در گذشته، بانک های خازنی به نیروگاه های عمومی برق، با تکنولوژی پایین و حصار بالا منتقل می شدند. امروزه، برنامه های کاربردی بانک خازن به دستگاه های MEMS با اندازه نانو و به پست های زیرزمینی نیروگاه های بادی تبدیل شده است. صرف نظر از کاربرد آن ها، بانک های خازنی عملکردهای مشابه ذخیره و هموارسازی انرژی الکتریکی را انجام می دهند. این مقاله مبانی بانک های خازنی و کاربرد آن ها را در طیف وسیعی از کاربردهای مدرن مورد بررسی قرار می دهد.
بانک خازنی چیست؟
همان طور که از نامش پیداست، یک بانک خازنی تنها گروهی از چندین خازن با یک رتبه است. بسته به رتبه مورد نظر، بانک های خازنی ممکن است به صورت سری یا موازی به یکدیگر متصل شوند. مانند یک خازن جداگانه، از خازن ها برای ذخیره انرژی الکتریکی و تنظیم جریان آن انرژی استفاده می شود. افزایش تعداد خازن ها در یک بانک باعث افزایش ظرفیت انرژی ذخیره شده در یک دستگاه می شود.
انواع بانک های خازنی
واحد بانک خازن را معمولاً واحد خازن می نامند. واحدهای خازنی به عنوان واحد تک فاز تولید می شوند. این واحدهای تک فاز در ستاره یا دلتا به هم متصل می شوند تا یک بانک خازنی کامل 3 فاز تولید کنند. بانک های خازنی در سه نوع زیر دسته بندی می شود:
- بانک های خازنی فیوز خارجی
- بانک های خازنی فیوز داخلی
- بانک های خازنی فیوز کم تر
اجازه دهید این انواع بانک های خازنی را یکی یکی مورد بحث قرار دهیم.
بانک های خازنی فیوز خارجی
در این نوع بانک های خازنی، واحد فیوز به صورت جداگانه در اختیار هر واحد خازن قرار می گیرد. در صورت خرابی هر واحد، فیوز خارجی آن واحد منفجر می شود. با قطع سیستم خنک کننده دستگاه خازن معیوب، بانک بدون هیچ گونه وقفه به خدمات خود ادامه می دهد. در این نوع واحدهای خازنی به صورت موازی به هم متصل می شوند.
از آن جا که چندین واحد خازن به طور موازی در هر فاز بانک خازنی متصل شده اند، در صورت خرابی یک واحد، بر عملکرد کل بانک تأثیر چندانی نخواهد داشت. از آن جا که یک واحد خازن در یک فاز وجود ندارد، ظرفیت آن فاز کم تر از دو فاز دیگر خواهد بود. این امر باعث ایجاد ولتاژ بالاتر در دو مرحله دیگر بانک می شود. اگر ظرفیت یک واحد خازن در یک بانک به اندازه کافی پایین باشد، در صورت عدم وجود هیچ واحد در بانک، عدم تعادل ولتاژ زیادی ایجاد نمی شود. به همین دلیل است که رتبه VAR به ازای هر واحد خازن در یک بانک تا حد معینی محدود شده است.
در بانک های خازنی فیوز خارجی، واحد معیوب را می توان با شناسایی واحد فیوز منفجر شده از طریق بازرسی بصری به راحتی شناسایی کرد.
درجه واحد خازن معمولاً از 50 KVAR تا 40 KVAR است.
اشکال اصلی این نوع بانک های خازنی این است که در صورت خرابی هر واحد فیوز، عدم تعادل احساس می شود.
بانک های خازنی فیوز داخلی
کل بانک های خازنی در یک آرایش واحد ساخته شده است. بر اساس رتبه بندی کل بانک، چندین عنصر خازن به صورت موازی و سری متصل می شوند. هر یک از عناصر خازن به طور جداگانه با واحد فیوز محافظت می شود. همان طور که فیوزها و عناصر خازن در داخل یک محفظه قرار می گیرند، به این بانک خازنی فیوز داخلی گفته می شود. در این نوع بانک خازنی، هر عنصر خازن از نظر رتبه بندی بسیار کوچک است، به طوری که اگر هر یک از عناصر از کار بیفتند، تأثیر قابل توجهی در عملکرد بانک نخواهد داشت. بانک های خازنی فیوز داخلی می تواند به طور رضایت بخشی کار کند حتی بیش از یک عنصر خازن از کار افتاده است.
اشکال اصلی این بانک این است که در صورت خرابی تعداد زیادی از عناصر خازن، کل بانک باید جایگزین شود. هیچ محدوده ای برای جایگزینی واحد وجود ندارد.
مزایای اصلی این است که نصب آن بسیار آسان است و هم چنین نگهداری آن آسان است.
بانک های خازنی فیوز کم تر
در این نوع بانک های خازنی، تعدادی واحد فیوز مورد نیاز به صورت سری به هم متصل می شوند تا یک رشته خازن را پرورش دهند. سپس تعداد مورد نیاز این رشته ها به صورت موازی به بانک خازنی مزرعه در هر فاز متصل می شود. سپس سه بانک در فاز مشابه در ستاره یا دلتا به کل بانک خازنی 3 فاز متصل می شوند. واحدهای رشته های خازن به هیچ وجه توسط هیچ نوع ترکیب داخلی یا خارجی محافظت نمی شوند. در این سیستم، اگر یکی از واحدهای یک رشته به دلیل اتصال کوتاه از کار بیفتد، هیچ تغییر قابل توجهی در جریان از طریق این رشته ایجاد نمی شود زیرا خازن های دیگر به صورت سری در این مسیر متصل شده اند. از آن جا که تأثیر واحد اتصال کوتاه در رشته به اندازه کافی کوچک است، می توان بانک را افزایش داد تا زمان قبل از جایگزینی واحد معیوب طولانی شود. به همین دلیل است که نیازی به فیوز برای جدا کردن واحد معیوب از سیستم در این نوع بانک خازنی بلافاصله پس از خرابی واحد نیست.
مزایای اصلی بانک های خازنی فیوز کم تر عبارتند از:
- آن ها ارزان تر از دو نوع دیگر هستند.
- آن ها در مقایسه با بانک های خازنی قبلی به فضای کم تری نیاز دارند.
- شانس کم تری برای خطای پرنده، مار یا موش وجود دارد زیرا سیم اتصال دهنده می تواند به درستی در خازن فیوز کم تر عایق بندی شود.
انواع بانک خازنی بر اساس کاربرد آن
بانک خازنی نوع ثابت
منبع تغذیه شده توسط بانک خازن ثابت بدون توجه به هر گونه تغییر در ضریب توان و بار گیرنده ها ثابت است. این بانک های خازنی به صورت دستی (قطع کننده مدار / کلید) یا نیمه اتوماتیک توسط یک کنتاکتور کنترل از راه دور روشن می شوند.
این خازن ها در پایانه های بارهای القایی (عمدتا موتورها) اعمال می شوند.
عیوب
- عملکرد روشن/خاموش دستی
- تحت بارهای مختلف، kvar مورد نیاز را برآورده نمی کند.
- مجازات از طرف اداره برق
- ضریب توان نیز به عنوان تابعی از نیازهای بار متفاوت است، بنابراین حفظ ضریب توان ثابت با استفاده از جبران ثابت یعنی خازن های ثابت مشکل است.
- خازن ثابت ممکن است ضریب قدرت پیشرو را در شرایط بار سبک فراهم آورد، به همین دلیل در این حالت، اشباع ترانسفورماتورها، سوء عملکرد مجموعه های تولید کننده گازوئیل، توسط مقامات تامین کننده برق مجازات می شود.
کاربردها
- جایی که ضریب بار به طور معقول ثابت است.
- تاسیسات برقی با بار ثابت که 24 ساعت شبانه روز کار می کنند.
- جبران واکنش ترانسفورماتورها
- جبران انفرادی موتورها
- در شرایطی که درجه kvar خازن ها کم تر از 15 درصد از ترانسفورماتور منبع تغذیه باشد، مقدار ثابت جبران مناسب است.
- اندازه ترانسفورماتور بانک خازن ثابت Qc ≤ 15 k Kva
بانک خازنی نوع اتوماتیک
توان راکتیو تامین شده توسط بانک خازن را می توان با توجه به تغییرات ضریب توان و بار گیرنده ها تنظیم کرد.
این تجهیزات در نقاطی از نصب مورد استفاده قرار می گیرند که تغییرات قدرت فعال یا راکتیو نسبتاً زیاد است، برای مثال:
- در باس بارهای صفحه اصلی توزیع
- در پایانه های یک کابل تغذیه بسیار بارگذاری شده
در شرایطی که درجه kvar خازن ها کم تر از 15 درصد از ترانسفورماتور منبع تغذیه باشد، مقدار ثابت جبران مناسب است.
بالاتر از سطح 15، توصیه می شود یک بانک خازن با کنترل خودکار نصب کنید.
کنترل معمولاً توسط کنتاکتورها انجام می شود. برای جبران بارهای بسیار متغیر، اتصال سریع و بسیار تکراری خازن ها ضروری است و باید از کلیدهای ایستا استفاده کرد.
کاربردهای بانک خارنی
دنیای مدرن الکترونیک ما نیاز به انرژی زیادی دارد. برای برآوردن این تقاضا، انرژی باید به صورت برقی ذخیره شود تا دسترسی آسان باشد. خازن ها برای ذخیره بارهای بزرگ انرژی الکتریکی و هم چنین تنظیم جریان انرژی در صورت نیاز ایده آل هستند.
در این جا برخی از کاربردهای معمول برای بانک های خازنی آورده شده است:
- خازن شنت: شنت مکانیزمی است که با ایجاد مسیری با مقاومت کم، جریان الکتریکی را از نقطه دیگری در مدار عبور می دهد. در برنامه های دور زدن نویز الکتریکی، از خازن ها برای هدایت سر و صدای فرکانس بالا به زمین قبل از انتشار در سراسر سیستم، اما به ویژه در بار استفاده می شود. از بانک های خازنی شنت برای بهبود کیفیت منبع تغذیه و در نتیجه بهبود کارایی سیستم های قدرت استفاده می شود.
- اصلاح ضریب توان: در ترانسفورماتورها و موتورهای الکتریکی، از بانک های خازنی برای تصحیح تاخیر ضریب توان یا تغییر فاز در منابع تغذیه جریان متناوب (AC) استفاده می شود. ضریب توان یک سیستم قدرت AC مقایسه قدرت مورد استفاده توسط بار است که “قدرت واقعی” نامیده می شود، تقسیم بر توان ارائه شده به بار، معروف به “قدرت ظاهری”. به عبارت دیگر، ضریب توان عبارت است از نسبت کار مفید انجام شده توسط یک مدار در مقایسه با حداکثر کار مفید که می توانست در ولتاژ و آمپر جریان تأمین شده انجام شود.
در توزیع نیروی الکتریکی، از بانک های خازنی برای اصلاح ضریب توان استفاده می شود. این بانک ها برای مقابله با بارگذاری القایی دستگاه هایی مانند موتورهای الکتریکی و خطوط انتقال مورد نیاز هستند، بنابراین باعث می شود بار بیش تر مقاومتی به نظر برسد. در اصل، خازن های تصحیح ضریب توان، ظرفیت حمل جریان سیستم را افزایش می دهند. با افزودن بانک های خازنی، می توانید بار اضافی را بدون تغییر در قدرت ظاهری به یک سیستم اضافه کنید. بانک ها هم چنین می توانند در منبع تغذیه جریان مستقیم (DC) برای افزایش ظرفیت جریان موج دار منبع تغذیه یا افزایش مقدار کلی انرژی ذخیره شده استفاده شوند.
- ذخیره انرژی: مانند خازن های جداگانه، بانک های خازنی هنگام اتصال به مدار شارژ، انرژی الکتریکی را ذخیره می کنند و در صورت تخلیه، این انرژی را آزاد می کنند. خازن ها معمولاً در دستگاه های الکترونیکی برای حفظ منبع تغذیه در هنگام تعویض باتری استفاده می شوند. برای دستگاه های مصرف کننده مدرن مانند تلفن های همراه، به دلیل محدود بودن فضا، ظرفیت ذخیره سازی بالا در حجم بسیار کمی مورد نیاز است. این یک چالش است زیرا افزایش ظرفیت معمولاً به معنی افزایش سطح صفحات است.
کوچک سازی بانک های خازنی به دلیل معرفی مواد جدید بین صفحات خازن است که باعث افزایش “k” مواد دی الکتریک می شود.
راه دیگر افزایش ظرفیت افزایش مقاومت دی الکتریک است. عنصر “k” مجاز نسبی مواد دی الکتریک بین صفحات است. برای فضای آزاد، “k” برابر است با وحدت یا یک. برای سایر رسانه ها، “k” بزرگ تر از یک است. خازن های فیلم و الکترولیت نمونه های معمولی از دستگاه هایی هستند که مناسب این کاربردها هستند.
ما را در اینستاگرام دنبال کنید.
