خازن اصلاح ضریب قدرت

خازن اصلاح ضریب قدرت در مدل‌ها و ظرفیت‌های مختلفی تولید می‌شود. در این بخش ابتدا خصوصیات کلی خازن‌ها را بررسی کرده و ادامه روش‌ استفاده از آن‌ها برای جبران سازی توان راکتیو در سطح فشار ضعیف را فرا خواهیم گرفت.

پارامترهای اصلی

پارامترهای اصلی یک خازن اصلاح ضریب قدرت عبارت‌اند از:

• کاپاسیتانس نامی \({{\rm{C}}_{\rm{n}}}\): این پارامتر بیان‌کننده‌ی ظرفیت خازن است.
• توان نامی \({{\rm{Q}}_{\rm{n}}}\): توان راکتیوی که خازن برای آن طراحی شده است.
• ولتاژ نامی \({{\rm{U}}_{\rm{n}}}\): مقدار مؤثر ولتاژ متناوب که خازن برای آن طراحی شده است.
• فرکانس نامی \({{\rm{F}}_{\rm{n}}}\): مقدار فرکانسی که خازن برای آن طراحی شده است.

وجود فرکانس در شبکه‌ی متناوب باعث شارژ و دشارژ پیوسته‌ی خازن می‌شود. شارژ خازن به معنی جذب توان راکتیو و دشارژ آن به معنی تزریق توان به شبکه است. هنگامی‌که سلف‌ها توان راکتیو را به شبکه برمی‌گردانند و هنگامی‌که سلف‌ها به آن نیاز دارند. با توجه با ظرفیت خازن و ولتاژ منبع می‌توان میزان انرژی را این‌گونه محاسبه کرد. در این فرمول C کاپاسیتانس و U ولتاژ اعمال شده به ترمینال‌های خازن است.

\[{E_c} = \frac{1}{2} \times C \times {U^2}\]

قابلیت ذخیره و تزریق توان راکتیو در خازن باعث شده از آن به‌عنوان عنصر اصلی اصلاح ضریب توان در تمام سطوح ولتاژی استفاده شود. همان‌طور که شرح داده شد خازن یک عنصر استاتیک بوده که توان اکتیو بسیار کمی مصرف می‌کند. درواقع توان راکتیو عبوری از خازن تنها صرف تلفات داخلی آن شده و مقدار ناچیزی دارد.

خازن‌های استفاده شده در سطح فشار ضعیف معمولا ترکیبی از سه خازن تک فاز پلی پروپلین متالیزه بوده که خاصیت خود ترمیمی دارند. خود ترمیمی به معنی بازسازی قسمت‌هایی از دی‌الکتریک است که در اثر تخلیه‌ی الکتریکی از بین می‌روند.

در نحوه‌ی عملکرد این خاصیت اختلاف نظرهایی وجود دارد اما در راهنمای شرکت ABB این‌گونه شرح داده‌شده که هنگام رخ دادن تخلیه‌ی الکتریکی در خازن دمای آن قسمت بالا رفته و مقداری از پلی پروپلین به بخار تبدیل می‌شود. این بخار قسمت آسیب دیده را ترمیم می‌کند ولی ممکن است روی ظرفیت خازن تاثیر ناچیزی داشته باشد. تخلیه‌ی الکتریکی ناشی از تنش‌ها ولتاژی بوده و در صورت افزایش باعث از بین رفتن خازن می‌شوند.

واحد خازن اصلاح ضریب قدرت

یک خازن قدرت یا خازن اصلاح ضریب قدرت دارای بخش‌های مختلفی است. در سطح فشار ضعیف این خازن معمولا از سه واحد تک فاز ساخته شده که به‌صورت مثلث به یکدیگر متصل شده‌اند. اتصال ستاره باعث کاهش توان راکتیو تولیدی شده و در سطوح ولتاژی بالاتر استفاده می‌شود.

این سه خازن در یک محفظه قرار گرفته و دارای سه ترمینال است. به‌عبارت‌دیگر اتصال مثلث آن‌ها به‌صورت داخلی انجام‌شده و شما نمی‌توانید در آن تغییری ایجاد کنید. در قسمت ترمینال‌ها ممکن است دو یا سه مقاومت وجود داشته باشد. این بخش مربوط به دشارژ سریع خازن بوده که در بخش‎های بعدی خصوصیات آن را بیشتر بررسی می‌کنیم.

علت‌های مختلفی مانند اضافه جریان لحظه‌ای و دائم، تنش‌های شدید ولتاژی و پایان عمر فیزیکی خازن باعث افزایش حجم محفظه‌ی آن می‌شود. این افزایش حجم باعث انفجار بدنه‌ی فلزی شده و می‌تواند به بخش‌های دیگر آسیب وارد کند.

خازن های جبران ساز مجهز به حفاظت داخلی هستند. با پایان عمر خازن و افزایش فشار داخلی آن، سیستم حفاظتی عملکرده و دو یا سه فاز خازن را قطع می کند. در صورت عدم عملکرد سیستم حفاظتی، فشار خازن بالا رفته و منفجر می شود. انفجار خازن می تواند به واحدهای دیگر، تابلو برق و غیره آسیب برساند. در این ویدئو عملکرد و عدم عملکرد سیستم حفاظتی در خازن ها را مشاهده می کنید.

جهت جلوگیری از این اتفاق برخی از خازن‌ها دارای سیستم حفاظت داخلی بنام Overpressure Disconnector هستند. این بخش حفاظتی از انفجار خازن در اثر افزایش حجم جلوگیری کرده و آن را با قطع تغذیه از مدار خارج می‌کند.

برای درک بهتر این موضوع به تصویر زیر توجه کنید. این بخش مربوط به نحوه‌ی عملکرد سیستم حفاظتی در خازن‌های سیلندری است. همان‌طور که مشاهده می‌کنید فشار ناشی از افزایش حجم به قسمت بالایی خازن هدایت‌شده و در نهایت دو یا سه فاز ورودی را قطع می‌کند.

پلاک یا نیم پلیت خازن اصلاح ضریب توان

قبل از نصب هر تجهیز باید مشخصات الکتریکی و فیزیکی آن را به‌دقت بررسی کنیم. این اطلاعات معمولا به‌صورت پلاک یا نیم پلیت روی تجهیز قرار داده‌شده و محدوده‌ی مجاز پارامترها را مشخص می‌کند. در خصوص خازن‌ها این اطلاعات کمی بیشتر بوده و معمولا به‌صورت یک یا چند جدول به همراه علائم اختصاری است.

میزان توان راکتیو تولیدی در یک خازن به ولتاژ و فرکانس منبع بستگی دارد. با افزایش این پارامترها توان تولیدی خازن بیشتر شده و جریان آن نیز افزایش پیدا می‌کند. در نظر داشته باشید که همانند هر تجهیز دیگری؛ افزایش بیش از حد جریان باعث بالا رفتن دما و کاهش عمر خازن خواهد شد. به‌منظور جلوگیری از این شرایط ابتدا باید میزان ولتاژ و فرکانس درج‌شده روی پلاک خازن را با پارامترهای شبکه مطابقت دهیم.

طبق بخش 1 از تصویر زیر ممکن است دو جدول مجزا برای فرکانس 50 و 60 هرتز روی خازن وجود داشته باشد. این جدول‌ها مشخص می‌کنند که در هر سطح ولتاژ چه میزان توان راکتیو تولید شده و به ازای آنچه جریانی از شبکه دریافت می‌شود. این تصویر متعلق به پلاک خازن شرکت فراکو است.

به‌عنوان‌مثال این خازن در شبکه‌ی 400 ولت 50 هرتز، میزان 10.9 آمپر جریان داشته و 7.5 کیلو وار توان راکتیو تولید می‌کند. طبق جدول بعدی و درصورتی‌که ولتاژ ثابت بوده ولی فرکانس از 50 به 60 هرتز افزایش داده شود، میزان جبران سازی خازن 9 کیلو وار خواهد بود.

در این شرایط جریان خازن نیز از 10.9 به 13 آمپر رسیده است. طبق جدول‌های پائین، ولتاژ منبع در این خازن با رعایت الزامات حرارتی می‌تواند تا 480 ولت افزایش داده شود. در این شرایط با فرکانس 50 هرتز خازن 13 آمپر از شبکه دریافت کرده و 10.8 کیلو وار توان راکتیو تولید می‌کند. این مقادیر در حالت 60 هرتز معادل 13 کیلو وار و 15.6 آمپر خواهد بود.

همان‌طور که مشاهده می‌کنید روی پلاک خازن علائم و عبارت‌های دیگری نیز وجود داد. به‌عنوان‌مثال در بخش 2 مشخص‌شده که این واحد از 3 خازن 49.9 میکرو فاراد تک فاز تشکیل‌شده و حداکثر ولتاژ عایقی یا ولتاژ ضربه‌ی آن 3.9 و 8 کیلوولت است.

در بخش 3 و پس از استاندارد CE علامت خود ترمیمی خازن را مشاهده می‌کنید. در همین سطر عبارت FPU( flammsicher, platzsicher, unterbrechend) به معنی وجود حفاظت داخلی در برابر افزایش فشار و عدم شعله‌ور شدن به زبان آلمانی است. عبارت Dry در بخش 4 به معنی خشک بودن خازن و عبارت non PCB به معنی عدم استفاده از مواد اشباع در آن است. در همین سطر علائمی وجود دارد که نشان می‌دهد خازن مجهز به مقاومت تخلیه بوده و اتصال آن به‌صورت مثلث است.

در بخش 5 عبارت Overpressure disconnector به زبان انگلیسی شرح می‌دهد که خازن دارای حفاظت در برابر افزایش فشار است. در بخش 6 نیز استانداردهای مربوط به خازن آورده شده که برای کسب اطلاعات بیشتر می‌توانید به آن‌ها رجوع کنید.

پارامترهای درج‌شده روی خازن‌ها مانند میزان توان راکتیو، فرکانس، محدوده‌ی مجاز ولتاژ و جریان نامی آن‌ها در طراحی سیستم‌های جبران سازی بسیار مهم هستند. به‌عنوان‌مثال از این مقادیر برای مشخص کردن ظرفیت کلی سیستم، سایز بریکرها، فیوزها و کنتاکتورها استفاده می‌شود. علاه‌بر این از برخی کمیت‌ها مانند جریان خازن می‌توان به‌منظور تست واحدهای خازنی نیز استفاده کرد. این مطالب در ادامه بیشتر بررسی خواهند شد.