Η χρήση πυκνωτών για την αντιστάθμιση της άεργης ισχύος των οικιακών φορτίων

Μεταξύ των πολυάριθμων παραγόντων που επηρεάζουν την απόδοση του συστήματος τροφοδοσίας (SES), μία από τις θέσεις προτεραιότητας καταλαμβάνεται από πρόβλημα αντιστάθμισης άεργου ισχύος (KRM). Ωστόσο, σε δίκτυα διανομής χρηστών κοινής ωφέλειας που περιέχουν κυρίως μονοφασικό φορτίο μεμονωμένης μεταγωγής, οι συσκευές KRM εξακολουθούν να χρησιμοποιούνται ελάχιστα.

Παλαιότερα πίστευαν ότι λόγω των σχετικά βραχέων τροφοδοτών των αστικών δικτύων διανομής χαμηλής τάσης, της μικρής (μονάδες kVA) συνδεδεμένης ισχύος και της κατανομής των φορτίων, το πρόβλημα PFC δεν υπήρχε γι' αυτούς.

Για παράδειγμα, στο κεφάλαιο 5.2 [1] γράφεται: «για κατοικίες και δημόσια κτίρια δεν παρέχεται αντιστάθμιση άεργου φορτίου.» Αν λάβουμε υπόψη ότι την τελευταία δεκαετία η κατανάλωση ηλεκτρικής ενέργειας ανά 1 m2 του οικιακού τομέα έχει τριπλασιαστεί, η μέση στατιστική χωρητικότητα των μετασχηματιστών ισχύος των αστικών δημοτικών δικτύων έφτασε τα 325 kVA και η περιοχή χρήσης της ισχύος του μετασχηματιστή έχει μετατοπιστεί προς τα πάνω και είναι εντός 250 … 400 kVA [2], τότε αυτή η δήλωση είναι αμφισβητήσιμη.

Η επεξεργασία των γραφημάτων φορτίου που γίνονται στην είσοδο ενός κτιρίου κατοικιών δείχνει: κατά τη διάρκεια της ημέρας η μέση τιμή του συντελεστή ισχύος (cosj) κυμαίνεται από 0,88 έως 0,97 και φάση προς φάση από 0,84 έως 0,99. Αντίστοιχα, η συνολική κατανάλωση άεργου ισχύος (RM) κυμαίνεται από 9 ... 14 kVAr και φάση προς φάση από 1 έως 6 kVAr.

Το σχήμα 1 δείχνει το γράφημα ημερήσιας κατανάλωσης RM στην είσοδο ενός κτιρίου κατοικιών. Άλλο παράδειγμα: η καταγεγραμμένη ημερήσια (10 Ιουνίου 2007) κατανάλωση ενεργού και αέργου ηλεκτρικής ενέργειας στο ΤΠ του αστικού δικτύου του Sizran (STR-RA = 400 kVA, οι καταναλωτές ηλεκτρικής ενέργειας είναι κυρίως μονοφασικοί) ανέρχεται σε 1666,46 kWh και 740,17 kvarh (σταθμισμένη μέση τιμή cosj = 0,91 — διασπορά από 0,65 έως 0,97) ακόμη και με τον αντίστοιχο χαμηλό συντελεστή φορτίου του μετασχηματιστή — 32% κατά τις ώρες αιχμής και 11% κατά τις ελάχιστες ώρες μέτρησης.

Έτσι, δεδομένης της υψηλής πυκνότητας (kVA / km2) του φορτίου κοινής ωφέλειας, η συνεχής παρουσία μιας αντιδραστικής συνιστώσας στις ροές ενέργειας του SES, οδηγεί σε σημαντικές απώλειες ηλεκτρικής ενέργειας στα δίκτυα διανομής των μεγάλων πόλεων και στην ανάγκη αντιστάθμισης τους. μέσω πρόσθετων πηγών παραγωγής.

Η πολυπλοκότητα της επίλυσης αυτού του προβλήματος οφείλεται σε μεγάλο βαθμό στην ανομοιόμορφη κατανάλωση RM σε μεμονωμένες φάσεις (Εικ. 1), γεγονός που καθιστά δύσκολη τη χρήση των παραδοσιακών για βιομηχανικά δίκτυα εγκαταστάσεις KRM που βασίζονται σε συστοιχίες πυκνωτών τριών φάσεων που ελέγχονται από έναν ρυθμιστή εγκατεστημένο σε ένα των φάσεων του αντισταθμιζόμενου δικτύου.

Η εμπειρία των ξένων συναδέλφων μας παρουσιάζει ενδιαφέρον για την αύξηση του αποθέματος ισχύος των αστικών θερμοηλεκτρικών σταθμών. Ειδικότερα, οι εξελίξεις της εταιρείας διανομής ηλεκτρικής ενέργειας Edeinor S.A.A. (Περού) (είναι μέρος του ομίλου Endesa (Ισπανία), που ειδικεύεται στην παραγωγή, μεταφορά και διανομή ηλεκτρικής ενέργειας σε ορισμένες χώρες της Νότιας Αμερικής), σύμφωνα με την KRM σε δίκτυα διανομής χαμηλής τάσης σε ελάχιστη απόσταση από τους καταναλωτές [3]. Κατόπιν παραγγελίας από την Edeinor S.A.A., ένας από τους μεγαλύτερους κατασκευαστές συνημιτονικών πυκνωτών χαμηλής τάσης - η EPCOS AG κυκλοφόρησε μια σειρά μονοφασικών πυκνωτών HomeCap [4], κατάλληλων για μικρά φορτία κοινής χρήσης.

Η ονομαστική χωρητικότητα των πυκνωτών HomeCap (Εικ. 2) κυμαίνεται από 5 έως 33 μF, γεγονός που καθιστά δυνατή την αντιστάθμιση της επαγωγικής συνιστώσας του PM από 0,25 έως 1,66 kVAr (σε τάση δικτύου 50 Hz στην περιοχή των 127. . 380 V ).

Το ενισχυμένο φιλμ πολυπροπυλενίου χρησιμοποιείται ως διηλεκτρικό, τα ηλεκτρόδια κατασκευάζονται με ψεκασμό μετάλλου — τεχνολογία MKR (Metallised Polypropylene Kunststoff). Η περιέλιξη του τμήματος είναι τυπική στρογγυλή, ο εσωτερικός όγκος είναι γεμάτος με μια μη τοξική ένωση πολυουρεθάνης. Όπως όλοι οι πυκνωτές συνημίτονου της EPCOS AG, οι πυκνωτές HomeCap έχουν την ιδιότητα να «αυτοθεραπεύονται» σε περίπτωση τοπικής καταστροφής των πλακών.

Το κυλινδρικό περίβλημα αλουμινίου των πυκνωτών είναι μονωμένο με θερμοσυστελλόμενο σωλήνα πολυβινυλίου (Εικ. 2) και οι ακροδέκτες των πτερυγίων διπλού ηλεκτροδίου καλύπτονται με διηλεκτρικό πλαστικό καπάκι (βαθμός προστασίας IP53), εξασφαλίζοντας έτσι πλήρη ασφάλεια κατά τη λειτουργία σε οικιακό περιβάλλον επιβεβαιωμένο από το σχετικό πιστοποιητικό του προτύπου UL 810 (εργαστήρια ασφαλείας ΗΠΑ).

Η ενσωματωμένη συσκευή, η οποία ενεργοποιείται όταν ξεπεραστεί η υπερβολική πίεση στο εσωτερικό του χιτωνίου, απενεργοποιεί αυτόματα τον συμπυκνωτή σε περίπτωση υπερθέρμανσης ή κατάρρευσης του τμήματος από χιονοστιβάδα. Η διάμετρος των πυκνωτών HomeCap είναι 42,5 ± 1 mm και το ύψος, ανάλογα με την τιμή της ονομαστικής χωρητικότητας, είναι 70 ... 125 mm. Κατακόρυφη επέκταση του περιβλήματος του συμπυκνωτή, σε περίπτωση προστασίας από υπερβολική εσωτερική πίεση, όχι περισσότερο από 13 mm.

Ο πυκνωτής συνδέεται με ένα εύκαμπτο καλώδιο δύο πυρήνων με διατομή 1,5 mm2 και μήκος 300 ή 500 mm [4]. Επιτρεπόμενη θέρμανση της μόνωσης καλωδίων — 105 ° C.

Η λειτουργία των πυκνωτών HomeCap είναι δυνατή σε εσωτερικούς χώρους σε θερμοκρασία περιβάλλοντος -25 … + 55 ° C. Απόκλιση της ονομαστικής χωρητικότητας: -5 / + 10%. Οι απώλειες ενεργού ισχύος δεν υπερβαίνουν τα 5 watt ανά kvar. Εγγυημένη διάρκεια ζωής έως και 100.000 ώρες.

Η στερέωση των πυκνωτών HomeCap στην επιφάνεια στερέωσης γίνεται με σφιγκτήρα ή μπουλόνι (M8x10) συνδεδεμένο στο κάτω μέρος.

Στο σχ. 3. δείχνει την εγκατάσταση του συμπυκνωτή HomeCap στο πλαίσιο μέτρησης. Ο πυκνωτής (στην κάτω δεξιά γωνία) συνδέεται με τους ακροδέκτες του μετρητή ηλεκτρικής ενέργειας

Οι πυκνωτές HomeCap κατασκευάζονται σε πλήρη συμμόρφωση με τις απαιτήσεις του IEC 60831-1 / 2 [4].

Σύμφωνα με την Edeinor SAA, [3] η εγκατάσταση πυκνωτών HomeCap συνολικής χωρητικότητας 37.000 kvar σε 114.000 νοικοκυριά στην περιοχή Infantas της βόρειας Λίμα αύξησε τον σταθμισμένο μέσο συντελεστή ισχύος του δικτύου διανομής από 0,84 σε 0,93, εξοικονομώντας περίπου 280 kWh ανά έτος .για κάθε συνδεδεμένο kVAr RM ή συνολικά περίπου 19.300 MWh ετησίως. Επιπλέον, λαμβάνοντας υπόψη τις ποιοτικές αλλαγές στη φύση του οικιακού φορτίου (εναλλαγή τροφοδοσίας ηλεκτρικών συσκευών, ενεργά στραγγαλιστικά πηνία λαμπτήρων εξοικονόμησης ενέργειας), παραμόρφωση της ημιτονικότητας της τάσης δικτύου, ταυτόχρονα με την Με τη βοήθεια των πυκνωτών HomeCap, ήταν δυνατό να μειωθεί το επίπεδο των αρμονικών στοιχείων — THDU κατά μέσο όρο κατά 1%.

Σε αντίθεση με τα αστικά, η ανάγκη για RPC για αγροτικά δίκτυα διανομής χαμηλής τάσης δεν αμφισβητήθηκε ποτέ [5] λόγω της κατανάλωσης ενεργού ενέργειας για μετάδοση RM μέσω εκτεταμένης ανοικτής (δενδροειδής) γραμμής υψηλής τάσης (OHL ) με η τάση των 6 (10) kV είναι η υψηλότερη [6]. Ταυτόχρονα, η ανεπαρκής αναλογία κεφαλαίων KRM προς τη συνδεδεμένη χωρητικότητα των ηλεκτρικών δεκτών εξηγείται από καθαρά οικονομικούς λόγους. Ως εκ τούτου, για το SPP των αγροτικών και οικιακών και μικρών (έως 140 kW) βιομηχανικών χρηστών, το ζήτημα της επιλογής της φθηνότερης έκδοσης του KRM είναι προτεραιότητα.

Μία από τις τεχνικές δυσκολίες στην πρακτική εφαρμογή της σύστασης του 80% του RPC απευθείας στα αγροτικά δίκτυα χαμηλής τάσης [5] είναι η έλλειψη πυκνωτών κατάλληλων για εγκατάσταση εναέριων γραμμών.Σύμφωνα με τους υπολογισμούς, η μέση τιμή του υπολειπόμενου (χωρίς υπεραντιστάθμιση) RM κατά τη μετάδοση μέσω HV 0,4 kV με ενεργή ισχύ 50 kW για μικτό, με υπεροχή (πάνω από 40%) του φορτίου κοινής χρήσης είναι 8 kvar , επομένως, το βέλτιστο ονομαστικό RM τέτοιων πυκνωτών θα πρέπει να είναι μέσα σε μερικές δεκάδες kvar.

Εξετάστε το σύστημα KRM που χρησιμοποιείται στις εναέριες γραμμές δικτύων χαμηλής τάσης στο Jaipur (Ρατζασθάν, Ινδία) από την εταιρεία ενέργειας Jaipur Vidyut Vitran Nigam Ltd που βασίζεται στους πυκνωτές της σειράς PoleCap® (Εικ. 4) που κατασκευάζονται από την EPCOS AG [7] . Η παρακολούθηση του SPP, που περιείχε περίπου 1000 MVA με εγκατεστημένη ισχύ 4600 μετασχηματιστών 11 / 0,433 kV με ενιαία ισχύ 25-500 kVA, έδειξε: το θερινό φορτίο των μετασχηματιστών ήταν 506 MVA (430 MW), το χειμώνα — 353 MVA ( 300 MW); σταθμισμένος μέσος όρος cosj — 0,85; συνολικές απώλειες (2005) — 17% του όγκου της παροχής ηλεκτρικής ενέργειας.

Κατά τη διάρκεια του πιλοτικού έργου KRM, εγκαταστάθηκαν 13375 πυκνωτές PoleCap στους κόμβους σύνδεσης με μετασχηματιστές χαμηλής τάσης, απευθείας στα στηρίγματα εναέριων γραμμών 0,4 kV, με συνολικό RM 70 MVAr. Περιλαμβάνονται: 13000 πυκνωτές 5 kvar. 250 — 10 kvar; 125 — 20 τ. μ. Ως αποτέλεσμα, η τιμή του cosj αυξάνεται στο 0,95 και οι απώλειες μειώνονται στο 13% [7].

Αυτοί οι πυκνωτές (Εικ. 4 και Εικ. 5) είναι μια τροποποίηση ενός καλά αποδεδειγμένου τύπου πυκνωτών μεταλλικής μεμβράνης κατασκευασμένου σύμφωνα με την τεχνολογία MKR / MKK (Metalized Kunststoff Kompakt) [8] - αυξάνοντας ταυτόχρονα την περιοχή και αυξάνοντας την ηλεκτρική αντοχή της επιμετάλλωσης επαφής του στρώματος των ηλεκτροδίων, λόγω ενός συνδυασμού επίπεδης και κυματιστή κοπής των άκρων της μεμβράνης, που τοποθετούνται με μια μικρή μετατόπιση των στροφών, χαρακτηριστικό της τεχνολογίας MKR.Επιπλέον, η σειρά PoleCap περιλαμβάνει έναν αριθμό τριφασικών πυκνωτών PM 0,5 ... 5 kVAr, κατασκευασμένους σύμφωνα με την παραδοσιακή τεχνολογία MKR [8].

Οι βελτιώσεις στη βασική σχεδίαση των πυκνωτών της σειράς MCC κατέστησαν δυνατή την άμεση (χωρίς πρόσθετη θήκη) εγκατάσταση πυκνωτών PoleCap σε εξωτερικούς χώρους, σε χώρους με υγρασία ή σκόνη. Το σώμα του συμπυκνωτή είναι κατασκευασμένο από 99,5% αλουμίνιο και είναι γεμάτο με αδρανές αέριο.

Το σχήμα 5 δείχνει:

• ανθεκτικό πλαστικό κάλυμμα (στοιχείο 1).

• Ερμητικά σφραγισμένο, περιβαλλόμενο από πλαστικό δακτύλιο (θέση 5) και γεμάτο με εποξειδική ένωση (θέση 7), η έκδοση μπλοκ ακροδεκτών (θέση 8) παρέχει τον βαθμό προστασίας IP54.

Η σύνδεση (Εικ. 5) γίνεται στεγανοποιώντας μια τσιμούχα καλωδίου (θέση 2) ​​από τρία μονοπύρηνα καλώδια 2 μέτρων (θέση 3) και μια κεραμική μονάδα αντιστάσεων εκκένωσης (θέση 6) με πτύχωση και συγκόλληση των συνδέσεων επαφής.

Για την ευκολία οπτικός έλεγχος ενεργοποιείται η προστασία υπερπίεσης, εμφανίζεται μια φωτεινή κόκκινη ταινία στο εκτεταμένο τμήμα του περιβλήματος του συμπυκνωτή (θέση 4).

Η μέγιστη επιτρεπόμενη διαφορά θερμοκρασίας περιβάλλοντος είναι -40 ... + 55 ° C [8].

Πρέπει να σημειωθεί ότι επειδή οι πυκνωτές KRM πρέπει να προστατεύονται από ρεύματα βραχυκυκλώματος (PUE Κεφ.5), φαίνεται σκόπιμο να δημιουργηθούν ασφάλειες μέσα στο περίβλημα των πυκνωτών HomeCap και PoleCap που ενεργοποιούνται από τη διακοπή του τμήματος.

Η εμπειρία της KRM στα δίκτυα κοινής ωφελείας σε αναπτυσσόμενες χώρες με υψηλό επίπεδο απωλειών δικτύου δείχνει ότι ακόμη και απλές τεχνικές λύσεις —η χρήση μη ρυθμιζόμενων μπαταριών ειδικών τύπων συνημιτονικών πυκνωτών— μπορεί να είναι οικονομικά πολύ αποτελεσματικές.

Συντάκτης του άρθρου: Α.Σίσκιν

Βιβλιογραφία

1. Οδηγίες σχεδιασμού αστικών ηλεκτρολογικών δικτύων ΡΔ 34.20.185-94. Εγκρίθηκε από: Υπουργείο Καυσίμων και Ενέργειας της Ρωσικής Ομοσπονδίας στις 07.07.94, RAO «UES of Russia» στις 31.05.94 Τέθηκε σε ισχύ την 01.01.95.

2. Ovchinnikov A. Απώλειες ηλεκτρικής ενέργειας στα δίκτυα διανομής 0,4 ... 6 (10) kV // Νέα ηλεκτρολογικής μηχανικής. 2003. Νο 1 (19).

3. Διόρθωση του συντελεστή ισχύος στα ηλεκτρικά δίκτυα του Περού // EPCOS COMPONENTS #1. 2006

4. Πυκνωτές HomeCap για διόρθωση συντελεστή ισχύος.

5. Οδηγίες για την επιλογή μέσων ρύθμισης τάσης και αντιστάθμισης άεργου ισχύος στο σχεδιασμό αγροτικού εξοπλισμού και ηλεκτρικών δικτύων για γεωργικούς σκοπούς. Μ.: Selenergoproekt. 1978

6. Shishkin S.A. Αέργους ισχύς καταναλωτών και απώλειες ηλεκτρικής ενέργειας δικτύου // Εξοικονόμηση ενέργειας Αρ. 4. 2004.

7. Jungwirth P. Επιτόπια διόρθωση συντελεστή ισχύος // EPCOS COMPONENTS Αρ. 4. 2005

8. Πυκνωτές PoleCap PFC για εξωτερικές εφαρμογές PFC χαμηλής τάσης. Έκδοση EPCOS AG. 03/2005. Αριθμός παραγγελίας. EPC: 26015-7600.