Bruken av kondensatorer for å kompensere for den reaktive kraften til husholdningsbelastninger

Blant de mange faktorene som påvirker effektiviteten til strømforsyningssystemet (SES), er en av de prioriterte plassene okkupert av reaktiv effektkompensasjonsproblem (KRM). Imidlertid er KRM-enheter fortsatt underutnyttet i distribusjonsnettverk for verktøy som hovedsakelig inneholder enfaset, individuelt svitsjet belastning.

Det ble tidligere antatt at på grunn av de relativt korte materne til urbane lavspentdistribusjonsnettverk, de små (kVA-enhetene) tilkoblede kraftene og spredningen av lastene, eksisterte ikke PFC-problemet for dem.

For eksempel er det i kapittel 5.2 [1] skrevet: «for bolig- og offentlige bygg gis det ingen reaktiv lastkompensasjon.» Hvis vi tar i betraktning at det siste tiåret har forbruket av elektrisitet per 1 m2 av boligsektoren tredoblet seg, har den gjennomsnittlige statistiske kapasiteten til krafttransformatorer i urbane kommunale nettverk nådd 325 kVA, og bruksområdet for transformatorkraft har forskjøvet seg oppover og er innenfor 250 … 400 kVA [2], så er denne uttalelsen tvilsom.

Behandlingen av belastningsgrafene laget ved inngangen til et bolighus viser: i løpet av dagen varierer gjennomsnittsverdien av effektfaktoren (cosj) fra 0,88 til 0,97, og fase for fase fra 0,84 til 0,99. Følgelig varierer det totale forbruket av reaktiv effekt (RM) fra 9 ... 14 kVAr, og fase for fase fra 1 til 6 kVAr.

Figur 1 viser grafen for daglig RM-forbruk ved inngangen til et bolighus. Et annet eksempel: det registrerte daglige (10. juni 2007) forbruket av aktiv og reaktiv elektrisitet i TP av bynettet i Sizran (STR-RA = 400 kVA, strømforbrukere er stort sett enfasede) utgjør 1666,46 kWh og 740,17 kvarh (vektet gjennomsnittsverdi cosj = 0,91 — spredning fra 0,65 til 0,97) selv med den tilsvarende lave belastningsfaktoren til transformatoren — 32 % i rushtiden og 11 % i løpet av minimum måletimer.

Gitt den høye tettheten (kVA / km2) til nyttelasten, fører den konstante tilstedeværelsen av en reaktiv komponent i energistrømmene til SES til betydelige tap av elektrisitet i distribusjonsnettverkene til store byer og behovet for å kompensere dem. gjennom ytterligere generasjonskilder.

Kompleksiteten ved å løse dette problemet skyldes i stor grad ujevnt forbruk av RM i individuelle faser (fig. 1), som gjør det vanskelig å bruke tradisjonelle for industrielle nettverk KRM-installasjoner basert på trefase kondensatorbanker styrt av en regulator installert i ett. av fasene i det kompenserte nettverket.

Erfaringene til våre utenlandske kolleger er av interesse for å øke kraftreserven til urbane termiske kraftstasjoner. Spesielt utviklingen av elektrisitetsdistribusjonsselskapet Edenor S.A.A. (Peru) (det er en del av Endesa-gruppen (Spania), som spesialiserer seg på produksjon, overføring og distribusjon av elektrisitet i en rekke søramerikanske land), ifølge KRM i lavspentdistribusjonsnettverk på minimumsavstand fra forbrukere [3]. På bestilling fra Edenor S.A.A., lanserte en av de største produsentene av lavspente cosinuskondensatorer-EPCOS AG en serie enfasekondensatorer HomeCap [4], egnet for små bruksbelastninger.

Den nominelle kapasiteten til HomeCap-kondensatorene (fig. 2) varierer fra 5 til 33 μF, noe som gjør det mulig å kompensere den induktive komponenten til PM fra 0,25 til 1,66 kVAr (ved en nettspenning på 50 Hz i området 127). ... 380 V).

Den forsterkede polypropylenfilmen brukes som et dielektrikum, elektrodene er laget ved å sprøyte metall — MKR-teknologi (Metallised Polypropylene Kunststoff). Viklingen av seksjonen er standard rund, det indre volumet er fylt med en ikke-giftig polyuretanforbindelse. Som alle cosinuskondensatorer fra EPCOS AG, har HomeCap-kondensatorene egenskapen å «selvhelbredende» i tilfelle lokal ødeleggelse av platene.

Det sylindriske aluminiumshuset til kondensatorene er isolert med et varmekrympbart polyvinylrør (fig. 2), og terminalene på de doble elektrodebladene er dekket med en dielektrisk plasthette (beskyttelsesgrad IP53), og garanterer dermed full sikkerhet under drift i hjemmemiljø bekreftet av det relevante sertifikatet av standard UL 810 (US sikkerhetslaboratorier).

Den innebygde enheten, som aktiveres når overtrykket inne i kappen overskrides, slår automatisk av kondensatoren i tilfelle overoppheting eller skredkollaps av seksjonen. Diameteren på HomeCap-kondensatorene er 42,5 ± 1 mm, og høyden, avhengig av verdien av den nominelle kapasiteten, er 70 ... 125 mm. Vertikal forlengelse av kondensatorhuset, ved beskyttelse mot innvendig overtrykk, ikke mer enn 13 mm.

Kondensatoren er koblet til med en to-leder fleksibel kabel med et tverrsnitt på 1,5 mm2 og en lengde på 300 eller 500 mm [4]. Tillatt oppvarming av kabelisolasjon - 105 ° C.

Driften av HomeCap-kondensatorer er mulig innendørs ved en omgivelsestemperatur på -25 … + 55 ° C. Avvik fra den nominelle kapasiteten: -5 / + 10 %. Aktive effekttap overstiger ikke 5 watt pr kvar. Garantert levetid på opptil 100 000 timer.

Festing av HomeCap-kondensatorene til monteringsflaten gjøres med en klemme eller bolt (M8x10) koblet til bunnen.

I fig. 3. viser installasjonen av HomeCap-kondensatoren i måleboksen. Kondensatoren (i nedre høyre hjørne) er koblet til terminalene på strømmåleren

HomeCap-kondensatorer er produsert i full overensstemmelse med kravene i IEC 60831-1 / 2 [4].

I følge Edenor SAA, [3] økte installasjonen av HomeCap-kondensatorer med en total kapasitet på 37 000 kvar i 114 000 husstander i Infantas-distriktet nord i Lima den vektede gjennomsnittlige effektfaktoren til distribusjonsnettverket fra 0,84 til 0,93, og sparte ca. 280 kWh pr. år .for hver tilkoblet kVAr RM eller totalt ca. 19 300 MWh per år. I tillegg, tatt i betraktning de kvalitative endringene i husholdningsbelastningens natur (bytte av strømforsyningen til elektriske apparater, aktive forkoblinger av energisparende lamper), forvrengning av sinusformen til nettspenningen, samtidig med ved hjelp av HomeCap-kondensatorer var det mulig å redusere nivået av harmoniske komponenter - THDU i gjennomsnitt med 1%.

I motsetning til urbane, har behovet for RPC for landlige lavspentdistribusjonsnett aldri blitt stilt spørsmål ved [5] på grunn av det aktive energiforbruket for RM-overføring over en utvidet åpen (trelignende) høyspentlinje (OHL ) med spenningen på 6 (10) kV er høyest [6]. Samtidig er det utilstrekkelige forholdet mellom KRM-midler og den tilkoblede kapasiteten til elektriske mottakere forklart av rent økonomiske årsaker. Derfor, for SPP for landlige verktøy og husholdninger og små (opptil 140 kW) industrielle brukere, er spørsmålet om å velge den billigste versjonen av KRM en prioritet.

En av de tekniske vanskelighetene i den praktiske implementeringen av anbefalingen om 80% av RPC direkte i landlige lavspentnettverk [5] er mangelen på kondensatorer egnet for installasjon av luftledninger.I følge beregningene er gjennomsnittsverdien av den resterende (ikke tillater overkompensasjon) RM under overføring over HV 0,4 kV med en aktiv effekt på 50 kW for en blandet, med en overvekt (mer enn 40%) av nyttelasten 8 kvar , derfor bør den optimale nominelle RM for slike kondensatorer være innenfor noen få titalls kvar.

Tenk på KRM-systemet som brukes på luftledningene til lavspentnettverk i Jaipur (Rajasthan, India) av kraftselskapet Jaipur Vidyut Vitran Nigam Ltd basert på PoleCap®-seriens kondensatorer (fig. 4) produsert av EPCOS AG [7] . Overvåkingen av SPP, som inneholder omtrent 1000 MVA med en installert kapasitet på 4600 transformatorer 11 / 0,433 kV med en enkelt effekt på 25-500 kVA, viste: sommerbelastningen til transformatorene var 506 MVA (430 MW), vinteren — 353 MVA (300 MW); vektet gjennomsnittlig cosj - 0,85; totale tap (2005) — 17 % av volumet av elektrisitetsforsyningen.

I løpet av KRM-pilotprosjektet ble 13375 PoleCap-kondensatorer installert i koblingsnodene til lavspenttransformatorer, direkte på støttene til 0,4 kV luftledninger, med en total RM på 70 MVAr. Inkludert: 13000 5 kvar kondensatorer; 250 — 10 kvar; 125 — 20 kvm. Som et resultat øker verdien av cosj til 0,95, og tapene reduseres til 13 % [7].

Disse kondensatorene (fig. 4 og fig. 5) er en modifikasjon av en velprøvd type metall-filmkondensatorer laget i henhold til MKR / MKK (Metalized Kunststoff Kompakt) teknologien [8] - øker samtidig arealet og øker det elektriske styrken av lagets kontaktmetallisering av elektrodene, på grunn av en kombinasjon av flatt og bølget kutt av kantene på filmen, lagt med en liten forskyvning av bøyningene, karakteristisk for MKR-teknologien.I tillegg inkluderer PoleCap-serien en rekke trefasekondensatorer PM 0,5 ... 5 kVAr, laget i henhold til den tradisjonelle MKR-teknologien [8].

Forbedringer av den grunnleggende designen til serie MCC-kondensatorer gjorde det mulig å installere PoleCap-kondensatorer direkte (uten ekstra boks) utendørs, i fuktige eller støvete rom. Kondensatorhuset er laget av 99,5 % aluminium og er fylt med en inert gass.

Figur 5 viser:

• motstandsdyktig plastdeksel (element 1);

• hermetisk forseglet, omgitt av en plastring (pos. 5) og fylt med epoksyforbindelse (pos. 7), gir rekkeklemmeversjonen (pos. 8) beskyttelsesgrad IP54.

Tilkoblingen (fig. 5) gjøres ved å forsegle en kabeltetning (posisjon 2) fra tre enkjernede 2-meters kabler (posisjon 3) og en keramisk modul av utladningsmotstander (posisjon 6) ved å krympe og lodde kontaktforbindelsene.

For enkelhets skyld visuell kontroll overtrykksbeskyttelse utløses, vises et knallrødt bånd på den forlengede delen av kondensatorhuset (posisjon 4).

Maksimal tillatt forskjell i omgivelsestemperatur er -40 ... + 55 ° C [8].

Det skal bemerkes at siden KRM-kondensatorene må beskyttes mot kortslutningsstrømmer (PUE Ch.5), virker det tilrådelig å bygge sikringer inne i huset til HomeCap- og PoleCap-kondensatorene som utløses av seksjonssammenbrudd.

KRMs erfaring med forsyningsnettverk i utviklingsland med høyt nivå av nettverkstap viser at selv enkle tekniske løsninger — bruk av uregulerte batterier av spesielle typer cosinuskondensatorer — kan være økonomisk svært effektive.

Forfatter av artikkelen: A.Shishkin

Litteratur

1. Instruks for utforming av urbane elektriske nettverk RD 34.20.185-94. Godkjent av: Ministry of Fuels and Energy of the Russian Federation 07.07.94, RAO «UES of Russia» 05.31.94 Trådte i kraft 01.01.95.

2. Ovchinnikov A. Tap av elektrisitet i distribusjonsnettverk 0,4 ... 6 (10) kV // Nyheter om elektroteknikk. 2003. nr. 1 (19).

3. Korrigering av effektfaktoren i de elektriske nettverkene i Peru // EPCOS COMPONENTS #1. 2006

4. HomeCap-kondensatorer for effektfaktorkorrigering.

5. Retningslinjer for valg av midler for spenningsregulering og reaktiv effektkompensasjon ved utforming av landbruksutstyr og elektriske nett for landbruksformål. M.: Selenergoproekt. 1978

6. Shishkin S.A. Reaktiv effekt av forbrukere og nettap av elektrisitet // Energisparing nr. 4. 2004.

7. Jungwirth P. On-site effektfaktorkorreksjon // EPCOS COMPONENTS No. 4. 2005

8. PoleCap PFC-kondensatorer for eksterne lavspennings-PFC-applikasjoner. Utgitt av EPCOS AG. 03/2005. Best.nr. EPC: 26015-7600.