استخدام المكثفات لتعويض القوة التفاعلية للأحمال المنزلية

من بين العوامل العديدة التي تؤثر على كفاءة نظام إمداد الطاقة (SES) ، يحتل أحد الأماكن ذات الأولوية مشكلة تعويض الطاقة التفاعلية (KRM). ومع ذلك ، في شبكات توزيع مستخدمي المرافق التي تحتوي في الغالب على أحمال أحادية الطور ومبدلة بشكل فردي ، لا تزال أجهزة KRM غير مستغلة بالكامل.

كان يعتقد سابقًا أنه نظرًا لقصر المغذيات نسبيًا لشبكات التوزيع الحضرية ذات الجهد المنخفض ، وتوصيل الطاقة الصغيرة (وحدات kVA) وانتشار الأحمال ، لم تكن مشكلة PFC موجودة بالنسبة لهم.

على سبيل المثال ، في الفصل 5.2 [1] مكتوب: "بالنسبة للمباني السكنية والعامة ، لا يتم توفير تعويض تحميل تفاعلي." إذا أخذنا في الاعتبار أنه في العقد الماضي تضاعف استهلاك الكهرباء لكل 1 م 2 من القطاع السكني ثلاث مرات ، وبلغ متوسط ​​السعة الإحصائية لمحولات الطاقة لشبكات البلديات الحضرية 325 كيلو فولت أمبير ، ومساحة استخدام طاقة المحولات تحول لأعلى وضمن 250… 400 كيلو فولت أمبير [2] ، إذن هذه العبارة مشكوك فيها.

توضح معالجة الرسوم البيانية للأحمال التي تم إجراؤها عند مدخل مبنى سكني: خلال اليوم ، يتراوح متوسط ​​قيمة عامل الطاقة (cosj) من 0.88 إلى 0.97 ، ومرحلة تلو الأخرى من 0.84 إلى 0.99. وفقًا لذلك ، يختلف إجمالي استهلاك الطاقة التفاعلية (RM) من 9 ... 14 كيلو فولت أمبير ، ومرحلة تلو الأخرى من 1 إلى 6 كيلو فولت أمبير.

يوضح الشكل 1 الرسم البياني اليومي لاستهلاك RM عند مدخل مبنى سكني. مثال آخر: الاستهلاك اليومي المسجل (10 يونيو 2007) للكهرباء النشطة والمتفاعلة في TP للشبكة الحضرية لسزران (STR-RA = 400 كيلو فولت أمبير ، مستهلكو الكهرباء هم في الغالب أحادي الطور) يبلغ 1666.46 كيلو واط ساعة و 740.17 كيلو فولت أمبير في الساعة (القيمة المتوسطة الموزونة cosj = 0.91 - التشتت من 0.65 إلى 0.97) حتى مع عامل الحمل المنخفض المقابل للمحول - 32٪ خلال ساعات الذروة و 11٪ خلال ساعات القياس الدنيا.

وبالتالي ، نظرًا للكثافة العالية (kVA / km2) لحمل المرافق ، فإن الوجود المستمر لعنصر تفاعلي في تدفقات الطاقة في SES ، يؤدي إلى خسائر كبيرة في الكهرباء في شبكات التوزيع بالمدن الكبيرة والحاجة إلى تعويضها من خلال مصادر توليد إضافية.

يرجع تعقيد حل هذه المشكلة إلى حد كبير إلى الاستهلاك غير المتكافئ لـ RM في المراحل الفردية (الشكل 1) ، مما يجعل من الصعب استخدام تركيبات KRM التقليدية للشبكات الصناعية القائمة على البنوك المكثفة ثلاثية الطور التي يتحكم فيها منظم مثبت في واحد من مراحل الشبكة التعويضية.

تجربة زملائنا الأجانب مهمة في زيادة احتياطي الطاقة لمحطات الطاقة الحرارية الحضرية. على وجه الخصوص ، تطورات شركة توزيع الكهرباء Edeinor S.A. (بيرو) (جزء من مجموعة Endesa (إسبانيا) ، المتخصصة في إنتاج ونقل وتوزيع الكهرباء في عدد من دول أمريكا الجنوبية) ، وفقًا لـ KRM في شبكات التوزيع ذات الجهد المنخفض على مسافة لا تقل عن المستهلكين [3]. بناءً على طلب من Edeinor S.A.A ، أطلقت إحدى أكبر الشركات المصنعة لمكثفات جيب التمام منخفضة الجهد- EPCOS AG سلسلة من المكثفات أحادية الطور HomeCap [4] ، المناسبة للأحمال الصغيرة.

تتراوح السعة الاسمية لمكثفات HomeCap (الشكل 2) من 5 إلى 33 μF ، مما يجعل من الممكن تعويض المكون الاستقرائي لـ PM من 0.25 إلى 1.66 kVAr (بجهد رئيسي 50 هرتز في نطاق 127. . 380 فولت).

يتم استخدام فيلم البولي بروبلين المقوى كعزل كهربائي ، ويتم تصنيع الأقطاب الكهربائية عن طريق رش المعدن - تقنية MKR (مادة البولي بروبيلين الممعدنة). إن لف القسم دائري قياسي ، الحجم الداخلي مملوء بمركب بولي يوريثين غير سام. مثل جميع مكثفات جيب التمام من EPCOS AG ، تتمتع مكثفات HomeCap بخاصية "الشفاء الذاتي" في حالة التدمير المحلي للألواح.

غلاف الألمنيوم الأسطواني للمكثفات معزول بأنبوب بولي فينيل قابل للتقلص بالحرارة (الشكل 2) ، وأطراف شفرات القطب المزدوج مغطاة بغطاء بلاستيكي عازل (درجة الحماية IP53) ، وبالتالي ضمان السلامة الكاملة أثناء التشغيل في تم تأكيد البيئة المحلية من خلال الشهادة ذات الصلة للمعيار UL 810 (مختبرات السلامة الأمريكية).

يقوم الجهاز المدمج ، الذي يتم تنشيطه عند تجاوز الضغط الزائد داخل الغلاف ، بإغلاق المكثف تلقائيًا في حالة ارتفاع درجة الحرارة أو الانهيار الجليدي للقسم. يبلغ قطر مكثفات HomeCap 42.5 ± 1 مم ، ويبلغ الارتفاع ، اعتمادًا على قيمة السعة الاسمية ، 70 ... 125 مم. التمديد الرأسي لمبيت المكثف في حالة الحماية ضد الضغط الداخلي الزائد لا يزيد عن 13 مم.

يتم توصيل المكثف بكابل مرن ثنائي النواة بمقطع عرضي 1.5 مم 2 وطول 300 أو 500 مم [4]. التسخين المسموح به لعزل الكابلات - 105 درجة مئوية.

يمكن تشغيل مكثفات HomeCap في الداخل عند درجة حرارة محيطة تبلغ -25 ... + 55 درجة مئوية. انحراف السعة الاسمية: -5 / + 10٪. لا تتجاوز خسائر الطاقة النشطة 5 واط لكل kvar. عمر خدمة مضمون يصل إلى 100000 ساعة.

يتم تثبيت مكثفات HomeCap على سطح التركيب باستخدام مشبك أو مسمار (M8x10) متصل بالجزء السفلي.

في التين. 3. يوضح تركيب مكثف HomeCap في صندوق القياس. المكثف (في الزاوية اليمنى السفلى) متصل بأطراف عداد الكهرباء

يتم تصنيع مكثفات HomeCap بالتوافق التام مع متطلبات IEC 60831-1 / 2 [4].

وفقًا لـ Edeinor SAA ، [3] أدى تركيب مكثفات HomeCap بسعة إجمالية قدرها 37000 كيلو فولت في 114000 أسرة في منطقة إنفانتاس بشمال ليما إلى زيادة متوسط ​​عامل الطاقة المرجح لشبكة التوزيع من 0.84 إلى 0.93 ، مما يوفر ما يقرب من 280 كيلوواط ساعة لكل عام لكل كيلو فولت أمبير متصل أو ما مجموعه حوالي 19300 ميجاوات في الساعة سنويًا. بالإضافة إلى ذلك ، مع مراعاة التغييرات النوعية في طبيعة الحمل المنزلي (تبديل مصدر الطاقة للأجهزة الكهربائية ، كوابح نشطة للمصابيح الموفرة للطاقة) ، تشويه الجيوب في جهد التيار الكهربائي ، في نفس الوقت مع بمساعدة مكثفات HomeCap ، كان من الممكن تقليل مستوى المكونات التوافقية - بلغ متوسط ​​THDU بنسبة 1٪.

على عكس المناطق الحضرية ، لم يتم التشكيك في الحاجة إلى RPC لشبكات التوزيع الريفية ذات الجهد المنخفض [5] نظرًا لاستهلاك الطاقة النشط لنقل RM عبر خط جهد عالي مفتوح ممتد (يشبه الشجرة) (OHL) مع الجهد البالغ 6 (10) كيلو فولت هو الأعلى [6]. في الوقت نفسه ، يتم تفسير عدم كفاية نسبة أموال KRM إلى القدرة المتصلة للمستقبلات الكهربائية لأسباب اقتصادية بحتة. لذلك ، بالنسبة إلى SPP للمرافق الريفية والمنزلية والمستخدمين الصناعيين الصغار (حتى 140 كيلوواط) ، فإن مسألة اختيار أرخص نسخة من KRM هي أولوية.

تتمثل إحدى الصعوبات الفنية في التنفيذ العملي لتوصية 80٪ من RPC مباشرة في شبكات الجهد المنخفض الريفية [5] في نقص المكثفات المناسبة لتركيب الخطوط الهوائية.وفقًا للحسابات ، فإن متوسط ​​قيمة القيمة المتبقية (لا تسمح بالتعويض الزائد) RM أثناء النقل على HV 0.4 كيلو فولت بقوة نشطة تبلغ 50 كيلو واط للمزيج ، مع غلبة (أكثر من 40 ٪) من حمل المرافق هو 8 كيلو فولت لذلك ، يجب أن يكون RM الاسمي الأمثل لهذه المكثفات في حدود بضع عشرات من kvar.

ضع في اعتبارك نظام KRM المستخدم في الخطوط الهوائية لشبكات الجهد المنخفض في جايبور (راجستان ، الهند) من قبل شركة الطاقة Jaipur Vidyut Vitran Nigam Ltd استنادًا إلى مكثفات سلسلة PoleCap® (الشكل 4) المصنعة بواسطة EPCOS AG [7]. أظهرت مراقبة SPP ، التي تحتوي على حوالي 1000 ميجا فولت أمبير بسعة مركبة 4600 محول 11 / 0.433 كيلو فولت بقوة واحدة 25-500 كيلو فولت أمبير ، أن الحمل الصيفي للمحولات كان 506 ميجا فولت أمبير (430 ميجاوات) ، الشتاء - 353 ميجا فولت أمبير (300 ميجاوات) ؛ متوسط ​​مرجح cosj - 0.85 ؛ إجمالي الخسائر (2005) - 17٪ من حجم التزويد بالكهرباء.

في سياق مشروع KRM التجريبي ، تم تثبيت مكثفات 13375 PoleCap في عقد التوصيل بمحولات الجهد المنخفض ، مباشرة على دعامات الخطوط العلوية 0.4 كيلو فولت ، بإجمالي 70 ميجا فولت أمبير. بما في ذلك: مكثفات 13000 5 kvar ؛ 250-10 كفار ؛ 125 - 20 مترًا مربعًا. نتيجة لذلك ، تزداد قيمة cosj إلى 0.95 ، وتنخفض الخسائر إلى 13٪ [7].

هذه المكثفات (الشكل 4 والشكل 5) عبارة عن تعديل لنوع مثبت جيدًا من المكثفات ذات الأغشية المعدنية المصنوعة وفقًا لتقنية MKR / MKK (Metalized Kunststoff Kompakt) [8] - زيادة المساحة وزيادة التيار الكهربائي في نفس الوقت قوة تلامس طبقة الأقطاب الكهربائية ، بسبب مزيج من القطع المسطح والمموج لحواف الفيلم ، مع إزاحة صغيرة للانحناءات ، وهي سمة من سمات تقنية MKR.بالإضافة إلى ذلك ، تشتمل سلسلة PoleCap على عدد من المكثفات ثلاثية الطور PM 0.5 ... 5 kVAr ، المصنوعة وفقًا لتقنية MKR التقليدية [8].

أتاحت التحسينات التي أدخلت على التصميم الأساسي لسلسلة مكثفات MCC إمكانية تركيب مكثفات PoleCap مباشرة (بدون علبة إضافية) في الهواء الطلق ، في غرف رطبة أو مغبرة. جسم المكثف مصنوع من الألمنيوم بنسبة 99.5٪ ومملوء بغاز خامل.

يوضح الشكل 5:

• غطاء بلاستيكي مقاوم (البند 1) ؛

• محكم الإغلاق ، محاط بحلقة بلاستيكية (مفتاح 5) ومليء بمركب إيبوكسي (مفتاح 7) ، يوفر إصدار الكتلة الطرفية (البند 8) درجة الحماية IP54.

يتم إجراء الاتصال (الشكل 5) عن طريق ختم ختم الكابل (الموضع 2) من ثلاثة كبلات أحادية النواة بطول 2 متر (الموضع 3) ووحدة خزفية لمقاومات التفريغ (الموضع 6) عن طريق العقص ولحام وصلات التلامس.

للراحة تحكم بصري يتم تشغيل الحماية من الضغط الزائد ، يظهر شريط أحمر لامع على الجزء الممتد من مبيت المكثف (الموضع 4).

الحد الأقصى للفرق المسموح به في درجة الحرارة المحيطة هو -40 ... + 55 درجة مئوية [8].

تجدر الإشارة إلى أنه نظرًا لأنه يجب حماية مكثفات KRM من التيارات ذات الدائرة القصيرة (PUE ، الفصل 5) ، يبدو أنه من المستحسن بناء الصمامات داخل غلاف مكثفات HomeCap و PoleCap التي يتم تشغيلها بواسطة انهيار القسم.

تُظهر خبرة KRM في شبكات المرافق في البلدان النامية ذات المستوى المرتفع من خسائر الشبكة أنه حتى الحلول التقنية البسيطة - استخدام البطاريات غير المنظمة لأنواع خاصة من مكثفات جيب التمام - يمكن أن تكون فعالة جدًا من الناحية الاقتصادية.

مؤلف المقال: أ.شيشكين

الأدب

1. تعليمات تصميم الشبكات الكهربائية الحضرية RD 34.20.185-94. تمت الموافقة عليه من قبل: وزارة الوقود والطاقة في الاتحاد الروسي بتاريخ 07.07.94 ، RAO «UES of Russia» بتاريخ 05.31.94 ودخل حيز التنفيذ في 01.01.95.

2. Ovchinnikov A. خسائر الكهرباء في شبكات التوزيع 0.4 ... 6 (10) kV // أخبار الهندسة الكهربائية. 2003. رقم 1 (19).

3. تصحيح معامل القدرة في الشبكات الكهربائية في بيرو // EPCOS COMPONENTS # 1. 2006

4. مكثفات HomeCap لتصحيح معامل القدرة.

5. مبادئ توجيهية لاختيار وسائل تنظيم الجهد وتعويض القدرة التفاعلية في تصميم المعدات الزراعية والشبكات الكهربائية للأغراض الزراعية. م: Selenergoproekt. 1978

6. Shishkin S.A. القدرة التفاعلية للمستهلكين وخسائر الشبكة للكهرباء // توفير الطاقة رقم 4. 2004.

7. Jungwirth P. تصحيح عامل القدرة في الموقع // EPCOS COMPONENTS No. 4. 2005

8. مكثفات PoleCap PFC لتطبيقات PFC الخارجية ذات الجهد المنخفض. تم النشر بواسطة EPCOS AG. 03/2005. طلب لا. EPC: 26015-7600.