طراحی بانک خازن و نحوه محاسبه بانک خازنی

بانک خازنی

بانک خازن چیست چه طور محاسبه می شود؟

مزایای نصب بانک خازنی-رگولاتور بانک خازنی-گزینش تجهیزات جانبی خازن-تعرفه های قیمت انرژی-تعیین ظرفیت پله اول و آرایش پله ها-چیدمان پله های بانک خازن

[/text_box] [/ux_banner]

بانک خازنی چیست؟

بانک خازنی مجموعه ای از خازن هایی است که به صورت سری یا موازی با یکدیگر برای ذخیره ی انرژی الکتریکی به یکدیگر وصل می شوند. سپس بانک حاصل برای خنثی کردن یا تصحیح تاخیر ضریب توان یا تغییر فاز در منبع تغذیه متناوب(AC) استفاده می شود . آن ها همچنین متوانند در منبع تغذیه جریان مستقیم(DC) مورد استفاده قرار بگیرند.

بانک خازن از یک تابلو برق ، خازن سه فاز ، رگولاتور بانک خازنی ، کنتاکتور خازنی ،کلید ورودی، کلید فیوز وفیلتر هارمونیک تشکیل شده است.

خرید تابلو بانک خارنی

شرکت میلان الکترونیک آسیا به همراه تیم حرفه ای و با تجربه خود سالهاست در زمینه طراحی و تولید تابلو های برق در اتوماسیون صنعتی فعالیت دارد و برای استعلام قیمت و خرید تابلو های بانک خازنی کافیست با ما متخصصین ما تماس بگیرید.

مزایای نصب بانک خازنی

با نصب خازن یا بانک خازنی می توان ضریب قدرت را بهبود بخشید . بهود ضریب قدرت یک دستگاه الکتریکی به معنای تولید نسبت خاصی از انرژی راکتیو است که خودش از آن استفاده می کند.سیستم های متعددی برای تولید انرژی ری الکتیو وجود دارد که از جمله ان می توان به متعادل کننده آسنکرون خاص وخازن شنت اشاره کرد.

رگولاتور بانک خازنی

رگولاتور بانک خازنی همچون مغز متفکری است که در بانک های خازنی وجود دارد و ساختاری الکترونیکی و میکروپروسسوری دارد. از این رو تمام دستورات در زمینه فرمان قطع و وصل پله های خازنی بر عهده این رگولاتور ها است.

رگولاتورها عموما برای ارسال دستور قطع و وصل به کنتاکتور ها نیاز دارند . پس یک بانک خازنی برای این که سیستم نرمال و متعادلی داشته باشد نیاز به رگولاتور و کنتاکتور دارد.

بانک خازنی چه طور محاسبه می شود؟

گزینش تجهیزات جانبی خازن

خازن بر خلاف دیگر تجهیزات برقی همیشه تحت اضافه بار است. بر این اساس در استاندارد تعیین شده است که خازن ها باید حداقل 35% اضافه جریان را به صورت دائمی تحمل نمایند با توجه به این موضوع (اضافه بار همیشگی) و اینکه جریان خازن از فیوز، شین و کنتاکتور عبور می کند لازم است تمامی تجهیزات خازن بر اساس 30% اضافه جریان انتخاب گردند.

مثال

برای انتخاب کنتاکتور و فیوز برای یک پله 12.5 کیلوواری به صورت زیر عمل می نماییم:

 

حل مثال

ابتدا جریان نامی خازن را با فرمول زیر بدست می آوریم

Ic=QC/1.73*UV

Ic=12500/1.73*400=18A

بدین ترتیب جریان معیار طراحی بدین صورت بدست می آید؛

IL=1.3*IC

IL=1.3*18=23.4

بنابراین کنتاکتور، سیم و فیوز مناسب باید جریان نامی آن برابر یا بیشتر از 23.4 آمپر باشد.

تعرفه های قیمت انرژی

در محاسبه قیمت انرژی؛ حداکثر مصرف انرژی اکتیو و انرژی راکتیو به صورت مجزا در نظر گرفته می شوند.‏
البته در صورت محاسبه جداگانه تعرفه های روز و شب، برای محاسبه نهایی از اطلاعات روز استفاده می شود. می توان چنین در ‏نظر گرفت که توان خازن برای پوشش جریان راکتیو شب کافی می باشد.‏

در بیشتر قراردادها حداکثر مصرف راکتیو برابر %50 مصرف اکتیو در نظر گرفته شده است. مصرف راکتیو در صورتی مشمول ‏هزینه میشود که بیش از %50 مصرف اکتیو باشد که این مصرف متناظر با ضریب توان 0.9 است بنابراین توصیه می شود برای ‏محاسبه عدد بالاتری مانند 0.92 محاسبات را لحاظ نمایید تا توان رزرو خازنی داشته باشیم.‏

جهت دریافت قیمت تابلو برق سه فاز صنعتی می‌توانید به صقحه خرید تابلو برق مراجعه کرده و اطلاعات تابلو بانک خازنی خود را برای ما ارسال کنید و یا از طریق شماره مستقیم 09127876515 با ما تماس بگیرید.

در ادامه با چند مثال محاسبات مربوط به مقادیر مورد نیاز در این مورد را بررسی می کنیم.

مثال1

اطلاعات از صورت حساب برداشته شده بشرح زیر است، توان خازن مورد نیاز را بدست آورید:‏

حداکثر مصرف = 99 کیلووات

انرژی اکتیو مصرف شده = 17820 کیلووات

انرژی راکتیو مصرف شده = 19840 کیلووار ساعت

حل مثال

ابتدا تانژانت فی را بدست می آوریم؛

TANQ = اکتیو/راکتیو

TANQ = 19840/17850 = 1.11

  با توجه به جدول ضرایب (دانلود جدول ضرایب با کیفیت بالا در انتهای پست) عدد 0.68 به دست می آید و توان خازنی مورد نیاز به صورت زیر محاسبه می شود؛

KW*0.68=67.32KVAR

مثال2

اطلاعات یک کارگاه به صورت زیر می باشد قدرت خازن مورد نیاز را در حالت ستاره و مثلث محاسبه نمایید:

توان : 220Kw

ولتاژ : 440v

فرکانس : 50Hz

ضریب توان فعلی : 0.7

ضریب توان مطلوب : 0.9

Cos Q1 = 0.7 – tan Q1= 1.02

Cos Q2 = 0.9 – tan Q2 = 0.48

QC = P*(tan Q1– tan Q2)

220*1000*(1.02 – 0.48) = 118.8Kvar

حل مثال

در حالت ستاره داریم:

VC=VL/1.73=440/1.73=254V

C-Star=QC/ (VL) 2*2*3.14*F

C-Star =118.8*1000/3* (254)^2*2*3.14*50=1954

در حالت مثلث داریم:

VCVL=440V

C-Delta=QC/3*(VL) 2*2*3.14*F

C-Delta =118.8*1000/3*(440)^2*2*3.14*50=651

*پاسخ ها بر اساس میکرو فاراد هست

مثال3

مشخصات پلاک موتور تک فازی به شرح زیر است، این موتور باید تا ۰.۹۵ جبران شود قدرت خازن را بدست آورید.

مشخصات پلاک موتور:

1.4Kw              220v              12A              Cosφ=0.78              50Hz

حل مثال

برای محاسبه توان راکتیو مدنظر و پس از آن خازن مدنظر باید ابتدا توان ورودی را محاسبه نماییم، دقت داشته باشید که توان نوشته شده بروی پلاک موتور (1.4KW) برای توان خروجی می‌باشد.

Pin = Uline * Iline * Cos φ = 220 * 12 * 0.78 = 2.06 Kw

  معادله اصلی محاسبه توان راکتیو به شکل زیر می‌باشد که در آن نیاز به محاسبه تانژانت ضریب توان قدیمی و جدید می‌باشد.

QC = Pin * (Tan φ1 – Tan φ2)

  پس شروع به محاسبه تانژانت‌های مدنظر می‌کنیم:

Cos φ1 = 0.78 , Tan φ1 = 0.8026

Cos φ2 = 0.95 , Tan φ2 = 0.3288

QC = Pin * (Tan φ1 – Tan φ2) = 2.06 * (0.8026 – 0.3288) = 0.976 KVAR

  برای محاسبه خازن برحسب میکروفاراد کافیست از رابطه زیر استفاده نمایید (مقدار توان راکتیو را به صورت Kvar قرار دهید):

CµF = Qc / (2π * f * V2) *109

  با جایگذاری اعداد بدست آمده مقدار خازن برابر است با:    63.8µF

مثال4

مشخصات یک موتور سه فاز به شرح زیر است، این موتور باید تا Cosφ=0.95 جبران شود مطلوب است محاسبه ظرفیت خازن ها در اتصال مثلث.

مشخصات پلاک موتور به شکل زیر است:

22Kw             220/380V             78/45A             50Hz             Cosφ=0.84

حل مثال

مجددا باید درنظر داشته باشید که عدد نوشته شده بروی پلاک موتور توان خروجی می‌باشد و ما باید ابتدا توان ورودی را محاسبه نماییم.

معادله اصلی توان ورودی موتور سه فاز بدون درنظر گرفتن نوع اتصال به شکل زیر است:

Pin = 3 * Uphase * Iphase * Cos φ

  *ضریب ۳ به دلیل سه فاز بودن می‌باشد.

در اینجا کافیست یک حالت را انتخاب کنید مثلا ما سیم‌پیچی ستاره را انتخاب می‌کنیم:

در حالت ستاره روابط زیر برقرار هستند:

Vline = √3 * Vphase

Iline = Iphase

  با دانستن اینکه اعداد نوشته شده بروی پلاک موتور مرتبط با مقادیر Line (خط) می‌باشند معادله توان خروجی (حالت ستاره) به شکل زیر تبدیل خواهد شد:

Pin-Y = √3 * Vline * Iline * Cosφ

Pin-Y = 1.73 * 380 * 45 * 0.84 = 24.9 Kw

  پس توان ورودی برای حالت ستاره برابرست با ۲۴.۹ کیلووات، برای اینکه مطمئن شوید که این عدد برای حالت مثلث نیز صادق است مجددا توان ورودی را برای حالت مثلث محاسبه می‌کنیم:

Pin = 3 * Uphase * Iphase * Cos φ

در حالت مثلث روابط زیر برقرار هستند:

Vline = Vphase

Iline = √3 * Iphase

مجددا مقادیر فوق را در رابطه اصلی توان قرار می‌دهیم:

Pin-D = √3 * Vline * Iline * Cosφ

Pin-D = 1.73 * 220 * 78 * 0.84 = 24.9 Kw

پس مشاهده کردید که تفاوتی ندارد اتصال را ستاره درنظر بگیریم یا مثلث، در هر دو حالت توان ورودی برابر با ۲۴.۹ کیلووات خواهد شد

فرمول نهایی محاسبه توان راکتیو به شکل زیر می‌باشد:

QC = Pin * (Tan φ1 – Tan φ2)

مقادیر تانژانت نیز به شکل زیر محاسبه می‌شوند:

Cos φ1 = 0.84 , Tan φ1 = 0.646

Cos φ2 = 0.95 , Tan φ2 = 0.3288

QC = Pin * (Tan φ1 – Tan φ2) = 24.9 * (0.646 – 0.3288) = 7.9 KVAR

  تا اینجای کار Var کل سه فاز را محاسبه کرده‌ایم برای هر فاز باید این عدد را تقسیم بر ۳ نماییم:

Qphase = Qtotal / 3

   توان راکتیو هر فاز برابر است با: ۲.۶۳ کیلووار

برای محاسبه خازن برحسب میکروفاراد کافیست از رابطه زیر استفاده نمایید (مقدار توان راکتیو را به صورت Kvar قرار دهید):

نوع اتصال خازن‌ها را نیز مثلث درنظر می‌گیریم چرا؟

اتصال مثلث توان راکتیو بیشتری به ما خواهد داد.

اگر یک خازن به مشکل بخورد باقی فازها مشکلی نخواهند داشت.

اتصال مثلث خازن‌ها سبب حذف هارمونیک جریان می‌شود.

تنها مشکل اتصال مثلث در ولتاژهای بالا بوده که سبب استرس زیاد به خازن‌ها می‌شود.

CµF = Qc / (2π * f * V2) *109

CµF = 2.63 / (2π * 50 * 2202) *109

  با جایگذاری اعداد بدست آمده مقدار خازن هرفاز برابر است با:    173µF

مثال5

خازن سه فاز با قدرت Qc=200KVAR مفروض است. در صورتیکه ولتاژ خازنUV=15KV باشد مطلوب است محاسبه ظرفیت و جریان خازن.

حل مثال

C-Delta=200000/3*152*314=0.94

IL=200/15*1.73=7.7A

IC=IL/1.73=7.7/1.73=4.44A

مثال6

یک ترانسفورماتور سه فاز به قدرت KVA75 دارای ولتاژ ثانویه 500 ولت است و در CosQ = 0.7 با بار کامل کار می کند. از آنجا که به توان بیشتری نیاز است باید بررسی شود در صورتی که ضریب توان برابر یک شود چه مقدار دیگر توان اکتیو نیاز داریم و قدرت خازن چه مقدار است؟

حل مثال

P=PS*CosQ=75*0.7=52.5KW

 توان اضافه شده در CosQ =1برابر می شود با:

22.5=52.2 – 75

CosQ =0.7 TanQ =1.02

Q=P*TanQ=52.5*1.02=53.5KVAR قدرت خازن

مثال7

توان اکتیو مصرف کننده ایی Kw80 و ضریب قدرت آن 0.7 می باشد، می خواهیم ضریب توان را به 0.95 برسانیم. قدرت خازن مورد نیاز را با توجه به جدول بدست آورید.

حل مثال

با توجه به جدول برای cosQ1=0.7 و CosQ2=0.95 ضریب F=0.69 بدست می آید بنابراین:

QC=P*F=80*0.69=55.2KVAR

تعیین ظرفیت پله اول و آرایش پله ها

در صورت داشتن منحنی تغییرات توان اکتیو بر حسب زمان، با استفاده از شیب منحنی می توان ظرفیت اولین پله را تعیین کرد.

و در صورت نداشتن منحنی، می توان از دو قانون زیر استفاده کرد:

الف) در صورتی که لازم باشد رگولاتور به 5% تغییرات بار پاسخ دهد پله اول را 5% ظرفیت کل تابلو انتخاب می نماییم.

به عنوان مثال؛ در یک بانک 200 کیلووار، پله اول 10 کیلووار باری با ضریب توان ذاتی 0.7 را جبران می کند. یعنی؛ به ازای هر 15 کیلووات تغییر در بار، یک پله وارد یا خارج می شود (ضریب توان مطلوب 0.95 فرض شده است).

ب) در صورت عدم نیاز به تنظیم دقیق یا تغییرات بزرگ بار، برای آنکه رگولاتور به 10% تغییرات بار پاسخ دهد لازم است پله اول 10% ظرفیت کل را اختیار نماید. بدین معنی که در شرایطی مانند حالت (الف) به ازای هر 30 کیلووات تغییر در میزان توان، 20 کیلووار به مدار وارد یا خارج گردد.

چیدمان پله های بانک خازن

شرایط قانون (الف) را در نظر می گیریم؛ پله اول برابر 10 کیلووار می باشد برای رسیدن به ظرفیت 200 کیلووار به 20 عدد پله 10 کیلوواری نیاز داریم که این عدد زیاد است و درنهایت سبب افزایش قیمت تمام شده بانک خازنی می گردد. روش دیگر استفاده از توالی ……..1:2:2:2 می باشد در این صورت تعداد پله ها به 10 عدد کاهش می یابد ولی نمی توانیم به ظرفیت 200 کیلووار برسیم تنها راه حل؛ نصب یک پله ثابت 20 کیلوواری است که این نیز روش مناسبی نمی باشد.

محدودیتی که مشاهده شد سبب انگیزه برای ایجاد دیگر آرایش ها و توالی های پله خازنی شد و آرایش هایی مانند ……1:2:2:4:8 و…….1:2:4:8:8:8 به وجود آمد. اخیرا رگولاتور هایی طراحی شده اند که می توانند آرایش 1:2:4:8:16:32:64 را پشتیبانی نمایند که با استفاده از چنین رگولاتور هایی می توان بانکی به ظرفیت 1270 کیلووار با پله اول 10 کیلووار ایجاد نمود.

 

شرکت میلان الکترونیک آسیا با کارشناسان حرفه ای و با تجربه  در زمینه برق ، اتوماسیون صنعتی و پروژه های سیستم کنترل و سیستم اسکادا و سازنده تابلوهای برق و سیستم کنترل می باشد.این شرکت با پشتوانه تجربه طراحی و ساخت انواع تابلو های کنترل بکار رفته در صنایع مختلف کشور ،توانایی ساخت انواع تابلو برق های مختلف  را دارا می باشد .

جهت مشاوره ی رایگان شماره خود را قرار دهید تا کارشناسان میلان با شما تماس بگیرند.

سوالات متداول: