بانک خازنی یکی از مهم‌ترین و پرکاربردترین تجهیزات در برق صنعتی است. در تجهیزات برقی صنعتی نظیر الکتروموتورها، چوک‌ها، ترانس‌ها و کوره‌های القایی و درواقع هرجایی که از سیم‌پیچ‌ها استفاده میشود خاصیت سلفی ایجاد میشود که باعث شکل‌گیری توان راکتیو در مدار میشود.
درواقع سیم‌پیچ‌ها هم توان اکتیو و هم راکتیو را به کار می‌گیرند. از طرفی، شبکه برق سراسری تنها توان اکتیو را در اختیار ما قرار می‌دهد و گرفتن توان راکتیو از آن باعث بالا رفتن هزینه برق واحد صنعتی میشود. برق راکتیو تنها از شبکه سراسری برق گرفته میشود و دوباره به آن برمی‌گردد یعنی موتور از آن استفاده نمی‌کند. این رفت و برگشت باعث بیشتر شدن تبادلات جریان و احتمال آسیب دیدن سیم‌ها میشود؛ بنابراین برای کنترل ورود و خروج توان راکتیو، کاهش هزینه برق و حفظ سلامت دستگاه‌های صنعتی از تابلو بانک خازنی استفاده میشود.
تابلوهای خازنی، توان راکتیو موردنیاز دستگاه را تأمین می‌کنند تا آن را از شبکه برق نگیرد. در ادامه مقاله به بررسی بیشتر بانک‌های خازنی، انواع آن، کاربردها و آموزش بانک خازنی می‌پردازیم.
بانک خازنی چیست؟
بانک خازنی یکی از تجهیزات مهم برق صنعتی و مجموعه‌ای از خازن‌هاست که به صورت سری یا متوالی کنار هم قرار می‌گیرند تا ضریب قدرت (توان) شبکه را افزایش داده و توان راکتیو شبکه را از طریق ذخیره انرژی و برگرداندن آن به شبکه تأمین کنند. این بانک‌ها در تابلوهای فشار ضعیف مثل مراکز صنعتی، شبکه توزیع و سوییچینگ به کار می‌روند.
از مهم‌ترین اجزای بانک خازنی اتوماتیک که به صورت معمول استفاده می‌شوند می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:
خازن: برای ذخیره انرژی الکتریکی، تولید جریان راکتیو از طریق شارژ و دشارژ در جریان متناوب
رگولاتور یا کنترل‌کننده: برای تنظیم ظرفیت خازن و ورود و خروج آن‌ها از مدار با توجه به میزان توان راکتیو مصرفی
کنتاکتور: برای کنترل سوییچ کردن خازن‌ها
فیوز: یا کلید مینیاتوری برای حفاظت از خازن‌ها
کلید اتوماتیک (MCCB):بین شبکه و فیوزها قرار می‌گیرد و مسئول حفاظت از بانک خازنی است
فیلتر هارمونیک:برای محافظت تجهیزات در برابر هارمونیک‌ها
بیشتر بخوانید: تعمیر و نگهداری موتورخانه
انواع بانک خازنی
انواع بانک خازنی بر اساس نوع کاربرد آن‌ها دو دسته ثابت و اتوماتیک تقسیم می‌شوند.
بانک خازنی ثابت
کاربرد بانک خازنی ثابت معمولاً در موتورهای الکتریکی و پایانه‌های بارهای القایی و شبکه ورودی برق است چون توان راکتیو موردنیاز این دستگاه‌ها همیشه ثابت است. با ضریب توان ثابتی کار می‌کنند و میزان بار گیرنده‌ها همواره یکسان است. قطع و وصل آن‌ها در مدار به صورت دستی با استفاده از کلید یا به صورت نیمه اتوماتیک، به صورت کنترل از راه دور و با کنتاکتور انجام میشود.
بانک خازنی اتوماتیک
توان راکتیوی که در این بانک‌ها تولید میشود با توجه به تغییرات ضریب توان و بار گیرنده‌ها تنظیم میشود. این بانک‌ها براساس نیاز مصرف‌کننده تنظیم می‌شوند و خازن‌ها با فرمانی که رگولاتور به کنتاکتورهای خارجی می‌دهد وارد مدار می‌شوند.
نحوه کار بانک‌های خازنی
در قسمت‌های قبل درباره نحوه عملکرد بانک‌های خازنی به صورت مختصر توضیح دادیم؛ اما در این بخش این مفهوم را به‌صورت علمی‌تر توضیح می‌دهیم. دستگاه‌های برقی یا مصرف‌کننده برق اکتیو هستند و یا راکتیو. برق اکتیو برای چرخش موتور الکتریکی مصرف میشود و توان راکتیو برای ایجاد میدان مغناطیسی به کار می‌رود. بااین‌حال گاهی مصرف توان راکتیو بالاتر از حد مشخصی می‌رود.
با بالاتر رفتن مصرف توان راکتیو احتمال افت ولتاژ در دستگاه‌های ایجاد میشود و ممکن است باعث شود میزان توان اکتیو نیز آن‌قدر کاهش یابد که به زیر آستانه خود برسد و دستگاه‌های برقی از کار بیفتند. به‌همین‌دلیل واحدهای صنعتی از بانک‌های خازنی استفاده می‌کنند که توان راکتیو موردنیاز را تأمین کند و نیازی به گرفتن آن از شبکه برق سراسری نباشد تا تأثیر آن بر توان اکتیو و بازده دستگاه‌ها در بلندمدت به حداقل برسد.
همان‌طور که می‌دانید خازن‌ها از دو صفحه موازی که بین آن‌ها هوا یا عایق دی‌الکتریک است ایجاد شده‌اند و این قابلیت را دارند که انرژی را ذخیره کنند و به مدار پس بدهند.
نحوه کارکرد بانک‌های خازنی به این شکل است که خازن‌ها توان راکتیو را کنترل می‌کنند و با ذخیره کردن این توان جلوی برگشت آن به شبکه را می‌گیرند. درحقیقت وقتی سلف، جریان راکتیو را به شبکه پس می‌دهد، به‌جای اینکه این جریان وارد شبکه سراسری برق شود در خازن‌ها ذخیره میشود.
بررسی ولتاژ، جریان و اختلاف زمانی آن‌ها و تعیین خازن‌هایی که باید وارد شبکه شوند به عهده رگولاتور است و این کار را از طریق کنتاکتورها که سوییچ‌ها را خاموش و روشن می‌کنند انجام می‌دهد.
بیشتر بخوانید: نصب ترانس ct در تابلو برق
طراحی و نصب بانک‌های خازنی
در هنگام طراحی و راه‌اندازی بانک خازنی باید چند گام مهم طی شود:
- لازم است اتصالات، خازن‌ها، فیوزها و کانال‌های محل بررسی شوند.
- محلی که برای نصب بانک خازنی در نظر گرفته شود بررسی گردد.
- اتصالات ترانس جریان مورد بازبینی قرار بگیرد
- سپس رگولاتورها راه‌اندازی شده
- بهره‌برداری و راه‌اندازی انجام شود.
طبق اصول طراحی بانک خازنی قبل از هر اقدامی باید عملکرد فعلی و یا وجود نقص در سیستم‌های الکتریکی محل بررسی شود. نصب و ساخت بانک خازنی باید با مجوز و هماهنگی منطقه‌ای انجام شود. همچنین محیط نصب باید دارای اتصال به زمین، دور از مایعات و محیط مرطوب، دور از نور مستقیم خورشید و دارای تهویه باشد.
گام بعدی کنترل خازن‌هاست. خازن‌ها باید سالم باشند و به شیوه‌ای مجاز با رعایت فاصله از طرفین بدنه بانک و به شکل استاندارد نصب گردد. همچنین محل نصب آن‌ها باید تهویه مناسبی داشته باشد و هوا گردش کند.
در مرحله بعد ظرفیت هر پله و میزان جریان آن تعیین میشود. این گام با توجه به وضعیت سوییچ‌ها، هادی‌ها و بخش‌های حفاظتی انجام می‌گیرد. در این گام از پلاک خازن‌ها یا جدول‌های استاندارد استفاده میشود. همچنین با بررسی منحنی تغییرات توان اکتیو بر حسب زمان با استفاده از شیب منحنی نیز می‌توان اولین پله را طراحی کرد.
بعد از اینکه جریان پله‌ها مشخص شد نوبت به بررسی کنترل هادی‌های آن و اتصالات خازن و سوییچ میشود. توجه داشته باشید که این خازن‌ها همیشه تحت اضافه بار هستند و باید بتوانند تا 30 درصد جریان بیشتر را تحمل کنند.
بعد از نصب خازن‌ها، کنترل ترانس جریان نوبت راه‌اندازی رگولاتورها است. با روشن شدن رگولاتور می‌توان سوییچ‌ها را تنظیم کرد و تنظیمات کلی بانک خازنی برای مواردی مثل زمان تأخیر، زمان خروج، دشارژ و غیره را قرار داد.
کاربردهای بانک خازنی
از مهم‌ترین دلایل استفاده بانک خازنی می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:
- توان راکتیو موردنیاز برای شبکه را تأمین می‌کند
- تأثیرات مخرب اثر سلف را از بین می‌برند
- ضریب قدرت شبکه را اصلاح می‌نمایند
- میزان افت ولتاژ در شبکه را کاهش می‌دهند
مزایای بانک خازنی
مهم‌ترین مزیتی که بانک‌های خازنی ایجاد می‌کنند مزایای اقتصادی کوتاه و بلندمدت است. در کوتاه‌مدت با کاهش و قطع دریافت بار راکتیو از شبکه سراسری موجب کم شدن هزینه‌های برق شده و در بلندمدت موجب پایداری و طول عمر بیشتر دستگاه‌ها و جلوگیری از آسیب‌های ناشی از تغییرات جریان برق به آن‌ها می‌شوند. بااین‌حال می‌توان مزایای دیگری نیز برای استفاده از آن‌ها نام برد:
- هزینه برق مصرفی بخصوص در واحدهای صنعتی پرمصرف را کاهش می‌دهد.
- توان راکتیو موردنیاز دستگاه‌ها را تأمین می‌کند.
- اثر سلف در مدار و تأثیر آن بر شبکه را کاهش می‌دهد.
- در منبع تغذیه متناوب باعث ایجاد تغییر فاز میشود.
- ضریب توان شبکه را بهبود داده و آن را به عدد 1 که حالت بهینه‌تری است نزدیک می‌کنند
- موجب افزایش انرژی ذخیره شده در منبع تغذیه جریان مستقیم یا افزایش جریان موج‌دار آن میشود.
- افت ولتاژ را جبران کرده و آن را ثابت نگه می‌دارد تا دستگاه‌ها آسیب نبینند.
- تأخیر ضریب توان را خنثی یا تصحیح می‌کند که باعث صرفه‌جویی در مصرف برق و کاهش اتلاف آن میشود.
شاید مهم‌ترین معایب بانک خازنی در کنار همه مزایایی که دارد، هزینه بالای طراحی و پیاده‌سازی آن است. بعلاوه خروجی توان راکتیو متناسب با مربع ولتاژ است و وقتی ولتاژ از حد خاصی پایین‌تر بیاید، بازدهی آن به حداقل می‌رسد.
همچنین بخوانید: تابلو بانک خازنی چیست؟
جمع‌بندی
موتورهای الکتریکی در هنگام کار به دو جریان های اکتیو و راکتیو نیاز دارند. جریان اکتیو از شبکه سراسری برق تامین میشود و برای تامین برق راکتیو مورد نیاز دستگاه‌ها از جعبه‌های خازنی استفاده می‌کنند. بانک‌های خازنی بر حسب نوع عملکردشان به دو دسته اصلی ثابت و اتوماتیک تقسیم می‌شوند.
طراحی نقشه بانک خازنی و نصب آن با برآورد کردن تجهیزات موردنیاز و محل نصب، طراحی پایه‌های مختلف بانک خازنی، نصب رگولاتور و تست نهایی انجام میشود. استفاده از بانک خازنی نه تنها باعث کاهش مصرف برق و هزینه برق میشود بلکه با جلوگیری از تغییرات ولتاژ یا توان اکتیو که باعث آسیب به دستگاه‌های برقی میشود، بازده و طول عمر این دستگاه‌ها را در طول زمان افزایش می‌دهد.
