كنتاكتور خازنی (Capacitor Switching Contactor)

بیشتر بارهای موجود در تاسیسات الکتریکی سلفی بوده و برای کار، به توان راکتیو نیاز دارند. از طرفی دریافت توان راکتیو از شبکه ی عمومی مجاز نبوده و شامل جریمه های سنگینی می شود. به همین علت جبران سازی یا تامین توان راکتیو در تاسیسات بزرگ، بسیار مقرون به صرفه تر از پرداخت جریمه ها می باشد. برای تامین توان راکتیو می توان از خازن در حالت های تکی، گروهی و یا متمرکز استفاده کرد.

توان راکتیو

حالت متمرکز یا بانک خازن، بهترین حالت جبران سازی در تاسیسات بزرگ است. بانک خازن شامل تجهیزات خاصی مانند کنترلر، سیستم حفاظتی، خازن ها، فیلترهای جذب هارمونیک، تجهیزات سوئیچ، نمایشگر ها و … می باشد. در این روش کنترلر یا رگولاتور به صورت دائم میزان توان راکتیو مورد نیاز را اندازه گیری کرده و بر اساس آن تعدادی خازن را وارد مدار و یا از آن خارج می کند. به بیان دیگر وارد و خارج کردن خازن ها به مدار توسط تجهیزات سوئیچ یا کنتاکتورها و با فرمان مستقیم کنترلر انجام می شود. این عمل در حالت های کاری به صورت مکرر انجام شده و یک خازن ممکن است بارها و بارها به مدار آورده و سپس از مدار خارج شود. در تصویر زیر دیاگرام الکتریکی بانک خازن بدون در نظر گرفتن سیستم های حفاظتی و کنترلی را مشاهده می کنید.

جبران سازی توان راکتیو

خازن در لحظه ی اول اتصال به شبکه، دارای ولتاژ صفر و جریان حداکثر می باشد. با این شرایط، خازن در یک زمان کوتاه؛ جریان هجومی سنگینی با فرکانس بالا دریافت می کند. این جریان به مدل جبران سازی و تعداد خازن ها بستگی داشته و در بانک های خازنی می تواند تا ۱۸۰ برابر جریان نامی هر خازن با فرکانسی بین ۳ تا ۱۵ کیلو هرتز رخ دهد. این جریان سنگین با فرکانس بالا می تواند باعث بروز اشکالاتی مانند تحریک و عملکرد سیستم های حفاظتی، سوختن فیوزها، قطع بریکرها و یا اشکالات دیگر مانند بروز عیب در کنتاکتورها، اختلال در سیستم های مخابراتی، اندازه گیری، نوسان شدید ولتاژ  و … شود.

برای سوئیچ و کنترل جریان هجومی خازن می توان علاوه بر کنتاکتور، از تجهیزات اضافی مانند راکتورهای سری، واحد خازنی و یا هر دو استفاده کرد. با اضافه کردن این تجهیزات؛ جریان هجومی به صورت قابل توجه ای کاهش یافته و از چند صد برابر به حدود چند برابر جریان نامی می رسد.

به عنوان مثال در تصویر زیر، جریان هجومی یک خازن ۵۰ کیلو وار در شبکه ی ۶۹۰ ولت که توسط اسیلوسکوپ اندازه گیری شده است را مشاهده می کنید.  با توجه به این که جریان نرمال این خازن حدود ۴۰ آمپر است، در صورت عدم استفاده از تجهیزات مهار کننده جریان هجومی به ۴۰۰۰ آمپر یعنی حدود ۱۰۰ برابر این جریان می رسد (گزینه ی a).  با اضافه کردن راکتور سری، جریان هجومی به حدود ۵۰۰ آمپر یا ۱۲ برابر جریان نامی کاهش داده می شود (گزینه ی b). در بهترین حالت یعنی استفاده از راکتور سری و واحد خازنی، جریان هجومی به حدود ۲۰۰ آمپر یا ۵ برابر جریان نامی خواهد رسید. (گزینه ی c)

جبران سازی توان راکتیو

راکتور سری می تواند با دو منظور کاهش جریان هجومی و جبران سازی هارمونیک مورد استفاده قرار بگیرد. این سیم پیچ دارای ۶ سر بوده و به صورت سری با ورودی اصلی و یا هر پله از خازن های قدرت قرار می گیرد.

در این روش از خاصیت مقاومت سلف در برابر تغییرات شدید جریان استفاده شده و میزان جریان هجومی تا حد قابل قبولی کنترل می شود. توجه داشته باشید که برای تهیه ی راکتور مناسب باید به کاتالوگ شرکت های سازنده مراجعه کنید. در تصویر زیر یک نمونه راکتور سری را مشاهده می کنید.

جریان هجومی

طبق تصویر زیر، در اتصال راکتور به هر پله از خازن، ابتدا سیم های سه فاز ازسیستم حفاظتی مانند فیوز یا بریکر عبور کرده و وارد کنتاکتور می شود. در مرحله ی بعد خروجی کنتاکتور به ورودی راکتور و در نهایت خروجی آن به خازن متصل می شود. در این حالت با سوئیچ هر کنتاکتور، ابتدا جریان وارد راکتور و سپس وارد خازن می شود.

بانک خازن با فیوز

یکی دیگر از راه های کنترل جریان هجومی خازن، سری کردن مقاومت با آن است. با این کار می توان زمان شارژ را افزایش و در نتیجه جریان اولیه را کاهش داد. از طرفی استفاده از مقاومت به صورت دائم باعث افزایش حرارت و مصرف توان اکتیو شده و باید بلافاصله پس از راه اندازی خازن، آن را از مدار خارج کرد. برای ایجاد مقاومت در مسیر خازن در یک زمان کوتاه، می توان از واحد خازنی (واحد های خازنی به صورت تکی و یا مونتاژ شده روی کنتاکتور در بازار موجود می باشد.) استفاده کرد. طبق تصویر زیر، واحد خازنی روی کنتاکتور قرار گرفته و با پلاتین های قدرت آن به صورت موازی قرار می گیرد. پلاتین های واحد خازنی از نوع وصل سریع بوده و با مقاومت هایی سری شده است.

کنتاکتور خازنی

در این روش با اعمال ولتاژ به بوبین کنتاکتور، ابتدا پلاتین های واحد خازنی بسته شده و خازن را با جریان کنترل شده شارژ می کنند. پس از شارژ اولیه، پلاتین های قدرت بسته شده و دیگر جریانی از واحد های خازنی عبور نمی کند. واحد خازنی از نظر خارج شدن از مدار به دو گروه تقسیم می شود. گروه اول بلافاصله پس از وصل پلاتین های قدرت از مدار خارج می شوند اما در گروه دوم، پلاتین های واحد خازنی با وصل پلاتین های قدرت نیز در مدار باقی می مانند. پلاتین های این مدل از نوع قطع سریع بوده و هنگام قطع، زود از پلاتین های قدرت باز می شود. با این کار هنگام قطع کنتاکتور، جریانی از واحد خازنی عبور نخواهد کرد. در تصویر زیر چند نمونه کنتاکتور خازنی را مشاهده می کنید.

کنتاکتور خازنی

دوره ی تصویری کلیدهای فشار ضعیف