مقابله با مسائل ناشي از جريان هجومي در بانك‌هاي خازني
نويسنده: مهندس شاهرخ شجاعيان (1)
Confronting with problems in the result of rushing current in the reservoir banks
ـ اضافه شدن جريان مولد و در نتيجه نياز به مولدهايي با توان‌هاي بيش‌تر.
ـ اتلاف توان در شبكه‌هاي توزيع، تابعي از مقدار مؤثر جريان است. با اضافه شدن يك مولفه‌ي راكتيو به جريان خطوط، تلفات شبكه بالا مي‌رود. نتيجه‌ي اين اتلاف توان، كاهش ولتاژ مصرف‌كننده‌ها و پايين آمدن راندمان است.
خازنها عامل جبران كننده‌ي توان راكتيو براي بارهاي سلفي بوده و به عنوان عامل تصحيح كننده‌ي ضريب قدرت، عمل مي‌كنند. با توليد قدرت كاپاسيتيو توسط خازنها، اثر مؤلفه‌هاي راكتيو كاهش و ضريب قدرت افزايش مي‌يابد؛ كه نتيجه‌ي آن براي مصرف‌كنندگان، صرفه‌جويي اقتصادي و براي شركت‌هاي برق، ايجاد شرايط فني مطلوب‌تر براي انتقال انرژي خواهد بود. به طور خلاصه، مزاياي استفاده از خازنها عبارت‌اند از:
ـ تنظيم ولتاژ و ثابت نگه داشتن آن به منظور جلوگيري از وارد آمدن خسارت به دستگاه‌ها.
ـ كاهش تلفات سيستم به دليل كاهش جريان.
ـ كاهش توان راكتيو در سيستم به دليل كاهش جريان. ـ بهبود ضريب توان شبكه.
ـ به تعويق انداختن و يا به طور كلي حذف كردن هزينه‌هاي لازم براي ايجاد تغييرات در سيستم.
ـ افزايش درآمد ناشي از افزايش ولتاژ و جبران بار راكتيو.
خازن‌هاي فشار ضعيف شامل دو ورقه‌ي نازك آلومينيوم جدا شده توسط لايه‌هاي كاغذ اشباع شده از روغن عايق و مايع‌هاي مصنوعي سنتتيك (Synthetic) مانند بنزيل هستند. گاه به جاي كاغذ از موادي همچون پلي پروپيلن (Poly Propylene) نيز براي اين منظور استفاده مي‌شود. اين ورقه‌ها چند دور لوله شده و يك واحد خازن را تشكيل مي‌دهند، يا تعدادي از اين لايه‌ها روي يكديگر قرار داده شده، مجموعاً در داخل يك مخزن مملو از ماده‌ي عايق جاسازي گرديده و دو انتهاي آنها از طريق مقره كه به محيط خارج هدايت مي‌شود.
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 مي‌شود. رگولاتور، ترتيب به مدار آمدن و يا از مدار خارج شدن خازنها در يك بانك خازني را تعيين كرده و متناسب با بار راكتيو مورد نياز، فرمان قطع يا وصل كنتاكتورها را صادر مي‌كند. از نكات درخور توجه در رگولاتورها، تنظيم مربوط به نسبت (C/K) است. مقدار (C/K) عبارت است از نسبت تبديل توان نخستين پله‌ي 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 مي‌شود، پله‌بندي و رگولاتور مناسب با اين مجموعه را انتخاب كرد. نحوه‌ي پله‌بندي خازنها در مشخصات فني رگولاتورها ذكر مي‌شود.
جريان همجومي تابعي‌ست از:
ـ ولتاژ باقي مانده‌ي خازن از وصل قبلي (به ويژه به هنگام سوييچينگ سريع در بانك‌هاي خازني خودكار). ـ قدرت اتصال كوتاه شبكه در محل نصب خازن.
ـ اندازه‌ي (سايز) خازن.
براي مثال، جريان هجومي زمان وصل براي دو نمونه خازن با كنتاكتورهاي مربوطه در جدول 2 آمده است. وصل كردن بانك خازني، بدون خنثا كردن اثر جريان هجومي، خازنها را در حالت اتصال كوتاه قرار داده و عمر آنها را كم مي‌كند. علاوه بر اين، از ديدگاه كيفيت توان نيز اضافه ولتاژهاي ديناميكي ناخوشايندي در شبكه ايجاد مي‌گردد كه براي ديگر تجهيزات نيز توليد اشكال مي‌كند. در پي اين اضافه ولتاژهاي ناخواسته، كه نمونه‌اي از آنها را در شكل 4 آورده‌ايم، مشكلات عايقي براي تجهيزات الكتريكي همسايه و خود خازن پيش مي‌آيد.
كه در آن، Sk ظرفيت اتصال كوتاه ترانسفورماتور، Q ظرفيت نامي خازن، و IN جريان نامي خازن مي‌باشد.
مثال:
براي خازني با ظرفيت نامي kVAR 50 و خروجي ترانس kVA 1600 و ولتاژ اتصال كوتاه ترانس برابر با 5 درصد و A72=IN داريم:
يعني جريان هجومي معادل 35 برابر جريان نامي‌ست. معمولاً اين جريان در همين حدود بوده و مقادير نوعي آن بين 10 تا 40 برابر جريان نامي‌ست.
شكل 8 نتيجه‌ي استفاده از كنتاكتورهاي فوق را در كاهش پيك جريان هجومي، براي يك پروژه‌ي نمونه نشان مي‌دهد. ملاحظه مي‌شود كه ميزان جريان هجومي، بالغ بر 8 برابر كاهش داده شده است.
- Damping of Inrush Current in Low-Voltage PFC Equipment Low-Voltage PFC-Application note 2001
- راهنماي طرح و اجراي تأسيسات الكتريكي؛ نوشته‌ي گروه ABB؛ ترجمه‌ي شاهرخ شجاعيان؛ 1386.
ماهنامه‌ي دانش نما، شماره 171-170، تير ـ مرداد 88
چكيده
كليات
ـ اضافه شدن جريان مولد و در نتيجه نياز به مولدهايي با توان‌هاي بيش‌تر.
ـ اتلاف توان در شبكه‌هاي توزيع، تابعي از مقدار مؤثر جريان است. با اضافه شدن يك مولفه‌ي راكتيو به جريان خطوط، تلفات شبكه بالا مي‌رود. نتيجه‌ي اين اتلاف توان، كاهش ولتاژ مصرف‌كننده‌ها و پايين آمدن راندمان است.
خازنها عامل جبران كننده‌ي توان راكتيو براي بارهاي سلفي بوده و به عنوان عامل تصحيح كننده‌ي ضريب قدرت، عمل مي‌كنند. با توليد قدرت كاپاسيتيو توسط خازنها، اثر مؤلفه‌هاي راكتيو كاهش و ضريب قدرت افزايش مي‌يابد؛ كه نتيجه‌ي آن براي مصرف‌كنندگان، صرفه‌جويي اقتصادي و براي شركت‌هاي برق، ايجاد شرايط فني مطلوب‌تر براي انتقال انرژي خواهد بود. به طور خلاصه، مزاياي استفاده از خازنها عبارت‌اند از:
ـ تنظيم ولتاژ و ثابت نگه داشتن آن به منظور جلوگيري از وارد آمدن خسارت به دستگاه‌ها.
ـ كاهش تلفات سيستم به دليل كاهش جريان.
ـ كاهش توان راكتيو در سيستم به دليل كاهش جريان. ـ بهبود ضريب توان شبكه.
ـ به تعويق انداختن و يا به طور كلي حذف كردن هزينه‌هاي لازم براي ايجاد تغييرات در سيستم.
ـ افزايش درآمد ناشي از افزايش ولتاژ و جبران بار راكتيو.
خازن‌هاي فشار ضعيف شامل دو ورقه‌ي نازك آلومينيوم جدا شده توسط لايه‌هاي كاغذ اشباع شده از روغن عايق و مايع‌هاي مصنوعي سنتتيك (Synthetic) مانند بنزيل هستند. گاه به جاي كاغذ از موادي همچون پلي پروپيلن (Poly Propylene) نيز براي اين منظور استفاده مي‌شود. اين ورقه‌ها چند دور لوله شده و يك واحد خازن را تشكيل مي‌دهند، يا تعدادي از اين لايه‌ها روي يكديگر قرار داده شده، مجموعاً در داخل يك مخزن مملو از ماده‌ي عايق جاسازي گرديده و دو انتهاي آنها از طريق مقره كه به محيط خارج هدايت مي‌شود.
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 مي‌شود. رگولاتور، ترتيب به مدار آمدن و يا از مدار خارج شدن خازنها در يك بانك خازني را تعيين كرده و متناسب با بار راكتيو مورد نياز، فرمان قطع يا وصل كنتاكتورها را صادر مي‌كند. از نكات درخور توجه در رگولاتورها، تنظيم مربوط به نسبت (C/K) است. مقدار (C/K) عبارت است از نسبت تبديل توان نخستين پله‌ي 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 مي‌شود، پله‌بندي و رگولاتور مناسب با اين مجموعه را انتخاب كرد. نحوه‌ي پله‌بندي خازنها در مشخصات فني رگولاتورها ذكر مي‌شود.
جريان هجومي و حذف آن در خازن‌هاي اصلاحگر ضريب توان
جريان همجومي تابعي‌ست از:
ـ ولتاژ باقي مانده‌ي خازن از وصل قبلي (به ويژه به هنگام سوييچينگ سريع در بانك‌هاي خازني خودكار). ـ قدرت اتصال كوتاه شبكه در محل نصب خازن.
ـ اندازه‌ي (سايز) خازن.
براي مثال، جريان هجومي زمان وصل براي دو نمونه خازن با كنتاكتورهاي مربوطه در جدول 2 آمده است. وصل كردن بانك خازني، بدون خنثا كردن اثر جريان هجومي، خازنها را در حالت اتصال كوتاه قرار داده و عمر آنها را كم مي‌كند. علاوه بر اين، از ديدگاه كيفيت توان نيز اضافه ولتاژهاي ديناميكي ناخوشايندي در شبكه ايجاد مي‌گردد كه براي ديگر تجهيزات نيز توليد اشكال مي‌كند. در پي اين اضافه ولتاژهاي ناخواسته، كه نمونه‌اي از آنها را در شكل 4 آورده‌ايم، مشكلات عايقي براي تجهيزات الكتريكي همسايه و خود خازن پيش مي‌آيد.
محاسبه‌ي جريان هجومي و نحوه‌ي مقابله با اثرات آن
كه در آن، Sk ظرفيت اتصال كوتاه ترانسفورماتور، Q ظرفيت نامي خازن، و IN جريان نامي خازن مي‌باشد.
مثال:
براي خازني با ظرفيت نامي kVAR 50 و خروجي ترانس kVA 1600 و ولتاژ اتصال كوتاه ترانس برابر با 5 درصد و A72=IN داريم:
يعني جريان هجومي معادل 35 برابر جريان نامي‌ست. معمولاً اين جريان در همين حدود بوده و مقادير نوعي آن بين 10 تا 40 برابر جريان نامي‌ست.
شكل 8 نتيجه‌ي استفاده از كنتاكتورهاي فوق را در كاهش پيك جريان هجومي، براي يك پروژه‌ي نمونه نشان مي‌دهد. ملاحظه مي‌شود كه ميزان جريان هجومي، بالغ بر 8 برابر كاهش داده شده است.
نتيجه‌گيري
پي‌نوشت‌ها:
1- عضو هيأت علمي دانشگاه آزاد اسلامي واحد خميني‌شهر
- Damping of Inrush Current in Low-Voltage PFC Equipment Low-Voltage PFC-Application note 2001
- راهنماي طرح و اجراي تأسيسات الكتريكي؛ نوشته‌ي گروه ABB؛ ترجمه‌ي شاهرخ شجاعيان؛ 1386.
ماهنامه‌ي دانش نما، شماره 171-170، تير ـ مرداد 88
/ج
