مهندسی برق

همه چیز از برق قدرت

نگهداري وبهينه سازي ماشين و ترانسفورماتور قدرت نيروگاهها

 

نگهداري وبهينه سازي  ماشين و ترانسفورماتور قدرت نيروگاهها

 

          تجهيزات مهم نيروگاهها،شامل تجهيزات الكتريكي مانند ترانسفورماتورها، ژنراتورها، موتورهاي فشارقوي، كليدخانه ها و همچنين تجهيزات مكانيكي چون توربينها، بويلرها و … نقش اساسي در توليد برق مطمئن واحدهاي نيرگاهي و به دنبال آن، پايداري شبكه برق دارند.

      با انجام سرويس و نگهداري مناسب و به موقع ميتوان علاوه بر استفاده از عمر مفيد 25 تا 30 ساله آنها در مواردي موجب افزايش عمرمفيد آنها شده و همچنين تعداد خروجيهاي اضطراري يا خارج از برنامه واحدها و درصد آماده نبودن يا خروج خارج از برنامه (F.O.R) واحدها را كاهش داد.

در ضمن كاربرد سرويس و نگهداري معمول يا پيشگيرانه طبق دستورالعمل كارخانجات سازنده ديگر براي بهرهبرداري ايمن و مطمئن واحدها كافي نيست زيرا اثرات عوامل خارجي ناشناخته و غيرمترقبه بر تجهيزات الكتريكي، دقيقاً براي بهره بردار غيرقابل پيشبيني است، لذا كاربرد فنآوريهاي جديد جهاني در مشاهده Monitoring و تشخيص Diagnostic وضعيت تجهيزات در حين كار (online condition monitoring) به اين پيشبيني، بهتر ميتواند كمك كند مخصوصاً اگر اين سيستمها به نرم افزارهاي هوشمند و خبره (EXPERT) پيشرفته مجهز باشند كه تاكنون نتايج مطلوبي براي نيروگاههاي كشورهاي پيشرفته جهان كه از اين سيستم استفاده كرده اند به همراه داشته است، مخصوصاً كاهش ميزان عدم آمادگي يا خروجيهاي اضطراري (Forced outage rate) و به صلاح است ما نيز تجهيزات نيروگاهي خود را به اين سيستمها مجهز كنيم زيرا اين امر در انجام عمرسنجي (ارزيابي عمر باقيمانده) و بهينهسازي آتي دستگاه كمك ميكند.

        در اين نوشتار در رابطه با آخرين فنآوري و روشهاي جديد متداول جهاني در زمينههاي فوق براي ژنراتور (موتور) و ترانسفورماتورهاي قدرت، بحث ميشود.

 

انواع سرويس و نگهداري تجهيزات

 

الف ـ سرويس و نگهداري پيشگيرانه

       سرويس و نگهداري پيشگيرانه كه همان سرويس و نگهداري دوره اي يا روتين است معمولاً بر اساس دستورالعمل كارخانجات سازنده تجهيزات بر مبناي مدت زمان كاري يا بهره برداري (Time Bacse) بر حسب ساعت يا سال، تعيين مي شود و سپس نوع سرويس و انجام كار لازم بر روي دستگاه معمولاً در سه مرحله مشخص ميشود مانند:

ـ سرويس و تعميرات دوره اي يا سالانه

ـ تعميرات نيمه اساسي يا ميان دورهاي

ـ تعميرات اساسي

        اشكال روش سرويس و نگهداري پيشگيرانه اين است كه اگر در اثر كوتاهي درطراحي، ساخت، نصب و راه اندازي، سرويس و نگهداري، نامناسب باشد يا حتي حوادث و ضربه هاي غيرقابل پيشبيني خارج از دستگاه يا سيستم به آن وارد شود، ممكن است قبل از زمان از پيش تعيين شده براي سرويس و تعميرات، در دستگاه مزبور، اشكال اساسي پيدا شود و باعث خروج زودتر آن از مدار شود يا بر عكس در زمان مشخص شده براي سرويس، پس از خروج با برنامه، مشاهده شود كه مشكل مهمي نداشته بلكه دستگاه ميتوانسته بدون ريسك يا خطر به كار خود ادامه دهد كه اين امر موجب وارد آمدن خساراتي چون عدم توليد (در اثر توقف با برنامه)، هزينه پرسنل تعميراتي، هزينه مواد مصرفشدني، خسارات احتمالي ناشي از باز و بسته شدن دستگاه و … به صنعت برق ميشود.
ب ـ سرويس و نگهداري پيشگويانه يا پيشبيني شونده

        با توجه به توضيحات فوق در مورد اشكالات روش سرويس و نگهداري پيشگيرانه، در چند سال گذشته روش جديدي در كشورهاي پيشرفته ابداع و اجرا شده است كه به سرويس و نگهداري پيشگويانه يا پيشبيني شونده، موسوم است. اين روش بر اساس مشاهده وضعيت دستگاه مورد نظر در حين كار يا بهنگام است و به كمك تجهيزات مخصوص با فنآوريهاي جديد جهاني به اجرا در ميآيد. به طوري كه اخيراً با ستفاده از نرم افزارهاي پيشرفته يا هوشمند، علاوه بر مشاهده وضعيت، نسبت به تشخيص دقيق عيب با عملكرد خودكار و اتوماتيك حتي بدون حضور اپراتور براي انجام مانور مناسب مانند كاهش بار نامي يا دستور خروج كامل از سيستم اقدام ميشود.

        اين امر از بروز خسارات بيشتر به دستگاه و سيستم جلوگيري ميكند. به عبارت ديگر با اين روش بطور چشمگيري از تعداد و زمان خروج اضطراري واحدها يا كاهش توليد آنها كاسته خواهد شد و بالعكس ميتوان نسبت به ادامه كار دستگاه بعد از زمان مشخص شده توسط كارخانه سازنده دستگاه نيز، به راحتي تصميمگيري فني و اصولي بدون ريسك انجام داد. با توجه به مزاياي سيستم نمايش وضعيت در حين كار، علاوه بر تجهيزات الكتريكي مهم مانند ترانسفورماتورهاي قدرت، ژنراتور، موتورهاي فشار قوي و … براي تجهيزات غيرالكتريكي مهم مانند بويلر، توربين، كندانسور و … نيز سيستمها و تجهيزات مخصوصي طراحي و ساخته و استفاده از آن متداول شده است. طبق آخرين آمار و گزارش از كشورهاي پيشرفته، عليرغم هزينه تقريباً زياد تجهيزات ذيربط در ابتداي كار، در درازمدت حدود 6 تا 7 برابر هزينه مزبور از بابت حفظ يا كاهش خسارات جدي به دستگاهها، منفعت ميرساند.

         در رابطه با سرويس و نگهداري پيشگويانه، سيستمهاي مهمي براي تجهيز كردن وسايل الكتريكي مهم بمنظور اندازه گيري و نمايش در حين كار يا بهنگام استفاده ميشود كه بطور خلاصه به آنها اشاره ميشود:

        1- اين دستگاهها براي ترانسفورماتورهاي قدرت يا راكتورها عبارتند از:
       الف: استفاده از دستگاه اندازه گيري گازهاي محلول در روغن ترانسفورماتور يا گاز كروماتوگراف (D.G.A) در آزمايشگاه. براي مثال ارسال نمونه روغن براي آزمايش به صورت مقطعي (هر چند ماه يكبار) به منظور اندازهگيري 9 تا 11نوع گاز محلول در روغن ترانسفورماتور براي تشخيص عيبهاي داخلي از جمله نقطه داغي (HOT SPOT)، تخليه جزيي الكتريكي PARTIAL DISCHRGE و جرقه يا قوس الكتريكي ARC.

        با نصب دستگاه بصورت ثابت بر روي ترانسفورماتور براي اندازهگيري و نمايش دائم يك تا چهار نوع گاز مهم محلول در روغن مانند CO و 4H2C  و 2H2C  و 2H  و اعلام خطر در صورت بالا رفتن حجم يك گاز يا افزايش درجه صعود گاز نسبت به زمان با نمايش در محل يا اطاق فرمان به منظور جلوگيري از صدمه ديدن ترانسفورماتور، اقدام ميشود (توضيح اينكه اين سيستم براي تعدادي ترانسفورماتورهاي اصلي ژنراتور واحدهاي چند نيروگاه مهم شركت توانير نصب و در حال استفاده است).

       ب: اندازه گيري و نمايش دائم ميزان رطوبت (آب) محلول در روغن ترانسفورماتور و در نتيجه تعيين مقدار آب در عايق ترانسفورماتور، كه به وسيله دستگاه رطوبتسنج به طور مستقيم (به جاي انجام آزمايش به روش كارل فيشر در آزمايشگاه) كنترل ميشود و در صورت لزوم، اعلام خطر ميكند.

       ج: اندازه گيري و نمايش دائم مقدارtag d  و C بوشينگ (نوع خازني) از طريق محل (capacitance Tap) بوشينگ براي كنترل دائم و مستقيم كيفيت عايق بوشينگ به منظور جلوگيري از عدم تخريب عايق خازني و احتمال انفجار بوشينگ كه معمولاً با آتشسوزي و خسارات جبرانناپذير به ترانسفورماتور و تجهيزات اطراف آن همراه است.

       د: اندازه گيري و نمايش محل تخليه جزيي الكتريكي P.D در داخل ترانسفورماتور به روش آكوستيك يا اولتراسونيك به كمك سنسور سراميكي (پيزوالكتريك) و تجزيه و تحليل آن كه به روش مثلثي به كمك كامپيوتر انجام ميشود. يا اندازهگيري قدرت و محل P.D به صورت LINE ON- كه به روش جديد از طريق نصب سنسور خازني بر روي سطح خارجي بوشينگهاي ترانسفورماتور در حين كار بعمل ميآيد.

       هـ : اندازهگيري و نمايش وضعيت پارامترهاي مهم ترانسفورماتور مانند درجه حرارت محيط، درجه حرارت روغن، درجه حرارت سيمپيچ، نمايش سطح روغن كنسرواتور، ميزان فلوي روغن يا آب خنككننده، وضعيت كنتاكتهاي رله به بوخهلتس، وضعيت شيرفشارشكن و …

       و: اندازه گيري درجه حرارت روغن و ميزان فرسودگي كنتاكتها در دايورتر سوئيچ تپچنجر نوع OLTC (On Load Tapchenger) به منظور تعويض به موقع آنها همچنين نمايش وضعيت جريان و ولتاژ و تورك موتور، شماره پله تپچنجر ميتواند بعمل آيد.

      ز: گرمابرداري با دوربين مادون قرمز (ترموويژن) از نقاط داغ خارج از ترانسفورماتور براي نمايش محل داغ غيرعادي درخارج ترانسفورماتور مانند اتصالات خروجي بوشينگ (شلشدگي) و يا داغي روي سطح بدنه ترانسفورماتور معمولاً ناشي از گردش نامناسب روغن خنككننده در داخل ترانسفورماتور يا عبور نشتي شار هسته از بدنه ترانسفورماتور است

      اين دستگاهها براي ژنراتور و موتورهاي فشار قوي (ماشينهاي دوار) عبارتند از:
      الف: نصب سيستم اندازه گيري و نمايش تخليه جزئي الكتريكي بصورت بهنگام با دستگاه مخصوص P.D.A(Partial Discharge Analysis) پرتابل يا ثابت به كمك ترمينالهاي با كوپلر خازني متصل شده به فازهاي ژتراتور (موتور) به منظور كنترل روند اضمحلال يا تخريب عايق به روش اندازه گيري ميزان اختلاف تخليه جزيي الكتريكي حاصل، نسبت به زمان يا دوره قبلي كه در صورت شروع تخريب اوليه عايق با اعلام خطر به موقع و سريع، قبل از تخريب كامل عايق يا قبل از ايجاد اتصال كوتاه و در نتيجه پيش از عملكرد رله حفاظتي و صدمه ديدن دستگاه ، اقدام بعمل ميآورد .

       ب: نصب سيستم اندازه يري و نمايش لرزش بر روي ياتاقانها و بدنه ژنراتور (موتور) بصورت در حين كار براي اندازه گيري مقدار دامنه و فركانس لرزش در سه جهت و متعاقباً آناليز و تشخيص نوع عيب توسط نرم افزار هوشمند بعمل ميآيد و مشخص ميكند كه آيا عيب، ناشي از عوامل الكتريكي (مانند ناتعادلي بار، اتصال حلقه يا …) يا عوامل مكانيكي است (مانند: اشكال در فاصله هوايي روتور و استاتور، عدم الاينمنت يا هم محوري روتور ژنراتور و توربين، وضعيت نامناسب بلبرينگ يا ياتاقان كف گرد و …).

       ج: اندازه گيري و نمايش درجه حرارت در نقاط مختلف مانند سيمپيچ استاتور و هسته، ياتاقانها، سيستم خنككننده و … و كنترل لازم طبق مقادير مجاز تعريف شده بعمل ميآيد.

      د: اندازهگيري فاصله هوايي بين روتور و استاتور براي تشخيص خمش روتور يا عدم تقارن محور روتور با هسته در حين كار ماشين.

      هـ : اندازه گيري و نمايش مقدار نشت هيدروژن در سيستم آببندي (Sealing) (در سيستم خنكشونده با هيدروژن) در حين كار ماشين.

       و: سنجش و تجزيه و تحليل گاز (هوا يا هيدروژن) خنككننده به روشPyrolysis  براي دستيابي به احتمال وجود نقطه داغ يا معيوب در عايقهاي بكار رفته در ژنراتور (استاتور، روتور، هسته ) در حين كار ماشين.

       ز: سنجش مقدار و نوع جريان محوري (Shaft current) مخرب در روتور در حين كار ماشين.

      ح: سنجش پيچش (Tortional) در روتور در حين كار ماشين.

      ط: سنجش وجود يا عدم وجود ترك (STRESS CORROSION CRACKING) S.S.C در رينگ نگهدارنده در حين كار.

 

 مزاياي عمرسنجي (محاسبه عمر باقيمانده) و بهينه كردن دستگاه

         روشهاي اندازه گيري و نمايش بهنگام كه به آنها اشاره شد اخيراً به عنوان يكي از روشهاي جديد و پيشنياز در تعيين و پيشبيني يا پيشگويي وضعيت كيفي و تعيين عمر باقيمانده دستگاههاي مهم به كمك فنآوريهاي جديد آمده كه پيشرفت شاياني در جهان داشته و ذكر آن جايز است ولي قبل از شروع بحث تعريف و نقطه شروع عمرسنجي و بهينه سازي، يادآوري ميشود با توجه به اينكه عمر مفيد تجهيزات مهم نيروگاهي مخصوصاً ژنراتور، ترانسفورماتور، موتورهاي
فشار قوي، توربين و بويلر حدود 25 تا 30 سال طراحي ميشود، به طور كلي ميتوان منحني عمر تجهيزات الكتريكي و مكانيكي مزبور را به صورت منحني U شكل» نشان داد .

        همانطوركه ملاحظه ميشود منحني عمر دستگاه به سه مرحله تقسيم ميشود:
I ـ در مرحله اول يا كودكي (دوران گارانتي يا ضمانت دستگاه پس از نصب و راه اندازي) احتمال خطر حادثه ياصدمه ديدن دستگاه با سرعت زيادي نسبت به حالت پايدار وجود دارد كه ممكن است به علت اشكالات نهفته ناشي از نامناسب بودن مشخصات فني، طراحي، ساخت، تست كارخانه اي، حمل، تخليه، نصب و راهاندازي اوليه باشد.

II ـ مرحله دوم يا جواني (دوران عمر مفيد بهره برداري حدود 20 تا 25 سال) اين مرحله با گذراندن مرحله اول، شروع و احتمال خطر حادثه يا صدمه ديدن آن با شيب كمتري، است.

III ـ مرحله سوم يا پيري كه اواخر عمر دستگاه است (براي تجهيزات الكتريكي پايان عمر عايق) ولي زمان پايان عمر آن به طور دقيق مشخص نيست به طوري كه در نقطه اي احتمال خطر مرگ با توجه به عمر 25 تا 30 ساله، يك مرتبه با سرعت بيشتري پيش ميرود و به پايان ميرسد، يا در صورت انجام عمرسنجي به موقع به كمك دستگاهها و روشهاي دقيق و متعاقباً انجام به موقع رفع نقاط ضعف يا بهينه سازي، مانند تعويض فقط كويل يا سيمپيچ استاتور يا روتور ژنراتور (موتور) با حفظ بدنه و هسته قبلي يا تعويض كويل (سيمپيچ) ترانسفورماتورهاي قدرت با حفظ هسته، بدنه و بوشينگ قبلي (به عبارت ديگر فقط تعويض عايق پير شده با عايق نو) ميتوان براي دوره زماني بيشتري (40 تا 45 سال) عمر دستگاه را تعميم داد و از آن استفاده كرد.

        همان طور كه قبلاً اشاره شد يكي از روشهاي موثر براي عمرسنجي يا ارزيابي عمر باقيمانده، داشتن سيستمها وتجهيزات پيشرفته و نصب آن بر روي دستگاه مورد نظر به صورت دائم و نمايش و كنترل وضعيت آن در حين كار است مثلاً كنترل وضعيت عايقي موتور و ژنراتور و ترانسفورماتور از نظر كيفيت عايقي به روش اندازهگيري تخليه جزيي الكتريكي در حين كار و به كمك اندازهگيري اختلاف P.D يا تخليه جزيي الكتريكي در طول مدت زمان مشخص و محاسبه سرعت صعود آن نسبت به زمان براي تعيين تقريبي زمان تخريب نهايي عايق (پايان عمر) بكار ميرود كه متعاقباً ميتوان از آن براي پيدا كردن نقطه ضعف دستگاه و رفع آن به منظور انجام بهينه سازي، كمك گرفت. توضيح اينكه بيشتر مشكلات و حوادث تجهيزات الكتريكي، ناشي از ضعف عايقي در آنهاست. اين ضعفها به كيفيت اوليه عايق، نحوه طراحي و روش و فنآوري عايقبندي در كارخانه سازنده، تنشهاي ناشي از درجه حرارت كاري در بهرهبرداري، اضافه بار غيرمجاز، تعداد توقف و راه اندازي، اتصال كوتاه، سنكرون شدن ناقص، ارتعاش مكانيكي دستگاه، اضافه ولتاژ اعمالي، شرايط آلودگي و رطوبت در روغن (ترانسفورماتور) يا گاز سيستم خنككننده (هوا يا هيدروژن در ژنراتور يا موتور) و … بستگي دارد كه به هر حال اثر اين عوامل بر عمر عايق با فرمهاي تئوري مشابهسازي قابل محاسبه و پيشبيني واقعي نيست و تجارب آزمايشگاهي و عملي نشان ميدهد كه اثر تمام عوامل داخلي و خارجي مزبور ابتدا با شروع ضعف عايقي به صورت تخليه جزيي الكتريكي شروع شده و به تخليه ناقص و سپس كامل يا قوس الكتريكي منجر و در نهايت به اتصال كوتاه ختم ميشود. در نتيجه همان طور كه اشاره شد، اندازه گيري ميزان تخليه جزيي الكتريكي و كنترل روند رشد آن ميتواند علاوه بر تشخيص ضعف عايقي، عمر باقيمانده عايق را نيز تعيين كند.

  روشهاي عمرسنجي ترانسفورماتورها

        الف ـ اندازه گيري گازهاي محلول در روغن ترانسفورماتور به كمك دستگاه گاز كروماتوگرافي D.G.A كامل (9 تا 11 نوع گاز) در آزمايشگاه يا اندازه گيري و نمايش تعدادي گازهاي مهم به صورت در حين كار با نصب دائم سيستم بر روي ترانسفورماتور.

        ب ـ استفاده از روش F.F.A (FURFURALDEHYDE) از طريق نمونه برداري از روغن ترانسفورماتور در حال كار يا توقف و اندازه گيري به كمك دستگاه اسپكتروفتومر H.P.L.C

(High Performance Liquid Chromatography)

براي تعيين ميزان درجه پليمريزاسيون (DP) كاغذ و عمر باقيمانده كاغذ سلولزي عايق ترانسفورماتور.

        ج: استفاده از روش P.D.C.A

(polarization Depolarization Current Analysis)

         با اعمال ولتاژ شارژ D.C و دشارژ آن در شرايط توقف ترانسفورماتور كه با اندازهگيري شكل موج جريان دشارژ حاصل، ميتوان به وضعيت يا كيفيت عايق ترانسفورماتور پي برد.

       د: اندازه گيري مقاديرP.D  با روش جديد در حين كار ترانسفورماتور(ON-LINE)  به كمك سنسور خازني بر روي بوشينگ همچنين اندازه گيري مقاومت عايقي به كمك مگر و تعيين PI ((Polarization Index، اندازه گيري d tag و C ترانسفورماتور با پل شرينك همچنين اعمال فركانس مشخص و دريافت پاسخ آن به روش FRA (Frequency Response Analysis)
ـ براي تعيين ميزان دفرمه شدن كويل ـ در شرايط توقف ترانسفورماتور (OFF-LINE)  ميتوان به وضعيت يا كيفيت عايق سيمپيچهاي ترانسفورماتور پيبرد.

روشهاي عمرسنجي ژنراتور (موتورها) يا ماشينهاي دوار :

 

        الف ـ نصب سيستم اندازهگيري و نمايش تخليه الكتريكي به كمك كوپلر خازني در حين كار با دستگاه مخصوص P.D.A و اندازه گيري روند اضمحلال عايق از طريق محاسبه اختلاف PD حاصل، نسبت به زمان نمونه گيري.

         ب ـ آزمايش و كنترل وضعيت عايقي سيمپيچ استاتور با اندازهگيري dtag، C  اندازه گيري و مقاومت عايقي با مگر و تعيين P.I و تست عايق با ولتاژ بالا HVAC ياHVDC ،  اندازه گيري P.D.C.A با دستگاه مخصوص و تست حرارتي هسته، همچنين تست عايقي و اندازه گيري مقاومت اهمي و امپدانس سيمپيچ روتور در شرايط توقف ماشين (OFF-LINE).


نتيجه گيري و پيشنهادات:

 

        تمهيدات لازم براي كاهش حوادث و تسريع در به مدار آوردن واحدهاي نيروگاهي كه نسبت مستقيم با كاهش درصد عدم آمادگي نيروگاهها دارد را ميتوان به اين شرح بيان كرد:

1- تهيه استاندارد جامع براي تجهيزات مهم و اصلي نيروگاه در صنعتبرق مانند: ژنراتور، ترانسفورماتور، موتورهاي فشار قوي، توربين، بويلر و …

2- تدوين مشخصات فني مناسب در ابتداي طرح و پروژه براي تجهيزات مهم نيروگاهي با استفاده از بند (1 ) فوق استاندارد جامع تجهيزات در صنعتبرق و استانداردهاي معتبر جهاني).

3- تدوين ليست لوازم مهم و استراتژيك از ابتداي قرارداد به منظور پيشبيني در طول بهرهبرداري و در تعميرات آتي دستگاه و نيروگاه ترجيحاً با استفاده از تجربيات قسمت بهره برداري صنعت برق

4- نظارت مناسب و كافي بر ساخت، تستهاي كارخانه اي، حمل و جابهجايي، نصب و راهاندازي در محل دستگاهها

5- اجراي به موقع دستورالعملهاي تعميرات دورهاي پيشگيرانه كوتاه مدت، ميان مدت و درازمدت (تعميرات اساسي) طبق دستورالعمل كارخانه سازنده و دستورالعملهاي مجاز صنعت برق داخلي و خارجي با استفاده از دستگاههاي تست و راه اندازي دقيق و سريع و مناسب. همچنين بكارگيري كاركنان فني تعميراتي مجرب و آموزش ديده با ابزار و لوازم پيشرفته در طول سرويس و نگهداري تا در صورت كار سرويس و تعميرات طبق برنامه يا خارج از برنامه اولاً به تشخيص و وجود عيب سريعاً دسترسي پيدا شود و در ثاني براي رفع عيب آن سريعاً با حفظ كيفيت كار و كاهش ريسك اقدام شود تا مدت زمان خروج دستگاه يا واحد به حداقل كاهش يابد.

6- از آنجا كه اكثر بهره برداران صنعت برق، از موارد (1تا 5) فقط مورد شماره (5) (سرويس و نگهداري) را ميتوانند كنترل و نظارت كنند، به عبارت ديگر اگر قصور يا ضعفي در تجهيزات نيروگاهي وجود داشته باشد كه ناشي از مشخصات فني، طراحي، ساخت، حمل يا نصب و راه اندازي نامناسب بوده باشد ديگر از كنترل و مسووليت بهره بردار خارج است (چون اين موارد بيشتر در مسووليت و وظايف مشاور و مجري پروژه يا طراح و سازنده بوده است) و بهره بردار فقط بايد سعي كند علاوه بر اجراي مناسب مورد (5) (سرويس و نگهداري) با انجام بهره برداري دقيقتر مانند: مانور به موقع، كاهش بار، خروج به موقع يا كاهش زمان توقف در سرويس و تعميرات با برنامه دستگاههاي مهم مانند ژنراتور، به نحوي با آنها رفتار كند كه بعضي ضعفها يا اشكالات پيش از عوامل فوق را تا حد امكان جبران كند.

7- استفاده از سيستمهاي نمايش وضعيت در حين كار (On – Line Monitoring)  و ترجيحاً كاربرد سيستمهاي مزبور با نرم افزارهاي نوع هوشمند يا خبره (Expert) به عنوان سرويس و نگهداري پيشگويانه ميتواند وضعيت دقيق تجهيزات را مشخص كند و در موارد اشاره شده در بند (6) نيز به بهره بردار كمك بيشتر و كافي ميكند تا ضمن امكان سنجش عمر باقيمانده (به روش غيرمخرب) در خصوص بهينهسازي به موقع نيز اقدام كند.

8- تهيه شناسنامه براي دستگاههاي مهم الكتريكي و مكانيكي و ضبط و نگهداري سوابق از مشخصات اوليه تا آزمايشات كارخانه اي، نتايج آزمايشهاي نصب و راه اندازي و در زمان سرويس و نگهداري و هرگونه تعميرات و اقدامات انجام شده، به صورت بانك اطلاعاتي در دفتر مهندسي و فني نيروگاه ميتواند در صورت بروز حادثه يا اشكال، كمك موثري به كارشناسان ذيربط بكند.

9- تعميم و كاربرد موارد فوق براي تجهيزات مهم غيرالكتريكي نيروگاهي مانند: بويلر، توربين، كندانسور و … نيز قابل اجراست كه عملاً به كمك سيستمهاي سخت افزاري مخصوص و نرم افزارهاي پيشرفته، بعمل ميآيد.

  

    كاهش مصرف انرژي الكتريكي با استفاده از روتورهاي مسي دايكاست شده

    

       الكتروموتورها از جمله مهمترين مصرف كنندگان انرژي الكتريكي در بخشهاي صنعتي، كشاورزي،خانگي، تجاري و عمومي بوده و بطور متوسط در حدود 40 تا 50 درصد از برق توليدي كشور را مصرف مي كنند. در ميان اين تجهيزات، موتورهاي كوچك و متوسط (25 تا 150 ) اسب بخار عمدتاً از نوع القايي با روتور قفس سنجابي بوده و اين بخش از الكتروموتورها درحدود 60 تا 70 درصد از كل مصرف برق الكتروموتورها را به خود اختصاص ميدهند. بازدهي عملي اين الكتروموتورهاي كوچك و متوسط در شرايط بهره برداري سالانه در حدود 50 تا 90 درصد است و به طور ميانگين در حدود 25 تا 35 درصد از انرژي الكتريكي مصرفي در آنها تلف ميشود كه با توجه به اين امر، پتانسيل فراواني براي كاهش تلفات اين الكتروموتورها در پيشبيني ميشود. در اين نوشتار يكي از فنآوريهاي جديد و متناسب با شرايط براي كاهش تلفات اين دسته از تجهيزات الكتريكي بيان شده و مزاياي آن با توجه به امكانات و پتانسيلهاي بالقوه موجود، ارزيابي ميشود.

        الكتروموتورها گروهي از تجهيزات الكتريكي هستند كه بر اساس روابط بين جريانهاي الكتريكي و ميدانهاي مغناطيسي، باعث تبديل انرژي الكتريكي به انرژي مكانيكي ميشوند. در حين اين عمل (تبديل انرژي الكتريكي به مكانيكي) مقداري از انرژي تلف ميشود. با توجه به اين امر، كيفيت ساخت اين تجهيزات براي دسترسي به حداكثر بازدهي اقتصادي از اهميت فراواني برخوردار بوده و در نتيجه سازندگان اين تجهيزات ميتوانند نقش بسيار مهمي در كاهش مصرف و تلفات انرژي الكتريكي داشته باشند. مهمترين عوامل ايجاد تلفات در موتورهاي الكتريكي عبارتند از:

       عبور جريان الكتريكي در سيمپيچهاي استاتور و روتور و مقاومت الكتريكي اين هاديها

        مغناطيس شدن متوالي هسته موتور و نيز جريانهاي گردابي ايجادي در آن

        تلفات ناشي از اصطكاكهاي مكانيكي

        اثرات پارازيتي (تلفات اضافي)

        با توجه به اين كه هرساله مقادير فراواني از انرژي الكتريكي به دليل عدم بازدهي مناسب الكتروموتورها به صورت تلفات به هدر ميرود بنابراين در بسياري از كشورها كوششهاي فراواني در جهت بهبود بازدهي و عملكرد اين تجهيزات بعمل آمده و سعي شده است تا با در نظر گرفتن امكانات بالقوه و فنآوريهاي موجود و نيز قيمت مواد اوليه و هزينه هاي تحميلي، مناسبترين گزينه ها براي بهبود كارايي موتورها بكار گرفته شود. اين روند بخصوص هنگامي مشخص تر مي شود كه بدانيم امروزه در بسياري از كشورهاي پيشرفته يا در حال توسعه، رعايت استانداردهاي حداقل مقادير مجاز بازدهي الكتروموتورها به صورت اجباري درآمده است و محدوده هايي كه اين استانداردها پيشنهاد كرده اند بگونه اي است كه در بسياري از حالات، تنها با صرف هزينه هاي بالا و استفاده ا ز فنآوريهاي جديد، دسترسي به آنها ميسر است.

      در كشور ما نيز با وجود اين كه بازدهي اكثر الكتروموتورهاي مورد استفاده (ساخت داخل يا وارداتي ) حتي از مقادير استاندارد ارايه شده در دهه 70ميلادي نيز پايينتر است، اما تاكنون اقدامات جدي در زمينه بهبود كارايي اين تجهيزات، بعمل نيامده است. در اواسط دهه 70 ميلادي، بازده چنين الكتروموتورهايي در حدود 87 تا 88 درصد بوده است كه متاسفانه در حال حاضر اين مقدار براي موتورهاي مورد استفاده در كشور به حدود 85 تا 86 درصد محدود ميشود. اين در حالي است كه الكتروموتورهاي هم قدرت استاندارد امروزي در دنيا در حدود 89 تا 90 درصد بازدهي دارند (سه تا پنج درصد بازدهي بيشتر نسبت به موتورهاي مورد استفاده در كشور).

        در اينجا لازم است تا براي پي بردن به اهميت واقعي بهبود بازدهي الكتروموتورها توجه بيشتري به اين اطلاعات معطوف شود. به عنوان مثال كافي است پتانسيل كاهش اوج بار شبكه سراسري را در نظر داشته باشيم. همانگونه كه بيان شد بازدهي متوسط الكتروموتورهاي مورد استفاده در كشور در حدود سه تا پنج درصد از الكتروموتورهاي استاندارد امروزي در دنيا كمتر است. با دانستن اين كه اوج بار شبكه سراسري در سال جاري يا سال آينده 27 هزار مگاوات است و در حدود 30 تا 35 درصد از اين اوج بار، براي به حركت درآوردن الكتروموتورهاي القايي (و يا دستگاههايي كه از اين تجهيزات استفاده ميكنند) استفاده خواهد شد، افزايش بازدهي الكتروموتورهاي كشور تا حد استاندارد ميتواند نياز اوج بار شبكه را در حدود 400 تا 500 مگاوات (معادل با توان توليدي 15 تا 20 عدد توربين گازي GE فريم 5) كاهش دهد. با توجه به اين شرايط، امروزه در كشورهاي پيشرفته، سعي ميشود تا حدود مجاز بازدهي الكتروموتورها حتي از مقادير استاندارد نيز فراتر رفته و در برخي كشورها نظير آمريكا، كانادا، استراليا و … رعايت اين حدود براي الكتروموتورهاي مورد استفاده در آن كشورها اجباري شده است، اگر چه سازندگان الكتروموتورهاي موجود در آنجا ميتوانند موتورهاي با بازدهي كمتر را صرفاً براي صادرات نيز توليد كنند. لازم به ذكر است كه هر چند به نظر ميرسد بهبود بيشتر در بازدهي الكتروموتورها با توحه به پيشرفتهاي روزافزون در زمينه مواد و طراحي اين تجهيزات ميتواند ادامه يابد، اما اين حالتها در اكثر موارد، تنها از طريق مواد و فنآوريهاي بسيار گران (نظير استفاده از ورقهاي الكتريكي آمورف يا ابررساناها) ممكن ميشود كه بسيار هزينه بر بوده و در حال حاضر چندان استقبالي از آنها بعمل نميآيد.

 

 روشهاي بهبود بازدهي الكتروموتورها

 

         يك الكتروموتور از دو قسمت اصلي استاتور (قسمت ساكن) و روتور (قسمت متحرك) تشكيل شده است كه هر يك از آنها شامل يك جزء الكتريكي (هاديها) و يك جزء مغناطيسي (هسته ها) است. با در نظر گرفتن اين ساختار و دانستن سهم هر يك از مولفه هاي تلفات انرژي در اين تجهيزات، بهبود بازدهي الكتروموتورها از چند طريق امكانپذير خواهد بود ولي در هر حال مهمترين اقدامات براي بهبود بازدهي الكتروموتورها را ميتوان در كاهش تلفات هسته يا تلفات هاديهاي آنها خلاصه كرد.

         متاسفانه بسياري از فنآوريهاي شناخته شده براي بهبود بازدهي انرژي در الكتروموتورها باعث افزايش ابعاد آنها خواهد شد و اين افزايش ابعادي بيشتر شامل ازدياد طول آنهاست به عنوان مثال يكي از روشهاي شناخته شده براي كاهش تلفات هسته در موتورهاي الكتريكي، افزايش طول هسته آنهاست كه اين حالت از يك طرف مستلزم تغييرات فراوان در خط توليد اين نوع موتورها بوده و باعث ناهمخواني و عدم انطباق موتور ساخته شده با ساير تجهيزات متصل به آن ميشود و از طرف ديگر با توجه به مصرف بيشتر مواد اوليه (هسته و هادي)، قيمت موتورها افزايش زيادي خواهد يافت. افزايش سطح مقطع هسته موتورها نيز كم و بيش مشكلاتي مشابه با موارد فوق داشته و براي بسياري از توليدكنندگان داخلي، چندان جاذبه اي ندارد. در مورد افزايش سطح مقطع هاديهاي الكتروموتورها نيز اين حالت مستلزم تغييرات وسيع در قالبهاي ساخت هسته و در نتيجه تغيير طراحي الكتروموتورها است كه به نوبه خود هزينه هاي توليد را به طور چشمگيري افزايش ميدهد. با توجه به اين موارد و در نظر داشتن مشكلات ناشي از تغيير طراحي و يا تغيير ابعاد الكتروموتورها، مناسبترين گزينه ها براي بهبود بازدهي الكتروموتورهاي داخلي، تغيير مواد مورد استفاده در ساخت آنهاست.مهمترين مواد مورد استفاده در ساخت هسته الكتروموتورها را ورقهاي فولاد الكتريكي كم كربن(Motor Lamination steels)  و يا فولادهاي سيليكوني با دانه هاي غيرجهتدار (Non-Oriented Silicon Steels)تشكيل ميدهند. اينگونه ورقها كه با ضخامتهاي متفاوت 8/0 ـ 3/0 ميليمتر) و با مقادير مختلف عناصر آلياژي (منگنز،آلومينيوم و سيليسيم) توليد ميشوند داراي خواص مغناطيسي متفاوت و نيز قيمتهاي بسيار گسترده هستند. مهمترين خواص مغناطيسي موردنظر در حين انتخاب اينگونه ورقها براي ساخت هسته الكتروموتورها شامل نفوذپذيري مغناطيسي، تلفات توان و القاي اشباع در آنهاست كه با تغيير ميزان عناصر آلياژي و يا ضخامت ورقها، اين خواص را ميتوان به دست آورد. براي كاهش تلفات توان و انرژي در هسته استاتور الكتروموتورهاي القايي، ميتوان با استفاده از ورقهاي فولاد الكتريكي با مقادير بالاتر سيليسيم و يا انتخاب ورقهاي باضخامت كمتر، بازدهي آنها را تا حد مناسبي افزايش داد. اما اين حالت مي تواند از يك طرف ساير خواص هسته را تحت تاثير قرار دهد و از طرف ديگر افزايش قيمت و هزينه هاي توليد را در پي خواهد داشت چرا كه با انتخاب ورقهاي نازكتر و با مقادير بيشتر عناصر آلياژي، اولاً هزينه خريد اين ورقها بيشتر شده و در ثاني عوامل مربوط به برش و پانج و هسته چيني نيز هزينه هاي توليد را به مراتب بالاتر خواهد برد. در هر حال اين تغيير مواد هسته براي كاهش تلفات الكتروموتورها ميتواند بدون تغيير فراوان در طراحي اين تجهيزات به عنوان يك روش مناسب، مطرح باشد هرچند كه در حال حاضر با توجه به عدم توانايي ساخت داخل ورقهاي فولاد سيليسيم دار در كشور، هزينه هاي ارزي تهيه مواد اوليه و ساخت چنين الكتروموتورهايي تا حدي بالا خواهد بود.

         روش مناسب ديگر براي كاهش تلفات الكتروموتورها بدون نياز به تغيير طراحي ويا ابعاد آنها، استفاده از هاديهاي مسي به جاي آلومينيوم در آنها است. با توجه به آنكه هدايت الكتريكي مس تقريباً 60 درصد بيشتر از هدايت الكتريكي آلومينيوم است، در بيشتر حالتها براي ساخت هاديهاي استاتور الكتروموتورها از مس استفاده ميشود. در ساخت هاديهاي روتور الكتروموتورها نيز اگر چه براي الكتروموتورهاي بزرگ (با توان بيشتر از 250 كيلووات) معمولاً از مس الكتريكي كار شده و شكل داده شده استفاده ميشود، اما روش ساخت روتور چنين الكتروموتورهايي، ريخته گري نبوده و بنابراين بسيار زمانبر، گران و هزينه بر هستند. هر چند كه با توجه به تعداد نسبتاً كم ساخت چنين الكتروموتورهايي، استفاده از چنين روشي چندان نامطلوب در نظر گرفته نميشود. در مورد الكتروموتورهاي القايي كوچك و متوسط كه سالانه تعداد بسيار زيادي از آنها توليد ميشود، تنها روش اقتصادي براي ساخت روتور آنها، ريخته گري دايكاست (تحت فشار) فلز هادي اطراف هسته و ايجاد يك ساختار يكپارچه از روتور است. هاديهاي قفس سنجابي اين روتور نيز پس از جداسازي قسمتهاي آهني (از طريق حلسازي در اسيد) بخوبي نمايان است.

        اگر چه از زمانهاي گذشته نيز مشخص بوده است كه بكار بردن هاديهاي مسي در ساخت روتور الكتروموتورهاي القايي قفس سنجابي ميتواند باعث بهبود بازدهي آنها شود اما به دليل مشكلات موجود بر سر راه ريختهگري دايكاست مس و سهولت بيشتر اين فرايند براي هاديهاي آلومينيومي، با در نظر گرفتن مسائل اقتصادي، ريخته گري دايكاست آلومينيوم به عنوان روش مناسبتر براي ساخت اين روتورها مورد استفاده قرار ميگيرد. اين حالت باعث شده كه تا چندين سال گذشته تقريباً روتور تمامي الكتروموتورهاي القايي قفس سنجابي كوچك و متوسط از طريق ريختهگري دايكاست آلومينيوم، توليد شود و متاسفانه استفاده از هاديهاي مسي تنها در اجزاي استاتور چنين الكتروموتورهايي خلاصه شود.
با اين حال از حدود دهه 70 ميلادي با افزايش قيمت انرژي الكتريكي، تلاشهايي شد تا ساخت روتورهاي مسي دايكاست شده به صورت اقتصادي تر صورت گرفته و عوامل كنترل كننده اين فرايند، بيشتر شناسايي شود. اين روند به خصوص از اواخر دهه 90 ميلادي، گسترش فراواني يافت و با انجام مطالعات و تحقيقات كاربردي، مهمترين روشها و فنآوريهاي مناسب و اقتصادي براي ساخت چنين روتورهايي، شناسايي شد به گونهاي كه امروزه توليد انبوه چنين الكتروموتورهايي در تعدادي از كارخانه هاي بزرگ سازنده الكتروموتورها آغاز شده و استقبال بسيار زيادي از اين محصولات بعمل آمده است.

       نكته بسيار مهم در مورد چنين الكتروموتورهايي آن است كه بدون هيچگونه تغيير طراحي و يا تغيير ابعادي الكتروموتور، تلفات آنها تا حدود زيادي كاهش مييابد و اين حالت مخصوصاً براي سازندگاني نظير توليدكنندگان ايراني، بسيار مناسب خواهد بود، بخصوص آن كه توجه داشته باشيم كه در زمينه مواد اوليه مورد نياز، ايران در حال حاضر پنجمين كشور توليدكننده مس محسوب ميشود (رتبه دوم به لحاظ دارابودن معادن دنيا) در حالي كه جايگاه مناسبي در زمينه توليد آلومينيوم نداشته و لذا اين جايگزيني، هزينه ارزي اضافي را تحميل نخواهد كرد، ضمن آنكه ميتواند نياز به واردات آلومينيوم را نيز كاهش دهد. بنابراين به نظر ميرسد كه با توجه به شرايط كنوني كشور، اين فنآوري مناسبترين گزينه اي است كه بدون افزايش هزينه هاي ارزي و يا بدون نياز به فنآوريهاي گرانقيمت (نظير استفاده از ابررساناها و يا ورقهاي الكتريكي آمورف يا پرسيليسم) ميتواند باعث كاهش قابل ملاحظه در تلفات برق و انرژي الكتروموتورهاي داخلي شود.


مزاياي روتورهاي مسي دايكاست شده

 

         مهمترين مزيت استفاده از روتورهاي مسي دايكاستشده در الكتروموتورهاي القايي، كاهش فراوان در تلفات توان (انرژي ) و بهبود بازدهي اين نوع الكتروموتورهاست.

        استفاده از روتورهاي مسي دايكاست شده به جاي آلومينيوم در الكتروموتورهاي استاندارد باعث افزايش بازدهي آنها در حدود چهار تا هفت درصد و نيز كاهش تلفات اين نوع الكتروموتورها در حدود 30 تا 35 درصد، ميشود. در صورتي كه اين حالت در كشور محقق شود، با در نظر داشتن مصرف برق كشور در حدود 120 ميليارد كيلووات ساعت و لحاظ كردن 30 تا 35 درصد از اين مصرف برق در الكتروموتورهاي القايي كوچك و متوسط، در صورتي كه بازدهي آنها در حدود 5 تا 6 درصد افزايش يابد، پتانسيل موجود براي صرفه جويي سالانه انرژي الكتريكي مصرفي در حدود 5/2 تا سه ميليارد كيلووات ساعت (به ارزش تقريبي 60 تا 70 ميليارد تومان) خواهد بود. همچنين با توجه به اوج بار شبكه سراسري (در حدود 27000 مگاوات) و مصرف برق اين الكتروموتورها (در حدود 30 تا 35 درصد) از اين اوج بار، پتانسيل پيكسايي شبكه با استفاده از اين فنآوري در حدود 500 مگاوات خواهد بود. علاوه
بر اين، بررسيهاي مختلف نشان داده است كه به دليل كاهش تلفات و گرماي ايجاد شده در الكتروموتورهاي القايي با روتورهاي مسي دايكاست شده، عمر آنها حداقل 50 درصد بيشتر از موتورهاي با روتورهاي آلومينيومي است ضمن آنكه به دليل خواص استحكامي بيشتر مس نسبت به آلومينيوم، توانايي تحمل نيروهاي مكانيكي (بخصوص خستگي ) در اينگونه روتورها بيشتر از روتورهاي آلومينيومي بوده و به اين دليل نيز، عمر الكتروموتورهاي القايي با روتورهاي مسي دايكاست شده بيشتر خواهد بود.

 

 نتيجه گيري:

       بهبود بازدهي موتورهاي الكتريكي القايي، از جمله مهمترين روشها براي كمكردن تلفات انرژي الكتريكي و نيز كاهش اوج بار شبكه سراسري محسوب ميشود. اين نوع الكتروموتورها در محدوده قدرت كوچك و متوسط (150- 25/0 اسببخار) هر سال بيش از 30 درصد مصرف برق كشور را به خود اختصاص ميدهند و با توجه به بازدهي پايين آنها، استفاده از روشهاي مناسب و اقتصادي براي بهبود بازدهي آنها، ارزش فراواني خواهد داشت. با توجه به شرايط كنوني توليد كنندگان اين تجهيزات در داخل كشور و محدوديتهاي موجود در رابطه با تغيير طراحي و ابعاد اين الكتروموتورها در كنار ساير مسائل مربوط به هزينه هاي ارزي، يكي از مناسبترين روشها براي افزايش كارايي اين الكتروموتورها، استفاده از روتورهاي مسي دايكاستشده به جاي روتورهاي آلومينيومي است كه اين فنآوري ميتواند تلفات برق را در اين تجهيزات در حدود 30 درصد كاهش دهد. پتانسيل پيكسايي شبكه سراسري از طريق اين فنآوري بيش از 500 مگاوات و مقدار صرفه جويي انرژي الكتريكي در كشور از اين طريق سالانه 5/2 تا سه ميليارد كيلووات ساعت (با ارزش تقريبي 70- 60 ميليارد تومان) تخمين زده ميشود. به علاوه اين حالت منجر به افزايش عمر، كاهش نياز به خنك كنندگي، نگهداري و تعمير آسانتر و نيز عملكرد مكانيكي بهتر اين تجهيزات خواهد شد. اين امر با در نظر داشتن اينكه ايران يكي از بزرگترين دارندگان و توليدكنندگان مس در دنياست لزوم توجه بيشتر به اين فنآوري را بيش از پيش نمايان ميكند و چه بسا ممكن است از اين طريق امكان صادرات اين الكتروموتورهاي پربازده با قيمتهاي قابل رقابت به بازارهاي جهاني نيز فراهم شود.

.     

نقش خازن گذاري در جبران توان رأكتيو

 

        خازنها عامل جبران كننده توان راكتيو براي بارهاي سلفي بوده و به عنوان عامل تصحيح كننده ضريب قدرت، عمل ميكنند. تواني را كه مشتركان برق، مصرف مي كنند متفاوت است، در نتيجه خصوصيات ضريب قدرت آنها نيز متفاوت است. انرژي راكتيو در شبكه ها توسط اندوكتانس خطوط انتقال ، ترانسفورماتورها ، مدارهاي الكترومغناطيسي موتورها و ساير مصرفكنندها از قبيل لامپهاي فلوئورسنت، يكسوسازها و سيستمهاي الكترونيك، مصرف ميشود كه اين موضوع، موجب كاهش ضريب قدرت (Power factor) شده و در نتيجه باعث كاهش انتقال انرژي اكتيو ميشود.

        با توليد قدرت كاپاسيتيو توسط خازنها ، اثر مولفه هاي راكتيو كاهش و ضريب قدرت افزايش مييابد كه نتيجه آن براي مصرف كنندگان برق ، صرفه جويي اقتصادي و براي شركتهاي برق، ايجاد شرايط فني مطلوبتر براي انتقال انرژي خواهد بود.

 

  

نحوه عملكرد خازن

 

        استفاده از خازنها به عنوان توليدكننده بار راكتيو به منظور تنظيم و كنترل ولتاژ و جلوكيري از نواسانات قدرت در شبكه ها و تصحيح ضريب قدرت در مصرف كنندهها به علت ارزاني و سادگي سيستم آن، بسيار متداول است.
در يك مصرفكننده الكتريكي غيراهمي طبق شكل بين ولتاژ و جريان، اختلاف فازي برابر زاويه (φ) وجود دارد. جرياني كه مصرفكننده از شبكه ميكشد دو جزو اكتيو Ip و راكتيو Iq دارد. حال اگر خازني به دو سر بار، متصل كنيم جرياني برابر Ic از شبكه ميكشد كه در خلاف جهت جريان راكتيو بار است. لذا جريان راكتيوي كه از شبكه كشيده ميشود به مقدار Ic كاهش يافته و برابر
(Iq-Ic) ميشود. در اين شرايط زاويه جديد بين جريان و ولتاژ به (φ2) افزايش مييابد. به عبارت ديگر در شرايط جديد، ضريب توان (2 cos φ)بزرگتر شده است.
        ملاحظه ميشود هر اندازه زاويه (φ) كوچكتر باشد متناسب با آن، قدرت اكتيو بيشتر و قدرت راكتيو كمتر خواهد شد.

مزاياي استفاده از خازن

       خازنهاي مورد استفاده در شبكههاي برق داراي اثرات مختلفي هستند كه از جمله ميتوان به اين موارد اشاره كرد:

ـ كاهش مولفه پس فاز جريان مدار

ـ تنظيم ولتاژ و ثابت نگهداشتن آن به منظور جلوگيري از وارد آمدن خسارت به دستگاهها
ـ كاهش تلفات سيستم به دليل كاهش جريان

ـ كاهش توان راكتيو در سيستم به دليل كاهش جريان

ـ بهبود ضريب توان شبكه

ـ به تعويق انداختن و يا به طور كلي حذف كردن هزينههاي لازم براي ايجاد تغييرات در سيستم

ـ افزايش درآمد ناشي از افزايش ولتاژ و جبران بار راكتيو ساختمان و حفاظت خازن
         قسمت اكتيو خازن شامل دو ورقه نازك آلومينيوم جدا شده توسط لايه هاي كاغذ اشباعشده از روغن عايق و مايعهاي مصنوعي سنتتيك (Synthetic) مانند بنزيل است. گاه به جاي كاغذ از موادي چون پليپرپيلن (Poly Propylene)  نيز استفاده ميكنند. اين ورقه ها چند دور لوله شده و يك واحد خازن را تشكيل ميدهند، يا تعدادي از اين لايه ا روي يكديگر قرار داده شده و آنها را مجموعاً در داخل يك مخزن مملو از مايع عايق، جاسازي كرده و دو انتهاي خازن از طريق مقره به محيط خارج هدايت ميشود. براي حفاظت حرارتي بانكهاي خازني از بي متال و رله هاي حرارتي كه به بوبين كنتاكتور خازنها فرمان قطع ميدهند استفاده ميشود. تنظيم اين رله ها در حد 43/1 برابر جريان نامي خازن است.
      همچنين استفاده از فيوزهاي HRC (High Rupture current) براي محافظت در مقابل اضافه جريان به عنوان مكمل حفاظت حرارتي متداول است. به منظور كاهش ولتاژ دو سرخازن پس از خارج شدن آنها از مدار از مقاومتهايي كه به ترمينالهاي خازن، بسته شده است استفاده ميكنند. توان اين مقاومتها متناسب با توان خازنها بين 30 تا 50 كيلو اهم است كه ميزان ولتاژ را در مدت سه دقيقه پس از قطع خازنها به ميزان كمخطر (پايينتر از 75 ولت) كاهش ميدهند.
در حالتهاي خاصي كه خازن مستقيماً به سيمپيچهاي الكتروموتور وصل ميشود نيازي به مقاومت تخليه نبوده و بايد تا توقف كامل موتور از تماس با قسمتهاي برقدار خازن، اجتناب شود.

 

 

ملاحظات كلي در نصب خازنها

 

       محل نصب خازنها در يك سيستم برقي به مشخصات بار، بستگي دارد. براي بارهاي متمركز، خازنها در نزديكي مركز بار اما براي بارهاي پراكنده، خازن در طول خط و مطابق با نياز نصب ميشود. خازنها با بدنه فلزي، اتصال زمين شده و يا اينكه توسط سيم خنثي، زمين ميشوند. در موقع نصب سيم زمين به بدنه خازن بايد توجه كرد كه محل اتصال، فاقد رنگ بوده و از طرفي زنگ خوردگي نيز نداشته باشد.
      به دماي خازنها در هنگام كار، توجه خاصي مبذول ميشود، چون اثر مهمي در عمر خازن دارد. به اين دليل در روي پلاك خازنها حداقل و حداكثر دماي مجاز كار خازن توسط سازندگان، حك ميشود. چيدمان خازنها بايد به ترتيبي باشد كه تلفات گرمايي آنها توسط جابهجايي طبيعي هوا ) كنوكسيون( و طرق ديگر، تهويه شود. در اين خصوص بايد گردش هوا در اطراف هر واحد به راحتي امكانپذير باشد. به اين دليل در بدنه تابلوي خازنها، فضاي مناسب براي امكان تبادل هوا با محيط بيرون تعبيه ميشود. اين مطلب خصوصاً براي واحدهايي كه در ستونهايي روي هم قرار گرفته اند، اهميت خاصي پيدا ميكند. در مجموع توصيه ميشود خازنها در مقابل تشعشع مستقيم خورشيد محافظت شوند. علاوه بر موارد فوق بهتر است خازنها در محلي نصب و مورد بهره برداري قرار گيرند كه داراي رطوبت زياد نباشد. همچنين هواي محيطهاي صنعتي كه سبب خوردگي بدنه ميشود از ساير عوامل مضر در طول عمر آنها محسوب ميشود. كنتاكتورها مرتباً با قطع و وصل خود خازنها را به مدار، وارد و يا از مدار، خارج ميكنند. لذا توصيه ميشود از نوع مرغوب و با كيفيت، انتخاب و قدرت آنها حداقل 5/1 برابر قدرت خازنهاي مربوط، باشد. خصوصاً سعي شود از كنتاكتورهايي استفاده شود كه دسترسي به قطعات يدكي آنها آسان باشد. هر اتصال )كنتاكت( نامطمئن در مدار خازن ممكن است باعث ايجاد جرقههاي كوچكي شود كه به نوبه خود نوساناتي با فركانس بالا بوجود خواهد آورد كه اين مساله گاه خازنها را بيش از حد، گرم كرده و تحت تنش حرارتي قرار ميدهد. از اين رو بازديد منظم و تعويض به موقع پلاتين كنتاكتورها توصيه ميشود. در كل، بهتر است علاوه بر بازديدهاي معمول، بانك خازني، هر سه ماه يكبار توسط افراد با صلاحيت فني مورد بازرسي و سرويس قرار گيرد.

 

 تعيين ضريب توان (cos φ)

 

روشهاي تعيين ميزان ضريب توان عبارتند از:

الف ـ توسط دستگاه ضريب توانسنج:

      در اين حالت ضريب توان مستقيماً قابل خواندن است.

ب ـ با استفاده از مقدار مصرف ماهانه:

      ضريب توان در اين روش با استفاده از رابطه (1) با تقسيم توان راكتيو مصرفي به توان اكتيو مصرف شده در يك دوره كنتورخواني، قابل محاسبه است.
ج ـ به كمك سنجش تعداد دور كنتورهاي اكتيو و راكتيو:

در اين روش تعداد دور كنتورها در يك زمان معين، شمارش شده و سپس با داشتن عدد ثابت كنتورها ( تعداد دور به ازاي يك كيلووات ساعت يا يك كيلووار ساعت) ضريب توان متوسط محاسبه ميشود.

nb : تعداد دور كنتور راكتيو در زمان tb

nw : تعدا دور كنتور اكتيو در زمان tw

cb: عدد ثابت كنتور اكتيو

cw: عدد ثابت كنتور راكتيو

براي دقت در اندازهگيري، آزمايش چندبار، تكرار و در نهايت حد وسط، محاسبه و ملاك عمل قرار ميگيرد.

 

 

 محاسبه توان خازن

 

       پس از مشخص شدن مقدار ضريب توان موجود، محاسبه خازن براي جبران توان راكتيو و اصلاح ضريب توان، انجام ميشود. معمولاً اين جبرانسازي براي ضريب قدرت بين 85/0 تا 95/0 انجام ميشود. از جبرانسازي ضريب قدرت بيش از 95/0 بايد اجتناب شود. زيرا در اين شرايط علاوه بر نياز به ميزان قابل ملاحظهاي از خازن براي تامين قدرت راكتيو، هاديها به دليل عبور جريان زياد راكتيو تحت تنش قرار گرفته و نيز ممكن است در شبكه مصرف كننده افزايش ولتاژ نامطلوبي ايجاد شود. روشهاي متداول براي محاسبه توان خازن مورد نياز به اين شرح است:

الف ـ روش ضريب قدرت تصحيح شده: در اين روش به كمك فرمول f ×p Φc= توان خازن مورد نظر، محاسبه ميشود. مقدار cos Φ1 ضريب قدرت فعلي سيستم است و cos Φ2 ضريب قدرت مورد انتظار است.

Φc: توان خازن مورد نياز [KVAR]

P : توان اكتيو مصرفكننده [KW]

f : ضريب تبديل (كه از جدول (1) به دست ميآيد)

بـروش استفاده از نمودار:

       در اين روش به كمك نمودار و با معلوم بودن توان اكتيو مصرف كننده و ضريب توان مورد انتظار، مقدار توان خازن مورد نياز مشخص مي شود.

رگولاتور تصحيح ضريب قدرت

 

      از آنجا كه هدف از نصب خازن، حذف بار راكتيو متغير مصرف كننده در هر شرايط است، براي كنترل آن از رگولاتور تصحيح ضريب قدرت استفاده مي شود. رگولاتور، ترتيب به مدار آمدن و يا از مدار خارج شدن خازنها در يك بانك خازني را تعيين كرده و متناسب با بار راكتيو مورد نياز، فرمان قطع و وصل به كنتاكتورها صادر ميكند. از جمله نكات قابل توجه در رگولاتورها تنظيم مربوط به نسبت (C/K) است. مقدار (C/K) عبارت است از نسبت تبديل توان اولين پله خازن (C) به نسبت تبديل ترانسفورماتور جريان (K) متصل به رگولاتور. لذا پس از مشخص شدن توان راكتيو مورد نياز بايد آن را به نسبت مصارفي كه در هر لحظه وارد مدار ميشود پله بندي و رگولاتور مناسب با اين مجموعه را انتخاب كرد.

      از مشخصههاي مهم ديگر رگولاتورها مراحل عملكرد آنهاست. بعنوان نمونه در رگولاتور نوع 5/3 تعداد سه عدد خازن در پنج حالت مختلف ميتوانند در مدار گيرند.
     بعنوان نمونه اگر توان خازني مورد نياز 75 كيلووار باشد با رگولاتور نوع فوق و به روش 2: 2: 1 خواهد بود. براي مقدار معيني از توان راكتيو خازني، انتخابهاي متنوعي ميتواند صورتگيرد كه ميزان بار راكتيو كه در هر مرحله وارد مدار مي شود و نيز نوع رگولاتور عامل موثر در طراحي بانكهاي خازني خواهد بود.


نتيجه گيري

 

        امروزه خازنها به عنوان تصحيح كننده ضريب قدرت و تغذيه كننده توان راكتيو از اهميت خاصي برخوردارند. وجود خازن نه تنها براي اصلاح ضريب قدرت شبكه سراسري برق ناشي از اندوكتانس خطوط انتقال انرژي و ترانسفورماتورها مفيد است، بلكه نصب آن براي مصرف كنندگان فشار ضعيف، ضروري است.

اگر چه هزينه هاي اوليه سرمايه گذاري براي نصب بانكهاي خازني به نظر گران ميرسد ولي در ظرف مدت 18 تا 30 ماه هزينه هاي فوق از محل صرفه جويي ضرر و زيان مندرج در صورتحسابهاي دورهاي مستهلك خواهد شد. در نتيجه توجيه و تشويق مشتركان براي نصب خازن، منفعتي دوسويه است كه منافع حاصل از آن به نفع مشتركان و نيز شركتهاي برق خواهد بود.

 

 

+ نوشته شده در  88/11/04ساعت 23:55  توسط احمد  |