افت ولتاژ و عوامل مؤثر بر آن
افت ولتاژ به کاهش مقدار ولتاژ در طول یک خط انتقال یا توزیع گفته میشود. این پدیده معمولاً به دلیل موارد زیر رخ میدهد:
طول خطوط انتقال: هرچه طول خط بیشتر باشد، افت ولتاژ ناشی از مقاومت و اندوکتانس خط بیشتر خواهد بود.
بارگذاری زیاد: بارهای سنگین باعث افزایش جریان و در نتیجه افزایش افت ولتاژ در شبکه میشوند.
عدم تنظیم توان راکتیو: کمبود توان راکتیو باعث کاهش پایداری ولتاژ میشود.
اتصالات ضعیف یا تجهیزات قدیمی: مقاومت اضافی ناشی از این عوامل میتواند افت ولتاژ را تشدید کند.
روشهای جبرانسازی افت ولتاژ
چندین راهحل برای جبران افت ولتاژ در شبکهها وجود دارد که بهینهسازی عملکرد شبکه را ممکن میسازند:
1. افزایش سطح مقطع کابلها یا خطوط انتقال
افزایش قطر هادیها مقاومت خط را کاهش داده و افت ولتاژ در کابل را بهبود میبخشد. این روش گرچه مؤثر است، اما هزینههای بالایی دارد.
2. استفاده از تنظیمکنندههای ولتاژ (Voltage Regulators)
این تجهیزات بهطور خودکار ولتاژ را در محدوده مشخصی تنظیم کرده و افت ولتاژ را جبران میکنند.
3. جبرانسازی با بانک خازنی
نصب بانکهای خازنی یکی از کارآمدترین روشها برای جبران افت ولتاژ و بهبود ضریب توان است. این تجهیزات با تزریق توان راکتیو به شبکه، اثر توان راکتیو مصرفی بار را کاهش میدهند.
4. استفاده از تجهیزات FACTS
دستگاههایی مانند SVC (جبرانساز ولتاژ استاتیک) یا STATCOM، توانایی تزریق توان راکتیو بهصورت پویا را دارند و افت ولتاژ را جبران میکنند.
5. تقسیم بار بین خطوط مختلف
بازآرایی بارها برای کاهش جریان عبوری از یک خط و توزیع بهتر توان در شبکه مؤثر است.
بانک خازنی و نقش آن در جبرانسازی افت ولتاژ
بانک خازنی با تولید توان راکتیو محلی، باعث کاهش جریان عبوری از خط میشود که به کاهش تلفات و افت ولتاژ کمک میکند. عملکرد بانک خازنی شامل مزایای زیر است:
بهبود ضریب توان (Power Factor): تزریق توان راکتیو مصرفی بارها کاهش مییابد و ضریب توان بهبود مییابد.
کاهش تلفات توان: با کاهش جریان در خطوط، تلفات اهمی نیز کاهش مییابد.
پایداری ولتاژ: تولید توان راکتیو محلی از افت ولتاژ جلوگیری کرده و ولتاژ را پایدار میکند.
تأثیر محل نصب بانک خازنی
1. نصب در ابتدای خط یا نزدیک به منبع برق
مزایا:
تزریق توان راکتیو به شبکه در نقطه نزدیک به منبع، بار روی ژنراتورها و خطوط اصلی را کاهش میدهد.
در کاهش جریان کلی شبکه مؤثر است.
معایب:
تأثیر مستقیم بر نقاط دوردست شبکه کمتر است.
2. نصب در انتهای خط یا نزدیک به بار و مصرف کننده ها
مزایا:
افت ولتاژ در خطوط انتهایی را بهطور مؤثر جبران میکند.
تزریق توان راکتیو محلی نیاز به انتقال توان از منبع را کاهش میدهد.
معایب:
ممکن است تنظیم بیش از حد ولتاژ (Overcompensation) ایجاد شود و ولتاژ از حد مجاز بالاتر برود.
3. نصب در ابتدا و انتهای خط (محل نصب بهینه)
معمولاً ترکیبی از نصب بانک خازنی در نقاط مختلف (ابتدا و انتها) برای دستیابی به بهترین عملکرد استفاده میشود.
آنالیز شبکه با نرمافزارهای تحلیل توان (مانند ETAP یا DIgSILENT) به تعیین محل بهینه کمک میکند.
محاسبه مقدار خازن مورد نیاز در یک شبکه فرضی:
برای محاسبه تعداد بانکهای خازنی موردنیاز جهت جبران افت ولتاژ، ابتدا باید توان راکتیو موردنیاز برای بهبود ولتاژ را محاسبه کنیم. سپس با استفاده از مقدار توان راکتیو هر بانک خازنی، تعداد آنها مشخص میشود.
فرضیات و دادهها
ولتاژ در محل تغذیه (Vsource): 220 ولت
ولتاژ در انتهای خط (Vload): 190 ولت
طول خط (L): 300 متر
جریان بار (I): 25 آمپر
مقاومت خط (R): 0.2 Ω/km
راکتانس خط (X): 0.3 Ω/km
مرحله 1: محاسبه امپدانس خط
طول خط 300 متر است، بنابراین مقاومت و راکتانس کل خط بهصورت زیر محاسبه میشود:
مرحله 2: محاسبه افت ولتاژ در خط
افت ولتاژ خط بهصورت زیر محاسبه میشود:
افت ولتاژ کلی محاسبه شده بسیار کمتر از مقدار داده شده (30 ولت) است. بنابراین، مسئله احتمالاً به توان راکتیو و ضریب توان بار نیز وابسته است. برای محاسبه دقیق، باید ضریب توان بار مشخص شود. فرض کنیم ضریب توان lagging است.
مرحله 3: محاسبه توان راکتیو موردنیاز
توان اکتیو بار بهصورت زیر محاسبه میشود:
توان راکتیو اولیه بار:
برای بهبود ولتاژ به سطح مطلوب، نیاز است که بخشی از این توان راکتیو توسط بانک خازنی تأمین شود.
مرحله 4: محاسبه توان راکتیو خازن موردنیاز
برای جبران افت ولتاژ و رساندن ولتاژ به سطح 220 ، باید توان راکتیو زیر توسط بانک خازنی تأمین شود:
مرحله 5: تعیین تعداد بانکهای خازنی
فرض کنیم هر بانک خازنی ظرفیت داشته باشد:
بنابراین، حدوداً 6 بانک خازنی موردنیاز است.
مطالعات موردی و نتایج عملی
مطالعات نشان دادهاند که نصب بانک خازنی در انتهای خطوط توزیع به کاهش افت ولتاژ محلی کمک شایانی میکند. بهعنوان مثال:
در شبکههای طولانی روستایی، نصب خازن در نزدیکی مصرفکنندهها افت ولتاژ را به میزان چشمگیری کاهش داده است.
در شبکههای صنعتی، نصب خازن در نقاط بار با بارهای القایی بالا منجر به بهبود ضریب توان تا 0.95 و کاهش تلفات توان شده است.
نتیجهگیری
جبران افت ولتاژ در شبکههای الکتریکی از اهمیت بالایی برخوردار است. بانکهای خازنی بهعنوان یکی از اقتصادیترین و مؤثرترین ابزارها برای این هدف شناخته میشوند. محل نصب خازن نقش تعیینکنندهای در میزان اثربخشی آن دارد. نصب در انتهای خطوط، افت ولتاژ محلی را کاهش میدهد، درحالیکه نصب در نزدیکی منبع بار روی کل شبکه را سبکتر میکند. تحلیل دقیق شبکه و تعیین مکان بهینه نصب خازنها میتواند بهترین نتایج را به همراه داشته باشد.
ترجمه و جمع آوری:
واحد تحقیق و توسعه بارق، Baregh
بارق، مرجع آگهی ها و نیازمندی های صنعت برق