نیروی برق بعنوان یکی از اصلی ترین منابع انرژی مورد مصرف بشر، از جایگاه ویژه ای برخوردار است. با توجه به هزینه های هنگفت تولید و انتقال این نوع از انرژی با کیفیت مطلوب می بایست درجهت اصلاح و بهبود کیفی و کمی شبکه های توزیع آن قدم برداشت.

در همین راستا اصلاح ضریب قدرت در شبکه های توزیع از جهات گوناگونی از جمله تاثیر بر کیفیت و عملکرد سیستم و همچنین تبعات اقتصادی چشمگیری که به همراه دارد از اهمیت بسیار زیادی در صنعت برق برخوردار گردیده است.

توان راکتیو را در شبکه های توزیع برق می بایست حذف نمود تا خروجی موثری از توان اکتیو را در شبکه به جریان انداخت و در نتیجه ضمن استفاده از بیشترین ظرفیت شبکه، تلفات سیستم را به حداقل رساند.

کار واقعی در شبکه های برق توسط توان اکتیو صورت می گیرد. با تبدیل انرژی الکتریکی به سایر شکل های انرژی مثل حرارت، حرکت، دوران و ... کار واقعی انجام می گیرد. در بارهای اکتیو جریان و ولتاژ کاملاً هم فاز هستند. توان اکتیو با واحد وات (W) اندازه گیری می شود.

آنچه که توسط کنتورهای تک فاز و سه فاز ثبت می شود انرژی الکتریکی مصرف شده توسط توان اکتیو است.

این نوع توان کار مفید انجام نداده و باعث بوجود آمدن میدان های الکتریکی و الکترو مغناطیسی می شود. این توان مصرف نشده و بطور متوالی از شبکه به بار تزریق و مجدداً از بار وارد شبکه می شود.

در بارهای راکتیو، ولتاژ و جریان 90درجه اختلاف فاز دارند. در بار سلفی خالص جریان 90 درجه از ولتاژ عقب تر است که این بارها به نام پس فاز (Lag) نامیده می شوند. دربارهای خازنی خالص جریان 90 درجه جلوتر از ولتاژ است. ارهای خازنی تحت عنوان پیش فاز (Lead) شناسایی می شوند.

توان راکتیو با واحد ولت آمپر راکتیو یا وار (VAR) اندازه گیری می شود. انرژی الکتریکی مصرف شده توان راکتیو توسط کنتورهای راکتیو ثبت می شود.

جمع برداری توان اکتیو و راکتیو، توان ظاهری را تشکیل می دهد. در واقع توان ظاهری حاصل ضرب ولتاژ در جریان است.

یعنی :S=VI

واحد اندازه گیری توان ظاهری ولت آمپر (VA) است.

انتخاب ظرفیت تجهیزات شبکه مانند ژنراتورها، ترانسفورماتورها، کلیدها، فیوزها، کابل های انتقال و ... براساس توان ظاهری شبکه انجام می گیرد.

مثلث توان رابطه بین توان ظاهری و سایر توان ها را مشخص می کند.

از این نمودار روابط زیر بدست می آید:

تلفات هادی شبکه به علت مقاومت اهمی اجزاء هدایت جریان (کابل ها، اتصالات کلیدها، ...) بوجود آمده و بصورت حرارت ظاهر می شود. تلفات هادی دوجزء دارد: یکی که در اثر جریان بار اکتیو بوجود می آید که غیر قابل اجتناب است و قسمت دوم که در اثر جریان بار راکتیو پدیدار می شود که با کاهش بار راکتیو، کاهش می یابد.

نسبت توان اکتیو به توان ظاهری را ضریب قدرت (Power Fator) می گویند یعنی

از روابط ذکر شده در بخش های قبلی می توان نتیجه گرفت:

ضریب قدرت معیار خوبی برای سنجش اثر بخشی شبکه است. ضریب قدرت بالا نشانه بهره برداری صحیح از شبکه و بر عکس ضریب قدرت پائین نشانه استفاده ضعیف از شبکه می باشد. به عنوان مثال ضریب قدرت 85/0 یعنی اینکه 85 درصد از توان شبکه برای انجام کار مفید صرف می شود.

هدف اصلی از اصلاح ضریب قدرت (Power factor correction) جبران توان راکتیو پس فاز سلفی با تزریق توان راکتیو معادل و پیش فاز است. بار خازنی مورد نیاز با قراردادن خازن بصورت موازی با شبکه توزیع تامین می شود.

کوچک بودن ضریب قدرت، باعث افزایش هزینه سرمایه گذاری تولید، توزیع و نگهداری تجهیزات شبکه می شود و بنابراین در صورت پائین بودن ضریب قدرت از حد معینی، هزینه توان راکتیو مصرفی هم محاسبه و از مشترک دریافت می گردد.

• خازن گذاری در شبکه به انواع مختلف، باعث صرفه جویی در هزینه های رمایه گذاری وجاری می شود.
• اصلاح ضریب قدرت باعث حذف و یا کاهش مبلغ پرداختی بابت مصرف راکتیو می شود. بسته به شرایط مصرف، سرمایه گذاری اولیه نصب بانک خازن معمولاً بین 6 تا 24 ماه مستهلک می شود.
• حذف جریان راکتیو، باعث کاهش افت ولتاژ در شبکه شده و در نتیجه هزینه تاسیسات ثابت نگه داشتن ولتاژ در محدوده مجاز کاهش می یابد.
• حذف جریان راکتیو باعث کاهش جریان و در نتیجه کاهش سطح مقطع کابل، ظرفیت ترانسفورماتور و کلید مورد نیاز و ... می گردد.
• کاهش جریان موجب کاهش تلفات اهمی خط انتقال و کلیدها می شود.
• کاهش جریان باعث کم شدن حرارت در کلیدها، ترانسفورماتورها و کابلهای انتقال شده و در نتیجه هزینه تعمیر و نگهداری تاسیسات شبکه پائین می آید.
• در حالت توان ظاهری ثابت (مثل شبکه هایی که قبلاً طراحی و اجراء شده اند) با کاهش توان راکتیو می توان توان اکتیو بیشتری مصرف کرد.
• کاهش افت ولتاژ باعث افزایش گشتاور راه اندازی موتورها می شود.

برای اصلاح ضریب قدرت از سه روش اصلی استفاده می شود:

این روش بیشتر برای حالت بی باری ترانسفورماتورها، دستگاههای با کابل طولانی و موتورهای دائم کار استفاده می شود که در آن برای هر مصرف کننده به صورت مجزا خازن محاسبه و نصب می گردد.

مهمترین ایراد این روش عدم توجه به ضریب همزمانی استفاده از صمرف کننده های مختلف بوده که باعث افزایش مقدار خازن نصب شده در شبکه می شود.

در این روش برای چند مصرف کننده که همزمان و کنار یکدیگر کار می کنند، یک خازن بزرگ نصب می شود.

چون این نوع جبران حالت خاصی از جبران سازی موضعی است، مزایای روش قبلی را دارا است به اضافه اینکه به خاطر کاهش تعداد خازنها ومراحل نصب، هزینه آن اقتصادی تر است.

بزرگترین ایراد این روش به غیر از هزینه نسبتاً بالا، در مواردی است که مصرف کننده ها با هم و گروهی کار نکنند. در این حالت جبران سازی اشتباه صورت گرفته و بار راکتیو به صورت خازنی در مدار ظاهر می شود.

در این روش خازن کلاً در ورودی سیستم نصب و به پله های کوچک تقسیم شده است. یک رگولاتور، ضریب قدرت شبکه را کنترل کرده خازن مورد نیاز را محاسبه و وارد شبکه می نماید. این روش تقریبا همه جا قابل استفاده است. مزایای این نوع جبران سازی عبارتند از، نصب ساده، کنترل ساده، استفاده بیهنه از خازن های نصب شده و انعطاف پذیری نسبت به تغییرات بار. عمده ترین ایراد این روش عدم جبران سازی داخل شبکه مصرف کننده است.

توان ظاهری در شبکه سه فاز 

توان اکتیو شبکه سه فاز

توان راکتیو شبکه سه فاز

جریان خازن تک فاز 

جریان خازن سه فاز

توان خازن تک فاز      

توان خازن سه فاز مثلث

برای محاسبه خازن مورد نیاز در شبکه مقدار توان اکتیو و ضریب قدرت شبکه مورد نیاز است.

توان خازنی مورد نیاز از رابطه زیر بدست می آید.

مقدار ضریب k را می توان از جدول پیوست هم بدست آورد. برای استفاده ازجدول محل تلاقی سطر مربوط به ضریب قدرت فعلی شبکه و ستون مبوط به ضریب قدرت مورد نظرضریب k را بدست می دهد.

جهان امروز، نیازمند پروسه های اتوماتیک، سریعتر و قابل انعطاف تری است و این به منزله آن است که مدارات کنترلی باید هر چه بیشتر در دستگاهها نصب شوند. مدارات قدیمی با کنتاکتور کنترل می شدند حال آنکه امروزه کلیه کنترل ها توسط نیمه هادی ها صورت می گیرد. همچنین نیاز به منبع تغذیه دائمی در نقاط حساسی مثل بانک ها، بیمارستان ها، مراکز حفاظتی و استفاده روز افزون از منابع تغذیه دائمی UPS را موجب شده است.

ویژگی اصلی قطعات نیمه هادی (مثل دیود- تریستور یا SCR، ترانزیستور، IGBT، GTO و...) تغییر شکل و فرم جریان است. شکل زیر دو نمونه جریان را به صورت بدون اتوجاج و با اعوجاج نشان می دهد. همانطور که در شکل مشاهده می شود. چنانچه توان مصرفی در هر دو بار یکسان باشد، جریان موثر دربار معوج به طرز محسوس بیشتر از بار صاف و بدون اعوجاج است.

محاسبات ریاضی (سری فوریه) اثبات کرده که یک موج غیر سینوسی متناوب، قابل تجزیه به امواج سینوسی با فرکانس های مضرب فرکانس اصلی موج است. به عبارت دیگر هر موج غیر سینوسی متناوب از جمع تعدادی موج سینوسی با فرکانس های موج اصلی و مضارب آن تشکیل می شود.

اندازه موج اصلی را بنا بر قرارداد و به عنوان پیش فرض 100% در نظر گرفته و دامنه بقیه بر مبنای آن و بصورت درصد بیان می شوند.

شکل موج دارای اعوجاج، به تنهایی اطلاعاتی در مورد هارمونیکها به دست نمی دهد، آنچه که طراح را در مورد آنالیز هارمونیک ها یاری می کند نمودار طیف هارمونیکها است.

دستگاه های اندازه گیری معمولی قادر به اندازه گیری هارمونیکذها نیستند، اندازه گیری د سیستم های هارمونیک توسط دستگاه های True RMS قابل انجام است. همچنین اندازه گیری طیف فرکانس ها توسط متخصصین و با استفاده از دستگاه های پاور آنالایزر انجام می گیرد.

مهمترین پارامتر اندازه گیری هارمونیک ها THD است. THD که به صورت درصد بیان می شود. نسبت مجموع کلیه مولفه ها به مولفه اصلی است و رابطه آن ها بشرح زیر می باشد:

همانطور که ذکر شد بارهای غیر خطی تولید کننده هارمونیک هستند، شایع ترین تولید کننده های هارمونیک عبارتند از:

• UPS
• کنترل کننده دور موتورAC
• کنترل کننده موتور DC
• مبدل فرکانس
• دیمر روشنایی
• اینورتر
• شارژر باتری
• کوره قوسی
• دستگاه جوش قوسی
• دستگاه جوش مقاومتی
• بالاست الکترونیکی
• منبع تغذیه سوئیچینگ
• کوره القائی

صنایع بسته به نوع، تعداد و مقدار هارمونیک های تولید شده توسط بار، مشکلات خاص خود را دارا هستند.

مشکلات عمومی ناشی از هارمونیک ها در شبکه عبارتند از:

• گرم  شدن بیش از حد هادی ها
• قوی و ضعیف شدن نور لامپهای فلورسنت
• خرابی خازن ها
• خراب یا گرم شدن بیش از حد ترانسفورماتورها
• چشمک زدن لامپ های گازی
• عمل کردن فیوزهای اوماتیک
• سوختن فیوز بدون دلیل ظاهری
• خرابی موتورها یا گرم شدن بیش از حد آن ها
• تداخل در ارتباطات راه دوره
• تداخل خطوط تلفن
• خرابی دستگاه های اندازه گیری
• گرم شدن بیش از  حد کلیدها
• قفل کردن کامپیوترها

امروزه بیشترین دغدغه الکتریکی صنعت، مقابله با هارمونیک ها و تبعات آن است.

با توجه به رابطه جریان خازن (مشاهده می شود که در شرایط ولتاژ یکسان، افزایش فرکانس به افزایش جریان خازن منتهی می شود به عنوان مثال چنانچه دامنه ولتاژ هارمونیک پنجم 5% مولفه اصلی ولتاژ باشد، جریانی که در اثر این هارمونیک از خازن کشیده می شود 25% دامنه جریان اصلی است. بنابراین وجود هارمونیک ها در شبکه، صدمه جدی به خازن ها وارد می کنند.

بهترین راه جلوگیری از آسیب های وارده به خازن در سیستم های هارمونیکی نصب راکتور به طور سری با خازن است.

نصب راکتور بصورت سری با خازن، فرکانس رزونانس هر شاخه خازن را به مقدار دلخواه کاهش می دهد. این فرکانس بسته به هارمونیک ها و اندازه آنان، جایی تنظیم می شود که بهترین نوع فیلترینگ صورت پذیرد. ترکیب سلف و خازن در فرکانس های بالاتر از فرکانس رزونانس (fr) خاصیت سلفی و در فرکانسهای پائین تر، خاصیت خازنی خواهد داشت. بنابراین اصلاح ضریب درت در فرکانس اصلی انجام می گیرد بدون آنکه فرکانس های بالاتر مزاحم کار خازن باشد.

در شبکه هایی که THD جریان بیشتر از 10% و یا THD ولتاژ بیشتر از 2% (در حالت بدون خازن) باشد، نصب راکتور ضروری است.

اگر دامنه هارمونیک سوم جریان بیشتر از 20% هارمونیک پنجم جریان باشد، از راکتورهای هارمونیک سوم (14%  = P) استفاده می شود. در غیر این صورت از راکتورهای هارمونیک پنجم (67/5% یا 7% = P) استفاده خواهد شد.

در حالت استفاده از راکتورهای هارمونیک پنجم، اگر THD ولتاژ کمتر از 7% باشد از راکتور 7% و اگر بیشتر باشد از راکتور 67/5% استفاده می شود.

در حالت نصب خازن بصورت سری با راکتور، ولتاژ اعمالی به خازن برابر خواهد بود با:

بنابراین باید به این نکته توجه نمود که ولتاژ نامی خازن مورد استفاده در مدارات راکتور دار همیشه بیشتر از ولتاژ نامی شبکه خواهد بود. برای رسیدن به فرکانس تشدید طراحی شده، حتما باید از خازنی استفاده کرد که ظرفیت آن روی راکتور ثبت شده و یا در کاتالوگ آن ذکر شده است.

استفاده از فیلم های پلاستیک با ضخامت های بسیار کم (4 تا 12 میکرون) به عنوان عایق الکتریکی، تحول بزرگی از نظر فنی و اقتصادی در ساخت خازن های فشار ضعیف ایجاد کرده است.

ضخامت بسیار پائین این فیلم ها موجب کاهش مواد مصرفی، حجم، وزن و قیمت خازن شده است.

فیلم های مصرف شده در خازن های PKC از جنس پلی پروپیلن هستند که یک طرف آنها در شرایط خلاء فلز اندود شده است. عمده فلز مصرفی روی (تقریباً 95% ) و آلومینیوم (تقریباً 5%) هستند. فلز روی باعث ثابت ماندن ظرفیت و مشخصات خازن در طول زمان بوده و فز آلومینیوم از اکسید شدن سطح فلز جلوگیری می کند. ترکیب دو فلز موجب ثابت بودن تقریبی مشخصات الکتریکی و شیمیایی خازن می شود.

روی یک لبه فیلم فلز بیشتری اندود می گردد و لبه دیگر فلز اندود نمی شود. لبه بدون فلز را حاشیه آزاد (Free Margin) و لبه تقویت شده را لبه ضخیم (Heavy Edge) می نامند.

برای تولید خازن، دو لایه فیلم روی یکدیگر قرار گرفته و دور یک محور پیچیده می شوند . فیلمهای پلاستیک به عنوان عایق و سطح فلز اندود شده به عنوان الکترود استفاده می شود.

مهمترین ویژگی خازن های تولید شده با فیلم متالیزه، خود ترمیم بودن آنهاست. اگر در هنگام کار، عایق بین دو فلز به هر علتی آسیب دیده، شکسته و باعث اتصثال کوتاه در فیلم شود، عبور جریان بسیار زیاد در محل شکست الکتریکی باعث ایجاد حرارت و تبخیر لایه فلزی جوشن در اطراف آن طی چند میکرو ثانیه می شود. فشار گاز ایجاد شده، بخار فلز را به خارج از ناحیه شکست می راند و بدین ترتیب یک ناحیه ایزوله غیر هادی و بدون لایه متالیزه در این محل بوجود می آید. در زمان شکست الکتریکی و پس از آن، خازن در حال فعالیت عادی است و هیچگونه جریان محسوسی در این مدت از شبکه کشیده نمی شود. همچنین سطح محل تبخیر شده خیلی کوچک بوده و کاهش ظرفیت خازن در هر شکست کمتر از 0001/0 میکروفاراد است به عبارتی هر 10000 شکست تنها یک میکروفاراد از ظرفیت خازن می کاهد.

مهمترین مزیای استفاده از خازن های خود ترمیم کننده در مقایسه با نسل قدیم خازنها شرح زیر است:

1. وزن و حجم پائین در مقایسه با ظرفیت های خازنی مشابه
2. خاصیت خود ترمیمی که باعث کمترین افت ظرفیت در اثر شکست الکتریکی خازن می شود.
3. به دلیل ساختمان ساده و مصرف کم مواد، خازن های تولید شده با این تکنولوژی از نظر اقتصادی مقرون به صرفه هستند.
4. تلفات پائین دی الکتریک و خازن باعث ایجاد حرارت کمتر و در نتیجه عمر بیشتر خازن می گردد.

ولتاژ نامی(Un): مقدار موثر (r.m.s) ولتاژ متناوب که خازن برای کار در آن طراحی شده است.

ظرفیت نامی (Cn): مقدار ظرفیتی که خازن برای آن طراحی شده است.

جریان نامی (IN): مقدار موثر (r.m.s) جریان متناوب خازن در ولتاژ و فرکانس نامی

فرکانس نامی (fn): بالاترین فرکانسی که خازن برای کار در آن طراحی شده است.

تلفات خازن: توان اکتیو مصرفی توسط خازن

خازن ها همانند سایر قطعات الکتریکی دارای عمر مفید هستند. از آنجا که خازن های خود ترمیم کننده به ندرت دچار اتصال کوتاه دائمی می شوند، فیوز HRC به تنهایی نمی تواند حفاظت کافی را از خازن به عمل آورد و به همین دلیل سیستم قطع اضافه فشار به خازن اضافه می شود.

در این سیستم شیاری در بدنه فلزی خازن ایجاد و سپس شیار جمع می شود. همچنین سیم هایی که المنت ها را به ترمینال وصل می کنند در یک نقطع تضعیف می شوند. گازهایی که در اثر شکست های الکتریکی در خازن ایجاد می شود باعث افزایش فشار داخلی آن می شود. فشار اضافه به تمام بدنه خازن فشار می آورد و باعث باز شدن شیار سیستم قطع اضافه فشار می گردد. در اثر حرکت رو به بالای درپوش خازن، سیم ها از ملح تضعیف شده پاره و اتصال داخلی خازن قطع می شود.

• نصب در شبکه های توزیع فشار ضعیف
• بانک های خازنی اتوماتیک و ثابت
• نصب دائم روی موتورها، ترانسفورماتورها، مدارات روشنایی و برای جبران سازی انفرادی یا گروهی
• نصب در شبکه های دارای تجهیزات مولد هارمونیکی مانند UPS ها، کنورتورها و کنترل دورهای سه فاز با رعایت نکات فنی

این خازن ها برای اصلاح ضریب قدرت و جبران توان راکتیو در سیستم های فشار ضعیف زیر بکار برده می شوند:

• نصب در بانک های اتوماتیک خازنی
• نصب کنار مصرف کننده های ثابت از قبیل الکتروموتورها، ترانسفورماتورها، پمپ های چاه های آب کشاورزی مراکز صنعتی و غیره به منظور اصلاح ضریب توان به روش انفرادی یا گروهی.

بانک های خازنی اتوماتیک مجهز به یک رگولاتور ضریب قدرت هستند. این رگولاتور اندازه و شکل  موج ولتاژ و جریان و اختلاف زمانی آنها را اندازه گرفته و پس از انجام محاسبات لازم، ظرفیت خازنی مورد نیاز را تعیین و خازن را وارد شبکه می نماید. در شبکه فشار ضعیف نمونه ولتاژ مستقیماً از خط و نمونه جریان توسط یک ترانس جریان (CT) به رگولاتور متصل می شوند. عمل سوئیچ کردن خازنها توسط کنتاکتورهایی که بوسیله رگولاتور کنترل می شوند، انجام می گیرد. همچنین برای هر پله خازن یک سری فیوز جداگانه در نظر گرفته می شود.

اصلی ترین قطعات یک بانک خازنی اتوماتیک عبارتند از:

• خازن
• کنتاکتور خازنی
• فیوز
• رگولاتور
• کلید اصلی
• سری پوش باتن ها
• لامپ سیگنال
•  فن خنک کننده
• راکتور
• دستگاه های اندازه گیری

هر یک از قطعات فرعی (پوش باتن ها، لامپ سیگنال، فن، دستگاههای اندازه گیری) و حتی کلید اصلی بسته به طراحی و مورد مصرف و محل نصب بانک قابل حذف هستند. همچنین ممکن است در طراحی برخی بانک های خازن قطعات دیگری نیز در نظر گرفته شوند.

رگولاتور ضریب قدرت، مرکز تصمیم گیری و در واقع مغز متفکر بانک های خازنی اتوماتیک است. موفقیت یک رگولاتور در انجام اصلاح ضرب قدرت به 6 عامل اصلی بستگی دارد.

1. طراحی سخت افزاری دقیق
2. استفاده از قطعات مرغوب
3. نرم افزار مناسب با الگوریتم کنترل صحیح
4.  استفاده از ابزار نمونه گیری دقیق برای ارسال نمونه های ولتاژ و جریان
5.  نصب صحیح
6.  تنظیمات درست

با توجه به تجربه و توان تولیدی متخصصین ایتالیایی 3 عامل اول در طراحی و ساخت رگولاتورهای PKC لحاظ شده است و با اطلاعاتی که به هنگام خرید به مشتری داده می شود و همچنین سرویس دهی واحد خدمات مشتریان شرکت، عوامل بعدی نیز در هنگام نصب و راه اندازی مورد نظر قرار می گیرند.

ماهیت اکتریکی خازن، در لحظه سوئیچینگ اتصال کوتاه است به عبارت دیگر هنگام وصل به شبکه، جریان هجومی بسیار بزرگی از خازن عبور می کند. این جریان علاوه بر تاثیرات تخریبی روی خازن باعث خال زدن و در بعضی موارد جوش خوردن پلاتین های کنتاکتور می شود و خرابی پلاتین های کنتاکتور، خود اثر تخریبی مضاعف بر روی خازن دارد. همچنین هنگام وصل خازن به مدار، خازنهای دیگری که قبلاً وارد مدار شده اند، در یک لحظه در خازن جدید تخلیه شده و جریان بزرگی به صورت لحظه ای پدید می آید.

برای رفع چنین حالتی راه حل های متفاوتی ارائه شده که رایج ترینف ارزان ترین و راحت ترین آن استفاده از کنتاکتورهای مخصوص خازن است.

روی کنتاکتورها یک سری کنتاکت کمکی نصب شده است که توسط سیم های مقاومتی به کنتاکت های اصلی وصل شده اند.

این کنتاکتورها از نظر مکانیکی طوری ساخته شده اند که کنتاکت های کمکی قبل از کنتاکت های اصلی بسته می شوند و شارژ اولیه خازن از طریق مقاومت ها صورت گرفته و جریان آن محدود می شود. بعد از بسته شدن کنتاکت های اصلی، کنتاکت های کمکی از مدار خارج شده و تغذیه خازن از طریق کنتاکت های اصلی صورت می پذیرد.

با دانستن ضریب توان شبکه و توان نصب شده روی شبکه (P) و با استفاده از جدول زیر می توان خازن مورد نیاز را محاسبه کرد. محل تلاقی سطر مربوط به ضریب توان شبکه وستون مربوط به ضریب توان مورد نیاز ضریب k را بدست می دهد. خازن مورد نیاز از رابطه  محاسبه می شود.

به عنوان مثال: از روی جدول k=0.623 بدست می آید.

بانک اتوماتیک خازنی سری PAB/C1

بانکهای اتوماتیک خازنی سری PAB/C1 در جهت اصلاح ضریب قدرت شبکه فشار ضعیف در موارد زیر اسفتاده میشود:

• کارخانجات بزرگ
• کارگاه های کوچک
• مصرف کننده های تجاری و فروشگاه ها
• هتل ها
• ساختمان های اداری
• مجتمع های مسکونی و تجاری
• بیمارستان ها

هوشمند بودن رگولاتور باعث پخش بار بین پله های مختلف شده و از فشار روی یک پله کاسته می شود.

قابلیت نشان دادن جریان، ولتاژ، ضریب قدرت، توان پله اول، مقدار بار راکتیو مورد نایز روی صفحه نمایش رگولاتور.

دارای هشدارهای افزایش یا کاهش ولتاژ و جریان و همچنین اصلاح ضریب قدرت بیشتر از حد تعیین شده با وجود خروج کلیه پله ها از مدار و کمتر ازحد تعیین شده با وجود وارد شدن کلیه پله ها به مدار

 استفاده از کنتاکتور خازنی که باعث کاهش جریان لحظه وصل خازن و در نتیجه افزایش طول عمر آن می شود.

نصب ساده و مستقل از معکوس بستن فازها یا ترانس جریان

حجم و وزن کمتر در مقایسه با سایر بانکهای اتوماتیک

ضمانت کلیه قطعات اصلی شامل خازنها، کلید اصلی، رگولاتور، کنتاکتور، پایه فیوز و کابینت تابلو

در قدرتهای بالا عمل خنک کردن تابلو توسط یک فن انجام می گیرد.

در صورت بیشتر بودن هارمونیک ازحد مجاز تعیین شده، بانکهای خازنی مخصوص مجهز به راکتور مورد استفاده قرار می گیرند. برای تعیین وضعیت هارمونیکی شبکه با واحد خدمات مشتریان PKC تماس بگیرید.

رگولاتور ضریب قدرت PRA، کنترل و تنظیم ضریب قدرت را به صورت تمام دیجیتال انجام می دهد، این کار باعث قرائت دقیق و قابل اطمینان ضریب قدرت بدون تاثیر خطاهای ناشی از وجود قطعات نیمه هادی(هارمونیک) می شود. الگوریتم کنترل اختصاصی، به دستگاه اجازه می دهد که حتی در سیستم هایی که از هارمونیک بالا تشکیل شده اند، به درستی کار کند.

به خاطر توانایی محاسبه توان راکتیو، با قطع و وصل پله های مختلف ضریب قدرت به خوبی تنظیم می شود. همچنین در صورت مساوی بودن تعدادی از پله ها، از تعداد قطع و وصل خازن ها کاسته و از آنها به شکل همگن استفاده می کند. رگولاتور در صورت برو هر نوع خطا یا غیر عادی بودن وضعیت، با پیغام هشدار مناسب، اپراتور را آگاه می سازد.

مزایای رگولاتورهای ضریب قدرت مدل PRA

نصب این رگولاتور بسیار ساده بوده به نحوی که نمونه ولتاژ را از مدار تغذیه برداشته و فقط نیاز است که ترانس جریان (CT) روی فاز سوم (که به عنوان تغذیه استفاده نشده) نصب شود.

رگولاتور PRA برای اصلاح دقیق ضریب قدرت، نیاز به اطلاعاتی در مورد بانک خازن و شبکه دارد. اطلاعات در 5 مرحله و با کدهای P01 تا P05 به رگولاتور وارد می شوند. این اطلاعات عبارتند از :

1-اولیه ترانس جریان

2- توان مبنا برای پله ها

3- ولتاژ نامی خازنها

4-زمان تخلیه هر خازن

5- ضریب هر پله به نسبت توان مبنا (بند2)

از مزایای اصلی این رگولاتور علاوه بر دقت بسیار بالا در اندازه گیری و نمایش ولتاژ ، جریان و ضریب قدرت، می توان به تنوع توالی و ترتیب پله ها اشاره کرد. در این رگولاتورها نیازی نیست که پله ها همگی مضربی صحیح از پله اول بوده و به ترتیب از کوچک به بزرگ به دستگاه نصب شوند. تنها کافی است که توانی را به عنوان مبنا در نظر گرفته و تمام پله ها مضربی صحیح (بین 1 تا 16) از این توان باشند.

امروزه با افزایش سیستم های اتوماسیون در کلیه رشته های تولیدی و خدماتی، استفاده از عناصر نیمه هادی در مدارات کنترل به جای رله ها، افزایش چمشگیری یافته است. عمده ترین مشخصه این قطعات، تغییر شکل موج سینوسی برق شهر و تبدیل آن به موجهایی است که شکل سینوسی نداشته ولی دارای تناوب هستند.

محاسبات ریاضی ثابت کرده که هر موج متناوب از مجموعه ای از امواج سینوسی با فرکانس اصلی موج و مضارب آن تشکیل شده است. موج با فرکانس اصلی را موج اصلی و سایر امواج را با توجه به فرکانس آنها، هارمونیک می نامند. مثلاً هارمونیک سوم، پنجم و ... به عبارت دیگر در یک شبکه با فرکانس 50 هرتز، هارمونیک سوم دارای فرکانس 150 و هارمونیک پنجم فرکانس 250 هرتز خواهد داشت.

از آنجا که امپدانس خازن نسبت عکس با فرکانس موج دارد، در هارمونیک ها، امپدانس کمتری داشته و جریان بالاتری ز آن می گذرد که باعث خرابی زود هنگام خازن می شود. در شرایطی که فرکانس رزونانس خازن با شبکه، نزدیک به فرکانس یکی از هارمونیک ها شود، شرایط بسیار حادتر خواهد بود.

به منظور رفع چنین مشکلی از یک راکتور به طور سری با خازن استفاده می شود. ترکیب سری یک راکتور با خازن، فرکانس رزونانس شاخه را به میزان طراحی شده کاهش می دهد و این ترکیب عملاً معادل یک فیلتر عمل نموده که در فرکانس های پائین خاصیت خازنی و در فرکانس های بالا خاصیت سلفی دارد.

چنین خاصیتی از خرابی زود هنگام خازن جلوگیری می کند.

• کاهش اضافه جریان د زمان قطع و وصل بانک خازن
• کاهش اضافه بار خازن در اثر هارمونیک ها
• عمر بیشتر خازن
• کاهش حرارت ایجاد شده در کابلها
• کاهش حرارت ایجاد شده در ترانسفورماتور
• حذف عمل کردن بی مورد مدارهای حفاظتی
• حذف اعوجاج شکل موج ولتاژ

انتخاب راکتور حذف هارمونیک و مقدار خازن برای کارکرد صحیح سیستم بسیار مهم است. برای نیل به بهترین نتیجه، رعایت موارد زیر ضروری است:

فرکانس رزونانس سری باید بر مبنای آنالیز هارمونیک سیستم انتخاب شود.

به خاطر خاصیت سلفی راکتور، ولتاژ دو سر خازن از ولتاژ برق شبکه بیشتر است. انتخاب ولتاژ خازن بر مبنای فرکانس رزونانس صورت می گیرد.

به دلیل بالاتر بودن ولتاژ خازن از ولتاژ شبکه و خاصیت سلفی راکتور، توان ایجاد شده در شاخه سری با توان خازن متفاوت است. به همین دلیل برای رسیدن به توان دلخواه باید از ظرفیت های اصلاح شده استفاده کرد.

 با استفاده از فلوچارت زیر می توان فرکانس تشدید را انتخاب کرد.

بعد از انتخاب فرکانس رزونانس، از روی جدول، ظرفیت خازن متناظر استخراج می شود.

خازن و راکتور حتما باید با هم هماهنگ باشند یعنی ظرفیت خازن دقیقا معادل مقدار ذکر شده در جداول باشد.

راکتورها حرارت زیادی تولید می کنند به همین منظور سعی شود تا در ارتفاع بالاتر از خازنها قرار گرفته و تهویه مناسب برای آن ها در نظر گرفته شود.

راکتورها حرارت زیادی تولید می کنند به همین منظور سعی شود تا در ارتفاع بالاتر از خازنها قرار گرفته و تهویه مناسب برای آنها در نظر گرفته شود.

بین راکتورها و بدنه تابلو و همچنین بین دو راکتور، حداقل فاصله ای بین 5 تا 7 سانتی متر در نظر گرفته شود.

مهم ترین مورد استفاده این خازنها، راه اندازی موتورهای القای تک فاز و موتورهای کوچک آسنکرون سه فاز با تغذیه یتک فاز است. نصب خازن سری با سیم پیچ کمکی، باعث ایجاد اختلاف فاز و میدان گردان مغناطیسی مورد نیاز موتور شده و با ایجاد گشتاور لازم، موجبات چرخش موتور را فراهم می کند.

در موتورهای تک فاز مجهز به خازنهای دائم کار، خازن همواره به صورت سری با سیم پیچ کمکی در مدار باقی می ماند. برای جلوگیری از اضافه بار روی سیم پیچ کمکی در مدار باقی می ماند. برای جلوگیری از اضافه بار روی سیم پیچ کمکی، ظرفیت خازن نباید زیاد باشد. در این گونه موتورها گشتاور راه اندازی معمولاً 50تلی 70 درصد مقدار نامی است. راندمان موتور حدودواً 90 درصد موتور مشابه سه فاز بوده و ضریب قدرت نزدیک به 1است و دیگر به خازن برای جبران سازی بار راکتیو موتور نیازی نیست. این گونه خازن ها باید دارای توانایی تحمل اضافه بار، تلفات کم و پایداری حرارتی خوب باشند.

همچنین گاهی اوقات در عمل راه اندازی موتور آسنکرون (القای) سه فاز با یک منبع تغذیه تک فاز ضرورت پیدا می کند.

موتورهای آسنکرون (القایی) سه فاز کوچک (با توان کمتر از 2 اسب بخار) رامی توان با کمک یک خازن به شبکه تک فاز متصل نمود و با جا به جا کردن خازن روی فازهای موتور جهت چرخش را تغییر داد. قدرت بدست آمده در این حالت 70 الی 80 درصد قدرت نامی و گشتاور 25 تا 30 درصد گشتاور نامی است.

انتخاب ظرفیت خازن بر مبنای موتور

ظرفیت و ولتاژ خازن مورد نیاز در موتورهای تک فاز فقط به دور و گشتاور مطلوب بستگی ندارد، بلکه بیشتر از همه موارد به ساختمان موتور وابسته است. بنابراین روش خاصی جهت محاسبه دقیق خازن مورد نیاز وجود ندارد و می بایست به توصیه های سازندگان موتور عمل نمود.

با این حال جدول زیر(که با احتساب اکثریت موتورهای موجود تهیه شده) راهنمایی برای انتخاب حدود ظرفیت خازنی است:

خازن مورد نیاز برای راه اندازی موتورهای آسنکرون (القایی) سه فاز با تغذیه تک فاز معمولاً از روابط زیر محاسبه می شود.

برای موتورهای v380 و Hz 50، 22 میکرووفاراد به ازاء هر کیلو وات موتور

برای موتورهای V220 و Hz50، 70 میکروفاراد به ازاء هر کیلو وات موتور

تمام لامپ های تخلیه گازی (فلورسنت، بخار جیوه، بخار سدیم، هالوژن و انواع مشابه) برای روشن شدن نیاز به یک چوک یا ترانسفورماتور دارند. با توجه به ماهیت سلفی چوک ها و ترانسفورماتورها، ضریب قدرت در مدارات این لامپ ها پائین بوده وجریان زیادی در آن کشیده می شود. اصلاح ضریب قدرت با افزودن یک خازن مناسب به مدار انجام می گیرد.

خازن ها می توانند به دو صورت موازی و سری در مدار چراغای روشنایی قرار بگیرند. جبران سازی موازی (قراردادن خازن به صورت موازی با شبکه) بیشتر از روش سری مورد استفاده قرار می گیرد زیرا:

1. مدار الکتریکی بسیار ساده تر است.
2. فقط ولتاژ برق شهر روی خازن قرار می گیرد.
3. در صورت خرابی و یا قطع خازن، مدار لامپ به کار خود ادامه می دهد.

به دلیل ضعیف بودن تهویه هوا در چراغهای روشنایی و نزدیکی خازن به منبع حرارت، خازن به مدت طولانی در معرض دمای بالا قرار خواهد گرفت و بنابراین خازنی که درچنین مداری قرار می گیرد، باید تحمل حرارتی خوبی را داشته باشد.

کیفیت چوک و ساختمان داخلی آن، وضعیت ضریب قدرت و در نتیجه ظرفیت خازنی مورد نیاز را تعیین می کند. جدول ارائه شده بر مبنای اکثریت چوک های موجود در بازار تهیه شده و به عنوان راهنما حدود ظرفیت خازن را تعیین می کند.