Utilizarea condensatoarelor pentru a compensa puterea reactivă a sarcinilor casnice

Dintre numeroșii factori care afectează eficiența sistemului de alimentare cu energie (SES), unul dintre locurile prioritare este ocupat de problema de compensare a puterii reactive (KRM). Cu toate acestea, în rețelele de distribuție a utilizatorilor de utilități care conțin în mare parte sarcină monofazată, comutată individual, dispozitivele KRM sunt încă subutilizate.

Se credea anterior că din cauza alimentatoarelor relativ scurte ale rețelelor urbane de distribuție de joasă tensiune, a puterii mici (unități kVA) conectate și a împrăștierii sarcinilor, problema PFC nu a existat pentru acestea.

De exemplu, în capitolul 5.2 [1] este scris: „pentru clădirile rezidențiale și publice nu este prevăzută compensarea sarcinii reactive.” Dacă luăm în considerare că în ultimul deceniu consumul de energie electrică la 1 m2 din sectorul rezidențial s-a triplat, capacitatea statistică medie a transformatoarelor de putere din rețelele urbane municipale a ajuns la 325 kVA, iar aria de utilizare a puterii transformatoarelor. s-a deplasat în sus și este în 250 … 400 kVA [2], atunci această afirmație este discutabilă.

Prelucrarea graficelor de sarcină realizate la intrarea într-o clădire de locuit arată: în timpul zilei valoarea medie a factorului de putere (cosj) variază de la 0,88 la 0,97, iar fază cu fază de la 0,84 la 0,99. În consecință, consumul total de putere reactivă (RM) variază de la 9 ... 14 kVAr, iar fază cu fază de la 1 la 6 kVAr.

Figura 1 prezintă graficul consumului zilnic de RM la intrarea unei clădiri rezidențiale. Un alt exemplu: consumul zilnic înregistrat (10 iunie 2007) de energie electrică activă și reactivă în TP al rețelei urbane Sizran (STR-RA = 400 kVA, consumatorii de energie electrică sunt în mare parte monofazați) se ridică la 1666,46 kWh și 740,17 kvarh. (valoarea medie ponderată cosj = 0,91 — dispersie de la 0,65 la 0,97) chiar și cu factorul de sarcină scăzut corespunzător al transformatorului — 32% în orele de vârf și 11% în timpul orelor minime de măsurare.

Astfel, având în vedere densitatea mare (kVA/km2) a sarcinii utilității, prezența constantă a unei componente reactive în fluxurile energetice ale SES, duce la pierderi semnificative de energie electrică în rețelele de distribuție a marilor orașe și la necesitatea compensării acestora. prin surse suplimentare de generare.

Complexitatea rezolvării acestei probleme se datorează în mare măsură consumului neuniform de RM în faze individuale (Fig. 1), ceea ce face dificilă utilizarea tradițională pentru rețelele industriale a instalațiilor KRM bazate pe bănci de condensatoare trifazate controlate de un regulator instalat într-unul. a fazelor reţelei compensate.

Experiența colegilor noștri străini este de interes în creșterea rezervei de putere a centralelor termice urbane. În special, dezvoltările companiei de distribuție a energiei electrice Edeinor S.A.A. (Peru) (face parte din grupul Endesa (Spania), care este specializat în producția, transportul și distribuția de energie electrică într-un număr de țări sud-americane), potrivit KRM în rețele de distribuție de joasă tensiune la o distanță minimă de consumatori [3]. La comandă de la Edeinor S.A.A., unul dintre cei mai mari producători de condensatoare cosinus de joasă tensiune-EPCOS AG a lansat o serie de condensatoare monofazate HomeCap [4], potrivite pentru sarcini mici de utilitate.

Capacitatea nominală a condensatoarelor HomeCap (Fig. 2) variază de la 5 la 33 μF, ceea ce face posibilă compensarea componentei inductive a PM de la 0,25 la 1,66 kVAr (la o tensiune de rețea de 50 Hz în intervalul 127. ... 380 V).

Folia de polipropilenă armată este folosită ca dielectric, electrozii sunt fabricați prin pulverizare de metal — tehnologia MKR (Metallised Polypropylene Kunststoff). Înfășurarea secțiunii este rotundă standard, volumul interior este umplut cu un compus poliuretanic netoxic. La fel ca toți condensatoarele cosinus de la EPCOS AG, condensatoarele HomeCap au proprietatea de „auto-vindecare” în cazul distrugerii locale a plăcilor.

Carcasa cilindrică din aluminiu a condensatoarelor este izolată cu un tub de polivinil termocontractabil (Fig. 2), iar bornele lamelor electrodului dublu sunt acoperite cu un capac din plastic dielectric (grad de protecție IP53), garantând astfel siguranță deplină în timpul funcționării în mediu casnic confirmat de certificatul relevant al standardului UL 810 (laboratoarele de siguranță din SUA).

Dispozitivul încorporat, care se activează la depășirea presiunii în exces din interiorul mantalei, oprește automat condensatorul în caz de supraîncălzire sau prăbușire prin avalanșă a secțiunii. Diametrul condensatoarelor HomeCap este de 42,5 ± 1 mm, iar înălțimea, în funcție de valoarea capacității nominale, este de 70 ... 125 mm. Prelungirea verticală a carcasei condensatorului, în cazul protecției împotriva presiunii interne în exces, nu mai mult de 13 mm.

Condensatorul este conectat cu un cablu flexibil cu două fire cu o secțiune transversală de 1,5 mm2 și o lungime de 300 sau 500 mm [4]. Încălzirea permisă a izolației cablului - 105 ° C.

Funcționarea condensatoarelor HomeCap este posibilă în interior la o temperatură ambientală de -25 … + 55 ° C. Abaterea capacității nominale: -5 / + 10%. Pierderile de putere activă nu depășesc 5 wați pe kvar. Durată de viață garantată de până la 100.000 de ore.

Fixarea condensatoarelor HomeCap pe suprafața de montare se face cu o clemă sau un șurub (M8x10) conectat la partea inferioară.

În fig. 3. arată instalarea condensatorului HomeCap în cutia de dozare. Condensatorul (în colțul din dreapta jos) este conectat la bornele contorului de energie electrică

Condensatorii HomeCap sunt fabricați în deplină conformitate cu cerințele IEC 60831-1 / 2 [4].

Potrivit Edeinor SAA, [3] instalarea condensatoarelor HomeCap cu o capacitate totală de 37.000 kvar în 114.000 de gospodării din districtul Infantas din nordul Limei a crescut factorul de putere mediu ponderat al rețelei de distribuție de la 0,84 la 0,93, economisind aproximativ 280 kWh per fiecare. an .pentru fiecare kVAr RM conectat sau un total de circa 19.300 MWh pe an. În plus, ținând cont de modificările calitative ale naturii sarcinii menajere (întreruperea alimentării cu energie electrică a aparatelor electrice, balasturi active ale lămpilor de economisire a energiei), denaturarea sinusoidității tensiunii de rețea, în același timp cu cu ajutorul condensatorilor HomeCap, a fost posibil să se reducă nivelul componentelor armonice — THDU în medie cu 1%.

Spre deosebire de cele urbane, necesitatea RPC pentru rețelele rurale de distribuție de joasă tensiune nu a fost niciodată pusă la îndoială [5] din cauza consumului de energie activă pentru transportul RM pe o linie extinsă de înaltă tensiune (OHL) deschisă (ca arbore) cu tensiunea de 6 (10) kV este cea mai mare [6]. În același timp, raportul insuficient dintre fondurile KRM și capacitatea conectată a receptoarelor electrice se explică din motive pur economice. Prin urmare, pentru SPP-ul de utilitate rurală și utilizatori casnici și industriali mici (până la 140 kW), problema alegerii celei mai ieftine versiuni de KRM este o prioritate.

Una dintre dificultățile tehnice în implementarea practică a recomandării de 80% RPC direct în rețelele rurale de joasă tensiune [5] este lipsa condensatoarelor adecvate pentru instalarea liniilor aeriene.Conform calculelor, valoarea medie a RM reziduală (nepermițând supracompensarea) în timpul transmisiei peste HV 0,4 kV cu o putere activă de 50 kW pentru un mixt, cu predominanța (mai mult de 40%) a sarcinii utilității este de 8 kvar. , prin urmare, RM nominal optim al unor astfel de condensatoare ar trebui să fie în intervalul de câteva zeci de kvar.

Luați în considerare sistemul KRM utilizat pe liniile aeriene ale rețelelor de joasă tensiune din Jaipur (Rajasthan, India) de către compania electrică Jaipur Vidyut Vitran Nigam Ltd pe baza condensatoarelor din seria PoleCap® (Fig. 4) fabricate de EPCOS AG [7] . Monitorizarea SPP, care conține aproximativ 1000 MVA cu o capacitate instalată de 4600 transformatoare 11 / 0,433 kV cu o singură putere de 25-500 kVA, a arătat: sarcina de vară a transformatoarelor a fost de 506 MVA (430 MW), iarna — 353 MVA (300 MW); mediu ponderat cosj — 0,85; pierderi totale (2005) — 17% din volumul furnizării de energie electrică.

În cadrul proiectului pilot KRM au fost instalați 13375 condensatoare PoleCap în nodurile de conectare la transformatoare de joasă tensiune, direct pe suporturile liniilor aeriene de 0,4 kV, cu un RM total de 70 MVAr. Inclusiv: 13000 condensatoare 5 kvar; 250 — 10 kvar; 125 — 20 mp. Ca urmare, valoarea cosj crește la 0,95, iar pierderile scad la 13% [7].

Acești condensatori (Fig. 4 și Fig. 5) sunt o modificare a unui tip bine dovedit de condensatoare cu peliculă metalică realizate conform tehnologiei MKR / MKK (Metalized Kunststoff Kompakt) [8] - crescând simultan suprafața și creșterea energiei electrice. rezistența metalizării de contact a stratului a electrozilor, datorită unei combinații de tăiere plată și ondulată a marginilor filmului, așezată cu o mică deplasare a îndoirilor, caracteristică tehnologiei MKR.În plus, seria PoleCap include un număr de condensatoare trifazate PM 0,5 ... 5 kVAr, realizate conform tehnologiei tradiționale MKR [8].

Îmbunătățirile aduse designului de bază al condensatoarelor din seria MCC au făcut posibilă instalarea directă (fără o carcasă suplimentară) a condensatoarelor PoleCap în aer liber, în încăperi umede sau cu praf. Corpul condensatorului este realizat din aluminiu 99,5% și este umplut cu un gaz inert.

Figura 5 arată:

• capac din plastic rezistent (articolul 1);

• etanșat ermetic, înconjurat de un inel de plastic (poz. 5) și umplut cu compus epoxidic (poz. 7), varianta bloc terminal (poz. 8) asigură gradul de protecție IP54.

Conexiunea (Fig. 5) se realizează prin etanșarea unei etanșări de cablu (poziția 2) din trei cabluri unipolare de 2 metri (poziția 3) și a unui modul ceramic de rezistențe de descărcare (poziția 6) prin sertizarea și lipirea conexiunilor de contact.

Pentru comoditate control vizual protecția la suprapresiune este declanșată, o bandă roșie aprinsă apare pe partea extinsă a carcasei condensatorului (poziția 4).

Diferența maximă admisă de temperatură ambientală este de -40 ... + 55 ° C [8].

Trebuie remarcat faptul că, deoarece condensatoarele KRM trebuie protejate împotriva curenților de scurtcircuit (PUE Ch.5), pare recomandabil să construiți siguranțe în interiorul carcasei condensatoarelor HomeCap și PoleCap care sunt declanșate de defecțiunea secțiunii.

Experiența KRM în rețelele de utilități din țările în curs de dezvoltare cu un nivel ridicat de pierderi de rețea arată că chiar și soluțiile tehnice simple — utilizarea bateriilor nereglementate de tipuri speciale de condensatoare cosinus — pot fi foarte eficiente din punct de vedere economic.

Autorul articolului: A.Shishkin

Literatură

1. Instrucțiuni pentru proiectarea rețelelor electrice urbane RD 34.20.185-94. Aprobat de: Ministerul Combustibililor și Energiei al Federației Ruse la 07.07.94, RAO «UES al Rusiei» la 31.05.94. Intrat în vigoare la 01.01.95.

2. Ovchinnikov A. Pierderi de energie electrică în rețelele de distribuție 0,4 ... 6 (10) kV // Știri de inginerie electrică. 2003. Nr. 1 (19).

3. Corectarea factorului de putere în rețelele electrice din Peru // EPCOS COMPONENTS #1. 2006

4. Condensatoare HomeCap pentru corectarea factorului de putere.

5. Orientări pentru selectarea mijloacelor de reglare a tensiunii și de compensare a puterii reactive în proiectarea utilajelor agricole și a rețelelor electrice în scopuri agricole. M.: Selenergoproekt. 1978

6. Shishkin S.A. Puterea reactivă a consumatorilor și pierderile în rețea de energie electrică // Economie de energie Nr. 4. 2004.

7. Jungwirth P. Corectarea factorului de putere la fața locului // EPCOS COMPONENTS Nr. 4. 2005

8. Condensatoare PoleCap PFC pentru aplicații externe PFC de joasă tensiune. Publicat de EPCOS AG. 03/2005. Comandă nu. EPC: 26015-7600.