Ban kondensatora: Definicija upotreba i prednosti

Kondenzatorska banka je grupa nekoliko kondenzatora iste kapacitivne vrednosti koji su povezani u niz ili paralelno kako bi se čuvala električna energija u električnom sistem snage. Kondenzatori su uređaji koji mogu da čuvaju električni naboj stvaranjem električnog polja između dve metalne ploče odvojene izolacionim materijalom. Kondenzatorske banke se koriste za različite svrhe, kao što su popravka faktora snage, regulacija napona, filtriranje harmonika i potiskivanje privremnih stanja.

Šta je faktor snage?

Faktor snage je mera toga koliko efikasno AC (alternativni tok) sistem snage koristi dostavljanu snagu. Definiše se kao odnos realne snage (P) i aparentne snage (S), gde je realna snaga snaga koja obavlja korisnu radnju na opterećenju, a aparentna snaga je proizvod napona (V) i toka (I) u kolu. Faktor snage može se takođe izraziti kao kosinus ugla (θ) između napona i toka.

Faktor snage = P/S = VI cos θ

Idealan faktor snage je 1, što znači da se sva dostavljena snaga pretvara u korisnu radnju, i da nema reaktivne snage (Q) u kolu. Reactivna snaga je snaga koja teče unazad i naprijed između izvora i opterećenja zbog prisutnosti induktivnih ili kapacitivnih elemenata, poput motora, transformatora, kondenzatora itd. Reactivna snaga ne obavlja nikakvu radnju, ali dovodi do dodatnih gubitaka i smanjuje efikasnost sistema.

Reaktivna snaga = Q = VI sin θ

Faktor snage sistema može biti u rasponu od 0 do 1, u zavisnosti od tipa i količine opterećenja povezanog sa njim. Nizak faktor snage ukazuje na visoku potrebu za reaktivnom snagom i lošu iskorišćenost dostavljene snage. Visok faktor snage ukazuje na nisku potrebu za reaktivnom snagom i bolju iskorišćenost dostavljene snage.

Zašto je važno popraviti faktor snage?

Popravka faktora snage jeste proces poboljšanja faktora snage sistema dodavanjem ili uklanjanjem izvora reaktivne snage, poput kondenzatorskih banaka ili sinkronih kondenzatora. Popravka faktora snage ima mnoge prednosti i za utility kompanije i za potrošače, kao što su:

• Smanjenje gubitaka na liniji i poboljšanje efikasnosti sistema: Nizak faktor snage znači visoki tok u sistemu, što povećava rezistivne gubitke (I2R) i smanjuje nivo napona na kraju opterećenja. Povećanjem faktora snage, tok se smanjuje, a gubitci se minimiziraju, što rezultira višim nivoom napona i boljom performansom sistema.

• Povećanje kapaciteta i pouzdanosti sistema: Nizak faktor snage znači visoku potrebu za aparentnom snagom iz izvora, što ograničava količinu realne snage koja se može dostaviti na opterećenje. Povećanjem faktora snage, potreba za aparentnom snagom se smanjuje, a više realne snage se može dostaviti na opterećenje, što rezultira većim kapacitetom i pouzdanosti sistema.

• Smanjenje troškova i kazni od strane utility kompanija: Mnoge utility kompanije naplaćuju dodatne naknade ili primenjuju kazne za potrošače koji imaju nizak faktor snage, jer oni dovode do veće opterećenosti na mrežama prenose i distribucije i povećavaju operativne troškove. Povećanjem faktora snage, ovi troškovi ili kazne se mogu izbegnuti ili smanjiti, što rezultira nižim računima za struju za potrošače.

Kako funkcioniše kondenzatorska banka?

Kondenzatorska banka radi pružanjem ili apsorbiranjem reaktivne snage sistemu, u zavisnosti od načina povezivanja i lokacije. Postoje dva glavna tipa kondenzatorskih banaka: shunt kondenzatorske banke i serije kondenzatorskih banaka.

Shunt kondenzatorske banke

Shunt kondenzatorske banke su povezane paralelno sa opterećenjem ili na specifičnim tačkama u sistemu, kao što su podstancije ili feederi. Oni pružaju pozitivnu reaktivnu snagu (pozitivno Q) kako bi se anulirala ili smanjila negativna reaktivna snaga (negativno Q) uzrokovana induktivnim opterećenjima, poput motora, transformatora itd. Ovo poboljšava faktor snage sistema i smanjuje gubitke na liniji.

Shunt kondenzatorske banke imaju nekoliko prednosti nad drugim tipovima uređaja za kompenzaciju reaktivne snage, kao što su:

• One su relativno jednostavne, jeftine i lako se instaliraju i održavaju.

• One se mogu uključiti ili isključiti prema varijaciji opterećenja ili potrebama sistema.

• One se mogu podeliti u manje jedinice ili korake kako bi se osigurala veća fleksibilnost i preciznost u kontrolisanju reaktivne snage.

• One mogu poboljšati stabilnost i kvalitet napona na kraju opterećenja pružajući lokalnu reaktivnu podršku.

Međutim, shunt kondenzatorske banke imaju i neke nedostatke ili ograničenja, kao što su:

• One mogu dovesti do problema prenapona ili rezonancije ako nisu pravilno dizajnirane ili koordinisane sa drugim uređajima u sistemu.

• One mogu uvesti harmonike ili distorzije u sistem ako nisu pravilno filtrirane ili zaštićene.

• One mogu biti neefikasne za dugačke linije prenosa ili raspodeljena opterećenja.

Serije kondenzatorske banke

Serije kondenzatorske banke su povezane u nizu sa opterećenjem ili linijom prenosa, smanjujući efektivnu impedanciju kola. One pružaju negativnu reaktivnu snagu (negativno Q) kako bi se anulirala ili smanjila pozitivna reaktivna snaga (pozitivno Q) uzrokovana kapacitivnim opterećenjima, poput dugačkih kabela, linija prenosa itd. Ovo poboljšava regulaciju i stabilnost napona sistema.

Serije kondenzatorske banke imaju neke prednosti nad shunt kondenzatorskim bankama, kao što su:

• One mogu povećati kapacitet i efikasnost prenosa na dugačkim linijama prenosa smanjujući gubitke i pad napona.

• One mogu smanjiti strujni tok prikrštanja i nivo greške sistema povećavajući impedanciju putanje prikrštanja.

• One mogu poboljšati transientni odgovor i amortizaciju sistema smanjujući prirodnu frekvenciju i oscilacije.

Međutim, serije kondenzatorske banke imaju i neke nedostatke ili ograničenja, kao što su:

• One mogu dovesti do problema prenapona ili rezonancije ako nisu pravilno dizajnirane ili zaštićene. Na primer, u slučaju uslova greške, napon preko kondenzatora se može povećati do 15 puta veće od njegove nominalne vrednosti, što može oštetiti kondenzator ili druge uređaje u sistemu.

• One mogu uvesti harmonike ili distorzije u sistem ako nisu pravilno filtrirane ili kompenzirane.

• One mogu biti neefikasne za niske napone ili raspodeljena opterećenja.

Kako izračunati veličinu kondenzatorske banke?