رگولاتور بانک خازنی

رگولاتور بانک خازنی چیست؟

رگولاتور بانک خازنی مغز متفکر یک بانکی خازنی در سیستم برق صنعتی می باشد. این رله الکترونیکی و میکروپروسسوری تصمیم می گیرد چه زمانی کدام پله به مدار وصل شده و کدام پله از مدار قطع شود. این رله با اندازه گیری ضریب توان شبکه و مقایسه آن با ضریب توان هدف، تصمیم می گیرد چند پله در مدار قرار بگیرد.

در صنعت بیشتر مصرف کننده ها سلف مقاومتی هستند، برای تامین توان راکتیو مورد نیاز سلف ها، نیاز به استفاده از خازن می باشد. خازن هایی که برای اصلاح ضریب توان شبکه به کار برده می شوند در تابلو بانک خازنی قرار گرفته که وظیفه این تابلوها محاسبه توان راکتیو مورد نیاز شبکه و وارد کردن تعداد خازن های مورد نیاز در مدار می باشد. باید توجه کرد که ضریب توان هر شبکه با توجه به مصرف شبکه می تواند متغییر باشد، پس خازن های مورد نیاز یک شبکه نیز با توجه با مصرف آن شبکه محاسبه می شود. این خازن ها در تابلو به چند پله تقسیم می شوند، در هر پله می توان از یک یا چند خازن با ظرفیت های مختلف به صورت موازی استفاده کرد.

با تغییرات ضریب توان شبکه یا cos ɸ شبکه این پله ها در مدار قرار گرفته و یا از مدار خارج می شوند. ظرفیت هر پله با توجه به خازن های قرار گرفته در آن پله مشخص می شود که این ظرفیت ها می توانند برابر یا متفاوت باشند. کنترل بانک خازنی و تصمیم اینکه چه زمانی کدام پله به مدار وصل شود و کدام پله از مدار قطع شود بر عهده رگولاتور بانک خازنی می باشد.

این رله کنترل توان راکتیو به صورت تک فاز و سه فاز طراحی و تولید می شود. هر پله از خازن ها با استفاده از یک کنتاکتور مخصوص که توانایی تحمل جریان های هجومی خازن ها را هنگام وصل و نیز قطع جریان های خازنی را داشته باشد و یک کلید فیوز که قدرت قطع بالا را دارد به شین های برق شبکه متصل می شود. که در ادامه به بررسی انواع رگولاتور بانک خازنی می پردازیم.

مشخصات فنی رگولاتور بانک خازنی

رگولاتور بانک خازنی با اندازه گیری ضریب توان شبکه و مقایسه آن با ضریب توان هدف که معمولا به صورت تجربی بین 0.9 تا 0.95 تنظیم می شود، تعیین می کند که چه تعداد پله و با چه ظرفیتی در مدار قرار گیرد. این که ضریب توان هدف (یا همان ɸCos) به چه مقدار و در چه ناحیه ای (ناحیه سلفی یا خازنی) باشد را کاربر بر اساس نیاز سیستم خود محاسبه و تنظیم می کند. مقدار ɸ در اصل همان اختلاف فاز بین ولتاژ و جریان است. از تولید کنندگان مطرح رله کنترل توان راکتیو می توان به شرکت های زیمنس، اشنایدر الکتریک، ایسکرا، PKC، لیفاسا، فراکو، بلوک و غیره اشاره کرد.

به طور کلی رگولاتور بانک خازنی، یک رله الکترونیکی جهت قطع و وصل پله های بانک خازنی می باشد. در حقیقت رگولاتورهای خازنی با اعمال ولتاژ به بوبین کنتاکتورها دستور فعال و یا غیر فعال شدن پله ها را می دهند. همچنین ساختار داخل رگولاتور جهت افزایش دقت در محاسبات با جریان های پایین کار می کنند پس برای قرار دادن رگولاتور خازنی در مدار عموما از ترانس جریان 5 آمپر ثانویه استفاده می شود به شکلی که یکی از فازها به ترانس جریان متصل شده و سپس به ورودی ترانس جریان رگولاتور متصل می شود دو فاز دیگر از یک فیوز عبور کرده و جهت نمونه گیری به رگولاتور متصل می شود. به خاطر داشته باشیم که جهت حفاظت از سیستم و ترانس ثانویه، ترانس حتما باید زمین شود.

انواع رگولاتور بانک خازنی

از انواع رگولاتور بانک خازنی می توان به رگولاتور بانک خازنی تکفاز و سه فاز اشاره کرد که در ادامه به بررسی این رگولاتورها می پردازیم.

رگولاتور بانک خازنی تکفاز

رگولاتور بانک خازنی در برخی مدل ها به صورت تکفاز تولید می شود، بطور کلی این مدل از رگولاتور بانک خازنی با توجه به نمونه برداری فقط از یک فاز دارای خطا بوده و نتایج مطلوبی در اختیار مصرف کننده قرار نمی دهند. این خطا به دلیل عدم تقارن و تعادل شبکه سه فاز می باشد. همچنین برخی از مدل های سه فاز توانایی نمایش پارامترهای شبکه را نیز دارند، که در صورت استفاده از رگولاتور بانک خازنی تک فاز این ویژگی در اختیار مصرف کننده قرار نمی گیرد، پس استفاده از رله کنترل توان راکتیو به صورت تکفاز توصیه نمی شود.

رگولاتور بانک خازنی سه فاز

برخی از رله های کنترل ضریب توان تولید شده قابلیت نمونه برداری از سه فاز را دارند. این نوع از رگولاتورهای بانک خازنی توانایی اندازه گیری دقیق تر، قابلیت کاهش تعداد سوئیچینگ و در نهایت افزایش عمر خازن ها را دارند. همچنین این نوع از رگولاتور بانک خازنی قابلیت اندازه گیری و نمایش پارامترهای مختلف شبکه مانند جریان سه فاز، ولتاژ سه فاز و غیره را دارد که استفاده از این نوع رگولاتور در بانک خازنی، بیشتر توصیه می شود.

البته لازم به ذکر است که رگولاتور بانک خازنی در انواع متفاوتی طراحی و تولید می شود که هر یک از این رله ها برای کاربردهای متفاوتی در تابلو برق بانک خازنی استفاده می شود. اولین فاکتور متمایز کننده رله کنترل توان راکتیو یا رگولاتور بانک خازنی در تعداد پله های آن بوده و در انواع 4، 5، 6، 7، 8، 12، 14 پله موجود هستند، البته بیشتر موارد مصرف شده در صنعت از دو نوع 12 پله و 6 پله می باشد. به تعداد پله ها در پشت رگولاتور، ترمینال برای اتصال به کنتاکتور ها وجود دارد، همچنین رگولاتورهای بانک خازنی معمولا توانایی نمایش دادن موارد زیر را بر روی نمایشگر خود را دارند.

• بخش حقیقی یا اکتیو جریان
• بخش موهومی یا راکتیو جریان
• ضریب توان شبکه
• خازنی یا سلفی بودن شبکه
• نمایش ظرفیت خازنی مورد نیاز برای رسیدن به ضریب توان هدف
• رگولاتور بانک خازنی از جریان و ولتاژ فازهای ورودی نمونه برداری می کند که این مقدار معمولا در نمایشگر رگولاتور قابل مشاهده است.
• در بعضی از رگولاتور بانک خازنی می توان هارمونیک های ولتاژ را (معمولا تا هارمونیک 13 ام) نمایش داد و با درصد مشخص و تعیین شده ای فیلتر کرد.

برخی از رگولاتورهای بانک خازنی هوشمند بوده و پس از نصب نیاز به تنظیم خاصی نداشته و به طور خودکار، پله های خازنی، مقدار C/K و قطب های ترانس جریان را تشخیص می دهند و یا با استفاده برابر از تمامی پله های موجود در بانک خازن، باعث افزایش عمر آنها شده و اگر پله ای معیوب شود، به صورت اتوماتیک تشخیص داده و آن پله را از مدار خارج می کند. همچنین برخی از این مدل ها قابلیت اتصال به کامپیوتر را نیز دارند که که این پارامتر های اندازه گیری شده در انواع مختلف تولید شده می توانند متفاوت باشند. فاکتور متمایز کننده بعدی آلارم دادن در مواقع اختلال شبکه می باشد، به شکلی که برخی از این رله ها دارای آلارم کاهش و افزایش ولتاژ، کمبود ظرفیت خازن های موجود، حد هارمونیک مزاحم، خازنی شدن مدار و غیره می باشد.

در رگولاتور بانک خازنی نوعی فیلتر وجود دارد که هارمونیک های ولتاژ را فیلتر می کنند. هارمونیک های ولتاژ حاصل از وجود بارهای غیر خطی مانند ژنراتورها، لامپ های فلوئورسنت و بارهای سلفی بزرگ می باشد که این بارها مصرف کننده جریان های غیر سینوسی هستند. به طور کلی در صورتی که شکل موج جریان سینوسی خالص نباشد می گوییم جریان و ولتاژ دچار اعواج شده که این اعوجاج ها حاصل وجود هارمونیک ها در شبکه هستند. البته لازم به ذکر است که هرگونه بار غیر خطی باعث ایجاد هامونیک نمی شود. امپدانس ها در مقادیر پایین هارمونیک های بسیار کوچکی دارند که اختلالی در شبکه ایجاد نمی کنند.

پارامترهای قابل تنظیم رگولاتور بانک خازنی

از پارامترهای قابل تنظیم رله کنترل توان راکتیو می توان به ضریب توان هدف: جریان پاسخ، تعداد پله های ثابت، و زمان تخلیه خازن اشاره کرد که در ادامه به بررسی این پارامترها خواهیم پرداخت.

• ضریب توان هدف

این ضریب، ضریب توان تابلو بانک خازن است، تنظیم این پارامتر بسیار حساس بوده و حتما باید با محاسبات دقیق مهندسی صورت گیرد. بالا بودن بیش از حد این پارامتر و یا حتی در مواقع خاص برابر یک قرار دادن آن باعث می شود با وصل یک پله، شبکه خازنی شده و رگولاتور دوباره تصمیم به قطع یک پله بگیرد و این چرخه ادامه داشته باشد که در این سیستم ناپایدار، تعداد قطع و وصل پله ها بالا رفته و باعث کاهش شدید عمر خازن ها می شود.

• جریان پاسخ

رگولاتور بانک خازنی تصمیم گیری در مورد قرار گرفتن یا نگرفتن یک پله را با استفاده از فرمول زیر انجام می دهد. که در آن Q کوچکترین خازن پله بانک خازنی، V ولتاژ شبکه، K1 نسبت تبدیل ترانس جریان و K2 نسبت تبدیل ترانس ولتاژ می باشد.

• تعداد پله های ثابت

در برخی موارد لازم است که تعدادی از پله های بانک خازنی به صورت ثابت و همیشگی در مدار باقی بماند و باقی پله ها با توجه به شرایط موجود فعال یا غیر فعال شوند، تعداد این پله های ثابت باید توسط این پارامتر برای رگولاتور خازنی مشخص شود.

• زمان تخلیه خازن

وصل شدن ناگهانی پله های خازنی به کنتاکتورها و فیوزها آسیب می رساند به همین دلیل زمانی تحت عنوان تاخیر در وصل در رگولاتور بانک خازنی تنظیم می شود که بسته به مقاومت تخلیه ی هر خازن متفاوت است. خازن ها قبل از وصل مجدد باید تا میزان 10 درصد از ولتاژ نامی خود، تخلیه شده باشند. رله کنترل توان راکتیو بعد از قطع کردن هر پله از پله های بانک خازنی تا سپری شدن زمان مشخص شده برای تخلیه 10 درصدی، آن پله را مجدد وارد مدار نخواهد کرد.

عملکرد رگولاتور بانک خازنی

همانطور که ذکر شد دلیل نصب خازن، تامین بار راکتیو مصرف کننده سلفی بوده و کنترل خازن بر عهده رگولاتور بانک خازنی می باشد. عملکرد رگولاتور های خازنی با توجه به شرکت سازنده و مدل آن متفاوت است اما به صورت کلی این رله ها با نمونه برداری از جریان شبکه با استفاده از ترانسفوماتور های جریان (CT) و نمونه برداری از ولتاژ، ضریب توان شبکه را با استفاده از روابط تعریف شده محاسبه می کنند و مقدار پله لازم برای رسیدن به کسینوس فی هدف را فعال کرده و داخل مدار قرار می دهند. رله کنترل توان راکتیو علاوه بر مدیریت پله های فعال و غیر فعال بانک خازنی، وظیفه حفاظت از بانک خازنی و خازن ها را نیز دارد. رگولاتور بانک خازنی با ایجاد یک جریان خروجی پایدار و بدون نوسان باعث افزایش عمر مفید خازن ها و سیستم مربوطه می شود و از سوختن و آسیب دیدن المان های حساس به تغییرات جریان، جلوگیری می کند. قدرت بالای پردازش میکروپروسسور داخلی رگولاتور بانک خازنی باعث عملکرد محافظتی مناسبی می شود البته باید توجه نمود پارامترها و عملیات های حفاظتی استفاده شده با توجه به نوع و مدل رگولاتور انتخاب شده می تواند متفاوت باشد.