دیزل برق-نیروگاه برق-هارمونیک

کاهش هارمونیکهایی که بوسیله محرکهای دور متغیر ایجاد گردیده اند

دیزل برق-نیروگاه برق-هارمونیک

دیزل برق-نیروگاه برق-هارمونیک

 

 

 

در شبکه های مدرن فشارضعیف مصرف کنندگان زیادی وجود دارند که از شبکه جریان غیر سینوسی می کشند .این جریایانها به دلیل وجود امپدانس شبکه باعث ایجاد افت ولتاژ میگردند.افتی که باعث تغییر شکل ولتاژ سینوسی شبکه می شود. این آثار طبق بسط فوریه میتوانند به هارمونیک پایه(اصلی) و تک تک هارمونیک ها تجزیه شوند.فرکانس هارمونیک مضرب صحیحی از فرکانس پایه هستند
مثال:
فرکانس شبکه ۵۰ هرتز فرکانس هارمونیک پنجم برابر با ۲۵۰ هرتز میباشد

مصرف کنندگان خطی عمدتا عبارتند از :
۱)مقاومت های اهمی
۲)موتورهای سه فاز
۳)خازنها

مصرف کنندگان غیر خطی (مولدین هارمونیک)عمدتا عبارتند از:
۱)ترانسفورماتورها
۲)بوبین ها
۳)یکسوکننده ها
۴)مبدل های AC/DCوDC/DC به خصوص موتورهای القایی و مدارهای کنترل دور
۵)کوره های با قوس الکتریکی و القایی.دستگاه جوش
۶)دستگاه های USP
۷)منابع تغذیه سوییچینگ تک فاز در مصرف کننده های مدرن الکترونیکی مانند تلویزیون.ویدیو.کامپیوتر.چراغهای کم مصرف

هارمونیکها نه فقط در شبکه های صنعتی بلکه به طور روز افزون در مصارف خانگی تولید میشوند.از تولید کنندگان هارمونیک عمدتا هارمونیکهای فرد به شبکه تزریق می شوند.به همین دلیل هارمونیکهای ۳٫۵٫۹٫۱۱ پدید می آیند.

هارمونیک چطور به وجود می آید؟
در شبکه های فشار ضعیف داخلی بخصوص وقتی محرکهای تحت کنترل در محل نصب هستند.
در هر خانه.در هر تلویزیون .کامپیوتر.چراغهای کم مصرف با بالاست های الکترونیکی.
به دلیل تعداد زیاد مصرف کنندگان اینگونه بارها.جریانهای هم فاز آنها در ساعات شب در بعضی ازشبکه های ولتاژ.رزونانس پدید می آید

مقادیری که از سوی سازندگان برای مقدار خازنهای جبران سازی ترانس پیشنهاد می گردد یکسان نیست.به همین دلیل قبل از نصب یک چنین سیستم جبران سازی مشاوره با پیشنهاد دهندگان توصیه میشود.ترانس های مدرن دارای ورقه های هسته ای هستند که برای تغییر میدان مغناطیسی احتیاج به توان کمی دارند.در صورت بالا بودن توان خازن هنگام بی باری بودن ترانس امکان بروز اضافه ولتاژهای بزرگ وجود دارد. در هنگام اتصال خازن باید در نظر داشت که کابل اتصال خازن برای یک قدرت اتصال کوتاه مناسب باشد.

جدول پیشنهاد انتخاب برای جبران سازی ترانس

 قدرت ظاهری ترانسKVA  قدرت راکتیو خازنKVAR
 ۱۰۰الی۱۶۰  ۲٫۵
 ۲۰۰الی۲۵۰  ۵
 ۳۱۵الی۴۰۰  ۷٫۵
 ۵۰۰الی۶۳۰  ۱۲٫۵
 ۸۰۰  ۱۵
 ۱۰۰۰  ۲۰
 ۱۲۵۰  ۲۵
 ۱۶۰۰  ۳۵
 ۲۰۰۰  ۴۰

توجه:نباید فیوزهای قدرت خازنهای دارای فیوز قدرت داخلی زیر بار کشیده شوند زیرا به دلیل مصرف بار خازنی خالص باعث تشکیل قوس الکتریکی می شود.در صورت نیاز به قطع خازن از ترانس برقدار لازمست تا از کلید اتوماتیک بجای کلید فیوز استفاده شود.

رگولاتور چیست؟

رگولاتور دستگاهی است که با اندازه گیری ضریب توان بار به مقدار مورد نیاز خازن به مدار وارد می نماید

اصول کار رگولاتور:
فرض کنید بخواهیم بصورت دستی و بوسیله دستگاههای اندازه گیری توان اکتیو و راکتیو ضریب توان را اصلاح نماییم همچنین فرض می نماییم که ۵ خازن هم ظرفیت Q کیلو واری نیز در اختیار داریم روند تنظیم به شرح ذیل است:
۱)اندازه گیری توان اکتیو و راکتیو
۲)محاسبه ضریب توان با استفاده از رابطه COSQ=P/PS
۳)محاسبه توان راکتیو مورد نیاز برای رسیدن به ضریب توان مطلوب(Q=P*(TANQ1-TANQ2
۴)تزریق Qکیلو وار راکتیو به مدار
دو حالت پیش میآید:
حالت الف)Qکیلو وار معادل ۳٫۸Qاست یعنی به سه پله و ۰٫۸ یک پله نیاز داریم ولی نمی توانیم ۰٫۸ یک پله را وارد مدار نماییم دو انتخاب وجود خواهند داشت:
وارد کردن ۳ پله(به ضریب توان مطلوب نخواهیم رسید)
وارد کردن ۴ پله (ضریب توان از مقدار تنظیم شده بزرگتر خواهد شد)
حالت ب)Qکیلو وار معادل ۴٫۴Qیعنی به ۴ پله و ۰٫۴ یک پله نیاز داریم مجددا مانند حلت الف دو راه وجود دارد
وارد کردن ۴ پله که منجر به ضریب توانی کوچکتر از مقدار تنظیم شده می گردد
وارد کردن ۵ پله که به ضریب توان بزرگتری دست خواهیم یافت
چنین وضعیتی دقیقا در رگولاتور نیز رخ می دهد
فرض کنید که قبلا مقداری خازن وارد مدار شده و ضریب توان اندازه گیری شده (محاسبه شده) از ضریب توان مطلوب بزرگتر است لازمست تا فرضا ۱٫۲Qاز خازنهای متصل قطع شوند یک خازن را قطع نماییم یا دو خازن را؟
در رگولاتورها معمولا مقدار راکتیو مورد نیاز را به مضربی از کوچکترین پله گرد می نمایند. دو مثال زیر دو حالت متفاوت تصمیم گیری و عملکرد رگولاتور را نشان می دهد.
در رگولاتوری اگر ۳٫۴ پله مورد نیاز باشد ۳ پله وارد و اگر ۳٫۶ پله مورد نیاز باشد ۴ پله وارد می گردد. در رگولاتور دیگری به جای ۳٫۷ پله ۴ پله و به جای ۳٫۶۹ پله وارد مدار می نماید.
همانگونه که مشخص شد باید در تنظیم و اصلاح ضریب توان درصدی خطا را بپذیریم
سوال اینجاست که راه حل مطلوب چیست:
در پاسخ باید گفت بهتر است اندازه پله های Q کوچک باشند ولی محدودیت این راه حل در آنجاست که تعداد کنتاکتور ها و تجهیزات لازم صرف نظر از آمپراژ آنها بالا رفته و هزینه بالا میرود.
بنابراین مناسبترین راه این است که اگر میزان خازن مورد نیاز Q کیلو وار باشد باید مقداری را در پله های بزرگتر و بقیه را در پله های کوچکتر تهیه نمود. در این حالت نوسان و خطا در نزدیکی پله کوچکتر صورت میگیرد

ضریب C/K:

نسبت C/K روی رگولاتور در حقیقت تعیین کننده دقت یا خطای تنظیم است.که بدین معنی است:
C:میزان توان کوچکترین پله
K:نسبت تبدیل ترانسفورمر جریان در مسیر رگولاتور
مشاهده میشود که با کوچکتر بودنC میزان حساسیت تنظیم روی درجه C/K بهتر میشود.
در مجموع در تنظیم رگولاتور شبکه بانکهای خازنی باید به نکات ذیل توجه داشت:

۱:ولتاژی که برای رگولاتور توسط سازنده در نظر گرفته شده است با ولتاژشبکه یکسان باشد
۲:ترانسفورمر جریان برای تغذیه رگولاتور حتما باید در ورودی برق اصلی قرار گیرد تا هم جریان خازن را اندازه گیری کند و هم جریان بار را
۳:مقدار C/K بیشتر از مقدار تنظیم شده نباشد در غیر این صورت میزان خطا افزایش می یابد
۴:مقدار c/k کمتر از مقدار تنظیم شده نباشد در غیر اینصورت میزان خطا کمتر میشود ولی امکان نوسان(قطع و وصل متوالی)یک پله وجود دارد

در شبکه های جریان متناوب توان ظاهری که از مولدها دریافت میشود به دو بخش توان اکتیو و راکتیو تقسیم میشود چگونگی این تقسیم به شرایط مدار بستگی دارد هر قدر که ضریب توان به یک نزدیکتر باشد سهم توان اکتیو بیشتر است این اتفاق در مداراتی رخ میدهد که مصارف اهمی آن بیشتر باشد مانند سیستم روشنایی و یا تولید گرما توسط انرژی برق . اما سهم عمده مصارف شبکه ها را مصرف کننده های اهمی سلفی دریافت می کنند مانند الکترو موتورها ترانسفور ماتور های توزیع و چوکها که در آن ها سیم پیچ یا سلف نقش اصلی را ایفا میکند در سیم پیچ ها به علت خاصیت ذخیره سازی انرزی الکتریکی  به صورت میدان مغناطیسی توان همواره بین شبکه و سلف ردو بدل میشود سلف در یک چهارم زمان تناوب توان دریافت میکند و در یک چهارم بعدی زمان توان را به شبکه پس میدهد . درست است که نتیجه ریاضی این عمل یعنی عدم مصرف انرژی زیرا توان داده شده به سلف با توان دریافت شده از آن برابر است اما در عمل این اتفاق رخ داده نمیشود زیرا توان پس داده شده به شبکه امکان استفاده را برای مولد ایجاد نمیکندو این توان در هر حالتی از مولد دریافت میشود. و برای رسیدن به مصرف کننده های اهمی وسلفی از شبکه توزیع شامل سیما و کابل ها و ….. عبور کرده نتیجه اینکه سلف توانی از مولد دریافت کرده و به آن پس میدهد و این توان قابل استفاده نیست و در مسیر عبور تلف میشود . مصرف کننده های اهمی سلفی به این توان نیاز دارند اما این توان برای شبکه مضر است و زیانهایی را در پی دارد از جمله :اضافه شدن جریان مولد و در نتیجه نیاز به مولد هایی با توان بیشتر و چون جریان شبکه زیاد میشود  به سیمها و کابل هایی با سطح مقطع بالاتر برای کاهش افت ولتاژ نیاز است و این موضوع هزینه اولیه شبکه را افزایش می دهد
برای رفع مشکل فوق از خازن جهت جبران سازی توان راکتیو استفاده میشود  بدین صورت که خازن مانند سلف در یک چهارم پریود موج متناوب توان دریافت میکند و در یک چهارم بعدی توان را تحویل میدهد پس خازنها هم همانند سلف باعث افزایش توان راکتیو شبکه میشوند اما اتفاق جالب زمانی رخ میدهد که خازن وسلف با هم در شبکه قرار گیرند . این دو بر عکس هم عمل میکنند پس توان راکتیو فقط یک بار از شبکه دریافت می شود و در زمانهای بعد بین آنها تبادل میشود بدون اینکه مولد این توان را تحمل کند به این خازنها خازنهای اصلاح ضریب توان می گویند و وظیفه آنها تامین توان راکتیو مورد نیاز مصرف کننده های اهمی سلفی است  خازنهای اصلاح ضریب توان باید در شبکه به صورت موازی قرار گیرند برای اینکار در شبکه تکفاز باید به فاز و نول وصل شوند و در شبکه های سه فاز پس از اتصال به صورت ستاره یا مثلث آنگاه به سه فاز متصل شوند این خازن ها باید از نوعی انتخاب شوند که به صورت دایمی در مدار قرار گیرند پس باید ولتاژشبکه را تحمل کنند در محاسبه خازن از انواعی انتخاب میشود که ولتاز مجاز آن ۱۵% بیشتر از ولتاژ شبکه باشد


تاثیر ضریب توان در تولید و انتقال انرژی

در صورتیکه توان اکتیو انتقال داده شده ثابت باشد با کوچک شدن ضریب توان  توان راکتیو بزرگ شده و جریان خط نیز زیاد میشود به فرض مثال اگر خواسته باشیم توان اکتیو ۳۰۰kw را با اختلاف سطح ۳۸۰ ولت انتقال دهیم در صورتیکه ضریب توان برابر یک باشد شدت جریان خط ۴۵۶ آمپر است ولی اگر همین توان را با ضریب توان ۰٫۶ انتقال دهیم جریان خط به ۷۶۰ آمپر میرسدو این ازدیاد جریان بخاطر کوچک شدن ضریب توان باعث تلفات حرارتی زیاد تر در خط میشود
تلفات حرارتی برابر است با:

   VT= i2 * RW
تلفات حرارتی  خطوط انتقال انرژی گرچه به نظر نمی آیند اما اغلب ایجاد تلفات و خسارات زیادی می کنند
بطور مثال فرض کنیم مصرف واته یک کارگاهی در شبکه سه فاز ۳۸۰ ولت فقط ۵۰KW باشدو توسط سیم هوایی با مقطع  ۵۰mm2 و مقاومت اهمی ۰٫۳۷= RWتامین گردد اگر ضریب توان الکتریکی در این کارگاه COSQ=0.6 باشدجریان خط برابر است:

                                        ۱۲۶  =  I=50000/1.73*380*0.6

و اگر COSQ=0.9باشد جریان خط با همین توان برابر است با:

۸۵=  I=50000/1.73*380*0.9
و تلفات حرارتی سیم در COSQ=0.6 برابر است با:

۵۸۷۰  =۰٫۳۷ *۱۲۶۲ =   VT=I2*RW
در صورتیکه در COSQ=0.9برابر میشود با:

۲۶۷۰  =۰٫۳۷ * ۸۵۲= VT=I2*RW

چنانچه دیده میشود اگر کارگاهی با ضریب توان بد کار کند تلفات حرارتی سیم نیز زیاد میشود.
ازدیاد شدت جریان بخاطر کوچک بودن ضریب توان باعث زیاد شدن سطح مقطع رسانه ها(سیم ها و کابل ها)و در نتیجه زیاد شدن قیمت ثابت تاسیسات میشود در صورتیکه مصرف کننده ها نزدیک نیروگاه یا تبدیلگاه باشند و فاصله انتقال نیرو کوتاه باشد این اضافه قیمت چندان موثر نخواهد بود ولی اگر فاصله نیروگا تا پست ترانسفور ماتور یا مصرف کننده زیاد باشد این اضافه قیمت ممکن است به حدی برسد که نیروگا نتواند انرژی الکتریکی خود را بطور اقتصادی و با قیمت مناسب به مصرف کننده برساند.
بطور مثال فرض کنیم مصرف اکتیو کارگاهی که دارای تعداد زیادی موتور آسنکرون است ۵۰۰KW با COSQ=0.85 باشداگر اختلاف سطح شبکه ۳۸۰ ولت باشد جریان ظاهری این کارگاه برابر است با:

۹۰۰ = ۰٫۸۵* ۳۸۰* ۱٫۷۳/ ۵۰۰۰۰۰  = I=Pe/1.73*U*COSQ
اگر فاصله نزدیکترین پست ترانسفور ماتور به کارگاه کم باشد میتوان از دو کابل موازی NYYبا مقطع  ۲۴۰*۳ استفاده کرد ولی اگر COSQ=0.5 جریان لازم برابر میشود با:

I=500000/1.73*380*0.5=1520
و در این صورت برای انتقال ۵۰۰KW چهار کابل ۱۸۵ ویا سه کابل ۳۰۰*۳ لازم است چنانچه دیده میشود هزینه ثابت برق رسانی خیلی زیاد میشود
کاملا روشن است که متناسب با زیاد شدن جریان علاوه بر کابل  کلیدها و فیوزها وتابلو و بالاخره تمام وسایل مربوط به انتقال و توزیع جریان نیز بزرگ میشوند که علاوه بر اینکه مشکلاتی در امر اجرای آن بوجود می آورد باعث گران تر شدن هزینه تاسیسات نیز خواهد شد.
در ضمن کم شدن ضریب توان باعث میشود که نتوان از تمامی قدرت ترانسفور ماتور استفاده کرد . جدول زیر توان ظاهری را متناسب با COSQ برای توان اکتیو Pe=100kw
نشان میدهد.

 

 ۰٫۱  ۰٫۲  ۰٫۳  ۰٫۴  ۰٫۵  ۰٫۶  ۰٫۷  ۰٫۸  ۰٫۹  ۱  COSQ
 ۱۰۰۰ ۵۰۰ ۳۳۰ ۲۵۰  ۲۰۰ ۱۶۷ ۱۴۳ ۱۲۵ ۱۱۱ ۱۰۰  توان ظاهری

این جدول نشان میدهد که برای تامین توان اکتیو Pe=100kwبا COSQ=0.8 باید:
 
                                                           ۱۲۵= ۰٫۸/ ۱۰۰ = Ps=Pe/COSQ
پس ۱۲۵KVA توان ظاهری موجود می باشد.در صورتیکه اگر COSQ=0.4باشد توان ظاهری لازم
Ps=250KVA است(با توجه به جدول فوق) و این بدان معنی است که برای تامین توان اکتیو Pe=100kwدر COSQ=0.8 یک ترانسفور ماتور ۱۲۵KVA کافی است در صورتیکه برای همین توان اکتیو در COSQ=0.4 قدرت ترانسفور ماتور باید ۲۵۰KVA باشد یا دو ترانسفور ماتور ۱۲۵KVA لازم ااست.
با توجه به مثالهای فوق ارزش و اهمیت واقعی COSQدر هر کارگاه و کارخانه ایی معلوم می شود و سعی بر این است که نیرو گاه ها با ضریب توان خوب و حتی الامکان نامی خودشان کار کنند. برای اینکه مصرف کننده ها مجبور به بالا بردن ضریب توان خود باشند قیمت برق مصرفی را تابعی از COSQ میکنند ویا از کنتور راکتیو در کنار کنتور اکتیو استفاده می شود.
برای حل مشکل فوق باید COSQ را در حد مطلوب نگه داریم و این عمل بوسیله جبران کننده ساکن (تابلو خازن )انجام میشود


تاثیر موتور های آسنکرون بروی COSQ

اغلب موتورهای آسنکرون بعلت جریان مغناطیسی که لازم دارند باعث خراب کردن COSQ شبکه می شوند و هر چه قدرت موتور بیشتر باشد جریان مغناطیس کننده آن نیز بیشتر میشود. در ضمن ضریب توان موتور بستگی به بار آن دارد بطوریکه موتورها برحسب نوع و ساختمانشان در موقع بار نامی دارای COSQ بین ۰٫۷۵ تا ۰٫۸۸ هستند و در نیمه باری دارای COSQ بین ۰٫۴۵ تا ۰٫۶ و بی باری COSQ آنها حتی به ۰٫۲ می رسد.
علت این متغیر بودن COSQ نسبت به بار این است که موتور ها در موقع بدون بار نیز جریان مغناطیسی زیادی از شبکه می گیرند در صورتی که توان واته آن خیلی کم و فقط در اندازه ایست که تلفات ماشین پوشانده شود .بدین جهت اگر بخواهیم مصرف دواته یک کارخانه ایی را محدود کنیم کافیست که قدرت موتورها متناسب با قدرت ماشین افزار انتخاب شوند. بعبارت دیگر قدرت موتورها بزرگتر از قدرت مکانیکی که از موتور گرفته می شود و کاری که انجام می دهد نباشد.
در ثانی باید از حرکت بدون بار ماشین ها حتی الامکان جلو گیری کرد و اگر نحوه کار ماشینها طوریست که موتورها مدت نسبتا زیادی بدون بار و یا نیمه بار کار می کنند بهتر است که بخصوص موتورهای بزرگ مجهز به کلید خودکار ستاره مثلث باشند در صورتیکه موتور زیر ۵۰% کار می کند سیم پیچی آن بصورت ستاره و در بالای ۵۰%توان نامی بصورت مثلث بسته شود.زیرا توان دواته ای که ماشینها در بار کم دریافت میکنند در اتصال ستاره کمتر است .در ضمن بهتر است که هیچگاه کابلها از تابلو قطع نشوند بلکه مصرف کننده ها از کابل قطع گردند. این عمل باعث می شود که کابل ها در موقع بدون باری بصورت کاپاسیتیه و خازن هایی در شبکه باقی بماند و توان دواته سلفی شبکه را جبران کنند

مزایای خازن گذاری:
۱:استفاده اقتصادی از ژنراتور ها و ترانس ها و سیم ها و کابل ها و کلیدها
۲:کاهش تلفات و افت ولتاژ در نتیجه کم شدن مخارج انرژی

انواع جبران سازی:
۱:جبران سازی انفرادی۲:جبران سازی گروهی۳:جبران سازی مرکزی

جبران سازی انفرادی:
در ساده ترین فرم یک خازن با مقدار مناسب موازی هر مصرف کننده سلفی وصل می شود بدین وسیله به صورت چشمگیری از بار سیمها و کابلها کم میشود باید دقت کرد که خازن فقط در محدوده زمانی فعالیت دستگاهها مورد استفاده واقع شود. در ضمن نصب خازن برای جبران سازی انفرادی دستگاهها ساده نیست .(از قبیل مسایلی چون مکان و یا مخارج مونتاژونصب)
کاربرد:
جهت جبران سازی توان راکتیو بی باری ترانسفور ماتورها
برای موتورهای دایم کار
برای موتورهای کم بار یا با کابل طولانی
مزایا:
شبکه داخلی کاملا از جریان راکتیو پاک می شود
مخارج کمتر بر حسب KVAR
معایب:
جبران سازی در تمام کارخانه پخش شده است
نصب پیچیده
بطور کلی به خازن بیشتری نیاز است چون توجهی به ضریب هم زمانی نمی شود

جبران سازی گروهی:

دستگاه هایی که به صورت گروهی نصب شده اند به صورت جمعی جبران سازی می شوند.به جای خازن های کوچک یک خازن مناسب بزرگ نصب میشود
کاربرد:
برای مصارف سنگین سلفی در صورتی که با هم بکار گرفته شوند
مزایا:
شبیه جبران سازی انفرادی ولی اقتصادی تر
معایب:
فقط برای مصرف کننده های گروهی که با هم کار می کنند قابل استفاده است

جبران سازی مرکزی:

کل جبران سازی به صورت متمرکز مثلا در وردوی فشار ضعیف نصب می شود. بدین طریق تمام توان راکتیو مورد نیاز پوشش داده می شود کل توان خازن به پله های متعدد تقسیم شده و به وسیله یک رگولاتور توان راکتیو از طریق کنتاکتور ها بسته به وضعیت بار به مدار وارد یا خارج می شوند.
این روش امروزه در بیشتر مواقع مورد توجه قرار می گیرد چرا که جبران سازی مرکزی بدین طریق می تواند به آسانی تحت کنترل قرار گیرد.تنظیم کننده های راکتیو مدرن می توانند دایما وضعیت کلید ها و ضریب توان و جریان اکتیو و راکتیو و همچنین هارمونیک های موجود در شبکه را تحت نظارت قرار دهند. به طور کلی با این روش به دلیل در نظر گرفتن هم زمانی در تمام کارخانه توان خازنی کمتر نسبت به جبران سازی انفرادی یا گروهی نیاز است. در این روش جریان راکتیو سیم ها و کابل های بکار رفته درشبکه درونی از طریق جبران سازی کم نمی شوند. یعنی اگر سطح مقاطع کابل ها و سیم های بار به اندازه کافی بزرگ باشد دیگر مزیتی به شمار نمی رود.
کاربرد:
در صورتی که مقاطع سیم ها و کابل های داخل کارخانه ایجاد مشکل نکنند همیشه قابل استفاده است
مزایا:
کل سیستم مقابل دید بوده و آسان قابل کنترل است
استفاده مفید از توان خازن نصب شده
نصب ساده در اغلب اوقات
مصرف کمتر خازن چون ضریب هم زمانی در نظر گرفته می شود
در صورت وجود هارمونیک در شبکه دارای مخارج مناسب تری است زیرا خازن ها آسانتر به سلف مجهز می شوند
معایب:
بار داخلی شبکه کم نمی شود
مخارج اضافی برای تنظیم اتوماتیک سیستم

جبران سازی مخلوط:
به دلیل اقتصادی اغلب مقرون به صرف است که هر سه روش بالا را با یکدیگر استفاده نمود.

تخمین کلی:
در ادامه در باره این موضوع بحث میشود که چطور توان جبران سازی مورد نیاز را می توان بدست آورد. بعضی مواقع اطمینان صد در صد به صحت نتیجه محاسباتی وجود ندارد. در این موارد می توان از روی تخمین برسی کرد که نتیجه محاسبه شده تا چه حد به حقیقت نزدیک است.
تا
زمانی که مصرف کننده های نصب شده خارج از عرف معمولی نباشند. چنین تخمین هایی بطور کلی نزدیک به اعداد واقعی هستند.
جدول داده های تخمینی برای توان خازن مورد نیاز

 نوع مصرف کننده
 قدرت نامی خازن
 موتورهای دارای جبران سازی انفرادی
 %۴۰-۳۵ توان موتور
 ترانسهای جبران سازی انفرادی
 %۲٫۵ ظرفیت ترانس(در ترانسهای قدیمی%۵)
 جبران سازی مرکزی
 %۲۵-۳۳ توان ترانس با هدف COSQ=0.9
%۴۰-۵۰ توان ترانس با هدف COSQ=1


محاسبه توان خازن مورد نیاز بوسیله اندازه گیری:
آ
مپر متر و دستگاههای اندازه گیری توان اغلب در تابلو اصلی نصب شده اند. همچنین میشود از دستگاههای اندازه گیری چنگکی استفاده نمود. اندازه گیری های مورد نیاز در فیدر ورودی و یا فیدر های خروجی پست اصلی انجام می پذیرد.اندازه گیری هم زمان ولتاژ شبکه دقت محاسبه را بهتر می نماید. البته میتوان ولتاژ نامی را ۳۸۰یا ۴۰۰ ولت در نظر گرفت.
از ولتاژ(U).جریان ظاهری(I)و ضریب توان می توان توان اکتیو را محاسبه نمود.
Pe=1.73*U*I*COSQ

در صورتی که ضریب توان مشخص باشدمی توان با فرمول زیر توان خازن را محاسبه کرد

Qc=P*(tanQ1-tanQ2)                                       
مثال:اطلاعات برای جریان ظاهری=۲۴۸آمپر
ضریب توان:۰٫۸۶
ضریب توان مطلوب:۰٫۹۲
ولتاژ:۳۹۷ ولت
    QC=14.64*(tan30.68-tan23.07)=24.9kvar
تذکر: اندازه گیری که در بالا بر اساس آن محاسبات انجام گرفته مقادیر لحظه ایی را به دست می دهند. میزان بار بسته به روز و فصل تغیرات شدیدی دارد.به همین جهت کسی باید اندازه گیری را انجام دهد که کارگاه یا کارخانه را به خوبی بشناسد. اندازه گیری های متعددی باید انجام پذیرد و به این نکته باید توجه کرد که مصرف کننده های نیازمند به جبران سازی (مصرف کننده های اصلی) در حال کار باشند.همچنین داده های اندازهگیری بایستی حتی الامکان سریعا و هم زمان برای تمام دستگاهها خوانده شود تا اینکه با یک نوسان بار شدید ناگهانی اشتباهی در نتایج رخ ندهد.
اندازه گیری به وسیله ثبات اکتیو و راکتیو:
نتایج قابل قبول به وسیله دستگاه فوق حاصل می شود.این داده ها می توانند برای مدت زمان طولانی ثبت شوند.بدین طریق داده های پیک بدست می آید.
توان خازن طبق روال زیر محاسبه میشود.

( QC=QL-(P*TANQ2
توان خازن مورد نیاز:QC
توان راکتیو اندازه گیری شده:QL
توان موثر اندازه گیری شده: P
اندازه گیری از طریق خواندن کنتور:
کنتور توان اکتیو و راکتیو در ابتدای کار خوانده می شود.۸ ساعت بعد هر دو کنتور مجددا خوانده میشوند. در صورتی که در این ۸ ساعت توقفی در کار ایجاد شده باشد این مدت توقف باید به ۸ ساعت اضافه شود.

tanQ=RM2-RM1/AM2-AM1RM1

مقدار اولیه کنتور راکتیو: RM1
مقدار نهایی کنتور راکتیو: RM2
مقدار اولیه کنتور اکتیو:AM1
مقدار نهایی کنتور اکتیو:AM2

با توجه به داشتن TANQ می توان COSQ و فاکتور F را از روی جدول بدست آورد
قدرت خازن از رابطه زیر بدست می آید:

 

QC=(AM2-AM1)*K*F/8

  K:نسبت ترانس جریان کنتور است

مثال:
مقادیر زیر با خواندن کنتور ثبت شده اند.
AM1:115.3
AM2:124.6
RM1:311.2
RM2:321.2
کنتور با ترانس جریان۱۵۰به۵ آمپر کار میکند .بنابراین ضریب تبدیل جریانK=30 باید در نظر گرفته شود.
ابتدا TANQ را بدست می آوریم

TANQ=321.2-311.2/124.6-115.3=1.08

برای رسیدن به ضریب توان ۰٫۹۲ ضریب از جدول برابر ۰٫۶۵ بدست می آید

پس مقدار خازن مورد نیاز میشود

QC=(124.6-115.3)*30*0.65/8=22.67KVAR


محاسبه از طریق فیش برق  

این روش نسبتا راحت است و با دقت خوبی می توان خازن را از صورت حساب ماهانه برق محاسبه کرد و در صورت نبودن تعطیلات کارخانه یا کارگاه در مدت محاسبه برق می توان از صورت حساب سالیانه و یا ماهانه استفاده نمود در صورت وقوع نوسانات فصلی مسلم است که باید از صورت حساب زمان پر باری کارخانه استفاده شود 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 است در موارد خاصی که با برق شب که دارای قیمت مناسب تری است کار میشود نباید از اطلاعات شب صرف نظر کنیم

تعرفه های قیمت انرژی

در محاسبه قیمت انرژی حداکثر مصرف و انرژی اکتیو و انرژی راکتیو بصورت مجزا در نظر گرفته می شوند

در بیشتر قراردادها حداکثر مصرف راکتیوبرابر %۵۰ مصرف اکتیو در نظر گرفته می شود مصرف راکتیو در صورتی مشمول هزینه می گردد که بیش از %۵۰مصرف اکتیو باشد که این مصرف متناظر ضریب توان ۰٫۹ است توصیه می شود برای محاسبه عدد بالاتری مثل ۰٫۹۲ در نظر گرفته شود تا توان رزرو خازنی داشته باشیم

مثال برای محاسبه

اطلاعات از صورت حساب برداشته شده بشرح زیر است

حداکثر مصرف=۹۹کیلو وات

انرژی اکتیو مصرف شده=۱۷۸۲۰ کیلو وات

انرژی راکتیو مصرف شده=۱۹۸۴۰ کیلو وار ساعت

ابتدا تانژانت فی را بدست می آوریم

                                TANQ= اکتیو/راکتیو                  

TANQ=19840/17850=1.11
باتوجه به جدول ضریب ۰٫۶۸ به دست می آید و توان خازنی مورد نیاز بصورت زیر محاسبه می شود
۹۹KW*0.68=67.32KVAR    


مثال:
اطلاعات یک گارگاه به صورت زیر میباشد قدرت خازن مورد نیاز را محاسبه نمایید

توان:۲۲۰KW
ولتاژ:۴۴۰v
فرکانس:۵۰HZ
ضریب توان فعلی:۰٫۷
ضریب توان مطلوب:۰٫۹

 

cos Q1 = 0.7 tan Q1 = 1.02

cos Q2 = 0.9 tan Q2= 0.48

                                         

QC = P (tan Q1 – tan Q2)

     

۲۲۰ · ۱۰۰۰ (۱٫۰۲ – ۰٫۴۸)=۱۱۸٫۸KVAR

                          

ظرفیت خازن در حالت ستاره و مثلث را بدست آوریددر حالت ستاره داریم:


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

                                                                                                      CSTAR=QC/(VL)2*2*3.14*F    
CSTAR=118.8*1000/(440)2*2*3.14*50=1954        


در حالت مثلث داریم:

 

VC=VL=440V
CDELTA=QC/3*(VL)2 *2*3.14*F
CDELTA=118.8*1000/3*(440)2*2*3.14*50=651


قدرت ترانس را در دو حالت فوق در ضریب توانهای ۰٫۷و۰٫۹ محاسبه کنید:
در ضریب توان ۰٫۷
S1=P/COSQ1
S1=220/0.7=314KVAدر ضریب توان ۰٫۹
S2=P/COSQ2

S2=220/0.9=244KVA
همانطور که مشاهده میشود هرچه ضریب توان به یک نزدیکتر باشد قدرت ترانس پایین تر میآید
جریان خط در دو حالت فوق را محاسبه کنید:I=220*1000/1.73*440*0.7=412AI=220*1000/1.73*440*0.9=320A
و همچنین هرچه ضریب تو.ان به یک نزدیک تر باشد جریان خط کمتر میشودمثال:

مشخصات پلاک موتور تکفازی به شرح زیر است:
۱٫۴kw      ۲۲۰v       ۱۲A       COSQ=0.78
این موتور باید تا ۰٫۹۵ کمپانزه شود قدرت خازن را بدست آورید

P=U*I*COSQ=220*12*0.78=2.06
COSQ1=0.78               TANQ1=0.8026
COSQ2=0.95               TANQ2=0.3288
QC=P*(TANQ1-TANQ2)=2.06*(0.8026-0.3288)=0.976KVAR

مثال:

مشخصات یک موتور سه فاز به شرح زیر است:
۲۲KW        ۲۲۰/۳۸۰          ۷۸/۴۵A          COSQ=0.84
این موتور باید تا COSQ=0.95کمپانزه شود مطلوب است ظرفیت خازنها در اتصال مثلث:

P=1.73*U*I*COSQ=1.73*380*45*0.84=24.9KW
COSQ1=0.84            TANQ1=0.646
COSQ2=0.95            TANQ2=0.3288
QC=P*(TANQ1-TANQ2)=24.9(0.646-0.3288)=7.9KVAR

CDELTA=QC/3*(VL)2*2*3.14*F=58

مثال:

خازن سه فاز با قدرت QC=200KVAR مفروض است.در صورتیکه ولتاژخازن UV=15KV باشد مطلوب است ظرفیت و جریان خازن:

CDELTA=200000/3*152*314=0.94

IL=200/15*1.73=7.7A

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

مثال:

یک ترانسفور ماتور سه فاز به قدرت ۷۵KVA  دارای ولتاژ ثانویه ۵۰۰ ولت است و در COSQ=0.7 با بار کامل کار میکند. از آنجا که به توان بیشتری نیاز است باید برسی شود در صورتی که ضریب توان برابر یک شود چه مقدار دیگر توان اکتیو آزاد میشود و قدرت خازن چه مقدار است؟

P=PS*COSQ=75*0.7=52.5KW
توان اضافه شده در COSQ=1برابر میشود با:۲۲٫۵=۵۲٫۲ -۷۵


COSQ=0.7            TANQ=1.02
Q=P*TANQ=52.5*1.02=53.5KVAR قدرت خازن


 

مثال:
اگر TANQ=1.08 باشد برای رسیدن به ضریب توان ۰٫۹۲ ضریب F از روی جدول چند می شود؟
باتوجه به جدول فوق ضریب F برابر است با ۰٫۶۵

اگر TANQ=1.08باشد برای رسیدن به ضریب توان ۰٫۹۸ ضریب F چند میشود؟
با توجه به جدول ضریب F برابر است با ۰٫۸۸

مثال:

اگر COSQ1=0.86وCOSQ2=0.92 باشد ضریب F با توجه به جدول چند می شود؟
با توجه به جدول ضریب F برابر است با ۰٫۱۷

مثال:

توان اکتیو مصرف کننده ایی ۸۰kw و ضریب قدرت آن ۰٫۷ میباشد میخواهیم ضریب توان را به ۰٫۹۵ برسانیم . قدرت خازن مورد نیاز را با توجه به جدول بدست آورید؟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 در دست داشتن منحنی تغییرات توان اکتیو بر حسب زمان با استفاده از شیب منحنی می توان ظرفیت اولین پله را تعیین کرد.
در صورت در دست نداشتن منحنی میتوان از دو قانون زیر استفاده کرد:
الف)در صورتی که لازم باشد رگولاتور به ۵% تغییرات بار پاسخ دهد پله اول را۵% ظرفیت کل تابلو انتخاب می نمایند. مثلا در یک بانک ۲۰۰ کیلو وار با پله اول ۱۰ کیلو وار که باری با ضریب توان ذاتی ۰٫۷ را جبران می کند به ازای هر ۱۵ کیلو وات تغییر در بار یک پله وارد یا خارج میشود(ضریب توان مطلوب ۰٫۹۵ فرض شده است)
ب)در صورت عدم نیاز به تنظیم دقیق یا تغییرات بزرگ بار برای آنکه رگولاتور به ۱۰% تغییرات بار پاسخ دهد لازمست پله اول ۱۰% ظرفیت کل انتخاب گردد . بدین معنی که در شرایطی مانند حالت (الف)به ازای هر ۳۰ کیلو وات تغییر در میزان توان ۲۰ کیلو وار به مدار وارد یا خارج گردد.

آرایش پله ها:

شرایط قانون(الف) را در نظر می گیریم پله اول برابر ۱۰ کیلو وار می باشد برای رسیدن به ظرفیت ۲۰۰ کیلو وار به ۲۰ عدد پله ۱۰ کیلو وار نیاز داریم که تعداد بسیاری است و در هنگام ساخت بانک باعث افزایش قیمت تمام شده میشود. روش دیگر استفاده از توالی ……..۱:۲:۲:۲ است در این صورت تعداد پله ها به ۱۰ کاهش می یابد ولی نمی توانیم به ظرفیت ۲۰۰ کیلو وار برسیم  تنها راه حل نصب یک پله ثابت ۲۰ کیلو وار است که این روش روش مناسبی نمی باشد
محدودیتی که مشاهده شد انگیزه ایی برای ایجاد دیگر آرایشها و توالی های پله خازنی گشت و آرایش هایی مانند ……۱:۲:۲:۴:۸ و…….۱:۲:۴:۸:۸:۸ به وجود آمد.اخیرا رگولاتور هایی طراحی گشته اند که می توانند آرایش ۱:۲:۴:۸:۱۶:۳۲:۶۴ را پشتیبانی کند که با چنین رگولاتور هایی می توان بانکی به ظرفیت ۱۲۷۰ کیلو وار با پله اول ۱۰ کیلو وار ایجاد نمود.

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 ۳۵% اضافه جریان را بصورت دایمی تحمل کند با توجه به این مطلب که خازن همیشه تحت اضافه بار (به ویژه اضافه جریان است)و جریان خازن از فیوز و شین و کنتاکتور عبور می کند لازمست تمامی تجهیزات خازن بر اساس ۳۰% اضافه جریان انتخاب گردند.
به عنوان مثال برای انتخاب کنتاکتور و فیوز برای یک پله ۱۲٫۵ کیلو وار به صورت زیر عمل میشود:
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                                                                  

   کنتاکتور و سیم و فیوز مناسب اولین رنجی است که جریان نامی آن برابر یا بیشتر از ۲۳٫۴ باشد                                         


تابلو خازن و اجزای آن


 

۱:خازن سه فاز


۲:کنتاکتور خازنی

۳:رگولاتور هوشمند

۴:فیوز

۵:مقاومت تخلیه

۶:Thyristor modules

درادامه چند پرسش و پاسخ مرتبط با برق عمومی جهت اطلاع عنوان میگردد.

سؤال:
سلام مهندس میخواستم بپرسم ایا میشود برق سه فاز ژنراتور را همزمان به برق سه فاز شبکه وصل کرد؟اگه همه پارامتر ها رعایت شوند,ایا به برق شبکه کمک میشود ویا انفجار؟؟و سوال دوم اینکه کمترین زمانی که طول میکشد تاژنراتور جایگزین برق رفته شود چقدر است؟ ارادتمند شما

پاسخ:
سلام وصل ژنراتور به شبکه یا همان موازی کردن ژنراتور به شبکه شرایط و قواعد خاص خود را دارد که تک تک انها میبایست رعایت شود. اول اینکه ولتاژ و فرکانس  ژنراتور با ولتاژ و فرکانس شبکه باید برابر باشد. بعد ترتیب فازهایی که به هم متصل میشود یکی باشد و همچنین در لحظه اتصال ژنراتور به شبکه برق سراسری باید زاویه فازها برابر باشد که این امر توسط دستگاهی به نام سنکروسکوپ مشخص میشود.
بعد از رعایت کلیه پارامترها و قوانین که ژنراتور به شبکه متصل شد نه به شبکه بار میدهد و نه از آن بار میگیرد که در این حالت با افزایش سرعت ژنراتور میتوان به شبکه توان تزریق کرد و به آن کمک کرد البته چون ژنراتور به یک شبکه بزرگ متصل شده است و فرکانس و سرعت ژنراتور تابع فرکانس شبکه میباشد پس افزایش سرعتی که گفتم، واقعا منجر به بالا رفتن سرعت نمیشود بلکه توان تولیدی و تزریقی به شبکه بالا میرود.
در مورد سوال دوم باید عرض کنم که ژنراتورها از جمله مولدهای اضطراری با وقفه هستند یعنی از لحظه قطع برق تا در مدار قرار گرفتن آنها وقفه ای ایجاد میشود که این وقفه بستگی به ساختار مولد دارد که در چه زمانی بختواند استارت خورده و پارامترهای آن از جمله ولتاژ و فرکانس به مقدار نامی برسد و همچنین در برخی مناطق که قطعی برق شبکه بصورت قطع لحظهای زیاد است تنظیمات را طوری قرار میدهند که بعد از قطع تا مثلا ۱۰ ثانیه یا ۱۵ ثانیه یا … اگر برق وصل نشد مولد استارت شود.
بنده کوتاهترین زمانی که دیدم ۳ ثانیه بوده است

سؤال:
من در حال کار در یک مرغداری هستم چرا نول آنجا برق دارد؟ ولتاژ انجا به نظرم مشکل دارد وقتی با فازمتر فازها را چک میکنم یکی از سه فاز فاز ندارد فازمتر با نول روشن میشود با اهمتر چک میکنم همه درست میباشد نول با بدنه ۲۲۰ ولت برق دارد و لامپ ۱۰۰ کاملا روشن میشود نول با سه فاز دیگر ۲۲۰ولت دارد نول هم کار خودش را انجام میدهد هم برق دارد

پاسخ:
سلام این مرغداری از ترانس برق اختصاصی تغذیه میکند؟ در حالتی که شما گفتید فازی که فازمتر با آن روشن نمیشود در جایی از سیستم به زمین یا بدنه اتصال دارد و همچنین نکته مهمتر اینکه مرکز ستاره ترانسفورماتور به زمین متصل نشده است برای رفع این مشکل که حتما و در اسرع وقت باید برطرف شود اولا باید اتصالی فاز به زمین را پیدا کرده و آن را وفع نمایید و ثانیا مرکز ستاره ترانسفورماتور را به زمین متصل کنید یا به عبارتی در اولین تابلوی فشار ضعیف بعد از ترانسفورماتور نول را به شین ارت متصل کنید و اگر به آن دسترسی ندارید برای این همبندی با اداره برق تماس بگیرید.
یادآوری میکنم که هر چه سریعتر این مشکل را برطرف نمایید چرا که در صورتی که به هر دلیل شخصی ناخواسته با نول تماس پیدا کند دچار برقگرفتگی میشود و همچنین اگر شخص با یکی از دوفازی که فازمتر روشن میشود تماس پیدا کند چون زمین تبدیل به فاز سوم شده است شخص بین دو فاز قرار گرفته و دچار برقگرفتگی شدید و مرگ آور میشود.
خوشحال میشوم که در صورت رفع مشکل بنده رو در جریان نتیجه قرار بدید

سؤال:
سلام چرا وقتی آمپر متر ترانس ct را برای تعمیر یا تعویض باز می کنند باید دو سر ثانویه را حتما اتصال کوتاه کنند ؟و ایا در غیر اینصورت ترانس ct می سوزد؟و اینکه چرا نباید در ثانویه این ترانس از فیوز استفاده کرد؟ با تشکر از شما مهندسان گرامی پاسخگو.

پاسخ:
سلام چون نسبت تبدیل ترانس جریان بسیار زیاد است و همچنین این نوع ترانس افزاینده ولتاژ میباشد و در صورتی که ثانویه باز شود ولتاژ خیلی زیادی در ثانویه القا شده که بدلیل تحمل پایین عایقی سبب سوختم میشود. و همچنین برای جلوگیری از باز شدن ثانویه از فیوز استفاده نمیشود.

سؤال:
با سلام آیا سیم فاز داخل دیوار ساختمان، توسط خازن های مجازی با زمین تخلیه ندارد؟ (و یا سیم فاز و نول داخل دیوار که هر دو کنار هم اند، توسط خازن مجازی بینشان، با هم تخلیه ندارند؟) ممنون از لطفتان

پاسخ:
سلام بین سیم فاز و زمین و بین فاز و نول این خازن مجازی وجود دارد در نتیجه بین آنها جریان هم عبور میکند اما مقدار این خازن و جریان عبوری بسیار بسیار کم و غیر قابل تشخیص است با افزایش طول مسیر سیم به عنوان مثال در خطوط بین شهری که شاید چندین کیلومتر طول داشته باشند میزان خاصیت خازنی خط قابل توجه میباشد و در محاسبات خطوط مد نظر قرار میگیرند این خاصیت خازنی به عواملی چون طول سیم- فاصله خط نسبت به زمین و نسبت به یکدیگر بستگی دارد.

سؤال:
با عرض سلام و خسته نباشید و تشکر از شما به خاطر وبلاک خوبتون ما یک مصرف کننده داریم که میخواهیم به جایی دورتر انتقال دهیم، چرا در این وضعیت برای جبران افت ولتاژ از هادی با مقطع بزرگتر استفاده میشود مگر نه اینکه وقتی مقطع هادی را زیاد تر کنیم مقاومت اهمی سیم کمتر شده و در نتیجه جریان بیشتری از شبکه میکشد و افت ولتاژ بیشتر میشود، پس دلیل این کار چیست؟ اصلا تفاوتی در مقدار افت ولتاژ در موقعی که از یک هادی مثلا با طول یک متر و مقطع نیم با یک هادی دیگر با طول ۲ متر و مقطع ۱ میلی متر مربع استفاده کنیم هست یا نه؟؟؟؟ اگر میشود فرمول محاسبه کابل برای یک مصرف کننده مانند یک الکتروموتور با توان مشخص و فاصله مشخص را به من بگویید

پاسخ:
سلام با افزایش سطح مقطع کابل مقاومت آن کاهش می یابد اما چون مصرف کننده شما دارای مصرف ثابتی است جریان آن در حالتی که نزدیک است یا دور است تقریبا برابر است پس وقتی فاصله زیاد میشود مقطع کابل باید بیشتر شود تا عبور جریان مصرف کننده از ان باعث افت ولتاژ زیادی نشود پس افزایش سطح مقطع هادی سبب افزایش جریان نمیشود بلکه جریان ثابت است و مقدار آن بستگی به مصرف کننده شما دارد. برای تعیین سطح مقطع کابل ها و سیمها با توجه به میزان جریان- فاصله طریقه قرار گیری هادی (زمینی- هوایی- داخل کانال و …) از جداولی که استانداردهای مختلف ارائه میکنند میتوان استفاده کرد که با جستجو در کتب و اینترنت میتوانید به آن دستیابید

سؤال:
سلام منظور بنده از ترانس بدون بار یا بار در این بود که ترانس را به جریان برق وصل نیست یا هست و دربار بار انتقالی این بود که (بین دوسیم پیچ یک ترانس بار الکتریکی جابجا می شود) ایا این اتفاق بین ترانس هم می افتد ؟اگر این امکان هست نحوه محاسبه ان را می خواستم با تشکر فراوان

پاسخ:
سلام هسته یک ترانسفورماتور که سبب ایجاد کوپل مغناطیسی بین سیم پیچ اولیه و ثانویه میشود دارای مسیر بسته ای میباشد و تقریبا تمام شار مغناطیسی ایجاد شده توسط سیم پیچ اولیه از داخل هسته عبور میکند و دلیل آن هم وجود مقاومت مغناطیسی کم هسته نسبت به هوا میباشد. لذا نسبت خیلی کمی از آن شار از هوا عبور میکند. پس در صورت وجود یک ترانسفورماتور که اولیه و ثانویه ان باز است در مجاورت یک ترانس متصل به شبکه ولتاپ چشمگیری در آن ایجاد نخواهد شد نتیجتا شار مغناطیسی (نه بار الکتریکی) که بین دو سیم پیچ ترانسفورماتور وجود دارد بین دو ترانس مذکور به میزان فوق العاده کم وجود دارد که این مقدار کم عملا نمیتواند سبب القای ولتاپ بدرد بخور در ترانس مقابل شود. اگر بازم سوالی داشتید در خدمتم.

سؤال:
سلام اگه یک اتصال شل باشه مثلا پیچ یک کنتاکتور شل باشه آیا باعث جریان کشیدن میشود یا باعث میشود در محل اتصال حرارت زیاد شود؟

پاسخ:
در مدارات مختلف با توجه به میزان جریان عبوری از مدار در صورت شل بودن قسمتی از اتصالات مدار و در پی آن کامل نبودن سطح تماس دو هادی حامل جریان در محل اتصال ناقص یک مقاوت ایجاد میشود که در اثر عبور جریان از محل ایجاد حرارت کرده و گاهی سبب ذوب شدن قسمتی از اتصال میگردد. این وضعیت را به اصطلاح عام جریان کشیدن میگویند اما واقعیت این است که جریان اضافه از محل کشیده نمیشود.

سؤال:
با عرض سلام وخسته نباشید جریانی که لامپ داخل فازمتر عبور میکنه چقدره ؟اخه شما گفتید که اگه مثلایه شی پلاستیکی کف پای شما باشه جریان از خازن مجازی عبور میکنه پس این جریان خیلی باید کم باشه ۲-چرا وقتی که یک سر پراپ ولتمتر را به پریز برق میزنیم و سر دیگش تو هواست ولتاژ نشون میده حدودا ۳۰ ولت یعنی اختلاف پتانسیل بین کجا و کجا رو نشون میده ؟ ممنونم از شما

پاسخ:
سلام

۱- بله میزان این جریان فوق العاده کم است.

۲- این مورد میتونه چند دلیل داشته باشه: مثلا به دلیل همون خاصیت خازنی که بین دو سر پراب ولتمتر وجود دارد باشد که در این حالت شما ولتاژ دو سر خازن را اندازه گیری میکنید دلیل دیگری که میتواند داشته باشد ایجاد خطا در ولتمترهای دیجیتال که یکی از ژرابهای آن به سیم فاز متصل شده میباشد که البته دلیل اول منطقی تر به نظر میرسد ولی دلیل دوم هم دور از ذهن نیست.

  موضوعی که به کرار دیده شده بسیاری از دانشجویان و یا حتی فارغ التحصیلان برق هم با اون بیگانه هستند.

به طور ساده:

به شکل ۱ دقت کن

دیزل برق-نیروگاه برق-هارمونیک

دیزل برق-نیروگاه برق-هارمونیک

شکل۱

در این شکل ابتدا مشخصه ولتاژ جریان یک بار خطی ترسیم شده است که این مشخصه خطی است. همچنین همین مشخصه برای بارهای غیر خطی هم ترسیم شده است که نشانگر است که رابطه بین ولتاژ و جریان غیر خطی است.
حال تصور کن که اگر بارخطی در جریانمتناوب با ولتاژ دارای شکل موج سینوسی قرار گیرد جریان آن هم سینوسی خواهد بود.
اما اگر یک بار غیر خطی در به ولتاژ سینوسی متصل شود دیگر جریان آن سینوسی نخواهد بود و از فرم سینوسی خارج خواهد شد.(شکل۲)

شکل۲

برطبق بسط سری فوریه که میتوان هر تابع متناوب را برحسب مجموع چند موج سینوسی با فرکانسهای مختلف نوشت ما میتوانیم شکل موج غیر سینوسی حاصل را به مولفه های سینوسی با فرکانهاس مختلف تجزیه کنیم که اگر این موجهای سینوسی با هم جمع شوند شکل موج اصلی حاصل می‌شوند. در شکل۲ این مطلب قابل مشاهده است.
از میان شکل موجهای سینوسی آن موجی که یا شکل موج اصلی هم فرکانس است، هامونیک اول – اگر فرکانسش دو برابر باشد هارمونیک دوم. اگر n برابر باشد هارمونیک nام است.
وقتی که هر دو نیم سیکل مثبت ومنفی یک موج شبیه یکدیگر باشند، سری فوریه فقط شامل هارمونیک های فرد است. درحقیقت وجود هارمونیک های زوج اغلب نشان دهنده وجود اشکالی در سیستم است.
پس وجود بارهای غیر خطی مانند ادوات الکترونیک قدرت، کامپیوتر های خانگی، لامپ های کم مصرف، کوره های قوس الکتریکی ایجاد هارمونیک می‌کنند.

المانهای پایه ای مدارات الکترونیکی :

در کل مدارات الکترونیکی از سه المان پایه تشکیل شده اند که تمامی قطعات درون مدارات را می توان توسط این سه المان مدل سازی نمود . این سه المان عبارتند از مقاومت ، خازن و سلف . مقاومت در حقیقت مصرف کننده انرژی الکتریکی در مدار می باشد و خازن و سلف عناصر ذخیره ساز انرژی . بدین صورت که در مواقعی انرژی الکتریکی را در خود ذخیره می سازند (شارژ) و در مواقعی دیگر نیز این انرژی را تخلیه می نمایند (دشارژ) . همچنین سلف المان ذخیره ساز جریان و خازن المان ذخیره ساز ولتاژ می باشد . در مدارات DC در ابتدای ورود جریان DC به مدار این المان ها شارژ شده و خازن ها به مدار باز و سلف ها به اتصال کوتاه تبدیل می شوند و مدار کاملا به صورت مقاومتی خواهد شد . ولی در مدارات AC ولتاژ ورودی به صورت سینوسی و با فرکانس مشخص (معمولا ۵۰Hzدر برق شهری ما) می باشد .شکل موج ولتاژ وجریان مدارات مقاومتی در حالت AC فقط در اندازه متفاوت هستند و کاملا شبیه یکدیگر می باشند یعنی حداکثرها ها و حداقل های دو نمودار در یک زمان رخ می دهد در نتیجه می توان آنها را هم فاز نامید . ولی بر خلاف این مدارات ، در مدار هایی که دارای عناصر ذخیره ساز انرژی می باشند ، شکل موج سینوسی جریان بر حسب زمان نسبت به مقدار این المان ها برای مدارات خازنی جلو تر و برای مدارات سلفی عقب تر از شکل موج ولتاژ قرار می گیرد و این واکنش به علت خاصیت ذخیره سازی آنها روی می دهد . بدین ترتیب بین ولتاژ و جریان اختلاف فاز ایجاد می شود .

دیزل برق-نیروگاه برق-هارمونیک

دیزل برق-نیروگاه برق-هارمونیک

خواص سلف و خازن به گونه ای است که دوگان یکدیگر نیز نامیده می شوند یعنی با روابط خاص بین آنها در مدار تشدید رخ می دهد و این دو اثر همدیگررا خنثی می سازند و مدار به یک مدار مقاومتی خالص تبدیل می شود .

همچنین در مدارات الکتریکی انواع مختلفی از توان الکتریکی تعریف می شود که در ذیل به آنها اشاره می شود :
توان لحظه ای : توانی است که از ضرب ولتاژ و جریان در یک لحظه خاص بدست می آید .
توان فعال (Active) : توانی است که صرفا توسط یک بار مقاومتی مصرف می گردد و واحد اندازه گیری آن وات می باشد . توان اکتیو تماما به مصرف کار مفید می رسد و جهت تبدیل انرژی الکتریکی به حرکت یا گرما به کار می رود .
توان پسیو (Reactive) : از آنجایی که جز اصلی بار های واقعی خاصیت القایی و خازنی می باشد توان راکتیو نیز همراه با توان اکتیو مصرف می گردد . این توان که با واحد VAR (ولت آمپر راکتیو) اندازه گیری می شود توسط بار مصرف نمی گردد و صرف تولید میدان مغناطیسی و ذخیره انرژی در عناصر ذخیره ساز می شود . زیرا انرژی دریافتی در یک نیم سیکل در نیم سیکل بعدی به استثنای تلفاتی که در سیم ها اتفاق می افتد به طور کامل به شبکه باز می گردد و در نتیجه تنها منجر به افزایش حرارت قطعات می گردد . بنابراین می توان گفت این توان مطلقا بی فایده است و باید برای حذف آن از روش های گوناگونی استفاده نمود .
توان ظاهری (توان کل) : توان مجموعی است که از شبکه دریافت می شود . این توان جمع برداری توان اکتیو و راکتیو می باشد و بر حسب ولت آمپر اندازه گیری می شود .

همانطور که مشاهده می نمایید بین توان اکتیو و توان ظاهری زاویه ای به نام φ وجود دارد که مقدار آن برابر اختلاف فاز بین ولتاژ و جریان در مدارات سلفی و خازنی حالت AC می باشد . مسلما برای ما بهتر می باشد که تمام توانی که از شبکه در یافت می کنیم صرف انجام کار مفید شود تا اینکه بخشی از آن به واسطه شارژ و دشارژهای متوالی درون قطعات تلف شود . بنابراین باید مصرف توان راکتیو را در مدار به حداقل رساند و توان ظاهری را به توان اکتیو نزدیک نمود با این عمل در حقیقت با خنثی نمودن اثر سلف ها و خازن های مدار اختلاف فاز بین ولتاژ و جریان حذف شده و مدار به یک مدار صرفا مقاومتی بدل می گردد و تمامی توان در یافتی از شبکه به مصرف کار مفید می رسد .

ضریب توان (Power Factor) چیست ؟
ضریب توان در حقیقت نسبت توان اکتیو به توان ظاهری است . همچنین طبق رابطه زیر برابر کسینوس زاویه اختلاف فاز ولتاژ و جریان (در حالتی که هر دو شکل موج ولتاژ و جریان سینوسی خالص باشند) می باشد .


در حال حاضر به علت وجود المان های سوئیچینگ در برخی مدارات شکل موج جریان اکثر آنها به دلیل وجود هارمونیک های جریان ، سینوسی نمی باشد . بنابراین در این حالات برای ضریب توان دو عامل مطرح می گردد :

۱) عامل جابجایی که همان زاویه اختلاف فاز بین شکل موج ولتاژ و جریان می باشد .
۲) عامل اعوجاج که وابسته به اعوجاج شکل موج حاصل از ورود هارمونیک ها می باشد . در این مواقع ضریب توان بدین صورت بدست می آید .

کم شدن ضریب توان به سمت صفر علاوه بر افزایش تلفات، باعث حرکت هارمونیک های جریان در خط خنثی شده و موجب اختلال در کارکرد سایر وسایل الکترونیکی می گردد . بنابراین متوجه می شویم که ضریب توان هر چه به عدد یک نزدیک تر باشد (زاویه اختلاف فاز کمتر و توان اکتیو به توان ظاهری نزدیک تر ) مقدار توان غیر مفید “راکتیو” کاهش می یابد .
برای انجام این مهم از مداراتی به نام (Power Factor Correction (PFC یا تصحیح ضریب توان استفاده می گردد که وظیفه آنها حذف هارمونیک ها ، به حداقل رساندن اعوجاج و کاهش اختلاف فاز بین ولتاژ و جریان به صورت یک شبیه ساز مقاومت می باشد .
در حال حاضر استفاده از منابع تغذیه سوئیچینگ به طور چشمگیری افزایش یافته است . یکی از کاربرد های این منابع تغذیه سوئیچینگ، پاور کامپیوترهای شخصی می باشد و استاندارد ها و تاییدیه های مختلف روی موضوع PFC در پاور ها تاکید ویژه ای دارند .
مدارات PFC پاور ها مانند سایر منابع تغذیه سوئیچینگ وظیفه افزایش ضریب توان و نزدیک نمودن آن به عدد یک را دارند . پاور ها به دلیل وجود خازن های با ظرفیت بالا در ورودی جهت جبران ریپل ورودی ، ذاتا دارای خاصیت خازنی بالایی هستند و بین ولتاژ و جریان ورودی آنها اختلاف فاز قابل توجهی وجود دارد. پس این خاصیت خازنی باید به طریقی خنثی گردد تا مدار به صورت یک بار مقاومتی به نظر برسد. همچنین به دلیل کلید زنی سریع المان های نیمه هادی قدرت و غیر خطی بودن این عناصر در شکل موج جریان، به واسطه وجود هارمونیکهای فرکانس بالاتر، اعوجاج به وجود می آید . همانطور که می دانید، تنها هارمونیک اصلی جریان در انتقال انرژی خالص به بار نقش دارد و سایر هارمونیک ها در این رابطه نقشی ندارند. در نتیجه هارمونیک های اضافی نیز باید به طریقی حذف گردند .


همانگونه که ذکر شد یک پاور بدون PFC به دلیل خازن های بزرگ ورودی مانند یک بار بزرگ خازنی عمل می کند . این خازن ها که بعد از پل دیودی قرار می گیرند طبق نمای ذیل، در یک چهارم اول موج ولتاژ به اندازه پیک ولتاژ شارژ می شوند . سپس در این هنگام ولتاژ ورودی به سرعت افت پیدا می کند (یک چهارم دوم) و خازن به آرامی درون بار دشارژ می گردد . در این حالت کماکان ولتاژ خازن بزرگتر از ولتاژ شبکه است و جریان شارژ خازن توسط دیود های یکسو ساز قطع می باشد و تا زمانی که ولتاژ شبکه در نیم سیکل پنجم بزرگتر از ولتاژ خازن شد ادامه می یابد . در نیم سیکل پنجم خازن بار دیگر به اندازه پیک ولتاژ شارژ می گردد .

بنابراین همانطور که درنمودار ملاحظه می نمایید به علت وجود این خازن تنها در پالس با پهنای باریک از شبکه بهره برداری می گردد .

آشنایی با حالات مختلف تصحیح ضریب توان:

(Non PFC) منبع تغذیه بدون تصحیح ضریب توان:

 

خط سبز در اسیلوگرام بالا ولتاژ شبکه را مشخص می سازد و خط زرد نیزجریانی را که توسط پاوراز شبکه مصرف شده است را نمایش می دهد . در اینجا ضریب توان تقریبا برابر ۰٫۷ می باشد در حقیقت در حدود یک سوم توان صرف گرم شدن کابل ها می شود بدون اینکه هیچ کار مفیدی انجام شود . کاربران خانگی نباید از این عدد احساس نگرانی کنند زیرا کنتورهای خانگی فقط توان اکتیو را اندازه گیری می نمایند ، اما ضریب توان پایین ممکن است برای دفاترو اتاق های بزرگ که در آنها از تعداد زیادی کامپیوتر به طور همزمان استفاده می گردد ، ایجاد مشکل نماید . زیرا سیم ها و تجهیزات جانبی در حالت حداکثر بار عمل می کنند . همچنین ضریب توان پایین درانتخابUPS تاثیر دارد زیرا این وسایل نسبت به توان اکتیو محدودیت دارند .

 

PASSIVE PFC : در اینجا مشخص می شود که وسایل تصحیح ضریب توان چرا اینقدر مورد اقبال قرار گرفته اند . یکی از ساده ترین و گسترده ترین ابزاری که وظیفه PFC را انجام می دهد ، به آن PFC پسیو گفته می شود ، یک سلف (چوک ) معمولی است که اندوکتانس نسبتا بالایی دارد و به صورت سری با مدار پاور ساپلای قرار می گیرد .

این اسیلوگرام نشان می دهد در این حالت ابزار Passive PFC ، پالس های الکتریکی جریان را تا حدی به طرف خارج هموار و در زمان منبسط نموده است اما اندوکتانس چوکی که درون پاور قرار دارد نمی تواند به صورت جدی تاثیری روی ضریب توان داشته باشد . بنابراین ضریب توان پاور در این حالت در حدود ۰٫۷۵ می باشد .
نه تنها اندازه سلف ، بلکه تاثیر آن در عملکرد پاور به ما اجازه استفاده از سلفی با اندوکتانس بالا تر را نمی دهد . اندوکتانس بزرگی که به صورت سری به پاور متصل شده است مشخصات دینامیکی آن را خراب می کند . در حقیقت واکنش آن به تغییرات سریع بار همچنین نوسانات ناگهانی شبکه توان تحت تاثیر قرار می گیرد . علاوه بر این استفاده از این سلف باعث اثرات مخرب گرمایشی ، ارتعاشی و الکترومغناطیسی نیز خواهد شد. سلف می تواندهارمونیکها البته فقط از نوع فرکانس پایین آنها راخنثی نماید زیرا به علت اندوکتانس بالا نویز های فرکانس بالا را از خود عبور می دهد .بنابراین نقش Passive PFC مبهم است ، از طرفی ضریب توان را کمی افزایش می دهد ولی خصوصیات دینامیک پاور را خراب می کند . بنابراین هنگام انتخاب بین دو پاور با Passive PFC و PFC Non شما باید انتخاب خود را بر اساس مؤلفه های دیگری که مهم تر از بودن یا نبودن Passive PFC است ، انجام دهید .
Active PFC : برخلاف Passive PFC ، در حال حاضر قطعات Active PFC درمنابع تغذیه سوئیچینگ کاهنده ولتاژ استفاده می شوند . Active PFC بین شبکه توان و رگولاتور اصلی متصل می گردد و یک ولتاژ ثابت بین ۳۸۰ تا ۴۰۰ ولت در ورودی پاور تولید می نماید . بر خلاف رگولاتور اصلی سوئیچینگ ، قطعه Active PFC برای حالتی در نظر گرفته شده است که در ورودی خود به ولتاژی با سطح هموار نیاز ندارد و بنابراین پاور نیازی به خازن با ظرفیت های بالا نخواهد داشت ( در این روش ظرفیت خازنها تا کمترین میزان خود، متناسب با توان کلی پاور کاهش می یابد). در نتیجه پاورهای سوئیچینگ Active PFC در مدار خود بار خازنی ندارند و در نتیجه ضریب توانی نزدیک ۱ دارند .

همانطور که مشاهده می نمایید ، نمودار جریانی که توسط پاور با Active PFC مصرف شده است کمی با مصرف یک بار مقاومتی عادی تفاوت دارد .(ضریب توان چنین پاوری در full load در حدود ۰٫۹۵- ۰٫۹۹ می باشد )
نمودار زیر نتایج آزمایش شده مربوط به ضریب توان در بار را برای ۳ حالت مختلف PFC نمایش می دهد :

گذشته از ایجاد ضریب توان نزدیک به ایده آل ، Active PFC برخلاف Passive PFC عملکرد پاور را بهبود می بخشد.

در ابتدا ولتاژ ورودی رگولاتور اصلی پاور را به صورت خودکار تنظیم می نماید بنابراین پاور حساسیت کمتری نسبت به افت ولتاژ شبکه پیدا خواهد کرد و طراحی پاور برای ولتاژ ورودی سراسری ۱۱۰-۲۳۰ ساده تر خواهد شد و دیگر نیازی به سوئیچ دستی نمی باشد .
دوما ، Active PFC قدرت واکنش پاور در برابر افت ولتاژهای کوتاه مدت AC را می افزاید . در چنین زمانی پاور با استفاده از قدرت خازن های درون یکسو ساز HIGH-VOLTAGE به کار خود ادامه می دهد ، که این قدرت با توان دوم ولتاژ آنها نسبت دارد . بنابر این بازده این خازن ها به بیشتر از نصف افزایش می یابد .
در مقابل تمامی این حسنات ، فقط به دو مورد در اکتیو PFC انتقاد شده است : اول اینکه مانند پیچیدگی های سایر طراحی ها ، باعث کاهش قابلیت اطمینان پاور می شود و دوم اینکه راندمان قطعه PFC 100 درصد نیست. بنابراین اندکی باعث افزایش حرارت پاور می شود . ولی با این حساب مزایای Active PFC این انتقادات را برطرف می سازد .
در نهایت ،اگر شما به یک پاور با تصحیح ضریب توان نیاز دارید ، باید ابتدا مدلی را با Active PFC بررسی نمایید

.این مدل ها ضریب توان قابل توجهی دارند و دیگر خصوصیات پاور را نیز بهبود می بخشند . از نظر کاربران خانگی ، پاورهایی با Active PFC باعث سهولت کار برای دارندگان UPS های کم توان نیز می شود .

فرض نمایید شما یک UPS 500 VA در اختیار دارید ، ۵۰ VA توسط مانیتور LCD شما مصرف می شود و ۴۵۰ VA برای سیستمتان باقی می ماند . حال اگر شما بخواهید سیستم خود را به روز نمایید و بدانید که این پیکر بندی جدید ممکن است در حالت ماکزیمم بالاتر از ۳۰۰ وات از پاور مصرف داشته باشد ، در این مورد پاوری با ضریب توان ۰٫۷ وضریب راندمان ۸۰ درصد (این اعداد نوعی ، برای یک پاور خوب است ) مصرف کل توان ۵۰۰ VA = 300/(0.75*0.8) را در بر دارد ، حال آنکه اگر همان پاور با ضریب توان ۰٫۹۵ استفاده گردد ۳۰۰/(۰٫۹۵*۰٫۸)=۳۹۵ VA مصرف خواهد کرد . همانطور که مشاهده می نمایید ، برای پاور ساپلای Non PFC , Passive PFC شما مجبور به عوض کردن UPS خود می باشید. زیرا UPS موجود نمی تواند این بار را تحمل کند ولی با پاور Active PFC یک ذخیره کم در حدود ۵۵ VA برای شما باقی می ماند .

 


در پایان این بخش از مقاله ، تفاوت بین دو موضوع زیر را مد نظر داشته باشید . ضریب توان و ضریب راندمان . این دو موضوع ، دو مبحث کاملا متفاوت را مطرح می کنند . ضریب راندمان نسبت توان خروجی پاور به توان فعالی است که پاور از شبکه دریافت می کند . ضریب توان نسبت توان اکتیو مصرف شده از شبکه است به کل توانی که پاور از شبکه دریافت می کند . مدار PFC در پاور به طور غیر مستقیم بر روی مقدار توان اکتیو مصرفی تاثیر دارد زیرا پاور علاوه بر ولتاژِ که رگولاتور اصلی تغییر می دهد ، مقداری توان مصرف می نماید . هدف اصلی PFC کاهش مصرف توان راکتیو توسط منبع تغذیه می باشد ولی توان راکتیو هنگام محاسبه ضریب راندمان حساب نمی شود . بنابراین هیچ ارتباط مستقیمی بین ضریب توان و ضریب راندمان وجود ندارد ولی به طور غیر مستقیم و به واسطه بهبود در عملکرد سیستم، موجب افزایش ضریب راندمان می گردد.

سخن پایانی:
امروزه مشاهده می شود که گاها مانورهای تبلیغاتی زیادی بر سر آیتم PFC از سوی واردکنندگان پاور در کشور عزیزمان صورت می پذیرد. حال آنکه با توجه به تفاوت قیمت و کارآیی ناچیز Passive PFC در مقایسه Non PFC اکثر واردکنندگان محترم پاور در ایران، با تعبیه Passive PFC برروی پاورهای خود ، اقدام به عرضه آن می نمایند و مصرف کننده نیز با توجه به عدم شناخت کافی از این موضوع و صرفا به واسطه قید PFC اقدام به تهیه آن می نماید . با توجه به مطالب فوق،توصیه می شود اگر برای موضوع PFC اهیمت قائل هستید ، به نوع آن توجه ویژه ای داشته باشید و سعی نمایید از حالت Active PFC استفاده فرمایید.

 

منتظر شنیدن دیدگاه شما هستیم

ارسال دیدگاه

ایجاد حساب کاربری
نام و نام خانوادگی (ضروری)
شماره موبایل (ضروری)
تخصص
شهر
بازیابی رمز عبور
رفتن به نوار ابزار