Zestaw kondensatorów: Definicja zastosowania i korzyści

Bank kondensatorów to grupa kilku kondensatorów o takim samym parametrze połączonych szeregowo lub równolegle, aby przechowywać energię elektryczną w systemie elektroenergetycznym. Kondensatory to urządzenia, które mogą przechowywać ładunek elektryczny poprzez tworzenie pola elektrycznego między dwiema płytami metalowymi oddzielonymi materiałem izolującym. Banki kondensatorów są używane do różnych celów, takich jak korekcja współczynnika mocy, regulacja napięcia, filtrowanie harmonicznych i tłumienie przebiegów chwilowych.

Co to jest współczynnik mocy?

Współczynnik mocy to miara efektywności wykorzystania dostarczonej mocy w systemie z prądem przemiennym (AC). Jest zdefiniowany jako stosunek rzeczywistej mocy (P) do widocznej mocy (S), gdzie rzeczywista moc to moc, która wykonuje przydatną pracę w obciążeniu, a widoczna moc to iloczyn napięcia (V) i prądu (I) w obwodzie. Współczynnik mocy można również wyrazić jako cosinus kąta (θ) między napięciem i prądem.

Współczynnik mocy = P/S = VI cos θ

Idealny współczynnik mocy wynosi 1, co oznacza, że cała dostarczona moc jest przekształcana w przydatną pracę, a w obwodzie nie ma mocy reaktywnej (Q). Moc reaktywna to moc, która przepływa tam i z powrotem między źródłem a obciążeniem w wyniku obecności elementów indukcyjnych lub pojemnościowych, takich jak silniki, transformery, kondensatory itp. Moc reaktywna nie wykonuje żadnej pracy, ale powoduje dodatkowe straty i zmniejsza efektywność systemu.

Moc reaktywna = Q = VI sin θ

Współczynnik mocy systemu może się zawierać w zakresie od 0 do 1, w zależności od typu i ilości podłączonego obciążenia. Niski współczynnik mocy wskazuje na wysoki popyt na moc reaktywną i słabą wydajność wykorzystania dostarczonej mocy. Wysoki współczynnik mocy wskazuje na niski popyt na moc reaktywną i lepszą wydajność wykorzystania dostarczonej mocy.

Dlaczego korekcja współczynnika mocy jest ważna?

Korekcja współczynnika mocy to proces polepszenia współczynnika mocy systemu poprzez dodawanie lub usuwanie źródeł mocy reaktywnej, takich jak banki kondensatorów lub synchroniczne kondensatory. Korekcja współczynnika mocy ma wiele korzyści zarówno dla operatora, jak i konsumenta, takich jak:

• Zmniejszanie strat liniowych i poprawa efektywności systemu: Niski współczynnik mocy oznacza wysoki przepływ prądu w systemie, co zwiększa straty rezystywne (I2R) i obniża poziom napięcia na końcu obciążenia. Poprzez zwiększenie współczynnika mocy, przepływ prądu jest redukowany, a straty są minimalizowane, co prowadzi do wyższego poziomu napięcia i lepszego działania systemu.

• Zwiększenie pojemności i niezawodności systemu: Niski współczynnik mocy oznacza wysokie zapotrzebowanie na widoczną moc ze strony źródła, co ogranicza ilość rzeczywistej mocy, która może być dostarczona do obciążenia. Poprzez zwiększenie współczynnika mocy, zapotrzebowanie na widoczną moc jest zmniejszane, a więcej rzeczywistej mocy może być dostarczane do obciążenia, co prowadzi do wyższej pojemności i niezawodności systemu.

• Zmniejszanie opłat i kar za niski współczynnik mocy: Wiele operatorów obciąża dodatkowe opłaty lub nakłada kary na konsumentów, którzy mają niski współczynnik mocy, ponieważ powodują one większy obciążenie sieci transmisyjnej i dystrybucyjnej oraz zwiększają koszty operacyjne. Poprzez zwiększenie współczynnika mocy, te opłaty lub kary mogą być uniknięte lub zmniejszone, co prowadzi do niższych rachunków za prąd dla konsumentów.

Jak działa bank kondensatorów?

Bank kondensatorów działa, dostarczając lub absorbując moc reaktywną do lub z systemu, w zależności od trybu połączenia i lokalizacji. Istnieją dwa główne typy banków kondensatorów: banki kondensatorów szeregowych i banki kondensatorów równoległych.

Banki kondensatorów równoległych

Banki kondensatorów równoległych są połączone równolegle z obciążeniem lub w określonych punktach systemu, takich jak stacje przesyłowe lub pasy rozdzielcze. Dostarczają one dodatniej mocy reaktywnej (pozytywną Q), aby zrekompensować lub zmniejszyć ujemną moc reaktywną (negatywną Q) spowodowaną przez obciążenia indukcyjne, takie jak silniki, transformery itp. To poprawia współczynnik mocy systemu i zmniejsza straty liniowe.

Banki kondensatorów równoległych mają wiele zalet nad innymi rodzajami urządzeń kompensacji mocy reaktywnej, takimi jak:

• Są stosunkowo proste, tanie i łatwe do montażu i konserwacji.

• Mogą być włączane lub wyłączone w zależności od zmian obciążenia lub wymagań systemu.

• Mogą być podzielone na mniejsze jednostki lub etapy, aby zapewnić większą elastyczność i dokładność w sterowaniu mocą reaktywną.

• Mogą poprawić stabilność i jakość napięcia na końcu obciążenia, dostarczając lokalnego wsparcia reaktywnego.

Jednak banki kondensatorów równoległych mają również pewne wady lub ograniczenia, takie jak:

• Mogą powodować problemy z przetarczeniem lub rezonansem, jeśli nie są prawidłowo zaprojektowane lub skoordynowane z innymi urządzeniami w systemie.

• Mogą wprowadzać harmoniczne lub zniekształcenia do systemu, jeśli nie są prawidłowo filtrowane lub chronione.

• Mogą być nieskuteczne dla długich linii przesyłowych lub rozproszonych obciążeń.

Banki kondensatorów szeregowych

Banki kondensatorów szeregowych są połączone szeregowo z obciążeniem lub linią przesyłową, co zmniejsza efektywną impedancję obwodu. Dostarczają one ujemnej mocy reaktywnej (negatywną Q), aby zrekompensować lub zmniejszyć dodatnią moc reaktywną (pozytywną Q) spowodowaną przez obciążenia pojemnościowe, takie jak długie kab