همه چیز در مورد بانک خازنی + کاربرد و مفاهیم

تعریف بانک خازنی

بانک خازنی یا Capacitor Bank، یک سیستم است که از چندین خازن الکترولیتیکی یا فشرده‌شده ساخته می‌شود و به عنوان یک منبع انرژی الکتریکی اضافی در شبکه برق عمل می‌کند.

بانک خازنی در واقع به عنوان یک ذخیره‌کننده انرژی الکتریکی استفاده می‌شود که می‌تواند در زمان نیاز به صورت سریع انرژی را در شبکه برق تزریق کند. این سیستم عموماً در صنعت، کارخانه‌ها، بیلبوردها، سیستم‌های روشنایی و سایر مکان‌هایی که نیاز به تزریق سریع انرژی دارند، استفاده می‌شود.

بانک خازنی به دلیل داشتن خواص ذخیره‌سازی انرژی بالا، قابلیت تزریق انرژی سریع، و عدم نیاز به سوخت و سوخت‌گیری، به عنوان یکی از راه‌حل‌های بهینه برای افزایش کارایی و ایمنی سیستم‌های برقی مورد استفاده قرار می‌گیرد.

مزایای استفاده از تابلو های بانک خازنی

1. بهبود کیفیت برق: بانک خازنی می‌تواند در بهبود کیفیت برق و جلوگیری از قطعی و نوسانات برق کمک کند. با تزریق سریع انرژی در شبکه، بانک خازنی می‌تواند از تنش و افزایش ولتاژ در شبکه جلوگیری کند.
2. کاهش هزینه‌های انرژی: با استفاده از بانک خازنی، می‌توان بهبود فاکتور قدرت و کاهش هزینه‌های انرژی را داشته باشیم. فاکتور قدرت که بیان‌گر تعادل بین انرژی فعال و انرژی غیرفعال در یک سیستم برق است، با استفاده از بانک خازنی بهبود می‌یابد و هزینه‌های انرژی کاهش می‌یابد.
3. تحمل بار بالا: با استفاده از بانک خازنی، می‌توان در برابر تنش بار بالا در شبکه مقاومت کرد. بانک خازنی با تزریق انرژی سریع، می‌تواند در برابر تنش بار بالا در شبکه مقاومت کرده و از دست دادن انرژی و خرابی سیستم جلوگیری کند.
4. استفاده در سیستم‌های نورپردازی: بانک خازنی در سیستم‌های نورپردازی، بیلبوردها و تابلوهای تبلیغاتی استفاده می‌شود. با تزریق انرژی سریع، بانک خازنی می‌تواند نورپردازی را بهبود بخشید و تصاویر روشن و جذاب‌تری را به نمایش بگذارد.

تجهیزات مورد نیاز بانک خازنی

برای ساخت یک بانک خازنی، تجهیزات زیر نیاز است:

1. خازن‌ها: خازن‌ ها بخش اصلی یک بانک خازنی هستند. این خازن‌ها می‌توانند با کیفیت بالا و با ظرفیت‌های مختلف تولید شوند. خازن‌هایی با ولتاژ و جریان مشخص، در دسترس هستند.
2. رله‌ها: رله‌ها برای کنترل خازن‌ها و انتقال انرژی بین خازن‌ها و بار، استفاده می‌شوند.
3. مبدل‌های DC-DC: برای افزایش ولتاژ و جریان در بانک خازنی، مبدل‌های DC-DC بکار می‌روند. این مبدل‌ها با استفاده از ترانسفورماتورها و الکترونیک‌های قدرت، ولتاژ و جریان را تبدیل می‌کنند.
4. سیستم کنترل: برای کنترل خازن‌ها و بارها، سیستم کنترلی به‌صورت میکروکنترلر یا پی ال سی مورد استفاده قرار می‌گیرد.
5. سیم‌ها و کانکتورها: برای اتصال خازن‌ها، رله‌ها، مبدل‌ها و سیستم کنترل به یکدیگر، سیم‌ ها و کانکتور ها مورد استفاده قرار می‌گیرند.
6. سیستم خنک‌کننده: بانک خازنی با تولید گرما همراه است، بنابراین سیستم خنک‌کننده نیز باید برای خنک‌کردن بانک خازنی در نظر گرفته شود. سیستم خنک‌کننده می‌تواند شامل فن‌های خنک‌کننده و یا سیستم خنکایش آب باشد.

محل نصب بانک خازنی

محل نصب بانک خازنی بستگی به کاربردهای مختلفی دارد. در ادامه محل نصب بانک خازنی در برخی از کاربردهای معمول آورده شده است:

1. صنعت: بانک خازنی معمولا در صنعت در محل تولید یا نزدیک به ماشین آلات بزرگ، مانند موتورها، کنترل‌کننده‌های فرکانس، و سایر تجهیزات قدرت نصب می‌شود.
2. مسکن: برای بهبود کیفیت برق در مسکن، بانک خازنی می‌تواند در محل نصب تابلو برق یا در محل قرار گیری اصلی بار، مانند تلویزیون، روشنایی، کولر، یخچال و ماشین لباسشویی نصب شود.
3. بیمارستان‌ها: برای افزایش کیفیت برق و جلوگیری از خرابی تجهیزات پزشکی حساس، بانک خازنی در بیمارستان‌ها در محل اصلی بار نصب می‌شود.
4. شبکه‌های توزیع برق: بانک خازنی ممکن است در شبکه‌های توزیع برق برای بهبود کیفیت برق و حفاظت از تجهیزات قدرتی مانند ترانسفورماتورها، مولد‌ها و سایر تجهیزات نصب شود.

در هر صورت، نصب بانک خازنی باید توسط متخصصان کارشناس صنعت برق الکتروشایلی و با توجه به نیاز و شرایط محیطی، انجام شود.

انواع بانک خازنی از منظر مکانیزم جبران‌سازی؟

بانک های خازنی یکی از انواع حافظه های دیجیتال هستند که از ظرفیت بالای خازن ها برای ذخیره اطلاعات استفاده می کنند. بر اساس مکانیزم جبران سازی، بانک های خازنی به چهار دسته اصلی زیر تقسیم می شوند:

۱. بانک خازنی دینامیک (Dynamic Capacitive Bank): در این نوع بانک خازنی، اطلاعات به صورت خازن های بارگذاری شونده ذخیره می شوند. در اینجا، به منظور حفظ اطلاعات در خازن، به صورت دوره ای انرژی به خازن داده می شود. به دلیل اینکه خازن ها به طور مداوم تخلیه می شوند، بانک خازنی دینامیک نیاز به یک مدار جبران سازی داخلی دارد تا اطلاعات را در آن نگه دارد.

۲. بانک خازنی استاتیک (Static Capacitive Bank): در این نوع بانک خازنی، اطلاعات به صورت خازن های دائمی ذخیره می شوند. به دلیل اینکه خازن ها به صورت دائمی شارژ شده اند، این نوع بانک خازنی نیاز به مدار جبران سازی ندارد و می تواند اطلاعات را برای مدت زمان طولانی نگه دارد.

۳. بانک خازنی پویا (Charge-Transfer Capacitive Bank): در این نوع بانک خازنی، اطلاعات به صورت خازن های بارگذاری شونده ذخیره می شوند، به این شکل که ترکیبی از مدارهای شارژ و تخلیه باعث می شوند تا اطلاعات به طور پویا در خازن ها حفظ شوند.

۴. بانک خازنی ترکیبی (Hybrid Capacitive Bank): در این نوع بانک خازنی، از یک ترکیب از خازن های دینامیک و استاتیک استفاده می شود. برای جبران سازی خازن های دین

1. بانک خازنی ثابت

Static Capacitive Bank یکی دیگر از نام‌هایی است که برای بانک خازنی ثابت به کار می‌رود. این نام از این جهت مناسب است که خازن‌هایی که در این بانک استفاده می‌شوند ثابت هستند و به دلیل عدم وجود قطبیت در خازن‌ها، تغییرات جریان الکتریکی در آنها بسیار کم است. برای همین به این بانک خازنی “ثابت” گفته می‌شود. علاوه بر این، از آنجا که تنها خازن‌های ثابت در این بانک استفاده می‌شوند، نیروهای خارجی مثل ارتعاشات و مغناطیسی بر روی خازن‌ها تأثیر چندانی ندارند و به همین جهت به آن “Capacitive” یا “خازنی” گفته می‌شود. در کاربردهای مختلفی از جمله موتور‌های القایی، سیستم‌های نوسانی، سیستم‌های تغذیه و سیستم‌های رادیویی از بانک خازنی ثابت استفاده می‌شود.

2. بانک خازنی اتوماتیک

بانک خازنی اتوماتیک یک سیستم الکترونیکی است که قادر است خازن‌های آن را به صورت اتوماتیک و بر اساس نیاز و بار مصرفی تنظیم کند. این بانک خازنی معمولا در شبکه‌های توزیع برق و صنایع بزرگ استفاده می‌شود تا کارایی سیستم‌های برقی را افزایش دهد.

هدف اصلی این بانک خازنی اتوماتیک، کاهش افت ولتاژ در خطوط برق است. با توجه به اینکه در مصارف برقی، بارهای مصرفی در طول زمان متغیر هستند، بانک خازنی اتوماتیک با تشخیص نیاز به بار اضافی، خازن‌های خود را به صورت خودکار به شبکه متصل می‌کند تا ولتاژ خطوط برق در این شرایط کمتر کاهش پیدا کند.

بانک خازنی اتوماتیک معمولا به همراه سیستم‌های کنترل و مانیتورینگ ولتاژ تجهیز می‌شود تا بتواند عملکرد خود را بهتر کنترل کند و در صورت نیاز، خازن‌های خود را از شبکه جدا کند. این بانک خازنی به دلیل افزایش کارایی سیستم‌های برقی و کاهش هزینه‌های انرژی، در صنایع بزرگ و سیستم‌های توزیع برق استفاده می‌شود.

3. بانک خازنی درون تابلو

بانک خازنی درون تابلو یک سیستم الکترونیکی است که شامل چندین خازن ثابت یا قابل تنظیم است که در داخل یک تابلو برق نصب شده‌اند. این بانک خازنی برای کاهش افت ولتاژ و بهبود کیفیت توان در سیستم‌های برقی استفاده می‌شود.

بانک خازنی درون تابلو معمولا به عنوان یک قطعه تجهیزات در سیستم‌های توزیع برق و کنترل استفاده می‌شود. این بانک خازنی می‌تواند در داخل یک تابلو برق موجود در یک سیستم صنعتی نصب شود و به صورت قابل تنظیم باشد.

مزیت استفاده از بانک خازنی درون تابلو این است که می‌توان آن را به صورت دقیق برای مصرف‌کننده‌ها و بارهای خاص تنظیم کرد و به همین دلیل از بهبود کیفیت توان و کاهش هزینه‌های انرژی برای کاربران سیستم برق، بهره‌مند می‌شود.

بانک خازنی درون تابلو با استفاده از سنسورهای مختلف و دستگاه‌های کنترلی، توانایی کنترل خازن‌ها را دارد و به صورت اتوماتیک می‌تواند خازن‌های خود را با توجه به بار مصرفی سیستم، رگوله کند.

4. بانک های خازنی هوایی (روی تیر برق)

بانک های خازنی هوایی یا Air Capacitor Bank به عنوان یکی از نوعی از بانک های خازنی شناخته می شوند. در این نوع بانک های خازنی، خازن ها با استفاده از هوا به عنوان عایق بین دو صفحه خازن شکل گرفته اند.

در بانک های خازنی هوایی، از خازن های بزرگ با ظرفیت بالا استفاده می شود که در سیستم های قدرت برای کنترل فشار و جریان بارها به کار می روند. با توجه به ظرفیت بالای خازن ها، این بانک ها قادر به توانبخشی سریع هستند و در صورت نیاز به ارائه توان بالا، به سرعت تخلیه می شوند.

بانک های خازنی هوایی در برابر اغلب انواع اشعه های الکترومغناطیسی مقاومت دارند و به همین دلیل در سیستم های ارتباطات نظیر رادیو و تلویزیون، از آنها استفاده می شود.

از مزایای بانک های خازنی هوایی می توان به سرعت بالای توانبخشی، ایمنی بالا در برابر اشعه های الکترومغناطیسی، مقاومت در برابر زوال و بی خطر بودن آنها اشاره کرد. به همین دلیل، این نوع بانک های خازنی به عنوان یکی از انتخاب های اصلی در سیستم های قدرت و ارتباطات استفاده می شوند.

5. بانک های خازنی فوق فشار قوی

بانک های خازنی فوق فشار قوی یا High Voltage Capacitor Bank به عنوان یکی از نوعی از بانک های خازنی شناخته می شوند. این نوع بانک های خازنی در سیستم هایی که برای تأمین توان الکتریکی با فشار بالا و توان بالا استفاده می شود، به کار می روند.

بانک های خازنی فوق فشار قوی شامل چندین خازن متصل به یکدیگر برای ایجاد یک بانک خازنی بزرگ با ظرفیت بالا هستند. همچنین، این بانک ها برای کنترل فشار و جریان الکتریکی در سیستم های قدرتی و ارتباطاتی استفاده می شوند.

بانک های خازنی فوق فشار قوی در دو نوع بستری و نصب شده بر روی ستون ها تولید می شوند. بستری به این معنی است که خازن ها بر روی یک بستر قرار دارند و در برخی موارد برای حمل و نقل آسانی، قابل جدا شدن از بستر هستند. اما در نوع نصب شده بر روی ستون ها، خازن ها بر روی ستون های فولادی نصب می شوند و برای کاهش فضای اشغالی و کاهش هزینه های نصب، از آنها استفاده می شود.

از مزایای بانک های خازنی فوق فشار قوی می توان به ظرفیت بالا، توان بالا، قابلیت تنظیم جریان، کنترل فشار، و عمر طولانی آنها اشاره کرد. این بانک ها برای تأمین توان در سیستم های قدرت بزرگ، تأسیسات صنعتی، رادارها و انواع سیستم های ارتباطی مورد استفاده قرار می گیرند.

6. بانک خازنی سیار

بانک خازنی سیار یا Mobile Capacitor Bank به عنوان یکی از انواع بانک های خازنی شناخته می شود که برای استفاده در مواقع اضطراری و نیاز به تأمین توان الکتریکی سریع و موقتی طراحی شده است.

این بانک های خازنی از چندین خازن الکترولیتی با ظرفیت بالا تشکیل شده اند که درون یک جعبه یا کیس جمع شده اند. این جعبه یا کیس معمولاً دارای دسته های حمل و جابجایی است و می توان آن را به سادگی در محل مورد نیاز قرار داد و به شبکه برق متصل کرد.

بانک خازنی سیار در مواقعی که نیاز به تأمین توان الکتریکی برای کاربردهایی مانند آزمایشگاه ها، کارگاه ها، سایت های ساختمانی، رویدادهای خارجی و … وجود دارد، مورد استفاده قرار می گیرد. همچنین، این بانک ها برای تحلیل مشکلات شبکه برق و تعمیرات نیز بکار می روند.

از مزایای استفاده از بانک های خازنی سیار می توان به سرعت بالا در تأمین توان، ظرفیت بالا، و وزن کم آنها اشاره کرد. همچنین، این بانک ها در کاهش نوسانات و تنظیم ولتاژ و جریان الکتریکی نیز موثر هستند.

با این حال، نکته مهمی که در استفاده از بانک های خازنی سیار باید به آن توجه شود، این است که با توجه به ظرفیت بالای آنها، باید در کاربردهایی که نیاز به توان الکتریکی کمتری دارند، از آنها استفاده نکرد و در غیر این صورت ممکن است به شبکه برق و سایر تجهیزات الکتریکی آسیب جدی وارد شود.

7. بانک خازنی در سمت فشار قوی ترانس

بانک خازنی در سمت فشار قوی ترانس، یکی از اجزای اصلی سیستم‌های قدرت است که به منظور کاهش نوسانات و جبران توان راکتیو استفاده می‌شود. این بانک های خازنی در سیستم های توزیع برق مورد استفاده قرار می‌گیرند تا با بهبود فاکتور توان، راندمان و کیفیت بار را بهبود بخشند.

بانک خازنی در سمت فشار قوی ترانس، معمولاً شامل چندین خازن الکترولیتی با ظرفیت بالا و ولتاژ مرتفع بوده که در یک جعبه یا قفسه قرار داده شده و به یک سیستم کنترلی متصل می‌شود. این بانک ها می‌توانند به صورت موقتی و یا دائمی در سیستم قرار گیرند و با استفاده از تکنولوژی های مدرن، مانند کنترلر های هوشمند، می توان ظرفیت و ولتاژ آنها را به صورت دقیق تنظیم کرد.

از مزایای استفاده از بانک خازنی در سمت فشار قوی ترانس می‌توان به کاهش نوسانات و نوسانات ولتاژ، بهبود فاکتور توان، کاهش هزینه‌های انرژی و بهبود راندمان سیستم اشاره کرد. همچنین، با کاهش تلفات توان، محیط زیست نیز از آن بهره‌مند می‌شود.

بانک خازنی در سمت فشار قوی ترانس، در سیستم های توزیع برق و انتقال برق استفاده می‌شود. به عنوان مثال، در شبکه های توزیع برق، این بانک ها به منظور بهبود فاکتور توان و کاهش هزینه های انرژی استفاده می شوند.

8. بانک خازنی در سمت فشار ضعیف ترانس

بانک خازنی در سمت فشار ضعیف ترانس، یکی دیگر از اجزای اصلی سیستم های قدرت است که به منظور کاهش نوسانات و جبران توان راکتیو در سیستم های قدرت استفاده می‌شود. این بانک های خازنی، در سیستم های توزیع برق و سیستم های صنعتی مورد استفاده قرار می‌گیرند.

بانک خازنی در سمت فشار ضعیف ترانس، شامل چندین خازن الکترولیتی با ظرفیت بالا و ولتاژ کمتر از بانک خازنی در سمت فشار قوی ترانس است که در یک جعبه یا قفسه قرار داده شده و به یک سیستم کنترلی متصل می‌شود. این بانک ها می‌توانند به صورت موقتی و یا دائمی در سیستم قرار گیرند و با استفاده از تکنولوژی های مدرن، مانند کنترلر های هوشمند، می‌توان ظرفیت و ولتاژ آنها را به صورت دقیق تنظیم کرد.

از مزایای استفاده از بانک خازنی در سمت فشار ضعیف ترانس می‌توان به کاهش تلفات توان، بهبود فاکتور توان، کاهش هزینه‌های انرژی و بهبود راندمان سیستم اشاره کرد. همچنین، با کاهش تلفات توان، محیط زیست نیز از آن بهره‌مند می‌شود.

بانک خازنی در سمت فشار ضعیف ترانس، در سیستم های توزیع برق و سیستم های صنعتی استفاده می‌شود. به عنوان مثال، در سیستم های توزیع برق، این بانک ها به منظور بهبود فاکتور توان و کاهش هزینه های انرژی استفاده می شوند.

معایب بانک خازنی چیست؟

استفاده از بانک خازنی به دلایل مختلفی از جمله بهبود فاکتور توان، کاهش تلفات توان، جبران توان راکتیو و بهبود عملکرد سیستم قدرت مورد توجه قرار گرفته است، اما این روش نیز دارای برخی معایب است که در زیر به آنها اشاره می‌کنیم:

1. ریسک شوک الکتریکی: استفاده از بانک خازنی ممکن است باعث ایجاد ریسک شوک الکتریکی شود، بنابراین نیاز است تا از لحاظ ایمنی و محافظتی از آن استفاده شود.
2. نوسانات ولتاژ: استفاده از بانک خازنی در سیستم های قدرت، ممکن است باعث ایجاد نوسانات ولتاژ شود که ممکن است به برخی از تجهیزات و خطوط قدرت آسیب برساند.
3. نیاز به تعویض دوره‌ای خازن‌ها: خازن‌های استفاده شده در بانک خازنی به طور طبیعی بعد از مدتی خراب می‌شوند و نیاز به تعویض دارند، بنابراین نیاز به نگهداری دوره‌ای و تعویض این خازن‌ها وجود دارد.
4. افزایش جریان هارمونیک: به دلیل وجود بانک خازنی در سیستم قدرت، ممکن است جریان هارمونیک بیشتری ایجاد شود که می‌تواند باعث خرابی تجهیزات و کاهش عمر مفید آنها شود.
5. نیاز به فضای بزرگ: برای نصب بانک خازنی نیاز به فضای بزرگی وجود دارد، بنابراین برای سیستم هایی که در فضای محدود نصب شده‌اند، این روش مناسب نیست.
6. هزینه: هزینه نصب و نگهداری بانک خازنی برای برخی سیستم‌ها بالاست، به خصوص در مواردی که نیاز به بانک خازنی باشد.
7. حرارت: استفاده از بانک خازنی ممکن است باعث افزایش دمای سیستم قدرت شود که ممکن است نیاز به سیستم خنک‌کننده داشته باشد.
8. افت ولتاژ: استفاده از بانک خازنی ممکن است باعث ایجاد افت ولتاژ در محدوده فرکانس بالا شود که ممکن است باعث افت کارایی سیستم شود.
9. سرعت بازگشت خازن: بانک خازنی باید دارای سرعت بازگشت مناسب باشد، در غیر این صورت ممکن است باعث افت کارایی سیستم شود.
10. حجم بانک خازنی: برای تعیین حجم مناسب بانک خازنی، نیاز به محاسبات دقیق و انجام آزمایش‌های لازم است. در غیر این صورت، حجم نامناسب بانک خازنی باعث ایجاد مشکلاتی در سیستم قدرت می‌شود.
11. نیاز به تنظیم: برای بهره‌برداری بهینه از بانک خازنی، نیاز به تنظیم مناسب پارامترهای آن از جمله ولتاژ، جریان و زمان تأخیر است. اگر این پارامترها به درستی تنظیم نشوند، ممکن است باعث کاهش کارایی سیستم شود.
12.  

    در نهایت باید گفت که هر یک از روش‌های استفاده از بانک خازنی مزایا و معایب خود را دارد و برای استفاده بهینه از این روش، باید با توجه به ویژگی‌ها و نیازهای سیستم قدرت، روش مناسب انتخاب شود و از تخصصی‌های حوزه قدرت برای نصب، تنظیم و نگهداری بانک خازنی استفاده شود.

 ضریب توان یا ضریب قدرت یا PF در بانک خازن به چه معناست؟

ضریب قدرت یا PF (Power Factor) به نسبت توان فعال (Active Power) به توان متقابل (Apparent Power) در یک مدار AC اشاره دارد. توان فعال توانی است که در واقع توسط بار مصرف شده و به کار می‌رود و توان متقابل بیانگر کل توانی است که توسط بار مصرف می‌شود (توان فعال و توان راکتیو یا توان غیرفعال).

ضریب قدرت برای یک سیستم قدرت مهم است، زیرا ضریب قدرت کم بر روی شبکه قدرت تأثیر منفی دارد و باعث کاهش بازدهی سیستم قدرت، افزایش انرژی ایجاد شده، افزایش هزینه‌های نگهداری و تعمیرات، و کاهش ظرفیت سیستم می‌شود. بانک خازنی می‌تواند با کاهش توان راکتیو و افزایش ضریب قدرت، بازدهی سیستم قدرت را بهبود بخشد. در واقع، با اضافه کردن بانک خازنی به یک سیستم قدرت، توان راکتیو کاهش می‌یابد و ضریب قدرت افزایش می‌یابد.

بنابراین، ضریب قدرت در بانک خازن نشان دهنده توان فعال نسبت به توان متقابل در سیستم قدرت است و باعث بهبود بازدهی و بهینه‌سازی کارایی سیستم قدرت می‌شود.