En kondensatorbank er en gruppe av flere kondensatorer med samme kapasitet som er koblet i serie eller parallel for å lagre elektrisk energi i et elektrisk strømsystem. Kondensatorer er enheter som kan lagre elektrisk ladning ved å opprette et elektrisk felt mellom to metallplater som er adskilt av et isolerende materiale. Kondensatorbanker brukes til ulike formål, som korrigeringsfaktor for effekt, spenningstilpasning, harmonisk filtrering og overgangsundertrykkelse.
Effektfaktor er et mål på hvor effektivt et AC (alternativstrøm) strømsystem bruker den leverte effekten. Den defineres som forholdet mellom virkelig effekt (P) og synlig effekt (S), der virkelig effekt er effekten som utfører nyttig arbeid i belastningen, og synlig effekt er produktet av spenning (V) og strøm (I) i kretsen. Effektfaktor kan også uttrykkes som cosinusen av vinkelen (θ) mellom spenning og strøm.
Effektfaktor = P/S = VI cos θ
Den ideelle effektfaktoren er 1, som betyr at all den leverte effekten konverteres til nyttig arbeid, og det er ingen reaktiv effekt (Q) i kretsen. Reaktiv effekt er effekten som flyter frem og tilbake mellom kilden og belastningen på grunn av tilstedeværelse av induktive eller kapasitive elementer, som motorer, transformatorer, kondensatorer osv. Reactiv effekt utfører ikke noe arbeid, men den fører til ekstra tap og reduserer systemets effektivitet.
Reaktiv effekt = Q = VI sin θ
Effektfaktoren i et system kan variere fra 0 til 1, avhengig av typen og mengden belastning som er koblet til det. En lav effektfaktor indikerer en høy reaktiv effektbeholdning og dårlig bruk av den leverte effekten. En høy effektfaktor indikerer en lav reaktiv effektbeholdning og bedre bruk av den leverte effekten.
Korrigeringsfaktor for effekt er prosessen med å forbedre effektfaktoren i et system ved å legge til eller fjerne reaktive effektkilder, som kondensatorbanker eller synkron kondensatorer. Korrigeringsfaktor for effekt har flere fordeler både for nettverket og forbrukeren, som:
Redusere linjetap og forbedre systemeffektiviteten: En lav effektfaktor betyr en høy strømflyt i systemet, som øker resistive tap (I2R) og reduserer spenningsnivået ved belastningen. Ved å øke effektfaktoren, reduseres strømflyten, og tapene minimeres, noe som resulterer i et høyere spenningsnivå og bedre systemytelse.
Øke systemkapasiteten og -påliteligheten: En lav effektfaktor betyr en høy synlig effektbehov fra kilden, som begrenser mengden virkelig effekt som kan levers til belastningen. Ved å øke effektfaktoren, reduseres synlig effektbehovet, og mer virkelig effekt kan leveres til belastningen, noe som resulterer i en høyere systemkapasitet og -pålitelighet.
Redusere nettverksavgifter og sankjoner: Mange nettverk tar ut ekstra gebyrer eller pålegger sankjoner for forbrukere som har en lav effektfaktor, da de legger mer byrde på overførings- og distribusjonsnettverket og øker driftskostnadene. Ved å øke effektfaktoren, kan disse avgiftene eller sankjonene unngås eller reduseres, noe som resulterer i lavere strømkostnader for forbrukerne.
En kondensatorbank fungerer ved å gi eller ta imot reaktiv effekt fra eller til systemet, avhengig av dens koblingsmodus og plassering. Det finnes to hovedtyper kondensatorbanker: parallellkoblet kondensatorbanker og seriekoblet kondensatorbanker.
Parallellkoblete kondensatorbanker er koblet parallelt med belastningen eller på spesifikke punkter i systemet, som understations eller feeder. De gir ledende reaktiv effekt (positiv Q) for å nullstille eller redusere etterløpende reaktiv effekt (negativ Q) forårsaket av induktive belastninger, som motorer, transformatorer osv. Dette forbedrer effektfaktoren i systemet og reduserer linjetap.
Parallellkoblete kondensatorbanker har flere fordeler sammenlignet med andre typer reaktiv effektkompensasjonsenheter, som:
De er relativt enkle, billige og lett å installere og vedlikeholde.
De kan slås på eller av i henhold til belastningsvariasjonen eller systembehovet.
De kan deles inn i mindre enheter eller trinn for å gi mer fleksibilitet og nøyaktighet i reaktiv effektstyring.
De kan forbedre spenningstabiliteten og -kvaliteten ved belastningen ved å gi lokal reaktiv støtte.
Imidlertid har parallellkoblete kondensatorbanker også noen ulemper eller begrensninger, som:
De kan forårsake overspenning eller resonansproblemer hvis de ikke er riktig designet eller koordinert med andre enheter i systemet.
De kan introdusere harmoniske eller forvrengninger i systemet hvis de ikke er riktig filtrert eller beskyttet.
De kan ikke være effektive for lange overføringslinjer eller fordelt belasted.
Seriekoblete kondensatorbanker er koblet i serie med belastningen eller overføringslinjen, noe som reduserer den effektive impedansen i kretsen. De gir etterløpende reaktiv effekt (negativ Q) for å nullstille eller redusere ledende reaktiv effekt (positiv Q) forårsaket av kapasitive belastninger, som lange kabler, overføringslinjer osv. Dette forbedrer spenningstilpassingen og -stabiliteten i systemet.
Seriekoblete kondensatorbanker har noen fordeler sammenlignet med parallellkoblete kondensatorbanker, som:
De kan øke overføringskapasiteten og effektiviteten av lange overføringslinjer ved å redusere linjetap og spenningsfall.
De kan redusere kortslutningsstrømmen og feilnivået i systemet ved å øke impedansen i feilveien.
De kan forbedre overgangssvaret og dempingen i systemet ved å redusere naturlig frekvens og oscillasjoner.
Imidlertid har seriekoblete kondensatorbanker også noen ulemper eller begrensninger, som:
De kan forårsake overspenning eller resonansproblemer hvis de ikke er riktig designet eller beskyttet. For eksempel, under en feilkondisjon, kan spenningen over kondensatoren stige opp til 15 ganger dens nominerte verdi, noe som kan skade kondensatoren eller annet utstyr i systemet.
De kan introdusere harmoniske eller forvrengninger i systemet hvis de ikke er riktig filtrert eller kompensert.
De kan ikke være effektive for lavspennings- eller fordelt belasted.
Størrelsen på en kondensatorbank avhenger av flere faktorer, som:
Den ønskede forbedring av effektfaktor eller reaktiv effektkompensasjon
Spenningsnivået og frekvensen i systemet
Typen og plasseringen av kondensatorbanken (parallell eller serie)
Belastningskarakteristikkene og variasjonen
Kostnaden og tilgjengeligheten av kondensatorenheter
Grunnformelen for å beregne størrelsen på en parallellkoblet kondensatorbank er:
C = Q/V2f
Der,
C er kapasitansen i farad (F)
