انتخاب خازن برای بانک اصلاح ضریب توان؛ معیار ولتاژ، جریان ریپل و عمر مفید

بانک خازنی اصلاح ضریب توان، یک تابلو یا شاخه از تابلو توزیع است که چند خازن قدرت به موازات بارهای القایی کارخانه نصب شده‌اند تا توان راکتیو را محلی تأمین کنند. هدف آن رساندن ضریب توان به محدوده ۰/۹۵ تا ۱ و کاهش جریمه برق و پایین آوردن جریان کلی خط است. در عموم کارخانه‌های ایران، این بانک‌ها با کلیدزنی اتوماتیک چند مرحله‌ای کار می‌کنند و هر خازن در طول یک روز کاری ده‌ها بار قطع و وصل می‌شود. در نتیجه خازن این بانک نه فقط با ولتاژ نامی شبکه، بلکه با پالس‌های هجومی، اضافه‌ولتاژهای گذرا و مؤلفه‌های هارمونیکی مواجه است.

تنش اصلی در شبکه ۴۰۰ ولت داخلی کارخانه، اضافه‌ولتاژ ماندگار ناشی از خود بانک خازنی است. خازن به همراه سلفی شبکه مدار تشدید تشکیل می‌دهد؛ هرچه ضریب توان به ۱ نزدیک‌تر شود، ولتاژ ترمینال خازن بالاتر می‌رود و به ۴۳۰ تا ۴۴۰ ولت می‌رسد. اگر هم‌زمان درایوهای فرکانس‌متغیر یا یکسوسازهای دیودی در همان باس فعالیت کنند، جریان هارمونیک به بانک تزریق می‌شود. در این حالت جریان مؤثر یک خازن سالم می‌تواند به ۱/۵ برابر جریان نامی برسد، در حالی که ظرفیت آن بیشتر از مقدار نامی دیده می‌شود. کلیدزنی هم جریان هجومی تا چند ده برابر جریان نامی در نخستین چرخه ولتاژ تولید می‌کند که کنتاکت کنتاکتور و سیم‌پیچ داخلی خازن را تحت تنش مکانیکی و حرارتی قرار می‌دهد.

الزامات خازن در شبکه صنعتی ایران

ولتاژ نامی خازن باید بالاتر از ولتاژ عملیاتی بانک باشد. برای شبکه ۴۰۰ ولت، خازن با ولتاژ نامی ۴۴۰ ولت حداقل انتخاب است؛ اگر تحلیل هارمونیک یا اندازه‌گیری میدانی نشان دهد که ولتاژ با هارمونیک‌ها تا ۴۶۰ ولت بالا می‌رود، خازن ۴۸۰ ولتی انتخاب می‌شود. ظرفیت نامی با توان راکتیو مورد نیاز تعیین می‌شود و تلورانس آن محدوده ۰ تا +۱۰٪ مجاز است؛ تلورانس منفی یعنی بانک به ضریب توان هدف نمی‌رسد. ضریب تلفات خازن از جنس فیلم پلی‌پروپیلن متالایز باید زیر ۰/۲ درصد باشد؛ مقدار بالاتر یعنی تلفات اکتیو بیشتر و گرمایش داخلی شدیدتر، که به افت سریع عمر و ترکیدن فیلم منجر می‌شود.

جریان اضافه مجاز خازن قدرت در این کاربردها حداقل ۱/۳ برابر جریان نامی است؛ برای بانک‌هایی که در کنار درایوها نصب می‌شوند، مقدار ۱/۵ برابر مناسب‌تر است. مبنای این مقدار، مجموع جریان مؤثر هارمونیک‌ها و جریان اصلی است که در حالت بدتر تابع راکتانس و THD ولتاژ است. مقاومت تخلیه نیز بخشی از الزامات است: بعد از قطع برق، ولتاژ ترمینال باید در ۳ دقیقه به زیر ۷۵ ولت برسد تا تعمیرکار بتواند با ایمنی به تابلو نزدیک شود. برخی خازن‌ها مقاومت تخلیه داخلی دارند؛ در بانک‌های اتوماتیک، زمان تخلیه بین دو کلیدزنی باید با زمان پاسخ رله اصلاح ضریب توان هماهنگ شود، وگرنه خازن قبل از تخلیه کامل دوباره کلید می‌خورد و به تریستور یا کنتاکتور آسیب می‌زند.

جدول مشخصات پذیرش خازن بانک اصلاح ضریب توان

نکات نصب و آزمایش

• اگر در باس بار هارمونیک وجود دارد، راکتور جداساز (دیتون) با ضریب ۷٪ یا ۱۴٪ بین بانک و باس نصب کنید؛ بدون آن، هارمونیک‌ها به سادگی وارد خازن می‌شوند.
• کلیدزنی را با کنتاکتور مخصوص خازن یا کلید تریستوری انجام دهید؛ کلیدزنی مستقیم با کنتاکتور معمولی جریان هجومی را به چند ده برابر می‌رساند و عمر خازن را کوتاه می‌کند.
• در تست تحویل، جریان هر فاز را با کلمپ‌متر حقیقی‌مؤثر اندازه بگیرید. اگر جریان یک فاز از ۱/۵ برابر جریان نامی عبور کرد، THD ولتاژ را بررسی کنید؛ معمولاً هارمونیک مرتبه ۵ یا ۷ مقصر است.
• بعد از قطع برق، با ولت‌سنج مطمئن شوید ولتاژ ترمینال در ۳ دقیقه به زیر ۷۵ ولت رسیده است تا ایمنی تعمیرکار تأمین شود.
• دمای سطح خازن را در حالت پایدار پس از نیم ساعت کار اندازه بگیرید؛ اگر سطح از ۶۰ درجه سلسیوس بالاتر رفت، تلفات دی‌الکتریک زیاد یا جریان هارمونیک قابل توجه است.

پذیرش خازن برای بانک اصلاح ضریب توان باید بر پایه همین پارامترها انجام شود؛ نه فقط با مقایسه ظرفیت نامی. ولتاژ نامی، جریان اضافه مجاز، زمان تخلیه و رفتار حرارتی، چهار معیاری هستند که تعیین می‌کنند بانک در شبکه با نوسان و هارمونیک، سال‌ها کار کند یا در نخستین تابستان از مدار خارج شود. برای جایگزینی خازن‌های اروپایی در تابلوهای موجود، این پارامترها را با اندازه‌گیری میدانی و نام‌پلیت خازن قبلی تطبیق دهید و در صورت وجود هارمونیک قابل توجه، راکتور دیتون را از مدار حذف نکنید.