Upotreba kondenzatora za kompenzaciju reaktivne snage kućanskih opterećenja

Među brojnim čimbenicima koji utječu na učinkovitost sustava opskrbe električnom energijom (SES) jedno od prioritetnih mjesta zauzimaju problem kompenzacije jalove snage (KRM). Međutim, u distribucijskim mrežama komunalnih korisnika koje uglavnom sadrže jednofazno, individualno uključeno opterećenje, KRM uređaji su još uvijek nedovoljno iskorišteni.

Prethodno se vjerovalo da zbog relativno kratkih vodova gradskih niskonaponskih distribucijskih mreža, male (kVA jedinice) priključne snage i rasprostranjenosti opterećenja, za njih ne postoji problem PFC-a.

Na primjer, u poglavlju 5.2 [1] je napisano: «za stambene i javne zgrade nije predviđena kompenzacija jalove snage.» Ako uzmemo u obzir da se u posljednjem desetljeću potrošnja električne energije po 1 m2 stambenog sektora utrostručila, prosječni statistički kapacitet energetskih transformatora gradskih komunalnih mreža dosegao je 325 kVA, a područje korištenja snage transformatora pomaknuo prema gore i nalazi se unutar 250 … 400 kVA [2], onda je ova izjava upitna.

Obrada grafikona opterećenja napravljenih na ulazu stambene zgrade pokazuje: tijekom dana prosječna vrijednost faktora snage (cosj) varira od 0,88 do 0,97, a faza po faza od 0,84 do 0,99. Sukladno tome, ukupna potrošnja jalove snage (RM) varira od 9 ... 14 kVAr, a fazno od 1 do 6 kVAr.

Na slici 1 prikazan je grafikon dnevne potrošnje RM u ulazu stambene zgrade. Drugi primjer: registrirana dnevna (10. lipnja 2007.) potrošnja aktivne i jalove električne energije u TP gradske mreže Sizran (STR-RA = 400 kVA, potrošači električne energije su uglavnom jednofazni) iznosi 1666,46 kWh i 740,17 kvarh (ponderirana prosječna vrijednost cosj = 0,91 — disperzija od 0,65 do 0,97) čak i uz odgovarajući nizak faktor opterećenja transformatora — 32% tijekom vršnih sati i 11% tijekom minimalnih sati mjerenja.

Dakle, s obzirom na veliku gustoću (kVA / km2) komunalnog opterećenja, stalna prisutnost reaktivne komponente u energetskim tokovima SES-a, dovodi do značajnih gubitaka električne energije u distribucijskim mrežama velikih gradova i potrebe za njihovom kompenzacijom. kroz dodatne izvore proizvodnje.

Složenost rješavanja ovog problema uvelike je posljedica neravnomjerne potrošnje RM u pojedinim fazama (slika 1), što otežava korištenje tradicionalnih za industrijske mreže KRM instalacija temeljenih na trofaznim kondenzatorskim baterijama kojima upravlja regulator instaliran u jednom faza kompenzirane mreže.

Za povećanje rezerve snage gradskih termoelektrana zanimljiva su iskustva naših stranih kolega. Konkretno, razvoj tvrtke za distribuciju električne energije Edeinor S.A.A. (Peru) (dio je grupe Endesa (Španjolska), specijalizirane za proizvodnju, prijenos i distribuciju električne energije u nizu južnoameričkih zemalja), prema KRM-u u niskonaponskim distribucijskim mrežama na minimalnoj udaljenosti od potrošača [3]. Po narudžbi Edeinor S.A.A., jednog od najvećih proizvođača niskonaponskih kosinusnih kondenzatora - EPCOS AG lansirao je seriju jednofaznih kondenzatora HomeCap [4], pogodnih za mala komunalna opterećenja.

Nazivni kapacitet HomeCap kondenzatora (slika 2) varira od 5 do 33 μF, što omogućuje kompenzaciju induktivne komponente PM od 0,25 do 1,66 kVAr (pri mrežnom naponu od 50 Hz u rasponu od 127. 380 V).

Kao dielektrik koristi se ojačani polipropilenski film, elektrode su izrađene raspršivanjem metala — MKR tehnologija (Metallised Polypropylene Kunststoff). Namatanje sekcije je standardno okruglo, unutarnji volumen ispunjen je netoksičnim poliuretanskim spojem. Kao i svi kosinusni kondenzatori tvrtke EPCOS AG, HomeCap kondenzatori imaju svojstvo «samooporavljanja» u slučaju lokalnog uništenja ploča.

Cilindrično aluminijsko kućište kondenzatora izolirano je termoskupljajućom polivinilnom cijevi (slika 2), a stezaljke dvostrukih elektrodnih noževa prekrivene su dielektričnom plastičnom kapom (stupanj zaštite IP53), čime je zajamčena potpuna sigurnost tijekom rada u domaćem okruženju potvrđeno relevantnim certifikatom standarda UL 810 (američki sigurnosni laboratoriji).

Ugrađeni uređaj, koji se aktivira kada se prekorači prekomjerni tlak unutar plašta, automatski isključuje kondenzator u slučaju pregrijavanja ili lavinskog kolapsa sekcije. Promjer kondenzatora HomeCap je 42,5 ± 1 mm, a visina, ovisno o vrijednosti nazivnog kapaciteta, iznosi 70 ... 125 mm. Okomito proširenje kućišta kondenzatora, u slučaju zaštite od prekomjernog unutarnjeg tlaka, ne više od 13 mm.

Kondenzator je spojen dvožilnim savitljivim kabelom presjeka 1,5 mm2 i duljine 300 ili 500 mm [4]. Dopušteno zagrijavanje izolacije kabela - 105 ° C.

Rad HomeCap kondenzatora moguć je u zatvorenom prostoru na temperaturi okoline od -25 … + 55 ° C. Odstupanje nazivnog kapaciteta: -5 / + 10%. Gubici aktivne snage ne prelaze 5 vata po kvaru. Zajamčeni radni vijek do 100.000 sati.

Pričvršćivanje HomeCap kondenzatora na montažnu površinu vrši se stezaljkom ili vijkom (M8x10) spojenim na dno.

Na sl. 3. prikazuje ugradnju HomeCap kondenzatora u mjernu kutiju. Kondenzator (u donjem desnom kutu) spojen je na stezaljke mjerača električne energije

Kondenzatori HomeCap proizvedeni su u potpunosti u skladu sa zahtjevima IEC 60831-1/2 [4].

Prema Edeinor SAA, [3] instalacija HomeCap kondenzatora ukupnog kapaciteta od 37 000 kvar u 114 000 kućanstava u okrugu Infantas u sjevernoj Limi povećala je ponderirani prosječni faktor snage distribucijske mreže s 0,84 na 0,93, čime je ušteđeno približno 280 kWh po godine .za svaki priključeni kVAr RM ili ukupno oko 19.300 MWh godišnje. Osim toga, uzimajući u obzir kvalitativne promjene u prirodi opterećenja kućanstva (prebacivanje napajanja električnih uređaja, aktivni balasti štednih žarulja), izobličenje sinusoidalnosti mrežnog napona, u isto vrijeme s uz pomoć HomeCap kondenzatora, bilo je moguće smanjiti razinu harmoničnih komponenti — THDU u prosjeku za 1%.

Za razliku od urbanih, potreba za RPC-om za ruralne niskonaponske distribucijske mreže nikada nije dovedena u pitanje [5] zbog aktivne potrošnje energije za prijenos RM-a preko produženog otvorenog (drvolikog) visokonaponskog voda (OHL) s napon od 6 (10) kV je najveći [6]. Pritom se nedovoljan omjer sredstava KRM-a i priključne snage električnih prijamnika objašnjava čisto ekonomskim razlozima. Stoga je za SPP ruralnih komunalnih i kućanskih i malih (do 140 kW) industrijskih korisnika pitanje izbora najjeftinije verzije KRM-a prioritet.

Jedna od tehničkih poteškoća u praktičnoj provedbi preporuke od 80% RPC izravno u ruralnim niskonaponskim mrežama [5] je nedostatak kondenzatora pogodnih za ugradnju nadzemnih vodova.Prema izračunima, prosječna vrijednost ostatka (ne dopuštajući prekomjernu kompenzaciju) RM tijekom prijenosa preko HV 0,4 kV s aktivnom snagom od 50 kW za mješoviti, s prevladavanjem (više od 40%) komunalnog opterećenja je 8 kvar , stoga bi optimalni nazivni RM takvih kondenzatora trebao biti unutar nekoliko desetaka kvar.

Razmotrimo sustav KRM koji koristi na nadzemnim vodovima niskonaponskih mreža u Jaipuru (Rajasthan, Indija) elektroenergetska tvrtka Jaipur Vidyut Vitran Nigam Ltd na temelju PoleCap® serije kondenzatora (Sl. 4) proizvođača EPCOS AG [7] . Praćenje SPP-a, koji sadrži oko 1000 MVA s instaliranim kapacitetom od 4600 transformatora 11 / 0,433 kV s pojedinačnom snagom od 25-500 kVA, pokazalo je: ljetno opterećenje transformatora bilo je 506 MVA (430 MW), zimsko — 353 MVA (300 MW); ponderirani prosjek cosj — 0,85; ukupni gubici (2005.) — 17% obujma isporuke električne energije.

Tijekom pilot projekta KRM ugrađeno je 13375 PoleCap kondenzatora u priključnim čvorovima na niskonaponske transformatore, izravno na nosače nadzemnih vodova 0,4 kV, ukupnog RM od 70 MVAr. Uključujući: 13000 kondenzatora od 5 kvar; 250 — 10 kvar; 125 — 20 četvornih metara. Time se vrijednost cosj povećava na 0,95, a gubici se smanjuju na 13% [7].

Ovi kondenzatori (sl. 4 i sl. 5) modifikacija su dobro dokazanog tipa kondenzatora s metalnim filmom izrađenih prema tehnologiji MKR / MKK (Metalized Kunststoff Kompakt) [8] - istovremeno povećavajući površinu i povećavajući električnu čvrstoća sloja kontaktna metalizacija elektroda, zbog kombinacije ravnih i valovitih rezova rubova filma, položenih s malim pomakom zavoja, karakterističnih za MKR tehnologiju.Osim toga, serija PoleCap uključuje niz trofaznih kondenzatora PM 0,5 ... 5 kVAr, izrađenih prema tradicionalnoj MKR tehnologiji [8].

Poboljšanja osnovnog dizajna serije MCC kondenzatora omogućila su izravnu (bez dodatnog kućišta) instaliranje PoleCap kondenzatora na otvorenom, u vlažnim ili prašnjavim prostorijama. Tijelo kondenzatora izrađeno je od 99,5% aluminija i ispunjeno je inertnim plinom.

Slika 5 prikazuje:

• otporni plastični poklopac (stavka 1);

• hermetički zatvorena, okružena plastičnim prstenom (poz. 5) i ispunjena epoksidnom masom (poz. 7), izvedba priključnog bloka (poz. 8) ima stupanj zaštite IP54.

Spajanje (slika 5) se izvodi brtvljenjem kabelske brtve (pozicija 2) od tri jednožilna kabela od 2 metra (pozicija 3) i keramičkog modula otpornika za pražnjenje (pozicija 6) presovanjem i lemljenjem kontaktnih spojeva.

Zbog praktičnosti vizualna kontrola aktivira se zaštita od prekomjernog tlaka, svijetlo crvena traka se pojavljuje na proširenom dijelu kućišta kondenzatora (pozicija 4).

Najveća dopuštena razlika u temperaturi okoline je -40 ... + 55 ° C [8].

Treba napomenuti da budući da KRM kondenzatori moraju biti zaštićeni od struja kratkog spoja (PUE Ch.5), čini se uputnim ugraditi osigurače unutar kućišta HomeCap i PoleCap kondenzatora koji se aktiviraju kvarom sekcije.

KRM-ovo iskustvo u komunalnim mrežama u zemljama u razvoju s visokom razinom mrežnih gubitaka pokazuje da čak i jednostavna tehnička rješenja — korištenje nereguliranih baterija posebnih tipova kosinusnih kondenzatora — mogu biti ekonomski vrlo učinkovita.

Autor članka: A.Šiškin

Književnost

1. Upute za projektiranje gradskih električnih mreža RD 34.20.185-94. Odobrilo: Ministarstvo goriva i energetike Ruske Federacije 07.07.94, RAO «UES Rusije» 05. 31. 1994. Stupio na snagu 01.01.95.

2. Ovchinnikov A. Gubici električne energije u distribucijskim mrežama 0,4 ... 6 (10) kV // Novosti elektrotehnike. 2003. br. 1 (19).

3. Korekcija faktora snage u električnim mrežama Perua // EPCOS COMPONENTS #1. 2006

4. HomeCap kondenzatori za korekciju faktora snage.

5. Smjernice za izbor sredstava regulacije napona i kompenzacije jalove snage pri projektiranju poljoprivredne opreme i električnih mreža za poljoprivredne svrhe. M.: Selenergoproekt. 1978. godine

6. Šiškin S.A. Jalova snaga potrošača i mrežni gubici električne energije // Ušteda energije br. 4. 2004.

7. Jungwirth P. Korekcija faktora snage na licu mjesta // EPCOS COMPONENTS No. 4. 2005. godine

8. PoleCap PFC kondenzatori za vanjske niskonaponske PFC aplikacije. Izdavač EPCOS AG. 03/2005. Narudžba br. EPC: 26015-7600.