Penggunaan kapasitor untuk mengimbangi kuasa reaktif beban isi rumah

Di antara banyak faktor yang mempengaruhi kecekapan sistem bekalan kuasa (SES), salah satu tempat keutamaan diduduki oleh masalah pampasan kuasa reaktif (KRM). Walau bagaimanapun, dalam rangkaian pengedaran pengguna utiliti yang kebanyakannya mengandungi satu fasa, beban bertukar secara individu, peranti KRM masih kurang digunakan.

Sebelum ini dipercayai bahawa disebabkan penyuapan rangkaian pengedaran voltan rendah bandar yang agak pendek, kuasa penyambung (unit kVA) yang kecil dan penyebaran beban, masalah PFC tidak wujud untuk mereka.

Sebagai contoh, dalam bab 5.2 [1] ada tertulis: «untuk bangunan kediaman dan awam tiada pampasan beban reaktif disediakan.» Jika kita mengambil kira bahawa dalam dekad yang lalu penggunaan elektrik setiap 1 m2 sektor kediaman telah meningkat tiga kali ganda, kapasiti statistik purata pengubah kuasa rangkaian perbandaran bandar telah mencapai 325 kVA, dan kawasan penggunaan kuasa pengubah telah beralih ke atas dan berada dalam 250 … 400 kVA [2], maka pernyataan ini boleh dipersoalkan.

Pemprosesan graf beban yang dibuat di pintu masuk bangunan kediaman menunjukkan: pada siang hari nilai purata faktor kuasa (cosj) berbeza dari 0.88 hingga 0.97, dan fasa demi fasa dari 0.84 hingga 0.99. Sehubungan itu, jumlah penggunaan kuasa reaktif (RM) berbeza dari 9 ... 14 kVAr, dan fasa demi fasa dari 1 hingga 6 kVAr.

Rajah 1 menunjukkan graf penggunaan RM harian di pintu masuk sebuah bangunan kediaman. Contoh lain: penggunaan harian (10 Jun 2007) berdaftar elektrik aktif dan reaktif dalam TP grid bandar Sizran (STR-RA = 400 kVA, pengguna elektrik kebanyakannya fasa tunggal) berjumlah 1666.46 kWj dan 740.17 kvarh (nilai purata berwajaran cosj = 0.91 — serakan dari 0.65 hingga 0.97) walaupun dengan faktor beban rendah pengubah yang sepadan — 32% semasa waktu puncak dan 11% semasa waktu pengukuran minimum.

Oleh itu, memandangkan kepadatan tinggi (kVA / km2) beban utiliti, kehadiran berterusan komponen reaktif dalam aliran tenaga SES, membawa kepada kehilangan elektrik yang ketara dalam rangkaian pengedaran bandar-bandar besar dan keperluan untuk mengimbanginya. melalui sumber penjanaan tambahan.

Kerumitan menyelesaikan masalah ini sebahagian besarnya disebabkan oleh penggunaan RM yang tidak sekata dalam fasa individu (Rajah 1), yang menjadikannya sukar untuk menggunakan tradisional untuk rangkaian industri pemasangan KRM berdasarkan bank kapasitor tiga fasa yang dikawal oleh pengawal selia yang dipasang dalam satu. daripada fasa rangkaian pampasan.

Pengalaman rakan sekerja asing kami adalah menarik untuk meningkatkan rizab kuasa stesen janakuasa haba bandar. Khususnya, perkembangan syarikat pengedaran elektrik Edeinor S.A.A. (Peru) (ia adalah sebahagian daripada kumpulan Endesa (Sepanyol), yang mengkhusus dalam pengeluaran, penghantaran dan pengedaran elektrik di beberapa negara Amerika Selatan), menurut KRM dalam rangkaian pengedaran voltan rendah pada jarak minimum dari pengguna [3]. Atas pesanan daripada Edeinor S.A.A., salah satu pengeluar terbesar kapasitor kosinus voltan rendah-EPCOS AG melancarkan satu siri kapasitor fasa tunggal HomeCap [4], sesuai untuk beban utiliti kecil.

Kapasiti nominal kapasitor HomeCap (Rajah 2) berbeza dari 5 hingga 33 μF, yang memungkinkan untuk mengimbangi komponen induktif PM dari 0.25 hingga 1.66 kVAr (pada voltan utama 50 Hz dalam julat 127. .. 380 V).

Filem polipropilena bertetulang digunakan sebagai dielektrik, elektrod dibuat dengan menyembur logam — teknologi MKR (Metallised Polypropylene Kunststoff). Penggulungan bahagian adalah bulat standard, isipadu dalam diisi dengan sebatian poliuretana bukan toksik. Seperti semua kapasitor kosinus dari EPCOS AG, kapasitor HomeCap mempunyai sifat «penyembuhan diri» sekiranya berlaku kemusnahan plat tempatan.

Perumah aluminium silinder bagi kapasitor diasingkan dengan tiub polivinil yang boleh dikecutkan haba (Rajah 2), dan terminal bilah elektrod berganda ditutup dengan penutup plastik dielektrik (ijazah perlindungan IP53), dengan itu menjamin keselamatan sepenuhnya semasa operasi dalam persekitaran domestik yang disahkan oleh sijil standard UL 810 (makmal keselamatan AS).

Peranti terbina dalam, yang diaktifkan apabila tekanan berlebihan di dalam jaket melebihi, secara automatik menutup pemeluwap sekiranya berlaku terlalu panas atau runtuh runtuhan salji. Diameter kapasitor HomeCap ialah 42.5 ± 1 mm, dan ketinggian, bergantung pada nilai kapasiti nominal, ialah 70 ... 125 mm. Sambungan menegak perumahan pemeluwap, dalam hal perlindungan terhadap tekanan dalaman yang berlebihan, tidak lebih daripada 13 mm.

Kapasitor disambungkan dengan kabel fleksibel dua teras dengan keratan rentas 1.5 mm2 dan panjang 300 atau 500 mm [4]. Pemanasan penebat kabel yang dibenarkan - 105 ° C.

Operasi kapasitor HomeCap boleh dilakukan di dalam rumah pada suhu ambien -25 … + 55 ° C. Sisihan kapasiti nominal: -5 / + 10%. Kehilangan kuasa aktif tidak melebihi 5 watt setiap kvar. Dijamin hayat perkhidmatan sehingga 100,000 jam.

Mengikat kapasitor HomeCap pada permukaan pelekap dilakukan dengan pengapit atau bolt (M8x10) yang disambungkan ke bahagian bawah.

Dalam rajah. 3. menunjukkan pemasangan pemeluwap HomeCap dalam kotak pemeteran. Kapasitor (di sudut kanan bawah) disambungkan ke terminal meter elektrik

Kapasitor HomeCap dihasilkan dengan mematuhi sepenuhnya keperluan IEC 60831-1 / 2 [4].

Menurut Edeinor SAA, [3] pemasangan kapasitor HomeCap dengan jumlah kapasiti 37,000 kvar dalam 114,000 isi rumah di daerah Infantas di utara Lima meningkatkan faktor kuasa purata wajaran rangkaian pengedaran daripada 0.84 kepada 0.93, menjimatkan kira-kira 280 kWj setiap tahun .bagi setiap kVAr RM yang disambungkan atau sejumlah kira-kira 19,300 MWj setahun. Di samping itu, dengan mengambil kira perubahan kualitatif dalam sifat beban isi rumah (penukaran bekalan kuasa peralatan elektrik, balast aktif lampu penjimat tenaga), herotan sinusoidal voltan sesalur, pada masa yang sama dengan bantuan kapasitor HomeCap, adalah mungkin untuk mengurangkan tahap komponen harmonik — purata THDU sebanyak 1%.

Berbeza dengan bandar, keperluan untuk RPC untuk rangkaian pengedaran voltan rendah luar bandar tidak pernah dipersoalkan [5] kerana penggunaan tenaga aktif untuk penghantaran RM melalui talian voltan tinggi (OHL) terbuka (seperti pokok) yang dilanjutkan dengan voltan 6 (10) kV adalah yang paling tinggi [6]. Pada masa yang sama, nisbah dana KRM yang tidak mencukupi kepada kapasiti sambungan penerima elektrik dijelaskan oleh sebab ekonomi semata-mata. Oleh itu, bagi SPP utiliti luar bandar dan isi rumah dan pengguna industri kecil (sehingga 140 kW), persoalan memilih versi KRM termurah menjadi keutamaan.

Salah satu kesukaran teknikal dalam pelaksanaan praktikal cadangan 80% RPC secara langsung dalam rangkaian voltan rendah luar bandar [5] ialah kekurangan kapasitor yang sesuai untuk pemasangan talian atas.Mengikut pengiraan, nilai purata baki (tidak membenarkan overcompensation) RM semasa penghantaran ke atas HV 0.4 kV dengan kuasa aktif 50 kW untuk campuran, dengan dominasi (lebih daripada 40%) beban utiliti ialah 8 kvar , oleh itu, RM nominal optimum bagi kapasitor tersebut hendaklah dalam beberapa puluh kvar.

Pertimbangkan sistem KRM yang digunakan pada talian atas rangkaian voltan rendah di Jaipur (Rajasthan, India) oleh syarikat kuasa Jaipur Vidyut Vitran Nigam Ltd berdasarkan kapasitor siri PoleCap® (Rajah 4) yang dikeluarkan oleh EPCOS AG [7] . Pemantauan SPP, yang mengandungi kira-kira 1000 MVA dengan kapasiti terpasang 4600 transformer 11 / 0.433 kV dengan kuasa tunggal 25-500 kVA, menunjukkan: beban musim panas transformer ialah 506 MVA (430 MW), musim sejuk — 353 MVA ( 300 MW); purata wajaran kosj — 0.85; jumlah kerugian (2005) — 17% daripada jumlah bekalan elektrik.

Dalam perjalanan projek perintis KRM, 13375 kapasitor PoleCap telah dipasang dalam nod sambungan kepada transformer voltan rendah, terus pada sokongan talian atas 0.4 kV, dengan jumlah RM 70 MVAr. Termasuk: 13000 5 kvar kapasitor; 250 - 10 kvar; 125 — 20 meter persegi. Akibatnya, nilai cosj meningkat kepada 0.95, dan kerugian menurun kepada 13% [7].

Kapasitor ini (Rajah 4 dan Rajah 5) adalah pengubahsuaian jenis kapasitor filem logam yang terbukti dengan baik yang dibuat mengikut teknologi MKR / MKK (Metalized Kunststoff Kompakt) [8] - secara serentak meningkatkan kawasan dan meningkatkan kuasa elektrik. kekuatan lapisan sentuhan metalisasi elektrod, disebabkan oleh gabungan potongan rata dan bergelombang tepi filem, diletakkan dengan anjakan kecil selekoh, ciri teknologi MKR.Di samping itu, siri PoleCap termasuk beberapa kapasitor tiga fasa PM 0.5 ... 5 kVAr, dibuat mengikut teknologi MKR tradisional [8].

Penambahbaikan pada reka bentuk asas kapasitor MCC siri membolehkan anda memasang kapasitor PoleCap secara langsung (tanpa bekas tambahan) di luar, dalam bilik lembap atau berdebu. Badan pemeluwap diperbuat daripada 99.5% aluminium dan diisi dengan gas lengai.

Rajah 5 menunjukkan:

• penutup plastik tahan (item 1);

• tertutup rapat, dikelilingi oleh gelang plastik (pos. 5) dan diisi dengan sebatian epoksi (pos. 7), versi blok terminal (pos. 8) memberikan tahap perlindungan IP54.

Sambungan (Rajah 5) dibuat dengan mengelak pengedap kabel (kedudukan 2) daripada tiga kabel teras tunggal 2 meter (kedudukan 3) dan modul seramik perintang nyahcas (kedudukan 6) dengan mengelim dan memateri sambungan kenalan.

Untuk kemudahan kawalan visual perlindungan tekanan berlebihan dicetuskan, jalur merah terang muncul pada bahagian lanjutan perumahan pemeluwap (kedudukan 4).

Perbezaan maksimum yang dibenarkan dalam suhu ambien ialah -40 ... + 55 ° C [8].

Perlu diingatkan bahawa kerana kapasitor KRM mesti dilindungi daripada arus litar pintas (PUE Ch.5), nampaknya dinasihatkan untuk membina fius di dalam perumahan kapasitor HomeCap dan PoleCap yang dicetuskan oleh pecahan bahagian.

Pengalaman KRM dalam rangkaian utiliti di negara membangun dengan tahap kerugian rangkaian yang tinggi menunjukkan bahawa walaupun penyelesaian teknikal yang mudah — penggunaan bateri tidak terkawal jenis khas kapasitor kosinus — boleh menjadi sangat berkesan dari segi ekonomi.

Pengarang artikel: A.Shishkin

kesusasteraan

1. Arahan untuk reka bentuk rangkaian elektrik bandar RD 34.20.185-94. Diluluskan oleh: Kementerian Bahan Api dan Tenaga Persekutuan Rusia pada 07.07.94, RAO «UES Rusia» pada 05.31.94. Berkuat kuasa pada 01.01.95.

2. Ovchinnikov A. Kehilangan elektrik dalam rangkaian pengedaran 0.4 ... 6 (10) kV // Berita kejuruteraan elektrik. 2003. No 1 (19).

3. Pembetulan faktor kuasa dalam rangkaian elektrik Peru // KOMPONEN EPCOS #1. 2006

4. Kapasitor HomeCap untuk pembetulan faktor kuasa.

5. Garis panduan untuk pemilihan cara peraturan voltan dan pampasan kuasa reaktif dalam reka bentuk peralatan pertanian dan rangkaian elektrik untuk tujuan pertanian. M.: Selenergoproekt. 1978

6. Shishkin S.A. Kuasa reaktif pengguna dan kehilangan elektrik rangkaian // Penjimatan tenaga No. 4. 2004.

7. Jungwirth P. Pembetulan faktor kuasa di tapak // KOMPONEN EPCOS No. 4. 2005

8. Kapasitor PoleCap PFC untuk aplikasi PFC voltan rendah luaran. Diterbitkan oleh EPCOS AG. 03/2005. Pesanan no. EPC: 26015-7600.