Kondensaattoripankki: Määritelmä käyttötarkoitukset ja edut

Kondensaattoripankki on ryhmä useita samaa arvoa olevia kondensaattoreita, jotka on yhdistetty sarjaan tai rinnan sähköenergian varastointiin sähköjärjestelmässä. Kondensaattorit ovat laitteita, jotka voivat varastoida sähkövirtaa luomalla sähkökentän kahden metallilevyn välille, jotka on erotettu eristävällä materiaalilla. Kondensaattoripankkeja käytetään moniin tarkoituksiin, kuten teho-osamäärän korjaamiseen, jännitteen säätelyyn, harmonisijoukkoon ja väliaikaisten häiriöiden vaimentamiseen.

Mikä on teho-osamäärä?

Teho-osamäärä on mittari, joka ilmaisee, kuinka tehokkaasti vaihtosähkö (alternating current) -järjestelmä käyttää toimitettua energiaa. Se määritellään todellisen tehon (P) suhteena näennäiseen tehoon (S), missä todellinen teho on se osa, joka suorittaa hyödyllistä työtä latauksessa, ja näennäinen teho on jännite (V) ja virta (I) tuotannon tulo kytkentässä. Teho-osamäärä voidaan myös ilmaista kulman (θ) kosininä jänniten ja virtan välillä.

Teho-osamäärä = P/S = VI cos θ

Ideaalinen teho-osamäärä on 1, mikä tarkoittaa, että kaikki toimitettu teho muunnetaan hyödylliseksi työksi, eikä kytkentässä ole reaktiivista energiaa (Q). Reaktiivinen energia on se energia, joka virtaa edestakaisin lähdeltä ja latauksen välillä induktiivisten tai kapasitiivisten elementtien, kuten moottorien, muuntimien, kondensaattorien jne. vuoksi. Reaktiivinen energia ei suorita mitään työtä, mutta se aiheuttaa lisäkulutusta ja heikentää järjestelmän tehokkuutta.

Reaktiivinen teho = Q = VI sin θ

Järjestelmän teho-osamäärä voi vaihdella 0:sta 1:een sen mukaan, millainen ja kuinka paljon latausta on yhdistetty siihen. Matala teho-osamäärä viittaa suureen reaktiivisen energian tarpeeseen ja huonoon toimitetun energian käyttöön. Korkea teho-osamäärä viittaa pieniin reaktiivisen energian tarpeisiin ja parempaan toimitetun energian käyttöön.

Miksi teho-osamäärän korjaaminen on tärkeää?

Teho-osamäärän korjaaminen on prosessi, jossa parannetaan järjestelmän teho-osamäärää lisäämällä tai poistamalla reaktiivisia energialähteitä, kuten kondensaattoripankkeja tai synkronisia kondensaattoreita. Teho-osamäärän korjaamisella on useita etuja sekä sähköverkon että kuluttajan kannalta, kuten:

• Linjahäviöiden vähentäminen ja järjestelmän tehokkuuden parantaminen: Matala teho-osamäärä tarkoittaa suurta virran virtaamista järjestelmässä, mikä lisää vastuskyhäviöitä (I2R) ja vähentää jännitetasoa latauksen päässä. Teho-osamäärän parantamisella virtaaminen vähenee, ja häviöt minimoituvat, mikä johtaa korkeampaan jännitetasoon ja parempiin järjestelmän ominaisuuksiin.

• Järjestelmän kapasiteetin ja luotettavuuden kasvattaminen: Matala teho-osamäärä tarkoittaa suurta näennäisen tehon vaatimusta lähteeltä, mikä rajoittaa sitä todellista energiaa, jota voidaan toimittaa lataukseen. Teho-osamäärän parantamisella näennäisen tehon vaatimus vähenee, ja enemmän todellista energiaa voidaan toimittaa lataukseen, mikä johtaa korkeampaan järjestelmän kapasiteettiin ja luotettavuuteen.

• Sähköverkkoyhtiön maksujen ja sakkojen vähentäminen: Monet sähköverkkoyhtiöt veloittavat lisämaksuja tai asettavat sakkoja kuluttajilta, joilla on matala teho-osamäärä, sillä he aiheuttavat enemmän taakkaa siirtymis- ja jakelujärjestelmälle ja lisäävät operaatiokustannuksia. Teho-osamäärän parantamisella nämä maksut tai sakot voidaan välttää tai vähentää, mikä johtaa alhaisempiin sähkömaksuihin kuluttajille.

Miten kondensaattoripankki toimii?

Kondensaattoripankki toimii tarjoamalla tai absorboimalla reaktiivista energiaa järjestelmään riippuen sen yhdistämistavasta ja sijainnista. On olemassa kaksi pääasiallista kondensaattoripankin tyyppiä: rinnakkaiskondensaattoripankit ja sarjakondensaattoripankit.

Rinnakkaiskondensaattoripankit

Rinnakkaiskondensaattoripankit on yhdistetty rinnan latauksen kanssa tai tietyissä kohtia järjestelmässä, kuten alijärjestelmissä tai syöttölinjoissa. Ne tarjoavat positiivista reaktiivista energiaa (positiivinen Q) perumaan tai vähentämään negatiivista reaktiivista energiaa (negatiivinen Q), joka aiheutuu induktiivisista latauksista, kuten moottoreista, muuntimista jne. Tämä parantaa järjestelmän teho-osamäärää ja vähentää linjahäviöitä.

Rinnakkaiskondensaattoripankilla on useita etuja muihin reaktiivisen energian kompensaatiovälineisiin verrattuna, kuten:

• Ne ovat suhteellisen yksinkertaisia, halpoja ja helppoja asentaa ja ylläpitää.

• Ne voidaan kytkää päälle tai pois riippuen latauksen vaihtelusta tai järjestelmän vaatimuksista.

• Ne voidaan jakaa pienempiin yksiköihin tai askeliin tarjotakseen enemmän joustavuutta ja tarkkuutta reaktiivisen energian hallinnassa.

• Ne voivat parantaa jännitteen vakautta ja laatua latauksen päässä tarjoten paikallista reaktiivista tukienergiaa.

Kuitenkin rinnakkaiskondensaattoripankilla on myös joitakin haittoja tai rajoitteita, kuten:

• Ne voivat aiheuttaa ylikirjoitus- tai resonaansiongelmat, jos niitä ei ole suunniteltu tai yhteensovitettu asianmukaisesti muiden laitteiden kanssa järjestelmässä.

• Ne voivat tuoda harmonioita tai vääristymiä järjestelmään, jos niitä ei ole suodatettu tai suojattu asianmukaisesti.

• Ne eivät ehkä ole tehokkaita pitkille siirtolinjoille tai levitettyjen latausten käsittelyyn.

Sarjakondensaattoripankit

Sarjakondensaattoripankit on yhdistetty sarjana latauksen tai siirtolinjan kanssa, mikä vähentää kytkentän tehokkuutta. Ne tarjoavat negatiivista reaktiivista energiaa (negatiivinen Q) perumaan tai vähentämään positiivista reaktiivista energiaa (positiivinen Q), joka aiheutuu kapasitiivisista latauksista, kuten pitkistä kaapeleista, siirtolinjoista jne. Tämä parantaa järjestelmän jännitteen säätelyä ja vakautta.

Sarjakondensaattoripankilla on joitakin etuja rinnakkaiskondensaattoripankeihin verrattuna, kuten:

• Ne voivat lisätä pitkien siirtolinjojen tehotietoisuuden ja tehokkuuden vähentämällä linjahäviöitä ja jännitteen pudotusta.

• Ne voivat vähentää lyhytsolmun virran ja vian tasoa lisäämällä vian polun impedanssin.

• Ne voivat parantaa väliaikaista vastetta ja järjestelmän vaimennusta vähentämällä luonnollista taajuutta ja värähtelyä.

Kuitenkin sarjakondensaattoripankilla on myös joitakin haittoja tai rajoitteita, kuten:

• Ne voivat aiheuttaa ylikirjoitus- tai resonaansiongelmat, jos niitä ei ole suunniteltu tai suojattu asianmukaisesti. Esimerkiksi virhetilanteessa kondensaattorin jännite voi nousea 15 kertaa sen nominääriarvon, mikä voi vahingoittaa kondensaattoria tai muita järjestelmän laitteita.

• Ne voivat tuoda harmonioita tai vääristymiä järjestelmään, jos niitä ei ole suodatettu tai kompensoitu asianmuk