Banca de condensadors: Definició, usos i avantatges
Un banc de capacitadors és un grup de diversos capacitadors de la mateixa capacitat que estan connectats en sèrie o paral·lel per emmagatzemar energia elèctrica en un sistema d'energia elèctrica. Els capacitadors són dispositius que poden emmagatzemar càrrega elèctrica creant un camp elèctric entre dues plaques metàl·liques separades per un material aïllant. Els bancs de capacitadors es fan servir per diverses finalitats, com ara la correcció del factor de potència, la regulació de tensió, la filtració d'armònics i la supressió de transitoris.
Què és el Factor de Potència?
El factor de potència és una mesura de l'eficiència amb què un sistema d'AC (corrent altern) utilitza la potència suministrada. Es defineix com la raó entre la potència real (P) i la potència aparent (S), on la potència real és la potència que realitza treball útil a la càrrega, i la potència aparent és el producte de la tensió (V) i la intensitat de corrent (I) al circuit. El factor de potència també es pot expressar com el cosinus de l'angle (θ) entre la tensió i la corrent.
Factor de potència = P/S = VI cos θ
El factor de potència ideal és 1, el que significa que tota la potència suministrada es converteix en treball útil, i no hi ha potència reactiva (Q) al circuit. La potència reactiva és la potència que va i ve del generador a la càrrega degut a la presència d'elements inductius o capacitius, com motors, transformadors, capacitadors, etc. La potència reactiva no realitza cap treball, però provoca pèrdues addicionals i redueix l'eficiència del sistema.
Potència reactiva = Q = VI sin θ
El factor de potència d'un sistema pot variar de 0 a 1, depenent del tipus i quantitat de càrrega connectada a ell. Un baix factor de potència indica una alta demanda de potència reactiva i una mala utilització de la potència suministrada. Un alt factor de potència indica una baixa demanda de potència reactiva i una millor utilització de la potència suministrada.
Per què és Important la Correcció del Factor de Potència?
La correcció del factor de potència és el procés d'millorar el factor de potència d'un sistema afegint o eliminant fonts de potència reactiva, com bancs de capacitadors o condensadors síncrons. La correcció del factor de potència té diversos beneficis tant per a la companyia elèctrica com per al consumidor, com ara:
Reduir les pèrdues de línia i millorar l'eficiència del sistema: Un baix factor de potència significa un alt flux de corrent al sistema, el que augmenta les pèrdues resistives (I2R) i redueix el nivell de tensió al final de la càrrega. Augmentant el factor de potència, el flux de corrent es redueix i les pèrdues són minimitzades, resultant en un nivell de tensió més alt i millor rendiment del sistema.
Augmentar la capacitat i la fiabilitat del sistema: Un baix factor de potència significa una alta demanda de potència aparent des de la font, el que limita la quantitat de potència real que es pot lliurar a la càrrega. Augmentant el factor de potència, la demanda de potència aparent es redueix, i es pot lliurar més potència real a la càrrega, resultant en una major capacitat i fiabilitat del sistema.
Reduir els càrrecs i penalitzacions de la companyia elèctrica: Moltes companyies elèctriques cobren taxes addicionals o imposen penalitzacions als consumidors que tenen un baix factor de potència, ja que causen més càrrega a la xarxa de transmissió i distribució i augmenten els seus costos operatius. Augmentant el factor de potència, es poden evitar o reduir aquests càrrecs o penalitzacions, resultant en factures d'electricitat més baixes per als consumidors.
Com Funciona un Banc de Capacitadors?
Un banc de capacitadors funciona proporcionant o absorbiendo potència reactiva al sistema, depenent del seu mode de connexió i ubicació. Hi ha dos tipus principals de bancs de capacitadors: bancs de capacitadors shunt i bancs de capacitadors en sèrie.
Bancs de Capacitadors Shunt
Els bancs de capacitadors shunt es connecten en paral·lel amb la càrrega o en punts específics del sistema, com subestacions o alimentadors. Proporcionen potència reactiva avançada (Q positiva) per cancelar o reduir la potència reactiva retardada (Q negativa) causada per càrregues inductives, com motors, transformadors, etc. Això millora el factor de potència del sistema i redueix les pèrdues de línia.
Els bancs de capacitadors shunt tenen diverses avantatges sobre altres tipus de dispositius de compensació de potència reactiva, com ara:
Són relativament simples, barats i fàcils d'instal·lar i mantenir.
Es poden connectar o desconectar segons la variació de la càrrega o la necessitat del sistema.
Es poden dividir en unitats més petites o passos per proporcionar més flexibilitat i precisió en el control de la potència reactiva.
Poden millorar la estabilitat i la qualitat de la tensió al final de la càrrega proporcionant suport reactiv local.
No obstant això, els bancs de capacitadors shunt també tenen alguns inconvenients o limitacions, com ara:
Poden causar problemes de sobretensió o ressonància si no estan ben dissenyats o coordinats amb altres dispositius del sistema.
Poden introduir harmònics o distorsions al sistema si no estan ben filtrats o protegits.
Poden no ser efectius per a línies de transmissió llargues o càrregues distribuïdes.
Bancs de Capacitadors en Sèrie
Els bancs de capacitadors en sèrie es connecten en sèrie amb la càrrega o la línia de transmissió, reduint la impedància efectiva del circuit. Proporcionen potència reactiva retardada (Q negativa) per cancelar o reduir la potència reactiva avançada (Q positiva) causada per càrregues capacitatives, com cables llargs, línies de transmissió, etc. Això millora la regulació i la estabilitat de la tensió del sistema.
Els bancs de capacitadors en sèrie tenen alguns avantatges sobre els bancs de capacitadors shunt, com ara:
Poden augmentar la capacitat de transferència i l'eficiència de les línies de transmissió llargues reduint les pèrdues de línia i el descens de tensió.
Poden reduir la intensitat de corrent de curto-circuit i el nivell de fallada del sistema augmentant la impedància del camí de fallada.
Poden millorar la resposta transitòria i l'amortigament del sistema reduint la freqüència natural i les oscil·lacions.
No obstant això, els bancs de capacitadors en sèrie també tenen alguns inconvenients o limitacions, com ara:
Poden causar problemes de sobretensió o ressonància si no estan ben dissenyats o protegits. Per exemple, durant una condició de fallada, la tensió a través del capacitador pot augmentar fins a 15 vegades el seu valor nominal, el que pot danar el capacitador o altres equips del sistema.
Poden introduir harmònics o distorsions al sistema si no estan ben filtrats o compensats.
Poden no ser efectius per a tensions baixes o càrregues distribuïdes.
Com Calcular la Mida d'un Banc de Capacitadors?
La mida d'un banc de capacitadors depèn de diversos factors, com ara:
