Het gebruik van condensatoren om het blindvermogen van huishoudelijke belastingen te compenseren

Van de vele factoren die van invloed zijn op de efficiëntie van het voedingssysteem (SES), wordt een van de prioritaire plaatsen ingenomen door reactief vermogen compensatie probleem (KRM). In distributienetwerken voor gebruikers van nutsvoorzieningen die voornamelijk eenfasige, individueel geschakelde belasting bevatten, worden KRM-apparaten echter nog steeds onderbenut.

Eerder werd gedacht dat vanwege de relatief korte feeders van stedelijke laagspanningsdistributienetwerken, het kleine (kVA-eenheden) aangesloten vermogen en de spreiding van de belastingen, het PFC-probleem voor hen niet bestond.

In hoofdstuk 5.2 [1] staat bijvoorbeeld: «voor woningen en openbare gebouwen wordt geen reactieve belastingcompensatie voorzien.» Als we er rekening mee houden dat in het afgelopen decennium het elektriciteitsverbruik per 1 m2 van de residentiële sector is verdrievoudigd, heeft de gemiddelde statistische capaciteit van stroomtransformatoren van stedelijke gemeentelijke netwerken 325 kVA bereikt en het gebruiksgebied van transformatorvermogen naar boven is verschoven en binnen 250 … 400 kVA [2] valt, dan is deze stelling twijfelachtig.

De verwerking van de belastingsgrafieken gemaakt bij de ingang van een woongebouw laat zien: gedurende de dag varieert de gemiddelde waarde van de arbeidsfactor (cosj) van 0,88 tot 0,97, en fase voor fase van 0,84 tot 0,99. Dienovereenkomstig varieert het totale verbruik van reactief vermogen (RM) van 9 ... 14 kVAr en fase voor fase van 1 tot 6 kVAr.

Figuur 1 toont de grafiek van het dagelijkse RM-verbruik bij de ingang van een woongebouw. Nog een voorbeeld: het geregistreerde dagelijkse (10 juni 2007) verbruik van actieve en reactieve elektriciteit in de TP van het stadsnet van Sizran (STR-RA = 400 kVA, elektriciteitsverbruikers zijn meestal enkelfasig) bedraagt ​​1666,46 kWh en 740,17 kvarh (gewogen gemiddelde waarde cosj = 0,91 — spreiding van 0,65 tot 0,97) zelfs bij de overeenkomstig lage belastingsfactor van de transformator — 32% tijdens piekuren en 11% tijdens minimale meeturen.

Dus, gezien de hoge dichtheid (kVA / km2) van de nutsbelasting, leidt de constante aanwezigheid van een reactieve component in de energiestromen van de SES tot aanzienlijke elektriciteitsverliezen in de distributienetwerken van grote steden en de noodzaak om deze te compenseren via extra opwekkingsbronnen.

De complexiteit van het oplossen van dit probleem is grotendeels te wijten aan het ongelijke verbruik van RM in individuele fasen (Fig. 1), wat het moeilijk maakt om traditionele KRM-installaties voor industriële netwerken te gebruiken op basis van driefasige condensatorbanken die worden bestuurd door een regelaar die in één is geïnstalleerd van de fasen van het gecompenseerde netwerk.

De ervaring van onze buitenlandse collega's is van belang bij het vergroten van de vermogensreserve van stedelijke warmtekrachtcentrales. Met name de ontwikkelingen van het elektriciteitsdistributiebedrijf Edeinor S.A.A. (Peru) (het maakt deel uit van de Endesa-groep (Spanje), die gespecialiseerd is in de productie, transmissie en distributie van elektriciteit in een aantal Zuid-Amerikaanse landen), volgens KRM in laagspanningsdistributienetwerken op minimale afstand van consumenten [3]. In opdracht van Edeinor S.A.A., een van de grootste fabrikanten van laagspanningscosinuscondensatoren, lanceerde EPCOS AG een serie enkelfasige condensatoren HomeCap [4], geschikt voor kleine nutsvoorzieningen.

De nominale capaciteit van de HomeCap-condensatoren (Fig. 2) varieert van 5 tot 33 μF, wat het mogelijk maakt om de inductieve component van de PM te compenseren van 0,25 tot 1,66 kVAr (bij een netspanning van 50 Hz in het bereik van 127. ... 380 volt).

De versterkte polypropyleenfilm wordt gebruikt als een diëlektricum, de elektroden zijn gemaakt door metaal te spuiten - MKR-technologie (Metallised Polypropylene Kunststoff). De wikkeling van de sectie is standaard rond, het binnenvolume is gevuld met een niet-giftige polyurethaanverbinding. Zoals alle cosinuscondensatoren van EPCOS AG hebben de HomeCap-condensatoren de eigenschap van «zelfherstellend» in geval van lokale vernietiging van de platen.

De cilindrische aluminium behuizing van de condensatoren is geïsoleerd met een door warmte krimpbare polyvinylbuis (afb. 2) en de aansluitpunten van de dubbele elektrodebladen zijn bedekt met een diëlektrische plastic dop (beschermingsgraad IP53), waardoor volledige veiligheid wordt gegarandeerd tijdens gebruik in huiselijke omgeving bevestigd door het relevante certificaat van standaard UL 810 (Amerikaanse veiligheidslaboratoria).

Het ingebouwde apparaat, dat wordt geactiveerd wanneer de overdruk in de jas wordt overschreden, schakelt de condensor automatisch uit in geval van oververhitting of lawine-instorting van de sectie. De diameter van de HomeCap-condensatoren is 42,5 ± 1 mm en de hoogte, afhankelijk van de waarde van de nominale capaciteit, is 70 ... 125 mm. Verticale verlenging van de condensorbehuizing, in het geval van bescherming tegen interne overdruk, niet meer dan 13 mm.

De condensator is aangesloten met een tweeaderige flexibele kabel met een doorsnede van 1,5 mm2 en een lengte van 300 of 500 mm [4]. Toegestane verwarming van kabelisolatie — 105 ° C.

De werking van HomeCap condensatoren is binnenshuis mogelijk bij een omgevingstemperatuur van -25 … + 55°C. Afwijking van de nominale capaciteit: -5 / + 10%. Actieve vermogensverliezen zijn niet groter dan 5 watt per kvar. Gegarandeerde levensduur tot 100.000 uur.

Het bevestigen van de HomeCap-condensatoren aan het montageoppervlak gebeurt met een klem of bout (M8x10) die aan de onderkant is bevestigd.

In afb. 3. toont de montage van de HomeCap condensor in de meterkast. De condensator (in de rechter benedenhoek) is aangesloten op de klemmen van de elektriciteitsmeter

HomeCap-condensatoren worden vervaardigd in volledige overeenstemming met de vereisten van IEC 60831-1/2 [4].

Volgens Edeinor SAA [3] verhoogde de installatie van HomeCap-condensatoren met een totale capaciteit van 37.000 kvar in 114.000 huishoudens in het Infantas-district in het noorden van Lima de gewogen gemiddelde vermogensfactor van het distributienetwerk van 0,84 naar 0,93, wat een besparing van ongeveer 280 kWh per jaar .voor elke aangesloten kVAr RM of in totaal ongeveer 19.300 MWh per jaar. Bovendien, rekening houdend met de kwalitatieve veranderingen in de aard van de huishoudelijke belasting (schakelen van de voeding van elektrische apparaten, actieve voorschakelapparaten van spaarlampen), vervorming van de sinusoïdaliteit van de netspanning, tegelijkertijd met de Met behulp van HomeCap-condensatoren was het mogelijk om het niveau van harmonische componenten te verminderen — THDU gemiddeld met 1%.

In tegenstelling tot stedelijke netwerken is de behoefte aan RPC voor laagspanningsdistributienetwerken op het platteland nooit in twijfel getrokken [5] vanwege het actieve energieverbruik voor RM-transmissie over een verlengde open (boomachtige) hoogspanningslijn (OHL) met de spanning van 6 (10) kV is het hoogst [6]. Tegelijkertijd wordt de onvoldoende verhouding tussen KRM-fondsen en de aangesloten capaciteit van elektrische ontvangers verklaard door puur economische redenen. Daarom is voor de SPP van landelijke nutsbedrijven en huishoudens en kleine (tot 140 kW) industriële gebruikers de kwestie van het kiezen van de goedkoopste versie van KRM een prioriteit.

Een van de technische moeilijkheden bij de praktische implementatie van de aanbeveling van 80% van de RPC rechtstreeks in de laagspanningsnetwerken op het platteland [5] is het ontbreken van condensatoren die geschikt zijn voor de installatie van bovengrondse lijnen.Volgens de berekeningen is de gemiddelde waarde van de resterende (geen overcompensatie toestaan) RM tijdens transmissie over HV 0,4 kV met een actief vermogen van 50 kW voor een gemengd, met een overwicht (meer dan 40%) van de nutsbelasting 8 kvar daarom moet de optimale nominale RM van dergelijke condensatoren binnen enkele tientallen kvar liggen.

Beschouw het KRM-systeem dat wordt gebruikt op de bovenleidingen van laagspanningsnetwerken in Jaipur (Rajasthan, India) door het energiebedrijf Jaipur Vidyut Vitran Nigam Ltd op basis van de PoleCap®-serie condensatoren (Fig. 4) vervaardigd door EPCOS AG [7] . Uit de monitoring van het SPP, bevattende ongeveer 1000 MVA met een geïnstalleerd vermogen van 4600 transformatoren 11 / 0,433 kV met een enkel vermogen van 25-500 kVA, bleek: de zomerbelasting van de transformatoren was 506 MVA (430 MW), de winter — 353 MVA (300 MW); gewogen gemiddelde cosj — 0,85; totale verliezen (2005) — 17% van het volume van de elektriciteitsvoorziening.

In de loop van het KRM-pilootproject werden 13375 PoleCap-condensatoren geïnstalleerd in de verbindingsknooppunten naar laagspanningstransformatoren, rechtstreeks op de steunen van 0,4 kV-bovenleidingen, met een totale RM van 70 MVAr. Inclusief: 13000 5 kvar condensatoren; 250 — 10 kvar; 125 - 20 m2. Als gevolg hiervan neemt de waarde van cosj toe tot 0,95 en nemen verliezen af ​​tot 13% [7].

Deze condensatoren (afb. 4 en afb. 5) zijn een aanpassing van een beproefd type metaalfilmcondensatoren gemaakt volgens de MKR / MKK-technologie (Metalized Kunststoff Kompakt) [8] - gelijktijdig vergroten van het gebied en vergroten van de elektrische sterkte van de laag contactmetallisatie van de elektroden, dankzij een combinatie van vlakke en golvende snede van de randen van de film, gelegd met een kleine verplaatsing van de bochten, kenmerkend voor de MKR-technologie.Daarnaast bevat de PoleCap-serie een aantal driefasige condensatoren PM 0,5 ... 5 kVAr, gemaakt volgens de traditionele MKR-technologie [8].

Verbeteringen aan het basisontwerp van serie MCC-condensatoren maakten het mogelijk om PoleCap-condensatoren direct (zonder een extra behuizing) buitenshuis te installeren, in vochtige of stoffige ruimtes. Het condensorlichaam is gemaakt van 99,5% aluminium en is gevuld met een inert gas.

Afbeelding 5 toont:

• resistente plastic hoes (item 1);

• hermetisch afgesloten, omgeven door een plastic ring (pos. 5) en gevuld met epoxyverbinding (pos. 7), biedt de klemmenblokversie (pos. 8) beschermingsgraad IP54.

De verbinding (fig. 5) wordt gemaakt door een kabelafdichting (positie 2) van drie enkeladerige kabels van 2 meter (positie 3) en een keramische module van ontladingsweerstanden (positie 6) af te dichten door de contactverbindingen te krimpen en te solderen.

Voor het gemak visuele controle overdrukbeveiliging wordt geactiveerd, er verschijnt een felrode band op het verlengde deel van de condensorbehuizing (positie 4).

Het maximaal toegestane verschil in omgevingstemperatuur is -40 ... + 55 ° C [8].

Opgemerkt moet worden dat aangezien de KRM-condensatoren moeten worden beschermd tegen kortsluitstromen (PUE hoofdstuk 5), lijkt het raadzaam om zekeringen te bouwen in de behuizing van de HomeCap- en PoleCap-condensatoren die worden geactiveerd door de sectie-uitval.

KRM's ervaring met nutsnetwerken in ontwikkelingslanden met veel netwerkverliezen laat zien dat zelfs eenvoudige technische oplossingen - het gebruik van niet-gereguleerde batterijen of speciale soorten cosinuscondensatoren - economisch zeer effectief kunnen zijn.

Auteur van het artikel: A.Shishkin

Literatuur

1. Instructies voor het ontwerp van stedelijke elektrische netwerken KB 34.20.185-94. Goedgekeurd door: Ministerie van Brandstoffen en Energie van de Russische Federatie op 07.07.94, RAO «UES of Russia» op 05.31.94 In werking getreden op 01.01.95.

2. Ovchinnikov A. Elektriciteitsverliezen in distributienetwerken 0,4 ... 6 (10) kV // Nieuws over elektrotechniek. 2003. Nr. 1 (19).

3. Correctie van de vermogensfactor in de elektrische netwerken van Peru // EPCOS COMPONENTS #1. 2006

4. HomeCap-condensatoren voor correctie van de arbeidsfactor.

5. Richtlijnen voor de keuze van middelen voor spanningsregeling en blindvermogencompensatie bij het ontwerp van landbouwmachines en elektrische netwerken voor landbouwdoeleinden. M.: Selenergoproekt. 1978

6. Shishkin SA Blindvermogen van consumenten en netverliezen van elektriciteit // Energiebesparing nr. 4. 2004.

7. Jungwirth P. On-site arbeidsfactorcorrectie // EPCOS COMPONENTS Nr. 4. 2005

8. PoleCap PFC-condensatoren voor externe laagspannings-PFC-toepassingen. Uitgegeven door EPCOS AG. 03/2005. Bestelnr. EPC: 26015-7600.