Der Einsatz von Kondensatoren zur Kompensation der Blindleistung von Haushaltslasten

Unter den zahlreichen Faktoren, die die Effizienz des Stromversorgungssystems (SES) beeinflussen, nimmt einer der vorrangigen Plätze ein Problem der Blindleistungskompensation (KRM). Allerdings werden KRM-Geräte in Verteilungsnetzen von Versorgungsnutzern, die überwiegend einphasige, einzeln geschaltete Lasten enthalten, immer noch nicht ausreichend genutzt.

Bisher ging man davon aus, dass das PFC-Problem aufgrund der relativ kurzen Einspeisungen städtischer Niederspannungsverteilungsnetze, der geringen Anschlussleistung (kVA-Einheiten) und der Verteilung der Lasten bei ihnen nicht bestand.

Beispielsweise heißt es in Kapitel 5.2 [1]: „Für Wohngebäude und öffentliche Gebäude ist kein Blindlastausgleich vorgesehen.“ Wenn wir berücksichtigen, dass sich der Stromverbrauch pro 1 m2 des Wohnsektors im letzten Jahrzehnt verdreifacht hat, hat die durchschnittliche statistische Kapazität von Leistungstransformatoren städtischer kommunaler Netze 325 kVA und den Einsatzbereich der Transformatorleistung erreicht nach oben verschoben hat und im Bereich von 250 … 400 kVA liegt [2], dann ist diese Aussage fragwürdig.

Die Verarbeitung der am Eingang eines Wohngebäudes erstellten Lastdiagramme zeigt: Tagsüber schwankt der Durchschnittswert des Leistungsfaktors (cosj) zwischen 0,88 und 0,97 und Phase für Phase zwischen 0,84 und 0,99. Dementsprechend variiert der Gesamtverbrauch an Blindleistung (RM) zwischen 9 ... 14 kVAr und Phase für Phase zwischen 1 und 6 kVAr.

Abbildung 1 zeigt das tägliche RM-Verbrauchsdiagramm am Eingang eines Wohngebäudes. Ein weiteres Beispiel: Der registrierte tägliche (10. Juni 2007) Verbrauch an Wirk- und Blindstrom im TP des städtischen Netzes von Sizran (STR-RA = 400 kVA, Stromverbraucher sind überwiegend einphasig) beträgt 1666,46 kWh und 740,17 kvarh (gewichteter Mittelwert cosj = 0,91 – Streuung von 0,65 bis 0,97) selbst bei entsprechend niedrigem Belastungsfaktor des Transformators – 32 % während der Spitzenzeiten und 11 % während der minimalen Messstunden.

Angesichts der hohen Dichte (kVA/km2) der Versorgungslast führt das ständige Vorhandensein einer reaktiven Komponente in den Energieflüssen des SES zu erheblichen Stromverlusten in den Verteilungsnetzen großer Städte und der Notwendigkeit, diese zu kompensieren durch zusätzliche Erzeugungsquellen.

Die Komplexität der Lösung dieses Problems ist größtenteils auf den ungleichmäßigen RM-Verbrauch in einzelnen Phasen zurückzuführen (Abb. 1), der die Verwendung herkömmlicher KRM-Installationen für Industrienetze erschwert, die auf dreiphasigen Kondensatorbänken basieren, die von einem in einer Phase installierten Regler gesteuert werden der Phasen des kompensierten Netzwerks.

Die Erfahrungen unserer ausländischen Kollegen sind bei der Erhöhung der Leistungsreserven städtischer Wärmekraftwerke von Interesse. Insbesondere die Entwicklungen des Stromverteilungsunternehmens Edeinor S.A.A. (Peru) (es ist Teil der Endesa-Gruppe (Spanien), die auf die Produktion, Übertragung und Verteilung von Strom in einer Reihe südamerikanischer Länder spezialisiert ist), laut KRM in Niederspannungsverteilungsnetzen mit einem Mindestabstand zu Verbrauchern [3]. Im Auftrag von Edeinor S.A.A., einem der größten Hersteller von Niederspannungs-Cosinus-Kondensatoren, brachte die EPCOS AG eine Reihe einphasiger HomeCap-Kondensatoren [4] auf den Markt, die für kleine Netzlasten geeignet sind.

Die Nennkapazität der HomeCap-Kondensatoren (Abb. 2) variiert zwischen 5 und 33 μF, wodurch die induktive Komponente des PM von 0,25 bis 1,66 kVAr (bei einer Netzspannung von 50 Hz im Bereich von 127) kompensiert werden kann. . . 380 V ).

Als Dielektrikum dient die verstärkte Polypropylenfolie, die Elektroden werden durch Metallspritzen hergestellt – MKR-Technologie (Metallised Polypropylene Kunststoff). Die Wicklung des Abschnitts ist standardmäßig rund, das Innenvolumen ist mit einer ungiftigen Polyurethanmasse gefüllt. Wie alle Cosinus-Kondensatoren der EPCOS AG verfügen die HomeCap-Kondensatoren über die Eigenschaft der „Selbstheilung“ bei lokaler Zerstörung der Platten.

Das zylindrische Aluminiumgehäuse der Kondensatoren ist mit einem wärmeschrumpfbaren Polyvinylschlauch isoliert (Abb. 2) und die Anschlüsse der Doppelelektrodenblätter sind mit einer dielektrischen Kunststoffkappe (Schutzart IP53) abgedeckt, wodurch absolute Sicherheit beim Betrieb gewährleistet ist häusliche Umgebung, bestätigt durch das entsprechende Zertifikat der Norm UL 810 (US-Sicherheitslaboratorien).

Das eingebaute Gerät, das bei Überschreiten des Überdrucks im Mantel aktiviert wird, schaltet den Kondensator bei Überhitzung oder Lawineneinsturz des Abschnitts automatisch ab. Der Durchmesser der HomeCap-Kondensatoren beträgt 42,5 ± 1 mm und die Höhe beträgt je nach Wert der Nennkapazität 70 ... 125 mm. Vertikale Ausdehnung des Kondensatorgehäuses, bei Schutz vor übermäßigem Innendruck, nicht mehr als 13 mm.

Der Kondensator wird mit einem zweiadrigen flexiblen Kabel mit einem Querschnitt von 1,5 mm2 und einer Länge von 300 oder 500 mm angeschlossen [4]. Zulässige Erwärmung der Kabelisolierung – 105 °C.

Der Betrieb von HomeCap-Kondensatoren ist im Innenbereich bei einer Umgebungstemperatur von -25 … + 55 °C möglich. Abweichung der Nennkapazität: -5 / + 10 %. Die Wirkleistungsverluste überschreiten nicht 5 Watt pro kvar. Garantierte Lebensdauer von bis zu 100.000 Stunden.

Die Befestigung der HomeCap-Kondensatoren an der Montagefläche erfolgt mit einer an der Unterseite befestigten Klemme oder Schraube (M8x10).

In Abb. 3. zeigt den Einbau des HomeCap-Kondensators in die Dosierbox. Der Kondensator (in der unteren rechten Ecke) wird an die Klemmen des Stromzählers angeschlossen

HomeCap-Kondensatoren werden in voller Übereinstimmung mit den Anforderungen der IEC 60831-1/2 [4] hergestellt.

Laut Edeinor SAA [3] erhöhte die Installation von HomeCap-Kondensatoren mit einer Gesamtkapazität von 37.000 kvar in 114.000 Haushalten im Distrikt Infantas im Norden Limas den gewichteten durchschnittlichen Leistungsfaktor des Verteilungsnetzes von 0,84 auf 0,93 und sparte etwa 280 kWh pro Jahr Jahr .für jeden angeschlossenen kVAr RM oder insgesamt ca. 19.300 MWh pro Jahr. Unter Berücksichtigung der qualitativen Veränderungen in der Art der Haushaltslast (Umschaltung der Stromversorgung von Elektrogeräten, aktive Vorschaltgeräte von Energiesparlampen), Verzerrung der Sinusform der Netzspannung, gleichzeitig mit der Mit Hilfe von HomeCap-Kondensatoren konnte der Anteil harmonischer Komponenten reduziert werden – THDU im Durchschnitt um 1 %.

Im Gegensatz zu städtischen Netzen wurde die Notwendigkeit von RPC für ländliche Niederspannungsverteilungsnetze aufgrund des aktiven Energieverbrauchs für die RM-Übertragung über eine ausgedehnte offene (baumartige) Hochspannungsleitung (OHL) nie in Frage gestellt [5]. die Spannung ist mit 6 (10) kV am höchsten [6]. Gleichzeitig ist das unzureichende Verhältnis der KRM-Mittel zur angeschlossenen Kapazität elektrischer Empfänger auf rein wirtschaftliche Gründe zurückzuführen. Daher ist für das SPP von ländlichen Versorgungsunternehmen und Haushalten sowie kleinen (bis zu 140 kW) industriellen Nutzern die Frage der Wahl der günstigsten KRM-Version eine Priorität.

Eine der technischen Schwierigkeiten bei der praktischen Umsetzung der Empfehlung von 80 % RPC direkt in den ländlichen Niederspannungsnetzen [5] ist der Mangel an Kondensatoren, die für die Installation von Freileitungen geeignet sind.Den Berechnungen zufolge beträgt der Durchschnittswert des Reststroms (keine Überkompensation zulassend) RM bei der Übertragung über HV 0,4 kV mit einer Wirkleistung von 50 kW für eine gemischte Netzlast mit einem überwiegenden Anteil (mehr als 40 %) 8 kvar Daher sollte der optimale Nenn-RM solcher Kondensatoren innerhalb einiger zehn kvar liegen.

Betrachten Sie das KRM-System, das auf den Freileitungen von Niederspannungsnetzen in Jaipur (Rajasthan, Indien) vom Energieversorger Jaipur Vidyut Vitran Nigam Ltd verwendet wird und auf den Kondensatoren der PoleCap®-Serie (Abb. 4) der EPCOS AG basiert [7]. Die Überwachung des SPP, das etwa 1000 MVA mit einer installierten Leistung von 4600 Transformatoren 11 / 0,433 kV mit einer Einzelleistung von 25-500 kVA umfasst, ergab: Die Sommerlast der Transformatoren betrug 506 MVA (430 MW), die Winterlast – 353 MVA (300 MW); gewichteter Durchschnitt cosj – 0,85; Gesamtverluste (2005) – 17 % der Stromversorgungsmenge.

Im Rahmen des KRM-Pilotprojekts wurden 13375 PoleCap-Kondensatoren in den Anschlussknoten zu Niederspannungstransformatoren direkt auf den Stützen von 0,4-kV-Freileitungen mit einem Gesamt-RM von 70 MVAr installiert. Einschließlich: 13000 5-kvar-Kondensatoren; 250 – 10 kvar; 125 – 20 qm. Dadurch steigt der Wert von cosj auf 0,95 und die Verluste sinken auf 13 % [7].

Diese Kondensatoren (Abb. 4 und Abb. 5) sind eine Modifikation eines bewährten Typs von Metallfilmkondensatoren, die nach der MKR / MKK-Technologie (Metalized Kunststoff Kompakt) [8] hergestellt werden – bei gleichzeitiger Vergrößerung der Fläche und Erhöhung der elektrischen Leistung Stärke der Schichtkontaktmetallisierung der Elektroden, aufgrund einer Kombination aus flachem und wellenförmigem Schnitt der Folienkanten, verlegt mit einer kleinen Verschiebung der Biegungen, charakteristisch für die MKR-Technologie.Darüber hinaus umfasst die PoleCap-Serie eine Reihe von dreiphasigen Kondensatoren PM 0,5 ... 5 kVAr, hergestellt nach der traditionellen MKR-Technologie [8].

Verbesserungen am Grunddesign der Kondensatoren der Serie MCC ermöglichten die direkte (ohne zusätzliches Gehäuse) Installation von PoleCap-Kondensatoren im Freien, in feuchten oder staubigen Räumen. Der Kondensatorkörper besteht zu 99,5 % aus Aluminium und ist mit einem Inertgas gefüllt.

Abbildung 5 zeigt:

• widerstandsfähige Kunststoffabdeckung (Pos. 1);

• Hermetisch dicht, umgeben von einem Kunststoffring (Pos. 5) und gefüllt mit Epoxidmasse (Pos. 7), bietet die Klemmenversion (Pos. 8) die Schutzart IP54.

Die Verbindung (Abb. 5) erfolgt durch das Abdichten einer Kabeldichtung (Position 2) aus drei einadrigen 2-Meter-Kabeln (Position 3) und einem Keramikmodul aus Entladewiderständen (Position 6) durch Crimpen und Löten der Kontaktanschlüsse.

Der Bequemlichkeit halber visuelle Kontrolle Sobald der Überdruckschutz ausgelöst wird, erscheint am verlängerten Teil des Kondensatorgehäuses (Position 4) ein leuchtend rotes Band.

Die maximal zulässige Differenz der Umgebungstemperatur beträgt -40 ... + 55 °C [8].

Es ist zu beachten, dass die KRM-Kondensatoren vor Kurzschlussströmen geschützt werden müssen (PUE Kap.5) erscheint es ratsam, im Gehäuse der HomeCap- und PoleCap-Kondensatoren Sicherungen einzubauen, die bei Abschnittsdurchschlag ausgelöst werden.

Die Erfahrung von KRM in Versorgungsnetzen in Entwicklungsländern mit hohen Netzverlusten zeigt, dass bereits einfache technische Lösungen – der Einsatz ungeregelter Batterien oder spezieller Cosinus-Kondensatortypen – wirtschaftlich sehr effektiv sein können.

Autor des Artikels: A.Schischkin

Literatur

1. Anweisungen zur Gestaltung städtischer Stromnetze RD 34.20.185-94. Genehmigt durch: Ministerium für Brennstoffe und Energie der Russischen Föderation am 07.07.94, RAO „UES of Russia“ am 31.05.94. In Kraft getreten am 01.01.95.

2. Ovchinnikov A. Stromverluste in Verteilungsnetzen 0,4 ... 6 (10) kV // Nachrichten aus der Elektrotechnik. 2003. Nr. 1 (19).

3. Korrektur des Leistungsfaktors in den Stromnetzen Perus // EPCOS COMPONENTS #1. 2006

4. HomeCap-Kondensatoren zur Leistungsfaktorkorrektur.

5. Richtlinien für die Auswahl von Mitteln zur Spannungsregelung und Blindleistungskompensation bei der Gestaltung landwirtschaftlicher Geräte und elektrischer Netze für landwirtschaftliche Zwecke. M.: Selenergoproekt. 1978

6. Shishkin S.A. Blindleistung von Verbrauchern und Netzverluste von Strom // Energieeinsparung Nr. 4. 2004.

7. Jungwirth P. Leistungsfaktorkorrektur vor Ort // EPCOS COMPONENTS Nr. 4. 2005

8. PoleCap PFC-Kondensatoren für externe Niederspannungs-PFC-Anwendungen. Herausgegeben von der EPCOS AG. 03/2005. Best.-Nr. EPC: 26015-7600.