بانک های خازنی

دسته: برق ، الکترونیک و مخابرات
بازدید: 177 بار
فرمت فایل: doc
حجم فایل: 3160 کیلوبایت
تعداد صفحات فایل: 160

خازن یک از اجزای مدارهای الکترونیکی است که وقتی در مدار قرار میگیرد برخلاف مقاومت ، بارالکتریکی را از خود عبور نمیدهد، بلکه آن را در خود ذخیره میکند و به این دلیل کاربرد مهمی در مدار دارند اگر خازن با صفحات موازی را در نظر بگیریم و یک گالوانومتر به آن وصل کنیم، بعد از بستن کلید برای مدت کوتاهی عبور جریانی را در مدار نشان میدهد

قیمت فایل فقط 5,900 تومان

بانک های خازنی

1-1 مقدمه

خازن المان الکتریکی است که میتواند انرژی الکتریکی را توسط میدان الکترواستاتیکی   ) بار الکتریکی (در خود ذخیره کند . انواع خازن در مدارهای الکتریکی بکار میروند. خازن را با حرفC  که ابتدای کلمه capacitor است نمایش میدهند

  2-1 خازن ناجی شبکه های تولید و توزیع

توان هم در خازنها بصورت توان غیر مفید است درست مانند سلفها در یک چهارم پریود موج متناوب ،توان دریافت می کنند و در یک چهارم بعدی توان را تحویل می دهند پس خازنها هم مانند سلفها باعث افرایش توان راکیتو (غیر مفید )شبکه می شوند اما اتفاق بامزه زمانی روی می دهد که خازن و سلف با هم در شبکه قرار گیرند .

این دو برعکس هم عمل می کنند . یعنی زمانی که سلف توان می گیرد خازن توان می دهد و زمانی که سلف توان می دهد خازن توان می گیرد . پس توانهای غیر مفید این دو فقط یکبار از شبکه دریافت می شود و در زمانهای بعد بین آنها تبادل می شود بدون اینکه مولد این توان را تحمل کند . پس مصرف کننده های اهمی سلفی توان راکتیو خود را دریافت می کنند و مولد و شبکه توزیع آنرا تولید و پخش نمی کنند زیرا این کار راخازن انجام می دهد . این خازنها از حالا به بعد ، خازنهای اصلاح ضریب توان نام می گیرند و وظیفه آنها تامین توان راکتیو مورد نیاز مصرف کننده های اهمی سلفی است.

3-1: اتصال خازن به شبکه

خازنهای اصلاح ضریب توان باید در شبکه بصورت موازی قرار گیرند . برای اینکار در شبکه های تکفاز باید به فاز و نول وصل شوند و در شبکه های سه فاز پس از اتصال بصورت ستاره یا مثلث آنگاه به سه فاز متصل می شوند .

این خازنها باید از انواعی انتخاب شوند که بتوانند دایمی در مدار قرار گیرند پس باید بتوانند ولتاژ شبکه را تحمل کنند در محاسبه خازن از انواعی استفاده می شود که ولتاژمجاز آنها 15% بیشتر از ولتاژ شبکه باشد .

4-1: محاسبه خازن

نقش خازن در شبکه کاهش توان راکتیو مصرف کنند های اهمی – سلفی از دید مولدها است . با این اتفاق ضریب توان مفید به یک نزدیک می شود . پس با کنترل ضریب توان امکان کنترل توان راکتیو وجود دارد . این کار به کمک یک کسینوس فی متر صورت می گیرد . یعنی به کمک کسینوس فی متر می توان دریافت که ضریب توان و در نتیجه توان راکتیو در چه وضعیتی قرار دارد .

: (CosΦ)  دامنه تغییرات ضریب توان

خازن مذکور باید برابر نیاز شبکه باشد در غیر اینصورت خود توان راکتیو از مولد دریافت می کند و همچنین سبب افزایش ولتاژ آن می شود . پس باید خازن مطابق نیاز شبکه محاسبه شود.

پرسش:  شبکه به چه مقدار خازن نیاز دارد ؟

پاسخ : مقداری که ضریب توان را به یک نزدیک کند . این مقدار خازن خود توان راکتیوی ایجاد می کند که توان راکتیو مصرف کننده اهمی – سلفی را جبران می کند . پس مقدار خازن به مقدار توان راکتیو مدار بستگی دارد . هر قدر این توان قبل از خازن گذاری بیشتر باشد ، اندازه خازن نیز بزرگتر خواهد بود .

با توجه به مطالب گفته شده باید برای محاسبه خازن دو مقدار مشخص شود :

1. مقدار ضریب توان شبکه قبل از خازن گذاری
2. مقدار ضریب توان شبکه بعد از خازن گذاری که انتظار داریم شبکه به آن برسد

پس از تعیین این مقادیرمراحل زیر را پی می گیریم . برای مقدار ضریب توان مطلوب مثلا

عدد 0.9مقدار خوبی است . حال دو مقدار ضریب توان داریم یکی ضریب توان شبکه قبل از خازن گذاری و دیگری ضریب توان مطلوب که می خواهیم با گذاردن خازن به آن برسیم . به کمک رابطه زیر مقدار توان راکتیو مورد نظر را که با آمدن خازن تامین می شود محاسبه می کنیم.

( توجه : در خرید خازنهای اصلاح ضریب توان به جای فارد برای تعیین ظرفیت خازن از میزان توان راکتیو آن خازن سخن گفته می شود)

 محاسبه خازن در این مرحله تمام می شود و مقدار توان بدست آمده همان مقدار خازن موردنیاز است .

Q = P . F منظور تکمیل بحث ارایه شده در مطلب تحت عنوان " انتخاب کلید مناسب جهت کلید زنی بانکهای خازنی"  خاطر نشان می سازم که :

وصل خازنها توسط کلید به طور معمول توام با جریانهایی است که حاوی مولفه های هارمونیکی گذرا با محتوای فرکانسی از 1KHz تا 15KHz میباشد. دوره حضور این مولفه ها حدود 1 تا 3 میلی ثانیه است و دامنه این مولفه ها دارای مقدار پیکی از 25 تا 200 برابر جریان نامی بانک خازنی(I_rc) میباشد.  بنابراین در انتخاب کلیدهای مورد نیاز برای چنین کاربردهایی توجه به این نکات بسیار مهم است که در کلید انتخاب شده حتما می بایست موارد زیر رعایت شده باشند:

1. کلید دارای تحمل و قدرت وصل(Making Capacity) چنین جریانهایی باشد.
2. واحد حفاظت آنی در برابر چنین جریانهایی تریپ ناخواسته نداشته باشد.

سیستمهای توزیع با توجه به گستردگی شبکه و نیز میزان بسیار زیاد انشعابات، برای انجام مواردی از قبیل :قطع و وصل فیدرها ، انجام عملیات گروه تعمیرات ، بی برق کردن تجهیزات، جابجایی خطوط و ... به کلیدهای زیادی نیاز وجود دارد.

به منظور پایین آوردن هزینه احداث این شبکه ها معمولا تنها در پستهای اصلی و در ابتدای فیدرهای اصلی ازکلیدهای فشار قوی با قابلیت قطع اتصال کوتاه استفاده میشود و در سایر نقاط و انشعابات از کلیدهایی استفاده میشود که تنها قابلیت قطع و وصل جریان بار نامی را دارند.

این کلیدها به کلیدهای قطع بار(Load Breaker Disconnect Switch ) موسوم بوده و ما آنها را به اختصار LBمی نامیم.

در انتخاب کلیدهایLB مشخصات زیر حایز اهمیت است :

1. ولتاژ اسمی دستگاه
2. جریان بار اسمی(برابر حداکثر جریان بار قابل قطع)
3. جریانهای عیب قابل عبور ( تحمل حرارتی و تحمل دینامیکی کلید)
4. تعداد دفعات قطع جریان بار اسمی
5. تعداد دفعات وصل جریان بار اسمی و جریان عیب
6. مشخصات ایزولاسیون دستگاه
7. نوع و جنس کنتاکتها
8. مشخصات و نوع محفظه قطع و ماده ایزوله بکار رفته در محفظه قطع

قطع و وصل بانکهای خازنی غالبا توام با جریان هجومی است به همین دلیل در مورد انتخاب کلید مناسب برای این کار برد خاص طبق استاندارد باید به موارد زیر توجه داشت:

1. برآورد و محاسبه میزان جریان هجومی در محل نصب خازن
2. برآورد سطح اتصال کوتاه
3. مقایسه پیک جریان هجومی و سطح اتصال کوتاه
4. در مورد بانکهای خازنی پله ای محاسبه دامنه و فرکانس اولین پیک جریان هجومی در هنگام اتصال آخرین پله (و تکرار بند 3)

5-1 : کنترل توان راکتیو و محاسبات خازن گذاری

هرچند که خازن گذاری اقدامی مفید محسوب می شود ولی عملا مقوله پیچیده ای است و در صورتیکه به شکل علمی مورد توجه قرار نگیرد ممکن است نتایجی کاملا معکوس حاصل شود بدین جهت جزوه حاضربا اهداف اطلاع رسانی و آموزشی در زمینه مدیریت مصرف و مدیریت انرژی الکتریکی در سه بخش بررسی تئوری کاهش تلفات راکتیو و راهنمای نصب و مکان یابی خازن های فشار ضعیف و آشنایی با ساختمان خازن و بانکهای خازنی تهیه شده و تلاش داریم تا با بکارگیری دستورالعمل های معتبر ضمن ارائه مبحث تئوری راه حل هایی ساده برای مکان یابی و محاسبه ظرفیت مورد نیاز خازن در شبکه ارائه کنیم.

نسبت مقدار الکتریسیته ذخیره شده به اختلاف پتانسیل دو سر خازن را ظرفیت خازن گفته وآن را با C نشان میدهند و واحد ظرفیت آن در SI فاراد است.

1-5-1 دیدکلی :

خازن یک از اجزای مدارهای الکترونیکی است که وقتی در مدار قرار میگیرد برخلاف مقاومت ، بارالکتریکی را از خود عبور نمیدهد، بلکه آن را در خود ذخیره میکند و به این دلیل کاربرد مهمی در مدار دارند.  اگر خازن با صفحات موازی را در نظر بگیریم و یک گالوانومتر به آن وصل کنیم، بعد از بستن کلید برای مدت کوتاهی عبور جریانی را در مدار نشان میدهد.

جریان اخیر Q را روی یک صفحه خازن انباشته میکند و از صفحه دیگر بار Q+ را دور میكند

و باعث میشود بار خالص Q- در آن باقی بماند، در چنین وضعیتی خازن بار Q را درخود ذخیره کرده ، هر چه اختلاف پتانسیل دو سر منبع بیشتر باشد مقدار باری که روی صفحات خازن انباشته میشود بیشتر خواهد بود، بطوری که نسبت V به Q برای یک خازن معین مقداری است ثابت، این مقدار ثابت را با C نمایش داده ، ظرفیت خازن می نامیم.

2-5-1 فاراد :

واحد ظرفیت در SI فاراد است که با F نشان داده میشود و آن ظرفیت خازنی است هرگاه اختلاف پتانسیل بین صفحات آن یک ولت باشد، بار ذخیره شده روی هر یک از صفحات یک کولن شود .

عواملی که بر اندازه ظرفیت یک خازن اثر میگذارد:

1. ظرفیت خازن با فاصله دو صفحه از یکدیگر نسبت عکس دارد.
2. ظرفیت خازن با مساحت بخشی از دو صفحه که در مقابل هم قرار دارد نسبت مستقیم دارد .

اگر بین دو صفحه خازنی که عایق آن هواست، قطعه ای از یک ماده عایق قرار دهیم ظرفیت آن زیاد میشود.  مقدار این افزایش به جنس ماده عایق بستگی دارد، ضریب این افزایش برای مواد مختلف را ثابت دی الکتریک آن ماده مینامند.  ماده ای که برای پر کردن فضای بین دو صفحه خازن بکار میرود باید عایق خوبی باشد و برای آنکه ظرفیت خازن زیاد شود باید ثابت دی الکتریک بالایی داشته باشد.  ظرفیت خازن دی الکتریک با صفحات موازی                          C = Kε₀A/dمیباشد كه ε₀ = 8.85*10^-12 C²/Nm²  , K به جنس ماده دی الکتریک بستگی دارد و برای هوا تقریبا 1 است . برخی ثابت دی الکتریک متداول در جدول زیر آورده شده است:

دی الکتریکهای جامد
شیشه	10-6
میکا	6.6-5.6
کاغذ پارافینی	2.3-2.1
پارافین در20 C	2.5-2.1
دی الکتریکهای مایع
الکل	25
روغن	2.2-2
آب	83-80
دی الکتریکهای گازی
دی اکسید کربن	1.00097
هوا	1.00060
هیدروژن	1.00026

وجود ماده دی الکتریک چگونه باعث افزایش ظرفیت خازن میشود؟

بارهای مثبت و منفی که بر روی صفحه های خازن انباشته میشوند یک میدان الکتریکی یکنواخت در فضای بین دو صفحه برپا میکنند.  هنگامی که یک ماده عایق در این میدان الکتریکی قرار میگیرد توزیع بارالکتریکی اتمهای آن به دلیل نیروهایی که در میدان الکتریکی بر بارهای الکتریکی وارد می شود اندکی تغییر میکند.

دو سطح تیغه دی الکتریکی که بار مثبت و دیگری بار منفی بدست میآورد.  وجود این بارها باعث میشود که خازن بتواند به ازای اختلاف پتانسیل ثابتی ، بار بیشتری روی صفحه های خود انباشته کند، زیرا بارهای مثبت و منفی روی دو سطح دی الکتریک اکنون می توانند بارهای بیشتری بسوی صفحه های خازن بکشانند، یعنی دی الکتریک ظرفیت خازن را افزایش

میدهد .

3-5-1 محاسبه ظرفیت خازن :

برای محاسبه ظرفیت خازن ابتدا از قانون گاوس استفاده کرده، برای این منظور سطح گاوسی فرضی مناسبی اختیار کنید، با استفاده از این روش E بدست میآید (∫E.ds = q/ε₀).

سپس توسط رابطه(V = -∫E.ds) اختلاف پتانسیل را بدست آورده و آن را در رابطه Q = CV قرار دهید ، با این روش C  بدست میآید.  برای مثال برای خازن استوانه ای و کروی به روش فوق بدست میآوریم  :

1-3-5-1 ظرفیت خازن کروی :

خازنی که از دو صفحه کروی تو در تو با بارهای مخالف بوجود آمده است، برابر است با       (( (C=4πε₀ ab/(b-a که a شعاع کره کوچکتر و b شعاع کره بزرگتر است.

2-3-5-1 ظرفیت خازن استوانه ای :

خازنی که از دو صفحه استوانه ای تو در تو با بارهای مخالف بوجود آمده است

(C=2πε₀ l/ln(b/a)) که b و a شعاع سطح مقطع استوانه ها و l طول استوانه است .

3-3-5-1 ظرفیت یک کره متروی :

پتانسیل یک کره رسانای متروی به شعاع  R و حامل بار Q برابر V = Q/4πε₀R این کره را میتوان مانند یکی از صفحات خازنی در نظر گرفت که صفحه دیگر آن کره بر روی این کره رسانایی به شعاع بینهایت و V در بی نهایت صفر است، پس ظرفیت این کره  C = 4πε₀R است.

6-1 ساختمان خازن :

ساختمان داخلی خازن از دو قسمت اصلی تشکیل میشود:

الف – صفحات هادی

ب – عایق بین هادیها (دی الکتریك)  

هرگاه دو هادی در مقابل هم قرار گرفته و در بین آنها عایقی قرار داده شود، تشکیل خازن میدهند.  معمولا صفحات هادی خازن از جنس آلومینیوم ، روی و نقره با سطح نسبتا زیاد بوده و در بین آنها عایقی )دی الکتریک ( از جنس هوا ، کاغذ ، میکا ، پلاستیک، سرامیک، اکسید آلومینیوم و اکسید تانتالیوم استفاده میشود.

هر چه ضریب دی الکتریک یک ماده عایق بزرگتر باشد آن دی الکتریک دارای خاصیت عایقی بهتر است. به عنوان مثال ، ضریب دی الکتریک هوا 1 و ضریب دی الکتریک اکسید آلومینیوم 7میباشد.  بنابراین خاصیت عایقی اکسید آلومینیوم 7 برابر خاصیت عایقی هوا است

قیمت فایل فقط 5,900 تومان

برچسب ها : بانک های خازنی , طرح توجیهی بانک های خازنی , دانلود بانک های خازنی , برق , خازنی , محاسبه ظرفیت خازن , ظرفیت خازن استوانه ای , دانلود طرح توجیهی , دی الکتریکهای گازی , پروژه دانشجویی , خازن , مدارهای الکترونیکی , دانلود پژوهش , دانلود تحقیق , اتصال خازن به شبکه , پایان نامه , میدان الکترواستاتیکی , دانلود پروژه