ضریب توان در واقع به چه اشاره دارد؟ راهکار های جبران توان راکتیو

در دنیای پیشرفته فناوری الکتریکی، جبران سازی ضریب توان از اهمیت بسیاری برخوردار است. با استفاده از بانک‌های خازنی و تکنولوژی‌های پیشرفته، این فرآیند از ایجاد امواج کلید زنی تا افزایش بهره‌وری در سیستم‌های الکتریکی مختلف را مدیریت می‌کند. امواج کلید زنی در بانک‌های خازنی نشانگر پدیده‌های پیچیده الکتریکی هستند که با جریان هجومی و افزایش ناگهانی ولتاژ همراه هستند. از روش‌های متنوع جبران سازی، اصلاح ضریب توان غیرفعال و فعال تا جبران سازی گروهی، این مقاله به بررسی جوانب مختلف و اهمیت این فرآیند در بهبود کارایی سیستم‌های الکتریکی می‌پردازد.

تولید تابلوهای خازنی نیز یکی از جنبه‌های مهم در این زمینه است. این تابلوها با استفاده از خازن‌های متناسب با نیاز سیستم، امکان جبران سازی ضریب توان را بهبود می‌بخشند. همچنین، اطلاعات جامع در مورد نصب خازن‌ها، تهویه و حفاظت از آنها در داخل تابلوها در اینجا مورد بررسی قرار گرفته است. این نگاه گسترده به جوانب مختلف جبران سازی ضریب توان نشان‌دهنده اهمیت این فناوری در بهینه‌سازی عملکرد سیستم‌های الکتریکی می‌باشد.

ضریب توان، همچنین با نام‌های ضریب قدرت یا کسینوس فی شناخته می‌شود، به نسبت توان اکتیو یا توان حقیقی به توان ظاهری اشاره دارد. در ادامه به تعریف ضریب توان می‌پردازیم:

ضریب توان چیست؟

در بررسی مصرف انرژی، سه نوع توان متداول است: توان ظاهری (S)، توان اکتیو (P)، و توان راکتیو (Q). توان اکتیو همان توان حقیقی می‌باشد و با واحد وات (W) نمایش داده می‌شود، نشان‌دهنده توان بارهای مقاومتی است.

توان راکتیو توان فرضی است که برای مقایسه قدرت سلف‌ها و خازن‌ها به کار می‌رود. همچنین، توان ظاهری نتیجه جمع برداری توان اکتیو و راکتیو است. افزایش توان راکتیو خازن منجر به افزایش انرژی مورد نیاز برای شارژ و دشارژ خازن می‌شود، اما در نهایت این توان مصرفی ندارد، و واحد آن KVAR است.

مفهوم برداری توان ظاهری و راکتیو و تعریف پیش فاز و پس فاز

همانطور که در مقالات قبلی الکتروشایلی اشاره کردیم، توان ظاهری نتیجه ترکیب توان اکتیو و توان راکتیو است. بیایید عمیق‌تر به مفهوم برداری توان پردازیم.

در یک مدار با بار مقاومتی که ولتاژ و جریان آنان هم‌فاز هستند، اما در مداری با بار راکتیو (مثل خازن یا سلف)، سلف و خازن انرژی را مصرف نمی‌کنند؛ به جای آن، ظرفیت شبکه را اشغال می‌کنند، زیرا جریان را به خود می‌کشند. خازن جریان را پیش‌فاز می‌کشد، به این معنی که جریان پس‌فاز (برای سلف) را تولید می‌کند، در حالی که سلف جریان پس‌فاز را مصرف می‌کند. در شکل موج بار خازنی، جریان نسبت به ولتاژ پیش‌فاز است.

در سیستم‌های الکتریکی که ترکیبی از بارهای مقاومتی و راکتیو دارند، مؤلفه‌های توان اکتیو و توان راکتیو به عنوان توان کل یا توان ظاهری معرفی می‌شوند و با واحد کیلوولت‌آمپر (KVA) نمایش داده می‌شوند.

بین ولتاژ و جریان، اختلاف فاز ایجاد می‌شود و در واقع هر دو این پارامترها به عنوان بردارهایی مد نظر قرار می‌گیرند. از آنجا که توان نتیجه‌ضرب ولتاژ و جریان است، توان نیز به عنوان یک پارامتر برداری محسوب می‌شود.

اگر زاویه بین ولتاژ و جریان مصرف‌کننده کاهش یابد (ضریب توان افزایش یابد)، توان اکتیو مصرفی به توان ظاهری نزدیکتر می‌شود، که به تبع آن مقدار توان راکتیو مصرفی کاهش می‌یابد. یکی از روش‌های بهبود این زاویه، استفاده از بانک خازنی است که در ادامه به طرز کامل درباره آن توضیح می‌دهیم.

اهمیت بهینه‌سازی ضریب توان و تعویض کسینوس فی در ساماندهی مصرف انرژی الکتریکی از جمله اهداف وزارت نیرو است، که این اقدامات تحت قوانین و ضوابطی برای بهبود ضریب توان و تعیین تعرفه‌های مرتبط با مصرف انرژی قرار گرفته‌اند.

هرچقدر ضریب توان مصرف‌کنندگان افزایش یابد، جریان مورد نیاز برای توان مصرفی ثابت کاهش خواهد یافت. این تغییرات باعث کاهش تلفات، کاهش افت ولتاژ، و افزایش ظرفیت خطوط انتقال و ترانسفورماتورها می‌شود. از سوی دیگر، با مدیریت مناسب تعرفه‌های برق، می‌توان مصرف‌کنندگان را در جهت مصرف در ساعات کم‌باری هدایت کرد.

در اینجا، اهمیت بهینه‌سازی ضریب توان و تعیین تعرفه برق به منظور آزادسازی ظرفیت شبکه‌های توزیع و انتقال، و همچنین کاهش هزینه مصرف انرژی مشترکین مورد توجه قرار می‌گیرد.

بسیاری از دستگاه‌ها و مصرف‌کنندگان الکتریکی برای انجام وظایف خود به توان راکتیو نیاز دارند، به عنوان مثال، الکتروموتورها برای تبدیل انرژی الکتریکی به انرژی مکانیکی. همچنین، سیستم‌های الکترونیک قدرت، تثبیت‌کننده‌های ولتاژ، کوره‌های القایی و قوس‌های الکتریکی، نیازمند توان راکتیو هستند. اما این توان باعث افزایش جریان شبکه، افت ولتاژ، و افزایش تلفات توان در مسیر می‌شود.

ضروری است که مفهوم دقیق ضریب توان و تأثیرات آن بر سیستم را درک کنیم، و سپس به روش‌های بهبود ضریب توان و تجهیزات مورد نیاز برای تعویض آنها پرداخته شود.

تعرفه‌های قیمت انرژی

در محاسبه هزینه انرژی، حداکثر مصرف، انرژی اکتیو، و انرژی راکتیو به صورت جداگانه در نظر گرفته می‌شوند. در اکثر قراردادها، حداکثر مصرف راکتیو به اندازه ۵۰٪ از مصرف انرژی اکتیو در نظر گرفته می‌شود.

مصرف راکتیو موجب هزینه می‌شود تنها اگر بیش از ۵۰٪ از مصرف انرژی اکتیو باشد و این مصرف به ضریب توان ۰٫۹ متناظر است. بهتر است برای محاسبه، یک عدد بالاتر مثل ۰٫۹۲ در نظر گرفته شود تا توان رزرو خازنی مورد نیاز را داشته باشیم.

تعرفه‌های میزان تقاضای انرژی

در این حالت، مصرف بر اساس حداکثر توان در یک ماه مشخص می‌شود. در صورتی که توان ظاهری و نه توان اکتیو به عنوان مبنا در نظر گرفته شود، توصیه می‌شود تا مقدار خازن به گونه‌ای انتخاب شود که Cosɸ برابر با ۱ شود.

ترکیب قطعات برای جبران سازی ضریب توان با استفاده از خازن

در فرآیند جبران سازی ضریب توان، خازن‌های صنعتی به دو دسته فشار ضعیف و فشار متوسط تقسیم می‌شوند. خازن‌های صنعتی با فشار ضعیف در دسته‌های زیر قرار می‌گیرند:

1. خازن‌های با ولتاژ کمتر از ۱۰۰۰ ولت
2. خازن‌های خشک
3. اتصال به صورت تک فاز یا سه فاز با اتصال مثلث

در حالی که خازن‌های با فشار متوسط در دسته‌های زیر قرار می‌گیرند:

1. خازن‌های با ولتاژ بیش از ۱۰۰۰ ولت
2. خازن‌های روغنی
3. اتصال به صورت تک فاز یا سه فاز با اتصال مثلث

مشخصات خازن‌های فشار ضعیف

خازن‌های فشار ضعیف با استفاده از استانداردهای IEC70، VDE0560-Din4800-isir2781 تعریف شده‌اند. این مشخصات عبارتند از ولتاژ اسمی، جریان اسمی، توان اسمی (ظرفیت VAR)، تلفات اکتیو، دمای محیط، دمای خنک‌کننده، حداکثر و حداقل دمای کار خازن، و نوع اتصال به شبکه. خازن‌ها در رده‌های ۴۰+ / ۴۰-، ۴۰+ / ۲۰-، ۴۰+ / ۱۰-، و ۴۵+ / ۱۰- دسته‌بندی می‌شوند.

در خصوص خازن‌های سه فاز، این امکان وجود دارد که به صورت Y (ستاره)، ∆ (مثلث)، Y (ستاره با نقطه صفر)، lll (سه بخش بدون اتصالات داخلی) متصل شوند.

توان واحد خازنی سه فاز باید به عنوان مجموع توان سه فاز ذکر گردد. همچنین، ظرفیت کلید فیوز نصب شده در مسیر تغذیه خازن باید حداقل ۱٫۵ برابر جریان خازن باشد. اگر از کنتاکتور استفاده شود، ظرفیت آن (پس از اعمال ضرایب حرارتی) ۱٫۲۵ برابر حداکثر جریان حاصل می‌شود.

برای حفاظت مطمئن تر خازن در برابر اتصال کوتاه، از فیوزهای HRC یا فیوز با ضریب ۱٫۵ برابر جریان نامی خازن استفاده می‌شود. در شرایط ولتاژ فشار ضعیف و بارهای کوچک، تنظیم توان با کنترل دستی امکان‌پذیر است.

برای کنترل و تنظیم توان اکتیو به صورت خودکار، از رله‌های اندازه‌گیر توان اکتیو، حساس به جریان و یا تایمر می‌توان استفاده کرد. در مصرف‌کنندگان صنعتی کوچک و جبران‌کننده‌های گروهی، استفاده از رله جریان توصیه می‌شود.

در بار یکنواخت و قابل پیش‌بینی، می‌توان از رله زمانی بهره‌برد. بهترین روش کنترل، رله حساس به توان راکتیو است. مراحل پله خازن از ۳ الی ۱۹ مرحله می‌تواند برنامه‌ریزی شود و مقدار هر پله و تعداد پله‌ها به شرایط بار بستگی دارد.

قدرت خازن‌های رایج بر حسب KVAR به شرح زیر است: ۵ – ۱۰ – ۱۲٫۵ – ۱۵ – ۲۰ – ۲۵ – ۳۰ – ۴۰ – ۵۰ – ۶۰ – ۱۰۰

فیوزها در جبران سازی توان چه نقشی دارند؟

در بخش بانک‌های خازنی، حفاظت از سیستم از اهمیت بسیاری برخوردار است. به منظور مقابله با خطرات اتصال کوتاه و اضافه جریان، از فیوزهای High Rupture Current (HRC) بهره گرفته می‌شود. انتخاب مقدار جریان دهی فیوزها باید طبق استانداردهای مربوط انجام شود و معمولاً این مقدار از ۴.۱ تا ۵.۱ برابر جریان نامی خازن‌ها است. فیوزهای این نوع دارای قدرت قطع بسیار بالا بوده و برای حفاظت از بانک‌های خازنی استفاده می‌شوند.

فیوزهای HRC به دلیل واکنش سریع و مؤثر در برابر اتصال کوتاه و افزایش ناگهانی جریان، توانایی قطع را به ارمغان می‌آورند. به همین دلیل در حفاظت از بانک‌های خازنی، از انواع فیوزهای کاردی یا سکسیونر استفاده می‌شود. این فیوزها باعث قطع سریع و مؤثر جریان می‌شوند و تأمین می‌کنند که هر گونه خسارت یا نقص در سیستم به حداقل ممکن برسد.

عملکرد مقاومت‌های تخلیه در بهبود ضریب توان

برای بهبود ضریب توان و کاهش ولتاژ دو سر خازن‌های اصلاح ضریب قدرت پس از خارج شدن از مدار، از مقاومت‌های تخلیه که به ترمینال‌های خازن متصل شده‌اند، استفاده می‌شود. مقدار این مقاومت‌ها به نسبت توان خازن‌ها متغیر است.

این مقاومت‌ها باید توانایی کاهش ولتاژ را در طول ۳ دقیقه پس از قطع خازن‌ها به‌طور ایمن (کمتر از ۷۵ ولت) داشته باشند. در شرایط خاصی که خازن به‌طور مستقیم به سیم‌های الکتروموتور متصل می‌شود، نیازی به مقاومت تخلیه نداریم و باید جلوگیری شود تا موتور به‌طور کامل از تماس با بخش‌های برقدار خازن جدا شود. طبق استاندارد، خازن‌ها برای وصل مجدد به مدار باید حداکثر تا ۱۰ درصد از ولتاژ نامی شارژ شده باشند.

مقاومت تخلیه، توسط تولید کننده بر اساس توان خازن محاسبه و در زمان تولید یونیت به خود خازن متصل می‌شود. همچنین، اطلاعات مدت زمان تخلیه روی پلاک خازن مشخص می‌شود. در مواقعی که نیاز به تخلیه سریع خازن به منظور سوئیچینگ در مدار وجود دارد، از مدار تخلیه سریع به جای مقاومت استفاده می‌شود.

استفاده از تریستورهای سوئیچ برای بهبود ضریب توان

در مواقعی که نیاز به تغییرات سریع در ضریب توان وجود دارد، بهتر است از تریستورهای سوئیچ به جای کنتاکتورهای خازنی استفاده کنید. این تریستورها همراه با مدار تخلیه سریع به خازن متصل شده و در عرض ۵ میلی‌ثانیه پس از خروج خازن، قادرند خازن را به مدار وارد کرده و ضریب توان را بهبود بخشند.

استفاده از رگولاتور هوشمند در بانک خازنی

علاوه بر این، با استفاده از رگولاتورهای هوشمند، می‌توانید به سادگی اطلاعات زیادی از مدار را دریافت کنید. این رگولاتورهای هوشمند برای مدیریت بانک‌های خازنی در دو مدل ۶ و ۱۲ پله طراحی و ساخته شده‌اند. مزایای استفاده از رگولاتورهای هوشمند شامل کنترل و اندازه‌گیری ولتاژ، توان، جریان بار، جریان راکتیو، اعوجاج هارمونیک ولتاژ، کسینوس فی، گام‌های اتصال خازن‌ها، تعداد دفعات قطع و وصل خازن‌ها، ثبت تاریخ هشدارها و اندازه‌گیری دمای محیط داخل تابلو برق می‌شود.

این دستگاه با اندازه‌گیری ضریب توان بار، به میزان مورد نیاز (به شکل پله‌ای) خازن را به مدار وارد می‌کند. به عبارت دیگر، با اندازه‌گیری ولتاژ و جریان مصرف‌کننده، مقدار ضریب توان محاسبه شده و با توجه به ضریب توان موردنظر (معمولاً ۰٫۹) میزان توان راکتیو مورد نیاز محاسبه شده و خروجی رگولاتور، پله‌های مناسبی را به مدار وارد (یا از مدار حذف) می‌کند.

اگر کل بار راکتیو خازنی برابر Q باشد، می‌توان آن را به پله‌های کوچکتر q تقسیم کرد. البته افزایش تعداد پله‌ها به دقت بهبود می‌بخشد، اما باعث افزایش تعداد کنتاکتورها و تجهیزات دیگر می‌شود که هزینه را افزایش می‌دهد.

کنتاکتور خازنی در تابلو خازنی

در تابلو خازنی، کنتاکتور خازنی به عنوان یک تجهیز مهم برای اصلاح ضریب توان مورد استفاده قرار می‌گیرد. با توجه به جریان بسیار زیاد خازن‌ها هنگام وصل، استفاده از کنتاکتورهای معمولی می‌تواند منجر به خرابی زودهنگام کنتاکت‌ها شود.

برای ورود هر خازن به مدار، از یک کنتاکتور خازنی استفاده می‌شود. این کنتاکتورها می‌توانند توسط رگولاتور هوشمند به مدار وارد شوند. به عنوان مثال، اگر ۹ خازن با ظرفیت ۲۵ کیلووار داشته باشیم، از ۹ کنتاکتور خازنی و یک رگولاتور ۸ پله استفاده خواهیم کرد. برای هر خازن باید از یک فیوز جداگانه استفاده شود و تنها از یک مدار فرمان برای کنترل بانک خازنی استفاده می‌شود.

اولین دو خازن وارد مدار شده و سپس خازن‌های بعدی جفت جفت به مدار افزوده می‌شوند. پس از ورود خازن ۱ و ۲ به مدار، خازن‌های سوم تا هشتم به ترتیب یکی یکی وارد مدار می‌شوند.

نحوه محاسبه ضریب توان در تابلو برق

در محاسبه ضریب توان در تابلو برق، از کسینوس زاویۀ اختلاف فاز جریان و ولتاژ برای محاسبه اجزای ظاهری و مؤثر توان، ولتاژها و جریان‌ها استفاده می‌شود. ضریب توان معمولاً برای بارهای الکتریکی نوشته می‌شود. در شبکه‌های طراحی شده برای توان ظاهری، سعی می‌شود توان ظاهری به حداقل رسانده شود. نصب خازن‌های مناسب موازی با مصرف‌کننده، بخشی از توان راکتیو را بین خازن و مصرف‌کننده نوسان کرده و باقی‌مانده از شبکه کشیده می‌شود، کاهش بارگذاری راکتیو شبکه را ایجاد می‌کند. با جبران سازی، ضریب توان در شبکه به یک می‌رسد و تنها جریان مؤثر حاکم است.

آمپرمتر و دستگاه اندازه‌گیری توان معمولاً در تابلو اصلی نصب می‌شوند و می‌توان از دستگاه‌های اندازه‌گیری چنگکی نیز استفاده کرد. اندازه‌گیری های لازم در فیدر ورودی یا فیدرهای خروجی پست اصلی انجام می‌شود.

اندازه‌گیری همزمان ولتاژ شبکه، دقت محاسبه را افزایش می‌دهد. همچنین می‌توان ولتاژ نامی را ۳۸۰ یا ۴۰۰ ولت در نظر گرفت. با استفاده از ولتاژ (U)، جریان ظاهری (Is) و ضریب توان، می‌توان توان اکتیو را محاسبه کرد. برای بدست آوردن توان راکتیوی که از خازن گرفته می‌شود (Qc)، از اختلاف توان اکتیو قبل از جبران سازی (Q1) و بعد از جبران سازی (Q2) استفاده می‌شود. بنابراین:

Qc=Q1–Q2

امواج کلید زنی در بانک خازنی

در واقع، خازن‌ها هنگام وصل شدن به مدار، امواج کلید زنی تولید می‌کنند که معمولاً به عنوان جریان هجومی و افزایش ولتاژ ناگهانی دسته‌بندی می‌شوند.

جریان هجومی پدیده‌ای است که در لحظه اتصال خازن‌ها به مدار ایجاد می‌شود. امپدانسی که خازن ارائه می‌دهد، به طور طبیعی بسیار کم و مقاومتی است. این امر منجر به ایجاد جریان هجومی به اندازه ۵۰ تا ۱۰ برابر جریان اسمی می‌شود که از خازن عبور می‌کند؛ دلیل این اتفاق این است که امپدانس ترانسفورماتور در زمان روشن کردن خازن‌ها تنها در مقابل جریان شار مقاومت می‌کند.

این موضوع هنگام استفاده از بانک خازنی موازی پیچیده می‌شود، که ممکن است جریان هجومی کلید زنی به سطحی بیش از ۲۰۰ تا ۳۰۰ برابر جریان اسمی برسد. این جریان هجومی ناشی از تخلیه خازن‌های از پیش شارژ شده موازی با آن است.

هنگام خاموش کردن (از مدار خارج کردن) خازن‌ها، با توجه به شارژ ذخیره شده در آنها، افزایش ولتاژ ناگهانی بیشتری به وجود خواهد آمد که ممکن است باعث ایجاد جرقه در پایه‌ها شود. زمانی که خازن خاموش می‌شود، شار الکتریکی در خود را نگه می‌دارد و توسط مقاومت‌های تخلیه، دشارژ می‌شود. مدت زمان تخلیه عموماً بین ۶۰ تا ۱۸۰ ثانیه است.

تا زمانی که تخلیه به شکل موثری انجام نشود، نمی‌توان خازن‌ها را به مدار بازگرداند. هر بازبسته‌سازی خازن قبل از تخلیه کامل، باعث افزایش جریان هجومی می‌شود.

چگونه ضریب توان را اصلاح کنیم؟

اصلاح ضریب توان می‌تواند به دو روش فعال و غیرفعال انجام شود. روش اصلاح غیرفعال، یک راه حل ساده برای بهبود ضریب توان در بارهای خطی است و به طور عمده از بانک‌های خازنی برای این منظور استفاده می‌شود.

گرچه این روش در سطح وسیعی به دلیل سادگی و هزینه کم مورد استفاده قرار می‌گیرد، اما اثرات آن در اصلاح ضریب توان فعال محدود است. در این روش، اضافه و کاستن خازن‌ها از مدار منجر به تولید جریان‌های هارمونیکی می‌شود که این نقطه ضعف، یکی از دلایلی است که هنوز استفاده از تجهیزات الکترونیک قدرت و یا کندانسورهای سنکرون (برای اصلاح ضریب توان فعال) رواج دارد.

روش اصلاح ضریب توان فعال از یک سیستم الکترونیک قدرت بهره می‌برد که مقدار جریان مصرفی هر بار را به‌منظور نزدیک کردن ضریب توان به حداکثر مقدار ممکن کنترل می‌کند. این سیستم به چهار روش اصلاح ضریب توان متناظر، اصلاح مرکزی و گروهی و اصلاح مختلط رجوع می‌کند.

۱- جبران سازی ضریب توان انفرادی

جبران سازی توان راکتیو برای ترانسفورماتورها، تجهیزات جوشکاری، موتورهای کم بار یا با کابل طولانی و موتورهای بزرگ که به طور مداوم درحال کار هستند، اقتصادی‌تر است. در این حالت، خازن‌ها به طور مستقیم یا توسط سوئیچ‌گیرها به بار متصل هستند. حذف توان راکتیو از شبکه داخلی از مزایای این روش به حساب می‌آید. اما تعداد بیشتر خازن برای یک مجموعه به دلیل عدم داشتن ضریب همزمانی و لذا هزینه بیشتر از معایب این روش محسوب می‌شود.

در ساده‌ترین مدل، یک خازن با مقدار مناسب، موازی هر مصرف‌کننده سلفی نصب می‌شود. بدین وسیله، از بار سیم‌ها و کابل‌ها به شدت کاسته می‌شود. باید دقت کرد که خازن فقط در محدوده‌ی زمانی فعالیت دستگاه‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرد. همچنین نصب خازن برای جبران سازی انفرادی دستگاه‌ها به‌سادگی انجام نمی‌شود. کاربرد جبران سازی انفرادی در موتورهای دائم‌کار، موتورهای کم بار یا با کابل طولانی و جبران سازی توان راکتیو بی باری ترانسفورماتورها است.

۲- جبران سازی ضریب توان مرکزی (متمرکز)

زمانی که تعداد زیادی بارهای کوچک و متوسط که دائم در مدار نباشند نیاز به اصلاح داشته باشند، خازن‌ها به طور مرکزی در شین اصلی وصل می‌شوند که به صورت دستی یا اتوماتیک کنترل می‌شوند. این روش مشابه جبران سازی انفرادی، ولی اقتصادی‌تر از آن است؛ همچنین برای تمام ولتاژها قابل استفاده است. اما در خطوط توزیع، بین شین و نقاط مصرف سیستم حفاظتی در مقابل جریان اتصال کوتاه وجود دارد، هر خازن نیاز به یک فیوز HRC دارد. همچنین در ترانسفورماتورهای ولتاژ با اتصال مثلث باز، تخلیه خازن‌ها پس از هر بار قطع ضروری است.

کل جبران سازی به صورت متمرکز در ورودی فشار ضعیف نصب می‌شود. بدین طریق تمام توان راکتیو مورد نیاز پوشش داده می‌شود. کل توان خازن به پله‌های متعدد تقسیم شده و به وسیله یک رگولاتور توان راکتیو از طریق کنتاکتورها، بسته به وضعیت بار به مدار وارد یا خارج می‌شوند.

این روش امروزه در بیش‌تر مواقع مورد توجه قرار می‌گیرد، چرا که جبران سازی مرکزی بدین طریق می‌تواند به آسانی تحت کنترل قرار گیرد. تنظیم کننده‌های راکتیو مدرن می‌توانند دائماً وضعیت کلیدها، ضریب توان و جریان راکتیو و نیز هارمونیک‌های موجود در شبکه را تحت نظارت قرار دهند. به طور کلی با این روش به دلیل در نظر گرفتن هم‌زمانی در تمام کارخانه، توان خازنی کم‌تر نسبت به جبران سازی انفرادی یا گروهی نیاز است.

در این روش جریان راکتیو سیم‌ها و کابل‌های به کار رفته در شبکه داخلی از طریق جبران سازی کم نمی‌شوند. یعنی اگر سطح مقاطع کابل‌ها و سیم‌های بار به اندازه کافی بزرگ باشد، دیگر مزیتی به شمار نمی‌رود. در صورتی که مقاطع سیم‌ها و کابل‌های داخل کارخانه ایجاد مشکل نکنند، جبران سازی صریح توان مرکزی همیشه قابل استفاده است.

3- جبران سازی ضریب توان گروهی

در تأسیسات بزرگ مانند کارخانه‌های صنعتی که دارای موتورخانه مرکزی هستند، خازن‌ها به صورت گروهی، نزدیک به پست برق یا تابلوی اصلی نصب می‌شوند که کنترل آنها توسط رگولاتورهای اصلاح ضریب توان صورت می‌گیرد. مزایای این روش، سیستم کنترل ساده استفاده مفید از خازن‌های نصب شده و توجه به ضریب همزمانی است.

تحمل هزینه اضافی مانند نصب رگولاتور، از معایب این سیستم گروهی است. در برخی موارد بنا به دلایل اقتصادی ممکن است از هر سه روش فوق استفاده گردد که به آن اصلاح ضریب توان به روش مختلط گویند. دستگاه‌هایی که به صورت گروهی نصب شده‌اند، به صورت جمعی جبران سازی می‌شوند. به جای خازن‌های مختلف کوچک یک خازن مناسب بزرگ نصب می‌شود. این روش برای مصارف سنگین سلفی در صورتی که با هم به کار گرفته شوند استفاده می‌شود.

۴- جبران سازی ضریب توان مختلط

به دلیل اقتصادی، اغلب مقرون به صرفه است که هر سه روش فوق الذکر را با یکدیگر به کار برد که به آن جبران سازی ضریب توان مختلط گفته می‌شود.

تولید تابلوی خازنی

تنها از مواد با ضخامت حداقل ۱٫۵ میلی‌متر ساخته شده، بدنه تابلوی خازنی اساس مقاوم و با کیفیتی را فراهم می‌کند. نوع تابلو، ایا ایستاده است یا به دیوار نصب می‌شود، از ظرفیت خازن‌های نصب شده وابسته است. تابلوهای خازنی با ظرفیت کمتر به شکل ترازویی و قابلیت اضافه و کم شدن خازن‌ها، به صورت دیواری یا ایستاده طراحی می‌شوند. این تابلوها دارای یک درب هستند که دسترسی به داخل آن را تسهیل می‌کند.

تابلو خازنی از دو سلول جداگانه تشکیل شده است، هر یک از این سلول‌ها به نحوی با یکدیگر ارتباط دارند. یک سلول برای نصب خازن، کلید یا کنتاکتور خازنی، مقاومت تخلیه خازن و دیگری برای نصب کلید اصلی، رگولاتور هوشمند، فیوز، چراغ سیگنال و پاورمتر به کار می‌رود.

در توجه به میانگین دمای خازن که نباید بیشتر از ۵ درجه از دمای محیط باشد، نصب خازن‌ها در داخل تابلو باید به نحوی انجام شود که حرارت تولید شده درون تابلو به راحتی به بیرون منتقل شود و تابلو خود دارای دریچه تهویه و در صورت لزوم سیستم تهویه مناسب باشد.

در صورتی که امکان فراهم کردن این امکانات مقدور نباشد، باید از خازن‌هایی با دمای کار بالاتر استفاده شود. دمای خنک‌کننده در نقطه گرمترین بخش از یک بانک خازنی اندازه‌گیری می‌شود که در وسط دو واحد خازنی قرار دارد.

اگر خازن تک واحدی باشد، این دما در نقطه‌ای حدوداً ۳۰ سانتی‌متر از محفظه خازن و در ارتفاعی برابر با ۲٫۳ قد خازن بالاتر از کف آن خواهد بود. مجموعه بانک خازنی (تابلوی اتصال کابل تغذیه، رگولاتور و تابلوی خازن) سوار شده بر یک شاسی توسط سازنده تابلو و به صورت یک واحد حمل می‌شود.

جبران سازی خازنی در ترانسفورماتور

مقادیر خازن‌های جبران سازی ترانسفرماتور متفاوت از سوی تولیدکنندگان پیشنهاد می‌شوند، از این رو قبل از نصب چنین سیستمی، توصیه می‌شود که از مشاوره یا نظر متخصصان استفاده شود. ترانسفورماتورهای مدرن دارای هسته‌های ورقی هستند که برای تغییر میدان مغناطیسی نیاز به توان کمی دارند. در صورت افزایش توان خازن، در زمان بی‌باری ترانس، احتمال ایجاد ولتاژهای اضافی بزرگ وجود دارد.

خازن‌هایی که دارای فیوز قدرت داخلی برای اتصال مستقیم به ترمینال ترانس هستند، فقط زمان اتصال باید به کابل اتصال خازن دقت شود که برای یک اتصال کوتاه مناسب باشد.

توجه: خازن‌های دارای فیوز قدرت داخلی را نباید از رایزر بار بیرون کشید، زیرا مصرف بار خازنی خالص ممکن است منجر به تشکیل قوس الکتریکی شود. در صورت نیاز به قطع خازن از ترانس برق دار لازم است از کلید اتوماتیک به جای کلید فیوز استفاده شود.

جبران سازی انفرادی برای موتورها

توان خازن باید حدود ۹۰% توان ظاهری موتور را در زمان بی‌باری فراهم کند. در نتیجه، در بار کامل، ضریب توان ۰٫۹ و در حالت بی‌باری ضریب توان بین ۰٫۹۵ تا ۰٫۹۸ خواهد بود.

موتورهایی که جبران سازی انفرادی دارند و خازنی به ترمینال‌های موتور متصل است، توان خازن آن‌ها به هیچ وجه بزرگ انتخاب نشود، به ویژه در دستگاه‌هایی که گشتاور بالایی دارند و پس از خاموش شدن همچنان دوران می‌کنند.

خازنی که به صورت موازی با دستگاه قرار دارد، می‌تواند موتور را مشابه ژنراتور تحریک کند و ولتاژهای بالای خطرناکی ایجاد کند که در این صورت به احتمال زیاد خساراتی به خازن و موتور وارد می‌کند. در ساده‌ترین حالت، خازن مستقیماً به ترمینال‌های موتور متصل می‌شود. در این حالت، ممکن است از حفاظت خازن صرف نظر شود زیرا فیوز موتور از خازن حفاظت می‌کند.

در صورت نصب کلید حفاظ موتور، توصیه می‌شود که جریان آستانه قطع (Trip) کمتری انتخاب شود. پس از قطع ولتاژ، خازن‌ها مستقیماً توسط سیم پیچ‌های با مقاومت پایین تخلیه می‌شوند. بنابراین مقاومت‌های تخلیه با ارزش زیادی ضروری نیستند.

جمع‌بندی

در این نوشتار  در الکتروشایلی، ما به بررسی جبران سازی ضریب توان و روش‌های مختلف آن پرداختیم. ابتدا به توضیحاتی درباره روش‌های اصلاح ضریب توان غیرفعال و فعال پرداختیم. سپس به معرفی چهار روش اصلاح ضریب توان انفرادی، مرکزی، گروهی، و مختلط پرداختیم.

سپس به طراحی تابلوهای خازنی پرداختیم، توضیحاتی درباره مواد ساخت و نحوه نصب خازن‌ها در این تابلوها ارائه دادیم. همچنین به بررسی جبران سازی تکی ترانسفورماتور و نکات مهم مربوط به نصب و استفاده از خازن‌ها در سیستم‌های الکتریکی پرداختیم.

در انتها، به مزایا و معایب جبران سازی انفرادی موتورها پرداختیم و نکات مهمی را که در نصب و استفاده از خازن‌ها باید در نظر گرفت، بررسی کردیم.