L'ús de condensadors per compensar la potència reactiva de les càrregues domèstiques

Entre els nombrosos factors que afecten l'eficiència del sistema d'alimentació (SES), un dels llocs prioritaris l'ocupen problema de compensació de potència reactiva (KRM). Tanmateix, a les xarxes de distribució d'usuaris de serveis públics que contenen majoritàriament càrrega monofàsica i commutada individualment, els dispositius KRM encara estan infrautilitzats.

Abans es creia que a causa dels alimentadors relativament curts de les xarxes urbanes de distribució de baixa tensió, la petita potència connectada (unitats kVA) i la propagació de les càrregues, el problema de PFC no existia per a ells.

Per exemple, al capítol 5.2 [1] s'escriu: «per als edificis residencials i públics no es preveu compensació de càrrega reactiva». Si tenim en compte que en l'última dècada el consum d'electricitat per 1 m2 del sector residencial s'ha triplicat, la capacitat estadística mitjana dels transformadors de potència de les xarxes municipals urbanes ha arribat als 325 kVA, i l'àrea d'ús de la potència del transformador. s'ha desplaçat cap amunt i es troba dins dels 250 … 400 kVA [2], llavors aquesta afirmació és qüestionable.

El processament dels gràfics de càrrega realitzat a l'entrada d'un edifici d'habitatges mostra: durant el dia el valor mitjà del factor de potència (cosj) varia de 0,88 a 0,97, i fase per fase de 0,84 a 0,99. En conseqüència, el consum total de potència reactiva (RM) varia entre 9 ... 14 kVAr, i fase per fase d'1 a 6 kVAr.

La figura 1 mostra el gràfic de consum diari de RM a l'entrada d'un edifici residencial. Un altre exemple: el consum diari (10 de juny de 2007) registrat d'electricitat activa i reactiva a la TP de la xarxa urbana de Sizran (STR-RA = 400 kVA, els consumidors d'electricitat són majoritàriament monofàsics) ascendeix a 1666,46 kWh i 740,17 kvarh (valor mitjà ponderat cosj = 0,91 - dispersió de 0,65 a 0,97) fins i tot amb el corresponent factor de càrrega baix del transformador - 32% durant les hores punta i 11% durant les hores mínimes de mesura.

Així, donada l'elevada densitat (kVA/km2) de la càrrega del servei, la presència constant d'un component reactiu en els fluxos d'energia del SES, comporta importants pèrdues d'electricitat a les xarxes de distribució de les grans ciutats i la necessitat de compensar-les. mitjançant fonts de generació addicionals.

La complexitat de resoldre aquest problema es deu en gran part al consum desigual de RM en fases individuals (Fig. 1), que dificulta l'ús tradicional per a xarxes industrials d'instal·lacions KRM basades en bancs de condensadors trifàsics controlats per un regulador instal·lat en una sola. de les fases de la xarxa compensada.

L'experiència dels nostres companys estrangers és d'interès per augmentar la reserva d'energia de les centrals tèrmiques urbanes. En particular, les promocions de la companyia distribuïdora d'electricitat Edeinor S.A.A. (Perú) (forma part del grup Endesa (Espanya), especialitzat en la producció, transmissió i distribució d'electricitat en diversos països d'Amèrica del Sud), segons KRM en xarxes de distribució de baixa tensió a una distància mínima dels consumidors. [3]. Per encàrrec d'Edeinor S.A.A., un dels majors fabricants de condensadors cosinus de baixa tensió, EPCOS AG va llançar una sèrie de condensadors monofàsics HomeCap [4], adequats per a petites càrregues de serveis públics.

La capacitat nominal dels condensadors HomeCap (Fig. 2) varia de 5 a 33 μF, la qual cosa permet compensar el component inductiu del PM de 0,25 a 1,66 kVAr (a una tensió de xarxa de 50 Hz en el rang de 127. ... 380 V).

La pel·lícula de polipropilè reforçada s'utilitza com a dielèctric, els elèctrodes es fabriquen per polvorització de metall - tecnologia MKR (Polipropilè metallitzat Kunststoff). L'enrotllament de la secció és rodona estàndard, el volum interior s'omple amb un compost de poliuretà no tòxic. Com tots els condensadors cosinus d'EPCOS AG, els condensadors HomeCap tenen la propietat d'"autocuració" en cas de destrucció local de les plaques.

La carcassa cilíndrica d'alumini dels condensadors està aïllada amb un tub de polivinil termoretràctil (Fig. 2), i els terminals de les fulles de doble elèctrode estan coberts amb una tapa de plàstic dielèctric (grau de protecció IP53), garantint així una total seguretat durant el funcionament en medi ambient domèstic confirmat pel certificat corresponent de la norma UL 810 (laboratoris de seguretat dels EUA).

El dispositiu incorporat, que s'activa quan es supera l'excés de pressió dins de la jaqueta, apaga automàticament el condensador en cas de sobreescalfament o col·lapse d'allau de la secció. El diàmetre dels condensadors HomeCap és de 42,5 ± 1 mm i l'alçada, depenent del valor de la capacitat nominal, és de 70 ... 125 mm. Extensió vertical de la carcassa del condensador, en el cas de protecció contra l'excés de pressió interna, no més de 13 mm.

El condensador es connecta amb un cable flexible de dos nuclis amb una secció transversal d'1,5 mm2 i una longitud de 300 o 500 mm [4]. Escalfament admissible de l'aïllament del cable - 105 ° C.

El funcionament dels condensadors HomeCap és possible en interiors a una temperatura ambient de -25 … + 55 ° C. Desviació de la capacitat nominal: -5 / + 10%. Les pèrdues de potència activa no superen els 5 watts per kvar. Vida útil garantida de fins a 100.000 hores.

La fixació dels condensadors HomeCap a la superfície de muntatge es fa amb una pinça o cargol (M8x10) connectat a la part inferior.

A la fig. 3. mostra la instal·lació del condensador HomeCap a la caixa de mesura. El condensador (a la cantonada inferior dreta) està connectat als terminals del comptador d'electricitat

Els condensadors HomeCap es fabriquen d'acord amb els requisits de la norma IEC 60831-1/2 [4].

Segons Edeinor SAA, [3] la instal·lació de condensadors HomeCap amb una capacitat total de 37.000 kvar a 114.000 llars del districte d'Infantas, al nord de Lima, va augmentar el factor de potència mitjà ponderat de la xarxa de distribució de 0,84 a 0,93, estalviant aproximadament 280 kWh per cada. any .per cada kVAr RM connectat o un total d'uns 19.300 MWh anuals. A més, tenint en compte els canvis qualitatius en la naturalesa de la càrrega domèstica (canvi de la font d'alimentació d'aparells elèctrics, balastos actius de llums d'estalvi d'energia), distorsió de la sinusoïdalitat de la tensió de la xarxa, alhora que amb l'ajuda dels condensadors HomeCap, va ser possible reduir el nivell de components harmònics: la mitjana de THDU en un 1%.

En contrast amb les urbanes, la necessitat de RPC per a xarxes de distribució de baixa tensió rural mai s'ha qüestionat [5] a causa del consum d'energia activa per a la transmissió de RM a través d'una línia d'alta tensió (OHL) oberta (en forma d'arbre) amb la tensió de 6 (10) kV és la més alta [6]. Al mateix temps, la proporció insuficient entre els fons KRM i la capacitat connectada dels receptors elèctrics s'explica per raons purament econòmiques. Per tant, per a l'SPP d'usuaris industrials d'utilitat rural i domèstics i petits (fins a 140 kW), la qüestió d'escollir la versió més barata de KRM és una prioritat.

Una de les dificultats tècniques en la implementació pràctica de la recomanació del 80% de RPC directament a les xarxes rurals de baixa tensió [5] és la manca de condensadors adequats per a la instal·lació de línies aèries.Segons els càlculs, el valor mitjà de la RM residual (no permetent la sobrecompensació) durant la transmissió sobre HV 0,4 kV amb una potència activa de 50 kW per a un mixt, amb un predomini (més del 40%) de la càrrega de la utilitat és de 8 kvar. , per tant, el RM nominal òptim d'aquests condensadors hauria d'estar dins d'unes poques desenes de kvar.

Considereu el sistema KRM utilitzat a les línies aèries de xarxes de baixa tensió a Jaipur (Rajasthan, Índia) per la companyia elèctrica Jaipur Vidyut Vitran Nigam Ltd basat en els condensadors de la sèrie PoleCap® (Fig. 4) fabricats per EPCOS AG [7] . El seguiment del SPP, que conté uns 1000 MVA amb una capacitat instal·lada de 4600 transformadors 11 / 0,433 kV amb una potència única de 25-500 kVA, va mostrar: la càrrega d'estiu dels transformadors era de 506 MVA (430 MW), l'hivern — 353 MVA ( 300 MW); mitjana ponderada cosj — 0,85; pèrdues totals (2005) — 17% del volum de subministrament elèctric.

En el transcurs del projecte pilot KRM, es van instal·lar 13375 condensadors PoleCap als nodes de connexió a transformadors de baixa tensió, directament sobre els suports de línies aèries de 0,4 kV, amb un RM total de 70 MVAr. Inclou: 13000 condensadors de 5 kvar; 250 — 10 kvar; 125 — 20 metres quadrats. Com a resultat, el valor de cosj augmenta fins a 0,95 i les pèrdues disminueixen fins al 13% [7].

Aquests condensadors (Fig. 4 i Fig. 5) són una modificació d'un tipus ben provat de condensadors de pel·lícula metàl·lica fets d'acord amb la tecnologia MKR / MKK (Metalized Kunststoff Kompakt) [8], augmentant simultàniament l'àrea i augmentant l'electricitat. resistència de la metal·lització de contacte de capa dels elèctrodes, a causa d'una combinació de tall pla i ondulat de les vores de la pel·lícula, col·locada amb un petit desplaçament dels corbes, característica de la tecnologia MKR.A més, la sèrie PoleCap inclou una sèrie de condensadors trifàsics PM 0,5 ... 5 kVAr, fabricats segons la tecnologia tradicional MKR [8].

Les millores en el disseny bàsic dels condensadors de la sèrie MCC van permetre instal·lar directament (sense carcassa addicional) els condensadors PoleCap a l'aire lliure, en habitacions humides o polsegoses. El cos del condensador està fet d'alumini al 99,5% i està ple d'un gas inert.

La figura 5 mostra:

• coberta de plàstic resistent (element 1);

• tancada hermèticament, envoltada per un anell de plàstic (pos. 5) i farcida de compost epoxi (pos. 7), la versió de bloc de terminals (pos. 8) proporciona el grau de protecció IP54.

La connexió (Fig. 5) s'efectua segellant un segell de cable (posició 2) a partir de tres cables d'un sol nucli de 2 metres (posició 3) i un mòdul ceràmic de resistències de descàrrega (posició 6) mitjançant la crimpada i la soldadura de les connexions de contacte.

Per la comoditat control visual s'activa la protecció contra sobrepressió, apareix una banda vermella brillant a la part estesa de la carcassa del condensador (posició 4).

La diferència màxima admissible de temperatura ambient és de -40 ... + 55 ° C [8].

Cal tenir en compte que, ja que els condensadors KRM s'han de protegir contra corrents de curtcircuit (PUE Ch.5), sembla recomanable construir fusibles a l'interior de la carcassa dels condensadors HomeCap i PoleCap que s'activen per l'avaria de la secció.

L'experiència de KRM en xarxes de serveis públics als països en desenvolupament amb un alt nivell de pèrdues de xarxa mostra que fins i tot solucions tècniques senzilles (l'ús de bateries no regulades de tipus especials de condensadors cosinus) poden ser econòmicament molt efectives.

Autor de l'article: A.Shishkin

Literatura

1. Instruccions per al disseny de xarxes elèctriques urbanes RD 34.20.185-94. Aprovat per: Ministeri de Combustibles i Energia de la Federació Russa el 07/07/94, RAO «UES de Rússia» el 31/05/94 Entrat en vigor el 01/01/95.

2. Ovchinnikov A. Pèrdues d'electricitat a les xarxes de distribució 0,4 ... 6 (10) kV // Notícies d'enginyeria elèctrica. 2003. Núm 1 (19).

3. Correcció del factor de potència a les xarxes elèctriques del Perú // EPCOS COMPONENTS #1. 2006

4. Condensadors HomeCap per a la correcció del factor de potència.

5. Orientacions per a la selecció de mitjans de regulació de tensió i compensació de potència reactiva en el disseny d'equips agrícoles i xarxes elèctriques amb finalitats agrícoles. M.: Selenergoproekt. 1978

6. Shishkin S.A. Potència reactiva dels consumidors i pèrdues d'electricitat a la xarxa // Estalvi d'energia núm. 4. 2004.

7. Jungwirth P. Correcció del factor de potència in situ // EPCOS COMPONENTS Núm. 4. 2005

8. Condensadors PoleCap PFC per a aplicacions externes de PFC de baixa tensió. Publicat per EPCOS AG. 03/2005. N º de comanda. EPC: 26015-7600.