بررسی تأثیر توان راکتیو بر شبکه برق و نحوه محاسبه ظرفیت بانک خازنی از روی قبض برق برای بهبود ضریب توان، هدف نگارش این مقاله است. برای آشنایی با فرمول های محاسبه بانک خازنی، در ادامه با ما همراه باشید.
اگر مدیر یک کارخانه یا کارگاه صنعتی هستید و با هزینه ها و حسابداری آن ها سروکار دارید، قطعاً به این موضوع واقف هستید که هزینه انرژی مصرفی یکی از دغدغه های اساسی در اداره چنین مکان هایی است. در دنیای امروز، که برق به عنوان منبع اصلی انرژی در بیشتر محیط های صنعتی شناخته می شود، مدیریت بهینه مصرف برق اهمیت ویژه ای پیدا کرده است.
یکی از عوامل مؤثر در هزینه های برق، به ویژه در کارخانه های بزرگ، توان راکتیو است که باعث کاهش ضریب توان (ضریب قدرت) می شود. استفاده از بانک خازنی به عنوان یک روش متداول و مؤثر برای جبران توان راکتیو و کاهش هزینه های انرژی الکتریکی شناخته شده است.
توان اکتیو و توان راکتیو
هر دستگاه برقی برای عملکرد خود به انرژی الکتریکی نیاز دارد. توان مصرفی هر دستگاه در هر لحظه با ضرب جریان مصرفی در ولتاژ تغذیه آن محاسبه می شود. این مقدار به نام «توان ظاهری» یا «توان کل» شناخته شده و واحد آن «ولت‌آمپر» (VA) است. هرچه دستگاه الکتریکی توان بیشتری را به کار مفید تبدیل کند، راندمان آن بالاتر است. اما میزان تبدیل توان ظاهری به کار مفید در وسایل برقی چقدر است؟ برای پاسخ به این سوال، باید با انواع بار های الکتریکی آشنا شویم.
به طور کلی، بار های الکتریکی به سه دسته تقسیم می شوند:
- بار مقاومتی
- بار سلفی (القایی)
- بار خازنی
برای مثال، وسایلی مانند اتو، آبگرمکن برقی و لامپ های رشته ای به عنوان بار های مقاومتی شناخته می شوند. موتور های الکتریکی، لامپ های کم مصرف و ترانسفورماتور ها به عنوان بار های سلفی (القایی) طبقه‌بندی می شوند، و به جز خود خازن ها، نزدیکی هادی های جریان الکتریکی در یک سیستم یا وسیله می تواند بار خازنی ایجاد کند. به عنوان مثال، زمانی که دو کابل حامل جریان الکتریکی نزدیک به هم قرار می گیرند، مانند یک خازن عمل می کنند که به آن ظرفیت خازنی پراکنده گفته می شود.
بیشتر بخوانید» آموزش مونتاژ کردن تابلو برق صنعتی
در بار های مقاومتی، ولتاژ و جریان متناوب در فاز هستند، به این معنی که بردار های ولتاژ و جریان در هر لحظه با هم هم راستا هستند. در بار های سلفی خالص، فاز جریان ۹۰ درجه از فاز ولتاژ عقب‌تر است؛ یعنی جریان نسبت به ولتاژ «پس‌فاز» است. از طرف دیگر، در بار های خازنی خالص، جریان ۹۰ درجه جلوتر از ولتاژ است؛ یعنی جریان نسبت به ولتاژ «پیش‌فاز» است.
در عمل، بار سلفی خالص و بار خازنی خالص وجود ندارند و بار های سلفی ترکیبی از اندوکتانس سلفی و بار مقاومتی هستند. همین موضوع برای بار های خازنی نیز صادق است. بنابراین، اختلاف فاز بین ولتاژ و جریان بر اساس میزان سلفی یا خازنی بودن بار متغیر است.
ضریب توان (cosφ)
ضریب توان یا ضریب قدرت یکی از مفاهیم کلیدی در برق است که میزان تبدیل توان ظاهری به کار مفید را نشان می دهد. به عبارت دیگر، این ضریب مشخص می کند که چه مقدار از توان مصرفی به توان اکتیو و چه میزان به توان راکتیو تعلق دارد. از دیدگاه ریاضی، ضریب توان معادل کسینوس زاویه بین جریان و ولتاژ متناوب است. به همین دلیل، به آن cos φ نیز گفته می شود. هر چه مقدار این ضریب به عدد ۱ نزدیک‌تر باشد، بهتر است؛ زیرا در این حالت ولتاژ و جریان هم‌فاز هستند و تمام توان مصرفی به کار مفید تبدیل می شود. یکی از روش های محاسبه ضریب توان، تقسیم توان اکتیو بر توان ظاهری است.
مشکلات ناشی از ضریب توان نامناسب
همان‌طور که ذکر شد، موتور های الکتریکی به دلیل وجود سیم پیچ، دارای خصوصیات سلفی هستند و توان مصرفی آن ها شامل مولفه راکتیو سلفی می شود. به دلیل کاربرد گسترده این تجهیزات در محیط های صنعتی، مشکل توان راکتیو و پایین بودن ضریب توان در این صنایع بسیار رایج است. بار هایی که توان راکتیو ایجاد می کنند، بار اضافی به شبکه توزیع برق وارد می آورند، که موجب اشغال ظرفیت شبکه و فشار غیرضروری بر خطوط انتقال و توزیع می شود. بنابراین، شرکت های تأمین‌کننده برق برای مصرف‌کنندگان صنعتی که ضریب توان آن ها کمتر از ۰.۹ است، جریمه در نظر می گیرند. این عدم توجه به ضریب توان می تواند منجر به افزایش مبلغ قبض برق گردد.
بانک خازنی چیست؟
بانک خازنی مجموعه ای از خازن ها و یک مدار کنترلی است که برای حذف توان راکتیو ناشی از بار های سلفی در شبکه برق استفاده می شود. توان راکتیو سلفی و خازنی اثر یکدیگر را خنثی می کنند. لذا استفاده از خازن، بهترین روش برای اصلاح ضریب توان است. اما چگونه باید ظرفیت مناسب بانک خازنی را تعیین کرد؟
نصب یک خازن برای هر بار سلفی منطقی نیست، زیرا در کارخانه های بزرگ تعداد بار های سلفی می تواند بسیار زیاد باشد و نصب خازن برای هر تجهیز هزینه بر است. علاوه بر این، توان مصرفی هر تجهیز ثابت نیست و بسته به شرایط کاری متغیر است، بنابراین میزان توان راکتیو خازنی مورد نیاز نیز تغییر می کند.
برای حل مشکل توان راکتیو در یک کارخانه صنعتی، یک تابلو بانک خازنی در ورودی برق اصلی کارخانه و پس از تابلو تغذیه اصلی نصب می شود. رگولاتور بانک خازنی تجهیزی است که با نمونه گیری از ولتاژ و جریان مصرفی کل کارخانه، که توسط یک ترانس جریان (CT) اندازه گیری می شود، ضریب توان موجود را اندازه گیری می کند.
با توجه به ضریب توان اندازه گیری شده و مقدار مطلوب ثبت شده در تنظیمات رگولاتور، خازن های مناسب به مدار اضافه می شوند تا ضریب توان به مقدار مطلوب برسد. در این راستا، نحوه محاسبه ظرفیت بانک خازنی از روی قبض برق به طور مستقیم به بهبود عملکرد و کاهش هزینه ها کمک می کند.
سخن پایانی
نحوه محاسبه ظرفیت بانک خازنی از روی قبض برق یکی از روش های موثر برای بهینه‌سازی مصرف انرژی و کاهش هزینه های برق در محیط های صنعتی است. با استفاده از اطلاعات موجود در قبض برق، می توان ضریب توان را محاسبه کرده و بر اساس آن ظرفیت مناسب بانک خازنی را تعیین کرد. این روش نه تنها به کاهش هزینه های انرژی کمک می کند، بلکه بهبود عملکرد سیستم برق و کاهش بار اضافی بر شبکه توزیع را نیز به دنبال دارد.
سوالات متداول نحوه محاسبه ظرفیت بانک خازنی از روی قبض برق
- چگونه می توان از روی قبض برق ظرفیت مورد نیاز بانک خازنی را محاسبه کرد؟
برای محاسبه ظرفیت بانک خازنی از روی قبض برق، ابتدا باید ضریب توان (cos φ) را از اطلاعات قبض استخراج کنید. سپس میزان ظرفیت خازنی لازم برای اصلاح ضریب توان به مقدار مطلوب را محاسبه کنید. - چه اطلاعاتی از قبض برق برای محاسبه ظرفیت بانک خازنی نیاز است؟
برای این محاسبه، به اطلاعاتی مانند قدرت قراردادی (P)، ضریب توان فعلی و ضریب زیان بدی نیاز دارید. این داده ها به شما کمک می کنند تا توان راکتیو مورد نیاز و ظرفیت بانک خازنی را تعیین کنید. - چرا باید از بانک خازنی برای اصلاح ضریب توان استفاده کرد؟
استفاده از بانک خازنی برای جبران توان راکتیو و بهبود ضریب توان، باعث کاهش هزینه های انرژی الکتریکی و بهینه سازی مصرف برق می شود. این عمل همچنین به کاهش بار اضافی بر شبکه توزیع و کاهش هزینه های مرتبط با جریمه های ضریب توان پایین کمک می کند.
بدون دیدگاه