
بانک خازنی: تعریف، مزایا و کاربردهای عملی
- حمید زینالی
- برق صنعتی
- 1403/06/21
- این مقاله بروزرسانی شده 27 بهمن 1403
در دنیای برق و اتوماسیون، مفهوم خازن و بانک خازنی از اهمیت ویژهای برخوردار است. خازنها به عنوان یکی از تجهیزات کلیدی در مدارهای الکتریکی شناخته میشوند و بانک خازنی به مجموعهای از خازنها اطلاق میشود که به منظور بهبود عملکرد سیستمهای برقی به کار میروند. در این مقاله به بررسی مفهوم “خازن چیست؟” و همچنین کاربردها و مزایای بانک خازنی در سیستمهای برق خواهیم پرداخت.
خازن چیست؟
خازن (Capacitor) یکی از اجزای اساسی مدارهای الکترونیکی است که توانایی ذخیره انرژی الکتریکی را دارد. خازن یک عنصر الکتریکی است که انرژی الکتریکی را در میدان الکتریکی ذخیره میکند. این عنصر دارای دو صفحه هادی است که بین آنها یک عایق قرار دارد. زمانی که ولتاژ به خازن اعمال میشود، بار الکتریکی در صفحات آن ذخیره میشود. خازنها در انواع مختلفی وجود دارند و هر کدام کاربردهای خاص خود را دارند.
یک خازن از دو صفحه هادی تشکیل میشود که توسط یک ماده عایق (دیالکتریک) از هم جدا میشوند. این صفحات میتوانند از مواد مختلفی مانند فلز یا آلومینیوم ساخته شوند و دیالکتریک نیز میتواند هوا، کاغذ، سرامیک یا مواد دیگری باشد.

عملکرد خازن
هنگامی که یک ولتاژ به دو سر خازن اعمال میشود، الکترونها از یک صفحه به صفحه دیگر جریان مییابند. در نتیجه، یک صفحه دارای بار مثبت و صفحه دیگر دارای بار منفی میشود. این بارهای مخالف یک میدان الکتریکی بین دو صفحه ایجاد میکنند که انرژی را در خود ذخیره میکند.
یکی از ویژگیهای مهم خازن، مخالفت آن با تغییرات ناگهانی ولتاژ است. به عبارت دیگر، خازن تمایل دارد ولتاژ را در یک سطح ثابت نگه دارد. این ویژگی در بسیاری از کاربردهای الکترونیکی مانند فیلتر کردن نویز و تثبیت ولتاژ بسیار مفید است.
خازنها به جریان متناوب اجازه عبور میدهند، اما در برابر جریان مستقیم مانند یک مدار باز عمل میکنند. این ویژگی باعث میشود که خازنها در مدارهای AC به عنوان یک عنصر مهم برای فیلتر کردن و جداسازی سیگنالهای مختلف استفاده شوند.

کاربردهای خازن
- حذف نویز و تداخلات در سیگنالهای الکترونیکی
- حفظ ولتاژ در یک سطح ثابت و تثبیت ولتاژ
- ایجاد تاخیر در مدارهای الکترونیکی
- انتقال سیگنالهای متناوب بین مدارها و کوپل کردن
- ایجاد نوسانات در مدارهای الکترونیکی

بانک خازنی
بانک خازنی یک مجموعه از خازن ها است که در سیستمهای الکتریکی برای بهبود کیفیت برق و کاهش هزینههای انرژی استفاده میشود. خازنها اجزایی هستند که انرژی را به صورت میدان الکتریکی ذخیره میکنند.
یکی از مهم ترین وظایف بانک خازنی، تنظیم توان راکتیو در سیستم است. توان راکتیو، توانی است که در مدار جریان مییابد اما به صورت کار مفید تبدیل نمیشود و باعث افت ولتاژ و افزایش تلفات در سیستم میشود. بانک خازنی با تولید توان راکتیو، این توان را جبران میکند و باعث بهبود ضریب توان میشود. بانک خازنی با تأمین توان راکتیو مورد نیاز، به پایداری ولتاژ در سیستم کمک میکند. این امر به ویژه در خطوط انتقال طولانی و در شرایط بارگذاری سنگین اهمیت دارد.
بهبود ضریب توان به معنای کاهش جریان راکتیو و در نتیجه کاهش تلفات در خطوط انتقال و تجهیزات است. این امر باعث صرفهجویی در انرژی و کاهش هزینههای بهرهبرداری میشود.
برخی موارد به دلیل کم و زیاد شدن تعداد وسایل الکتریکی که منجر به تغییرات مقدار توان غیرمؤثر میشود، قطع و وصل شدن خازن متناسب با نیاز مصرف کننده ضروری میباشد. حتی برای مصرف کنندگان بزرگ نیاز به خازنهای زیاد براي تأمین توان غیرمؤثر میباشد. برای رسیدن به آن ظرفیتهای زیاد، استفاده از چند خازن به صورت موازی، استفاده میشود.

کاربردهای بانک خازنی
بانک خازنی در صنایع مختلف و همچنین در سیستمهای توزیع برق کاربردهای متعددی دارد. در ادامه به برخی از این کاربردها اشاره میکنیم:
1. صنایع تولیدی
در صنایع تولیدی، بانک خازنی به منظور تأمین توان راکتیو و بهبود کیفیت توان در ماشینآلات و تجهیزات استفاده میشود. این امر به افزایش بهرهوری و کاهش هزینههای انرژی کمک میکند.
2. سیستمهای توزیع برق
در سیستمهای توزیع برق، بانک خازنی به عنوان یک راهکار مؤثر برای بهبود کیفیت توان و کاهش تلفات انرژی به کار میرود. این سیستمها معمولاً در نقاطی که بارهای غیرخطی وجود دارند، نصب میشوند.
3. تأسیسات تجاری
در تأسیسات تجاری، بانک خازنی میتواند به کاهش هزینههای برق و بهبود کیفیت توان کمک کند. این امر به ویژه در ساختمانهای بزرگ و مراکز خرید که بارهای الکتریکی زیادی دارند، اهمیت دارد.
4. انرژیهای تجدیدپذیر
بانک خازنی در سیستمهای انرژی تجدیدپذیر نیز کاربرد دارد. به عنوان مثال، در سیستمهای خورشیدی و بادی، بانک خازنی میتواند به ذخیرهسازی انرژی و تأمین توان راکتیو کمک کند.
تجهیزات بانک خازنی
1. خازن
انتخاب خازن براساس ظرفیت پله مورد نیاز در سطح ولتاژ شبکه را نشان میدهد. به عنوان نمونه چنانچه یک بانک خازنی 100 کیلوواری از ترکیب 4 پله 25 کیلوواری در سطح ولتاژ 400 ولت مورد نیاز باشد، یک خازن 25 کیلوواری در سطح ولتاژ 400 ولت و یا دو عدد خازن 12/5 کیلوواری 400 ولتی میتواند برای هر پله استفاده شود.
اگر از دو خازن 12/5 کیلوواری براي يك پله استفاده شود. هنگام صدمه احتمالی یک خازن، نصف ظرفیت آن پله از دست خواهد رفت. درحالی که برای پله 25 کیلوواری تمام ظرفیت پله از دست خواهد رفت. بهعلاوه به دلیل مساحت جانبی بیشتر دو خازن 12/5 کیلوواری به یک خازن 25 کیلوواری، تبادل حرارتی با محیط بیشتر خواهد بود که به افزایش طول عمر خازن و کاهش خطر صدمه دیدن خازن کمک زيادي خواهد کرد.
2. کنتاکتور خازنی
کنتاکتورهایی که برای قطع و وصل خازن، درون بانک خازنی استفاده میشود، کنتاکتور خازنی نامیده میشود. ظاهر این نوع کنتاکتورها نیز متفاوت با کنتاکتورهای دیگر است. این كنتاكتورها داراي تعدادی سیم به صورت پیچیده شده در قسمت بالا و پایین هستند. این سیمها در واقع مقاومت اهمي هستند.
با بررسی دقیق شمای داخلی کنتاکتور خازنی میتوان دید که قبل از بسته شدن کنتاکت اصلی کنتاکتور، کنتاکتهای کمکی بسته شده و خازن همراه با مقاومتهای محدودكننده جريان در قسمت بالایی و پاييني کنتاکتور وارد مدار شده و برقدار میشود و اندکی پس از آن، کنتاکتهای کمکی از محل خود حرکت کرده و باز شده و کنتاکت اصلی بسته میشود و خازن به طور کامل وارد مدار میشود.
3. تجهیزات حفاظتی
براي حفاظت از هر پله بانك خازن باید فیوز مناسب آن پله بین کنتاکتور و شبکه اصلی برق قرار بگیرد. كليد فیوزهایی که برای بانک خازنی استفاده میشود. باید از نوع تندکار باشد.
چنانچه در محل نصب بانک خازنی شبکه برق دارای ماكزيمم و مينيمم (پیکهای) مختلفی باشد، استفاده از فیوز کندکار میتواند گزینه و جایگزین مناسبی باشد. نکتە دیگر در انتخاب كليد فیوز، مقدار جریان آن است. طبق استاندارد IEC 60831 خازن توانایی تحمل اضافه جریان دائمی تا 35 درصد را دارا میباشد. البته مقدار اضافه ولتاژ مجاز برای شبکه نیز ده درصد میباشد که این اضافه ولتاژ میتواند منجر به اضافه جریان شود. بنابراین با احتساب دو ضریب گفته شده
(1/485 = 1/1× 1/35) مقدار جریان فیوز حدوداً 1/5 برابر جریان خازن همان پله خواهد بود. البته برخی مقدار تلرانس ظرفیت خازن که طبق استاندارد IEC تا 10 درصد میباشد را نیز درنظر گرفته و ضریب 1/65 را برای جریان فیوز درنظر میگیرند.
4. رگولاتور
رگولاتور اصلاح ضریب توان یکی از تجهیزات جداناپذیر بانک خازنی میباشد که با اندازهگیری مقدار مصرف توان راکتیو مصرف کننده، دستور قطع و وصل کنتاکتورها را صادر مینماید. رگولاتورهای مختلفی از سوی شرکتهای مختلف برای استفاده در بانک های خازنی ارائه میشوند. اما قبل از انتخاب رگولاتور مناسب باید بدانیم تجهیز مناسب باید چه ویژگیهایی داشته باشد.
نکته:
معمولاً ضریب قدرت موتورها بین 0/75 تا 0/85 است و در روش تجربی حدود 60 درصدتوان مؤثر موتور، خازن برای اصلاح ضریب قدرت درنظر گرفته میشود. به عنوان مثال موتور 100 کیلووات حدود 60 کیلو وار خازن نیاز دارد.