محاسبه ظرفیت خازن بر اساس قبض برق

این مورد یکی از پرتکرار ترین درخواست ها از سوی شما عزیزان بود به همین دلیل یک نرم افزار قرار داده ایم تا بتوانید به راحتی خازن مورد نیاز خود را محاسبه نمایید.

متاسفانه تعداد کمی از اساتید یا ساده تر عرض کنم افرادی با تجربه از ارائه راهنمایی به مهندسین جوان اجتناب می ورزند و دلیل این کار را زیاد شدن دست در این حوزه قلمداد می کنند! گویا برخی از افراد فراموش کرده اند که زکات علم آموختن آن است.

بنده به شخصه اساتید بزرگواری را دیده ام که هرآنچه می دانسته اند به دانشجویان خود بدون هیچ چشم داشتی آموزش داده اند و مسلما با انجام این کار در مسیر رشد شخصی و کاری قدم گذاشته اند، چرا که، شما زمانی فرا خواهید گرفت که حاضر باشید از علم خود به سایرین ببخشید.

بنده دوره نصب خازن های جبراساز را به صورت عملی چند سال پیش گذرانده ام و در آن مقطع استاد محترم ما به هیچ وجه حاضر نمی شد نحوه محاسبه خازن مورد نیاز را براساس قبض برق، به ما آموزش دهد! کاری که دون شان یک استاد است

در انتهای این پست یک برنامه با استفاده از نرم افزار اکسل نوشته شده است که با استفاده از آن به راحتی می توانید؛

محاسبات بانک خازنی در سطح فشار ضعیف، شرایط هارمونیک در حضور خازن و پارامترهای خازن های فشار متوسط را محاسبه نمایید.

چگونگی محاسبه خازن جبرانساز براساس قبض برق

نحوه کار با این برنامه بسیار ساده و مشخص است، شما کافیست مقادیر موجود در قبض برق را وارد نمایید و در نهایت تمام آنچه که برای یک بانک خازنی نیاز دارید را دریافت خواهید کرد.

ویدیو آموزش کار با محاسبه گر خازن

پس از دانلود برنامه متوجه خواهید شد که روند کار بسیار ساده می باشد با این حال در آینده یک ویدیو آموزشی برای شما عزیزان تهیه خواهیم نمود.

محاسبه خازن برای قبض برق با استفاده از معادلات

این روش نسبتا راحت است و با دقت خوبی می توان خازن را از صورت حساب ماهانه برق محاسبه کرد البته در صورت وقوع نوسانات فصلی مسلما باید از صورت حساب زمان پرباری کارخانه استفاده نمایید.

البته در صورت محاسبه جداگانه تعرفه های روز و شب، برای محاسبه نهایی از اطلاعات روز استفاده می شود. می توان چنین در نظر گرفت که توان خازن برای پوشش جریان راکتیو شب کافی می باشد.

تعرفه های قیمت انرژی

در محاسبه قیمت انرژی؛ حداکثر مصرف انرژی اکتیو و انرژی راکتیو به صورت مجزا در نظر گرفته می شوند.

در بیشتر قراردادها حداکثر مصرف راکتیو برابر %50 مصرف اکتیو در نظر گرفته شده است. مصرف راکتیو در صورتی مشمول هزینه می گردد که بیش از %50 مصرف اکتیو باشد که این مصرف متناظر با ضریب توان 0.9 است بنابراین توصیه می شود برای محاسبه عدد بالاتری مانند 0.92 محاسبات را لحاظ نماییک تا توان رزرو خازنی داشته باشیم.

مثال 1:

اطلاعات از صورت حساب برداشته شده بشرح زیر است، توان خازن مورد نیاز را بدست آورید:

• حداکثر مصرف = 99 کیلووات
• انرژی اکتیو مصرف شده = 17820 کیلووات
• انرژی راکتیو مصرف شده = 19840 کیلووار ساعت

حل مثال 1

ابتدا تانژانت فی را بدست می آوریم؛

TANQ = اکتیو/راکتیو

TANQ = 19840/17850 = 1.11

با توجه به جدول ضرایب (دانلود جدول ضرایب با کیفیت بالا در انتهای پست) عدد 0.68 به دست می آید و توان خازنی مورد نیاز به صورت زیر محاسبه می شود؛

KW*0.68=67.32KVAR

مثال 2:

اطلاعات یک کارگاه به صورت زیر می باشد قدرت خازن مورد نیاز را در حالت ستاره و مثلث محاسبه نمایید:

• توان : 220Kw
• ولتاژ : 440v
• فرکانس : 50Hz
• ضریب توان فعلی : 0.7
• ضریب توان مطلوب : 0.9

Cos Q1 = 0.7 – tan Q1= 1.02

Cos Q2 = 0.9 – tan Q2 = 0.48

QC = P*(tan Q1– tan Q2)

220*1000*(1.02 – 0.48) = 118.8Kvar

حل مثال 2:

در حالت ستاره داریم:

VC=VL/1.73=440/1.73=254V

C-Star=QC/ (VL) 2*2*3.14*F

C-Star =118.8*1000/3* (254)^2*2*3.14*50=1954

در حالت مثلث داریم:

VC=VL=440V

C-Delta=QC/3*(VL) 2*2*3.14*F

C-Delta =118.8*1000/3*(440)^2*2*3.14*50=651

*پاسخ ها بر اساس میکرو فاراد هستند

---

مثال 3:

مشخصات پلاک موتور تک فازی به شرح زیر است، این موتور باید تا 0.95 جبران شود قدرت خازن را بدست آورید:

مشخصات پلاک موتور به شکل زیر است:

1.4Kw , 220v , 12A , Cosφ=0.78 , 50H_z

حل مثال 3:

برای محاسبه توان راکتیو مدنظر و پس از آن خازن مدنظر باید ابتدا توان ورودی را محاسبه نماییم، دقت داشته باشید که توان نوشته شده بروی پلاک موتور (1.4KW) برای توان خروجی می‌باشد.

P_in = U_line * I_line * Cos φ = 220 * 12 * 0.78 = 2.06 Kw

معادله اصلی محاسبه توان راکتیو به شکل زیر می‌باشد که در آن نیاز به محاسبه تانژانت ضریب توان قدیمی و جدید می‌باشد.

Q_C = P_in * (Tan φ₁ – Tan φ₂)

پس شروع به محاسبه تانژانت‌های مدنظر می‌کنیم:

Cos φ₁ = 0.78 , Tan φ₁ = 0.8026

Cos φ₂ = 0.95 , Tan φ₂ = 0.3288

Q_C = P_in * (Tan φ₁ – Tan φ₂) = 2.06 * (0.8026 – 0.3288) = 0.976 KVAR

برای محاسبه خازن برحسب میکروفاراد کافیست از رابطه زیر استفاده نمایید (مقدار توان راکتیو را به صورت Kvar قرار دهید):

C_µF = Q_c / (2π * f * V²) *10⁹

با جایگذاری اعداد بدست آمده مقدار خازن برابر است با:

63.8_µF

---

مثال 4:

مشخصات یک موتور سه فاز به شرح زیر است، این موتور باید تا Cosφ=0.95 جبران شود مطلوب است محاسبه ظرفیت خازن ها در اتصال مثلث.

مشخصات پلاک موتور به شکل زیر است:

22Kw , 220/380_V , 78/45_A , 50H_z , Cosφ=0.84

حل مثال 4:

مجددا باید درنظر داشته باشید که عدد نوشته شده بروی پلاک موتور توان خروجی می‌باشد و ما باید ابتدا توان ورودی را محاسبه نماییم.

معادله اصلی توان ورودی موتور سه فاز بدون درنظر گرفتن نوع اتصال به شکل زیر است:

P_in = 3 * U_phase * I_phase * Cos φ

*ضریب 3 به دلیل سه فاز بودن می‌باشد.

در اینجا کافیست یک حالت را انتخاب کنید مثلا ما سیم‌پیچی ستاره را انتخاب می‌کنیم:

در حالت ستاره روابط زیر برقرار هستند:

V_line = √3 * V_phase

I_line = I_phase

با دانستن اینکه اعداد نوشته شده بروی پلاک موتور مرتبط با مقادیر Line (خط) می‌باشند معادله توان خروجی (حالت ستاره) به شکل زیر تبدیل خواهد شد:

P_in-Y = √3 * V_line * I_line * Cosφ

P_in-Y = 1.73 * 380 * 45 * 0.84 = 24.9 Kw

پس توان ورودی برای حالت ستاره برابرست با 24.9 کیلووات، برای اینکه مطمئن شوید که این عدد برای حالت مثلث نیز صادق است مجددا توان ورودی را برای حالت مثلث محاسبه می‌کنیم:

P_in = 3 * U_phase * I_phase * Cos φ

در حالت مثلث روابط زیر برقرار هستند:

V_line = V_phase

I_line = √3 * I_phase

مجددا مقادیر فوق را در رابطه اصلی توان قرار می‌دهیم:

P_in-D = √3 * V_line * I_line * Cosφ

P_in-D = 1.73 * 220 * 78 * 0.84 = 24.9 Kw

پس مشاهده کردید که تفاوتی ندارد اتصال را ستاره درنظر بگیریم یا مثلث، در هر دو حالت توان ورودی برابر با 24.9 کیلووات خواهد شد.

احتمالا می‌گویید پس چرا برای راه اندازی با گشتاور کمتر با ستاره موتور استارت می‌شود؟ باید درنظر داشته باشید که در این حالت ولتاژ منبع ثابت است، مثلا 220 ولت ثابت، در این حالت برای راه‌اندازی موتور را ستاره استارت می‌کنند و بجای 380 ولت به آن مقدار 220 ولت تزریق خواهد شد که مثلا توان کمتری را به ما می‌دهد.

فرمول نهایی محاسبه توان راکتیو به شکل زیر می‌باشد:

Q_C = P_in * (Tan φ₁ – Tan φ₂)

مقادیر تانژانت نیز به شکل زیر محاسبه می‌شوند:

Cos φ₁ = 0.84 , Tan φ₁ = 0.646

Cos φ₂ = 0.95 , Tan φ₂ = 0.3288

Q_C = P_in * (Tan φ₁ – Tan φ₂) = 24.9 * (0.646 – 0.3288) = 7.9 KVAR

تا اینجای کار Var کل سه فاز را محاسبه کرده‌ایم برای هر فاز باید این عدد را تقسیم بر 3 نماییم:

Q_phase = Q_total / 3

توان راکتیو هر فاز برابر است با: 2.63 کیلووار

برای محاسبه خازن برحسب میکروفاراد کافیست از رابطه زیر استفاده نمایید (مقدار توان راکتیو را به صورت Kvar قرار دهید):

نوع اتصال خازن‌ها را نیز مثلث درنظر می‌گیریم چرا؟

• اتصال مثلث توان راکتیو بیشتری به ما خواهد داد.
• اگر یک خازن به مشکل بخورد باقی فازها مشکلی نخواهند داشت.
• اتصال مثلث خازن‌ها سبب حذف هارمونیک جریان می‌شود.

تنها مشکل اتصال مثلث در ولتاژهای بالا بوده که سبب استرس زیاد به خازن‌ها می‌شود.

C_µF = Q_c / (2π * f * V²) *10⁹

C_µF = 2.63 / (2π * 50 * 220²) *10⁹

با جایگذاری اعداد بدست آمده مقدار خازن هرفاز برابر است با:

173_µF

---

مثال 5:

خازن سه فاز با قدرت Qc=200KVAR مفروض است. در صورتیکه ولتاژ خازنUV=15KV باشد مطلوب است محاسبه ظرفیت و جریان خازن:

حل مثال 5:

C-Delta=200000/3*152*314=0.94

IL=200/15*1.73=7.7A

IC=IL/1.73=7.7/1.73=4.44A

مثال 6:

یک ترانسفورماتور سه فاز به قدرت KVA75 دارای ولتاژ ثانویه 500 ولت است و در CosQ = 0.7 با بار کامل کار می کند. از آنجا که به توان بیشتری نیاز است باید بررسی شود در صورتی که ضریب توان برابر یک شود چه مقدار دیگر توان اکتیو نیاز داریم و قدرت خازن چه مقدار است؟

حل مثال 6

P=PS*CosQ=75*0.7=52.5KW

توان اضافه شده در CosQ =1برابر می شود با:

22.5=52.2 – 75

CosQ =0.7 TanQ =1.02

Q=P*TanQ=52.5*1.02=53.5KVAR قدرت خازن

مثال 7:

توان اکتیو مصرف کننده ایی Kw80 و ضریب قدرت آن 0.7 می باشد، می خواهیم ضریب توان را به 0.95 برسانیم. قدرت خازن مورد نیاز را با توجه به جدول بدست آورید.

حل مثال 7:

با توجه به جدول برای cosQ1=0.7 و CosQ2=0.95 ضریب F=0.69 بدست می آید بنابراین:

QC=P*F=80*0.69=55.2KVAR

تعیین ظرفیت پله اول و آرایش پله ها

در صورت داشتن منحنی تغییرات توان اکتیو بر حسب زمان، با استفاده از شیب منحنی می توان ظرفیت اولین پله را تعیین کرد.

و در صورت نداشتن منحنی، می توان از دو قانون زیر استفاده کرد:

الف) در صورتی که لازم باشد رگولاتور به 5% تغییرات بار پاسخ دهد پله اول را 5% ظرفیت کل تابلو انتخاب می نماییم.

به عنوان مثال؛ در یک بانک 200 کیلووار، پله اول 10 کیلووار باری با ضریب توان ذاتی 0.7 را جبران می کند. یعنی؛ به ازای هر 15 کیلووات تغییر در بار، یک پله وارد یا خارج می شود (ضریب توان مطلوب 0.95 فرض شده است).

ب) در صورت عدم نیاز به تنظیم دقیق یا تغییرات بزرگ بار، برای آنکه رگولاتور به 10% تغییرات بار پاسخ دهد لازم است پله اول 10% ظرفیت کل را اختیار نماید. بدین معنی که در شرایطی مانند حالت (الف) به ازای هر 30 کیلووات تغییر در میزان توان، 20 کیلووار به مدار وارد یا خارج گردد.

آرایش پله ها

شرایط قانون (الف) را در نظر می گیریم؛ پله اول برابر 10 کیلووار می باشد برای رسیدن به ظرفیت 200 کیلووار به 20 عدد پله 10 کیلوواری نیاز داریم که این عدد زیاد است و درنهایت سبب افزایش قیمت تمام شده بانک خازنی می گردد. روش دیگر استفاده از توالی ……..1:2:2:2 می باشد در این صورت تعداد پله ها به 10 عدد کاهش می یابد ولی نمی توانیم به ظرفیت 200 کیلووار برسیم تنها راه حل؛ نصب یک پله ثابت 20 کیلوواری است که این نیز روش مناسبی نمی باشد.

محدودیتی که مشاهده شد سبب انگیزه برای ایجاد دیگر آرایش ها و توالی های پله خازنی شد و آرایش هایی مانند ……1:2:2:4:8 و…….1:2:4:8:8:8 به وجود آمد. اخیرا رگولاتور هایی طراحی شده اند که می توانند آرایش 1:2:4:8:16:32:64 را پشتیبانی نمایند که با استفاده از چنین رگولاتور هایی می توان بانکی به ظرفیت 1270 کیلووار با پله اول 10 کیلووار ایجاد نمود.

گزینش تجهیزات جانبی خازن

خازن بر خلاف دیگر تجهیزات برقی همیشه تحت اضافه بار است. بر این اساس در استاندارد تعیین شده است که خازن ها باید حداقل 35% اضافه جریان را به صورت دائمی تحمل نمایند با توجه به این موضوع (اضافه بار همیشگی) و اینکه جریان خازن از فیوز، شین و کنتاکتور عبور می کند لازم است تمامی تجهیزات خازن بر اساس 30% اضافه جریان انتخاب گردند.

به عنوان مثال برای انتخاب کنتاکتور و فیوز برای یک پله 12.5 کیلوواری به صورت زیر عمل می نماییم:

ابتدا جریان نامی خازن را با فرمول زیر بدست می آوریم

Ic=QC/1.73*UV

Ic=12500/1.73*400=18A

بدین ترتیب جریان معیار طراحی بدین صورت بدست می آید؛

IL=1.3*IC

IL=1.3*18=23.4

بنابراین کنتاکتور، سیم و فیوز مناسب باید جریان نامی آن برابر یا بیشتر از 23.4 آمپر باشد.

دانلود با لینک مستقیم تصویر جدول ضرایب | با حجم 1 مگابایت

راستی! برای دریافت مطالب جدید در کانال تلگرام PowerEn عضو شوید.