Використання конденсаторів для компенсації реактивної потужності комунально-побутових навантажень

Серед численних причин, що впливають на ефективність роботи системи електропостачання (СЕС), одне з пріоритетних місць займає питання компенсації реактивної потужності (КРП). Але, в розподільних мережах комунально-побутових споживачів, що містять в більшій мірі однофазовий, коммутируемую щодо персонального режиму навантаження, пристрої КРП використовуються ще недостатньо.

Раніше було прийнято вважати, що через відносно невеликих фідерів міських низьковольтних розподільчих мереж, маленький (одиниці кВА) приєднаної потужності і розосередження навантажень, труднощі КРМ для їх не існує.

Наприклад, у розділі 5.2 [1] записано: «для житлових і громадських будівель компенсація реактивної навантаження не передбачається». Якщо взяти до уваги, що за останнє десятиліття витрата електроенергії на 1м2 житлового сектора зріс в три рази, середня статистична потужність силових трансформаторів міських міських мереж досягла 325 кВА, а зона використання трансформаторної потужності змістилася в бік зростання і знаходиться в межах 250 ... 400 кВА [ 2], то це твердження викликає сумнів.

Обробка графіків навантаження, знятих на введенні багатоквартирного будинку, показала: протягом доби середнє значення коефіцієнта потужності (cosj) змінювалося від 0,88 до 0,97, а пофазні - від 0,84 до 0,99. Відповідно сумарне споживання реактивної потужності (РМ) коливалося в межах 9 ... 14 кВАр, а пофазні від 1 до 6 кВАр.

На рис.1 показаний графік денного вживання РМ на введенні багатоквартирного будинку. Інший приклад: зафіксоване добове (10.06.07 р) споживання активної та реактивної електроенергії на ТП Сизранське міської мережі (Sтр-РА = 400 кВА, електроприймачі більшою мірою однофазовий) склало 1666,46 кВт • год і 740,17 кВАр • год (середньозважене значення cosj = 0,91 - розкид від 0,65 до 0,97) навіть при відповідному низькому коефіцієнті завантаження трансформатора - 32% в години максимуму і 11% в годинник мінімуму проведення вимірювань.

Таким чином, враховуючи високу щільність (кВА / км2) комунально-побутового навантаження, постійна наявність в перетоках потужності СЕС реактивної складової, призводить до значних збитків електроенергії в розподільних мережах великих міст і необхідності їх відшкодування за рахунок додаткових джерел генерації.

Складність вирішення даного питання багато в чому пов`язана з нерівномірним споживанням РМ по окремих фаз (рис.1), що утрудняє застосування звичайних для промислових мереж установок КРМ на базі трифазних батарей конденсаторів, керованих регулятором, встановленим в одній з фаз компенсується мережі.

Для збільшення резерву потужності міських СЕС становить інтерес досвід наших зарубіжних колег. А саме вироблення дистриб`юторської електроенергетичної компанії Edeinor S.A.A. (Перу) (вона заходить в спеціалізується на генерації, передачі і розподілі електроенергії в ряді американських держав групу Endesa (Іспанія)), по КРМ в низьковольтних розподільчих мережах на мінімальному видаленні від споживачів [3]. На замовлення Edeinor S.A.A., один з найбільших виробників низьковольтних косинусного конденсаторів - компанія EPCOS AG випустила серію однофазних конденсаторів HomeCap [4] пристосованих для КРМ маленьких комунально-побутових навантажень.

Номінальна ємність конденсаторів HomeCap (рис.2) варіюється від 5 до 33 мкФ, що дозволяє заповнити індуктивну складову РМ від 0,25 до 1,66 кВАр (при напрузі мережі 50 Гц в діапазоні 127 ... 380 В).

В якості діелектрика використовується посилена поліпропіленова плівка, електроди виконані залізним напиленням - розробка МКР (Metallized Kunststoff Polypropylene). Намотування секції - стандартна кругла, внутрішній обсяг заповнений нетоксичним полімерним компаундом. Як і всі косинусні конденсатори компанії EPCOS AG, конденсатори серії HomeCap володіють властивістю «самовідновлення» при локальному пробої обкладок.

Циліндричний алюмінієвий корпус конденсаторів ізольований за допомогою термоусадочної поливиниловой трубки (рис.2), а здвоєні ножові висновки електродів закриті діелектричним пластмасовим ковпаком (ступінь захисту IP53), тим, забезпечуючи повну безпеку при експлуатації в побутових умовах, підтверджену відповідним сертифікатом еталона UL 810 (лабораторії з техніки безпеки США).

Вбудований пристрій, що спрацьовує при перевищенні зайвого тиску всередині корпусу, автоматом відключає конденсатор при його перегріві або лавину пробої секції. Діаметр конденсаторів HomeCap - 42,5 ± 1 мм, а висота, залежно від величини номінальної ємності, 70 ... 125 мм. Вертикальне подовження корпусу конденсатора, в разі спрацювання захисту від перевищення внутрішнього тиску менше 13 мм.

Підключення конденсатора здійснюється двожильним гнучким кабелем перетином 1,5 мм2 і довжиною 300 або 500 мм [4]. Допустимий нагрів ізоляції кабелю - 105 ° С.

Експлуатація конденсаторів HomeCap імовірна всередині приміщень при температурі середовища -25 ... + 55 ° С. Відхилення номінальної ємності: -5 / + 10%. Втрати активної потужності не перевищують 5-ти Вт на кВАр. Гарантійний термін служби до 100000 ч.

Кріплення конденсаторів HomeCap до монтажної поверхні здійснюється хомутом або приєднаним до днища болтовим (М8х10) з`єднанням.

На рис. 3. показана установка конденсатора HomeCap в ящику обліку. Конденсатор (в правому нижньому кутку) підключений до клем електролічильника

Конденсатори HomeCap виконані в повній відповідності з вимогами стандарту IEC 60831-1 / 2 [4].

За даними Edeinor SAA, [3] установка конденсаторів HomeCap сумарною потужністю 37 000 кВАр в 114 000 домоволодінь району Інфантас північній частині Ліми, підвищила середньозважений коефіцієнт потужності розподільної мережі з 0,84 до 0,93, що дозволило раз в рік зберігати приблизно 280 кВт · год на кожен приєднаний кВАр РМ або всього близько 19 300 МВт · год на рік. Крім того, беручи до уваги якісні зміни характеру побутової навантаження (імпульсні джерела живлення електроприладів, активні баласти енергозберігаючих ламп), що спотворюють синусоидальность напруги мережі, відразу за допомогою конденсаторів HomeCap вдалося знизити рівень гармонійних складових - THDU в середньому на 1%.

На відміну від міських, необхідність КРМ для низьковольтних сільських розподільних мереж ніколи під сумнів не ставилася [5], тому що витрати активної енергії на передачу РМ по протяжної розімкнутої (деревовидної) високовольтної лінії (ПЛ) напругою 6 (10) кВ вищі [6 ]. При цьому відсутнє співвідношення коштів КРМ до приєднаної потужності електроприймачів, пояснюється суто економічними причинами. Тому для СЕС сільських комунально-побутових і маленьких (до 140 кВт) виробничих споживачів питання вибору менш накладного варіанти КРМ є пріоритетним.

Однією з технічної складнощів практичного виконання поради по 80% КРМ конкретно в низьковольтних сільських мережах [5] є відсутність конденсаторів адаптованих до монтажу на ПЛ. За розрахунками, середнє значення залишкової (не допускає режиму перекомпенсації) РМ при передачі по ВЛ-0,4 кВ активної потужності 50 кВт для смешенной, з домінуванням (більше 40%) комунально-побутового навантаження, склало 8 кВАр, як слід, найкраща номінальна РМ таких конденсаторів повинна бути в межах одиниць-кількох 10-ов кВАр.

Розглянемо систему КРМ, яка використовується на ВЛ низьковольтних мереж м Джайпур (штат Раджастан, Індія) енергетичною компанією Jaipur Vidyut Vitran Nigam Ltd на базі конденсаторів серії PoleCap® (рис.4) виробництва EPCOS AG [7]. Проведений моніторинг СЕС, що містить близько 1000 МВА встановленої потужності 4600 трансформаторів 11 / 0,433 кВ одиничною потужністю 25-500 кВА, показав: річна завантаження трансформаторів склала 506 МВА (430 МВт), зимова - 353 МВА (300 МВт) - середньозважений cosj - 0, 85 повні втрати (2005 рік) - 17% від обсягу відпуску електроенергії.

В процесі пілотного проекту по КРМ, в вузлах приєднання до трансформаторів низьковольтних навантажень, конкретно на опорах ПЛ-0,4 кВ було встановлено 13375 конденсаторів PoleCap, сумарною РМ 70 Мвар. У тому числі: 13000 конденсаторів 5 квар- 250 - 10 квар- 125 - 20 кВАр. В результаті значення cosj підвищився до 0,95, а втрати знизилися до 13% [7].

Дані конденсатори (рис.4, і рис.5) - модифікація відмінно зарекомендував себе типу металоплівкових конденсаторів, виконаних за технологією МКР / МКК (Metalized Kunststoff Kompakt) [8] - одночасного зростання площі і збільшення електронної міцності контакту шару металізації електродів, за рахунок поєднання рівного і хвильового зрізу кромок плівки, що укладається з відповідною для МКР-технології маленьким зсувом витків. Крім того, серія PoleCap включає ряд трифазних конденсаторів РМ 0,5 ... 5 кВАр, виконаних за класичною технологією МКР [8].

Удосконалення базисної конструкції серійних МКК-конденсаторів забезпечила можливість конкретної (без додаткового футляра) установки конденсаторів PoleCap на відкритому повітрі, вологих або запилених приміщеннях. Корпус конденсатора виконаний з 99,5% -го алюмінію і заповнений інертним газом.

На рис.5 показані:

• міцна пластмасова кришка (поз.1);
  

• герметичне, оточене пластмасовим кільцем (поз.5) і залите епоксидним компаундом (поз.7), виконання клемної колодки (поз.8), забезпечує ступінь захисту IP54.
  

Підключення (рис.5) робиться через ущільнення кабельного введення (поз.2) 3-х одножильних 2-х метрових кабелів (поз.3) і глиняного модуля розрядних резисторів (поз.6) робиться обтисненням і пайкою контактних з`єднань. Для зручності зорового контролю спрацьовування захисту від перевищення надлишкового тиску на подовженій частині корпусу конденсатора виникає яскраво-червона смуга (поз.4).

Найбільший допустимий перепад температури середовища -40 ... + 55 ° С [8].

Необхідно підкреслити, що так як конденсатори КРМ зобов`язані мати захист від струмів короткого замикання (ПУЕ гл.5), представляється доцільним вбудувати всередину корпусу конденсаторів HomeCap і PoleCap плавкі запобіжники, що спрацьовують при пробої секції.

Досвід КРМ в комунально-побутових мережах країн, що розвиваються з високим рівнем мережевих втрат, вказує, що навіть звичайні технічні рішення - впровадження нерегульованих батарей особливих типів косинусного конденсаторів, можуть бути економічно дуже ефективні.

Автор статті: А. Шишкін «ЕЛЕКТРИК» (Радіоаматор-Електрик)

література

1.
Анотація з проектування міських електронних мереж РД 34.20.185-94. Затверджено: Міністерством палива та енергетики РФ 07.07.94, РАО «ЄЕС Росії» 31.05.94. Введена в дію з 01.01.95 р

2.
Овчинников А. Втрати електроенергії в розподільних мережах 0,4 ... 6 (10) кВ // Анонси Електротехніки. 2003. № 1 (19).

3.
Коригування коефіцієнта потужності в електромережах Перу // Складові EPCOS №1. 2006.

4. HomeCap capacitors for Power Factor Correction.

5.
Настанови щодо вибору засобів регулювання напруги і компенсації реактивної потужності при проектуванні тваринницьких комплексів і електронних мереж сільськогосподарського призначення. М .: Сельенергопроект. 1978.

6.
Шишкін С.А. Реактивна потужність споживачів і мережеві втрати електроенергії // Заощадження енергії № 4. 2004.

7. Jungwirth P. Power factor correction on site // EPCOS COMPONENTS №4. 2005.

8. PoleCap PFC Capacitors for Outdoor Low-Voltage PFC Applications. Published by EPCOS AG. 03/2005. Ordering No. EPC: 26015-7600.