بانک خازنی چیست و چه کاربردی دارد

بانک خازنی چیست و چه کاربردی دارد در سیستم‌های برقی، تصحیح ضریب قدرت و کنترل توان راکتیو از اهمیت بسیاری برخوردار است. برای بهینه‌سازی عملکرد سیستم‌های برقی و کاهش هزینه‌های انرژی، استفاده از تجهیزاتی که توان راکتیو را تأمین کنند و ضریب قدرت را بهبود بخشند، ضروری است. یکی از این تجهیزات که در این مقاله مورد بررسی قرار می‌گیرد، بانک خازنی است که در تابلو برق کاربرد ویژه دارد. 

بانک خازنی مجموعه‌ای از خازن‌ها است که به منظور تأمین توان راکتیو در سیستم‌های برقی استفاده می‌شود. خازن‌ها به عنوان منابع توان راکتیو عمل می‌کنند و از توان انرژی الکتریکی خود برای تأمین نیازهای توان راکتیو بارها استفاده می‌کنند. با اضافه کردن بانک خازنی به سیستم برق، توان راکتیو تأمین شده و ضریب قدرت سیستم بهبود می‌یابد. بانک خازنی در صنایع مختلف کاربردهای گسترده‌ای دارد. در این مقاله بانک خازنی چیست و چه کاربردی دارد، به بررسی جزئیات بانک خازنی، عملکرد آن و کاربردهای آن در صنایع مختلف پرداخته خواهد شد. پس با آبادیزل همراه باشید:

بانک خازنی چیست

کاربرد بانک خازنی

اجزاء بانک خازنی

انواع بانک خازنی

انواع خازن از نظر مکانیزم جبران سازی

مزایای استفاده از بانک خازنی

نقش بانک خازنی در کاربردها

مزایای استفاده از بانک خازنی در شبکه برق

نحوه عملکرد بانک خازنی

بانک خازنی چیست

بانک خازنی (Capacitor Bank) یک سیستم تجهیزات الکتریکی است که شامل یک گروه از خازن‌ها می‌باشد که به صورت متوالی یا موازی به یکدیگر متصل شده‌اند. هدف اصلی بانک خازنی، تأمین قدرت فوری به شبکه برق است و در مواقعی که نیاز به بار زیاد و سریع می‌باشد، به عنوان منبع انرژی از سوی شبکه برق استفاده می‌شود.

بانک خازنی از خازن‌های الکترولیتیک بزرگ و با ظرفیت بالا تشکیل شده است. با اتصال این خازن‌ها به یکدیگر، ظرفیت کلی بانک خازنی افزایش می‌یابد. هنگامی که شبکه برق نیاز به قدرت برق فوری دارد، بانک خازنی توسط سیستم کنترلی فعال شده و انرژی ذخیره شده در خازن‌ها به شبکه تخلیه می‌شود. این تخلیه سریع باعث افزایش فشار و جریان برق در شبکه می‌شود و نیاز‌های بار زیاد را تامین می‌کند.

بانک خازنی یک سامانه‌ی متشکل از چندین خازن است که به صورت متوالی یا موازی به هم متصل شده‌اند. این بانک خازنی به عنوان یک منبع انرژی فوری عمل می‌کند و در صنایع مختلف و سیستم‌های برق مورد استفاده قرار می‌گیرد.

عملکرد بانک خازنی بر مبنای توانایی خازن‌ها در ذخیره و تخلیه انرژی الکتریکی است. با ذخیره انرژی در خازن‌ها و سپس تخلیه سریع آنها، بانک خازنی می‌تواند به شبکه برق در تأمین قدرت فوری و کمک به مدیریت بار کمک کند.

کاربرد بانک خازنی

بانک خازنی در صنایع و سیستم‌های مختلف مورد استفاده قرار می‌گیرد به منظور تأمین انرژی فوری، بهبود عامل قدرت، کنترل ولتاژ و جریان، کاهش نوسانات و افزایش بهره‌وری. در زیر به برخی از کاربردهای مهم بانک خازنی اشاره می‌کنیم:

صنعت برق

بانک خازنی در صنعت برق برای تأمین قدرت فوری مورد استفاده قرار می‌گیرد. در مواجهه با بارهای ناگهانی و سریع، بانک خازنی می‌تواند به شبکه برق قدرت لازم را تأمین کند و از کاهش ولتاژ و نوسانات غیرمطلوب جلوگیری کند.

سیستم‌های نورپردازی

بانک خازنی در سیستم‌های نورپردازی مانند تابلوهای تبلیغاتی بزرگ و روشنایی خیابان‌ها استفاده می‌شود. با ذخیره انرژی در خازن‌ها و تخلیه سریع آنها، می‌توان نورپردازی را در زمان‌های مشخص و با شدت مورد نیاز فعال کرد.

سیستم‌های ارتباطات

بانک خازنی می‌تواند در سیستم‌های ارتباطات مورد استفاده قرار گیرد. با تأمین قدرت فوری، می‌توان به تأمین انرژی لازم برای تجهیزات ارتباطی در لحظات بارشدید و سریع نیاز داشت.

سیستم‌های حمل و نقل الکتریکی

در سیستم‌های حمل و نقل الکتریکی مانند قطارهای برقی و اتوبوس‌های الکتریکی، بانک خازنی می‌تواند به‌عنوان یک منبع انرژی فوری عمل کند. با تأمین قدرت لازم در لحظات شروع و توقف ناگهانی، می‌توان از افزایش نوسانات و کاهش کیفیت خدمات جلوگیری کرد.

سیستم‌های الکترونیکی

بانک خازنی در سیستم‌های الکترونیکی برای کنترل ولتاژ و جریان، بهبود عامل قدرت و کاهش نوسانات استفاده می‌شود. این سیستم‌ها می‌توانند شامل سیستم‌های کامپیوتر، تجهیزات الکترونیکی صنعتی و سیستم‌های اندازه‌گیری باشند.

اجزاء بانک خازنی

یک بانک خازنی معمولاً شامل اجزای زیر است:

بانک خازنی با توجه به نوع و کاربردش اجزای متفاوتی دارد که شامل تابلو برق، خازن سه فاز، رگولاتور بانک خازنی، کنتاکتور خازنی، کلید ورودی، کلید فیوز، فیلتر هارمونیک، شینه، کلید گردان و … می باشند.

خازن‌ها

خازن‌ها عنصر اصلی بانک خازنی هستند. آنها برای ذخیره انرژی الکتریکی استفاده می‌شوند. خازن‌های الکترولیتیک یا پلیمری معمولاً در بانک خازنی استفاده می‌شوند، زیرا قادر به ذخیره انرژی با ظرفیت بالا و سرعت تخلیه بالا هستند.

سیستم مدیریتی (Control System)

یک بانک خازنی به یک سیستم مدیریتی متصل است که کنترل و مدیریت عملیات شارژ و تخلیه خازن‌ها را بر عهده دارد. این سیستم شامل الکترونیک‌های کنترلی، الگوریتم‌ها و لوازم جانبی مربوطه است. هدف این سیستم بهینه‌سازی کارایی و عمر خازن‌ها، کنترل و نظارت بر وضعیت بارگذاری خازن‌ها و ایجاد امکانات ایمنی مانند حفاظت در برابر جریان‌های بیش از حد و ولتاژهای بیش از حد است.

سیستم خنک‌کننده (Cooling System)

بانک خازنی نیاز به سیستم خنک‌کننده دارد تا حرارت تولید شده در طول عملیات شارژ و تخلیه را تنظیم کند. حرارت می‌تواند توسط خازن‌ها و الکترونیک‌های مدیریتی تولید شود. سیستم خنک‌کننده معمولاً شامل فن‌ها، رادیاتورها و مبدل‌های حرارتی است که از طریق آنها حرارت از بانک خازنی به محیط خنک تر منتقل می‌شود.

قطعات الکتریکی و الکترونیکی

برای عملکرد صحیح بانک خازنی، انواع قطعات الکتریکی و الکترونیکی مورد نیاز است. این شامل قطعات مربوط به اتصالات، ترمینال‌ها، سوئیچ‌ها، مقاومت‌ها و سایر قطعات مشابه است که برای اتصال و کنترل صحیح خازن‌ها و سیستم‌های مدیریتی استفاده می‌شوند.

بستر فیزیکی و محفظه

بانک خازنی ممکن است دارای یک بستر فیزیکی و محفظه باشد که برای نصب و حفاظت از اجزای داخلی استفاده می‌شود. این بستر فیزیکی می‌تواند شامل قاب‌ها، صفحه متالیک، پوشش‌های محافظ، و شاسی باشد که برای نصب و محافظت از خازن‌ها و سایر قطعات استفاده می‌شود.

سیستم اتصالات

بانک خازنی شامل سیستم اتصالات است که خازن‌ها را به یکدیگر و به سایر اجزای بانک خازنی متصل می‌کند. این اتصالات ممکن است شامل کابل‌ها، ترمینال‌ها، متصل‌کننده‌ها و کانکتورها باشد که برای اتصال و انتقال جریان و انرژی الکتریکی بین اجزای مختلف استفاده می‌شوند.

انواع بانک خازنی

انواع بانک خازنی مختلفی وجود دارد، که هر کدام برای نیازها و کاربردهای خاصی طراحی شده‌اند. در زیر، به برخی از انواع رایج بانک خازنی اشاره می‌کنم:

بانک خازنی ثابت (Fixed Capacitor Bank)

این نوع بانک خازنی شامل یک مجموعه خازن‌های ثابت است که به صورت دائمی به شبکه برق متصل می‌شوند. این بانک‌ها برای تصحیح ضریب قدرت، کاهش افزایش ناپایدار ولتاژ و بهبود عملکرد شبکه برق استفاده می‌شوند.

بانک خازنی قابل تنظیم (Switched Capacitor Bank)

این نوع بانک خازنی شامل یک مجموعه خازن‌های قابل تنظیم است که با استفاده از سوئیچ‌ها و الکترونیک قابل کنترل، می‌توان ظرفیت خازن‌ها را تغییر داد. این بانک‌ها معمولاً برای تعادل بار، کنترل ولتاژ و بهبود ضریب قدرت استفاده می‌شوند.

بانک خازنی دینامیکی (Dynamic Capacitor Bank)

این نوع بانک خازنی قابلیت تغییر سریع و متناوب ظرفیت خازن‌ها را دارد. با استفاده از الگوریتم‌ها و کنترل دقیق، ظرفیت خازن‌ها در طول زمان تغییر کرده و به نیازهای شبکه برق پاسخ می‌دهد. بانک خازنی دینامیکی برای کنترل ولتاژ، توان فعال و ظریف، و بهبود عملکرد شبکه استفاده می‌شود.

بانک خازنی همزمان (Synchronous Capacitor Bank)

این نوع بانک خازنی شامل خازن‌ها و سنکرونوس دوژنراتورها است. سنکرونوس دوژنراتورها از طریق سیستم کنترل سنکرونیزاسیون، با شبکه برق همگام می‌شوند و به عنوان یک منبع تولید کننده توان را تامین می‌کنند. بانک خازنی همزمان برای تصحیح ضریب قدرت، کنترل ولتاژ و بهبود پایداری شبکه استفاده می‌شود.

بانک خازنی توزیع‌شده (Distributed Capacitor Bank)

 در این نوع بانک خازنی، خازن‌ها به صورت توزیع‌شده در طول شبکه برق قرار داده می‌شوند. این بانک‌ها برای کاهش افت ولتاژ در خطوط توزیع وسیستم‌های انتقال بزرگ استفاده می‌شوند. با قرار دادن خازن‌ها در نقاط استراتژیک شبکه، می‌توان بهبود ولتاژ، کاهش افزایش ناپایدار ولتاژ، و کاهش ضریب قدرت را بهبود داد.

بانک خازنی پویا (Transient Capacitor Bank)

این نوع بانک خازنی برای کاربردهایی با تغییرات سریع در بار و توان مورد استفاده قرار می‌گیرد. با استفاده از سیستم کنترل پیشرفته، ظرفیت خازن‌ها در طول زمان تغییر کرده و به نیازهای توانی سریع پاسخ می‌دهد. بانک خازنی پویا برای کنترل ولتاژ، کاهش افت ولتاژ، کنترل سوئیچینگ و بهبود پایداری شبکه استفاده می‌شود.

انواع خازن از نظر مکانیزم جبران سازی

بانک‌های خازنی براساس نوع مصرف (دائمی یا غیردائمی) به دو نوع ثابت و اتوماتیک تقسیم می‌شوند.

بانک خازنی ثابت

بانک خازنی ثابت یعنی دستگاه به‌طور دائم در حالِ کارکردن روی مدار است. اگر قصد داشتید که جریان را قطع کنید، حتما با به‌صورت دستی، تابلو بانک را خاموش نمائید. این نوع بانک‌های خازنی برای چاه‌های آب کشاورزی بسیار مفید هستند.

بانک خازنی اتوماتیک

ساز و کار این نوع بانک‌های خازنی کاملا اتوماتیک است. رگلاتور تعیین می‌کند که کدام خازن‌ها در چه زمانی وارد مدار شوند. شکل موج، ولتاژ و جزیان توسط رگلاتور اندازه‌گیری می‌شود. از این نوع بانک خازنی می‌توانید در خانه، کارخانه‌ها و مجتمع‌های بیمارستانی و اداری استفاده کنید.

مزایای استفاده از بانک خازنی

استفاده از بانک خازنی در سیستم‌های برقی و صنایع مختلف، به مزایای زیر منجر می‌شود:

تصحیح ضریب قدرت

یکی از مزایای اصلی استفاده از بانک خازنی، تصحیح ضریب قدرت است. با اضافه کردن بانک خازنی به سیستم، توان راکتیو را تأمین می‌کند و ضریب قدرت را بهبود می‌بخشد. این کار منجر به بهره‌وری بیشتر در شبکه برق، کاهش افت ولتاژ، بهبود کیفیت توان و کاهش هزینه‌های انرژی می‌شود.

کنترل ولتاژ

بانک خازنی قابلیت کنترل ولتاژ را دارد. با استفاده از بانک خازنی، می‌توان ولتاژ را در سیستم برق کنترل کرده و در محدوده مطلوبی نگه داشت. این عملکرد می‌تواند در کاهش افت ولتاژ در خطوط توزیع، بهبود پایداری سیستم‌ها و حفظ ولتاژ در محدوده تعیین شده توسط استانداردها مفید باشد.

بهبود عملکرد شبکه

با اضافه کردن بانک خازنی، عملکرد شبکه برق بهبود می‌یابد. این شامل بهبود ضریب قدرت، کاهش افت ولتاژ، بهبود پایداری سیستم‌ها، کاهش تلفات توان و بهبود کیفیت توان می‌شود.

کاهش اندازه سیستم

استفاده از بانک خازنی می‌تواند منجر به کاهش اندازه سیستم شود. زمانی که بار توان راکتیو را تأمین می‌کند، نیاز به تجهیزات بزرگتر و حجیم تر کاهش می‌یابد. این مزیت به ویژه در فضاهای محدود و صنایع با محدودیت فضا بسیار مفید است.

سرعت واکنش سریع

بانک خازنی قابلیت واکنش سریع به تغییرات بار را دارد. به عنوان مثال، بانک خازنی دینامیکی می‌تواند ظرفیت خازن‌ها را در طی زمان تغییر داده و به نیازهای سیستم فوراً پاسخ دهد. این ویژگی بهبود پایداری سیستم و کنترل دقیق توان در صنایعی مانند صنایع الکترونیک، سیستم‌های انتقال انرژی و سیستم‌های قدرت مورد استفاده قرار می‌گیرد.

نقش بانک خازنی در کاربردها

بانک خازنی در برخی از کاربردها عبارت است از:

کاهش تغییرات ولتاژ (Voltage Sag)

هنگامی که بار زیادی به شبکه برق وصل می‌شود، ولتاژ شبکه ممکن است کاهش یابد. بانک خازنی با تخلیه سریع انرژی خود، ولتاژ شبکه را موقتاً افزایش می‌دهد و از کاهش ناگهانی ولتاژ جلوگیری می‌کند.

کاهش تغییرات جریان (Current Surges)

وصل یا قطع بارهای بزرگ در شبکه ممکن است تغییرات ناگهانی در جریان را ایجاد کند. بانک خازنی با تأمین جریان لحظه‌ای به شبکه، تغییرات جریان را کنترل می‌کند و از ایجاد نوسانات ناخواسته در شبکه جلوگیری می‌کند.

بهبود عامل قدرت (Power Factor Improvement)

بانک خازنی می‌تواند در بهبود عامل قدرت شبکه نقش داشته باشد. با افزایش عامل قدرت، تلفات قدرت در شبکه کاهش می‌یابد و کارایی عملکرد آن افزایش می‌یابد.

بانک خازنی در صنایع، سیستم‌های توزیع برق، سیستم‌های نورپردازی، سیستم‌های نیروگاهی و سایر بخش‌هایی که نیابانک خازنی (Capacitor Bank) یک سیستم تجهیزات الکتریکی است که شامل یک گروه از خازن‌ها می‌باشد که به صورت متوالی یا موازی به یکدیگر متصل شده‌اند. هدف اصلی بانک خازنی، تأمین قدرت فوری به شبکه برق است و در مواقعی که نیاز به بار زیاد و سریع می‌باشد، به عنوان منبع انرژی از سوی شبکه برق استفاده می‌شود.

کمک به انتقال انرژی

بانک خازنی در سیستم‌های انتقال برق بزرگ نیز استفاده می‌شود تا در زمان‌هایی که نیاز به بار زیاد و سریعی برای انتقال انرژی وجود دارد، به شبکه برق کمک کند. با تخلیه سریع انرژی خازن‌ها، بانک خازنی می‌تواند به انتقال بارهای بزرگ و افزایش جریان در خطوط انتقال برق کمک کند.

مزایای استفاده از بانک خازنی در شبکه برق

استفاده از بانک خازنی در شبکه برق به عنوان یک منبع انرژی فوری مزایای زیر را دارد:

تأمین قدرت فوری

 بانک خازنی قادر است به صورت سریع و لحظه‌ای انرژی را به شبکه تزریق کند. این امکان را به شبکه می‌دهد که در مواجهه با بارهای ناگهانی و سریع، قدرت لازم را تأمین کند و از کاهش ولتاژ و نوسانات غیرمطلوب جلوگیری کند.

بهبود عامل قدرت

 بانک خازنی می‌تواند عامل قدرت شبکه را بهبود بخشد. با افزایش عامل قدرت، تلفات قدرت در شبکه کاهش می‌یابد، کارایی سیستم افزایش می‌یابد و همچنین برای شرکت‌های توزیع برق نیز از نظر مالی مزیت دارد.

کاهش تغییرات ولتاژ و جریان

با استفاده از بانک خازنی، تغییرات ناگهانی ولتاژ و جریان در شبکه برق کاهش می‌یابد. این امر بهبود پایداری و عملکرد سیستم برق را تضمین می‌کند و از احتمال خرابی و ضربه‌های الکتریکی جلوگیری می‌کند.

بهره‌وری بالا

بانک خازنی به دلیل توانایی تأمین قدرت فوری و کاهش تلفات قدرت، بهره‌وری سیستم برق را افزایش می‌دهد. با استفاده از بانک خازنی، نیاز به استفاده از منابع انرژی بزرگتر و گران‌تر مثل ژنراتورها کاهش می‌یابد.

کنترل عامل قدرت

بانک خازنی قابلیت کنترل و تنظیم عامل قدرت را دارد. با تنظیم ظرفیت و تخلیه خازن‌ها، میزان تأثیر بانک خازنی بر عامل قدرت قابل تنظیم است و به شبکه برق اجازه می‌دهد تا با توجه به نیازهای خود، از این منبع انرژی استفاده کند.

نحوه عملکرد بانک خازنی

بانک خازنی عمدتاً بر اساس خازن‌های الکترولیتیک یا پلیمری ساخته می‌شود. این خازن‌ها قادر به ذخیره و تخلیه انرژی الکتریکی با سرعت بالا هستند. بانک خازنی شامل چندین خازن به صورت موازی و متوالی می‌باشد و به یک سیستم مدیریتی متصل است که کنترل و مدیریت شارژ و تخلیه خازن‌ها را انجام می‌دهد. نحوه عملکرد بانک خازنی به شکل زیر است:

شارژ خازن‌ها

در مرحله اول، خازن‌های بانک شروع به شارژ شدن می‌کنند. این شارژ می‌تواند از منبع خارجی باشد، مانند شبکه برق یا سیستم‌های تولید انرژی، یا از منابع داخلی مانند سلول‌های خورشیدی یا سیستم‌های تولید انرژی خلاقانه (مانند ترمز کردن در سیستم‌های حمل و نقل الکتریکی).

ذخیره انرژی

 در این مرحله، خازن‌ها انرژی الکتریکی را ذخیره می‌کنند. با اعمال ولتاژ به خازن‌ها، الکترون‌ها در آنها جابجا می‌شوند و انرژی را ذخیره می‌کنند. ظرفیت خازن‌ها و تعداد آنها تعیین کننده مقدار انرژی ذخیره شده در بانک خازنی است. وظیفه اصلی یک بانک خازن ذخیره انرژی الکتریکی است. خازن ها هنگام شارژ شدن، انرژی را در میدان الکتریکی بین صفحات خود ذخیره می کنند. مقدار انرژی قابل ذخیره در خازن به ظرفیت خازن (اندازه گیری شده بر حسب فاراد) و ولتاژ دو طرف آن بستگی دارد.

تخلیه خازن‌ها

در صورت نیاز به انرژی فوری، خازن‌ها تخلیه می‌شوند. در این مرحله، انرژی الکتریکی از خازن‌ها آزاد می‌شود و به بار متصل شده یا سیستم مورد نظر منتقل می‌شود. این تخلیه بسیار سریع انجام می‌شود و می‌تواند به عنوان یک منبع انرژی فوری عمل کند.

مدیریت شارژ و تخلیه

 بانک خازنی دارای یک سیستم مدیریتی است که وظیفه کنترل و مدیریت شارژ و تخلیه خازن‌ها را بر عهده دارد. این سیستم شامل الکترونیک‌های کنترلی و الگوریتم‌های مربوطه است که وضعیت بارگذاری خازن‌ها را نظارت می‌کند و عملیات شارژ و تخلیه را بهینه می‌کند تا کارایی و عمر خازن‌ها را بالا ببرد.

جبران توان

 بانک های خازنی اغلب برای اصلاح ضریب توان استفاده می شوند. ضریب توان معیاری است که نشان می دهد توان الکتریکی چگونه به طور موثر استفاده می شود. با اتصال یک بانک خازن به یک سیستم، می‌تواند توان راکتیو را تامین کند که به جبران بارهای القایی و بهبود ضریب توان کمک می‌کند و در نتیجه مصرف برق کارآمدتری دارد.

تنظیم ولتاژ

 بانک های خازن می توانند به تنظیم سطوح ولتاژ در سیستم های الکتریکی کمک کنند. در دوره‌های تقاضا یا افت ولتاژ بالا، خازن‌ها به سرعت تخلیه می‌شوند و توان راکتیو اضافی را فراهم می‌کنند و به تثبیت و حفظ ولتاژ در محدوده‌های قابل قبول کمک می‌کنند.

حفاظت از ولتاژ

 بانک های خازن می توانند با جذب و اتلاف نوک های ولتاژ و گذرا به عنوان محافظ ولتاژ عمل کنند. آنها می توانند یک بافر در برابر نوسانات ولتاژ ناگهانی ناشی از برخورد صاعقه، عملیات سوئیچینگ یا سایر اختلالات ایجاد کنند و از آسیب به تجهیزات حساس جلوگیری کنند.

تخلیه با تأخیر زمانی

 بانک های خازنی را می توان با مکانیزم های تخلیه با تأخیر زمانی طراحی کرد. این ویژگی اجازه تخلیه کنترل شده انرژی ذخیره شده را در یک دوره خاص می دهد. این می تواند در کاربردهایی که نیاز به آزادسازی تدریجی انرژی است، مانند سیستم های قدرت پالسی یا فرآیندهای صنعتی خاص، مفید باشد.

کنترل و نظارت

 بانک های خازنی معمولاً مجهز به سیستم های کنترل و نظارت هستند. این سیستم‌ها عملکرد صحیح بانک را تضمین می‌کنند، سطوح ولتاژ و ظرفیت را کنترل می‌کنند، فرآیندهای شارژ و دشارژ را مدیریت می‌کنند و ویژگی‌های ایمنی مانند حفاظت از اضافه ولتاژ یا جریان اضافه را ارائه می‌دهند.