خازن گذاری در شبكه های توزيع برای كاهش تلفات و بهبود ضريب توان
فهرست مطالب
عنوان
فصل اول :
مفاهيم اساسي
فصل دوم :
منابع مصرف كننده توان راكتيو سلفي در شبكه
فصل سوم :
اثرات خازن هاي موازي در سيستمهاي قدرت
فصل چهارم :
توابع هدف
فصل پنجم :
بررسي چند مقاله از IEEE
ضمائم
پيشگفتار:
خازن هاي اصلاح ضريب توان براي مهندسين برق اسم آشنايي است و اهميت اين عناصر در سيستمهاي توزيع بر هيچ كس پوشيده نيست . اين عناصر در سيستمهاي توزيع نقش كليدي دارند. در سيستمهاي توزيع به خاطر ولتاژ پايين تر جريان O عبوري از خطوط بالا است و اين امر باعث مي شود كه XI2 بالا باشد، كه به همراه توان مصرفي حقيقي ، اندازه ي توان ظاهري را بالاتر برده ، لازم مي دارد كه از تجهيزاتي با قدرت بالاتر استفاده كنيم ،I توان راكتيو القايي كه بيشتر از خاصيت سلفي عناصر مي باشد به وفور در سيستمهايي توزيع و قدرت يافت مي شود كه از عوامل توليد كننده ي آني مي توان به موتورهايي القايي مورد استفاده در صنعت ، تراش ها ، خطوط انتقال وميره اشاره كرد .
خازن گذاری در شبكه های توزيع برای كاهش تلفات و بهبود ضريب توان
براي كم كردن اثر توان القايي در نتيجه اندازه مي توان ظاهري ، از وسايل گوناگون مانند موتورهاي سنكرون و خازن هاي اصلاح ضريب توان مي توان استفاده نمود، كه مورد اول بيشتر در صنايع بمنظور كم كردن هزينه توان راكتيو استفاده مي شد ، كه به خاطر هزينه تعمير و نگهداري بالا ، در حال حاضر بيشتر از خازن هاي سوئيچينگ استفاده مي شود . اما مورد دوم كه بحث اصلي ما در اين پايان نامه مي باشد به خاطر هزينه تعمير و نگهداري كم و عمر بالا بيشتر در سيستم هاي توزيع استفاده مي شود. كه مي تواند به صورت واحد ، گروهي ، ثابت و يا قابل سوئيچ به كار گرفته شود. از ديگر پارامترهاي مهم مربوط به اين خازن مي توان به مقدار بهينه اين خازن ها و مكاني كه بيشترين جبران سازي را ايجاد مي كند اشاره كرد ، كه در حد توان در اين پايان نامه بررسي شده است .
فصل اول
مفاهيم اساسي1
1-1 ساختار مكانيكي و الكتريكي خازن2
هرگاه اختلاف پتانسيلي بين دو صفحه ي هادي كه در فاصله ي كمي از هم قرار گرفته اند، اعمال شود انرژي الكترواستاتيكي در سيستم موجود ذخيره مي گردد كه صفحات فلزي بعنوان الكترود و فضاي بين آنها دي الكتريك3 ناميده مي شود. اندازه ي توانايي عايق يا دي الكتريك در ذخيره سازي انرژي الكتروستاتيكي ثابت دي الكتريك يا پرمابيليته ناميده مي شود.
خازن گذاری در شبكه های توزيع برای كاهش تلفات و بهبود ضريب توان
ثابت دي الكتريك تمام عايق ها معمولاً نسبت به هوا سنجيده مي شود كه ضريبي از دي الكتريك هوا مي باشد. ثابت دي الكتريك هوا برابر8.85×10-12 است كه آنرا با علامت مي شناسيم و واحد آن نيز فاراد برمتر است (F/m) و ثابت نسبي دي الكتريك تمام عايقها كه ضريبي از ثابت هوا هستند را با εr نمايش مي دهيم كه اين مقدار براي هوا يك است. در جدول 1-1 اندازه اي εr براي بعضي عايقها آورده شده است.
ماده εr
Air هوا 1
Ceramic سراميك 3000
Glass شيشه 7
Castor oil روغن معدني 2.12
Mica ميكا 5.16
Polystyrene پلي استر 2.9
جدول (1-1) ثابت دي الكتريك نسبي برخي مواد
2-1) ظرفيت خازن و انرژي ذخيره شده در خازن
ميزان باري كه يك خازن مي تواند در خود ذخيره كند توسط فاكتوري به نام C نمايش داده مي شود. اين فاكتور برابر با ظرفيتي است بين صفحات يك خازن كه ولتاژ يك ولت روي آن قرار گرفته و باريك كولمب را ذخيره كرده است.
خازن گذاری در شبكه های توزيع برای كاهش تلفات و بهبود ضريب توان
(1-1)
واحد اين فاكتور فاراد (F) مي باشد با توجه به اينكه فاراد واحد بسيار بزرگي است لذا از اجزاء آن مانند ميكروفاراد، نانوفاراد و پيكوفاراد استفاده مي گردد.
در يك خازن ظرفيت از رابطه اي زير بدست مي آيد.
(2-1)
در سري و موازي كردن خازنها ظرفيت معادل هركدام از روابط زير بدست مي آيد.
خازن هاي سري (3-1)
خازن هاي موازي (4-1)
و انرژي ذخيره شده در ميان صفحات خازن از رابطه‌ي زير بدست مي آيد.
(5-1)
همانطوري كه از روابط بالا مي توان فهميد با موازي كردن خازن ها ظرفيت معادل افزايش پيدا مي كند و به ازاي يك ولتاژ مشخص مقدار انرژي ذخيره شده در خازن افزايش پيدا مي كند و نيز براساس معادله اي 1-1 براي افزايش Q در يك ولتاژ مشخص بايد مقدار C افزايش يابد.
3-1 تفاوت دي الكتريك1
اگر عايق دي الكتريك خازن خلاء باشد هيچگونه تلفاتي در خازن وجود ندارد. تحت اين شرايط همواره مولفه ي جريان 90درجه جلوتر از ولتاژ است اما با هر عايق ديگر تلفات بوجود مي آيد. در خازن هاي واقعي، اختلاف فاز جريان و ولتاژ به اندازه ي زاويه كوچك δ، كم تراز 90 درجه بوده، خازن داراي مقداري تلفات حرارتي نيز مي شود. در نتيجه مي توان مدار معادل يك خازن واقعي را به صورت يك خازن ايده ال موازي با مقاومت در نظرگرفت.
شكل (1-1)
البته اين مدل سازي را مي توان با المان هاي سري شامل يك خازن ايده آل و يك مقاومت نيز مدل سازي نمود. براي مدار معادل سري ضريب تلفات عايقي از رابطه ي زير محاسبه مي شود.
خازن گذاری در شبكه های توزيع برای كاهش تلفات و بهبود ضريب توان
در عمل براي اندازه گيري ضريب تلفات عايقي tan δ از مدار معادل سري و از پل شرينگ استفاده مي شود. با افزايش ضريب تعلقات عايقي كه به واسطه ي افزايش مقدار R مدل شده صورت مي گيرد، تعلقات خازن افزايش پيدا مي كند و اين امر در بانكهاي خازني بزرگ بايد در نظر گرفته شود.
4-1 خازن قدرت1
در نگاه اول به نظر مي رسد كه خازن وسيله ي ساده اي است در حالي كه در عمل خازن قدرت وسيله اي پيچيده و كاملاً فني است كه در آن از مواد دي الكتريك بسيار نازك كه با فرآيندي كاملاً تخصصي ساخته مي شود، استفاده شده است. به صورتي كه فيلمهاي فلزي مطابق شكل 2-1 روي هم قرار گرفته و تا رسيدن به ظرفيت مطلوب بدور محور پيچيده مي شود.
مطابق شكل سه كويل خازن2 روي هم قرار گرفته و توسط چند رشته سيم به صورت مثلث بهم متصل مي شود.
شكل(.2-1)
پس از قرارگرفتن كاغذ كرافت3 دور اين كويلها، كل مجموعه در داخل بدنه‌ي استوانه اي شكل آلومينيومي قرار گرفته و فضاي خالي با گرانول پر مي گردد و نهايتاً سه سرسيم خروجي برروي ترمينالها لحيم مي شود. مجموعه ي حاصل شده يك عنصر خازني ناميده مي شود. از اين عناصر خازني در مراكز صنعتي براي اصلاح ضريب توان4 استفاده مي شود. براي استفاده خازن در سيستمهاي قدرت5 و توزيع6، عناصر خازني براي رسيدن به سطح ولتاژ مطلوبي كه بتوان در سيستم قدرت و توزيع استفاده كرد، سري مي شوند و براي رسيدن به ظرفيت هاي بالاتر خازن ها را موازي مي كنند.
خازن گذاری در شبكه های توزيع برای كاهش تلفات و بهبود ضريب توان
مجموعه اي از خازن هاي قدرت را در داخل ظرفي فولادي كه براي رسيدن به ولتاژ و ظرفيت موردنظر سري و موازي شده اند، قرار مي دهند اين مجموعه واحد خازني ناميده مي شود، شكل 3-1. در حال حاضر از نظر فني امكان ساخت واحدهاي خازني براي شبكه ي kv20 بطوري كه يك واحد خازن بتواند ولتاژ مربوطه را تحمل كند، است. فقط براي بدست آوردن راكتيو لازم در هر فاز بايستي موازي شوند. پس از قطع برق خازنها به دو روش تخليه داخلي و خارجي تخليه مي شوند كه بستگي به تكنولوژي ساخت آنها دارد و طبق استاندارد حداقل زمان لازم براي وصل مجدد 5 دقيقه مي باشد.
شكل(3-1) واحد خازني
دلايل مهندسي ناشي از تلفات الكتريكي ، خازن در مقادير كوچك ساخته مي شود در حال حاضر واحدهاي خازني تا kvar900 ساخته مي شوند كه اين واحدهاي خازني را براي بدست آوردن كيلووات بالاتر مي توان به صورت گروهي به كار برد.
خازن ها داراي تلفات انرژي هستند محدوديت عمده براي ساخت واحدهاي خازني بزرگ همين تلفات است زيرا با بزرگ شدن مقدار واحد خازني سطح خارجي آن متناسب با مقدار خازن افزايش نمي يابد و در نتيجه انتقال گرما به بيرون كاهش مي يابد. تلفات در خازنها برحسب W/kvar سنجيده مي شود و در ارزيابي خازن نقش مهمي دارد تلفات نمونه براي خازن ها از w/kvar5/0 – W/kvar 2/0 متغير است
تلفات كه بستگي به نوع عايق بكاررفته در ساختمان آن دارد با گذشت زمان و با
خازن گذاری در شبكه های توزيع برای كاهش تلفات و بهبود ضريب توان
پسورد فایل: www.bazaarfile.ir
