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