L'uso di condensatori per compensare la potenza reattiva dei carichi domestici

Tra i numerosi fattori che influenzano l'efficienza del sistema di alimentazione (SES), uno dei posti prioritari è occupato da problema di compensazione della potenza reattiva (KRM). Tuttavia, nelle reti di distribuzione degli utenti delle utility che contengono principalmente carichi monofase commutati individualmente, i dispositivi KRM sono ancora sottoutilizzati.

In precedenza si riteneva che a causa degli alimentatori relativamente corti delle reti di distribuzione urbane a bassa tensione, della piccola potenza connessa (unità kVA) e della diffusione dei carichi, il problema PFC non esistesse per loro.

Ad esempio, nel capitolo 5.2 [1] è scritto: «per gli edifici residenziali e pubblici non è prevista alcuna compensazione del carico reattivo.» Se si tiene conto che nell'ultimo decennio il consumo di elettricità per 1 m2 del settore residenziale è triplicato, la capacità statistica media dei trasformatori di potenza delle reti comunali urbane ha raggiunto i 325 kVA e l'area di utilizzo della potenza del trasformatore si è spostato verso l'alto ed è compreso tra 250 e 400 kVA [2], questa affermazione è discutibile.

L'elaborazione dei grafici di carico effettuata all'ingresso di un edificio residenziale mostra: durante il giorno il valore medio del fattore di potenza (cosj) varia da 0,88 a 0,97, e fase per fase da 0,84 a 0,99. Di conseguenza, il consumo totale di potenza reattiva (RM) varia da 9 ... 14 kVAr e fase per fase da 1 a 6 kVAr.

La Figura 1 mostra il grafico del consumo giornaliero di RM all'ingresso di un edificio residenziale. Un altro esempio: il consumo giornaliero registrato (10 giugno 2007) di elettricità attiva e reattiva nel TP della rete urbana di Sizran (STR-RA = 400 kVA, i consumatori di elettricità sono per lo più monofase) ammonta a 1666,46 kWh e 740,17 kvarh (valore medio ponderato cosj = 0,91 — dispersione da 0,65 a 0,97) anche con il corrispondente basso fattore di carico del trasformatore — 32% nelle ore di punta e 11% nelle ore minime di misura.

Pertanto, data l'elevata densità (kVA/km2) del carico dell'utenza, la presenza costante di una componente reattiva nei flussi energetici del SES, comporta significative perdite di energia elettrica nelle reti di distribuzione delle grandi città e la necessità di compensarle attraverso ulteriori fonti di generazione.

La complessità della risoluzione di questo problema è in gran parte dovuta al consumo irregolare di RM nelle singole fasi (Fig. 1), che rende difficile l'utilizzo delle tradizionali installazioni KRM per reti industriali basate su banchi di condensatori trifase controllati da un regolatore installato in uno delle fasi della rete compensata.

L'esperienza dei nostri colleghi stranieri è interessante per aumentare la riserva di potenza delle centrali termiche urbane. In particolare, gli sviluppi della società di distribuzione elettrica Edeinor S.A.A. (Perù) (fa parte del gruppo Endesa (Spagna), specializzato nella produzione, trasmissione e distribuzione di energia elettrica in alcuni paesi sudamericani), secondo KRM nelle reti di distribuzione a bassa tensione a una distanza minima dai consumatori [3]. Su ordine di Edeinor S.A.A., uno dei più grandi produttori di condensatori di coseno a bassa tensione, EPCOS AG ha lanciato una serie di condensatori monofase HomeCap [4], adatti a piccoli carichi di utilità.

La capacità nominale dei condensatori HomeCap (Fig. 2) varia da 5 a 33 μF, il che consente di compensare la componente induttiva del PM da 0,25 a 1,66 kVAr (a una tensione di rete di 50 Hz nell'intervallo di 127. .380V).

Il film di polipropilene rinforzato viene utilizzato come dielettrico, gli elettrodi sono realizzati mediante spruzzatura di metallo - tecnologia MKR (Metallised Polypropylene Kunststoff). L'avvolgimento della sezione è tondo standard, il volume interno è riempito con un composto poliuretanico atossico. Come tutti i condensatori coseno di EPCOS AG, i condensatori HomeCap hanno la proprietà di «autoripararsi» in caso di distruzione locale delle piastre.

L'alloggiamento cilindrico in alluminio dei condensatori è isolato con un tubo in polivinile termoretraibile (Fig. 2), ed i terminali delle lamelle del doppio elettrodo sono coperti da un cappuccio dielettrico in plastica (grado di protezione IP53), garantendo così la completa sicurezza durante il funzionamento in ambiente domestico confermato dal relativo certificato della norma UL 810 (laboratori di sicurezza USA).

Il dispositivo integrato, che si attiva quando viene superata la sovrapressione all'interno dell'intercapedine, spegne automaticamente il condensatore in caso di surriscaldamento o collasso da valanga della sezione. Il diametro dei condensatori HomeCap è di 42,5 ± 1 mm e l'altezza, a seconda del valore della capacità nominale, è di 70 ... 125 mm. Estensione verticale dell'alloggiamento del condensatore, nel caso di protezione contro l'eccesso di pressione interna, non superiore a 13 mm.

Il condensatore è collegato con un cavo flessibile a due fili con una sezione di 1,5 mm2 e una lunghezza di 300 o 500 mm [4]. Riscaldamento consentito dell'isolamento del cavo - 105 ° C.

Il funzionamento dei condensatori HomeCap è possibile all'interno a una temperatura ambiente di -25 … + 55 ° C. Deviazione della capacità nominale: -5 / + 10%. Le perdite di potenza attiva non superano i 5 watt per kvar. Durata garantita fino a 100.000 ore.

Il fissaggio dei condensatori HomeCap alla superficie di montaggio viene effettuato con un morsetto o un bullone (M8x10) collegato alla parte inferiore.

Nella fig. 3. mostra l'installazione del condensatore HomeCap nella cassetta di dosaggio. Il condensatore (nell'angolo in basso a destra) è collegato ai terminali del contatore elettrico

I condensatori HomeCap sono prodotti nel pieno rispetto dei requisiti della norma IEC 60831-1/2 [4].

Secondo Edeinor SAA, [3] l'installazione di condensatori HomeCap con una capacità totale di 37.000 kvar in 114.000 famiglie nel distretto di Infantas, nel nord di Lima, ha aumentato il fattore di potenza medio ponderato della rete di distribuzione da 0,84 a 0,93, risparmiando circa 280 kWh per anno .per ogni kVAr RM connesso o un totale di circa 19.300 MWh all'anno. Inoltre, tenendo conto dei cambiamenti qualitativi nella natura del carico domestico (commutazione dell'alimentazione di apparecchi elettrici, reattori attivi di lampade a risparmio energetico), distorsione della sinusoidalità della tensione di rete, allo stesso tempo con il Con l'aiuto dei condensatori HomeCap, è stato possibile ridurre il livello delle componenti armoniche — THDU in media dell'1%.

A differenza di quelle urbane, la necessità di RPC per le reti di distribuzione a bassa tensione rurali non è mai stata messa in discussione [5] a causa del consumo di energia attiva per la trasmissione RM su una linea ad alta tensione (OHL) estesa aperta (a forma di albero) con la tensione di 6 (10) kV è la più alta [6]. Allo stesso tempo, il rapporto insufficiente tra i fondi KRM e la capacità collegata dei ricevitori elettrici è spiegato da ragioni puramente economiche. Pertanto, per l'SPP dell'utenza rurale e degli utenti domestici e industriali di piccole dimensioni (fino a 140 kW), la questione della scelta della versione più economica di KRM è una priorità.

Una delle difficoltà tecniche nell'attuazione pratica della raccomandazione dell'80% di RPC direttamente nelle reti rurali a bassa tensione [5] è la mancanza di condensatori adatti all'installazione di linee aeree.Secondo i calcoli, il valore medio del RM residuo (che non consente sovracompensazione) durante la trasmissione in AT 0,4 kV con una potenza attiva di 50 kW per un misto, con una predominanza (oltre il 40%) del carico dell'utenza è di 8 kvar , quindi, l'RM nominale ottimale di tali condensatori dovrebbe essere compreso tra poche decine di kvar.

Si consideri il sistema KRM utilizzato sulle linee aeree delle reti a bassa tensione a Jaipur (Rajasthan, India) dalla società elettrica Jaipur Vidyut Vitran Nigam Ltd basato sui condensatori della serie PoleCap® (Fig. 4) prodotti da EPCOS AG [7] . Il monitoraggio della SPP, contenente circa 1000 MVA con una capacità installata di 4600 trasformatori 11/0,433 kV con una singola potenza di 25-500 kVA, ha mostrato: il carico estivo dei trasformatori era di 506 MVA (430 MW), quello invernale — 353 MVA (300 MW); media ponderata cosj — 0,85; perdite totali (2005) — 17% del volume della fornitura di energia elettrica.

Nel corso del progetto pilota KRM sono stati installati 13375 condensatori PoleCap nei nodi di connessione ai trasformatori di bassa tensione, direttamente sui sostegni delle linee aeree 0,4 kV, per un RM totale di 70 MVAr. Comprende: 13000 condensatori da 5 kvar; 250 — 10 kvar; 125 — 20 mq. Di conseguenza, il valore di cosj aumenta a 0,95 e le perdite diminuiscono al 13% [7].

Questi condensatori (Fig. 4 e Fig. 5) sono una modifica di un tipo ben collaudato di condensatori a film metallico realizzati secondo la tecnologia MKR / MKK (Metalized Kunststoff Kompakt) [8] - contemporaneamente aumentando l'area e aumentando la potenza elettrica forza della metallizzazione a contatto dello strato degli elettrodi, dovuta ad una combinazione di taglio piatto e ondulato dei bordi del film, posato con un piccolo spostamento delle pieghe, caratteristico della tecnologia MKR.Inoltre, la serie PoleCap comprende una serie di condensatori trifase PM 0,5 ... 5 kVAr, realizzati secondo la tradizionale tecnologia MKR [8].

I miglioramenti apportati al design di base dei condensatori della serie MCC hanno reso possibile l'installazione diretta (senza custodia aggiuntiva) dei condensatori PoleCap all'aperto, in ambienti umidi o polverosi. Il corpo del condensatore è realizzato al 99,5% in alluminio ed è riempito con un gas inerte.

La figura 5 mostra:

• copertura in plastica resistente (articolo 1);

• sigillato ermeticamente, circondato da un anello in plastica (pos. 5) e riempito con composto epossidico (pos. 7), la versione a morsettiera (pos. 8) fornisce il grado di protezione IP54.

La connessione (Fig. 5) viene effettuata sigillando un sigillo per cavo (posizione 2) da tre cavi unipolari da 2 metri (posizione 3) e un modulo ceramico di resistori di scarica (posizione 6) mediante crimpatura e saldatura delle connessioni dei contatti.

Per comodità controllo visivo scatta la protezione da sovrapressione, sulla parte estesa dell'alloggiamento del condensatore appare una banda rossa brillante (posizione 4).

La differenza massima consentita nella temperatura ambiente è -40 ... + 55 ° C [8].

Va notato che poiché i condensatori KRM devono essere protetti dalle correnti di cortocircuito (PUE Cap.5), sembra opportuno costruire dei fusibili all'interno dell'alloggiamento dei condensatori HomeCap e PoleCap che intervengono per rottura della sezione.

L'esperienza di KRM nelle reti di servizi nei paesi in via di sviluppo con un alto livello di perdite di rete dimostra che anche semplici soluzioni tecniche - l'uso di batterie non regolamentate di tipi speciali di condensatori coseno - possono essere economicamente molto efficaci.

Autore dell'articolo: A.Shishkin

Letteratura

1. Istruzioni per la progettazione delle reti elettriche urbane RD 34.20.185-94. Approvato da: Ministero dei Combustibili e dell'Energia della Federazione Russa il 07.07.94, RAO «UES della Russia» il 31.05.94 Entrato in vigore il 01.01.95.

2. Ovchinnikov A. Perdite di elettricità nelle reti di distribuzione 0,4 ... 6 (10) kV // Notizie di ingegneria elettrica. 2003. N. 1 (19).

3. Correzione del fattore di potenza nelle reti elettriche del Perù // EPCOS COMPONENTS #1. 2006

4. Condensatori HomeCap per il rifasamento.

5. Linee guida per la scelta dei mezzi di regolazione della tensione e compensazione della potenza reattiva nella progettazione di attrezzature agricole e reti elettriche per scopi agricoli. M.: Selenergoproekt. 1978

6. Shishkin SA Potenza reattiva dei consumatori e perdite di rete di elettricità // Risparmio energetico n. 4. 2004.

7. Jungwirth P. Rifasamento in loco // COMPONENTI EPCOS N. 4. 2005

8. Condensatori PoleCap PFC per applicazioni PFC esterne a bassa tensione. Pubblicato da EPCOS AG. 03/2005. Numero d'ordine. EPC: 26015-7600.