Uporaba kondenzatorjev za kompenzacijo reaktivne moči gospodinjskih obremenitev

Med številnimi dejavniki, ki vplivajo na učinkovitost napajalnega sistema (SES), je eno od prednostnih mest zasedajo problem kompenzacije jalove moči (KRM). Vendar pa so v distribucijskih omrežjih komunalnih uporabnikov, ki vsebujejo večinoma enofazno, individualno preklopljeno breme, naprave KRM še vedno premalo izkoriščene.

Prej je veljalo, da zaradi razmeroma kratkih napajalnih vodov mestnih nizkonapetostnih distribucijskih omrežij, majhne (kVA enote) priključne moči in razpršenosti obremenitev zanje problem PFC ne obstaja.

Na primer, v poglavju 5.2 [1] je zapisano: "za stanovanjske in javne zgradbe ni predvidena kompenzacija jalove obremenitve." Če upoštevamo, da se je v zadnjem desetletju poraba električne energije na 1 m2 stanovanjskega sektorja potrojila, je povprečna statistična zmogljivost energetskih transformatorjev mestnih komunalnih omrežij dosegla 325 kVA, območje uporabe transformatorske moči premaknila navzgor in je znotraj 250 … 400 kVA [2], potem je ta izjava vprašljiva.

Obdelava grafov obremenitev, izdelanih na vhodu stanovanjske stavbe, pokaže: čez dan se povprečna vrednost faktorja moči (cosj) giblje od 0,88 do 0,97, fazno pa od 0,84 do 0,99. V skladu s tem se skupna poraba reaktivne moči (RM) giblje od 9 ... 14 kVAr, fazno pa od 1 do 6 kVAr.

Slika 1 prikazuje graf dnevne porabe surovin na vhodu stanovanjskega objekta. Drug primer: registrirana dnevna (10. junij 2007) poraba delovne in jalove električne energije v TP mestnega omrežja Sizran (STR-RA = 400 kVA, porabniki električne energije so večinoma enofazni) znaša 1666,46 kWh in 740,17 kvarh (utežena povprečna vrednost cosj = 0,91 — disperzija od 0,65 do 0,97) tudi pri ustrezno nizkem faktorju obremenitve transformatorja — 32 % v konicah in 11 % v minimalnih urah meritev.

Tako glede na visoko gostoto (kVA / km2) komunalne obremenitve stalna prisotnost reaktivne komponente v energetskih tokovih SES vodi do znatnih izgub električne energije v distribucijskih omrežjih velikih mest in potrebe po njihovi kompenzaciji preko dodatnih virov proizvodnje.

Kompleksnost reševanja tega problema je v veliki meri posledica neenakomerne porabe RM v posameznih fazah (slika 1), kar otežuje uporabo tradicionalnih naprav KRM za industrijska omrežja, ki temeljijo na trifaznih kondenzatorskih bankah, ki jih krmili regulator, nameščen v enem faz kompenziranega omrežja.

Zanimive so izkušnje naših tujih kolegov pri povečevanju rezerve moči mestnih termoelektrarn. Zlasti razvoj elektrodistribucijskega podjetja Edeinor S.A.A. (Peru) (je del skupine Endesa (Španija), ki je specializirana za proizvodnjo, prenos in distribucijo električne energije v številnih državah Južne Amerike), po KRM v nizkonapetostnih distribucijskih omrežjih na minimalni oddaljenosti od porabnikov [3]. Po naročilu Edeinor S.A.A., enega največjih proizvajalcev nizkonapetostnih kosinusnih kondenzatorjev EPCOS AG, je lansiral serijo enofaznih kondenzatorjev HomeCap [4], primernih za manjše komunalne obremenitve.

Nazivna kapaciteta kondenzatorjev HomeCap (slika 2) se giblje od 5 do 33 μF, kar omogoča kompenzacijo induktivne komponente PM od 0,25 do 1,66 kVAr (pri omrežni napetosti 50 Hz v območju 127. 380 V).

Kot dielektrik se uporablja ojačana polipropilenska folija, elektrode so izdelane z brizganjem kovine — tehnologija MKR (Metallised Polypropylene Kunststoff). Navitje odseka je standardno okroglo, notranji volumen je napolnjen z nestrupeno poliuretansko spojino. Kot vsi kosinusni kondenzatorji EPCOS AG imajo kondenzatorji HomeCap lastnost "samozdravljenja" v primeru lokalnega uničenja plošč.

Cilindrično aluminijasto ohišje kondenzatorjev je izolirano s termoskrčno polivinilno cevjo (slika 2), sponke rezil dvojne elektrode pa so prekrite z dielektrično plastično kapo (stopnja zaščite IP53), kar zagotavlja popolno varnost med delovanjem v domačem okolju, potrjeno z ustreznim certifikatom standarda UL 810 (ameriški varnostni laboratoriji).

Vgrajena naprava, ki se aktivira ob prekoračitvi nadtlaka v plašču, samodejno izklopi kondenzator v primeru pregretja ali plazovitega zrušitve odseka. Premer kondenzatorjev HomeCap je 42,5 ± 1 mm, višina, odvisno od vrednosti nazivne zmogljivosti, pa 70 ... 125 mm. Navpični podaljšek ohišja kondenzatorja, v primeru zaščite pred previsokim notranjim tlakom, ne več kot 13 mm.

Kondenzator je povezan z dvožilnim gibljivim kablom s prerezom 1,5 mm2 in dolžino 300 ali 500 mm [4]. Dovoljeno segrevanje izolacije kabla - 105 ° C.

Delovanje kondenzatorjev HomeCap je možno v zaprtih prostorih pri temperaturi okolice -25 … + 55 ° C. Odstopanje nazivne zmogljivosti: -5 / + 10%. Izgube delovne moči ne presegajo 5 vatov na kvar. Zagotovljena življenjska doba do 100.000 ur.

Pritrditev kondenzatorjev HomeCap na montažno površino se izvede s spono ali vijakom (M8x10), ki je priključen na dno.

Na sl. 3. prikazuje namestitev kondenzatorja HomeCap v dozirno omarico. Kondenzator (v spodnjem desnem kotu) je priključen na sponke števca električne energije

Kondenzatorji HomeCap so izdelani v popolni skladnosti z zahtevami IEC 60831-1 / 2 [4].

Po navedbah Edeinor SAA [3] je namestitev kondenzatorjev HomeCap s skupno kapaciteto 37.000 kvar v 114.000 gospodinjstvih v okrožju Infantas v severni Limi povečala ponderirani povprečni faktor moči distribucijskega omrežja z 0,84 na 0,93 in prihranila približno 280 kWh na leto .za vsak priključeni kVAr RM ali skupaj okoli 19.300 MWh letno. Poleg tega ob upoštevanju kvalitativnih sprememb v naravi obremenitve gospodinjstva (preklapljanje napajanja električnih naprav, aktivne predstikalne naprave varčnih žarnic), izkrivljanje sinusoidalnosti omrežne napetosti, hkrati z s pomočjo kondenzatorjev HomeCap je bilo mogoče zmanjšati raven harmoničnih komponent — THDU v povprečju za 1 %.

V nasprotju z mestnimi potreba po RPC za podeželska nizkonapetostna distribucijska omrežja ni bila nikoli vprašljiva [5] zaradi porabe aktivne energije za prenos RM preko razširjenega odprtega (drevesu podobnega) visokonapetostnega voda (OHL) z napetost 6 (10) kV je največja [6]. Hkrati pa nezadostno razmerje sredstev KRM s priključno močjo električnih sprejemnikov pojasnjujemo s povsem ekonomskimi razlogi. Zato je za SPE podeželskih komunalnih in gospodinjskih ter malih (do 140 kW) industrijskih uporabnikov vprašanje izbire najcenejše različice KRM prednostno.

Ena od tehničnih težav pri praktičnem izvajanju priporočila 80 % RPC neposredno v podeželskih nizkonapetostnih omrežjih [5] je pomanjkanje kondenzatorjev, primernih za namestitev nadzemnih vodov.Po izračunih je povprečna vrednost preostalega (brez prekomerne kompenzacije) RM med prenosom preko HV 0,4 kV z delovno močjo 50 kW za mešano, s prevlado (več kot 40%) komunalne obremenitve 8 kvar , zato mora biti optimalni nazivni RM takšnih kondenzatorjev znotraj nekaj deset kvar.

Razmislite o sistemu KRM, ki ga na nadzemnih vodih nizkonapetostnih omrežij v Jaipurju (Radžastan, Indija) uporablja elektroenergetska družba Jaipur Vidyut Vitran Nigam Ltd, ki temelji na kondenzatorjih serije PoleCap® (slika 4), ki jih proizvaja EPCOS AG [7]. Monitoring SPP, ki vsebuje približno 1000 MVA z instalirano močjo 4600 transformatorjev 11 / 0,433 kV z enojno močjo 25-500 kVA, je pokazal: poletna obremenitev transformatorjev je bila 506 MVA (430 MW), zimska - 353 MVA (300 MW); tehtano povprečje cosj — 0,85; skupne izgube (2005) — 17% obsega dobave električne energije.

V okviru pilotnega projekta KRM je bilo v priključnih vozliščih nizkonapetostnih transformatorjev, neposredno na nosilcih 0,4 kV nadzemnih vodov, vgrajenih 13375 PoleCap kondenzatorjev s skupno RM 70 MVAr. Vključno z: 13000 kondenzatorji 5 kvar; 250 - 10 kvar; 125 — 20 kvadratnih metrov. Posledično se vrednost cosj poveča na 0,95, izgube pa zmanjšajo na 13 % [7].

Ti kondenzatorji (sl. 4 in sl. 5) so modifikacije dobro preizkušenega tipa kondenzatorjev s kovinskim filmom, izdelanih po tehnologiji MKR / MKK (Metalized Kunststoff Kompakt) [8] - hkrati povečujejo površino in povečujejo električno trdnost plasti kontaktne metalizacije elektrod, zaradi kombinacije ravnega in valovitega reza robov filma, položenega z majhnim zamikom krivin, značilnega za tehnologijo MKR.Poleg tega serija PoleCap vključuje številne trifazne kondenzatorje PM 0,5 ... 5 kVAr, izdelane po tradicionalni tehnologiji MKR [8].

Izboljšave osnovne zasnove kondenzatorjev serije MCC so omogočile neposredno (brez dodatnega ohišja) namestitev kondenzatorjev PoleCap na prostem, v vlažnih ali prašnih prostorih. Ohišje kondenzatorja je izdelano iz 99,5 % aluminija in je napolnjeno z inertnim plinom.

Slika 5 prikazuje:

• odporen plastični pokrov (postavka 1);

• hermetično zaprta, obdana s plastičnim obročem (poz. 5) in napolnjena z epoksidno maso (poz. 7), izvedba priključnega bloka (poz. 8) zagotavlja stopnjo zaščite IP54.

Priključek (slika 5) izvedemo s tesnjenjem kabelske tesnilke (pozicija 2) iz treh enožilnih 2-metrskih kablov (pozicija 3) in keramičnega modula razelektritvenih uporov (pozicija 6) s stiskanjem in spajkanjem kontaktnih povezav.

Za udobje vizualni nadzor se sproži zaščita pred nadtlakom, se na podaljšanem delu ohišja kondenzatorja (položaj 4) pojavi svetlo rdeč pas.

Največja dovoljena razlika v temperaturi okolja je -40 ... + 55 ° C [8].

Upoštevati je treba, da morajo biti kondenzatorji KRM zaščiteni pred tokovi kratkega stika (PUE pogl.5), se zdi priporočljivo vgraditi varovalke znotraj ohišja kondenzatorjev HomeCap in PoleCap, ki se sprožijo zaradi okvare odseka.

Izkušnje KRM v komunalnih omrežjih v državah v razvoju z visoko stopnjo izgub v omrežju kažejo, da so lahko tudi preproste tehnične rešitve — uporaba nereguliranih baterij posebnih tipov kosinusnih kondenzatorjev — ekonomsko zelo učinkovite.

Avtor članka: A.Šiškin

Literatura

1. Navodila za načrtovanje mestnih električnih omrežij RD 34.20.185-94. Odobrilo: Ministrstvo za goriva in energijo Ruske federacije 07.07.94, RAO «UES Rusije» 31.05.94 Začel veljati 01.01.95.

2. Ovchinnikov A. Izgube električne energije v distribucijskih omrežjih 0,4 ... 6 (10) kV // Novice elektrotehnike. 2003. št. 1 (19).

3. Popravek faktorja moči v električnih omrežjih Peruja // EPCOS COMPONENTS #1. 2006

4. Kondenzatorji HomeCap za korekcijo faktorja moči.

5. Navodila za izbiro sredstev za regulacijo napetosti in kompenzacijo jalove moči pri načrtovanju kmetijske opreme in električnih omrežij za kmetijske namene. M.: Selenergoproekt. 1978

6. Šiškin S.A. Jalova moč porabnikov in omrežne izgube električne energije // Varčevanje z energijo št. 4. 2004.

7. Jungwirth P. Korekcija faktorja moči na kraju samem // EPCOS COMPONENTS št. 4. 2005

8. PoleCap PFC kondenzatorji za zunanje nizkonapetostne PFC aplikacije. Založnik EPCOS AG. 03/2005. Številka naročila. EPC: 26015-7600.