Sử dụng tụ bù công suất phản kháng của các phụ tải trong gia đình

Trong số rất nhiều yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả của hệ thống cung cấp điện (SES), một trong những vị trí ưu tiên bị chiếm bởi vấn đề bù công suất phản kháng (KRM). Tuy nhiên, trong các mạng phân phối người dùng tiện ích chứa hầu hết tải một pha, được chuyển đổi riêng lẻ, các thiết bị KRM vẫn chưa được sử dụng đúng mức.

Trước đây người ta tin rằng do các đường dẫn tương đối ngắn của mạng phân phối điện áp thấp đô thị, công suất kết nối nhỏ (đơn vị kVA) và tải phân tán, vấn đề PFC không tồn tại đối với chúng.

Ví dụ, trong chương 5.2 [1] có viết: «đối với các tòa nhà dân cư và công cộng, không cung cấp bù tải phản kháng.» Nếu chúng ta tính đến việc trong thập kỷ qua, mức tiêu thụ điện trên 1 m2 của khu vực dân cư đã tăng gấp ba lần, công suất thống kê trung bình của máy biến áp điện của mạng đô thị đô thị đã đạt 325 kVA và diện tích sử dụng điện của máy biến áp đã dịch chuyển lên trên và nằm trong phạm vi 250 … 400 kVA [2], thì tuyên bố này là đáng nghi ngờ.

Quá trình xử lý đồ thị phụ tải thực hiện tại lối vào tòa nhà dân cư cho thấy: trong ngày giá trị trung bình của hệ số công suất (cosj) thay đổi từ 0,88 đến 0,97 và theo từng giai đoạn từ 0,84 đến 0,99. Theo đó, tổng mức tiêu thụ công suất phản kháng (RM) thay đổi từ 9 ... 14 kVAr, và theo từng pha từ 1 đến 6 kVAr.

Hình 1 cho thấy biểu đồ tiêu thụ RM hàng ngày ở lối vào của một tòa nhà dân cư. Một ví dụ khác: mức tiêu thụ điện hoạt động và phản kháng hàng ngày đã đăng ký (ngày 10 tháng 6 năm 2007) trong TP của lưới điện đô thị Sizran (STR-RA = 400 kVA, người tiêu dùng điện chủ yếu là một pha) lên tới 1666,46 kWh và 740,17 kvarh (giá trị trung bình có trọng số cosj = 0,91 — độ phân tán từ 0,65 đến 0,97) ngay cả với hệ số tải thấp tương ứng của máy biến áp — 32% trong giờ cao điểm và 11% trong giờ đo tối thiểu.

Do đó, với mật độ cao (kVA / km2) của tải tiện ích, sự hiện diện liên tục của thành phần phản ứng trong dòng năng lượng của SES, dẫn đến tổn thất điện năng đáng kể trong mạng lưới phân phối của các thành phố lớn và cần phải bù chúng thông qua các nguồn phát sinh bổ sung.

Sự phức tạp của việc giải quyết vấn đề này phần lớn là do mức tiêu thụ RM không đồng đều trong các pha riêng lẻ (Hình 1), điều này gây khó khăn cho việc sử dụng các cài đặt KRM truyền thống cho các mạng công nghiệp dựa trên các tụ điện ba pha được điều khiển bởi bộ điều chỉnh được lắp đặt trong một của các pha của mạng bù.

Kinh nghiệm của các đồng nghiệp nước ngoài của chúng tôi rất đáng quan tâm trong việc tăng dự trữ năng lượng của các nhà máy nhiệt điện đô thị. Đặc biệt, diễn biến của công ty phân phối điện Edeinor S.A.A. (Peru) (thuộc tập đoàn Endesa (Tây Ban Nha), chuyên sản xuất, truyền tải và phân phối điện ở một số quốc gia Nam Mỹ), theo KRM trong mạng phân phối điện áp thấp ở khoảng cách tối thiểu với người tiêu dùng [3]. Theo đơn đặt hàng của Edeinor S.A.A., một trong những nhà sản xuất tụ điện cosine điện áp thấp lớn nhất-EPCOS AG đã cho ra mắt loạt tụ điện một pha HomeCap [4], phù hợp cho các tải tiện ích nhỏ.

Dung lượng danh định của tụ điện HomeCap (Hình 2) thay đổi từ 5 đến 33 μF, cho phép bù thành phần cảm ứng của PM từ 0,25 đến 1,66 kVAr (ở điện áp nguồn 50 Hz trong phạm vi 127. . . 380 V ).

Màng polypropylene gia cố được sử dụng làm chất điện môi, các điện cực được chế tạo bằng cách phun kim loại — công nghệ MKR (Metallised Polypropylene Kunststoff). Phần cuộn dây có dạng tròn tiêu chuẩn, thể tích bên trong được làm đầy bằng hợp chất polyurethane không độc hại. Giống như tất cả các tụ điện cosine từ EPCOS AG, tụ điện HomeCap có đặc tính «tự phục hồi» trong trường hợp bản cực bị phá hủy cục bộ.

Vỏ nhôm hình trụ của tụ điện được cách điện bằng ống polyvinyl co nhiệt (Hình 2) và các cực của lưỡi điện cực kép được đậy bằng nắp nhựa điện môi (cấp độ bảo vệ IP53), do đó đảm bảo an toàn tuyệt đối trong quá trình vận hành ở môi trường trong nước được xác nhận bởi giấy chứng nhận tiêu chuẩn UL 810 có liên quan (các phòng thí nghiệm an toàn của Hoa Kỳ).

Thiết bị tích hợp, được kích hoạt khi vượt quá áp suất bên trong áo khoác, sẽ tự động tắt bình ngưng trong trường hợp quá nhiệt hoặc sập tuyết lở của phần. Đường kính của tụ điện HomeCap là 42,5 ± 1 mm và chiều cao, tùy thuộc vào giá trị của dung lượng danh định, là 70 ... 125 mm. Phần mở rộng theo chiều dọc của vỏ bình ngưng, trong trường hợp bảo vệ chống lại áp suất bên trong quá mức, không quá 13 mm.

Tụ điện được kết nối với cáp mềm hai lõi có tiết diện 1,5 mm2 và chiều dài 300 hoặc 500 mm [4]. Nhiệt độ cho phép của cách điện cáp — 105 ° C.

Hoạt động của tụ điện HomeCap có thể thực hiện được trong nhà ở nhiệt độ môi trường xung quanh -25 … + 55 ° C. Độ lệch của công suất danh định: -5 / + 10%. Tổn thất công suất hoạt động không vượt quá 5 watt mỗi kvar. Đảm bảo tuổi thọ sử dụng lên đến 100.000 giờ.

Việc gắn các tụ điện HomeCap vào bề mặt lắp đặt được thực hiện bằng kẹp hoặc bu lông (M8x10) được nối với đáy.

Trong bộ lễ phục. 3. hiển thị việc lắp đặt tụ điện HomeCap trong hộp đo sáng. Tụ điện (ở góc dưới bên phải) được nối với các cực của công tơ điện

Tụ điện HomeCap được sản xuất tuân thủ đầy đủ các yêu cầu của IEC 60831-1/2 [4].

Theo Edeinor SAA, [3] việc lắp đặt tụ điện HomeCap với tổng công suất 37.000 kvar tại 114.000 hộ gia đình ở quận Infantas phía bắc Lima đã tăng hệ số công suất trung bình có trọng số của mạng lưới phân phối từ 0,84 lên 0,93, tiết kiệm khoảng 280 kWh mỗi năm .cho mỗi kVAr RM được kết nối hoặc tổng cộng khoảng 19.300 MWh mỗi năm. Ngoài ra, có tính đến những thay đổi về chất trong bản chất của phụ tải hộ gia đình (chuyển đổi nguồn điện của các thiết bị điện, chấn lưu hoạt động của đèn tiết kiệm năng lượng), sự biến dạng của hình sin của điện áp lưới, đồng thời với sự trợ giúp của tụ điện HomeCap, có thể giảm mức độ của các thành phần sóng hài — THDU trung bình là 1%.

Trái ngược với các đô thị, nhu cầu về RPC cho các mạng phân phối điện áp thấp ở nông thôn chưa bao giờ được đặt câu hỏi [5] do mức tiêu thụ năng lượng tích cực để truyền RM qua một đường dây cao áp mở rộng (giống như cây) (OHL) với điện áp 6(10)kV là cao nhất [6]. Đồng thời, tỷ lệ quỹ KRM không đủ so với khả năng kết nối của máy thu điện được giải thích là do lý do kinh tế thuần túy. Do đó, đối với SPP của tiện ích nông thôn và hộ gia đình và người dùng công nghiệp nhỏ (tối đa 140 kW), câu hỏi chọn phiên bản KRM rẻ nhất là ưu tiên hàng đầu.

Một trong những khó khăn kỹ thuật trong thực tế triển khai khuyến nghị 80% RPC trực tiếp trong mạng hạ áp nông thôn [5] là thiếu tụ điện phù hợp để lắp đặt đường dây trên không.Theo tính toán, giá trị trung bình của phần dư (không cho phép bù quá mức) RM trong quá trình truyền tải trên HV 0,4 kV với công suất hoạt động là 50 kW đối với hỗn hợp, với ưu thế (hơn 40%) của tải tiện ích là 8 kvar , do đó, RM danh nghĩa tối ưu của các tụ điện như vậy phải nằm trong khoảng vài chục kvar.

Hãy xem xét hệ thống KRM được sử dụng trên đường dây trên không của mạng điện áp thấp ở Jaipur (Rajasthan, Ấn Độ) của công ty điện lực Jaipur Vidyut Vitran Nigam Ltd dựa trên các tụ điện sê-ri PoleCap® (Hình 4) do EPCOS AG sản xuất [7] . Giám sát SPP, chứa khoảng 1000 MVA với công suất lắp đặt 4600 máy biến áp 11 / 0,433 kV với công suất đơn 25-500 kVA, cho thấy: phụ tải mùa hè của máy biến áp là 506 MVA (430 MW), mùa đông — 353 MVA ( 300 MW); bình quân gia quyền cosj — 0,85; tổng tổn thất (2005) — 17% khối lượng cung cấp điện.

Trong quá trình thực hiện dự án thí điểm KRM, 13375 tụ điện PoleCap đã được lắp đặt tại các nút kết nối với máy biến áp hạ thế, trực tiếp trên giá đỡ của đường dây trên không 0,4 kV, với tổng RM là 70 MVAr. Bao gồm: 13000 tụ bù 5kvar; 250 — 10 kvar; 125 — 20 m2. Do đó, giá trị của cosj tăng lên 0,95 và tổn thất giảm xuống 13% [7].

Các tụ điện này (Hình 4 và Hình 5) là một bản sửa đổi của loại tụ điện màng kim loại đã được chứng minh rõ ràng được chế tạo theo công nghệ MKR / MKK (Metalized Kunststoff Kompakt) [8] - đồng thời tăng diện tích và tăng điện áp. cường độ của quá trình kim loại hóa lớp tiếp xúc của các điện cực, do sự kết hợp giữa đường cắt phẳng và lượn sóng của các cạnh của màng, được đặt với sự dịch chuyển nhỏ của các đường cong, đặc trưng của công nghệ MKR.Ngoài ra, dòng PoleCap bao gồm một số tụ điện ba pha PM 0,5 ... 5 kVAr, được chế tạo theo công nghệ MKR truyền thống [8].

Những cải tiến đối với thiết kế cơ bản của tụ điện MCC sê-ri giúp có thể lắp đặt trực tiếp (không cần vỏ bổ sung) tụ điện PoleCap ngoài trời, trong phòng ẩm ướt hoặc bụi bặm. Thân bình ngưng được làm bằng nhôm 99,5% và chứa đầy khí trơ.

Hình 5 cho thấy:

• vỏ nhựa chịu lực (mục 1);

• được hàn kín, bao quanh bởi một vòng nhựa (vị trí 5) và chứa đầy hợp chất epoxy (vị trí 7), phiên bản khối đầu cuối (vị trí 8) cung cấp cấp độ bảo vệ IP54.

Kết nối (Hình 5) được thực hiện bằng cách niêm phong đệm cáp (vị trí 2) từ ba cáp 2 mét lõi đơn (vị trí 3) và mô-đun gốm của điện trở phóng điện (vị trí 6) bằng cách uốn và hàn các kết nối tiếp xúc.

Để thuận tiện điều khiển trực quan bảo vệ quá áp được kích hoạt, một dải màu đỏ tươi xuất hiện trên phần mở rộng của vỏ bình ngưng (vị trí 4).

Chênh lệch nhiệt độ môi trường tối đa cho phép là -40 ... + 55 ° C [8].

Cần lưu ý rằng vì các tụ điện KRM phải được bảo vệ chống lại dòng điện ngắn mạch (PUE Ch.5), có vẻ như nên xây dựng các cầu chì bên trong vỏ của tụ điện HomeCap và PoleCap được kích hoạt do sự cố phần.

Kinh nghiệm của KRM trong các mạng tiện ích ở các nước đang phát triển có mức độ tổn thất mạng cao cho thấy rằng ngay cả các giải pháp kỹ thuật đơn giản — sử dụng pin không được kiểm soát của các loại tụ điện cosine đặc biệt — có thể rất hiệu quả về mặt kinh tế.

Tác giả bài viết: A.Shishkin

Văn học

1. Chỉ dẫn thiết kế mạng điện đô thị RD 34.20.185-94. Phê duyệt bởi: Bộ Nhiên liệu và Năng lượng của Liên bang Nga vào ngày 07/07/94, RAO «UES của Nga» vào ngày 31/05/94 Có hiệu lực vào ngày 01/01/95.

2. Ovchinnikov A. Tổn thất điện năng trong lưới phân phối 0,4 ... 6 (10) kV // Tin tức kỹ thuật điện. 2003. Số 1 (19).

3. Hiệu chỉnh hệ số công suất trong mạng điện của Peru // EPCOS COMPONENTS #1. 2006

4. Tụ bù HomeCap để hiệu chỉnh hệ số công suất.

5. Hướng dẫn lựa chọn phương tiện điều chỉnh điện áp và bù công suất phản kháng trong thiết kế trang bị và lưới điện nông nghiệp. M.: Selenergoproekt. 1978

6. Shishkin S.A. Công suất phản kháng của hộ tiêu thụ và tổn thất điện năng trên mạng // Tiết kiệm năng lượng số 4. 2004.

7. Jungwirth P. Hiệu chỉnh hệ số công suất tại chỗ // EPCOS COMPONENTS No. 4. 2005

8. Tụ điện PFC PoleCap cho các ứng dụng PFC điện áp thấp bên ngoài. Được xuất bản bởi EPCOS AG. 03/2005. Số thứ tự EPC: 26015-7600.