Brugen af ​​kondensatorer til at kompensere for den reaktive effekt af husholdningsbelastninger

Blandt de mange faktorer, der påvirker effektiviteten af ​​strømforsyningssystemet (SES), er en af ​​de prioriterede pladser optaget af reaktiv effektkompensationsproblem (KRM). Men i distributionsnetværk for forsyningsbrugere, der for det meste indeholder enfaset, individuelt switchet belastning, er KRM-enheder stadig underudnyttede.

Det blev tidligere antaget, at PFC-problemet ikke eksisterede for dem på grund af de relativt korte strømforsyninger i byernes lavspændingsdistributionsnetværk, de små (kVA-enheder) tilsluttede strøm og spredningen af ​​belastningerne.

For eksempel er der i kapitel 5.2 [1] skrevet: «for boliger og offentlige bygninger ydes ingen reaktiv belastningskompensation.» Hvis vi tager i betragtning, at forbruget af elektricitet pr. 1 m2 i boligsektoren i det sidste årti er tredoblet, har den gennemsnitlige statistiske kapacitet for krafttransformatorer i bykommunale netværk nået 325 kVA, og anvendelsesområdet for transformerkraft har skiftet opad og er inden for 250 … 400 kVA [2], så er denne udtalelse tvivlsom.

Behandlingen af ​​belastningsgraferne lavet ved indgangen til en boligbygning viser: i løbet af dagen varierer den gennemsnitlige værdi af effektfaktoren (cosj) fra 0,88 til 0,97 og fase for fase fra 0,84 til 0,99. Følgelig varierer det samlede forbrug af reaktiv effekt (RM) fra 9 ... 14 kVAr og fase for fase fra 1 til 6 kVAr.

Figur 1 viser grafen for det daglige RM-forbrug ved indgangen til en boligbygning. Et andet eksempel: det registrerede daglige (10. juni 2007) forbrug af aktiv og reaktiv elektricitet i TP i bynettet i Sizran (STR-RA = 400 kVA, elforbrugere er for det meste enfasede) beløber sig til 1666,46 kWh og 740,17 kvarh (vægtet gennemsnitsværdi cosj = 0,91 — spredning fra 0,65 til 0,97) selv med den tilsvarende lave belastningsfaktor for transformeren — 32 % i spidsbelastningstimer og 11 % i minimale måletimer.

I betragtning af den høje densitet (kVA / km2) af forsyningsbelastningen fører den konstante tilstedeværelse af en reaktiv komponent i energistrømmene i SES til betydelige tab af elektricitet i distributionsnetværkene i store byer og behovet for at kompensere dem gennem yderligere generationskilder.

Kompleksiteten i at løse dette problem skyldes i høj grad det ujævne forbrug af RM i individuelle faser (fig. 1), hvilket gør det vanskeligt at bruge traditionelle til industrielle netværk KRM-installationer baseret på trefasede kondensatorbanker styret af en regulator installeret i en af faserne af det kompenserede netværk.

Erfaringerne fra vores udenlandske kolleger er af interesse for at øge energireserven i byvarmeværker. Især udviklingen i eldistributionsselskabet Edenor S.A.A. (Peru) (det er en del af Endesa-gruppen (Spanien), som er specialiseret i produktion, transmission og distribution af elektricitet i en række sydamerikanske lande), ifølge KRM i lavspændingsdistributionsnetværk på minimumsafstand fra forbrugerne [3]. På bestilling fra Edeinor S.A.A. lancerede en af ​​de største producenter af lavspændings-cosinuskondensatorer-EPCOS AG en serie enfasede kondensatorer HomeCap [4], velegnet til små forsyningsbelastninger.

HomeCap-kondensatorernes nominelle kapacitet (fig. 2) varierer fra 5 til 33 μF, hvilket gør det muligt at kompensere den induktive komponent af PM'en fra 0,25 til 1,66 kVAr (ved en netspænding på 50 Hz i området 127). 380 V).

Den forstærkede polypropylenfilm bruges som et dielektrikum, elektroderne er fremstillet ved at sprøjte metal — MKR-teknologi (Metallised Polypropylene Kunststoff). Sektionens vikling er standard rund, det indre volumen er fyldt med en ikke-giftig polyurethanforbindelse. Som alle cosinuskondensatorer fra EPCOS AG har HomeCap-kondensatorerne egenskaben til at «selvhelbredende» i tilfælde af lokal ødelæggelse af pladerne.

Kondensatorernes cylindriske aluminiumshus er isoleret med et varmekrympeligt polyvinylrør (fig. 2), og terminalerne på de dobbelte elektrodeblade er dækket med en dielektrisk plasthætte (beskyttelsesgrad IP53), hvilket garanterer fuldstændig sikkerhed under drift i hjemmemiljø bekræftet af det relevante certifikat af standard UL 810 (US sikkerhedslaboratorier).

Den indbyggede enhed, som aktiveres, når overtrykket inde i kappen overskrides, lukker automatisk ned for kondensatoren i tilfælde af overophedning eller lavinekollaps af sektionen. HomeCap-kondensatorernes diameter er 42,5 ± 1 mm, og højden, afhængig af værdien af ​​den nominelle kapacitet, er 70 ... 125 mm. Vertikal forlængelse af kondensatorhuset, i tilfælde af beskyttelse mod internt for højt tryk, ikke mere end 13 mm.

Kondensatoren er forbundet med et to-leder fleksibelt kabel med et tværsnit på 1,5 mm2 og en længde på 300 eller 500 mm [4]. Tilladt opvarmning af kabelisolering — 105 ° C.

Driften af ​​HomeCap kondensatorer er mulig indendørs ved en omgivelsestemperatur på -25 … + 55 ° C. Afvigelse af den nominelle kapacitet: -5 / + 10%. Aktive effekttab overstiger ikke 5 watt pr. Garanteret levetid på op til 100.000 timer.

Fastgørelse af HomeCap-kondensatorerne til monteringsfladen sker med en klemme eller bolt (M8x10) forbundet til bunden.

I fig. 3. viser installationen af ​​HomeCap-kondensatoren i måleboksen. Kondensatoren (i nederste højre hjørne) er forbundet til terminalerne på elmåleren

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

Ifølge Edenor SAA [3] øgede installationen af ​​HomeCap-kondensatorer med en samlet kapacitet på 37.000 kvar i 114.000 husstande i Infantas-distriktet i det nordlige Lima distributionsnettets vægtede gennemsnitlige effektfaktor fra 0,84 til 0,93, hvilket sparer cirka 280 kWh pr. år .for hver tilsluttet kVAr RM eller i alt ca. 19.300 MWh om året. Hertil kommer, under hensyntagen til de kvalitative ændringer i arten af ​​husholdningsbelastningen (omskiftning af strømforsyningen til elektriske apparater, aktive forkoblinger af energibesparende lamper), forvrængning af netspændingens sinusoidalitet, samtidig med hjælp fra HomeCap kondensatorer var det muligt at reducere niveauet af harmoniske komponenter — THDU i gennemsnit med 1%.

I modsætning til byområder er behovet for RPC til lavspændingsdistributionsnet i landdistrikter aldrig blevet stillet spørgsmålstegn ved [5] på grund af det aktive energiforbrug til RM-transmission over en udvidet åben (trælignende) højspændingsledning (OHL ) med spændingen på 6 (10) kV er den højeste [6]. Samtidig forklares det utilstrækkelige forhold mellem KRM-midler og den tilsluttede kapacitet af elektriske modtagere af rent økonomiske årsager. Derfor er spørgsmålet om at vælge den billigste version af KRM en prioritet for SPP for landdistriktsforsyning og husholdningsbrug og små (op til 140 kW) industrielle brugere.

En af de tekniske vanskeligheder i den praktiske gennemførelse af anbefalingen om 80% af RPC direkte i landdistrikternes lavspændingsnetværk [5] er manglen på kondensatorer, der er egnede til installation af luftledninger.Ifølge beregningerne er gennemsnitsværdien af ​​den resterende (ikke tillader overkompensation) RM under transmission over HV 0,4 kV med en aktiv effekt på 50 kW for en blandet, med en overvægt (mere end 40%) af forsyningsbelastningen 8 kvar Derfor bør den optimale nominelle RM for sådanne kondensatorer være inden for et par tiere af kvar.

Overvej KRM-systemet, der bruges på luftledningerne i lavspændingsnetværk i Jaipur (Rajasthan, Indien) af elselskabet Jaipur Vidyut Vitran Nigam Ltd baseret på PoleCap®-seriens kondensatorer (fig. 4) fremstillet af EPCOS AG [7]. Overvågningen af ​​SPP, der indeholder omkring 1000 MVA med en installeret kapacitet på 4600 transformere 11 / 0,433 kV med en enkelt effekt på 25-500 kVA, viste: transformatorernes sommerbelastning var 506 MVA (430 MW), vinteren — 353 MVA (300 MW); vægtet gennemsnitlig cosj - 0,85; samlede tab (2005) — 17 % af mængden af ​​elforsyning.

I løbet af KRM-pilotprojektet blev der installeret 13375 PoleCap-kondensatorer i forbindelsesknuderne til lavspændingstransformatorer direkte på understøtningerne af 0,4 kV luftledninger med en samlet RM på 70 MVAr. Inklusive: 13000 5 kvar kondensatorer; 250 — 10 kvar; 125 — 20 kvm. Som følge heraf stiger værdien af ​​cosj til 0,95, og tab falder til 13% [7].

Disse kondensatorer (fig. 4 og fig. 5) er en modifikation af en velafprøvet type metal-film-kondensatorer fremstillet i henhold til MKR/MKK (Metalized Kunststoff Kompakt) teknologien [8] - øger samtidig arealet og øger det elektriske styrke af lagets kontaktmetallisering af elektroderne, på grund af en kombination af fladt og bølget snit af filmens kanter, lagt med en lille forskydning af bøjningerne, karakteristisk for MKR-teknologien.Derudover omfatter PoleCap-serien en række trefasede kondensatorer PM 0,5 ... 5 kVAr, fremstillet efter den traditionelle MKR-teknologi [8].

Forbedringer af det grundlæggende design af serie MCC kondensatorer gjorde det muligt direkte (uden et ekstra kabinet) at installere PoleCap kondensatorer udendørs, i fugtige eller støvede rum. Kondensatorhuset er lavet af 99,5% aluminium og er fyldt med en inert gas.

Figur 5 viser:

• modstandsdygtigt plastdæksel (punkt 1);

• hermetisk forseglet, omgivet af en plastring (pos. 5) og fyldt med epoxyforbindelse (pos. 7), giver klemrækkeversionen (pos. 8) beskyttelsesgraden IP54.

Forbindelsen (fig. 5) er lavet ved at tætne en kabeltætning (position 2) fra tre enkeltleder 2-meter kabler (position 3) og et keramisk modul af afladningsmodstande (position 6) ved at krympe og lodde kontaktforbindelserne.

For nemheds skyld visuel kontrol overtryksbeskyttelse udløses, vises et lysende rødt bånd på den forlængede del af kondensatorhuset (position 4).

Den maksimalt tilladte forskel i omgivende temperatur er -40 ... + 55 ° C [8].

Det skal bemærkes, at da KRM-kondensatorerne skal beskyttes mod kortslutningsstrømme (PUE Ch.5), synes det tilrådeligt at bygge sikringer inde i huset til HomeCap- og PoleCap-kondensatorerne, som udløses af sektionssammenbrud.

KRMs erfaring med forsyningsnetværk i udviklingslande med et højt niveau af nettab viser, at selv simple tekniske løsninger — brugen af ​​uregulerede batterier af specielle typer cosinuskondensatorer — kan være økonomisk meget effektive.

Artiklens forfatter: A.Shishkin

Litteratur

1. Instruktioner for design af bynetværk RD 34.20.185-94. Godkendt af: Ministeriet for brændstoffer og energi i Den Russiske Føderation den 07.07.94, RAO «UES of Russia» den 31.05.94.Trådte i kraft den 01.01.95.

2. Ovchinnikov A. Tab af elektricitet i distributionsnetværk 0,4 ... 6 (10) kV // Nyheder om elektroteknik. 2003. nr. 1 (19).

3. Korrektion af effektfaktoren i de elektriske netværk i Peru // EPCOS COMPONENTS #1. 2006

4. HomeCap kondensatorer til effektfaktorkorrektion.

5. Retningslinjer for valg af midler til spændingsregulering og reaktiv effektkompensation ved konstruktion af landbrugsudstyr og elektriske netværk til landbrugsformål. M.: Selenergoproekt. 1978

6. Shishkin S.A. Reaktiv effekt af forbrugere og nettab af elektricitet // Energibesparelse nr. 4. 2004.

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

8. PoleCap PFC kondensatorer til eksterne lavspændings PFC applikationer. Udgivet af EPCOS AG. 03/2005. Ordre nummer. EPC: 26015-7600.