Използването на кондензатори за компенсиране на реактивната мощност на битовите товари

Сред многобройните фактори, влияещи върху ефективността на електрозахранващата система (SES), едно от приоритетните места е заето от проблем с компенсацията на реактивната мощност (KRM). Въпреки това, в разпределителните мрежи на потребители на комунални услуги, съдържащи предимно еднофазно, индивидуално превключващо натоварване, устройствата KRM все още се използват недостатъчно.

По-рано се смяташе, че поради относително късите захранващи устройства на градските нисковолтови разпределителни мрежи, малката (единици kVA) свързана мощност и разпръскването на натоварванията, проблемът с PFC не съществува за тях.

Например в глава 5.2 [1] е записано: «за жилищни и обществени сгради не се предвижда компенсация на реактивното натоварване.» Ако вземем предвид, че през последното десетилетие потреблението на електроенергия на 1 м2 от жилищния сектор се е утроило, средният статистически капацитет на силовите трансформатори на градските общински мрежи е достигнал 325 kVA, а областта на използване на трансформаторната мощност се е изместила нагоре и е в рамките на 250 … 400 kVA [2], тогава това твърдение е съмнително.

Обработката на графиките за натоварване, направени на входа на жилищна сграда, показва: през деня средната стойност на коефициента на мощност (cosj) варира от 0,88 до 0,97, а фаза по фаза — от 0,84 до 0,99. Съответно общото потребление на реактивна мощност (RM) варира от 9 … 14 kVAr, а фаза по фаза от 1 до 6 kVAr.

Фигура 1 показва графика на дневното потребление на RM на входа на жилищна сграда. Друг пример: регистрираното дневно (10 юни 2007 г.) потребление на активна и реактивна електроенергия в ТП на градската мрежа на Сизран (STR-RA = 400 kVA, консуматорите на електроенергия са предимно еднофазни) възлиза на 1666,46 kWh и 740,17 kvarh ( среднопретеглена стойност cosj = 0,91 — разсейване от 0,65 до 0,97) дори при съответния нисък коефициент на натоварване на трансформатора — 32% през максималните часове и 11% по време на минималните часове на измерване.

По този начин, предвид високата плътност (kVA / km2) на натоварването на комуналните услуги, постоянното присъствие на реактивен компонент в енергийните потоци на SES, води до значителни загуби на електроенергия в разпределителните мрежи на големите градове и необходимостта от тяхното компенсиране чрез допълнителни източници на генериране.

Сложността на решаването на този проблем до голяма степен се дължи на неравномерното потребление на RM в отделни фази (фиг. 1), което затруднява използването на традиционни за индустриални мрежи KRM инсталации, базирани на трифазни кондензаторни банки, контролирани от регулатор, инсталиран в една от фазите на компенсираната мрежа.

Опитът на нашите чуждестранни колеги представлява интерес за увеличаване на резерва на мощност на градските ТЕЦ. По -специално, разработките на електроразпределителната компания Edeinor S.A.A. (Перу) (тя е част от групата Endesa (Испания), която е специализирана в производството, преноса и разпределението на електроенергия в редица страни от Южна Америка), според KRM в разпределителни мрежи с ниско напрежение на минимално разстояние от потребителите [3]. По поръчка на Edeinor S.A.A., един от най-големите производители на нисковолтови косинусни кондензатори-EPCOS AG пусна серия от еднофазни кондензатори HomeCap [4], пригодени за малки натоварвания на комунални услуги.

Номиналният капацитет на кондензаторите на HomeCap (фиг. 2) варира от 5 до 33 μF, което прави възможно компенсирането на индуктивния компонент на PM от 0,25 до 1,66 kVAr (при мрежово напрежение 50 Hz в диапазона 127. .. 380 V).

Подсиленият полипропиленов филм се използва като диелектрик, електродите се правят чрез пръскане на метал — MKR технология (Метализиран полипропилен Kunststoff). Намотката на секцията е стандартна кръгла, вътрешният обем е изпълнен с нетоксично полиуретаново съединение. Подобно на всички косинусни кондензатори от EPCOS AG, кондензаторите на HomeCap имат свойството на «самолечение» в случай на локално разрушаване на плочите.

Цилиндричният алуминиев корпус на кондензаторите е изолиран с термосвиваема поливинилова тръба (фиг. 2), а клемите на двойните остриета на електродите са покрити с диелектрична пластмасова капачка (степен на защита IP53), като по този начин се гарантира пълна безопасност по време на работа в домашна среда, потвърдена от съответния сертификат на стандарт UL 810 (лаборатории за безопасност на САЩ).

Вграденото устройство, което се задейства при превишаване на излишното налягане вътре в кожуха, автоматично изключва кондензатора при прегряване или лавинен срив на участъка. Диаметърът на кондензаторите HomeCap е 42,5 ± 1 mm, а височината, в зависимост от стойността на номиналния капацитет, е 70 … 125 mm. Вертикално удължаване на корпуса на кондензатора, в случай на защита срещу излишно вътрешно налягане, не повече от 13 mm.

Кондензаторът е свързан с двужилен гъвкав кабел със сечение 1,5 mm2 и дължина 300 или 500 mm [4]. Допустимо нагряване на кабелна изолация — 105 ° С.

Работата на кондензатори HomeCap е възможна на закрито при температура на околната среда -25 … + 55 ° C. Отклонение на номиналния капацитет: -5 / + 10%. Загубите на активна мощност не надвишават 5 вата на квар. Гарантиран експлоатационен живот до 100 000 часа.

Закрепването на кондензаторите HomeCap към монтажната повърхност се извършва със скоба или болт (M8x10), свързани към дъното.

На фиг. 3. показва инсталирането на кондензатора HomeCap в дозиращата кутия. Кондензаторът (в долния десен ъгъл) е свързан към клемите на електромера

Кондензаторите HomeCap са изработени в пълно съответствие с изискванията на IEC 60831-1 / 2 [4].

Според Edeinor SAA, [3] инсталирането на кондензатори HomeCap с общ капацитет 37 000 kvar в 114 000 домакинства в квартал Infantas в Северна Лима увеличи среднопретегления коефициент на мощност на разпределителната мрежа от 0,84 на 0,93, което спести приблизително 280 kWh годишно.за всеки свързан kVAr RM или общо около 19 300 MWh годишно. В допълнение, като се вземат предвид качествените промени в характера на домакинското натоварване (превключване на захранването на електрически уреди, активни баласти на енергоспестяващи лампи), изкривяване на синусоидалността на мрежовото напрежение, едновременно с помощта на кондензатори HomeCap, беше възможно да се намали нивото на хармоничните компоненти — THDU средно с 1%.

За разлика от градските, необходимостта от RPC за селски разпределителни мрежи с ниско напрежение никога не е била поставяна под въпрос [5], тъй като консумацията на активна енергия за предаване на RM по разширена отворена (подобна на дърво) линия с високо напрежение (OHL) с напрежението от 6 (10) kV е най -високото [6]. В същото време недостатъчното съотношение на средствата на KRM към свързания капацитет на електрическите приемници се обяснява с чисто икономически причини. Следователно, за SPP на селски комунални и битови и малки (до 140 kW) промишлени потребители, въпросът за избора на най -евтината версия на KRM е приоритет.

Една от техническите трудности при практическото изпълнение на препоръката за 80% от RPC директно в селските мрежи с ниско напрежение [5] е липсата на кондензатори, пригодени за монтаж на въздушни линии. Според изчисленията средната стойност на остатъчния (не допускащ свръхкомпенсация) RM по време на предаване през ВЛ 0,4 kV с активна мощност 50 kW за смесен, с преобладаване (повече от 40%) от натоварването на комуналните услуги, е 8 kvar , следователно, оптималният номинален RM такива кондензатори трябва да бъде в рамките на няколко десетки kvar.

Помислете за системата KRM, използвана на въздушните линии на мрежи с ниско напрежение в Джайпур (Раджастан, Индия) от енергийната компания Jaipur Vidyut Vitran Nigam Ltd на базата на кондензатори от серията PoleCap® (фиг. 4), произведени от EPCOS AG [7]. Мониторингът на SPP, съдържащ около 1000 MVA с инсталирана мощност от 4600 трансформатора 11 / 0.433 kV с единична мощност 25-500 kVA, показа: лятното натоварване на трансформаторите беше 506 MVA (430 MW), зимата — 353 MVA ( 300 MW); среднопретеглено cosj — 0,85; общи загуби (2005 г.) — 17% от обема на електроснабдяването.

В хода на пилотния проект на KRM бяха инсталирани 13375 кондензатора PoleCap във възлите на свързване към трансформатори с ниско напрежение, директно върху опорите на въздушни линии 0,4 kV, с общ RM от 70 MVAr. Включително: 13000 5 kvar кондензатори; 250 — 10 kvar; 125 — 20 квар. В резултат стойността на cosj нараства до 0,95, а загубите намаляват до 13% [7].

Тези кондензатори (фиг. 4 и фиг. 5) са модификация на добре доказан тип метално-филмови кондензатори, направени по технологията MKR / MKK (Metalized Kunststoff Kompakt) [8]-едновременно увеличаване на площта и увеличаване на електрическата якост на контакта на слоя метализация на електродите, поради комбинация от плосък и вълнов разрез на ръбовете на филма, положени с малко изместване на завоите, характерни за технологията MKR. Освен това, серията PoleCap включва редица трифазни кондензатори РМ 0,5 … 5 kVAr, изработени по традиционната технология MKR [8].

Подобряването на основния дизайн на серийни MCC кондензатори направи възможно директно (без допълнителен случай) инсталиране на PoleCap кондензатори на открито, във влажни или прашни помещения. Корпусът на кондензатора е изработен от 99,5% алуминий и е напълнен с инертен газ.

Фигура 5 показва:

• устойчив пластмасов капак (позиция 1);

• херметически запечатана, заобиколена от пластмасов пръстен (поз. 5) и пълна с епоксидно съединение (поз. 7), версията на клемния блок (поз. 8) осигурява степента на защита IP54.

Връзката (Фиг. 5) се осъществява чрез уплътнение на кабелна уплътнение (позиция 2) от три едножилни 2-метрови кабела (позиция 3) и керамичен модул от разрядни резистори (позиция 6) чрез кримпване и запояване на контактните връзки.

За удобство визуален контрол защитата срещу свръхналягане се задейства, на удължената част на корпуса на кондензатора се появява яркочервена лента (позиция 4).

Максимално допустимата разлика в температурата на околната среда е -40 … + 55 ° С [8].

Трябва да се отбележи, че тъй като кондензаторите KRM трябва да бъдат защитени срещу токове на късо съединение (ПУЕ Ч.5), изглежда препоръчително да се вграждат предпазители вътре в корпуса на кондензаторите HomeCap и PoleCap, които се задействат от разбивката на секцията.

Опитът на KRM в комунални мрежи в развиващите се страни с високо ниво на мрежови загуби показва, че дори и прости технически решения — използването на нерегулирани батерии от специални видове косинусни кондензатори, могат да бъдат икономически много ефективни.

Автор на статията: А. Шишкин

Литература

1. Инструкции за проектиране на градски електрически мрежи RD 34.20.185-94. Одобрен от: Министерството на горивата и енергетиката на Руската федерация на 07.07.94 г., RAO «ЕЕС на Русия» на 31.05.94 г. Влязло в сила на 01.01.95 г.

2. Овчинников А. Загуби на електроенергия в разпределителните мрежи 0,4 … 6 (10) kV // Новини на електротехниката. 2003. No 1 (19).

3. Корекция на коефициента на мощност в електрическите мрежи на Перу // EPCOS COMPONENTS №1. 2006 г.

4. HomeCap кондензатори за корекция на фактора на мощността.

5. Насоки за избор на средства за регулиране на напрежението и компенсация на реактивната мощност при проектирането на селскостопански съоръжения и електрически мрежи за селскостопански цели. М.: Селенергопроект. 1978 г.

6. Шишкин С.А. Реактивна мощност на потребителите и мрежови загуби на електроенергия // Енергоспестяване № 4. 2004.

7. Jungwirth P. Корекция на фактора на мощността на място // EPCOS COMPONENTS No. 4. 2005 г.

8. PoleCap PFC кондензатори за външни нисковолтови PFC приложения. Публикувано от EPCOS AG. 03/2005. Поръчка No. EPC: 26015-7600.