اهداف و مزایای خازنگذاری موازی
اصولاً نصب خازنهای موازی درانتهای بار شبکه های پسفاز دارای مزایای زیر می باشد:
کاهش مولفه پسفاز جریان مدار،
افزایش سطح ولتاژ در بار،
بهبود تنظیم ولتاژ، اگر که واحد خازنی درست کلید زده شود و همچنین در محل مناسب قرار گیرد،
کاهش تلفات توان در شبکه به خاطر کاهش جریان،
کاهش تلفات کیلو وار در سیستم به دلیل کاهش جریان،
افزایش ضریب قدرت ژنراتورهای منبع،
۷- کاهش کیلو ولت آمپر بار روی ژنراتورهای منبع و مدارها برای کاهش شرایط اضافه بار یا آزادکردن ظرفیت برای رشد بار اضافی.
در قالب یک مثال که در زیر آورده شده است، نقش یک بانک خازنی موازی در تنظیم ولتاژ و ضریب توان را توضیح می دهیم.
شبکه تغذیه ای را در نظر بگیرید که در ولتاژ خط به نول ۱۰ کیلو ولت و با سطح اتصال کوتاه MVA250 و نسبت برابر ۵، یک بار اندوکتیو با اتصال ستاره و توان میانگین ۲۵ مگا وات و توان راکتیو متغیر صفر تا ۵۰ مگا وار، را تغذیه می نماید، تمامی کمیتها برای یک فاز بیان شده اند.
امپدانس تونن سیستم برابر است با .
با داریم ، طوریکه و . با محاسبه پخش بار یا بنا کردن دیاگرام فازور با داریم، و .
حال جریان خط در بار کامل و ضریب توان پس فاز ۰.۴۴۷ از رابطه زیر بدست می آید:
اندازه ولتاژ به مقدار ۳.۲۱۸ کیلو ولت کاهش می یابد.
تلفات در حالت بدون خازن
جبران برای ولتاژ ثابت
پیرو روش ارائه شده برای حل معادله ۱-۱۳، با ولتاژ ، مقدار بدست می آید. جریان کل در خطوط تغذیه برابر است با و جریان جبران کننده به وسیله با بدست می آید.
اندازه ولتاژ دقیقاً در مقدار ۱.۰ پریونیت نگاه داشته می شود. توان راکتیو جبران کننده با توان راکتیو بار برابر نیست و به واسطه جبران تنظیم ولتاژ که در اثر توان واقعی ایجاد می شود، به اندازه ۶.۳۵ مگا وار بیشتر است. در نتیجه ضریب توان شبکه واحد نبوده بلکه برابر با پیش فاز است. از روی دیاگرام ملاحظه می شود که جریان خط از ولتاژ با اندازه جلوتر است.
تلفات در حالت با خازن
مشاهده می شود که میزان تلفات توان انتقالی نسبت به حالت بدون خازن کمتر شده است.
جبران برای ضریب توان واحد
با ،داریم و . با این مقدار جبران کننده مقدار ولتاژ برابر است با و بنابراین مقدار کاهش ولتاژ برابر است با۰.۲۵۲ کیلو ولت. بنابراین تصحیح ضریب توان بطور قابل ملاحظه ای تنظیم ولتاژ را بهبود می بخشد. در بسیاری موارد چنین بهبودی کافی است و جبران کننده را می توان به عنوان وسیله فراهم کننده توان راکتیو مورد نیاز بار به جای رگولاتور ولتاژ ایده ال طراحی کرد.
تلفات توان انتقالی در این حالت برابر است با:
در این حالت خازن گذاری نیز میزان تلفات توان انتقالی نسبت به حالت بدون خازن کاهش یافته است.
از این مثال می توان نقش خازن ۵۶ مگا واری را در انجام دو وظیفه مجزا مشاهده نمود.
اما یکی از مواردی که در مورد خازنهای موازی می توان مطرح نمود این است که محل و اندازه این خازنها در برآورده کردن اهداف آنها موثر است که که در قسمتهای بعدی معرفی خواهد شد.
خازنهای موازی به دو صورت ثابت و سوییچ شونده در شبکه های توزیع مورد استفاده قرار می گیرند.
خازنهای ثابت
معمولاً در مکانهایی از شبکه توزیع که همواره یک میزان حداقلی از توان راکتیو به صورت همیشگی نیاز است می توان از خازنهای ثابت استفاده نمود. اگر چه خازنهای ثابت نیاز به کنترل نداشته و هزینه پایین تری دارند اما مشکلاتی را نیز فراهم می کنند.
بطور کلی یکی از مشکلات اساسی استفاده از خازنهای موازی ثابت، ناشی از شرایط تغییر بار از حالت بیشینه به حداقل می باشد.
همانطور که می دانیم بار مصرف کننده ها قابل کنترل نمی باشد و در ساعات شبانه روز تغییرات زیادی دارند. این تغییرات می تواند شامل تغییر درصد بار سلفی شبکه یا بار مقاومتی شبکه و یا هر دو باشد، که این نوع تغییرات منجر به تغییر توان اکتیو و راکتیو کشیده شده از منبع و ارسالی به سمت بار می شود.
منظور از حالت بیشینه بار ساعاتی از شبانه روز می باشد که بیشترین مصرف را داریم.
همانطور که گفته شد یکی از اهداف خازن گذاری موازی جبرانسازی افت ولتاژ خط توزیع می باشد، که برای این کار خازن را برای جبرانسازی در حالت بیشینه بار ویا همان طراحی می کنند.
این نوع طراحی خازن مشکلاتی را در حالتی که درصد بار سلفی شبکه تغییر می کند، ایجاد می نماید و باعث افزایش تلفات خط وافزایش ولتاژ می گردد.
افزایش تلفات خط و میزان افزایش ولتاژ توسط خازن موازی ثابت در زمان های کم باری:
شکل ۱-۲را در نظر بگیرید :
شبکه توزیع ساده شده
در این شکل یک شبکه توزیع ساده شده نشان داده شده است. شینه A به عنوان شینه تغذیه و شینه B به عنوان شینه مصرف یا بار در نظر گرفته شده اند.
منظور از شینه مصرف شینه متصل به بار و منظور از شینه تغذیه شینه منبع می باشد.
شکل ۲-۲ نمودار فیزور برای شبکه قبل را نشان می دهد.
نمودار فازور برای شبکه شکل ۱-۲
با توجه به شکل ۳-۲ داریم:
۱-۲
در این رابطه زاویه جریان خط و ولتاژ شینه می باشد.
از رابطه بالا داریم: