תפקוד, עיקרון עבודה וחישוב קיבולת של בנקי קבלים

1. עיקרון עבודה בסיסי

רוב העומסים החשמליים במערכות חשמל תעשייתיות הם עומסים אינדוקטיביים, כגון מנועים אסינכרוניים, שנאים, מכונות ריתוך, מנורות פלורסנט ואלקטרומגנטים. מבחינה חשמלית, ניתן להתייחס לעומסים אלה כשילוב של התנגדות והשראות המחוברים בסדרה. כתוצאה מכך, זרם העומס מפגר מאחורי המתח, ויוצר כמות גדולה של זרם תגובתי אינדוקטיבי והספק תגובתי.

 

הזרם הכולל במעגל מורכב משני מרכיבים:

זרם פעיל, שנמצא בפאזה עם המתח ומבצע עבודה שימושית כמו הנעת מנועים והפקת חום;

 

זרם תגובתי, אשר מפגר את המתח ב-90 מעלות ומשמש רק להקמה ולתחזוקה של שדות אלקטרומגנטיים מבלי לייצר עבודה יעילה.

למרות שזרם תגובתי אינו מייצר כוח פלט שימושי, הוא עדיין תופס את קיבולת השנאים והקו, מגביר את הפסדי המערכת ומפחית את איכות ההספק הכוללת. זהו אחד הגורמים העיקריים לבזבוז אנרגיה במערכות חשמל תעשייתיות.

 

לעומת זאת, הזרם של קבל מוביל את המתח ב-90 מעלות, שהוא הפוך בפאזה לזרם תגובתי אינדוקטיבי. כאשר קבלים מחוברים במקביל לעומסים אינדוקטיביים, הזרם התגובתי הקיבולי מקזז חלק מהזרם התגובתי האינדוקטיבי או את כולו, ובכך משיג פיצוי הספק תגובתי. זהו עקרון הפעולה הבסיסי של בנק קבלים.

2. פונקציות ליבה של בנקי קבלים

בנקים קבליםנמצאים בשימוש נרחב במערכות חלוקת חשמל תעשייתיות במתח-נמוך כדי לשפר את גורם ההספק, להפחית הפסדי הספק תגובתיים, לשפר את איכות החשמל ולהשיג חיסכון באנרגיה.

 

התפקידים העיקריים שלהם כוללים:

• שיפור Power Factor

ההספק התגובתי הקיבולי שנוצר על ידי קבלים מפצה על ההספק התגובתי האינדוקטיבי של העומס, מפחית את הפרש הפאזות בין מתח לזרם ומשפר למעשה את גורם ההספק של המערכת.

 

• הפחתת הפסדי קו ומניעת עומס יתר

על ידי הפחתת זרם תגובתי מיותר במערכת, זרם הקו הכולל יורד בהתאם, מה שמוריד את הפסדי החשמל בכבלים ובשנאים ומסייע במניעת עומס יתר הנגרם מהספק תגובתי מופרז.

 

• מתח רשת מייצב

עומסים אינדוקטיביים כבדים גורמים לעיתים קרובות לירידות מתח ולתנודות, שעלולות להשפיע על הפעולה הרגילה של ציוד חשמלי. פיצוי קבלים עוזר לייצב את מתח המסוף ולשפר את אמינות אספקת החשמל.

 

• שחרור קיבולת שנאי

כוח תגובתי תופס חלק מהקיבולת המדורגת של השנאי, ומגביל את יכולתו לספק כוח פעיל. פיצוי הספק תגובתי משחרר את קיבולת השנאים ומשפר את יעילות ניצול הציוד.

 

3. מבנה ותפעול הארון מאפיינים

3.1 רכיבים עיקריים

בנק קבלים סטנדרטי של-מתח נמוך מורכב בעיקר מ:

• מתחם ארון
• פסים
• מפסקי חשמל
• מתגים מבודדים
• מגע AC
• ממסרים תרמיים
• מעכבי ברקים
• קבלי פיצוי
• סדרת כורים
• בקרי גורם הספק אוטומטיים
• מכשירי מדידה
• מערכות חיווט ראשוניות ומשניות
• בלוקים טרמינלים

 

3.2 מאפייני תפעול

בנק הקבלים פועל אוטומטית בתנאים רגילים ובדרך כלל אינו דורש התערבות ידנית שגרתית. זה מתחיל ונפסק יחד עם מערכת אספקת החשמל הראשית.

 

החכם המובנה-בַּקָרמנטר באופן רציף את תנאי העומס ואת גורם ההספק של המערכת בזמן אמת. בהתאם לדרישת הספק תגובתי, הוא מפעיל או מכבה אוטומטית את בנק הקבלים כדי לשמור על מצב פיצוי אופטימלי ולמזער הפסדי הספק תגובתי.

 

לצורך תחזוקה שוטפת, יש לבצע בדיקות סדירות כדי לבדוק אם:

• נזילת שמן קבלים או התנפחות
• רעש חריג או התחממות יתר
• חיבורי חיווט רופפים
• כבלים מזדקנים או רכיבים פגומים

 

4. סכנות של גורם הספק נמוך (כוח תגובתי מופרז)

אם לא מותקן פיצוי הספק תגובתי במערכות עם עומסים אינדוקטיביים גדולים, מקדם ההספק יקטן באופן משמעותי, מה שיוביל לבעיות הבאות:

• זרם קו גבוה יותר מגביר את ההפסדים התרמיים בכבלים ובשנאים, וכתוצאה מכך צריכת אנרגיה גדולה יותר ובזבוז חשמל;
• נפילת מתח מוגזמת גורמת למתח רשת לא יציב ומופחת, מה שעלול להשפיע על הפעולה הרגילה של ציוד חשמלי;
• כוח תגובתי תופס את קיבולת השנאי ומגביל את תפוקת ההספק הפעיל הזמין, ומפחית את יעילות הניצול של ציוד חלוקת החשמל.

 

5. שיטת חישוב עבור כושר פיצוי נדרש

שיטת מידה אמפירית ליישומים תעשייתיים

ביישומים הנדסיים, קיבולת הפיצוי הנדרשת נלקחת בדרך כלל כשליש-שליש מהקיבולת המדורגת של השנאי (יחידה: kVAR).

בהתאם למאפייני העומס בפועל ולתנאי ההפעלה, קיבולת הפיצוי היא בדרך כלל בטווח של 30% עד 40% מהקיבולת הנקובת של השנאי.

 

דוּגמָה

עבור שנאי הפצה של 200 kVA:

יכולת פיצוי מומלצת:

200 × (30% ~ 40%)=60 ~ 80 kVAR

לכן, בנק קבלים בקיבולת בין 60 kVAR ל-80 kVAR מומלץ בדרך כלל לעמוד בדרישות פיצוי הספק תגובתי- באתר.