Användningen av kondensatorer för att kompensera för den reaktiva effekten av hushållsbelastningar

Bland de många faktorerna som påverkar effektiviteten hos strömförsörjningssystemet (SES) upptas en av de prioriterade platserna av problem med reaktiv effektkompensation (KRM). I distributionsnätverk för allmännyttiga användare som huvudsakligen innehåller enfas, individuellt kopplad last, är KRM-enheter fortfarande underutnyttjade.

Man trodde tidigare att PFC-problemet inte existerade för dem på grund av de relativt korta matarna av stadslågspänningsdistributionsnät, de små (kVA-enheterna) anslutna kraften och spridningen av lasterna.

Till exempel, i kapitel 5.2 [1] står det skrivet: «för bostadshus och offentliga byggnader ges ingen reaktiv belastningskompensation.» Om vi ​​tar hänsyn till att under det senaste decenniet har förbrukningen av el per 1 m2 i bostadssektorn tredubblats, har den genomsnittliga statistiska kapaciteten för krafttransformatorer i stadskommunala nätverk nått 325 kVA, och användningsområdet för transformatorkraft har skiftat uppåt och ligger inom 250 … 400 kVA [2], så är detta uttalande tveksamt.

Bearbetningen av belastningsdiagrammen som görs vid ingången till ett bostadshus visar: under dagen varierar medelvärdet för effektfaktorn (cosj) från 0,88 till 0,97 och fas för fas från 0,84 till 0,99. Följaktligen varierar den totala förbrukningen av reaktiv effekt (RM) från 9 ... 14 kVAr och fas för fas från 1 till 6 kVAr.

Figur 1 visar grafen för daglig RM-förbrukning vid ingången till ett bostadshus. Ett annat exempel: den registrerade dagliga (10 juni 2007) förbrukningen av aktiv och reaktiv el i TP för stadsnätet i Sizran (STR-RA = 400 kVA, elanvändare är mestadels enfas) uppgår till 1666,46 kWh och 740,17 kvarh (vägt medelvärde cosj = 0,91 — spridning från 0,65 till 0,97) även med transformatorns motsvarande låga lastfaktor — 32 % under rusningstid och 11 % under minsta mättimmar.

Med tanke på den höga densiteten (kVA / km2) av allmännyttan leder den konstanta närvaron av en reaktiv komponent i energiflödena i SES till betydande förluster av el i distributionsnäten i stora städer och behovet av att kompensera dem genom ytterligare generationskällor.

Komplexiteten i att lösa detta problem beror till stor del på den ojämna förbrukningen av RM i enskilda faser (Fig. 1), vilket gör det svårt att använda traditionella för industriella nätverk KRM-installationer baserade på trefaskondensatorbanker styrda av en regulator installerad i ett av faserna i det kompenserade nätet.

Erfarenheterna från våra utländska kollegor är av intresse för att öka kraftreserven i urbana termiska kraftverk. I synnerhet utvecklingen av eldistributionsföretaget Edenor S.A.A. (Peru) (det är en del av Endesa-gruppen (Spanien), som är specialiserad på produktion, överföring och distribution av el i ett antal sydamerikanska länder), enligt KRM i lågspänningsdistributionsnät på ett minimum avstånd från konsumenterna [3]. På beställning från Edeinor S.A.A., lanserade en av de största tillverkarna av lågspännings-cosinuskondensatorer-EPCOS AG en serie enfaskondensatorer HomeCap [4], lämpliga för små elbelastningar.

HomeCap-kondensatorernas nominella kapacitet (fig. 2) varierar från 5 till 33 μF, vilket gör det möjligt att kompensera den induktiva komponenten i PM:n från 0,25 till 1,66 kVAr (vid en nätspänning på 50 Hz i intervallet 127). ... 380 V).

Den förstärkta polypropenfilmen används som ett dielektrikum, elektroderna är gjorda genom sprutning av metall — MKR-teknik (Metallised Polypropylene Kunststoff). Sektionens lindning är standardrund, den inre volymen är fylld med en giftfri polyuretanförening. Som alla cosinuskondensatorer från EPCOS AG har HomeCap-kondensatorerna egenskapen att "självläkande" i händelse av lokal förstörelse av plattorna.

Det cylindriska aluminiumhöljet på kondensatorerna är isolerat med ett värmekrympbart polyvinylrör (fig. 2), och terminalerna på de dubbla elektrodbladen är täckta med en dielektrisk plastkåpa (skyddsgrad IP53), vilket garanterar fullständig säkerhet under drift i hemmiljö bekräftad av det relevanta certifikatet enligt standarden UL 810 (US säkerhetslaboratorier).

Den inbyggda enheten, som aktiveras när övertrycket inuti manteln överskrids, stänger automatiskt av kondensorn vid överhettning eller lavinkollaps av sektionen. HomeCap-kondensatorernas diameter är 42,5 ± 1 mm, och höjden, beroende på värdet på den nominella kapaciteten, är 70 ... 125 mm. Vertikal förlängning av kondensorhuset, vid skydd mot inre övertryck, högst 13 mm.

Kondensatorn ansluts med en tvåledad flexibel kabel med ett tvärsnitt på 1,5 mm2 och en längd på 300 eller 500 mm [4]. Tillåten uppvärmning av kabelisolering — 105 ° C.

Driften av HomeCap kondensatorer är möjlig inomhus vid en omgivningstemperatur på -25 … + 55 ° C. Avvikelse för den nominella kapaciteten: -5 / + 10%. Aktiva effektförluster överstiger inte 5 watt per kvar. Garanterad livslängd på upp till 100 000 timmar.

Fastsättning av HomeCap-kondensatorerna på monteringsytan görs med en klämma eller bult (M8x10) ansluten till botten.

I fig. 3. visar installationen av HomeCap-kondensorn i mätboxen. Kondensatorn (i det nedre högra hörnet) är ansluten till elmätarens terminaler

HomeCap-kondensatorer är tillverkade i full överensstämmelse med kraven i IEC 60831-1 / 2 [4].

Enligt Edenor SAA [3] ökade installationen av HomeCap-kondensatorer med en total kapacitet på 37 000 kvar i 114 000 hushåll i Infantas-distriktet i norra Lima den viktade genomsnittliga effektfaktorn för distributionsnätet från 0,84 till 0,93, vilket sparade cirka 280 kWh per år .för varje ansluten kVAr RM eller totalt ca 19 300 MWh per år. Dessutom, med hänsyn till de kvalitativa förändringarna i hushållsbelastningens natur (byte av strömförsörjningen till elektriska apparater, aktiva förkopplingsdon för energisparlampor), förvrängning av nätspänningens sinusformning, samtidigt med hjälp av HomeCap-kondensatorer var det möjligt att minska nivån av harmoniska komponenter — THDU i genomsnitt med 1%.

I motsats till urbana har behovet av RPC för lantliga lågspänningsdistributionsnät aldrig ifrågasatts [5] på grund av den aktiva energiförbrukningen för RM-överföring över en förlängd öppen (trädliknande) högspänningsledning (OHL ) med spänningen på 6 (10) kV är den högsta [6]. Samtidigt förklaras det otillräckliga förhållandet mellan KRM-medel och den anslutna kapaciteten hos elektriska mottagare av rent ekonomiska skäl. Därför är frågan om att välja den billigaste versionen av KRM en prioritet för SPP för lantbruk och hushåll och små (upp till 140 kW) industriella användare.

En av de tekniska svårigheterna i det praktiska genomförandet av rekommendationen om 80 % av RPC direkt i lågspänningsnäten på landsbygden [5] är bristen på kondensatorer lämpliga för installation av luftledningar.Enligt beräkningarna är medelvärdet av resterande (som inte tillåter överkompensation) RM under överföring över HV 0,4 kV med en aktiv effekt på 50 kW för en blandad, med en övervikt (mer än 40 %) av nyttobelastningen 8 kvar Därför bör den optimala nominella RM för sådana kondensatorer ligga inom några tiotals kvar.

Tänk på KRM-systemet som används på luftledningarna i lågspänningsnätverk i Jaipur (Rajasthan, Indien) av kraftbolaget Jaipur Vidyut Vitran Nigam Ltd baserat på PoleCap®-seriens kondensatorer (Fig. 4) tillverkade av EPCOS AG [7] . Övervakningen av SPP, innehållande cirka 1000 MVA med en installerad kapacitet på 4600 transformatorer 11 / 0,433 kV med en enkel effekt på 25-500 kVA, visade: transformatorernas sommarbelastning var 506 MVA (430 MW), vintern — 353 MVA (300 MW); vägt medelvärde cosj — 0,85; totala förluster (2005) — 17 % av volymen elförsörjning.

Under KRM-pilotprojektet installerades 13375 PoleCap-kondensatorer i anslutningsnoderna till lågspänningstransformatorer, direkt på stöden av 0,4 kV luftledningar, med en total RM på 70 MVAr. Inklusive: 13000 5 kvar kondensatorer; 250 — 10 kvar; 125 — 20 kvm. Som ett resultat ökar värdet av cosj till 0,95 och förlusterna minskar till 13 % [7].

Dessa kondensatorer (fig. 4 och fig. 5) är en modifiering av en väl beprövad typ av metall-filmkondensatorer tillverkade enligt MKR/MKK (Metalized Kunststoff Kompakt) teknologi [8] - ökar samtidigt arean och ökar den elektriska styrkan hos skiktets kontaktmetallisering av elektroderna, på grund av en kombination av platt och vågigt snitt av filmens kanter, lagd med en liten förskjutning av böjarna, karakteristiskt för MKR-tekniken.Dessutom innehåller PoleCap-serien ett antal trefaskondensatorer PM 0,5 ... 5 kVAr, tillverkade enligt den traditionella MKR-tekniken [8].

Förbättringar av den grundläggande designen av serie MCC kondensatorer gjorde det möjligt att direkt (utan ett extra fodral) installera PoleCap kondensatorer utomhus, i fuktiga eller dammiga rum. Kondensorkroppen är gjord av 99,5 % aluminium och är fylld med en inert gas.

Figur 5 visar:

• resistent plastkåpa (artikel 1);

• hermetiskt tillsluten, omgiven av en plastring (pos. 5) och fylld med epoxiblandning (pos. 7), ger plintversionen (pos. 8) skyddsgrad IP54.

Anslutningen (Fig. 5) görs genom att täta en kabeltätning (position 2) från tre enkärna 2-meters kablar (position 3) och en keramisk modul av urladdningsmotstånd (position 6) genom att krympa och löda kontaktanslutningarna.

För bekvämligheten visuell kontroll övertrycksskydd utlöses, ett ljusrött band visas på den förlängda delen av kondensorhuset (position 4).

Den maximalt tillåtna skillnaden i omgivningstemperatur är -40 ... + 55 ° C [8].

Det bör noteras att eftersom KRM-kondensatorerna måste skyddas mot kortslutningsströmmar (PUE kap.5), verkar det vara tillrådligt att bygga säkringar inuti huset till HomeCap- och PoleCap-kondensatorerna som utlöses av sektionsfördelningen.

KRM:s erfarenhet av elnät i utvecklingsländer med hög nivå av nätförluster visar att även enkla tekniska lösningar — användning av oreglerade batterier av speciella typer av cosinuskondensatorer — kan vara ekonomiskt mycket effektiva.

Författare till artikeln: A.Shishkin

Litteratur

1. Instruktioner för utformning av urbana elektriska nät RD 34.20.185-94. Godkänd av: Ryska federationens ministerium för bränsle och energi den 07.07.94, RAO «UES of Russia» den 05.31.94 Träde i kraft den 01.01.95.

2. Ovchinnikov A. Elförluster i distributionsnät 0,4 ... 6 (10) kV // Nyheter om elektroteknik. 2003. Nr 1 (19).

3. Korrigering av effektfaktorn i de elektriska nätverken i Peru // EPCOS COMPONENTS #1. 2006

4. HomeCap-kondensatorer för effektfaktorkorrigering.

5. Riktlinjer för val av medel för spänningsreglering och reaktiv effektkompensation vid konstruktion av jordbruksutrustning och elnät för jordbruksändamål. M.: Selenergoproekt. 1978

6. Shishkin S.A. Reaktiv effekt hos konsumenter och nätförluster av el // Energibesparing nr 4. 2004.

7. Jungwirth P. Effektfaktorkorrigering på plats // EPCOS COMPONENTS No. 4. 2005

8. PoleCap PFC-kondensatorer för externa lågspännings-PFC-applikationer. Utgiven av EPCOS AG. 03/2005. Beställningsnr. EPC: 26015-7600.