بانک خازنی

تابلو برق مطلوب شبکه

توان ظاهری وسایل الکترونیکی مانندموتورهای الکتریکی, مدار های روشنایی , و رایانه ها از دو مولفه موثر(اکتیو) و غیر موثر (راکتیو) تشکیل شده است. توان غیر موثر (توان راکتیو) برای درک جریان خازنی بسیار مهم است. مصرف کننده های اهمی مانند گرمکن های برقی (هیتر ها) تنها به توان موثر نیاز دارند. برخی بارها مانند موتورهای القایی به هر دو توان اکتیو و توان راکتیو نیاز دارند.

توان اکتیو

توان موثر یا اکتیو, توانی است که توسط مصرف کننده به کار مفید تبدیل می شود واحد اندازه گیری توان موثر (p) وات (w) می باشد.

توان راکتیو

توان راکتیو توانی است که در بارهای القایی، شار مغناطیسی مورد نیاز را تولید می کند. واحد اندازه گیری و توان غیر موثر (Q) وار (WAR) می باشد.
گرچه توان راکتیو به کار مفید تبدیل نمی شود اما محیط تبدیل انرژی به کار را فراهم می آورد. برخی تجهیزات برای راه اندازی به توان راکتیو (غیر موثر) نیاز دارند. تامین توان راکتیو از طرف شبکه برق میسر می باشد. چنانچه مصرف این توان بیش از مقدار متداول از سوی شبکه برق باشد، هزینه آن به صورت ماهانه به همراه ضرایبی تحت عنوان ضریب بدی مصرف (جریمه) در قبوض برق آورده می شود. اما چنانچه این مصرف توسط خازن تامین شود، با سرمایه گذاری مناسبی می توان هزینه مربوط به توان راکتیو را از قبوض برق حذف کرد. و به این ترتیب به دلیل عدم پرداخت هزینه بابت خرید توان راکتیو از شبکه, خازن موجب سود آوری و کاهش هزینه های مصرف کننده خواهد شد. بنابراین خازن به عنوان یک تجهیز تامین کننده توان راکتیو، اهمیت به سزایی برای مصرف کنندگان برق دارد. شکل زیر یک نمونه قبض برق مربوط به یک کارگاه صنعتی دارای ضریب زیان بدی مصرف است.

خازن

خازن ها با ذخیره کردن انرژی الکتریکی و شارژ و دشارژ مداوم در جریان متناوب قابلیت تولید توان راکتیو دارند. جدول زیر انواع  خازن  برای تامین توان راکتیو به همراه ویژگی های آن در بانک خازنی را معرفی می کند. جدید ترین تکنولوژی ساخت خازن , خازن های خشک تمام فیلم معدنی می باشند که حتی در صورت بروز هر گونه صدمه و ترکیدگی بدنه خازن , هیچ ماده شیمیایی مضر یا صدمه زننده به انسان و محیط در آن وجود ندارد و به صورت استوانه ساخته می شوند. در شکل روبرو یک نمونه از این خازن ها نشان داده می شود. خازنی که در شکل نشان داده شده است واحد (یونیت) خازن نامیده می شود و ظرفیت این خازن برای توان های بالای غیر موثر , محدود است.

بانک خازنی

بانک خازنی، شامل تعدادی تجهیزات قطع و وصل و تجهیزات حفاظتی است. مجموعه داخل یک تابلو نصب می شود. برخی موارد به دلیل کم و زیاد شدن تعداد وسایل الکتریکی که منجر به تغییرات مقدار توان راکتیو می شود, قطع و وصل شدن خازن متناسب با نیاز مصرف کننده ضروری می باشد. حتی برای مصرف کنندگان بزرگ نیاز به خازن های زیاد برای تامین توان راکتیو می باشد. برای رسیدن به آن ظرفیت های زیاد، از چند خازن به صورت موازی، استفاده می شود.

رگولاتور

برای تنظیم ظرفیت خازن ها به منظور تامین توان راکتیو از رگولاتور اصلاح ظریب قدرت(رگولاتور بانک خازنی) استفاده می شود. 
به عبارت دیگر اگر نیاز باشد خازن ها متناسب با کم و زیاد شدن توان راکتیو مصرف کننده وارد مدار شوند نیاز به قطعه الکتریکی دیگری می باشد که با اندازه گیری توان راکتیو مصرف کننده , دستور قطع و وصل کنتاکتورها را صادر نماید. این کار باعث تامین توان راکتیو به مقدار نیاز توسط خازن می شود. رگولاتور (تنظیم کننده) در تابلو خازنی نصب می شود.

تجهیزات بانک خازنی 

بانک خازنی از تجهیزات مختلفی نظیر کنتاکتور, خازن, فیوز و رگولاتور تشکیل شده است.

1. خازن

2. اگر نمای داخلی یک خازن خشک استوانه ای را در نظر بگیرید، به این صورت است که سه عدد خازن به صورت اتصال مثلث در درون یک استوانه فلزی قرار گرفته و از سه راس مثلث سه اتصال برای وصل شدن به ولتاژ سه فاز بر روی خازن تعبیه شده است.
3. 
   انتخاب خازن بر اساس ظرفیت پله مورد نیاز در سطح ولتاژ شبکه انجام می شود. به عنوان نمونه چنانچه یک بانک خازنی 100 کیلوواری از ترکیب 4 پله 25 کیلو واری درسطح ولتاژ 400 ولت مورد نیاز باشد، یک خازن 25 کیلو واری در سطح ولتاژ 400 ولت و یا دو عدد خازن 5/12 کیلو واری 400 ولتی می تواند برای هر پله استفاده شود.
4. اگر از دو خازن 5/12 کیلو واری برای یک پله استفاده شود هنگام صدمه احتمالی یک خازن, نصف ظرفیت آن پله از دست خواهد رفت. در حالی که برای پله 25 کیلو واری تمام ظرفیت پله از دست خواهد رفت. به علاوه به دلیل مساحت جانبی بیشتر دو خازن 5/12 کیلو واری به یک خازن 25 کیلو واری, تبادل حرارتی با محیط بیشتر خواهد بود که به افزایش طول عمر خازن و کاهش خطر صدمه دیدن خازن کمک زیادی خواهد کرد.

1. کنتاکتور خازنی

2. کنتاکتور هایی که برای قطع و وصل خازن، درون بانک خازنی استفاده می شود،کنتاکتور خازنی نامیده می شود. ظاهر این نوع کنتاکتور ها نیز متفاوت با کنتاکتور های دیگر است.

1. کنتاکتورهای خازنی نشان داده شده در شکل زیر دارای تعدادی سیم به صورت پیچیده شده در قسمت بالا و پایین هستند. این سیم ها در واقع مقاومت اهمی هستند. با بررسی دقیق شمای داخلی کنتاکتور خازنی می توان دید که قبل از بسته شدن کنتاکت اصلی کنتاکتور، کنتاکت های کمکی بسته شده و خازن همراه با مقاومت های محدود کننده جریان در قسمت های بالایی و پایینی کنتاکتور وارد مدار شده و برق دار می شود و اندکی پس از آن، کنتاکت های کمکی از محل خود حرکت کرده و باز شده و کنتاکت اصلی بسته می شود و خازن به طور کامل وارد مدار می شود. شکل زیر اتصالات داخلی یک کنتاکتور خازنی است.

​

1.  
2. انتخاب کنتاکتور خازنی برای خازن ها بر اساس ظرفیت خازنی است که باید از طریق آن کنتاکتور قطع و وصل شود. به عنوان مثال برای یک خازن 25 کیلو واری در سطح ولتاژ 400 ولت باید از یک کنتاکتور 25 کیلو واری با سطح ولتاژ 400 ولت استفاده شود. البته سازندگان معتبر کنتاکتور، استفاده از کنتاکتور با یک شماره استاندارد بالاتر را توصیه می کنند. در واقع کنتاکتور 30 کیلوواری با سطح ولتاژ 400 ولت از نظر سازندگان کنتاکتور گزینه مناسب تری می باشد.
3.  

1. تجهیزات حفاظتی

2. برای حفاظت از هر پله بانک خازنی باید کلید فیوز مناسب آن پله بین کنتاکتور و شبکه اصلی برق قرار بگیرد. کلید فیوز هایی که برای بانک خازنی استفاده می شود باید از نوع تندکار باشد. بسیاری از فیوز مینیاتوری های تندکار برندهای مختلف داخلی و خارجی مناسب استفاده در بانک خازنی هستند.
3. چنانچه در محل نصب بانک خازنی شبکه برق دارای ماکزیمم و مینیمم (پیک های) مختلفی باشد، استفاده از فیوز کندکار می تواند گزینه و جایگزین مناسبی باشد. نکته دیگر در انتخاب کلید فیوز, مقدار جریان آن است. طبق استاندارد 60831 IEC خازن توانایی تحمل اضافه جریان دائمی تا35 درصد را دارا می باشد. البته مقدار اضافه ولتاژ مجاز برای شبکه نیز ده درصد می باشد که این اضافه ولتاژ می تواند منجر به اضافه جریان شود. بنابراین با احتساب دو ظریب گفته شده (485/1=35/1 ×1/1) مقدار جریان فیوز حدودا 5/1 برابر جریان خازن همان پله خواهد بود. البته برخی مقدار تلرانس ظرفیت خازن که طبق استاندارد IEC تا 10 درصد می باشد را نیز در نظر گرفته و ظریب 65/1 را برای جریان فیوز در نظر می گیرند.

​

رگولاتور

رگولاتور اصلاح ضریب توان یکی از تجهیزات جدا ناپذیر بانک خازنی می باشد که با اندازه گیری مقدار مصرف توان راکتیو مصرف کننده, دستور قطع و وصل کنتاکتورها را صادر نماید. رگولاتورهای مختلفی از سوی شرکت های مختلف برای استفاده در بانک های خازنی ارائه می شوند. اما قبل از انتخاب رگولاتور مناسب باید بدانیم تجهیز مناسب باید چه ویژگی هایی داشته باشد.
 

1. ویژگی ها و مزایای رگولاتور:

2. الف) تنظیم و شناسایی خودکار

3. یکی از مهم ترین ویژگی رگولاتورها شناسایی خودکار می باشد. این ویژگی این امکان را فراهم می آورد که رگولاتور پس از نصب شدن در بانک خازنی و روشن شدن، به صورت ترتیبی پله های بانک خازنی را قطع و وصل نموده و با دریافت مقدار جریان هر پله از ترانسفورماتور جریان، تخمینی از ظرفیت هر پله به دست می آورد. پس از اتمام قطع و وصل پله ها، متناسب با مقدار جریان غیر موثر مصرف کننده، فرمان وصل پله های مورد نیاز برای تامین توان راکتیو مصرف کننده را صادر می کند.
4. 
    

5. ب) قطع و وصل دوره ای پله ها 

6. قطع و وصل دوره ای پله ها از ویژگی های مهم دیگر رگولاتورها می باشد که باید در انتخاب رگولاتور مد نظر قرار گیرد. همانطور که از نام این ویژگی برمی آید، این امتیاز را به بانک خازنی خواهد داد که  تمامی پله های یکسان از نظر تعداد دفعات قطع و وصل و زمان در مدار بودن به صورت تقریبی با هم برابر باشند. در واقع پله های یکسان با هم مستهلک شوند. چنانچه یک بانک خازنی دارای دو یا سه پله 25 کیلوواری باشد، تمامی پله ها از نظر زمانی و تعداد دفعات قطع و وصل با یکدیگر برابر باشند و به صورتی نباشد که یک پله بارها مورد استفاده قرار بگیرد و مستهلک شود در حالی که دیگر پله ها وارد مدار نشده باشند.

1. 
   ج)شناسایی پله های معیوب

2. یکی دیگر از ویژگی های مفید و لازم رگولاتورها شناسایی پله های معیوب و اعلام خرابی آن ها، قطع کردن پله های بانک خازنی در هنگام اضافه جریان های ناشی از هارمونیک و محدوده تغییر ضریب توان مطلوب می باشد.

1.  
2. منبع : کتاب نصب و تنظیم تابلو‌های برق فشار ضعیف رشته الکتروتکنیک-دفتر تأليف كتاب های درسی فنی و حرفه ای و كاردانش