دستگاه خازنی بهینه ساز مصرف برق

دستگاه خازن Optimaizer چگونه باعث کاهش مبلغ قبض برق می شود

جریمه راکتیو چیست؟

چگونه می توان جریمه راکتیو را از قبض برق حذف کرد؟

اگر کادر قرمزمشخص شده در قبض برق شما شامل مبلغ پرداختی بود بدلیل نبود خازن قبض برق شامل جریمهراکتیو شدهاست. این مبلغ توسط خازن کاملا صفر شده و دربرخی موارد درصد بالایی از مبلغ پرداختی کلی را تشکیل میدهد

مقدمه

امروزه انرژی الکتریکی پرمصرف ترین و پر رشد ترین انرژی مورد مصرف در تمامی ساعات شبانه روز می باشد، بنابراین از این نظر باید دارای ویژگی های مطلوب کیفیتی برای استفاده باشد. گسترش دستگاه های حساس به کیفیت برق و افزایش بار های غیر خطی و تجهیزات الکتریکی آلوده کننده ، از مهمترین دلایلی است که برمفهوم کیفیت توان تمرکز زیادی صورت گرفته است.
با توجه به مشکلات موجود در بانک های خازنی معمول و تعمیرات و نگهداری دشوار، آسیب پذیری، عدم کارایی مناسب در برابر استاپ و استارت زیاد ، عدم امکان توزیع پراکنده و حساسیت بالا در برابر هارمونیک ها به بررسی عملکرد و ویژگی های جبران سازهای اپتیمایزر با هدف کاهش مصرف برق و حفظ عملکردهای مثبت سیستم بانک های خازنی قدیمی و پوشش معایب آنها می پردازیم.

خازن های صنعتی سه فاز ستاره بهترین جایگزین برای بانک های خازنی قدیمی میباشند که نسبت به تغییرات ولتاژ، جریانات لحظ های و برخی هار مونیک ها مقاومت بالایی از خود نشان داده که با قرارگیری در کنار الکتروموتورها در کاهش آمپر کشی اولیه و مشکلات ناشی از آن موثر باشد و حتی در برخی موارد می توانند به صورت کمک راه انداز استفاده شوند.
با توجه به اهمیت بهینه سازی مصرف انرژی ، کاهش تلفات و پیک زایی طراحی میکرو خازن ها به گونه ای است که می تواند جهت جبران سازی توان راکتیو به صورت محلی در کنار مصرف کننده قرار گیرند تا علاوه بر کاهش جریان اولیه ، نوسان ولتاژ و جبران توان راکتیو از محل مصرف کننده،درکاهش تلفات اکتیو نیز موثر باشد.

توان راکتیو در شبکه و رفتار آن

در شبکه های جریان متناوب توان ظاهری که از مول دها 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 میکنند مانند الکترو موتورها ترانسفور ماتورهای توزیع که در آنها 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 میده.

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 نمی کندو این توان در هر حالتی از مولد دریافت میشود؛ و برای رسیدن به مصرف کننده های اهمی وسلفی از شبکه توزیع شامل سیم ها و کابل ها و … عبور کرده نتیجه اینکه سلف توانی از مولد دریافت کرده و به آن پس می دهد 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 سیم ها 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 می شود 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 خازن ها هم همانند سلف باعث افزایش توان راکتیو شبکه می شوند، 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 میشود و در زمان های بعد بین آنها تبادل می شود بدون اینکه مولد این توان را تحمل کند به این خازن ها، خازن های اصلاح ضریب توان می گویند و وظیفه آنها تامین توان راکتیو مورد نیاز مصرف کننده های اهمی سلفی است خازن های 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.

توان اکتیو و راکتیو

در شبکه های توزیع، قدرت مصرفی توسط مصرف کنندگان دارای دو مولفه اکتیو و راکتیو می باشد این دو قدرت با هم ۹۰ درجه اختلاف فاز دارند و از جمع برداری این دو قدرت مولفه قدرت ظاهری به دست می آید.توان واقعی در واقع توانایی یک مصرف کننده برای تبدیل انرژی را نشان می دهد در حالی که توان ظاهری در اثر وجود اختلاف فاز بین ولتاژ و جریان پدید می آید. به زبان ساده در یک الکتروموتور مقدار انرژی که صرف به حرکت درآوردن موتور می شود مثل میدان مغناطیسی ، لغزش و از این موارد توان راکتیو است و قدرتی که از روتور دریافت میکنیم توان اکتیو است. در نهایت توان ظاهری حاصل جمع برداری توان اکتیو و راکتیو بوده که با جمع معمولی تفاوت دارد.

توان اکتیو: توان واته، توان مفید، تو انی که به اجبار از شبکه می کشیم، توانی که ما دوست داریم مصرف بشه، توانی که باعث روشنایی در لامپ ها میشه، توانی که باعث گردش موتور ها میشه، توانی که در خطوط انتقال ارسال میشه.. .

توان راکتیو: توان دواته، توان غیر مفید، توانی که به اجبار با توان اکتیو منتقل میشه، تو آنی که ما دوست نداریم مصرف بشه، توانی که باعث روشنی در لامپ ها نمیشه، توانی که باعث گردش موتور ها نمیشه، توانی که باعث افزایش جریان در سیم ها می شه، توانی که به اجبار با توان اکتیو در خطوط انتقال عبور می کند.

بارهای اکتیو و راکتیو

مصرف کنندگان انرژی به دو دسته کلی تقسیم می شوند :

مصرف کننده های اکتیو (مقاومتی )
مصرف کننده های اکتیو (خازن و سلف )

مصرف کنندگان اکتیو با تبدیل انرژی الکتریکی به شکل دیگری از انرژی ، انرژی الکتریکی را مصرف می کنند مانند : لامپ های رشته ای
بخاری های برقی و …
مصرف کنندگان راکتیو به جای مصرف انرژی الکتریکی آن را ذخیره می کند و با کاهش یافتن روند تغذیه بار انرژی ذخیره شده خود را به مدار باز می گردند مانند : خازن ها ، موتورها ، ترانس های القایی و …
توان راکتیو موجب افزایش یافتن جریان جاری بین منبع تغذیه و مصرف کنندگان می شود پس توان ظاهری افزایش می یابد

ضریب توان

نسبت توان واقعی به توان ظاهری را ضریب توان می گویند و مقداری بین صفر تا یک دارد. کم بودن ضریب توان در یک مدار موجب بالا رفتن جریان و در نتیجه بالا رفتن تلفات می شود. بدین معنی که یک مدار با ضریب توان پایین در مقایسه با یک مدار با ضریب توان بالا، نیازمند جریان بیشتری برای ایجاد مقدار ثابتی از توان واقعی است. ضریب توان صفر، بدین معناست که تمام انرژی فرستاده شده بوسیله منبع انرژی کاملا” ذخیره و مجددا” به منبع انرژی باز می گردد .
ضریب توان یک، بدین معناست که تمام انرژی فرستاده شده بوسیله منبع، “کاملا” مصرف می شود. در بیشتر کشورها استانداردضریب توان مصرف کنندگان عددی ما بین ۹ / ۰ تا ۹5 / ۰ می باشد. همچنین در مدارهای پر مصرف ضریب توان پایین موجب افزایش جریان در هادی هاو هزینه انتخاب هادی را افزایش می دهد و باعث کاهش طول عمر تجهیزات تولید کننده و مصرف کننده انرژی الکتریکی نیز می شود.

عدم ترمیم ضریب توان موجب اعمال هزینه اقتصادی مستقیم به مصرف کنندگان می شود. اغلب بارهای صنعتی دارای ضریب توان پس فاز هستند، یعنی توان راکتیو جذب می کنند. بنابراین جریان بار، مقدارش از آنچه که برای تامین توان واقعی ضروری است بیشتر خواهد بود.

تنها توان واقعی است که سرانجام در تبدیل انرژی مفید بوده و جریان اضافی نشان دهنده اتلاف انرژی است که مشتری نه تنها بایستی بهاء آن را بپردازد، بلکه به دلیل پایین بودن ضریب توان از سوی شرکتهای توزیع برق شامل جریمه نیز می شود .

بانک خازن

جبران سازی توان راکتیو توسط خازن صورت می گیرد به گونه ای که کیفیت تغذیه در سیستم های قدرت در بهترین شرایط خود باشد
سیستم های خازنی در انواع مختلف طراحی و نصب می شوند، هدف از نصب همه آن ها بهبود کیفیت توان است .
عمده مصرف مشترکین به صورت بار سلفی بوده به همین دلیل شبکه های توزیع به دلیل مصرف بالای بار راکتیو اشغال شده و با کاهش ظرفیت شبکه مواجه است.بار راکتیو بخشی از مصرف انرژی است که به صورت غیر مفید از چرخه مصرف خارج می شود و دیگر قابل استفاده نیست، در عین حال موجب افزایش صرف هزینه در شبکه توزیع برای انتقال انرژی برق به مصرف کننده شده و افزایش تلفات را به همراه دارد .
معمولاً برای کاهش بار راکتیو و حذف آن از بانک های خازنی مثلث استفاده می شود این تابلو ها از اجزای مختلفی نظیر رگلاتور، کنتاکتور و خازن های مثلث تشکیل شده که با توجه به آمپر کشی های شبکه داخلی و اندازه گیری هایی که رگلاتور انجام میدهد ، خازن وارد مدار شده و پس از خاموش شدن موتور از مدار خارج و به واسطه مقاومت ها تخلیه می شود این خازن ها نسبت به تغییرات ولتاژ و آمپر کشی های لحظه ای و هارمونیک ها حساس بوده و آسیب پذیر هستند . وجود جریان هجومی در هر بار ورود و خروج خازن موجب آسیب رساندن به قطعات الکترونیکی اطراف و کنتاکتور و خود خازن ها شده و هزینه تعمیرات و نگهداری این سیستم با توجه به مشکلات آن ها زیاد شده است . در شرایط کنونی به علت استفاده روز افزون از درایو ها، سافت ها و سیستم های غیرخطی هارمونیک های ایجاد شده در شبکه داخلی موجب اختلال در عملکرد رگلاتور و ترکیدن خازن ها شده است . خازن ها به علت ویژگی ذاتی خود در جذب هارمونیک در سیستم های جدید آسیب پذیری بیشتری از خود نشان داده و به علت یکجانشینی این نوع سیستم ها به آسیب پذیری بیشتر خازن ها کمک کرده است.

اصلاح ضریب توان

بدین معناست که بار راکتیو مورد نیاز مصرف کننده به واسطه سیستم های جبران ساز در محل مصرف تامین شده که این کار افزایش ضریب توان مصرف، حذف جریمه راکتیو قبض برق و کاهش راکتیو مصرفی را به همراه دارد .
اصول کار کلیه بانک های خازنی موجود افزایش ظرفیت ترانس و حذف جریمه راکتیو قبض برق می باشد .
ما برای اینکه بتوانیم در کاهش مصرف انرژی و تلفات موثر باشیم باید اصلاح ضریب توان را از محل مصرف و در کنار الکتروموتور ها انجام دهیم این کار باعث می شود آمپر عبوری از کلید ها و کابل ها و شبکه کلی برق رسانی به الکتروموتور کمتر شده و با کاهش تلفات انرژی همراه باشد

از مزایای اصلاح ضریب توان در کنار مصرف کننده

کاهش آمپر عبوری از کابل ها که به واسطه آن کاهش تلفات اکتیو ، افزایش طول عمر کابل ، کاهش دمای کابل و جبران افت ولتاژ را درپی دارد همچنین با کاهش آمپر عبوری از سیستم قدرت و کنتاکتور و کلید ها در افزایش طول عمر آنها موثر بوده و کمک می کند تا با آمپر کمتر کار کرده و دمای شرایط کاری آن ها مطلوب شود .

جبران سازی با بانک های خازنی معمول و مزایا و معایب آن

این نوع سیستم ها از قدیم الایام تا کنون با طراحی رگولاتوری و کنتاکتوری به صورت معمول در ابتدای شبکه توزیع برق داخلی و در کنار ترانس قرار می گیرند تا با حذف بار راکتیو در محل ترانس از ورود آن به شبکه اداره برق جلوگیری کنند.

افزایش ضریب توان کلی مجموعه در افزایش ظرفیت ترانس و حذف جریمه راکتیو قبض موثر است .

اما این سیستم ها در طول این سالها با برخی مشکلات مواجه بودند :

خازن های مصرفی در این سیستم ها به صورت مدار داخلی مثلث بوده که این امر در به دام انداختن هارمونیک ها و تشدید جریان های هارمونیکی در مدار داخلی خازن و ترکیدن آنها موثر است. این نوع آسیب پذیری باعث شده است علاوه بر افزایش هزینه سلامت جانی اپراتور هم در خطر قرار بگیرد .
اصولاً آمپر کشی های لحظه ایی نظیر استارت الکتروموتورها ، جوش ، تزریق ، پرس و برش در کمتر از ۸ ثانیه اتفاق می افتد و الکتروموتورها بعد از ۸ ثانیه به آمپر کشی معمول خود می رسد، به دلیل بالا بودن آمپر کشی های لحظه ای و اولیه و به دنبال آن نوسان ولتاژ سیستم جبران ساز باید به گونه ای باشد تا بتواند از زمانی که مصرف کننده وارد مدار شده یا آمپر کشی را شروع کرده است در جبران سازی و افزایش ضریب توان مصرف کننده موثر باشد اما سیستم های معمول بانک های خازنی به دلیل عملکرد کند رگولاتور اصولاً ۱۰ الی ۲۰ ثانیه طول می کشد تا رگلاتور دستور ورود خازن را صادر کند، در این مدت آمپر کشی های لحظه ای انجام شده و عملاً تأثیری در جبران سازی آنها نخواهند داشت .
نوسانات میرای ایجاد شده به واسط ه ضربه کنتاکتور در شبکه که وظیفه ورود و خروج خازن را دارند میتوانند به قطعات حساس در اطراف خود نظیر سیستم های پی ال سی و درایو ها آسیب برساند و آن ها از مدار خارج کند .

اصولاً سیستمهای معمول بانک های خازنی در پست برق درکنار ترانس قرار می گیرند این امر آنها را از مصر فکننده داخلی دور کرده و عملاً در حذف بار راکتیو داخلی کابل ها و کاهش تلفات تاثیری نخواهند داشت چون طراحی آنها به گونه ای است که نمی توانند به صورت مجزا در کنار مصر فکننده قرار بگیرند .
تابلوهای بانک های خازنی از اجزای مختلفی نظیر رگلاتور کنتاکتور مدار فرمان خازن و برخی از قطعات دیگر تشکیل شده که با فرسودگی و تخریب هر یک از آنها م یتوانند کل سیستم بانک خازنی را از کار بیندازد به همین دلیل تعمیرات و نگهداری آن ها تخصصی بوده و هزینه بالایی را در طول سال در بر دارد .
به دلیل افزایش مدارات غیرخطی و هارمونیک زا نظیر درایو ، سافت ،جوش و… در شبکه داخلی خرابی خازن ها و رگولاتور و قطعات تابلو خازنی روز به روز بیشتر شده که علاوه بر اختلال در عملکرد بانک های خازنی در افزایش هزینه های تعمیرات و نگهداری آن موثر است.

جبران سازی توسط دستگاه های بهینه ساز اپتیمایزر و مزایای آن

توان خروجی راکتیو به میزان 25 kvar
بازه ولتاژ کاری 150– 440v
دمای کار ((-20 ) – (75) c )
فرکانس کاری 50 و 60Hz
IP 54
ابعاد ۲۱ * 3۰ * ۱۸

میکروخازن ها به گونه ای طراحی شده اند که می توانند به صورت محلی در کنار هر مصرف کننده قرار گرفته و جبران سازی را از محل مصرف انجام دهند این امر در کاهش تلفات و آمپر عبوری از کابل ها ، کلید ، کنتاکتور و شبکه داخلی توزیع برق موثر باشد. تغییر مدار داخلی از حالت مثلث به ستاره باعث شده تا ولتاژ سر خازن ا ز 3۸۰ ولت به ۲۲۰ ولت کاهش یابد لذا نسبت به تغییرات ولتاژ تحمل بالایی داشته و افزایش و کاهش لحظه آن تاثیری در عملکرد خازن نداشته باشد.

در صورت نصب بر روی الکتروموتورها می توانند در کاهش آمپ راستارت های اولیه و جبران سازی آنها موثر بوده و تلفات آنها را کاهش دهد سیستم های میکروخازنی به دلیل داشتن مدار داخلی ستاره و عبور برخی جریانات هارمونیکی نظیر هارمونیک های جریان در سیم نول از مدار داخلی خود باعث شده که نسبت به اثرات مخرب هارمونیکی بر روی خازن قوی عمل کرده و طول عمر آن نسبت به خازن مثلث افزایش یابد.
برای راه اندازی الکتروموتور ها اصولاً از مدارات ستاره مثلث یا سافت استارتر و درایو استفاده می شود مدار ستاره مثلث و سافت استارتر پس از راه اندازی با جریان اولیه بالا از مدار خارج می شوند و توسط کنتاکتور بای پس الکتروموتور به حرکت خود ادامه می دهد و عملاً در کاهش بار راکتیو تاثیری نخواهد داشت اما درایو ها علاوه بر راه اندازی در کاهش بار راکتیو موثر هستند. بزرگترین مشکل درایو ایجاد هارمونیک های شدید در شبکه داخلی میباشند که این امر موجب اختلال در عملکرد مدارات ابزار دقیق و بانک های خازنی می شود .
میکروخازن ها با کاهش جریان راه اندازی از روی شبکه حذف توان راکتیو مصرفی از زمان شروع راه اندازی تا پایان کار الکتروموتور می توانند هم از لحاظ اقتصادی و هم اپراتوری کمک خوبی در کنار راه انداز ها باشند.
ترانس های داخلی به عنوان یکی از مصرف کننده های بزرگ بار راکتیو است که توسط بانک های خازنی دیده نمی شود اکثر مجموعه های خاموش ترانس داخلی آن ها به سبب روشن بودن نگهبانی و مدارات حفاظتی برق دار است جریمه راکتیو بالایی به سبب مصرف سلفی بالا و ضریب قدرت پایین در قبض برق آنها لحاظ می شود قرار گیری میکرو خازن های اپتیمایزر در شبکه داخلی این گونه مجموعه ها می تواند در حذف تلفات ناشی از ترانس داخلی و راکتیو مصرفی آن موثر بوده و کاملاً صفر شود .

اتصال داخلی ستاره و عدم دشارژ دستگاه در کاهش تلفات داخلی خازن و مجموعه موثر است بدین ترتیب با کاهش تلفات اکتیو کلی مجموعه در کاهش درصدی از مبلغ قبض برق علاوه بر حذف جرایم در اکتیو موثر است .

مقاوم در برابر شرایط محیطی نامطلوب: به سبب قرار گیری دستگاه در باکس در مقابل گرد و خاک و رطوبت بسیار مقاوم عمل می کند .

درمحیط های پر گرد و خاک اعم از معادن کارایی مطلوب تری نسبت به سیستم های قدیمی تر کنتاکتوری دا رد.
این دستگاه ها دارای ۲ سال گارانتی بی قید و شرط و ۱5 سال خدمات پس از فروش می باشند ، برخلاف خازن ها دورریز نداشته و قابل تعمیر هستند، نصب و کاربری آنها بسیار آسان و اپراتوری آن نیاز به نیروی متخصص ندارد. کاهش آمپر برق مصرفی به خصوص در کارگاه هایی که با مشکل کمبود آمپر مواجه هستند جبران افت ولتاژ در انتهای خطوط بلند تولی دکاهش نوسانات آمپر و ولتاژ در مدارات حساس داشتن کارایی مناسب در کلیه مصارف سه فاز اعم از عمومی صنعتی تجاری و … از دیگر ویژگی های این محصول میباشد .