ماده
۱
هوا
Air
۳۰۰۰
سرامیک
Ceramic
۷
شیشه
Glass
۱۲/۲
روغن معدنی
Castor oil
۱۶/۵
میکا
Mica
۹/۲
پلی استر
Polystyrene
جدول ۲-۱: ثابت دیالکتریک برخی از مواد پرکاربرد
اندازه توانایی عایق یا دی الکتریک در ذخیرهسازی انرژی الکترواستاتیکی، ثابت دی الکتریک یا پرمابیلیته نامیده می شود. ثابت دیالکتریک تمام عایقها معمولا نسبت به هوا سنجیده می شود که ضریبی از دی- الکتریک هوا میباشد. ثابت دیالکتریک هوا برابر ۸۵/۸ × ۱۰¹² است که آن را با ۰ε میشناسیم و واحد آن نیز فاراد بر متر است (F/m) و ثابت نسبی دیالکتریک تمام عایقها که ضریبی از ثابت هوا هستند را با rε نمایش میدهیم که این مقدار برای هوا عدد ۱ است. در جدول (۲-۱) اندازهای rε برای بعضی عایقها آورده شده است. طبق رابطه (۲-۱) میزان باری که یک خازن می تواند در خود ذخیره کند توسط فاکتوری به نام ظرفیت C نمایش داده می شود. این فاکتور برابر با ظرفیتی است بین صفحات خازن که ولتاژ یک ولت روی دو سر آن قرار گرفته و بار یک کولمب را ذخیره کرده است. واحد این فاکتور فاراد میباشد با توجه به اینکه فاراد واحد بسیار بزرگی است لذا از اجزاء آن مانند میکروفاراد، نانوفاراد و پیکوفاراد استفاده میگردد. انرژی ذخیره شده در میان صفحات خازن از رابطه زیر به دست می آید.
( اینجا فقط تکه ای از متن فایل پایان نامه درج شده است. برای خرید متن کامل پایان نامه با فرمت ورد می توانید به سایت feko.ir مراجعه نمایید و کلمه کلیدی مورد نظرتان را جستجو نمایید. )
(۲-۱)
(۲-۲)
اگر عایق دیالکتریک خازن خلا باشد هیچگونه تلفاتی در خازن وجود ندارد. تحت این شرایط همواره مولفه جریان ۹۰ درجه جلوتر از ولتاژ است اما با هر عایق دیگر تلفات به وجود می آید. در خازنهای واقعی، اختلاف فاز جریان و ولتاژ به اندازه کوچک δ کمتر از ۹۰ درجه بوده، خازن دارای مقداری تلفات حرارتی نیز می شود. در نتیجه میتوان مدار معادل یک خازن واقعی را به صورت یک خازن ایدهال موازی با مقاومت در نظر گرفت. البته این مدل سازی را میتوان با المانهای سری شامل یک خازن ایدهال و یک مقاومت نیز مدل سازی نمود. برای مدار معادل سری ضریب تلفات عایقی از رابطه (۲-۳) محاسبه می شود.
(۲-۳)
در عمل برای اندازه گیری ضریب تلفات عایقی tanδ از مدار معادل سری و از پل شرینگ استفاده می شود. با افزایش ضریب تعلقات عایقی که بواسطه افزایش مقدار R مدلسازی شده صورت میگیرد، تعلقات خازن افزایش پیدا می کند و این امر در بانکهای خازنی بزرگ باید در نظر گرفته شود.
۲-۲-۱- خازن قدرت
در نگاه اول به نظر میرسد خازن وسیلهای ساده است در حالیکه در عمل خازن قدرت وسیلهای پیچیده و کاملا فنی است که در آن از مواد دیالکتریک بسیار نازک که با فرآیندی کاملا تخصصی ساخته می شود، استفاده می شود. پس از قرار گرفتن کاغذ کرافت دور این کویلها، کل مجموعه در داخل بدنه استوانه ای شکل آلومینیومی قرار گرفته و فضای خالی با گرانول پر میگردد و نهایتا سه سر سیم خروجی بر روی ترمینالها لحیم می شود. مجموعه حاصل شده یک عنصر خازنی نامیده می شود. از این عناصر در مراکز صنعتی برای ضریب توان استفاده می شود. برای استفاده خازن در سیستمهای قدرت (بخصوص شبکه توزیع) عناصر خازنی برای رسیدن به سطح ولتاژ مطلوبی که بتوان در سیستم قدرت استفاده کرد، سری میشوند و برای رسیدن به ظرفیتهای بالاتر خازنها را موازی می کنند. مجموعه ای از خازنهای قدرت را در داخل ظرفی فولادی که برای رسیدن به سطح ولتاژ و ظرفیت مورد نظر سری و موازی شده اند، قرار می دهند این مجموعه واحد خازنی نامیده می شود. در حال حاضر از نظر فنی امکان ساخت واحدهای خازنی برای شبکه ۲۰ کیلوولت بطوریکه یک واحد خازن بتواند ولتاژمربوطه را تحمل کند، است. فقط برای به دست آوردن قدرت راکتیو لازم در هر فاز بایستی موازی شوند. پس از قطع برق خازنها به دو روش داخلی و خارجی تخلیه میشوند که بستگی به تکنولوژی ساخت آنها دارد و طبق استاندارد حداقل زمان لازم برای وصل مجدد ۵ دقیقه میباشد. به دلایل مهندسی ناشی از تلفات الکتریکی، خازن در مقادیر کوچک ساخته می شود در حال حاضر واحدهای خازنی تا ۹۰۰ کیلووار ساخته میشوند که این واحدهای خازنی را برای بدست آوردن کیلووات بالاتر میتوان به صورت گروهی بکار برد. محدودیت عمده برای ساخت واحدهای خازنی بزرگ همین تلفات است زیرا با بزرگ شدن مقدار واحد خازنی سطح خارجی آن متناسب با مقدار خازن افزایش نمییابد و در نتیجه انتقال گرما به بیرون کاهش مییابد. تلفات در خازنها بر حسب (W/KVAR) سنجیده می شود و در ارزیابی خازن نقش مهمی دارد تلفات نمونه برای خازنها از ۲/۰ – ۵/۰ وات بر کیلووار متغیر است. تلفات که بستگی به نوع عایق بکار رفته در ساختمان آن دارد با گذشت زمان و با تغییرات شیمیایی و فیزیکی عایق افزایش مییابد استاندارد وزارت نیرو در ایران توصیه می کند برای تلفات کمتر از خازنهای بادی الکتریک فیلم پلاستیکی و انباشته با یکی از روغنهای MIPB استفاده گردد. خازنهای موازی در ولتاژهای ۱۱ ، ۲۰ و ۳۲ کیلوولت در ایران استفاده می شود و سه اندازه ۱۰۰ ، ۱۵۰ و ۲۰۰ کیلووار میباشند که بر اساس استاندارد IEC-70A، IEC-70 VDE0560 و BS-1650 و شرایط آب و هوایی انتخاب گردیدهاند.
۲-۲-۲- خازنهای موازی
خازنهای موازی یعنی خازنهایی که به موازات خطها بسته میشوند، که عمدتا به طور گسترده در شبکه های توزیع انرژی الکتریکی کاربرد دارند. خازنهای موازی توان راکتیو مورد نیاز را تامین مینمایند تا مولفه پس فاز جریان بارهای القایی را جبران کند. بنابراین، خازن موازی همان اثر ژنراتور یا کندانسور سنکرون فوق تحریک را دارد. با بکارگیری خازن موازی برای یک فیدر معین میتوان جریان راکتیو بار کشیده شده از شبکه را کاهش داد و ضریب توان مدار فیدر مذکور را بهبود بخشید در نتیجه افت ولتاژ بین ابتدا تا انتهای فیدر متصل به نقطه بار کاهش مییابد ولی خازنهای موازی اثری بر جریان یا ضریب توان مدار بعد از نقطه نصب خود ندارند. شکلهای (۲-۱)الف و ب نمودار تک خطی و نمودار فازوری بردار ولتاژ آن را پیش از افزودن خازن موازی و شکلهای (۲-۲) الف و ب پس از افزودن خازن موازی را نشان می دهند.
شکل ۲-۱: نمودار تک خطی و نمودار فازوری بردار ولتاژ آن را پیش از افزودن خازن موازی
شکل ۲-۲: نمودار تک خطی و نمودار فازوری بردار ولتاژ آن را پس از افزودن خازن موازی
افت ولتاژ را در فیدر یا در خطوط انتقال کوتاه که دارای تقاضای بار با ضریب توان پس فاز هستند را میتوان مطابق رابطه (۲-۴) محاسبه نمود. که R و XL بترتیب مقاومت و راکتانس القایی کل مدار فیدر بر حسب اهم، IR و IX بترتیب مولفه جریان اکتیو و راکتیو بر حسب اهم است. اگر مانند شکل خازن در محل بار نصب گردد افت ولتاژ حاصل را میتوان تقریبا طبق رابطه (۲-۵) محاسبه نمود: که Ic مولفه راکتیو جریان خازن است.
(۲-۴)
(۲-۵)
۲-۲-۳- قدرت اکتیو و راکتیو
[دوشنبه 1400-09-29] [ 01:43:00 ق.ظ ]
|