Банк конденсаторів: Визначення, застосування та переваги
Конденсаторна банка — це група кількох конденсаторів з однаковою номінальною потужністю, які з'єднані послідовно або паралельно для зберігання електричної енергії в електричній системі живлення. Конденсатори — це пристрої, які можуть зберігати електричний заряд шляхом створення електричного поля між двома металевими пластинами, розділеними ізоляційним матеріалом. Конденсаторні банки використовуються для різних цілей, таких як корекція коефіцієнта ефективності, регулювання напруги, фільтрація гармонік та поглинання переходних процесів.
Що таке коефіцієнт ефективності?
Коефіцієнт ефективності — це міра того, наскільки ефективно система живлення змінного струму (AC) використовує надану енергію. Він визначається як співвідношення дійсної потужності (P) до видимої потужності (S), де дійсна потужність — це потужність, яка виконує корисну роботу в навантаженні, а видима потужність — це добуток напруги (V) і струму (I) в колі. Коефіцієнт ефективності також можна виразити як косинус кута (θ) між напругою і струмом.
Коефіцієнт ефективності = P/S = VI cos θ
Ідеальний коефіцієнт ефективності дорівнює 1, що означає, що всі надана енергія перетворюється на корисну роботу, і немає реактивної потужності (Q) у колі. Реактивна потужність — це потужність, яка перетворюється назад і вперед між джерелом та навантаженням через наявність індуктивних або капацитивних елементів, таких як двигуни, трансформатори, конденсатори тощо. Реактивна потужність не виконує жодної роботи, але вона призводить до додаткових втрат та зменшує ефективність системи.
Реактивна потужність = Q = VI sin θ
Коефіцієнт ефективності системи може змінюватися від 0 до 1, залежно від типу та кількості навантаження, підключеного до неї. Низький коефіцієнт ефективності свідчить про високий попит на реактивну потужність та погане використання наданої енергії. Високий коефіцієнт ефективності свідчить про низький попит на реактивну потужність та краще використання наданої енергії.
Чому важлива корекція коефіцієнта ефективності?
Корекція коефіцієнта ефективності — це процес покращення коефіцієнта ефективності системи за допомогою додавання або вилучення джерел реактивної потужності, таких як конденсаторні банки або синхронні конденсатори. Корекція коефіцієнта ефективності має ряд переваг как для постачальника, так і для споживача, таких як:
Зменшення втрат у лініях та покращення ефективності системи: Низький коефіцієнт ефективності означає високий потік струму в системі, що збільшує резистивні втрати (I2R) та зменшує рівень напруги на боку навантаження. Збільшуючи коефіцієнт ефективності, потік струму зменшується, а втрати мінімізуються, що призводить до вищого рівня напруги та кращої продуктивності системи.
Збільшення ємності та надійності системи: Низький коефіцієнт ефективності означає високий попит на видиму потужність від джерела, що обмежує кількість дійсної потужності, яку можна передати навантаженню. Збільшуючи коефіцієнт ефективності, попит на видиму потужність зменшується, і більше дійсної потужності можна надати навантаженню, що призводить до вищої ємності та надійності системи.
Зменшення оплати за електроенергію та штрафів: Багато постачальників електроенергії нараховують додаткові платежі або накладають штрафи на споживачів, які мають низький коефіцієнт ефективності, оскільки вони створюють більший навантаження на мережу передачі та розподілу та збільшують їх оперативні витрати. Збільшуючи коефіцієнт ефективності, ці платежі або штрафи можна уникнути або зменшити, що призводить до нижчих рахунків за електроенергію для споживачів.
Як працює конденсаторна банка?
Конденсаторна банка працює, надаючи або поглинаючи реактивну потужність з системи, залежно від її режиму з'єднання та розташування. Існує два основних типи конденсаторних банок: попарні конденсаторні банки та послідовні конденсаторні банки.
Попарні конденсаторні банки
Попарні конденсаторні банки підключаються паралельно до навантаження або в певних точках системи, таких як підстанції або підходи. Вони надають провідну реактивну потужність (позитивна Q) для компенсації або зменшення запізненої реактивної потужності (негативна Q), яка викликана індуктивними навантаженнями, такими як двигуни, трансформатори тощо. Це покращує коефіцієнт ефективності системи та зменшує втрати у лініях.
Попарні конденсаторні банки мають кілька переваг над іншими типами пристроїв компенсації реактивної потужності, таких як:
Вони відносно прості, дешеві та легкі у встановленні та обслуговуванні.
Вони можуть включатися або відключатися відповідно до зміни навантаження або вимог системи.
Вони можуть бути розділені на менші блоки або етапи, щоб забезпечити більшу гнучкість та точність контролю реактивної потужності.
Вони можуть покращити стабільність та якість напруги на боку навантаження, надаючи місцеву реактивну підтримку.
Однак, попарні конденсаторні банки також мають деякі недоліки або обмеження, такі як:
Вони можуть викликати проблеми з перенапругою або резонансом, якщо не будуть правильно спроектовані або координовані з іншими пристроями в системі.
Вони можуть вносити гармоніки або спотворення в систему, якщо не будуть правильно фільтровані або захищені.
Вони можуть бути неефективними для довгих ліній передачі або розподілених навантажень.
Послідовні конденсаторні банки
Послідовні конденсаторні банки підключаються послідовно до навантаження або лінії передачі, зменшуючи ефективну імпеданс кола. Вони надають запізнену реактивну потужність (негативна Q) для компенсації або зменшення провідної реактивної потужності (позитивна Q), яка викликана капацитивними навантаженнями, такими як довгі кабелі, лінії передачі тощо. Це покращує регулювання напруги та стабільність системи.
Послідовні конденсаторні банки мають деякі переваги над попарними конденсаторними банками, такі як:
Вони можуть збільшити здатність та ефективність довгих ліній передачі, зменшуючи втрати у лініях та спад напруги.
Вони можуть зменшити струм короткого замикання та рівень аварії в системі, збільшуючи імпеданс шляху аварії.
Вони можуть покращити перехідну відповідь
