خازن سه فاز یکی از اجزای اصلی بانک خازنی است که برای تامین توان راکتیو و اصلاح ضریب توان شبکه‌های صنعتی استفاده می‌شود. این خازن‌ها با مشخصاتی مانند توان kvar، ولتاژ نامی، فرکانس، ظرفیت µF و شرایط تحمل جریان و هارمونیک انتخاب می‌شوند. مدل‌های صنعتی می‌توانند دارای فناوری Self-Healing، سیستم قطع در اثر افزایش فشار و مقاومت دشارژ باشند. هنگام خرید، فقط مقدار kvar کافی نیست؛ ولتاژ واقعی شبکه، 50Hz یا 60Hz بودن، میزان بارهای غیرخطی مانند VFD و UPS و استفاده یا عدم استفاده از Detuned Reactor نیز باید بررسی شوند. در بانک‌های هارمونیکی، انتخاب ولتاژ خازن و راکتور باید به‌صورت یک مجموعه انجام شود.
خازن سه فاز Power Factor Correction یکی از تجهیزات اصلی اصلاح ضریب توان در شبکه‌های فشار ضعیف صنعتی است. این خازن با تامین بخشی از Reactive Power موردنیاز بارهای القایی، مقدار توان راکتیوی را که باید از شبکه دریافت شود کاهش می‌دهد. نتیجه می‌تواند کاهش جریان راکتیو عبوری از کابل و ترانس، آزاد شدن بخشی از ظرفیت شبکه و بهبود Power Factor باشد.
خازن‌های سه فاز بانک خازنی معمولاً بر اساس kvar، Rated Voltage و Frequency انتخاب می‌شوند. علاوه بر این موارد، Current Rating، شرایط هارمونیکی، تعداد دفعات Switching، دمای محیط، نوع ساختار و استفاده در بانک ثابت، اتوماتیک یا Detuned نیز اهمیت دارند. بنابراین انتخاب خازن صرفاً با عبارت‌هایی مانند «خازن 20 کیلووار» کامل نیست.
موتورهای القایی، ترانسفورماتورها و بسیاری از تجهیزات صنعتی برای ایجاد میدان مغناطیسی به Reactive Power نیاز دارند. اگر این توان راکتیو کاملاً از شبکه تامین شود، Current بیشتری در کابل‌ها، کلیدها و Transformer جریان پیدا می‌کند.
Capacitor توان راکتیو خازنی تولید می‌کند و بخشی از نیاز بارهای Inductive را در محل جبران می‌کند. به این ترتیب Power Factor می‌تواند به مقدار مطلوب نزدیک‌تر شود و جریان غیرضروری شبکه کاهش پیدا کند.
خازن به‌تنهایی تصمیم نمی‌گیرد چه زمانی به شبکه متصل شود. در بانک ثابت، Capacitor همیشه در مدار است. در بانک اتوماتیک، رگلاتور خازنی وضعیت شبکه را اندازه‌گیری کرده و از طریق کنتاکتور یا Thyristor پله‌های خازنی را وصل یا قطع می‌کند.
توان خازن بانک خازنی با kvar بیان می‌شود. این مقدار نشان‌دهنده Reactive Power قابل تامین Capacitor در Voltage و Frequency مشخص است. بنابراین kvar را نمی‌توان جدا از ولتاژ نامی محصول بررسی کرد.
برای نمونه یک خازن سه فاز می‌تواند در 400V و 50Hz توان 12.5kvar داشته باشد و همان محصول در 60Hz مقدار متفاوتی تولید کند. در محصولات فعلی TDK نیز Output در 50Hz و 60Hz به‌صورت جداگانه اعلام می‌شود.
اگر Voltage واقعی اعمال‌شده به یک Capacitor پایین‌تر از Rated Voltage آن باشد، kvar واقعی نیز کاهش پیدا می‌کند. Reactive Power خازن برای یک Capacitance ثابت تقریباً با مربع Voltage و به‌صورت مستقیم با Frequency تغییر می‌کند.
خازن‌های PFC با Voltageهای متنوعی مانند 400V، 440V، 480V و 525V تولید می‌شوند. TDK در خانواده‌های فعلی PFC خود حتی محدوده گسترده‌تری از Voltageها را برای Applicationهای مختلف ارائه می‌کند.
انتخاب Voltage بالاتر فقط برای افزایش حاشیه اطمینان انجام نمی‌شود؛ زیرا با ثابت ماندن Capacitance، استفاده در Voltage پایین‌تر Reactive Power خروجی را کاهش می‌دهد. بنابراین انتخاب باید بر اساس طراحی واقعی بانک انجام شود.
در بانک Detuned، Reactor سری باعث افزایش Voltage روی Capacitor نسبت به Voltage شبکه می‌شود. به همین دلیل Capacitor این بانک معمولاً باید برای Voltage مناسب همان Reactor و Detuning Factor انتخاب شود و نباید صرفاً یک خازن عادی با Voltage شبکه جایگزین آن کرد.
| پارامتر | نمونه‌های موجود در بازار صنعتی | نکته انتخاب |
|---|---|---|
| توان راکتیو | از کمتر از 1kvar تا ده‌ها kvar در هر Can | بر اساس اندازه Step و کل بانک انتخاب شود |
| Rated Voltage | مانند 400V، 440V، 480V و 525V | با Network و Detuned Design هماهنگ شود |
| Frequency | 50Hz یا 50/60Hz بسته به محصول | kvar در Frequencyهای مختلف یکسان نیست |
| ساختار | Can استوانه‌ای یا ساختارهای صنعتی دیگر | ابعاد، Cooling و Terminal بررسی شوند |
بسیاری از Power Capacitorهای مدرن از Metallized Polypropylene Film استفاده می‌کنند. اگر در نقطه بسیار کوچکی از Dielectric Breakdown رخ دهد، انرژی Fault می‌تواند لایه Metallization اطراف محل آسیب را تبخیر کند و آن نقطه را از مدار خارج کند.
به این ویژگی Self-Healing گفته می‌شود. در نتیجه یک Fault موضعی کوچک الزاماً باعث Short Circuit کامل Capacitor نمی‌شود. البته Self-Healing نامحدود نیست و Capacitor تحت Overvoltage، Harmonic و Temperature نامناسب همچنان فرسوده می‌شود.
TDK در خانواده‌های DeltaCap، PhaseCap و سایر محصولات PFC خود Self-Healing را یکی از قابلیت‌های ایمنی اصلی معرفی می‌کند. Schneider نیز این فناوری را در خانواده PowerLogic PFC Capacitors استفاده می‌کند.
در خازن‌های Can صنعتی، افزایش خرابی داخلی می‌تواند فشار داخل بدنه را افزایش دهد. محصولات دارای Overpressure Disconnector یا Pressure-Sensitive Disconnector برای جدا کردن عنصر Capacitor از شبکه در چنین شرایطی طراحی می‌شوند.
TDK در محصولات PFC فعلی خود Overpressure Disconnector را در کنار Self-Healing به‌عنوان Safety Feature ارائه می‌کند. Schneider نیز در PowerLogic VarPlus Can از Pressure-Sensitive Disconnector برای سه فاز استفاده می‌کند.
خازن پس از قطع از شبکه می‌تواند Charge الکتریکی را برای مدتی نگه دارد. بنابراین لمس Terminal بلافاصله پس از قطع می‌تواند خطرناک باشد و Reconnection سریع نیز می‌تواند Inrush Current شدیدی ایجاد کند.
Discharge Resistor پس از قطع، انرژی ذخیره‌شده در Capacitor را تخلیه می‌کند. در VarPlus Can فعلی Schneider، مقاومت دشارژ داخلی برای کاهش Voltage باقی‌مانده تا کمتر از 50V در حدود 60s در نظر گرفته شده است.
محصولات فعلی TDK نیز در برخی خانواده‌ها دارای Discharge Resistor نصب‌شده هستند. در کاربردهایی که Re-Switching بسیار سریع لازم است، ممکن است Discharge Reactor یا راهکار دیگری نیاز باشد.
در Fixed Compensation، Capacitor به‌صورت ثابت همراه یک Load مشخص متصل است. این روش زمانی مناسب است که Reactive Power بار تقریباً ثابت باشد و خطر Overcompensation وجود نداشته باشد.
در Automatic Capacitor Bank، کل ظرفیت به چند Step تقسیم می‌شود و Power Factor Controller متناسب با Load پله‌ها را وصل یا قطع می‌کند. این روش برای مجموعه‌هایی که Load آن‌ها در طول روز تغییر می‌کند مناسب‌تر است.
TDK در محصولات فعلی PhiCap و PhaseCap استفاده در Fixed و Automatic PFC را پشتیبانی می‌کند، اما مشخصات دقیق هر خانواده از نظر kvar، Voltage و Loading متفاوت است.
VFD، UPS، Rectifier و Switching Power Supply بارهای Nonlinear هستند و Harmonic Current ایجاد می‌کنند. Capacitive Reactance با افزایش Frequency کاهش می‌یابد و به همین دلیل Capacitor می‌تواند در برابر Harmonic Current حساس باشد.
همچنین Capacitance بانک همراه Inductance Transformer و شبکه می‌تواند یک مدار Resonant تشکیل دهد. اگر Resonant Frequency نزدیک یکی از Harmonicهای مهم باشد، Current و Voltage می‌توانند تقویت شده و به Capacitor آسیب بزنند.
در چنین شبکه‌هایی ابتدا باید Harmonic Level بررسی شود. اگر طراحی نیاز داشته باشد، Detuned Reactor به‌صورت سری با Capacitor قرار می‌گیرد تا Resonance مجموعه به ناحیه‌ای پایین‌تر از Harmonic مشکل‌ساز منتقل شود.
اصطلاح «خازن Detuned» معمولاً به Capacitor مورد استفاده در یک بانک دارای Reactor سری اشاره دارد. خود Capacitor به‌تنهایی Detuning ایجاد نمی‌کند؛ Reactor و Capacitor با یکدیگر مجموعه Detuned PFC را تشکیل می‌دهند.
TDK برای سیستم‌های Detuned فاکتورهایی مانند 7% و 14% را در منابع فنی خود تشریح می‌کند. انتخاب Detuning Factor باید بر اساس Spectrum هارمونیکی و طراحی بانک انجام شود و یک مقدار ثابت برای تمام شبکه‌ها وجود ندارد.
نکته مهم این است که Voltage روی Capacitor در بانک دارای Reactor می‌تواند از Voltage شبکه بیشتر باشد. بنابراین Rated Voltage خازن باید مطابق Reactor و Design محاسبه شود.
سازندگان برای شرایط مختلف شبکه، خانواده‌های متفاوت PFC Capacitor تولید می‌کنند. Standard Duty برای شرایط عادی‌تر و Heavy Duty برای محیط‌های سخت‌تر یا میزان مشخصی از Nonlinear Load و Current Stress طراحی می‌شود.
Schneider در خانواده VarPlus Can HDuty، مدل‌هایی برای شرایط کاری سخت‌تر و Nonlinear Load بالاتر ارائه می‌کند. مشخصات فعلی بعضی محصولات این خانواده شامل تحمل Overcurrent تا 1.8 برابر جریان نامی و Peak Inrush بسیار بالاتر است.
این اعداد مربوط به خانواده خاص محصول هستند و نباید به تمام Capacitorها تعمیم داده شوند. انتخاب Heavy Duty نیز جای آنالیز Harmonic و Reactor مناسب را در شبکه مشکل‌دار نمی‌گیرد.
هنگام وصل Capacitor ممکن است Inrush Current بسیار بزرگی برای مدت کوتاه ایجاد شود. اگر Capacitor دیگری در بانک از قبل شارژ باشد، جریان Transient می‌تواند حتی شدیدتر شود.
به همین دلیل برای Switching پله‌های بانک خازنی معمولاً Capacitor Contactor مناسب استفاده می‌شود. این Contactors با Pre-Charging یا Current-Limiting Structure برای محدود کردن Inrush اولیه طراحی می‌شوند.
استفاده از کنتاکتور عمومی AC-3 فقط بر اساس Current خازن لزوماً انتخاب صحیحی نیست. Capacitor Switching Rating باید در Datasheet کنتاکتور تایید شود.
Current نامی Capacitor به Reactive Power و Line Voltage وابسته است. بنابراین با افزایش kvar در یک Voltage ثابت، Current نیز افزایش پیدا می‌کند. این Current مبنای انتخاب کابل، Fuse، Contactor و سایر اجزای Step است.
با این حال تجهیزات جانبی بانک معمولاً دقیقاً برابر Current نامی Capacitor انتخاب نمی‌شوند. Harmonic، Tolerance ظرفیت، Overvoltage و Inrush می‌توانند Current واقعی را افزایش دهند و ضرایب طراحی باید مطابق استاندارد و سازنده اعمال شوند.
هر Step بانک باید حفاظت مناسب در برابر Short Circuit داشته باشد. Fuse یا Circuit Breaker باید با Capacitor Current، Inrush و ظرفیت قطع شبکه هماهنگ باشد.
خود Capacitor نیز ممکن است Safety Device داخلی مانند Self-Healing، Overpressure Disconnector و Discharge Resistor داشته باشد، اما این اجزا جای حفاظت خارجی بانک را نمی‌گیرند.
Heat یکی از عوامل مهم کاهش عمر Power Capacitor است. دمای داخل تابلو، فاصله Canها، تهویه و حرارت تولیدشده توسط Reactor و تجهیزات دیگر باید در طراحی بانک در نظر گرفته شوند.
TDK خانواده‌های مختلف خود را با Temperature Class و Life Expectancy مشخص معرفی می‌کند. برای مثال PhaseCap HD و PhaseCap Compact دارای عمر نامی متفاوت بر اساس Temperature Class هستند.
نصب Capacitor کنار Detuned Reactor داغ بدون فاصله و تهویه کافی می‌تواند Temperature واقعی Can را افزایش دهد. Layout تابلو باید مطابق توصیه سازنده طراحی شود.
کاهش Power Factor لزوماً فقط ناشی از خرابی Capacitor نیست. CT، رگلاتور، Contactor، Fuse، Wiring و تغییر Load نیز باید بررسی شوند. بهتر است ظرفیت واقعی هر Step اندازه‌گیری و با مقدار نامی مقایسه شود.
| معیار انتخاب | چه چیزی بررسی شود؟ | اهمیت |
|---|---|---|
| Reactive Power | مقدار kvar موردنیاز | تعیین ظرفیت Step |
| Rated Voltage | 400V، 440V، 480V، 525V یا مقدار دیگر | تعیین kvar واقعی و تحمل الکتریکی |
| Frequency | 50Hz یا 60Hz | روی Reactive Power اثر مستقیم دارد |
| Harmonics | THD و میزان Nonlinear Load | تعیین Standard یا Detuned Bank |
| Reactor | Detuning Factor و Reactor Voltage | تعیین Rated Voltage مناسب Capacitor |
| Duty | Standard یا Heavy Duty | هماهنگی با Stress شبکه |
| Temperature | Ambient و Temperature Class | اثر مستقیم بر عمر Capacitor |
| Switching | Fixed، Contactor یا Thyristor | تعیین شرایط Inrush و تعداد عملیات |
در Replacement خازن قدیمی بهتر است ابتدا Code و Nameplate کامل خوانده شوند. مقدار kvar، Rated Voltage، Frequency و Capacitance از مهم‌ترین اطلاعات هستند.
اگر Capacitor داخل Detuned Bank نصب است، Reactor همان Step نیز باید بررسی شود. جایگزینی یک خازن 440V با 400V فقط به دلیل یکسان بودن kvar می‌تواند طراحی LC مجموعه را تغییر داده یا Voltage Stress نامناسب ایجاد کند.
ابعاد Can، Stud نصب، Terminal، ارتفاع و فضای لازم برای عملکرد Overpressure Disconnector نیز باید بررسی شوند. مکانیزم Disconnect باید فضای مکانیکی کافی برای عملکرد داشته باشد.
در صورت خرابی مکرر Capacitor بهتر است فقط قطعه تعویض نشود. Harmonic Level، Overvoltage، Temperature، Contactor، Switching Frequency و Reactor بانک نیز بررسی شوند.
کد کامل، سه فاز بودن، kvar، Rated Voltage، Frequency، Capacitance، Standard/Heavy Duty، Self-Healing، Discharge Resistor، Detuned Reactor، Detuning Factor، Current، Temperature Class، ابعاد، Terminal، Stud، Fuse و Capacitor Contactor بررسی شوند.
قیمت خازن سه فاز به توان kvar، Rated Voltage، ساختار Can، نوع Duty و برند بستگی دارد. محصول 20kvar با Voltage و Duty متفاوت الزاماً قیمت یا کاربرد مشابهی ندارد.
قابلیت‌هایی مانند Self-Healing، Overpressure Disconnector، Terminal ایمن، Discharge Resistor و میزان تحمل Inrush نیز به طراحی محصول وابسته هستند و می‌توانند روی قیمت و طول عمر اثر بگذارند.
برای Detuned Bank نیز قیمت Capacitor را نباید جدا از Reactor بررسی کرد. این دو تجهیز یک مجموعه هماهنگ تشکیل می‌دهند و Voltage و kvar آن‌ها باید با یکدیگر سازگار باشند.
برای تامین Reactive Power و اصلاح Power Factor در شبکه‌های سه فاز صنعتی و بانک‌های خازنی استفاده می‌شود.
مقدار Reactive Power قابل تامین خازن در Voltage و Frequency مشخص است. بنابراین kvar همیشه باید همراه Rated Voltage بررسی شود.
ممکن است در طراحی مناسب استفاده شود، اما Reactive Power واقعی آن با مقدار نامی در 440V متفاوت خواهد بود. در Detuned Bank نیز Reactor باید در محاسبه لحاظ شود.
در Faultهای موضعی کوچک، Metallization اطراف نقطه خرابی حذف می‌شود و آن نقطه از مدار کنار می‌رود تا Short Circuit کامل ایجاد نشود.
پس از قطع Capacitor، Charge باقی‌مانده را تخلیه می‌کند تا Voltage ترمینال کاهش یابد و Reconnection ایمن‌تر انجام شود.
ابتدا Harmonic Level و احتمال Resonance باید بررسی شوند. در شبکه‌های دارای Harmonic قابل توجه ممکن است Detuned Reactor موردنیاز باشد.
Detuned به ترکیب Capacitor و Reactor سری اشاره دارد. Rated Voltage و kvar خازن باید با Reactor و Detuning Factor همان بانک هماهنگ باشند.
Overvoltage، Harmonic، Temperature بالا، Aging یا Fault داخلی می‌توانند از عوامل باشند. در مدل‌های دارای Pressure Disconnector تغییر شکل می‌تواند نشانه عملکرد مکانیزم حفاظتی باشد.
kvar، Voltage، Frequency، Capacitance، Duty، Reactor، Detuning Factor، ابعاد، Terminal و شرایط حرارتی باید با مدل جدید تطبیق داده شوند.
هنوز نظری ثبت نشده است. اولین نفر باشید!