خازن فشار قوی در پست های برق دارای چه ساختاری می باشد؟

خازن فشار قوی در پست‌های برق چگونه عمل می‌کند؟ منظور از خازن شانت یا موازی در صنعت چیست؟ این خازن چگونه در پست‌های فشار قوی نصب می‌شود ؟

اکثر بارهای متصل به شبکه قدرت و شبکه انتقال از جمله خطوط و ترانسفورماتورها ماهیت سلفی دارند. بنابراین شبکه قدرت همواره در ضریب توان پس فاز کوچکتر از یک کار می‌کند. عملکرد در این ضریب توان باعث می‌گردد که شبکه قدرت نیاز به توان راکتیو بیشتری داشته‌ باشد. در نتیجه باید بخشی از توان تولیدی نیروگاه‌ها به توان راکتیو اختصاص یابد. این امر علاوه بر اینکه منجر به ایجاد محدودیت‌ در ژنراتورها می‌گردد،‌ ظرفیت سیستم را کاهش می‌دهد. در واقع  بخشی از ظرفیت درنظر گرفته شده جهت انتقال توان اکتیو را توان راکتیو اشغال می‌نماید که در نتیجه تلفات و نیز افت ولتاژ افزایش می‌یابد. با این توضیحات نیاز به تأمین راکتیو از منابع دیگری به جز ژنراتور خواهد بود تا ضمن بهبود ضریب توان، ظرفیت انتقال توان را نیز در شبکه آزاد نماید. یکی از این منابع، خازن‌های موازی هستندکه نگهداری و بهره‌برداری ساده‌ای دارند. همچنین تلفات انرژی کمی داشته و در فضای آزاد نیز قابل نصب می‌باشند.

خازن‌های مورد استفاده در شبکه‌های قدرت را از سه لحاظ می‌توان تقسیم‌بندی کرد

1: تقسیم بندی خازن فشار قوی از نظر محل نصب و ساختمان

خازنها ازنظر نصب بصورت داخل ساختمانی INDOOR  و یا نصب خارجی OUTDOOR تقسیم‌بندی می‌شوند. ازنظر ساختمان ظاهری نیز خازنها به سه دسته زیر تقسیم می‌شوند:

• نوع تابلویی cubicle type
• نوع تانکی tank type
• قفسه باز open rack type

نصب خازنها به صورت قفسه باز در محوطه پست‌های فشارقوی بسیار معمول می‌باشد. این نوع خازنها که روی استراکچرهای مخصوص خود و در محوطه نصب می‌گردند بصورت طبیعی خنک می‌شوند. واحدهای خازن و مقره‌های مربوطه که در محوطه نصب هستند، بیشتر درمعرض آلودگی و شکستگی قراردارند. در بعضی نقاط به علت محدودیت فضای قابل دسترس و مقدار بانک خازنی موردلزوم می‌توان خازن‌ها را به صورت تابلویی یا تانکی خنک‌شونده با هوا سفارش داد که ازنظر قیمت گرانتر هستند.

2: برحسب نحوه ورود به شبکه این خازن فشار قوی بر دونوع هستند:

– خازن‌های دائم

– خازن‌های با قطع و وصل زمانی

خازن‌های ثابت در بار کم بکار می‌روند و بعد از افزایش بار راکتیو، خازنهای متغیر در بانک‌های جداگانه وارد مدار می‌گردند. از نقطه‌نظر تنظیم ولتاژ، اندازه بانک خازنی ثابت مورداستفاده باید به‌گونه‌ای باشد که ولتاژ انتهای خط درحالت حداقل بار از ولتاژ مجاز تجاوز نکند.

3: تقسیم‌بندی خازن فشار قوی ازنظر تعداد بوشینگ‌ها

واحدهای خازنی تک فاز به دو صورت تک‌بوشینگی یا دوبوشینگی ساخته می‌شوند. در نوع دوبوشینگی هردو ترمینال خازن توسط بوشینگ‌ها از محفظه عایق شده است و در نوع تک بوشینگی یکی از ترمینال‌ها فاقد بوشینگ بوده و به محفظه خازن متصل می‌باشد.

واحدهای خازنی اصولاً از هر دو نوع فوق ساخته می‌شوند. درابتدا آنچه به نظر می‌رسد کمتربودن قیمت و وزن واحد با یک بوشینگ نسبت به واحد دوبوشینگی می‌باشد. ولی ازطرف دیگر در این حالت محفظه خازن که به یکی از ترمینال‌های واحد خازنی متصل است بسته به اینکه این ترمینال در آرایش الکتریکی چه نقطه‌ای است، دارای ولتاژ خواهد بود و  بنابراین این واحدها باید روی استراکچر عایق شده نسبت به زمین نصب شوند. همچنین وقتی دو یا چند واحد به طور سری وصل شده‌اند نقاط اتصال به محفظه در فازهای مختلف نیز باید نسبت به یکدیگر عایق باشند. در آرایش ستاره دوبل، استراکچر هریک از ستاره‌ها باید از دیگری عایق گردد.

انواع اتصال خازن فشار قوی در شبکه قدرت

واحدهای خازنی را می‌توان در یک مجموعه خازنی به صورت‌های زیر بهم متصل نمود.

• ستاره با نقطه نوترال زمین‌شده
• ستاره با نقطه نوترال زمین‌نشده
• ستاره ‌دوگانه که مرکز ستاره آنها بهم متصل شده است.
• مثلث

برای خازن‌های ولتاژ متوسط (خازنهای با ولتاژ 20 یا 33 کیلوولت) اغلب‌ از اتصال ستاره جهت واحدهای خازنی استفاده می‌گردد.

چگونگی انتخاب و محاسبه پارامترهای مختلف موردنیاز جهت طراحی خازن فشار قوی در پست‌های فشار قوی

بانک‌های خازنی به دلایل اقتصادی و نیز سهولت بهره‌برداری در پست‌های فوق‌توزیع و درسمت فشار ضعیف آن نصب می‌گردند، لذا ولتاژ نامی آنها برابر با 20 و 33 کیلوولت خواهد بود. درصورتی که اتصال بانک خازنی بصورت ستاره باشد، مقادیر ذکرشده بر رادیکال سه تقسیم می‌گردد.

واحدهای تک بوشینگ تنها در مواردی که احتیاج به اتصال سری نباشد و یا مواردی که تعداد زیادی واحد خازنی بصورت موازی قرار می‌گیرند، به دلیل صرفه‌جویی در تعداد زیاد بوشینگ می‌توانند مورداستفاده قرار گیرند. مقره‌های اتکایی مورد استفاده در استراکچر خازن‌ها که بار واحدهای خازنی روی آنهاست باید با محاسبه نیروهای مکانیکی وارده بخصوص در شرایط زلزله انتخاب شوند.

به این ترتیب پیشنهاد می‌گردد خصوصاً درمورد خازن‌های با فیوز داخلی از خازن‌های با دو بوشینگ استفاده گردد.

اغلب خازن‌های مورداستفاده در شبکه‌های فشار قوی از نوع نصب خارجی می‌باشند. این خازن‌ها اکثراً  بصورت قفسه باز ساخته می‌شوند.

انتخاب نحوه اتصال خازن فشار قوی 

واحدهای خازنی خازن فشار قوی را می‌توان در بانک‌های خازنی بصورت مثلث، ستاره با نوترال زمین‌نشده، ستاره با نوترال زمین‌شده و یا ستاره دوگانه (که مرکز ستاره آنها بهم وصل شده‌اند) بهم متصل نمود.

اتصال واحدهای خازنی بصورت مثلث، معمولاً در ولتاژهای پایین‌تر و بانک‌های خازنی با ظرفیت کمتر مورداستفاده قرارمی‌گیرند. درسطوح ولتاژ 20 و 33 کیلوولت، خازن‌ها بصورت ستاره بسته می‌شوند.

انتخاب نوع ستاره زمین‌شده و یا ستاره زمین‌نشده برای بانک‌های خازنی به عوامل زیر بستگی دارد:

– اتصال نقطه نوترال ستاره به زمین، باعث ایجاد مسیری برای هارمونیک‌های مضرب سه (توالی صفر) خواهد شد. جریان‌یافتن این هارمونیک‌ها علاوه براینکه بدلیل فرکانس بالا باعث ایجاد اغتشاش در سیستم‌های مخابراتی خواهند شد، جریان عبوری از خود واحدهای خازنی را نیز افزایش می‌دهند.

– درصورت استفاده از اتصال ستاره با نوترال زمین‌شده، قطع و وصل بانک خازنی موجب تغییر امپدانس مؤلفه صفر شبکه می‌شود که دراین صورت تنظیم حفاظت‌های اتصال زمین در دو حالت قطع و وصل بانک خازنی متفاوت خواهد بود.

– زمین‌کردن نوترال باعث افزایش جریان اتصال کوتاه به زمین‌شده و درنتیجه آن مقادیر نامی تجهیزات کلیدزنی و حفاظتی مانند کلیدها و فیوزها می‌بایستی بالاتر انتخاب گردد.

– زمین‌کردن نقطه نوترال ستاره به زمین در خازنها، علاوه‌بر مزایای زمین‌کردن نقطه نوترال در سایر شبکه‌ها همچون متعادل‌نمودن فازها، حفاظت بهتر و قیمت نصب ارزانتر، کاهش ولتاژ برگشتی ناشی از کلیدزنی خازن دردو سر کلید را نیز سبب خواهد شد.

به دلایل زیر، استفاده از اتصال ستاره، نوترال زمین‌نشده ارجحیت دارد:

– کاهش جریان اتصال کوتاه

– حذف اغتشاش ناشی از عبور هارمونیک‌های جریان مضرب سه

– عدم تغییر امپدانس مؤلفه صفر شبکه

– قطع بدون جرقه تجهیزات کلیدزنی

– گسترش روزافزون استفاده از برقگیرها در بانک‌های خازنی

– استفاده از حفاظت عدم تعادل

اتصال ستاره دوگانه را نیز می‌توان در ظرفیت‌های بالاتر بانک‌های خازنی مورداستفاده قرارداد

نحوه آرایش خازن فشار قوی :

در جدول فوق، توصیه‌های زیر مدنظر قرارگرفته است:

• اجتناب از بکار گرفتن واحدهای خازنی با ظرفیت بالاتر از 300 کیلووار، چراکه ساخت این واحدها دربین سازندگان خازن، بخصوص سازندگان داخلی (با فرکانس 50 هرتز) چندان معمول نیست.
• درمقایسه بانک‌های خازنی که دارای ظرفیت (کیلووار) یکسان هستند، استفاده از بانک‌هایی که در آنها واحدهای خازنی مجهز به فیوز داخلی بکار گرفته شده است، ارجح است.
• درمقایسه بین دو گزینه که دارای ظرفیت‌های یکسان می‌باشند، به دلیل پایین‌تربودن قیمت و کاهش فضای موردنیاز گزینه‌ای که دارای تعداد واحدهای خازنی کمتر است برتری دارد.
• درمقایسه مجموعه‌های خازنی مجهز به فیوز داخلی بصورت ستاره منفرد و ستاره دوگانه استفاده از طرح ستاره دوگانه بدلیل امکان استفاده از حفاظت عدم تعادل با حساسیت بالاتر، برتری دارد.

استفاده از اتصال ستاره دوگانه در ظرفیت‌های بالاتر. البته بعلت افزایش هزینه سازه‌های نگهدارنده واحدهای خازنی، استفاده از این نوع اتصال در شرایطی توصیه می‌شود که واحدهای خازنی دارای حفاظت فیوزی ازنوع داخلی باشند که دراین نوع حفاظت لزوم استفاده از یک نوع حفاظت عدم تعادل حساس‌تر الزامی است.

جهت اطلاعات بیشتر برای طراحی یک بانک خازنی برای پست فشار قوی پیشنهاد می‌شود که به لینک مورد نظر داخلی مراجعه فرمایید.