه بايد انتخاب نمود به عبارتي ديگر در صورت انتخاب بيش از يك بانك خازني اندازه هر بانك خازني در هر مكان تقريباً اختياري خواهد بود .

(18-1)                                                               

بهر جهت اضافه ولتاژ نبايد از افت ولتاژ در بارهاي سبك تجاوز نمايد بر اين اساس مقدار تقريبي درصد اضافه ولتاژ چنين بدست مي‎آيد :

(19-1)                                                                     

در رابطه (19-1) :

%VR  : در صد افزايش ولتاژ

توان راكتيو سه فاز كه بايد توسط بانك خازني ثابت تأمين گردد

 L : طول فيدر از نقطه شروع تا مكان نصب خازن بر حسب m

ولتاژ خط بر حسب KV

 X : راكتانس خط بر حسب

علاوه بر رابطه (19-1) جهت تعيين افت ولتاژ مي‎توان از رابطه (20-1) نيز استفاده كرد .

(20-1)                                                                   

Q : بار راكتيو خازن بر حسب KVAR

S : قدرت اتصال كوتاه در نقطه نصب خازن بر حسب K VA

در صورتي كه خازن ثابت در انتهاي فيدر استفاده شود و در صورت مشخص بودن درصد افزايش ولتاژ از قبل حداكثر مقدار اين خازن ثابت از رابطه (21-1) بدست مي‎آيد .

(21-1)                                             (KVAR)        

رابطه درصد افزايش ولتاژ در اثر بانك خازني متغير همراه با بانك خازني ثابت نيز مي‎تواند بصورت زير تعريف گردد :

(22-1)                                                        

در رابطه فوق :

  درصد افزايش ولتاژ

درصد افزايش ولتاژ در اثر بانك هاي خازني ثابت

  درصد افزايش ولتاژ در اثر بانك هاي خازني متغير

كل مقدار خازن بانك ثابت و متغير براي يك فيدر مقداري است كه حداكثر 50% بار ماكزيمم فيدر را برابر اضافه ولتاژ انتهاي خط قرار دهد .

 

6-1)  توجيه اقتصادي خازنها :

بار سيستم هاي الكتريكي شامل دو مولفه است : توان حقيقي و توان راكتيو  ، توان حقيقي مي بايست در نيروگاه توليد شود در حاليكه توان راكتيو مي‎تواند يا در نيروگاه توليد شده يا توسط خازنها تأمين گردد . اين موضوع يك حقيقت شناخته شده اي است كه خازنها قدرت موازي اقتصادي ترين طريق تأمين نياز بار راكتيو بارهاي اندوكتيو و خطوط انتقال با ضريب پس فاز هستند . اگر توان راكتيو منحصراً در نيروگاه توليد شود هر يك از تجهيزات سيستم (ژنراتورها ، ترانسفورماتورها ، خطوط انتقال  و توزيع كليدها و وسايل حفاظتي ) بايستي به تناسب اندازه شان بزرگتر شوند . خازن ها با كاستن از تقاضاي بار راكتيو ژنراتورها مي‎توانند اين شرايط را كاهش داده و جريان خطوط از محل خازنها تا نيروگاه كمتر گردد . در نتيجه از تلفات  و بارگذاري روي خطوط توزيع ، ترانسفورماتورها پست و خطوط انتقال كاسته مي گردد  . با نصب خازنها مي‎توان ظرفيت ژنراتور و پستها را براي حداقل 30 درصد اضافه بار آزاد نموده  واز نقطه نظر تنظيم ولتاژ مي‎توان قابليت مدار مجزا را بين 30 الي 100 درصد افزايش داد. بعلاوه كاهش جريان در ترانسفورماتور و تجهيزات توزيع و خطوط در اين وسايل محدوديت كيلووات آمپري را كاهش داده و در نتيجه نياز به تاسيسات جديد را به تاخير مي اندازد . در كل منافع اقتصادي ايجاب مي‎كند بانكهاي خازني بجاي شبكه هاي ثانويه روي  سيستم توزيع اوليه نصب شوند . يك قاعده معروفي است كه مي گويد مقدار كيلو وار خازن بهينه مورد نياز همواره آن مقداري است كه سود حاصله از تحصيل كيلووارهاي از دست رفته برابر هزينه نصب كيلووارهاي خازن باشد . شيوه هايي كه شركتهاي مختلف براي محاسبه سود اقتصادي حاصله از نصب خازنها بكار مي برند متفاوت است . ليكن محاسبه كل هزينه نصب شده يك كيلووار خازن ساده و سرراست مي‎باشد  .

بطور خلاصه ، منافع اقتصادي حاصله از نصب خازنها را چنين مي‎توان بيان نمود :

1- آزاد شدن ظرفيت توليد

2- آزاد شدن ظرفيت انتقال 

3- آزاد شدن ظرفيت پست توزيع

4- منافع اضافي در سيستم توزيع

الف ) كاهش تلفات انرژي (مس )

ب - كاهش افت ولتاژ و در نتيجه بهبود تنظيم ولتاژ

ج - آزاد شدن ظرفيت فيدر و تجهيزات مربوطه

د - به تأخير انداختن يا حذف هزينه سرمايه جهت اصلاح و توسعه سيستم .

5- افزايش درآمد ناشي از بهبود ولتاژ

1-6-1) منافع حاصله از ظرفيت توليد آزاد شده :

ظرفيت توليد آزاد شده در اثر نصب خازنها را بطور تقريبي از فرمول زير مي‎توان بدست آورد :

(23-1)             

كه در آن :

ظرفيت توليد آزاد شده مازاد بر حداكثر توليد در ضريب توان قبلي(KVA)

  ظرفيت توليد (KVA)

توان راكتيو خازنها تصحيح كننده (KVAR)

  ضريب توان قبلي (يا كنترل نشده ) قبل از نصب خازنها

بنابراين منافع ساليانه عايد شده در اثر اين ظرفيت توليد آزاد شده را مي‎توان چنين بيان كرد : 

  ( 24-1)                                                                

كه در آن :

منافع ساليانه حاصل از ظرفيت توليد آزاد شده ( $/yr )

  ظرفيت توليد آزاد شده مازاد بر حداكثر ظرفيت توليد در ضريب توان قبلي

  هزينه توليد (توليد پيك ) ($/KW  )

نرخ هزينه ، ثابت ساليانه قابل اعمال در توليد

2-6-1) منافع حاصله از ظرفيت انتقال آزاد شده :

ظرفيت انتقال آزاد شده در اثر نصب خازنها را تقريباً بصورت زير مي‎توان بيان داشت :

 

                                             (25-1)

كه در آن :

ظرفيت انتقال آزاد شده مازاد بر حداكثر ظرفيت انتقال در ضريب توان اوليه

ظرفيت انتقال ( KVA )

پس منافع ساليانه عايد شده در اثر اين ظرفيت آزاد شده بصورت زير در مي‎آيد :

  (26-1)                                                             

كه در آن :

منافع ساليانه حاصله از ظرفيت انتقال آزاد شده ( $/yr )

ظرفيت انتقال آزاد شده مازاد بر حداكثر ظرفيت انتقال در ضريب توان اوليه

هزينه هاي خط انتقال و تجهيزات وابسته ( $/KVA )

نرخ هزينه ثابت ساليانه قابل اعمال در انتقال

3-6-1)  منافع حاصله از ظرفيت آزاد شده پست توزيع :

اين ظرفيت آزاد شده تقريباً از رابطه زير بدست مي‎آيد :

 

                                             (27-1)                         

كه در آن:

ظرفيت پست آزاد شده مازاد بر حداكثر ظرفيت پست در ضريب توان اوليه

 ظرفيت پست توزيع  (  ( KVA

پس منافع ساليانه حاصل از ظرفيت آزاد شده پست را مي‎توان چنين نوشت :

(28-1)                                                                    

كه در آن :

منافع ساليانه عايدي از ظرفيت آزاد شده پست ($/yr)

ظرفيت آزاد شده پست     (  ( KVA

هزينه پست و تجهيزات وابسته

نرخ هزينه ثابت ساليانه قابل اعمال در پست

4-6-1)  منافع حاصله از كاهش تلفات انرژي :

در نتيجه كاهش تلفات ملي ناشي از نصب خازنها ، تلفات انرژي ساليانه پايين مي‎آيد انرژي ذخيره شده را به شكل زير ميتوان بيان نمود :

(29-1)      

كه در آن :

انرژي ذخيره شده ساليانه

توان راكتيو سه فاز خازنهاي اصلاح ( KVAR )

مقاومت كل خط

بار سه فاز اوليه يا كنترل نشده ( KVA )

سينوس زاويه ضريب توان اوليه ( كنترل نشده )

ولتاژ خط به خط ( KV )

بنابراين منافع ساليانه حاصل از انرژي ذخيره شده را بصورت زير مي‎توان حساب نمود.

(30-1)                                                                  

كه درآن :

منافع ساليانه حاصل از انرژي ذخيره شده ( $/yr )

هزينه انرژي ( $/kwh )

5-6-1)  منافع حاصل از كاهش افت ولتاژ :

عوايد زير از نصب خازن در يك مدار بدست مي‎آيد :

1- جريان مؤثر خط كاهش مي يابد در نتيجه افت ولتاژهاي و هر دو كم شده باعث بهبود تنظيم ولتاژ مي‎شوند  .

2- بهبود ضريب توان ، اثر افت ولتاژ و راكتيو خط را كاهش مي‎دهد .

در صد افت ولتاژ يك مدار را مي‎توان چنين نوشت :

(31-1)                                           

   درصد افت ولتاژ .

 بار سه فاز

 مقاومت خط

 راكتانس خط

 طول هادي

 ولتاژ خط به خط

افت ولتاژ حساب شده از فرمول (31-1) مبناي كاربرد خازن هاست پس از نصب خازنها ، در اثر بهبود ضريب توان و كاهش جريان مؤثر خط ،سيستم شاهد افزايش ولتاژي خواهدبود . بنابراين افت ولتاژهاي  و  به حداقل مي رسند . درصد تقريبي خيز ولتاژ در طول خط از رابطه زير بدست مي‎آيد :

(32-1)                                                                          

به علاوه در اثر كاربرد خازنها ، پديده خيز ولتاژي در تمامي ترانسفورماتورهاي واقع در بين منبع توليد تا خازنها حاصل مي‎شود . اين خيز ولتاژ مستقل از بار و ضريب توان خطا بوده و از رابطه زير بدست مي‎آيد :

(33-1)                                                                

كه در آن :

 درصد خيز ولتاژ در ترانسفورماتور

 قدرت نامي سه فاز كل ترانسفور ماتور

 درصد راكتانس ترانسفورماتور( تقريباً برابر امپدانس نامي پلاك ترانسفورماتور)

6-6-1)  منافع حاصله از ظرفيت آزاد فيدر :

عموماً ، در تعيين ظرفيت هر فيدر غير از محدوديت هاي حرارتي و مهمتر از آن افت ولتاژ مجاز است  كه دخالت كند بنابراين نصب خازنها ، افت ولتاژ را كاهش داده و ظرفيت فيدر را افزايش مي‎دهند. بدون احتساب ظرفيت آزاد شده پست تنظيم كننده ، ظرفيت آزاد شده فيدر از رابطه زير حساب مي‎شود :

(34-1)                                        

بنابراين، منافع ساليانه حاصله از ظرفيت آزاد شده فيدر به صورت زير محاسبه مي‎شود :

 (35-1)                                                                                                

كه در آن :

 منافع ساليانه حاصله از ظرفيت آزاد شده فيدر

 ظرفيت آزاد شده فيدر

 هزينه فيدر نصب شده

 نرخ هزينه ثابت ساليانه قابل اعمال در فيدر

7-6-1)  منافع حاصله از كاربرد خازنها :

بنابراين منافع كل حاصله از كاربرد خازنها را بصورت زير مي‎توان مي‎توان خلاصه نمود :

(36-1)

منافع كل بدست آمده از رابطه (36-1)‌ را بايستي با معادل سالانه هزينه كل نصب بانكهاي خازني مقايسه نمود . هزينه كل نصب بانكهاي خازني از رابطه زير بدست مي‎آيد :

(37-1)                                                            

كه در آن :

 معادل ساليانه هزينه كل بانكهاي خازني نصب شده

 مقدار مورد نياز بانك خازني اضافه شده

 هزينه بانكهاي خازني نصب شده

 نرخ هزينه ثابت ساليانه قابل اعمال در خازنها

 

7-1)  نتيجه گيري :

بطور خلاصه با نصب خازنها ، صنعت برق بوسيله موثري در جهت تقليل هزينه ها مجهز مي شود . با افزايش مستمر هزينه در نيروگاه و سوخت ، صنعت برق زماني سود خواهد كرد كه نياز به هزينه هاي جديد جهت نصب نيروگاه به تأخير افتاده يا از بين برود  ونيز نياز انرژي كاهش يابد  . بدين ترتيب خازنها در حداقل نمودن هزينه هاي بهره وري مؤثر بوده و شركتها را قادر مي سازند كه با حداقل سرمايه گذاري ، و بارها و مصرف كنندگان جديد را تغذيه نمايند . امروزه شركتهاي كشورهاي پيشرفته و صنعتي تقريباً به ازاء هر KW 2 ظرفيت نصب شده توليد تقريباًKVAR  1 توان خازن نصب شده دارند بدين ترتيب از منافع اقتصادي حاصله بهره مند مي باشند .

 

 

منابع راکتیو و بهره برداری از آنها

 

در یک سیستم قدرت با توجه به تغییرات بار مصرفی در ساعات مختلف شبانه روز ولتاژ شبکه تغییر خواهد کرد . جهت کنترل ولتاژ در حدود مقادیر تعیین شده و همچنین اصلاح ضریب قدرت ، ضرورت استفاده از منابع توان راکتیو احساس می شود . انواع منابع راکتیو به قرار زیر می باشد :

 

1.    خازن STATIC CAPACITOR (S.C)

در شبکه های توزیع جهت اصلاح ضریب قدرت از بانک های خازن موازی با شبکه استفاده      می شود . اصولاً هرچه خازن ها نزدیک به مراکز مصرف انرژی نصب شود ، راندمان بهتری در شبکه خواهند داشت . در شبکه های فوق توزیع نیز از بانک های خازنی استفاده شده است که از طریق یک دژنکتور به شین 20 یا 33 کیلوولت متصل می گردند . در شرایط نرمال شبکه ، دژنکتور مربوط به خازنها وصل می باشد و سلکتور سه وضعیتی خازنها روی حالت اتوماتیک قرار دارد . معمولاً بر اساس افت ولتاژ تعدادی از بانک های خازنی وارد مدار می گردند و با تزریق مگاوار به شین ، قدرت راکتیو مورد نیاز مصرفی شبکه را تأمین می کند و باعث افزایش ضریب قدرت بار و نهایتاً بالا رفتن قدرت اکتیو ترانس می گردد . بانک های خازنی پیش بینی شده در پست ها با توجه به نیاز مصرف پست ، نصب و مورد بهری برداری قرار می گیرد .

در صورتی که به هر دلیلی سیستم اتوماتیک خازنها عمل ننماید ، سلکتور مربوطه در حالت دستی گذاشته شده که در صورت نیاز بانک های خازنی توسط اپراتور وارد مدار و یا از مدار خارج    می گردند .

 

2.    راکتور

راکتورها مصرف کننده توان راکتیو هستند و جهت خنثی نمودن حالت خازنی خطوط ، موازی با شبکه قرار می گیرند . اغلب در پست های انتقال انرژی و در ابتدا و انتهای خطوط طولانی با ولتاژ زیاد نصب می گردند . اصولاً به همراه راکتورها ، دژنکتور نصب می گردد که بتوان در موقع نیاز وارد مدار و یا از مدار خارج گردند . معمولاً در شرایطی که بار شبکه حداقل باشد ، راکتور وارد مدار و در طول روز راکتور از مدار خارج می گردد . لازم به توضیح است که بعضی از راکتورها به طور مستقیم به خط متصل می گردند .

 

3.    کمپانساتور سنکرون

کمپانساتور سنکرون از منابع تولید یا مصرف توان راکتیو می باشند که ضمن اتصال به شبکه با دور ثابت (سنکرون) گردش می کنند . بر اساس نیاز شبکه می توانند در حالت فوق تحریک ، تولید توان راکتیو و در حالت زیر تحریک توان راکتیو مصرف نمایند . هزینه بهره برداری و تعمیرات کمپانساتور سنکرون بیشتر از منابع تولید کننده توان راکتیو استاتیک می باشد ، به همین جهت از این نوع اصلاح کننده کمتر استفاده گردیده است .

تحریک ، توان راکتیو تولید نمایند و در حالت زیر تحریک توان راکتیو مصرف نمایند . حداکثر توان راکتیو تولیدی و یا مصرفی بستگی به مشخصات بهره برداری از ژنراتور دارد . به طوری که هرچه قدرت راکتیو تولیدی ژنراتور زیادتر گردد ، ضریب قدرت ژنراتور کمتر و در نتیجه توان اکتیو تولیدی ژنراتور کاهش پیدا می کند .

 

5.    ترانسفورماتورها

با تغییر تپ ترانسفورماتورها می توان ولتاژ طرف ثانویه را تنظیم نمود . تغییرات مگاوار روی ترانسفورماتورها که بر اثر تغییر تپ به وجود می آید ، مستقیماً به نیروگاهها منتقل می گردد . در هر ایستگاه تعداد ترانسفورماتورهایی که به صورت پارالل با هم کار می کنند ، باید تپ آنها مساوی باشد . در غیر این صورت از ترانسفورماتوری که تپ بالاتری نسبت به ترانسهای دیگر دارد ، جریان گرد 

4.    ژنراتور

ژنراتورها علاوه بر تولید توان اکتیو قادر خواهند بود در حالت فوق شی توان راکتیو بوجود می آید . این جریان گردشی علاوه بر اینکه تلفات انرژی به همراه دارد ، باعث گرم شدن سیم پیچ ثانویه ترانسها می گردد .

 مطالب مرتبط

دانلود پروژه ها ومقاله های برق-

دانلود جزوات کاربردی برق

دانلود مجلات برق
.: Weblog Themes By Pichak :.


Page Ranking Tool
Google

در اين وبلاگ
در كل اينترنت
Page Ranking Tool

پیشران کنترل

تماس با ما

موسسه بهنام دهش پور

انجمن حمایت از بیماران هموفیلی

محک

تمامی حقوق این وبلاگ محفوظ است | طراحی : پیچک
  • نیدیا
  • جان سخت