بانک خازنی چیست؟

می دانیم در شبکه های جریان متناوب توان ظاهری که از مولدها دریافت می شود به دو بخش توان مفید و غیر مفید تقسیم می شود . نحوه این تقسیم به شرایط مدار بستگی دارد به این معنی که هر قدر ضریب توان CosΦ به یک نزدیکتر باشد سهم توان مفید بیشتراست . این اتفاق در مدارتی رخ می دهد که مصارف اهمی آن بیشتر است .مانند سیستمهای روشنایی یا تولید گرما توسط انرژی برق . اما می دانیم که سهم عمده مصارف شبکه ها را مصرف کننده های (اهمی – سلفی ) دریافت می کنند . مانند الکتروموتورها – ترانسفورماتورهای توزیع – چوکها و .... که درآنها سیم پیچ یا سلف نقش اصلی را ایفا می کند . در سیمپیچها به علت خاصیت ذخیره سازی انرژی الکتریکی بصورت میدان مغناطیسی توان همواره بین شبکه و سلف رد و بدل می شود . سلف در یک چهارم زمان تناوب توان دریافت می کند و در یک چهارم بعدی زمان ، توان را به شبکه پس می دهد .

درست است که نتیجه ریاضی این عمل یعنی عدم مصرف انرژی زیرا توان داده شده به سلف با توان دریافت شده از ان برابر است اما در عمل این اتفاق رخ نمی دهد زیرا توان پس داده شده به شبکه امکان استفاده را برای مولد ایجاد نمی کند و این توان در هر حالتی از مولد دریافت شده است . و برای رسیدن به مصرف کننده اهمی – سلفی از شبکه توزیع شامل : سیمها – کابلها و ... عبور کرده است. نتیجه اینکه سلف توانی را از مولد دریافت می کند اما این توان را به شبکه پس می دهد . این توان قابل استفاده نیست و در مسیر عبور تلف می شود . پس مقدار از توان تلف می شود . مصرف کننده های فوق برای انجام اینکار به توان مذکور نیاز دارند اما این توان برای شبکه مضر است و زیانهای زیر را در پی دارد :اضافه شدن جریان مولد و درنتیجه نیاز به مولدهایی با توانهای بیشتر .

- چون جریان شبکه زیاد می شود به سیمها و کابلهایی با سطح مقطع بالاتر برای کاهش افت ولتاژ نیاز است که این موضوع هزینه اولیه شبکه را افزایش می دهد.

- اتلاف توان در شبکه های توزیع بصورت حرارت روی می دهد در نتیجه هر کاری کنید نمی توانید از این اتلاف جلوگیری کنید . نتیجه این اتلاف توان ،کاهش ولتاژ مصرف کننده می باشد که این موضع راندمان مصرف کننده را پایین می آورد.

- نمی توان این توان را به مصرف کننده های اهمی سلفی تحویل نداد زیرا کار آنها مختل می شود .

خازن ناجی شبکه های تولید و توزیع:

توان هم در خازنها بصورت توان غیر مفید است درست مانند سلفها در یک چهارم پریود موج متناوب ،توان دریافت می کنند و در یک چهارم بعدی توان را تحویل می دهند پس خازنها هم مانند سلفها باعث افرایش توان راکیتو ( غیر مفید ( شبکه می شوند اما اتفاق بامزه زمانی روی می دهد که خازن و سلف با هم در شبکه قرار گیرند.

این دو برعکس هم عمل می کنند . یعنی زمانی که سلف توان می گیرد خازن توان می دهد و زمانی که سلف توان می دهد خازن توان می گیرد . پس توانهای غیر مفید این دو فقط یکبار از شبکه دریافت می شود و در زمانهای بعد بین آنها تبادل می شود بدون اینکه مولد این توان را تحمل کند . پس مصرف کننده های اهمی سلفی توان راکتیو خود را دریافت می کنند و مولد و شبکه توزیع آنرا تولید و پخش نمی کنند زیرا این کار را خازن انجام می دهد . این خازنها از حالا به بعد ، خازنهای اصلاح ضریب توان نام می گیرند و وظیفه آنها تامین توان راکتیو مورد نیاز مصرف کننده های اهمی سلفی است .

اتصال خازن به شبکه:

خازنهای اصلاح ضریب توان باید در شبکه بصورت موازی قرار گیرند . برای اینکار در شبکه های تکفاز باید به فاز و نول وصل شوند و در شبکه های سه فاز پس از اتصال بصورت ستاره یا مثلث آنگاه به سه فاز متصل می شوند . این خازنها باید از انواعی انتخاب شوند که بتوانند دایمی در مدار قرار گیرند پس باید بتوانند ولتاژ شبکه را تحمل کنند در محاسبه خازن از انواعی استفاده می شود که ولتاژ مجاز آنها 15% بیشتر از ولتاژ شبکه باشد .

محاسبه خازن:

نقش خازن در شبکه کاهش توان راکتیو مصرف کنند های اهمی – سلفی از دید مولدها است . با این اتفاق ضریب توان مفید به یک نزدیک می شود . پس با کنترل ضریب توان امکان کنترل توان راکتیو وجود دارد . این کار بکمک یک کسینوس فی متر صورت می گیرد . یعنی بکمک کسینوس فی متر می توان دریافت که ضریب توان و در نتیجه توان راکتیو در چه وضعیتی قرار دارد .

منبع:http://www.elmicro.ir

انتخاب کابل مناسب

تعیین سطح مقطع مناسب کابل با استفاده از جریان مجاز و افت ولتاژ:

در طراحی شبکه های برق و تنظیم پروژه های توزیع انرژی نیاز به شناخت کابل و کاربرد آن داریم.

هر کابلی با سطح مقطع مشخص قادر به انتقال جریان معینی است که اگر جریان از آن حد تجاوز کند سبب تلفات انرژی الکتریکی، کوتاهی عمر کابل و یا سوختن آن می شود. لذا در طراحی شبکه سه اصل زیر را باید در نظر گرفت:

الف) جریان برق از حد مجاز کابل بیشتر نشود.

ب) افت ولتاژ نباید بیشتر از حد مجاز باشد.

ج) محاسبات اقتصادی در مورد سطح مقطع انتخابی از نظر افت توان انجام شود.

در ادامه پیرامون چگونگی انتخاب سطح مقطع کابل با در نظر گرفت سه اصل فوق، شرح مختصری ارایه می گردد:

الف) انتخاب کابل با توجه به جریان مجاز آن

جریان مجاز کابل های برق و کابل های مخصوص روشنایی و سیم کشی به ترتیب در جدول 1 تا 4 داده شده است. لازم به یادآوری است که اگر از کابل های برق (جدول 1) بخواهیم بطور دایم بارگیری کنیم بسته به نوع خاک باید خشک شدن آن و بالا رفتن مقاومت حرارتی آن را در نظر گرفته و محاسبات دقیق را انجام دهیم.

تعیین سطح مقطع کابل

برای پیدا کردن سطح مقطع کابل مورد نظر ابتدا بایستی جریان گذرنده (مقدار آمپر) از این کابل را مشخص نموده و در این مورد می توان روابط زیر را بکار برد:

که در آن:

P   توان واقعی برداشتی به وات

V  ولتاژ خط به ولت

I  جریان عبوری به آمپر

Pf  ضریب توان

در این حال پیش از پیدا کردن سطح مقطع کابل باید با توجه به شرایطی که کابل در آن قرار می گیرد، ضرایب مربوطه را از جداول 2 و 3 بدست آوریم و از رابطه زیر جریان مجاز کابل را محاسبه کنیم:

 سپس از روی این جریان و با توجه به جریان مجاز کابل های برق (جدول 1) و کابل های مخصوص روشنایی و سیم کشی (جدول 4) سطح مقطع کابل مورد نظر بدست می آید.

ب) تعیین افت ولتاژ

همیشه در طراحی شبکه ها باید سطح مقطع کابل طوری انتخاب شود که افت ولتاژ در کابل درصد کوچکی باشد.

این افت ولتاژ برحسب تنوع شبکه و نیز ولتاژ شبکه متغییر است. مثلا برای شبکه 380/ 220 ولت، افت ولتاژ مجاز حدود 5 درصد است. بنابراین پس از تعیین سطح مقطع باید بررسی شود که آیا سطح مقطع انتخابی این شرط را نیز برآورده می سازد یا نه؟

اگر درصد افت ولتاژ در حد مجاز نباشد باید سطح مقطع بالاتری را انتخاب کنیم.

برای تعیین درصد افت ولتاژ می توان روابط زیر را بکار برد:

 که در آن:

R  مقامت هادی در 70 درجه اهم

V ولتاژ خط به ولت

L  طول کابل به متر

X مقامت القایی (اندوکتانس) به اهم (ستون چهارم جدول 5)

ج) بررسی اقتصادی

برای طراحی اقتصادی شبکه و بهینه سازی نیازمند داده های آماری و مقادیر واقعی نظیر قیمت کابل، هزینه نصب و نگهداری، بهای هر کیلو وات ساعت مصرفی، مدت زمان بهره برداری از کابل و غیره هستیم.

چنین ارزیابی در این توضیح مختصر نمی گنجد و فقط به این موضوع اشاره می کنیم که با افزایش سطح مقطع چون مقاومت کاهش می یابد، افت ولتاژ نیز کم شده و درنتیجه از افت توان نیز کاسته می شود. بنابراین قیمت توان تلف شده در کابل نیز تقلیل می یابد، از طرفی کابل با سطح مقطع بزرگتر دارای قیمت بیشتری نیز می باشد. بهینه سازی به این دو مورد بستگی دارد.

برای روشن شدن مطالب گفته شده به بررسی مثال زیر می پردازیم.

مثال:

می خواهیم برای برق رسانی به موتور سه فاز 380 ولتی به قدرت 90 کیلووات و با ضریب  0?8 که در فاصله 100 متری از تابلوی توزیع قرار دارد از کابل پلاستیکی نوع NYY-O استفاده کنیم. در صورتیکه موتور روزانه 10 ساعت با بار کامل کار کند و دست کم به همان مدت هم بار آن از 60 درصد بار کامل تجاوز نکند و کابل بطور مستقیم در عمق 70 سانتیمتری در خاک قرار گرفته و حداکثر دمای محیط هم 40 درجه سانتیگراد باشد، سطح مقطع کابل مورد نظر را برای موتور مورد نظر حساب کنید.

نکته ای که باید در هنگام تعیین سطح مقطع کابل در نظر داشت این است که در فواصل کوتاه توانایی انتقال جریان عامل تعیین کننده است. در حالیکه در شبکه های با طول بلند، افت ولتاژ نقش اساسی دارد.

د) چند توصیه در مورد نصب کابل

کابل برق مانند هر وسیله برای استفاده صحیح و افزایش عمر نیاز به رعایت نکاتی است که به پاره ای از آنها اشاره می کنیم:

* کابل پلاستیکی (پی وی سی) را نباید در زمستان که دمای هوا زیر صفر است کابل کشی نمود. در شرایط خاص کار در سرما می توان از پیش قرقره کابل را در محیط گرم قرار داد و پس از گرم شدن بی درنگ آن را نصب کنیم. البته پس از نصب مانعی ندارد دمای محیط به حد -30 هم برسد.

* هنگام نصب کابل شعاع خمش آن نباید از 12 برابر قطر خارجی آن کمتر باشد.

* در صورتیکه کابل در خاک دفن شود، باید کانالی به عمق 70 سانتیمتر حفر کرد و کابل را در این کانال داخل خاک نرم (الک شده) به ارتفاع 20 سانتیمتر قرار داد و سپس روی آن آجر و در پایان خاک معمولی ریخت. این کار از فشار طبقات خاک بر روی کابل و آسیب دیدگی آتن در هنگام کندن زمین با بیل و کلنگ جلوگیری می کند.

منبع:http://www.elmicro.ir

ترانسفورماتور چیست:

ترانسفورماتور(Transformer) وسیله‌ای است که انرژی الکتریکی را به وسیله دو یا چند سیم‌پیچ و از طریق القای الکتریکی از یک مدار به مداری دیگر منتقل می‌کند. به این صورت که جریان جاری در مدار اول (اولیه ترانسفورماتور) موجب به وجود آمدن یک میدان مغناطیسی در اطراف سیم‌پیچ اول می‌شود، این میدان مغناطیسی به نوبه خود موجب به وجود آمدن یک ولتاژ در مدار دوم می‌شود که با اضافه کردن یک بار به مدار دوم این ولتاژ می‌تواند به ایجاد یک جریان در ثانویه بینجامد.

ولتاژ القا شده در ثانویه V_S و ولتاژ دو سر سیم‌پیچ اولیه V_P دارای یک نسبت با یکدیگرند که به طور آرمانی برابر نسبت تعداد دور سیم پیچ ثانویه به سیم‌پیچ اولیه‌است:

به این ترتیب با اختصاص دادن امکان تنظیم تعداد سیم‌پیچ‌های ترانسفورماتور، می‌توان امکان تغییر ولتاژ در سیم‌پیچ‌ ثانویه ترانس را فراهم کرد.

یکی از کاربردهای بسیار مهم ترانسفورماتورهای کاهش جریان پیش از خطوط انتقال انرژی الکتریکی است. دلیل استفاده از ترانسفورماتور در ابتدای خطوط این است که همه هادی‌های الکتریکی دارای میزان مشخصی مقاومت الکتریکی هستند، این مقاومت می‌تواند موجب اتلاف انرژی در طول مسیر انتقال انرژی الکتریکی شود. میزان تلفات در یک هادی با مجذور جریان عبوری از هادی رابطه مستقیم دارد و بنابر این با کاهش جریان می‌توان تلفات را به شدت کاهش داد. با افزایش ولتاژ در خطوط انتقال به همان نسبت جریان خطوط کاهش می‌یابد و به این ترتیب هزینه‌های انتقال انرژی نیز کاهش می‌یابد، البته با نزدیک شدن خطوط انتقال به مراکز مصرف برای بالا بردن ایمنی ولتاژ خطوط در چند مرحله و باز به وسیله ترانسفورماتورها کاهش می‌یابد تا به میزان استاندارد مصرف برسد. به این ترتیب بدون استفاده از ترانسفورماتورها امکان استفاده از منابع دوردست انرژی فراهم نمی‌آمد.

ترانسفورماتورها یکی از پربازده‌ترین تجهیزات الکتریکی هستند به طوری که در برخی ترانسفورماتورهای بزرگ بازده به 99.75? نیز می‌رسد. امروزه از ترانسفورماتورها در اندازه‌ها و توان‌های مختلفی استفاده می‌شود از یک ترانسفورماتور بند انگشتی که در یک میکروفن قرار دارد تا ترانسفورماتورهای غول‌پیکر چند گیگا ولت-آمپری. همه این ترانسفورماتورها اصول کار یکسانی دارند اما در طراحی و ساخت متفاوت هستند.

منبع:http://www.elmicro.ir

ترانسفورماتور جریان

از ترانسهای جریان برای تبدیل جریان زیاد به مقدار کم (معمولاً 5 آمپر) برای وسائل اندازه‌گیری و رله‌های حفاظتی مورد استفاده قرار می‌گیرد. سیم پیچی اولیه ترانس جریان بصورت سری در مدار قرار گرفته و جریان آن همان جریان خط می‌باشد که مقدار آن بستگی به امپدانس بار و ولتاژ شبکه دارد. مقادیر نامی ترانسفورماتور جریان برحسب نسبت تبدیل آن مشخص می‌شود (مثلاً 5 به 600، 5 به 800 ، 5 به 1000). چیزی که مهم است اندازه نامی جریان (5 آمپر) در طرف ثانویه ترانس می‌باشد.

تعداد سیم پیچی‌های ثانویه ترانسهای جریان 2 یا 3 سری بوده که یکسری برای وسائل اندازه‌گیری و بقیه برای سیستمهای حفاظتی مورد استفاده قرار می‌گیرد. ترانسفورماتور جریان بصورت سری در مدار جریان قرار می‌گیرد و وسائل حفاظتی و اندازه‌گیری نیز به صورت سری با ثانویه ترانسفورماتور جریان متصل می‌گردند.

تذکر خیلی مهم:

ثانویه ترانس جریان اگر هیچ دستگاهی به آن متصل نباشد، بایستی حتماً در تمام لحظات اتصال کوتاه باشد. چون ممکن است ولتاژهای بسیار زیادی در ثانویه (مدار باز) آن ظاهر گردد. در عمل اغلب رله‌ها و وسایل اندازه‌گیری دیگر، که از جریان ترانسفورماتورهای جریان استفاده می‌کنند دارای یک کلید اتصال کوتاه هستند که باید قبل از برداشتن رله برای تعویض یا تنظیم بسته شود.

انواع ترانسفورماتور جریان

الف) انواع ترانسهای جریان برحسب نوع عایق اصلی عبارتند از: 

ـ ترانس نوع روغنی با عایق کاغذ آغشته به روغن (برای ولتاژهای زیاد و خیلی زیاد و تاسیسات بیرونی)
ـ نوع خشک با عایق رزین (برای ولتاژ متوسط و تاسیسات داخلی و پستهای گازی)
ـ  نوع SF6

ب ) انواع ترانسفورماتورهای جریان بر حسب نحوه قرار گرفتن هسته و سیم بندی ترانس عبارتند از :

- ترانس جریان هسته پایین یا مخزن دار (Tank Type)
ـ ترانس جریان هسته بالا یا با مخزن معکوس (Inverted Type) 
ـ ترانس جریان Bushing Type

منبع:http://www.elmicro.ir

ترانسفورماتور جریان

از ترانسهای جریان برای تبدیل جریان زیاد به مقدار کم (معمولاً 5 آمپر) برای وسائل اندازه‌گیری و رله‌های حفاظتی مورد استفاده قرار می‌گیرد. سیم پیچی اولیه ترانس جریان بصورت سری در مدار قرار گرفته و جریان آن همان جریان خط می‌باشد که مقدار آن بستگی به امپدانس بار و ولتاژ شبکه دارد. مقادیر نامی ترانسفورماتور جریان برحسب نسبت تبدیل آن مشخص می‌شود (مثلاً 5 به 600، 5 به 800 ، 5 به 1000). چیزی که مهم است اندازه نامی جریان (5 آمپر) در طرف ثانویه ترانس می‌باشد.

تعداد سیم پیچی‌های ثانویه ترانسهای جریان 2 یا 3 سری بوده که یکسری برای وسائل اندازه‌گیری و بقیه برای سیستمهای حفاظتی مورد استفاده قرار می‌گیرد. ترانسفورماتور جریان بصورت سری در مدار جریان قرار می‌گیرد و وسائل حفاظتی و اندازه‌گیری نیز به صورت سری با ثانویه ترانسفورماتور جریان متصل می‌گردند.

تذکر خیلی مهم:

ثانویه ترانس جریان اگر هیچ دستگاهی به آن متصل نباشد، بایستی حتماً در تمام لحظات اتصال کوتاه باشد. چون ممکن است ولتاژهای بسیار زیادی در ثانویه (مدار باز) آن ظاهر گردد. در عمل اغلب رله‌ها و وسایل اندازه‌گیری دیگر، که از جریان ترانسفورماتورهای جریان استفاده می‌کنند دارای یک کلید اتصال کوتاه هستند که باید قبل از برداشتن رله برای تعویض یا تنظیم بسته شود.

انواع ترانسفورماتور جریان

الف) انواع ترانسهای جریان برحسب نوع عایق اصلی عبارتند از: 

ـ ترانس نوع روغنی با عایق کاغذ آغشته به روغن (برای ولتاژهای زیاد و خیلی زیاد و تاسیسات بیرونی)
ـ نوع خشک با عایق رزین (برای ولتاژ متوسط و تاسیسات داخلی و پستهای گازی)
ـ  نوع SF6

ب ) انواع ترانسفورماتورهای جریان بر حسب نحوه قرار گرفتن هسته و سیم بندی ترانس عبارتند از :

- ترانس جریان هسته پایین یا مخزن دار (Tank Type)
ـ ترانس جریان هسته بالا یا با مخزن معکوس (Inverted Type) 
ـ ترانس جریان Bushing Type

منبع:http://www.elmicro.ir