Kondensaattorien käyttö kotitalouksien kuormien loistehon kompensoimiseksi

Virtalähdejärjestelmän (SES) tehokkuuteen vaikuttavien lukuisten tekijöiden joukossa yksi ensisijaisista paikoista on loistehon kompensointiongelma (KRM). Pääosin yksivaiheista, yksilöllisesti kytkettävää kuormaa sisältävissä hyötykäyttäjien jakeluverkoissa KRM-laitteet ovat kuitenkin edelleen vajaakäytössä.

Aikaisemmin uskottiin, että kaupunkien pienjännitejakeluverkkojen suhteellisen lyhyiden syöttöjohtojen, pienten (kVA-yksiköiden) kytkettyjen tehojen ja kuormien hajauttamisen vuoksi PFC-ongelmaa ei niille ollut olemassa.

Esimerkiksi luvussa 5.2 [1] on kirjoitettu: "asuin- ja julkisiin rakennuksiin ei tarjota loiskuormituskompensaatiota." Jos otetaan huomioon, että viimeisen vuosikymmenen aikana asuinsektorin sähkön kulutus neliömetriä kohden on kolminkertaistunut, kaupunkien kunnallisverkkojen tehomuuntajien keskimääräinen tilastollinen kapasiteetti on saavuttanut 325 kVA ja muuntajavoiman käyttöalue on siirtynyt ylöspäin ja on 250 … 400 kVA:n sisällä [2], tämä väite on kyseenalainen.

Asuinrakennuksen sisäänkäynnin yhteydessä tehtyjen kuormituskaavioiden käsittely osoittaa: päivän aikana tehokertoimen (cosj) keskiarvo vaihtelee välillä 0,88 - 0,97 ja vaiheittain välillä 0,84 - 0,99. Vastaavasti loistehon kokonaiskulutus (RM) vaihtelee välillä 9 ... 14 kVAr ja vaiheittain välillä 1 - 6 kVAr.

Kuvassa 1 on päiväkohtainen RM-kulutuskäyrä asuinrakennuksen sisäänkäynnin kohdalla. Toinen esimerkki: Sizranin kaupunkiverkon päätepisteessä (STR-RA = 400 kVA, sähkönkuluttajat ovat enimmäkseen yksivaiheisia) aktiivi- ja loissähkön rekisteröity päivittäinen kulutus (10.6.2007) on 1666,46 kWh ja 740,17 kvarh. (painotettu keskiarvo cosj = 0,91 - dispersio 0,65 - 0,97) myös muuntajan vastaavan alhaisella kuormituskertoimella - 32 % huippuaikoina ja 11 % minimimittaustunteina.

Näin ollen, kun otetaan huomioon hyötykuorman suuri tiheys (kVA / km2), reaktiivisen komponentin jatkuva läsnäolo SES:n energiavirroissa johtaa merkittäviin sähköhäviöihin suurten kaupunkien jakeluverkoissa ja tarpeeseen kompensoida niitä. lisätuotantolähteiden kautta.

Tämän ongelman ratkaisun monimutkaisuus johtuu suurelta osin RM:n epätasaisesta kulutuksesta yksittäisissä vaiheissa (kuva 1), mikä vaikeuttaa perinteisten teollisuusverkkojen KRM-asennuksien käyttöä, jotka perustuvat kolmivaiheisiin kondensaattoripankkeihin, joita ohjaa yhteen asennettuna säätimellä. kompensoidun verkon vaiheista.

Ulkomaisten kollegojemme kokemus kiinnostaa kaupunkien lämpövoimaloiden tehoreservin kasvattamisessa. Erityisesti sähkönjakeluyhtiö Edeinor S.A.A. (Peru) (se on osa Endesa-konsernia (Espanja), joka on erikoistunut sähkön tuotantoon, siirtoon ja jakeluun useissa Etelä-Amerikan maissa) KRM:n mukaan pienjännitejakeluverkoissa vähimmäisetäisyydellä kuluttajista [3]. Edeinor S.A.A.:n tilauksesta yksi suurimmista pienjännitekosinikondensaattorien valmistajista - EPCOS AG lanseerasi sarjan yksivaiheisia kondensaattoreita HomeCap [4], jotka soveltuvat pieniin hyötykuormiin.

HomeCap-kondensaattorien nimelliskapasiteetti (kuva 2) vaihtelee välillä 5 - 33 μF, mikä mahdollistaa PM:n induktiivisen komponentin kompensoinnin välillä 0,25 - 1,66 kVAr (verkkojännitteellä 50 Hz alueella 127). ... 380 V ).

Vahvistettua polypropeenikalvoa käytetään eristeenä, elektrodit valmistetaan ruiskuttamalla metallia — MKR-tekniikkaa (Metalled Polypropylene Kunststoff). Osan käämitys on vakiopyöreä, sisätilavuus on täytetty myrkyttömällä polyuretaaniseoksella. Kuten kaikki EPCOS AG:n kosinikondensaattorit, myös HomeCap-kondensaattorit ovat "itseparantuvia", jos levyt tuhoutuvat paikallisesti.

Kondensaattorien sylinterimäinen alumiinikotelo on eristetty lämpökutistuvalla polyvinyyliputkella (kuva 2) ja kaksoiselektrodien siipien navat on peitetty dielektrisellä muovikorkilla (suojausluokka IP53), mikä takaa täydellisen turvallisuuden käytön aikana kotiympäristö, joka on vahvistettu asiaankuuluvalla standardin UL 810 sertifikaatilla (USA:n turvallisuuslaboratoriot).

Sisäänrakennettu laite, joka aktivoituu, kun vaipan sisällä oleva ylipaine ylittyy, sammuttaa lauhduttimen automaattisesti, jos lohko ylikuumenee tai lumivyöry romahtaa. HomeCap-kondensaattorien halkaisija on 42,5 ± 1 mm ja korkeus nimelliskapasiteetin arvosta riippuen 70 ... 125 mm. Lauhdutinkotelon pystysuora jatke, jos kyseessä on suojaus ylimääräiseltä sisäiseltä paineelta, enintään 13 mm.

Kondensaattori on kytketty kaksijohtimisella joustavalla kaapelilla, jonka poikkileikkaus on 1,5 mm2 ja pituus 300 tai 500 mm [4]. Kaapelieristyksen sallittu lämmitys - 105 °C.

HomeCap-kondensaattorien käyttö on mahdollista sisätiloissa -25 … + 55 °C:n ympäristön lämpötilassa. Nimelliskapasiteetin poikkeama: -5 / + 10%. Aktiivinen tehohäviö ei ylitä 5 wattia/kvar. Taattu käyttöikä jopa 100 000 tuntia.

HomeCap-kondensaattorien kiinnitys asennuspintaan tehdään pohjaan kiinnitetyllä puristimella tai pultilla (M8x10).

Kuvassa 3. näyttää HomeCap-lauhduttimen asennuksen mittausrasiaan. Kondensaattori (oikeassa alakulmassa) on kytketty sähkömittarin liittimiin

HomeCap-kondensaattorit on valmistettu täysin standardin IEC 60831-1 / 2 [4] vaatimusten mukaisesti.

Edeinor SAA:n mukaan [3] 37 000 kvarin kokonaiskapasiteetin HomeCap-kondensaattorien asennus 114 000 kotitalouteen Pohjois-Liman Infantasin alueella nosti jakeluverkon painotetun keskimääräisen tehokertoimen 0,84:stä 0,93:een, mikä säästää noin 280 kWh:ta kohden. vuosi .jokaista kytkettyä kVAr RM:ää kohti eli yhteensä noin 19 300 MWh vuodessa. Lisäksi, kun otetaan huomioon laadulliset muutokset kotitalouden kuormituksen luonteessa (sähkölaitteiden virransyötön kytkentä, energiansäästölamppujen aktiiviset liitäntälaitteet), verkkojännitteen sinimuotoisuuden vääristyminen, samaan aikaan HomeCap-kondensaattorien avulla pystyttiin alentamaan harmonisten komponenttien tasoa - THDU keskimäärin 1%.

Toisin kuin kaupungeissa, maaseudun pienjännitejakeluverkkojen RPC:n tarvetta ei ole koskaan kyseenalaistettu [5], koska RM-lähetyksen aktiivinen energiankulutus pidennetyn avoimen (puumaisen) suurjännitejohdon (OHL) kautta 6 (10) kV:n jännite on korkein [6]. Samalla KRM-varojen riittämätön suhde sähkövastaanottimien kytkettyyn kapasiteettiin selittyy puhtaasti taloudellisilla syillä. Siksi maaseutupalvelujen ja kotitalouksien sekä pienten (enintään 140 kW) teollisuuskäyttäjien SPP:n kannalta KRM:n halvimman version valinta on ensisijainen kysymys.

Yksi teknisistä vaikeuksista suosituksen käytännön toteuttamisessa, että 80 % RPC:stä suoraan maaseudun pienjänniteverkoissa [5] on ilmajohtojen asennukseen soveltuvien kondensaattorien puute.Laskelmien mukaan keskimääräinen jäännösarvo (ylikompensaatiota sallimatta) RM lähetyksen aikana HV 0,4 kV:n pätöteholla 50 kW sekalaiselle, jossa vallitsee (yli 40 %) hyötykuormaa, on 8 kvar Siksi tällaisten kondensaattorien optimaalisen nimellisen RM:n tulisi olla muutamassa kymmenessä kvarissa.

Harkitse sähköyhtiö Jaipur Vidyut Vitran Nigam Ltd:n Jaipurin (Rajasthan, Intia) pienjänniteverkkojen ilmajohtojen käyttämää KRM-järjestelmää, joka perustuu EPCOS AG:n valmistamiin PoleCap®-sarjan kondensaattoreihin (kuva 4) [7] . Noin 1000 MVA:n SPP:n, jonka asennettu kapasiteetti on 4600 muuntajaa 11 / 0,433 kV yhdellä teholla 25-500 kVA, valvonta osoitti: muuntajien kesäkuorma oli 506 MVA (430 MW), talvi- 353 MVA (300 MW); painotettu keskiarvo cosj — 0,85; kokonaishäviöt (2005) — 17 % sähköntoimitusten määrästä.

KRM-pilottiprojektin yhteydessä asennettiin 13375 PoleCap-kondensaattoria pienjännitemuuntajien liitäntäsolmuihin suoraan 0,4 kV ilmajohtojen kannattimiin, yhteensä RM 70 MVar. Sisältää: 13000 5 kvar:n kondensaattoria; 250 - 10 kvar; 125–20 neliömetriä Tämän seurauksena cosj:n arvo nousee 0,95:een ja häviöt pienenevät 13 prosenttiin [7].

Nämä kondensaattorit (kuvat 4 ja 5) ovat muunnelmia hyvin todistetusta metallikalvokondensaattorityypistä, jotka on valmistettu MKR / MKK (Metalized Kunststoff Kompakt) -tekniikan [8] mukaan - samalla lisäämällä pinta-alaa ja lisäämällä sähköä. elektrodien kerroksen kosketusmetalloinnin lujuus johtuu kalvon reunojen tasaisen ja aaltoilevan leikkauksen yhdistelmästä, joka on asetettu pienellä taivutusten siirtymällä, mikä on ominaista MKR-tekniikalle.Lisäksi PoleCap-sarja sisältää useita kolmivaiheisia PM 0,5 ... 5 kVAr kondensaattoreita, jotka on valmistettu perinteisen MKR-tekniikan mukaisesti [8].

Sarjan MCC-kondensaattorien perussuunnittelun parannukset mahdollistivat PoleCap-kondensaattorien asennuksen suoraan (ilman lisäkoteloa) ulos, kosteisiin tai pölyisiin tiloihin. Lauhduttimen runko on valmistettu 99,5 % alumiinista ja täytetty inertillä kaasulla.

Kuva 5 näyttää:

• kestävä muovikansi (kohta 1);

• ilmatiiviisti suljettu, muovirenkaalla (pos. 5) ympäröity ja epoksiseoksella täytettynä (pos. 7), riviliitinversio (pos. 8) tarjoaa suojausluokan IP54.

Kytkentä (kuva 5) tehdään tiivistämällä kaapelitiiviste (asento 2) kolmesta yksijohtimisesta 2 metrin kaapelista (asento 3) ja purkausvastusten keraaminen moduuli (kohta 6) puristamalla ja juottamalla kosketinliitännät.

Mukavuuden vuoksi visuaalinen ohjaus ylipainesuoja laukeaa, lauhduttimen kotelon laajennettuun osaan ilmestyy kirkkaan punainen nauha (asento 4).

Suurin sallittu ympäristön lämpötilaero on -40 ... + 55 °C [8].

On huomattava, että koska KRM-kondensaattorit on suojattava oikosulkuvirroilta (PUE Ch.5), näyttää suositeltavaa rakentaa sulakkeet HomeCap- ja PoleCap-kondensaattorien kotelon sisään, jotka laukeavat osion rikkoutumisesta.

KRM:n kokemus sähköverkoista kehitysmaissa, joissa verkkohäviöt ovat korkeat, osoittavat, että yksinkertaisetkin tekniset ratkaisut – säätelemättömien kosinikondensaattoreiden erityistyyppisten akkujen käyttö – voivat olla taloudellisesti erittäin tehokkaita.

Artikkelin kirjoittaja: A.Shishkin

Kirjallisuus

1. Ohjeet kaupunkien sähköverkkojen suunnitteluun RD 34.20.185-94. Hyväksytty: Venäjän federaation polttoaine- ja energiaministeriö 07.07.94, RAO «UES of Russia» 05.31.94. Voimaantulo 1.1.95.

2. Ovchinnikov A. Sähköhäviöt jakeluverkoissa 0,4 ... 6 (10) kV // Sähkötekniikan uutisia. 2003. nro 1 (19).

3. Perun sähköverkkojen tehokertoimen korjaus // EPCOS COMPONENTS #1. 2006

4. HomeCap-kondensaattorit tehokertoimen korjausta varten.

5. Ohjeet jännitteensäätö- ja loistehon kompensointikeinojen valintaan maatalouden laitteiden ja sähköverkkojen suunnittelussa. M.: Selenergoproekt. 1978

6. Shishkin S.A. Kuluttajien loisteho ja sähkön verkkohäviöt // Energiansäästö nro 4. 2004.

7. Jungwirth P. Tehokertoimen korjaus paikan päällä // EPCOS COMPONENTS No. 4. 2005

8. PoleCap PFC-kondensaattorit ulkoisiin pienjännite-PFC-sovelluksiin. Julkaisija EPCOS AG. 03/2005. Tilausnumero. EPC: 26015-7600.