جستجو کنید...
هشتگهای محبوب:
بانک خازنی که به آن تابلو برق خازنی نیز میگویند، سیستمی است که با هدف ذخیره و مدیریت انرژی الکتریکی و از مجموعهای از خازنها و سایر تجهیزات ساخته شده است. این سیستم معمولا در شبکههای برق و صنایع مختلف بهکار میرود و با اتصال خازنها بهصورت سری یا موازی، توانایی بالایی در بهبود ضریب قدرت، تثبیت ولتاژ و کاهش تلفات انرژی دارد.
بانکهای خازنی در نیروگاهها، کارخانهها و حتی در سیستمهای انرژی تجدیدپذیر مانند انرژی خورشیدی و بادی نیز نصب میشوند. انواع مختلفی از بانکهای خازنی مانند بانکهای خازنی موازی و سری وجود دارند که هرکدام بسته به نیازهای خاص سیستمهای الکتریکی در مصارف مختلفی بکار میروند. این تنوع بالا در طراحی و کاربردهای بانک خازنی، آنها را به ابزاری مفید برای بهینهسازی عملکرد سیستمهای الکتریکی و کاهش هزینههای مصرف انرژی تبدیل کرده است. برای آشنایی بهتر با بانک خازنی و ویژگیهای آن، ادامه این مطلب را از دست ندهید!
بانکهای خازنی برای اهداف مختلفی مانند اصلاح ضریب توان، تنظیم ولتاژ، فیلتر هارمونیک و حذف گذرا استفاده میشوند. برای آشنایی بیشتر با بانک خازنی، بهتر است نحوه کار آن را بررسی کنیم:
یک بانک خازنی، قدرت چندین خازن مختلف را برای بهبود ظرفیت ذخیرهسازی یک سیستم الکتریکی ترکیب میکند. خازن از دو صفحه رسانا (از جنس آلومینیوم یا تانتالوم) تشکیل شده است. این صفحات توسط یک ماده دیالکتریک مانند سرامیک، شیشه یا کاغذ تصفیهشده از هم جدا شدهاند. کار اصلی یک خازن، ذخیره انرژی الکتریکی بین صفحات در میدان الکترواستاتیک است.
ظرفیت خازنی یا میزان باری که یک صفحه میتواند ذخیره کند، به عوامل مختلفی از جمله مساحت سطح صفحات، فاصله بین صفحات و خواص ماده دیالکتریک بستگی دارد.
زمانی که یک خازن به یک منبع تغذیه متصل میشود، الکترونها روی صفحهای که به ترمینال منفی متصل است جمع میشوند و این یک میدان الکترواستاتیک متراکم ایجاد میکند. پس از ایجاد میدان الکترواستاتیک، خازنها حتی اگر از منبع انرژی جدا شوند، بار خود را حفظ میکنند و آنها را به یک مخزن انرژی موقت تبدیل میکنند. نماد یا شمایل یک پایه بانک خازنی در زیر نشان داده شدهاست:

عملکرد یک بانک خازنی حول جبران توان راکتیو و اصلاح ضریب توان میچرخد. وظیفه اصلی این بانکها، مدیریت توان راکتیو در سیستمهای الکتریکی است که برای حفظ سطح ولتاژ و تضمین تحویل کارآمد برق ضروری است.
توان راکتیو، توانی است که بین منبع و بار نوسان میکند و این نوسانات عمدتا به دلیل بارهای القایی مانند موتورها و ترانسفورماتورها است. بانکهای خازنی، توان راکتیو پیشفاز را فراهم میکنند و بهطور موثر توان راکتیو پسفاز را حذف میکنند و درنتیجه ضریب توان کلی سیستم را بهبود میبخشند.

مهمترین کاربردهای تابلو برق بانک خازنی شامل موارد زیر است:
تابلو برق معمولی، یک سیستم الکتریکی است که برای توزیع و کنترل انرژی الکتریکی در یک ساختمان یا تاسیسات صنعتی نصب میشود. تابلو برقها شامل اجزای مختلفی مانند کنتاکتور، فیوز، کلید مینیاتوری، رله و… هستند و میتوانند بهصورت دستی یا خودکار عمل کنند. برخی از انواع تابلو برق مانند بانکهای خازنی شامل سیستمهای تصحیح ضریب قدرت هستند و با این ویژگی، به بهبود کارایی انرژی و کاهش هزینههای برق کمک میکنند.
تفاوتهای اصلی تابلو برق بانک خازنی با تابلو برق معمولی را در جدول زیر بررسی میکنیم:
| تابلو برق | بانک خازنی | |
| تعریف | سیستم توزیع و کنترل انرژی الکتریکی در ساختمانها و تاسیسات صنعتی | مجموعهای از خازنها برای تامین توان راکتیو |
| عملکرد | توزیع برق به مدارهای مختلف و حفاظت از آنها | ذخیره و آزادسازی توان راکتیو برای بهبود ضریب قدرت |
| اجزای اصلی | کلیدها، کنتاکتورها، فیوزها و رلهها | خازنها، کنتاکتورها و رلههای کنترل |
| کنترل | میتواند دستی یا خودکار باشد | معمولا بهصورت ثابت و دستی کنترل میشود |
| کاربردها | مناسب برای توزیع برق در بارهای مختلف | مناسب برای بارهای با تقاضای راکتیو ثابت |
| مزایا | حفاظت از مدارهای توزیع موثر انرژی، قابلیت کنترل بار | بهبود ضریب قدرت، کاهش هزینههای انرژی |
| محدودیتها | نیاز به نگهداری و بررسی دورهای (ممکن است درصورت بار زیاد دچار مشکل شود) | احتمال اضافه بار در بارهای متغیر، نیاز به کنترل دستی |

انواع تابلو برق
مهمترین مزایای استفاده از بانک خازنی عبارتنداز:
بانکهای خازنی با بهبود ضریب قدرت و کاهش توان راکتیو موردنیاز از شبکه، هزینههای کلی انرژی را کاهش میدهند. بسیاری از شرکتهای برق برای ضریب قدرت پایین جریمههایی را تعیین میکنند. با استفاده از بانکهای خازنی، میتوان از جریمهشدن جلوگیری کرد.
بانکهای خازنی با تأمین توان راکتیو محلی، ظرفیت بار شبکه و تجهیزات را افزایش میدهند. این به این معناست که بدون اینکه نیاز باشد زیرساختهای موجود را ارتقا دهید، سیستم میتواند بارهای بیشتری را مدیریت کند. این افزایش ظرفیت در صنایع با بارهای سنگین و متغیر بسیار مفید است.
بانکهای خازنی ولتاژ در نقاط مختلف شبکه را تثبیت میکنند. با تأمین توان راکتیو، نوسانات ولتاژ کاهش مییابد. درنتیجه، عملکرد تجهیزات الکتریکی بهبود یافته و خطر آسیب به آنها کاهش مییابد. ولتاژ پایدار در محل بار به افزایش کارایی و عمر تجهیزات کمک میکند.
تلفات ناشی از مقاومت در سیمها بهطور مستقیم با جریان عبوری ارتباط دارد. با کاهش جریان، تلفات انرژی نیز کاهش مییابد و به صرفهجویی در هزینههای انرژی منجر میشود.
در خطوط انتقال بلند، افت ولتاژ یک مشکل جدی بهشمار میرود. بانکهای خازنی با تأمین توان راکتیو محلی، به کاهش افت ولتاژ در این خطوط کمک میکنند. به این معنا که ولتاژ در انتهای خط نزدیکتر در حد قابلقبولی باقی میماند.
هارمونیکهای ناخواسته میتوانند باعث اختلال در شکل موج ولتاژ و آسیب به تجهیزات الکتریکی شوند. برخی از بانکهای خازنی طوری طراحی شدهاند که این هارمونیکها را فیلتر کنند.

مهمترین معایب بانکهای خازنی به شرح زیر است:

انواع مختلفی از بانکهای خازنی وجود دارند که هر کدام با توجه به طراحی متفاوتشان، برای کاربردهای خاصی مورداستفاده قرار میگیرند. انواع رایج بانکهای خازنی عبارتنداز:
این بانکهای خازنی صرف نظر از هرگونه تغییر در ضریب توان و بار، بهطور مداوم توان راکتیو ارائه میدهند. آنها بهصورت دستی کار میکنند و پس از شروع به کار فعال میمانند.
این بانکهای خازنی، توان راکتیو را براساس تغییرات در پروفیل بار تامین میکنند. آنها میتوانند براساس تعداد پلههای موردنیاز طراحی شوند و براساس نوع کنترل (ولتاژ یا ضریب توان) بهصورت خودکار عمل کنند.

این نوع بانک خازنی بهگونهای طراحی شده است که علاوه بر تامین توان راکتیو، هارمونیکهای ناخواسته را نیز فیلتر میکند. این کار به بهبود کیفیت توان کمک میکند.
بانک خازنی سلفدار شامل خازنها و سلفها است که بهمنظور محدودکردن جریان هجومی، جبران توان راکتیو و بهبود ضریب قدرت استفاده میشود. سلفها بهعنوان یک عنصر جبرانکننده عمل میکنند.
این نوع بانک خازنی برای استفاده در سیستمهای فشار متوسط طراحی شده است و معمولا در ولتاژهای بین 1 تا 36 کیلوولت کار میکند.
بانک خازنی فشار ضعیف برای استفاده در سیستمهای فشار ضعیف (زیر ۱ کیلوولت) طراحی شده است.

بانکهای خازنی موازی بهصورت موازی با بار در نقاط خاصی از سیستم، مانند بانکهای خازنی در پستها و فیدرها، متصل میشوند. آنها توان راکتیو پیشافتادهای را فراهم میکنند که ضریب توان را بهبود میبخشد و تلفات خط را کاهش میدهد. این نوع بانکهای خازنی معمولا در محیطهای صنعتی استفاده میشوند و میتوانند براساس تغییرات بار روشن یا خاموش شوند.
بانکهای خازنی سری بهصورت سری با بار متصل میشوند. آنها امپدانس مدار را کاهش میدهند و به مدیریت پایداری ولتاژ کمک میکنند. این بانکها مخصوصا در خطوط انتقال طولانی که ممکن است افت ولتاژ رخ دهد، موثر هستند.

یکی از سریعترین و سادهترین راهها برای اینکه بفهمیم به بانک خازنی نیاز داریم یا خیر، این است که به قبض برقمان نگاهی بیندازیم. ما زمانی از بانک خازنی استفاده میکنیم که توان راکتیو را از شبکه برق دریافت میکنیم.
در چنین شرایطی، استفاده از بانک خازنی به کمترشدن جریان مصرفی، کمترشدن سطح مقطع سیمها و تجهیزات با رنج کمتر کمک میکند. در کنتورهای دیماندی (صنعتی خاص)، توان راکتیو محاسبه میشود و در کنتورهای ساختمانهای مسکونی، این مورد لحاظ نمیشود. اما در قبض برق کنتورهای صنعتی و تجاری، قسمتی به نام «ضریب زیان بدی مصرف» وجود دارد. درصورتی که روبروی این قسمت، عددی غیر از صفر نوشته باشد، به این معنی است که به بانک خازنی نیاز داریم.
زمانی که از بانک خازنی استفاده کنیم، توان راکتیو مستقیم از سمت بانک خازنی تامین شده و عدد مربوط به «ضریب زیان بدی مصرف» صفر میشود.

تصمیمگیری در مورد محل قرارگیری بانک خازنی به عوامل مختلفی بستگی دارد. متخصصین با توجه به شرایط و موارد زیر، محل نصب تابلو بانک خازنی را مشخص میکنند و بانک خازنی باید دورتر از ژنراتور برق نصب شود:
میتوان تابلو بانکهای خازنی را در داخل یا خارج از ساختمان نصب کرد. با نصب در محیط داخلی ساختمان، از تجهیزات بانک خازنی محافظت میشود، اما باید توجه داشتهباشید که بانک خازنی به فضای کافی و تهویه خوب نیاز دارند.
نصب در محیط خارجی ساختمان نیز امکانپذیر است، اما مسئله این است که در چنین شرایطی، بانک خازنی باید در معرض آلودگیهای محیطی و شرایط آب و هوایی مختلف قرار گیرد و درنتیجه نیاز به محفظههای تخصصی و ملاحظات مربوط به نوسانات دما دارد.
محل نصب بانک خازنی، نحوه اتصال آن به سیستم الکتریکی را تعیین میکند. گزینههای رایج برای اتصالات شامل اتصال موازی به تجهیزات الکتریکی موجود یا اتصال مستقیم به سمت ثانویه ترانسفورماتور برق شهری است. متخصص برق با توجه به محل نصب و شرایط، بهترین و مناسبترین نحوه اتصال را مشخص میکند.

در اینجا ما دو نوع برق داریم: برق شهر و برق ژنراتور. در حالت استاندارد، تابلوی بانک خازنی باید در مسیر ورودی برق شهر قرار بگیرد و تحت هیچ شرایطی آن را در مسیر برق ژنراتور قرار نمیدهیم. اما دلیل اینکه بانک خازنی را مستقیما در کنار ژنراتور قرار نمیدهیم چیست؟
زمانی که یک خازن را در مدار قرار میدهیم (رگولاتور خازن را در مدار تزریق میکند)، جریان هجومی زیادی در یک لحظه وارد مدار میشود. زمانیکه جریان هجومی در قسمت ژنراتور باشد، خازن در مدار بهطور مکرر قطع میشود؛ زیرا رگولاتور بهصورت اتوماتیک آن را قطع و وصل میکند.
این جریان هجومی روی قسمت برق خروجی ژنراتور تاثیر میگذارد و در قسمت خروجی ژنراتور، زمانی که تثیبتکننده ولتاژ را در ژنراتور داریم، این جریان هجومی زیاد زمانی که تزریق میشود، ژنراتور دچار افت ولتاژ میشود و قسمت بورد تثبیتکننده ولتاژ سعی میکند که افت ولتاژ را بهطور مکرر برطرف کند. این اتفاق بهقدری تکرار میشود که قسمت روتر و استارتر در ژنراتور میدان مغناطیسی دیگر قدرت کافی برای گردش و دوران ندارند و به اصطلاح منحل میشوند.
تابلو بانک خازنی دارای تجهیزات متفاوتی است. هر کدام از این اجزا، با هدف خاصی در این تابلو بانکها نصب میشوند. در ادامه، رایجترین تجهیزات تابلو برق خازنی عبارتند از: خازن، کلید اتوماتیک، کنتاکتور خازنی، رگولاتور و تجهیزات حفاظتی.

خازن اجزای اصلی بانک خازنی است و انرژی الکتریکی را در یک میدان الکتریکی ذخیره میکند. خازنها با هدف تصحیح ضریب قدرت و فیلترکردن هارمونیکها مورداستفاده قرار میگیرند و در انواع مختلفی مانند خازنهای فیلم، الکترولیتی و سرامیکی وجود دارند. هر کدام از این انواع دارای ویژگیها و کاربردهای متفاوتی هستند. انتخاب نوع و مقدار کیلووار خازن توسط متخصص و با توجه به نوع کاربرد و ویژگیهایی نظیر ولتاژ موردنیاز تابلو برق خازنی انجام میشود.
انواع خازن
کنتاکتور خازنی یک سوئیچ الکتریکی است که برای کنترل قطع و وصل بانک خازنی بکار میرود. این کنتاکتورها بهطور خودکار یا دستی عمل میکنند و به سیستم اجازه میدهند تا براساس نیاز بار، خازنها را متصل یا قطع کند.
انواع کنتاکتور خازنی
تجهیزات حفاظتی تابلو بانک خازنی شامل فیوزها، رلهها و سوئیچهای ایمنی هستند که از آنها برای محافظت از بانک خازنی دربرابر شرایط غیرعادی مانند اضافه بار و اتصال کوتاه استفاده میشود. این تجهیزات بهطور خودکار عمل کرده و درصورت بروز مشکل، بانک خازنی را از مدار خارج میکنند.
رگولاتور یک دستگاه کنترلکننده است که برای تنظیم (کنترل) ولتاژ و توان راکتیو در تابلو بانک خازنی استفاده میشود. این دستگاه بهطور مداوم ولتاژ و جریان را نظارت کرده و براساس نیاز بار، کنتاکتورها را بهطور خودکار متصل یا قطع میکند.
کلید ورودی یا کلید اتوماتیک برای قطع و وصلکردن بانک خازنی در شرایط اضطراری استفاده میشود. این کلیدها میتوانند بهصورت دستی یا خودکار عمل کرده و به سیستم اجازه میدهند تا در شرایط مختلف بهترین عملکرد ممکن را داشتهباشند.
انواع کلید اتوماتیک
رعایت استانداردهای بانک خازنی در زمان طراحی، نصب و استفاده از آن، تضمین میکند که این تابلو ایمن باشد، ضریب توان را موثر اصلاح کند، به شبکه برق آسیب نزند و همچنین عمر مفید بالایی داشتهباشد. مهمترین استانداردهای طراحی و بکارگیری از بانک خازنی عبارتنداز:
بانک خازنی باید بر اساس پارامترهای زیر طراحی شود:
به همین دلیل، استانداردها سطح عایقی مشخص (BIL) و تلرانس ولتاژ مجاز (مثلا تا 110٪ ولتاژ نامی) را تعیین میکنند.
توجه داشتهباشید که هیچ خازنی دقیقا ظرفیت نامیاش را ندارد. این استانداردها موارد زیر را مشخص میکنند:
رعایت استانداردهای بالا برای جلوگیری از عدم تعادل فازها و اضافهبار روی بعضی خازنها بسیار مهم است.
بانک خازنی باید دربرابر خطاها محافظت شود. این خطاها عبارتنداز:
استانداردهای حفاظت، استفاده از موارد زیر را الزام یا توصیه میکنند:
وصل و قطعشدن بانک خازنی میتواند باعث موارد زیر شود:
به همین دلیل، استانداردهای کلید زنی و راهاندازی، موارد زیر را مشخص میکنند:
در شبکههایی که بار غیرخطی دارند (مثل اینورترها و درایوها)، بانک خازنی ممکن است وارد رزونانس هارمونیکی شود. به همین دلیل، رعایت استانداردهای زیر توصیه میشود:
از آنجاییکه خازنها به دما بسیار حساساند و افزایش دما منجر به کاهش شدید عمر خازن میشود، استانداردهای زیر تعیین شدهاند:
برای جلوگیری از خطرات جانی و آسیب به تجهیزات، استانداردهای زیر باید رعایت شوند:
قبل و بعد از نصب، انجام تستهای زیر توصیه میشود:

بانکهای خازنی معمولا طول عمر طراحیشدهی بیش از ۲۰ سال دارند، اما برخی شرایط میتواند عمر عملیاتی آنها را به میزان قابلتوجهی کاهش داده و منجر به خرابیهای زودرس شود. نمونههایی از چنین شرایطی عبارتنداز:
برای راهاندازی اصولی بانک خازنی، بهتر است مرحلهبهمرحله طبق یک چکلیست مشخص جلو بروید. با رعایت همین جزئیات ساده، جلوی خیلی از خرابیهای پرهزینه بعدی گرفته میشود.
این مرحله پایه کار است؛ اگر محیط مناسب نباشد، بهترین تجهیزات هم عمر طولانی نخواهند داشت.

رایجترین اشتباهات در استفاده از بانک خازنی که منجر به هزینههای زیاد میشوند، عبارتنداز:
در نگهداری تابلو بانک خازنی، اقدامات دورهای و اقدامات پیشگیرانه انجام میشود. اقدامات دورهای هر چند ماه یکبار بهطور دقیق انجام میشوند. این اقدامات تقریبا شبیه به کارهایی است که در «چک لیست نگهداری از تابلو برق» ذکر شدهاند. تمیزکردن فیلتر تهویه هوا، بررسی فیوزها، آزمایش خازنها، بررسی کنتاکتورها، بررسی شکل ظاهری خازنها و غیره جزو اقدامات دورهای بهشمار میروند.
اقدامات پیشگیرانه نیز برای جلوگیری از آسیبهای احتمالی در آینده انجام میشوند. بهعنوان مثال، زمانی که صدای اتصال شل کابل برق (جرقه) را میشنوید، باید علت آن را بررسی کرده و سریعا برای جلوگیری از آتشسوزی یا خرابی تجهیزات اقدام کنید.
