Kondensatoru banka: definīcija lietojumi un priekšrocības

Kondensatoru banka ir vairāku kondensatoru grupa ar vienādu rādītāju, kas savienoti virzienā vai paralēli, lai uzglabātu elektrisko enerģiju elektriskā enerģijas sistēmā. Kondensatori ir ierīces, kas var uzglabāt elektrisko lādiņu, izveidojot elektrisko lauku starp diviem metāla plāksnēm, kas atdalītas ar izolējošu materiālu. Kondensatoru bankas tiek izmantotas dažādiem nolūkiem, piemēram, spēka faktora labošanai, sprieguma regulēšanai, harmonisku filtrēšanai un īslaicīgu spiešanas samazināšanai.

Kas ir spēka faktors?

Spēka faktors ir mērs, kā efektīvi AC (alternierušā strāva) enerģijas sistēma izmanto nodrošināto enerģiju. Tas ir definēts kā reālā spēka (P) attiecība pret aparento spēku (S), kur reālā spēka veic noderīgu darbu slodzei, un aparentais spēks ir sprieguma (V) un strāvas (I) reizinājums šķērē. Spēka faktoru var arī izteikt kā kosinusu no leņķa (θ) starp spriegumu un strāvu.

Spēka faktors = P/S = VI cos θ

Ideālais spēka faktors ir 1, kas nozīmē, ka visā nodrošinātā enerģija tiek pārvērsta noderīgā darbā, un sistēmā nav nekādas reaktīvās spēka (Q). Reaktīvā spēka ir spēka, kas plūst tūlīt un atpakaļ starp avotu un slodzi dēļ induktīvo vai kapacitīvo elementu, piemēram, dzinēju, transformatoru

Reaktivā spēka = Q = VI sin θ

Sistēmas spēka faktors var būt no 0 līdz 1, atkarībā no slodzes tipa un apjoma, kas pievienots tai. Zems spēka faktors norāda augstu reaktivās spēkas prasību un sliktu nodrošinātās enerģijas izmantošanu. Augsts spēka faktors norāda zemu reaktivās spēkas prasību un labāku nodrošinātās enerģijas izmantošanu.

Kāpēc ir svarīga spēka faktora labošana?

Spēka faktora labošana ir process, kas uzlabo sistēmas spēka faktoru, pievienojot vai noņemot reaktivās spēkas avotus, piemēram, kondensatoru bankas vai sinhronos kondensatorus. Spēka faktora labošanai ir vairāki priekšrocības gan elektrotīklam, gan patērētājam, piemēram:

• Samazina līnijas zudējumus un uzlabo sistēmas efektivitāti: Zems spēka faktors nozīmē lielu strāvas plūsmu sistēmā, kas palielina rezistīvās zudējumus (I2R) un samazina sprieguma līmeni slodzes beigās. Paaugstinot spēka faktoru, strāvas plūsma samazinās, un zudējumi tiks minimizēti, rezultātā augstāks sprieguma līmenis un labāka sistēmas veiktspēja.

• Palielina sistēmas jaudu un uzticamību: Zems spēka faktors nozīmē lielu aparentās spēkas prasību no avota, kas ierobežo reālo spēku, ko var piegādāt slodzei. Paaugstinot spēka faktoru, aparentās spēkas prasība samazinās, un vairāk reālas spēkas var tikt piegādāta slodzei, rezultātā augstāka sistēmas jauda un uzticamība.

• Samazina elektrotīkla maksas un sodus: Daudzi elektrotīkli uzdod papildu maksas vai piemēro sodus patērētājiem, kuriem ir zems spēka faktors, jo tie rada lielāku slogu transmisijas un distribūcijas tīklam un palielina to operatīvos izdevumus. Paaugstinot spēka faktoru, šīs maksas vai sodi var tikt izvairīties vai samazināti, rezultātā zemākas elektroenerģijas rēķini patērētājiem.

Kā darbojas kondensatoru banka?

Kondensatoru banka darbojas, sniedzot vai absorbējot reaktivās spēkas sistēmai, atkarībā no tās savienojuma režīma un atrašanās vietas. Ir divi galvenie kondensatoru banku veidi: shunta kondensatoru bankas un virziena kondensatoru bankas.

Shunta kondensatoru bankas

Shunta kondensatoru bankas ir savienotas paralēli ar slodzi vai konkrētos punktus sistēmā, piemēram, apgabalsarām vai pārnesējiem. Tās sniedz pozitīvo reaktivās spēkas (pozitīvo Q), lai kompensētu vai samazinātu negatīvo reaktivās spēkas (negatīvo Q), ko izraisa induktīvās slodzes, piemēram, dzinēji, transformatori utt. Tas uzlabo sistēmas spēka faktoru un samazina līnijas zudējumus.

Shunta kondensatoru bankas ir salīdzināmi vienkāršas, lētas un viegli instalējamas un uzturējamās salīdzinājumā ar citiem reaktivās spēkas kompensācijas ierīču veidiem, piemēram:

• Tās ir salīdzināmi vienkāršas, lētas un viegli instalējamas un uzturējamās.

• Tās var tikt ieslēgtas vai izslēgtas atkarībā no slodzes variācijām vai sistēmas prasībām.

• Tās var tikt sadalītas mazākos vienībās vai soļos, lai nodrošinātu lielāku elastību un precizitāti reaktivās spēkas kontrolē.

• Tās var uzlabot sprieguma stabilitāti un kvalitāti slodzes beigās, nodrošinot vietējo reaktivās atbalstu.

Tomēr, shunta kondensatoru bankas arī ir ar kārtām trūkumiem vai ierobežojumiem, piemēram:

• Tās var izraisīt pārspriegumu vai rezonansi problēmas, ja tās netiek pareizi izstrādātas vai koordinētas ar citām ierīcēm sistēmā.

• Tās var ievnest harmonikas vai distorcijas sistēmā, ja tās netiek pareizi filtrētas vai aizsargātas.

• Tās var nebūt efektīvas ilgām transmisijas līnijām vai izplatītām slodzēm.

Virziena kondensatoru bankas

Virziena kondensatoru bankas ir savienotas virzienā ar slodzi vai transmisijas līniju, samazinot šķērējas impendanci. Tās sniedz negatīvo reaktivās spēkas (negatīvo Q), lai kompensētu vai samazinātu pozitīvo reaktivās spēkas (pozitīvo Q), ko izraisa kapacitīvās slodzes, piemēram, ilgas kabēles, transmisijas līnijas utt. Tas uzlabo sistēmas sprieguma regulēšanu un stabilitāti.

Virziena kondensatoru bankas ir ar kārtām priekšrocības salīdzinājumā ar shunta kondensatoru bankām, piemēram:

• Tās var palielināt ilgu transmisijas līniju jaudas pārnešanas spēju un efektivitāti, samazinot līnijas zudējumus un sprieguma kritumu.

• Tās var samazināt sistēmas īslaicīgo strāvas plūsmu un defektu līmeni, palielinot defektu ceļa impendanci.

• Tās var uzlabot sistēmas transient response un dempfēšanu, samazinot dabiskās frekvences un oscilācijas.

Tomēr, virziena kondensatoru bankas arī ir ar kārtām trūkumiem vai ierobežojumiem, piemēram:

• Tās var izraisīt pārspriegumu vai rezonansi problēmas, ja tās netiek pareizi izstrādātas vai aizsargātas. Piemēram, defektu stāvoklī kondensatora virsgrāmatā var pieaugt līdz 15 reizes tā nomātnā vērtībai, kas var bojāt kondensatoru vai citas ierīces sistēmā.