השימוש בקבלים כדי לפצות על הכוח התגובתי של עומסים ביתיים

בין הגורמים הרבים המשפיעים על יעילות מערכת אספקת החשמל (SES), אחד ממקומות העדיפות הוא תפוס על ידי בעיית פיצוי כוח תגובתי (KRM). עם זאת, ברשתות הפצה של משתמשי שירות המכילות בעיקר עומס חד פאזי עם מיתוג בנפרד, התקני KRM עדיין אינם מנוצלים.

בעבר האמינו כי בשל ההזנה הקצרה יחסית של רשתות הפצה עירוניות במתח נמוך, הספק הקטנים (יחידות kVA) המחוברות והתפשטות העומסים, בעיית ה-PFC לא הייתה קיימת עבורם.

לדוגמה, בפרק 5.2 [1] נכתב: "עבור מבני מגורים וציבור לא ניתן פיצוי עומס תגובתי". אם ניקח בחשבון שבעשור האחרון צריכת החשמל ל-1 מ"ר של מגזר המגורים גדלה פי שלושה, הקיבולת הסטטיסטית הממוצעת של שנאי כוח של רשתות עירוניות עירוניות הגיעה ל-325 kVA, ואזור השימוש בכוח השנאים. הוסט כלפי מעלה ונמצא בטווח של 250 … 400 kVA [2], אז ההצהרה הזו מוטלת בספק.

העיבוד של גרפי העומס שנעשה בכניסה לבניין מגורים מראה: במהלך היום הערך הממוצע של גורם ההספק (cosj) משתנה בין 0.88 ל-0.97, ושלב אחר שלב בין 0.84 ל-0.99. בהתאם, הצריכה הכוללת של כוח תגובתי (RM) משתנה בין 9 ... 14 kVAr, ושלב אחר שלב בין 1 ל-6 kVAr.

איור 1 מציג את גרף הצריכה היומית של RM בכניסה לבניין מגורים. דוגמה נוספת: הצריכה היומית הרשומה (10 ביוני 2007) של חשמל פעיל ותגובתי ב-TP של הרשת העירונית של סיזראן (STR-RA = 400 kVA, צרכני החשמל הם לרוב חד פאזיים) מסתכמת ב-1666.46 קוט"ש ו-740.17 קוורה. (ערך ממוצע משוקלל cosj = 0.91 - פיזור מ-0.65 ל-0.97) אפילו עם מקדם העומס הנמוך בהתאם של השנאי - 32% בשעות השיא ו-11% בשעות המדידה המינימליות.

לפיכך, בהינתן הצפיפות הגבוהה (kVA / km2) של עומס השירות, הנוכחות המתמדת של רכיב תגובתי בזרימות האנרגיה של ה-SES, מובילה לאובדן משמעותי של חשמל ברשתות החלוקה של ערים גדולות ולצורך לפצותם. באמצעות מקורות יצירה נוספים.

המורכבות של פתרון בעיה זו נובעת בעיקר מצריכה לא אחידה של RM בשלבים בודדים (איור 1), מה שמקשה על שימוש מסורתי עבור רשתות תעשייתיות התקנות KRM המבוססות על בנקים תלת פאזיים של קבלים הנשלטים על ידי ווסת המותקן באחד של השלבים של הרשת המתוגמלת.

הניסיון של עמיתינו הזרים הוא עניין בהגדלת עתודת הכוח של תחנות כוח תרמיות עירוניות. בפרט, ההתפתחויות של חברת חלוקת החשמל Edenor S.A.A. (פרו) (היא חלק מקבוצת Endesa (ספרד), המתמחה בייצור, הולכה והפצה של חשמל במספר מדינות בדרום אמריקה), לפי KRM ברשתות הפצה במתח נמוך במרחק מינימלי מהצרכנים [3]. בהזמנה מ-Edeinor S.A.A., אחד מהיצרנים הגדולים ביותר של קבלי קוסינוס במתח נמוך-EPCOS AG השיקה סדרה של קבלים חד פאזיים HomeCap [4], המתאימים לעומסים קטנים.

הקיבולת הנומינלית של קבלי ה-HomeCap (איור 2) משתנה בין 5 ל-33 μF, מה שמאפשר לפצות את הרכיב האינדוקטיבי של ה-PM מ-0.25 עד 1.66 kVAr (במתח רשת של 50 הרץ בטווח של 127). ... 380 וולט).

סרט הפוליפרופילן המחוזק משמש כדיאלקטרי, האלקטרודות מיוצרות על ידי ריסוס מתכת - טכנולוגיית MKR (Metallised Polypropylene Kunststoff). פיתול הקטע הוא עגול סטנדרטי, הנפח הפנימי מלא בתרכובת פוליאוריטן לא רעילה. כמו כל קבלי הקוסינוס מבית EPCOS AG, קבלים של HomeCap הם בעלי תכונה של "ריפוי עצמי" במקרה של הרס מקומי של הלוחות.

בית האלומיניום הגלילי של הקבלים מבודד בצינור פוליוויניל מתכווץ בחום (איור 2), והמסופים של להבי האלקטרודה הכפולים מכוסים במכסה פלסטיק דיאלקטרי (דרגת הגנה IP53), ובכך מבטיחים בטיחות מלאה במהלך הפעולה ב. סביבה ביתית מאושרת על ידי האישור הרלוונטי של תקן UL 810 (מעבדות בטיחות בארה"ב).

המכשיר המובנה, המופעל בעת חריגה מהלחץ העודף בתוך המעיל, מכבה אוטומטית את המעבה במקרה של התחממות יתר או קריסת מפולת של המקטע. הקוטר של הקבלים של HomeCap הוא 42.5 ± 1 מ"מ, והגובה, בהתאם לערך הקיבולת הנומינלית, הוא 70 ... 125 מ"מ. הארכה אנכית של בית המעבה, במקרה של הגנה מפני לחץ פנימי עודף, לא יותר מ-13 מ"מ.

הקבל מחובר בכבל גמיש דו-ליבי בחתך רוחב של 1.5 מ"מ ואורך של 300 או 500 מ"מ [4]. חימום מותר של בידוד כבל - 105 מעלות צלזיוס.

הפעולה של קבלים של HomeCap אפשרית בתוך הבית בטמפרטורת סביבה של -25 ... + 55 מעלות צלזיוס. סטייה של הקיבולת הנומינלית: -5 / + 10%. הפסדי הספק פעילים אינם עולים על 5 וואט לקאר. חיי שירות מובטחים של עד 100,000 שעות.

הצמדת קבלי ה-HomeCap למשטח ההרכבה מתבצעת באמצעות מהדק או בורג (M8x10) המחוברים לתחתית.

באיור. 3. מציג את ההתקנה של מעבה HomeCap בתיבת המדידה. הקבל (בפינה הימנית התחתונה) מחובר למסופים של מד החשמל

קבלי HomeCap מיוצרים בהתאמה מלאה לדרישות IEC 60831-1 / 2 [4].

על פי Edenor SAA, [3] התקנת קבלים של HomeCap עם קיבולת כוללת של 37,000 kvar ב-114,000 בתי אב במחוז אינפנטס שבצפון לימה הגדילה את מקדם ההספק הממוצע המשוקלל של רשת החלוקה מ-0.84 ל-0.93, וחיסכון של כ-280 קילוואט-שעה לכל. שנה .לכל kVAr RM מחובר או סך של כ-19,300 MWh לשנה. בנוסף, תוך התחשבות בשינויים האיכותיים באופי העומס הביתי (החלפת אספקת החשמל של מכשירי חשמל, נטלים פעילים של מנורות חיסכון באנרגיה), עיוות של הסינוסואידיות של מתח הרשת, בו זמנית עם בעזרת קבלים של HomeCap, ניתן היה להפחית את רמת הרכיבים הרמוניים - THDU בממוצע ב-1%.

בניגוד לאלו העירוניים, הצורך ב-RPC עבור רשתות הפצה כפריות במתח נמוך מעולם לא הוטל בספק [5] בגלל צריכת האנרגיה הפעילה להעברת RM על קו מתח גבוה מורחב פתוח (כמו עץ) עם המתח של 6 (10) קילו וולט הוא הגבוה ביותר [6]. יחד עם זאת, היחס הלא מספיק של כספי KRM לקיבולת המחוברת של מקלטי חשמל מוסבר מסיבות כלכליות בלבד. לכן, עבור SPP של שירות כפרי ומשק בית ומשתמשים תעשייתיים קטנים (עד 140 קילוואט), השאלה של בחירת הגרסה הזולה ביותר של KRM היא בראש סדר העדיפויות.

אחד הקשיים הטכניים ביישום המעשי של ההמלצה של 80% מ-RPC ישירות ברשתות המתח הנמוך הכפריות [5] הוא היעדר קבלים המתאימים להתקנת קווים עיליים.לפי החישובים, הערך הממוצע של השארית (לא מאפשר פיצוי יתר) RM במהלך שידור מעל HV 0.4 קילוואט עם הספק פעיל של 50 קילוואט עבור מעורב, עם דומיננטיות (יותר מ-40%) של עומס השירות הוא 8 kvar לכן, ה-RM הנומינלי האופטימלי של קבלים כאלה צריך להיות בטווח של כמה עשרות של kvar.

קחו בחשבון את מערכת ה-KRM המשמשת בקווים עיליים של רשתות מתח נמוך בג'איפור (רג'סטאן, הודו) על ידי חברת החשמל Jaipur Vidyut Vitran Nigam Ltd המבוססת על הקבלים מסדרת PoleCap® (איור 4) המיוצרים על ידי EPCOS AG [7] . הניטור של ה-SPP, המכיל כ-1000 MVA בהספק מותקן של 4600 שנאים 11 / 0.433 קילוואט בהספק בודד של 25-500 קילוואט, הראה: עומס הקיץ של השנאים היה 506 מגוואט (430 מגוואט), בחורף - 353 MVA ( 300 MW); cosj ממוצע משוקלל - 0.85; סך הפסדים (2005) — 17% מהיקף אספקת החשמל.

במהלך פרויקט הפיילוט של KRM, 13375 קבלים של PoleCap הותקנו בצמתי החיבור לשנאי מתח נמוך, ישירות על תמיכות של קווים עיליים של 0.4 קילו וולט, עם סך RM של 70 MVAr. כולל: 13000 5 קבלים kvar; 250 — 10 קאר; 125 - 20 מ"ר. כתוצאה מכך, הערך של cosj עולה ל-0.95, וההפסדים יורדים ל-13% [7].

קבלים אלו (איור 4 ואיור 5) הם שינוי של סוג מוכח היטב של קבלים מסוג מתכת המיוצרים על פי טכנולוגיית MKR / MKK (Metalized Kunststoff Kompakt) [8] - בו זמנית מגדילים את השטח והגדלת החשמל חוזק מתכת מגע השכבה של האלקטרודות, עקב שילוב של חיתוך שטוח וגלי של קצוות הסרט, הניח עם תזוזה קטנה של עיקולים, האופייניים לטכנולוגיית MKR.בנוסף, סדרת PoleCap כוללת מספר קבלים תלת פאזיים PM 0.5 ... 5 kVAr, המיוצרים על פי טכנולוגיית MKR המסורתית [8].

שיפורים בעיצוב הבסיסי של קבלים מסדרת MCC אפשרו להתקין ישירות (ללא מארז נוסף) קבלים של PoleCap בחוץ, בחדרים לחים או מאובקים. גוף המעבה עשוי 99.5% אלומיניום ומלא בגז אינרטי.

איור 5 מציג:

• כיסוי פלסטיק עמיד (פריט 1);

• אטום הרמטית, מוקף בטבעת פלסטיק (פוזי. 5) וממולא בתרכובת אפוקסי (פוזי. 7), גרסת המסוף (תפקיד 8) מספקת את דרגת ההגנה IP54.

החיבור (איור 5) נעשה על ידי איטום אטם כבל (מצב 2) משלושה כבלים חד-ליביים באורך 2 מטר (מצב 3) ומודול קרמי של נגדי פריקה (עמדה 6) על ידי כיווץ והלחמת חיבורי המגע.

בשביל הנוחות שליטה ויזואלית הגנת לחץ יתר מופעלת, פס אדום בוהק מופיע בחלק המורחב של בית הקבל (מצב 4).

ההפרש המרבי המותר בטמפרטורת הסביבה הוא -40 ... + 55 מעלות צלזיוס [8].

יש לציין שמכיוון שקבלי KRM חייבים להיות מוגנים מפני זרמי קצר (PUE Ch.5), נראה שמומלץ לבנות נתיכים בתוך ביתם של קבלי HomeCap ו-PoleCap המופעלים על ידי התמוטטות הסעיפים.

הניסיון של KRM ברשתות שירות במדינות מתפתחות עם רמה גבוהה של הפסדי רשת מראה שאפילו פתרונות טכניים פשוטים - שימוש בסוללות לא מוסדרות של סוגים מיוחדים של קבלי קוסינוס - יכולים להיות יעילים מאוד מבחינה כלכלית.

מחבר המאמר: א.שישקין

סִפְרוּת

1. הנחיות לתכנון רשתות חשמל עירוניות RD 34.20.185-94. אושר על ידי: משרד הדלק והאנרגיה של הפדרציה הרוסית בתאריך 07.07.94, RAO «UES of Russia» בתאריך 31.05.94. נכנס לתוקף ב-01.01.95.

2. Ovchinnikov A. הפסדי חשמל ברשתות החלוקה 0.4 ... 6 (10) קילו וולט // חדשות הנדסת חשמל. 2003. מס' 1 (19).

3. תיקון מקדם ההספק ברשתות החשמל של פרו // EPCOS COMPONENTS #1. 2006

4. קבלים של HomeCap לתיקון מקדם הספק.

5. הנחיות לבחירת אמצעי ויסות מתח ופיצוי הספק תגובתי בתכנון ציוד חקלאי ורשתות חשמל למטרות חקלאיות. מ.: Selenergoproekt. 1978

6. שישקין ש.א. כוח תגובתי של צרכנים והפסדי חשמל ברשת // חיסכון באנרגיה מס' 4. 2004.

7. Jungwirth P. תיקון מקדם הספק באתר // EPCOS COMPONENTS No. 4. 2005

8. קבלי PoleCap PFC ליישומי PFC חיצוניים במתח נמוך. פורסם על ידי EPCOS AG. 03/2005. הזמנה מס. EPC: 26015-7600.