Kondansatör Bankası: Tanım Kullanımlar ve Faydaları
Kondansatör bankası, aynı kapasiteli birkaç kondansatörün seri veya paralel olarak bağlanmasıyla elektrik enerjisinin bir elektrik güç sisteminde depolanmasını sağlar. Kondansatörler, iki metal plaka arasındaki izole edici malzemeye bağlı olarak elektrik yükünü depolayabilen cihazlardır. Kondansatör bankaları güç faktörü düzeltme, gerilim düzenleme, harmonik filtreleme ve geçici durum bastırma gibi çeşitli amaçlarla kullanılır.
Güç Faktörü Nedir?
Güç faktörü, AC (alternatif akım) güç sisteminin sağlanan gücü ne kadar verimli kullandığının ölçüsüdür. Gerçek güç (P) ile görünür güç (S) oranı olarak tanımlanır. Gerçek güç, yükte faydalı işi yapan güçtir, görünür güç ise devre içindeki gerilim (V) ve akım (I) çarpımıdır. Güç faktörü, gerilim ve akım arasındaki açının kosinüsü olarak da ifade edilebilir.
Güç faktörü = P/S = VI cos θ
İdeal güç faktörü 1'dir, bu da tüm sağlanan gücün faydalı işe dönüştürüldüğü ve devrede reaktif güç (Q) olmadığı anlamına gelir. Reaktif güç, motorlar, dönüştürücüler, kondansatörler vb. indüktif veya kapasitif elemanların varlığı nedeniyle kaynak ve yük arasında gidip gelen güçtür. Reaktif güç herhangi bir iş yapmaz, ancak fazladan kayıplara neden olur ve sistemin verimliliğini azaltır.
Reaktif güç = Q = VI sin θ
Bir sistemin güç faktörü, 0 ile 1 arasında değişebilir, bağlı olduğu yük türüne ve miktarına bağlıdır. Düşük güç faktörü, yüksek reaktif güç talebi ve sağlanan gücün kötü kullanımı anlamına gelir. Yüksek güç faktörü, düşük reaktif güç talebi ve sağlanan gücün daha iyi kullanımı anlamına gelir.
Güç Faktörü Düzeltmesi Neden Önemlidir?
Güç faktörü düzeltmesi, kondansatör bankaları veya senkron kondansatörler gibi reaktif güç kaynaklarını ekleyerek veya çıkararak bir sistemin güç faktörünü iyileştirme sürecidir. Güç faktörü düzeltmesi, hem şebekesi hem de tüketici için birçok avantajı vardır, örneğin:
Hat kayıplarını azaltma ve sistem verimliliğini artırma: Düşük güç faktörü, sisteminde yüksek akım akışına neden olur, bu da direnç kayıplarını (I2R) artırır ve yük ucundaki gerilim seviyesini düşürür. Güç faktörünü artırarak, akım akışı azalır ve kayıplar en aza indirilir, bu da daha yüksek bir gerilim seviyesi ve daha iyi bir sistem performansına yol açar.
Sistem kapasitesini ve güvenilirliğini artırma: Düşük güç faktörü, kaynağından yüksek görünür güç talebi anlamına gelir, bu da yüküne iletilen gerçek güce sınırlama getirir. Güç faktörünü artırarak, görünür güç talebi azalır ve daha fazla gerçek güç yüküne sağlanabilir, bu da daha yüksek bir sistem kapasitesi ve güvenilirliğine yol açar.
Şebeke ücretlerini ve cezalarını azaltma: Birçok şebeke, düşük güç faktörü olan tüketicilerden ek ücretler talep eder veya cezalar uygular, çünkü bu tüketiciler aktarım ve dağıtım ağında daha fazla yük oluşturur ve işletme maliyetlerini artırır. Güç faktörünü artırarak, bu ücretler veya cezalar önlenir veya azaltılabilir, bu da tüketiciler için daha düşük elektrik faturasına yol açar.
Kondansatör Bankası Nasıl Çalışır?
Kondansatör bankası, bağlantı modu ve konumuna bağlı olarak sisteme reaktif güç sağlayarak veya sistemden emerek çalışır. İki ana tür kondansatör bankası vardır: şunt kondansatör bankaları ve seri kondansatör bankaları.
Şunt Kondansatör Bankaları
Şunt kondansatör bankaları, yük ile paralel olarak veya şebekelerde belirli noktalarda, örneğin alt istasyonlarda veya besleyicilerde bağlanır. Motorlar, dönüştürücüler vb. endüktif yüklerden kaynaklanan zayıf reaktif gücü (negatif Q) ortadan kaldırmak veya azaltmak için öncül reaktif güç (pozitif Q) sağlar. Bu, sistemin güç faktörünü iyileştirir ve hat kayıplarını azaltır.
Şunt kondansatör bankaları, diğer tür reaktif güç kompansasyon cihazlarına göre birçok avantaja sahiptir, örneğin:
Nispeten basit, ucuz ve kolay kurulum ve bakım gerektirir.
Yük değişimi veya sistem gereksinimine göre açılıp kapatılabilir.
Daha fazla esneklik ve reaktif güç kontrolünde doğruluk sağlamak için daha küçük birimlere veya adımlara ayrılabilir.
Yerel reaktif destek sağlayarak yük ucundaki gerilim istikrarını ve kalitesini artırabilir.
Ancak, şunt kondansatör bankaları bazı dezavantajları veya sınırlamaları da vardır, örneğin:
Eğer doğru tasarlanmamışsa veya sistemdeki diğer cihazlarla uyumlu değilse, aşırı gerilim veya rezonans sorunlarına neden olabilir.
Eğer doğru filtrelenmemişse veya korunmuşsa, harmonik veya distorsiyonları sisteme getirebilir.
Uzun iletim hatları veya dağıtılmış yükler için etkili olmayabilir.
Seri Kondansatör Bankaları
Seri kondansatör bankaları, yük veya iletim hattı ile seride bağlanarak devrenin etkin empedansını azaltır. Uzun kablolar, iletim hatları vb. kapasitif yüklerden kaynaklanan öncül reaktif gücü (pozitif Q) ortadan kaldırmak veya azaltmak için zayıf reaktif güç (negatif Q) sağlar. Bu, sistemin gerilim düzenlemesini ve istikrarını artırır.
Seri kondansatör bankaları, şunt kondansatör bankalarına göre bazı avantajlarına sahiptir, örneğin:
Hat kayıplarını azaltarak ve gerilim düşüşünü azaltarak uzun iletim hatlarının güç aktarım yeteneğini ve verimliliğini artırabilir.
Arızalı yoldaki impedansı artırarak sistemin kısa devre akımını ve arıza seviyesini azaltabilir.
Doğal frekansı ve salınımları azaltarak sistemin geçici tepkisini ve sönümlemesini iyileştirebilir.
Ancak, seri kondansatör bankaları bazı dezavantajları veya sınırlamaları da vardır, örneğin:
Eğer doğru tasarlanmamışsa veya korunmuşsa, aşırı gerilim veya rezonans sorunlarına neden olabilir. Örneğin, bir arıza durumunda, kondansatör üzerindeki gerilim, onun nominal değerinin 15 katına kadar yükselse, bu kondansatörü veya sistemin diğer ekipmanlarını zarar görebilir.
Eğer doğru filtrelenmemişse veya telafi edilmemişse, harmonik veya distorsiyonları sisteme getirebilir.
Düşük gerilim veya dağıtılmış yükler için etkili olmayabilir.
Kondansatör Bankası Büyüklüğünü Nasıl Hesaplıyoruz?
Kondansatör bankası büyüklüğü, birkaç faktöre bağlıdır, örneğin:
İstenen güç faktörü iyileştirmesi veya reaktif güç kompansasyonu
Sistemin gerilim seviyesi ve frekansı
Kondansatör bankasının tipi ve konumu (şunt veya seri)
