Посреди бессчетных причин, оказывающих воздействие на эффективность работы системы электроснабжения (СЭС), одно из приоритетных мест занимает вопрос компенсации реактивной мощности (КРМ). Но, в распределительных сетях коммунально-бытовых потребителей, содержащих в большей степени однофазовую, коммутируемую по персональному режиму нагрузку, устройства КРМ используются еще недостаточно.

Ранее было принято считать, что из-за относительно маленьких фидеров городских низковольтных распределительных сетей, маленький (единицы кВА) присоединенной мощности и рассредоточения нагрузок, трудности КРМ для их не существует.

К примеру, в главе 5.2 [1] записано: «для жилых и публичных построек компенсация реактивной нагрузки не предусматривается». Если принять во внимание, что за последнее десятилетие расход электроэнергии на 1м2 жилищного сектора возрос в три раза, средняя статистическая мощность силовых трансформаторов городских городских сетей достигнула 325 кВА, а зона использования трансформаторной мощности сместилась в сторону роста и находится в границах 250…400 кВА [2], то это утверждение вызывает колебание.

Обработка графиков нагрузки, снятых на вводе многоквартирного дома, показала: в течение суток среднее значения коэффициента мощности (cosj) изменялось от 0,88 до 0,97, а пофазные — от 0,84 до 0,99. Соответственно суммарное потребление реактивной мощности (РМ) колебалось в границах 9…14 кВАр, а пофазное от 1 до 6 кВАр.

На рис.1 показан график дневного употребления РМ на вводе многоквартирного дома. Другой пример: зафиксированное суточное (10.06.07 г.) потребление активной и реактивной электроэнергии на ТП Сызранскиой городской сети (SТР-РА = 400 кВА, электроприемники в большей степени однофазовые) составило 1666,46 кВт•ч и 740,17 кВАр•ч (средневзвешенное значение cosj = 0,91 — разброс от 0,65 до 0,97) даже при соответственном низком коэффициенте загрузки трансформатора — 32% в часы максимума и 11% в часы минимума проведения измерений.

Таким макаром, беря во внимание высшую плотность (кВА/км2) коммунально-бытовой нагрузки, неизменное наличие в перетоках мощности СЭС реактивной составляющей, приводит к значимым потерям электроэнергии в распределительных сетях больших городов и необходимости их возмещения за счет дополнительных источников генерации.

Сложность решения данного вопроса почти во всем связана с неравномерным потреблением РМ по отдельным фазам (рис.1), затрудняющая применение обычных для промышленных сетей установок КРМ на базе трехфазных батарей конденсаторов, управляемых регулятором, установленным в одной из фаз компенсируемой сети.

Для увеличения резерва мощности городских СЭС представляет энтузиазм опыт наших забугорных коллег. А именно выработки дистрибьюторской электроэнергетической компании Edeinor S.A.A. (Перу) (она заходит в специализирующуюся на генерации, передаче и рассредотачивании электроэнергии в ряде американских государств группу Endesa (Испания)), по КРМ в низковольтных распределительных сетях на наименьшем удалении от потребителей [3]. По заказу Edeinor S.A.A., один из огромнейших производителей низковольтных косинусных конденсаторов — компания EPCOS AG выпустила серию однофазовых конденсаторов HomeCap [4] приспособленных для КРМ маленьких коммунально-бытовых нагрузок.

Номинальная емкость конденсаторов HomeCap (рис.2) варьируется от 5 до 33 мкФ, что позволяет восполнить индуктивную составляющую РМ от 0,25 до 1,66 кВАр (при напряжении сети 50 Гц в спектре 127…380 В).

В качестве диэлектрика употребляется усиленная полипропиленовая пленка, электроды выполнены железным напылением — разработка МКР (Metallized Kunststoff Polypropylene). Намотка секции — стандартная круглая, внутренний объем заполнен нетоксичным полимерным компаундом. Как и все косинусные конденсаторы компании EPCOS AG, конденсаторы серии HomeCap владеют свойством «самовосстановления» при локальном пробое обкладок.

Цилиндрический дюралевый корпус конденсаторов изолирован при помощи термоусадочной поливиниловой трубки (рис.2), а сдвоенные ножевые выводы электродов закрыты диэлектрическим пластмассовым колпаком (степень защиты IP53), тем, обеспечивая полную безопасность при эксплуатации в бытовых критериях, подтвержденную подходящим сертификатом эталона UL 810 (лаборатории по технике безопасности США).

Встроенное устройство, срабатывающее при превышении лишнего давления снутри корпуса, автоматом отключает конденсатор при его перегреве либо лавинном пробое секции. Поперечник конденсаторов HomeCap — 42,5±1 мм, а высота, зависимо от величины номинальной емкости, 70…125 мм. Вертикальное удлинение корпуса конденсатора, в случае срабатывания защиты от превышения внутреннего давления менее 13 мм.

Подключение конденсатора осуществляется двужильным гибким кабелем сечением 1,5 мм2 и длиной 300 либо 500 мм [4]. Допустимый нагрев изоляции кабеля — 105°С.

Эксплуатация конденсаторов HomeCap вероятна снутри помещений при температуре среды -25…+55°С. Отклонение номинальной емкости: -5/+10%. Утраты активной мощности не превосходят 5-ти Вт на кВАр. Гарантийный срок службы до 100000 ч.

Крепление конденсаторов HomeCap к монтажной поверхности осуществляется хомутом либо присоединенным к днищу болтовым (М8х10) соединением.

На рис. 3. показана установка конденсатора HomeCap в ящике учета. Конденсатор (в правом нижнем углу) подключен к клеммам электросчетчика

Конденсаторы HomeCap выполнены в полном согласовании с требованиями эталона IEC 60831-1/2 [4].

По данным Edeinor S.A.A., [3] установка конденсаторов HomeCap суммарной мощностью 37 000 кВАр в 114 000 домовладений района Инфантас северной части Лимы, повысила средневзвешенный коэффициент мощности распределительной сети с 0,84 до 0,93, что позволило раз в год сберегать приблизительно 280 кВт·ч на каждый присоединенный кВАр РМ либо всего около 19 300 МВт·ч в год. Не считая того, беря во внимание высококачественные конфигурации нрава бытовой нагрузки (импульсные источники питания электроприборов, активные балласты энергосберегающих ламп), искажающих синусоидальность напряжения сети, сразу с помощью конденсаторов HomeCap удалось понизить уровень гармонических составляющих — THDU в среднем на 1%.

В отличие от городских, необходимость КРМ для низковольтных сельских распределительных сетей никогда под колебание не ставилась [5], потому что издержки активной энергии на передачу РМ по протяженной разомкнутой (древовидной) высоковольтной полосы (ВЛ) напряжением 6(10) кВ более высочайшие [6]. При всем этом недостающее соотношение средств КРМ к присоединенной мощности электроприемников, разъясняется чисто экономическими причинами. Потому для СЭС сельских коммунально-бытовых и маленьких (до 140 кВт) производственных потребителей вопрос выбора менее накладного варианта КРМ является приоритетным.

Одной из технической сложностей практического выполнения советы по 80% КРМ конкретно в низковольтных сельских сетях [5] является отсутствие конденсаторов адаптированных к монтажу на ВЛ. По расчетам, среднее значение остаточной (не допускающей режима перекомпенсации) РМ при передаче по ВЛ-0,4 кВ активной мощности 50 кВт для смешенной, с доминированием (более 40%) коммунально-бытовой нагрузки, составило 8 кВАр, как следует, лучшая номинальная РМ таких конденсаторов должна быть в границах единиц-нескольких 10-ов кВАр.

Разглядим систему КРМ, используемую на ВЛ низковольтных сетей г. Джайпур (штат Раджастан, Индия) энергетической компанией Jaipur Vidyut Vitran Nigam Ltd на базе конденсаторов серии PoleCap® (рис.4) производства EPCOS AG [7]. Проведенный мониторинг СЭС, содержащей около 1000 МВА установленной мощности 4600 трансформаторов 11/0,433 кВ единичной мощностью 25-500 кВА, показал: летняя загрузка трансформаторов составила 506 МВА (430 МВт), зимняя — 353 МВА (300 МВт); средневзвешенный cosj — 0,85; полные утраты (2005 г.) — 17% от объема отпуска электроэнергии.

В процессе пилотного проекта по КРМ, в узлах присоединения к трансформаторам низковольтных нагрузок, конкретно на опорах ВЛ-0,4 кВ было установлено 13375 конденсаторов PoleCap, суммарной РМ 70 Мвар. В том числе:13000 конденсаторов 5 кВАр; 250 — 10 кВАр; 125 — 20 кВАр. В итоге значение cosj повысилось до 0,95, а утраты снизились до 13% [7].

Данные конденсаторы (рис.4, и рис.5) — модификация отлично зарекомендовавшего себя типа металлопленочных конденсаторов, выполненных по технологии МКР/МКК (Metalized Kunststoff Kompakt) [8] — одновременного роста площади и увеличения электронной прочности контакта слоя металлизации электродов, за счет сочетания ровненького и волнового среза кромок пленки, укладываемой с соответствующей для МКР-технологии маленьким смещением витков. Не считая того, серия PoleCap включает ряд трехфазных конденсаторов РМ 0,5…5 кВАр, выполненных по классической технологии МКР [8].

Усовершенствование базисной конструкции серийных МКК-конденсаторов обеспечила возможность конкретной (без дополнительного футляра) установки конденсаторов PoleCap на открытом воздухе, мокроватых либо запыленных помещениях. Корпус конденсатора выполнен из 99,5%-го алюминия и заполнен инертным газом.

На рис.5 показаны:

• крепкая пластмассовая крышка (поз.1);
  

• герметичное, окруженное пластмассовым кольцом (поз.5) и залитое эпоксидным компаундом (поз.7), выполнение клеммной колодки (поз.8), обеспечивает степень защиты IP54.
  

Подключение (рис.5) делается через уплотнение кабельного ввода (поз.2) 3-х одножильных 2-х метровых кабелей (поз.3) и глиняного модуля разрядных резисторов (поз.6) делается обжатием и пайкой контактных соединений. Для удобства зрительного контроля срабатывания защиты от превышения лишнего давления на удлиненной части корпуса конденсатора возникает ярко-красная полоса (поз.4).

Наибольший допустимый перепад температуры среды -40…+55°С [8].

Необходимо подчеркнуть, что так как конденсаторы КРМ обязаны иметь защиту от токов недлинного замыкания (ПУЭ гл.5), представляется целесообразным встроить вовнутрь корпуса конденсаторов HomeCap и PoleCap плавкие предохранители, срабатывающие при пробое секции.

Опыт КРМ в коммунально-бытовых сетях развивающихся государств с высочайшим уровнем сетевых утрат, указывает, что даже обыкновенные технические решения — внедрение нерегулируемых батарей особых типов косинусных конденсаторов, могут быть экономически очень эффективны.

Создатель статьи: А. Шишкин «ЭЛЕКТРИК» (Радиоаматор-Электрик)

Литература

1.
Аннотация по проектированию городских электронных сетей РД 34.20.185-94. Утверждена: Министерством горючего и энергетики РФ 07.07.94, РАО «ЕЭС Рф» 31.05.94. Введена в действие с 01.01.95 г.

2.
Овчинников А. Утраты электроэнергии в распределительных сетях 0,4…6(10) кВ // Анонсы Электротехники. 2003. № 1(19).

3.
Корректировка коэффициента мощности в электросетях Перу // Составляющие EPCOS №1. 2006.

4. HomeCap capacitors for Power Factor Correction.

5.
Указания по выбору средств регулирования напряжения и компенсации реактивной мощности при проектировании сельскохозяйственных объектов и электронных сетей сельскохозяйственного предназначения. М.: Сельэнергопроект. 1978.

6.
Шишкин С.А. Реактивная мощность потребителей и сетевые утраты электроэнергии // Сбережение энергии № 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.