بررسی مصرف انرژی الکتریکی در کارگاه های صنعتی و بهینه سازی آن

بهینه سازی مصرف انرژی الکتریکی در کارگاههای صنعتی

مقدمه:
اغلب دستگاهها و مصرف کنندگان الکتریکی برای انجام کار مفید نیازمند مقداری راکتیو برای مهیا کردن شرایط لازم برای کار هستند بعنوان مثال موتورهای الکتریکی AC برای تبدیل انرژی الکتریکی به انرژی مکانیکی، نیازمند تولید شار مغناطیسی در فاصله هوایی موتور هستند. ایجاد شار تنها توسط توان راکتیو امکان پذیر است و با افزایش بار مکانیکی موتور مقدار توان راکتیو بیشتری مصرف می گردد.

عمده مصرف کنندگان انرژی راکتیو عبارتند از:
۱)- سیم های الکترونیک قدرت
الف) مبدلهای AC/DC  (RecTifier  )
ب) مبدلهای DC/AC   (INVERTER)
ج) مبدلهای AC/AC  (Converter )
۲) مصرف کنندگان یا تجهیزاتی که دارای منتخه غیر خطی هستند:
۳) متعادل سازهای بارهای نا متعادل.
۴) تثبیت کنندهای ولتاژ
۵) کوره های القایی
۶) کوره های قوس الکتریکی
۷) سیستم های جوشکاری AC/DC
-انتقال انرژی راکتیو، انتقال جریان الکتریکی است و انتقالش نیازمند به کابل با سطح مقطع بزرگ تر دکل های فشار قوی مقاومتر، و در نتیجه هزینه های مازاداست، و همچنین افزایش تلفات الکتریکی وکاهش راندمان شبکه را نیز همراه دارد. و در مواردی مانند کاربردهای الکترونیک قدرت و متعادل سازی بارهای نا متعادل حتی انتقال انرژی راکتیو هم کار ساز نبوده و باید انرژی در محل تولید نشود.
خازن بعنوان تولید کننده انرژی راکتیواست اما خازن توان راکتیو را تولید نکرده بلکه مصرف کننده آن نیز می باشد. فقط در زمان که ملف در خود انرژی ذخیره می نماید (توان راکتیو که از شبکه می کشد)، خازن، انرژی ذخیره خود را به شبکه تحویل می دهد. و در زمانی که علف و خازن در کنار همدیگر قرار گیرند موجبات تبادل انرژی بین علف و خازن گشته و دیگر تبادل انرژی بین مصرف کننده و شبکه صورت نمی گیرد.
تثبیت ولتاژ:
مورد استفاده دیگر خازن، تثبیت ولتاژ محل تغذیه باراست افزایش بار به معنی افزایش دامنه جریان کشیده نشده از شبکه زدیاد افت ولتاژ در محل تغذیه است.
۱)    تقویت شبکه:ب
تقویت شبکه به معنی کاهش امپرانس معادل شبکه در محل تغذیه می باشد انجام این مهم با افزایش ولتاژ شبکه و با تغذیه چند سوبه بار امکان پذیر است که برای اکثر مصرف کنندگان امکان پذیر نیست.

۲)    کاهش بار:
افت ولتاژ از حد مجاز را با تقلیل دادن بار و تنظیم متوالی زمانی بهره برداری دستگاهها می توان جبران نمود.
۳)    استفاده از خازن
با تزریق کردن Q وار تتوان راکتیو به شبکه در محل مصرف ولتاژ از U1 به U2 افزایش پیدا کرد. که ولتاژ U2 از فرمول تقریبی زیر به دست می آید:
 
قدرت اتصال کوتاه شبکه در محل مصرف: S
قدرت راکتیو پیاده سازی شده : Q
با استفاده از ویژگی فوق می توان به تثبیت ولتاژ پرداخت. البته باید دانست که تثبیت ولتاژ و تنظیم ضریب توان بصورت همزمان امکان پذیر نیست.
تمامی خازنها بصورت تکفاز بسته می شوند و در ولتاژهای پایین سه خازن تکفاز بصورت ستاره یا مثلث به متصل می شوند.
ضریب توان:
ضریب توان معیاری برای سنجش میزان توان راکتیو مورد نیاز دستگاههای برای تبدیل انرژی می باشند. ضریب توان طبق تعریف عبارت است از نسبت توان اکتیو به کل توان الکتریکی 
با اتصال خازن به بار، ضریب قدرت کل مجموعه مصرف کننده و خازن تغییر می کند چرا که بخشی از انرژی راکتیو مورد نیاز به مصرف کننده را خازن تامین می کند و تنها نیاز به دریافت جزء باقیمانده از شبکه می باشد.
با اتصال Q وار خازن به مصرف کننده ای با ضریب توان   ضریب توان مجموعه خازن و بار به   تغییر پیدا می کند که   را از رابطه مقابل می توان محاسبه کرد. 
رگولاتور:
رگلاتور اصلاح ضریب قدرت یکی از اساسی ترین بانکهای خازنی با قدمتی تقریبا برابر با قدمت خازن می باشد
طبق تعریف رگلاتور دستگاهی است که با اندازه گیری ضریب توان بار، به مقدار مورد نیاز خازن به مدار وارد می نماید.
اصول کار رگلاتور:
فرض کنیم می خواهیم به صورت دستی و بوید دستگاههای اندازه گیری توان اکتیو و راکتیو، ضریب توان را اصلاح کنیم همچنین فرض کنیم که ۵ عدد خازن هم ظرفیت q کیلوواری در اختیار داریم روند تنظیم به شرح زیر می باشد:
مرحله۱) اندازه گیری توان اکتیو و راکتیو.
مرحله۲) محاسبه ضریب توان با استفاده از فرمول 
مرحله۳) محاسبه توان راکتیو مورد نیاز برای رسیدن به ضریب توان مطلوب 
مرحله۴) تفریق Q کیلووار راکتیو به مدار.
در این جا دو حالت پیش می آید:
حالت الف: Q کیلووار معادل ۳۰۸q می باشد یعنی ۳ پله واحد و ۰.۸ پله را وارد مدار نمائیم حال دو انتخاب وجود دارد:
وارد کردن ۳ پله (به ضریب توان مطلوب نمی رسیم)
وارد کردن ۴ پله (ضریب توان بزرگ تر از مقدار مطلوب می شود)
حال باید بپذیریم که:
در هر حال مقداری خطا وجود دارد این میزان خطا چقدر است؟ به چه عواملی بستگی دارد؟ و چگونه می توان آنرا کنترل نمود؟
پاسخ به دو سوال آخر آسان است: ظرفیت کوچکترین پله چون کل راکتیو مورد نیاز به مضربی از کوچک ترین پله گرد می شود. و هر چه این عدد کوچک تر باشد خطا کمتر است. ولی کوچک ساختن پله اول موجب استهلاک قطعات، افزایش تعداد قطع و وصل ها ایجاد شوک و تنش های الکترومکانیکی می شود.
نسبت C/K در واقع تنظیم کننده دقت یا خطای تنظیم است. و معمولا میزان خطا متناسب است با ۰.۵ الی ۰.۶۵ کوچکترین پله بانک خازن.
در رگلاتوری که مبنای خطا ۰.۶۵ کوچک ترین پله است بجای ۵.۶۷ برابر کوچک ترین پله (۰.۶۵*q)، ۶ برابر کوچکترین پله یعنی ۶*q وارد مدار می شود و بجای ۵.۴ برابر کوچک ترین پله، S برابر کوچکترین پله یعنی ۵*q وارد مدار می شود.
پس هر خطا به صورت زیر فرمول بندی می شود.
نسبت تبدیل ترانس جریان = K        
محاسبه خازن گذاری:
همانطور که گفته شد اهمیت خازن در سیستم های صنعتی کاملا متهود می باشد. ضریب توان کل سیستم برابر با ۰.۷۹۶۶  می باشد. حالت مطلوب برای ما، بودن ضریب توانی برابر با ۰.۹۵ می باشد.
 
مرحله اول که اندازه گیری توان اکتیو و راکتیو و مرحله دوم که محاسبه ضریب توان می باشد انجام نشده است.
حال مرحله سوم که محاسبه توان راکتیو مورد نیاز برای رسیدن به ضریب توان مطلوب است را انجام می دهیم:
                  
بانک خازن ۴۲۵KVAR به عنوان بانک خازنی در نظر گرفته می شود.
 محاسبات روشنایی با استفاده از نرم افزار calculux انجام شده است. جهت cabling از کابلهای مخصوص البرز برای روشنایی که بر اساس اسنداردهای V.D.D 0250 و BS 6004 ساخته شده اند استفاده می شود. کلیه لامپ های استفاده شده برای محوطه  indoor از لامپهای فلورسنت با شماره TLS 335w He با ولتاژ نامی ۲۳۰ و توان نامی ۴۰w و یا از لامپ های بخار جیوه با شماره MASTER LINE olus 20w 24D با ولتاژ نامی ۱۲v و توان ۲۰W می باشد. از آنجایی که کلیه تأسیسات باید مجهز به سیستم Earthing باشد از کابلهای سه رشته ISIRI (6007)10 بارنج ولتاژ ۳۰۰ تا ۵۰۰  ولت استفاده شده است.
مقادیر نامی کابلهای فوق در   قید شده است و با توجه به دمای میانگین موجود در سال که برابر   می باشد از ضریب تصحح ۱.۰۵ استفاده می شود، از آنجائیکه روشنایی های فرمول   بدست می آید.   ضریب همزمانی مصرف جهت مدارات روشنایی برابر با ۰.۹۵ در نظر گرفته می شود. از  آنجائیکه لامپهای فلورسنت و بخار جیوه مجهز به خازن اصلاح ضریب توان می باشد   را برابر ۰.۹ در نظر می گیریم حال به محاسبه cabling، توان، و جریان کشیده شده جهت روشنایی های indoor می پردازیم.
      توان * تعداد لامپ = P
P= 16 * 40 = 640W
 
با  استفاده از کابلهای البرز از کابل   که توانایی حاصل جریان ۲۷A را دارد استفاده می کنیم. علت استفاده نکردن از کابل   بالا بودن استحکام مکانیکی کابل پس از محاسبه جریان و سایز کابل فیبرهای روشنایی حال به محاسبه فیدرهای تغذیه کننده سوکت فاز و سه فاز می نماییم. تمامی موکت های تک فاز و سه فاز باید از نوع قفل شو همراه با کنتاکت earth باشند. کلیه سوکت های تک فاز   با   و همچنین سوکت های سه فاز   با   در نظر گرفته می شوند. پرتوهای تک فاز و سه فاز در ارتفاع های   و   نصب می شوند ارتفاع نصب برای کلیدهای روشنایی   می باشد. حال به محاسبه سوکت ها می پردازیم. برای راحتی دسترسی به پریزها جهت مصارف تک فاز فاصله بین سوکت ها بین ۲.۵ تا ۳.۵ متر در نظر گرفته می شود. برای سوکت های سه فاز یک سری تابلوهای توزیع فرعی در نظر گرفته می شود. ضریب مصرف همزمانی جهت سوکت ها ۰.۷ در نظر گرفته می شود.
۳.۵ kw سوک تکفاز  : 
۱۶kw سوکت تک فاز: 
پس با توجه به محاسبات فوق موارد زیر مورد نظر قرار می گیرد:
۱-    جهت حفاظت سیستم های روشنایی از مینیاتوری (MCB) دو فاز (دو پل) ۱۶A استفاده می شود.
۲-    جهت حفاظت سوکت های تک فاز از مینیاتوری (MCB) تک فاز ۲۰A استفاده می شود.
۳-    جهت حفاظت سوکت های سه فاز از مینیاتوری (MCB) سه فاز، ۲۵A استفاده می شود.
محاسبات ذیل جهت طبقه اول که قسمت اداری در آن واقع شده است می باشد.
– طبقه فوق را سه تابلوی روشنایی MDPL/LB  ,   MDPL/L12  ,   MDL11  به عهده دارند.
–    تابلوی L11 وظیفه تغذیه اتاقهای آشپزخانه مخابرات و Corridor 5 را به عهده دارد.
–    تابلوی L12 فقط جهت اتاق مرکزی کنترل طراحی شده است.
–    تابلوی L13 بقیه قسمت ها را تغذیه می کند.
اتاق کنفرانس و مهندس ناظر دارای ۱۲ عدد سوکت تکفاز می باشد که به ترتیب روی هر فاز چهار عدد سوکت بسته شده است.
اتاق رئیس و مهندسین نیز به همراه Corridor 3,4 و نیز دارای ۱۲ عدد سوک تک فاز می باشد.
حمام و Lorry نیز ۶ عدد سوکت تک فاز دارند.
آشپزخانه، اتاق های مخابرات و Corridor5 نیز دارای ۱۲  عدد سوکت تکفاز می باشد.
اتاق کنترل نیز دارای ۹ عدد سوکت تکفاز می باشد. از آنجائیکه تمامی سوکت ها متقارن بین فازها پخش شده اند جهت تعیین کلید اصلی بادهای روشنایی در نظر گرفته می شوند:
 
–    تابلوی L11 :
تقسیم روشنایی به صورت زیر می باشد:
فاز R : آشپزخانه
فاز S: Corriercommunication
فاز T : Inner communication , corridors
توان فازها عبارتند از:
R فاز : ۱۴. ۲۱۵۸۲ kw       و    T فاز : ۱۴.۱۴۲۵۶kw    و       S فاز: ۱۴.۲۱۵۸۲kw
محاسبات بر اساس فاز S یا R صورت می گیرد.
 
کلیسا اتوماتیک ۶۳A انتخاب می شود.
–    تابلوی L12:
تابلوی فوق فقط اتاق کنترل مرکزی را تغذیه می نماید.
فاز S : روشنایی
R فاز : ۱۰.kw   ,  S فاز : ۱۱.۷۸۱۶kw      ,   T فاز : ۱۰.۵kw
 
کلید اتوماتیک ۶۳A انتخاب می شود.
 
-تابلوی L13:
تابلوی فوق وظیفه برق رسانی سایر قسمتها را به عهده دارد.
از آنجائیکه بازهم سوکت ها به صورت متقارن تعبیه شده اند تقسیمات زیر صورت می گیرد:
۱- bath , Lobby : 1.38A   فاز R
۲- ۱.۴۵A : Residentengineer , Conference   فاز S
۳-سایر قسمتها: ۱.۴۵A  فاز T
Rفاز : ۳۵.۲۷۳۲۴kw  ,  T فاز : ۳۵.۲۸۷۱kw   ,   S فاز : ۳۵.۲۸۷۱kw
 
کلید اتوماتیک ۱۶۰A انتخاب می شود.
محاسبات تابلوی روشنایی طبقه زیر زمین:
دو تابلوی روشنایی MDPL/L02  ,  MDPL / L01 وظیفه تغذیه این قسمت را بر عهده دارند. تابلوی A1R Ventilating room , Exciting room 1 , 2 , Fire Exting ushing room , Restroom , Main Hall , L01  را بر عهده دارد، همچنین این تابلو دو تابلوی فرعی سوکت های سه فاز را تغیذیه می کنند. در ۵ اتاق غیر از Main Hall ، ۲۴ عدد سوکت تک فاز و در Main Hall نیز در تابلوهای فرعی سوکت های سه فاز ۶ عدد سوکت تکفاز وجود دارد.
از آنجائیکه کلیه سوکت ها متقارن تقسیم شده اند برای تعیین کلید ورودی تقسیمات زیر بر روی فازها صورت می گیرد.
۱-    Main Hall : 2.92A  فاز R
۲- Exting ushing room , Rest room2 : 0.54A فاز S
۳- ۱.۰۸A: AIRVentinilating  ,  Exciling room 2 فاز T
R فاز : ۶۴.۵۷۸۱ kw  , T فاز = ۶۷.۱۰۶۹۹kw , S فاز : ۶۷.۲۱۳۸۴ kw
 
کلید اتوماتیک ۲۵۰A انتخاب می شود.
محاسبات تابلوی L02:
تابلوی فوق وظیفه برق رسانی به Oil storehouse و Oil disposal room  و Air compressorroom را بر عهده دارد. تابلوی فوق علاوه بر روشنایی ها ۳ عدد تابلوی فرعی و ۱۸ عدد سوکت تک فاز را تغذیه می کند. از آنجائیکه سوکت ها متقارن تقسیم شده اند و همچنین بادهای روشنایی مانند هم می باشد از هر فازی می توان جهت تعیین کلید ورودی استفاده کرد.
R فاز : ۷۹.۸۵۶۴ kw    ,   T فاز : ۷۹.۸۵۶۴kw   ,    S فاز : ۷۹.۸۵۶۴ kw
 
محاسبات تابلوهای روشنایی طبقه پیلوت:
طبقه فوق را دو تابلوی روشنایی MDPL / LP1 و MDPL /LP2 تغذیه می نمایند تابلوی LP1، Main Hall ، Restroom ، Local control room ، Assembly yard ، به همراه ۲ ، Station و Low Voltage distribution نیز سایر قسمتها را تغذیه می نماید.
تابلوی LP2 نیز سایر قسمتها را تغذیه می نماید.
-محاسبات تابلوی LP1:
تابلوی فوق علاوه بر روشنایی ها، ۳۰ عدد سوکت تکفاز به همراه ۴ عدد تابلوی فرعی سوکت سه فاز را تغذیه می کند.
از آنجائیکه سوکت ها به طور متقارن تقسیم شده اند جهت بدست آوردن کلید ورودی تقسیمات زیر روی روشنایی ها صورت می گیرد:
۱-    Main Hall :  2.92A  فاز R
۲-     2.37A : Rest room    ,   Local cotrol room
۳-     بقیه قسمتها:   6.34A  فاز T
R فاز : ۱۱۳.۵۷۸۱۶ kw    ,    S فاز : ۱۱۳.۴۶۹۲ kw    ,   T فاز : ۱۱۴.۲۵۵kw  
 
کلید اتوماتیک ۴۰۰A در نظر گرفته می شود.

محاسبات تابلوی LP2
تابلوی فوق علاوه بر روشنایی قسمتهای تحت فرمان ۲۷ عدد سوکت تک فاز به همراه دو عدد تابلوی فرعی سه فاز را تغذیه می نماید. از آنجائیکه که سوکت متقارن پخش شده اند برای بدست آوردن کلید ورودی تقسیمات روشنایی زیر صورت می گیرد.
۱- H.V equripment room    و Corridor جانبی: ۱.۷۸A   فاز T
۲-    Corridor 1  و  2.27A: W.C1 , 2 , storehouse , work shop  فاز S
۳-     EIR compressorroom  و AIR Compressor derice  و Diesel engine room  و جانبی Corrior : 2.55A   فاز R
R فاز : ۷۱.۰۰۴۹ kw    ,    S فاز : ۷۰.۹۴۶kw    ,   T فاز : ۷۰.۸۵۲۴kw  
 
کلید اتوماتیک ۲۵.S انتخاب می شود.

-تأمین روشنایی AREA  و ROAD :
برای تأمین روشنایی محوطه های باز از لامپ های SGS 306 / 250T B Pos.9 و ولتاژ ۲۳۰V استفاده شده است برای تأمین روشنایی های جاده ای نیز از لامپ KGS 306 / 085 با توان نامی ۸۵W و ولتاژ متکی ۲۳۰V استفاده شده است.
کلیه روشنایی های AREA بر روی پایه های ۱۷ فتری و جاده ای بر روی پایه های ۱۰ متری نصب شده است در برق رسانی برای این که این عمل راحت تر صورت گیرد و کابل کمتری مصرف شود محل چراغها از سیستم سه فاز استفاده می کنیم…