การใช้ตัวเก็บประจุเพื่อชดเชยพลังงานปฏิกิริยาของโหลดในครัวเรือน

ท่ามกลางปัจจัยมากมายที่ส่งผลต่อประสิทธิภาพของระบบจ่ายไฟ (SES) หนึ่งในลำดับความสำคัญนั้นถูกครอบครองโดย ปัญหาการชดเชยพลังงานปฏิกิริยา (มค.). อย่างไรก็ตาม ในเครือข่ายการกระจายผู้ใช้ยูทิลิตี้ที่มีเฟสเดียวเป็นส่วนใหญ่ โหลดแบบสวิตช์แยกกัน อุปกรณ์ KRM ยังคงมีการใช้งานน้อยเกินไป

ก่อนหน้านี้เชื่อกันว่าเนื่องจากเครือข่ายจำหน่ายไฟฟ้าแรงดันต่ำในเมืองมีขนาดค่อนข้างสั้น พลังงานเชื่อมต่อขนาดเล็ก (หน่วย kVA) และการแพร่กระจายของโหลด จึงไม่มีปัญหา PFC สำหรับพวกเขา

ตัวอย่างเช่น ในบทที่ 5.2 [1] มีเขียนไว้ว่า «สำหรับอาคารที่อยู่อาศัยและอาคารสาธารณะ จะไม่มีการชดเชยโหลดปฏิกิริยา» หากเราพิจารณาว่าในทศวรรษที่ผ่านมาปริมาณการใช้ไฟฟ้าต่อ 1 ตร.ม. ของภาคที่อยู่อาศัยเพิ่มขึ้นสามเท่า ความจุทางสถิติเฉลี่ยของหม้อแปลงไฟฟ้าของเครือข่ายเทศบาลในเมืองสูงถึง 325 kVA และพื้นที่ของการใช้พลังงานของหม้อแปลงไฟฟ้า ได้เลื่อนขึ้นไปและอยู่ในช่วง 250 … 400 kVA [2] ข้อความนี้จึงน่าสงสัย

การประมวลผลกราฟโหลดที่ทางเข้าอาคารที่อยู่อาศัยแสดงให้เห็น: ในระหว่างวัน ค่าเฉลี่ยของตัวประกอบกำลังไฟฟ้า (cosj) จะแตกต่างกันไปตั้งแต่ 0.88 ถึง 0.97 และทีละเฟสตั้งแต่ 0.84 ถึง 0.99 ดังนั้นการใช้พลังงานปฏิกิริยาทั้งหมด (RM) จึงแตกต่างกันไปตั้งแต่ 9 ... 14 kVAr และเฟสต่อเฟสตั้งแต่ 1 ถึง 6 kVAr

รูปที่ 1 แสดงกราฟการบริโภค RM รายวันที่ทางเข้าอาคารพักอาศัย อีกตัวอย่างหนึ่ง: การลงทะเบียนรายวัน (10 มิถุนายน 2550) การใช้ไฟฟ้าที่ใช้งานและปฏิกิริยาใน TP ของกริดเมือง Sizran (STR-RA = 400 kVA ผู้ใช้ไฟฟ้าส่วนใหญ่เป็นเฟสเดียว) จำนวน 1666.46 kWh และ 740.17 kvarh (ค่าเฉลี่ยถ่วงน้ำหนัก cosj = 0.91 — การกระจายตัวจาก 0.65 ถึง 0.97) แม้จะมีตัวประกอบภาระต่ำของหม้อแปลงก็ตาม — 32% ในช่วงชั่วโมงเร่งด่วนและ 11% ในช่วงชั่วโมงการวัดขั้นต่ำ

ดังนั้นเมื่อพิจารณาถึงความหนาแน่นสูง (kVA / km2) ของโหลดยูทิลิตี้การมีอยู่อย่างต่อเนื่องขององค์ประกอบปฏิกิริยาในกระแสพลังงานของ SES นำไปสู่การสูญเสียไฟฟ้าอย่างมีนัยสำคัญในเครือข่ายการกระจายของเมืองใหญ่และจำเป็นต้องชดเชยพวกเขา ผ่านแหล่งผลิตเพิ่มเติม

ความซับซ้อนของการแก้ปัญหานี้มีสาเหตุหลักมาจากการใช้ RM ที่ไม่สม่ำเสมอในแต่ละเฟส (รูปที่ 1) ซึ่งทำให้ยากต่อการใช้แบบดั้งเดิมสำหรับเครือข่ายอุตสาหกรรม การติดตั้ง KRM โดยใช้ตัวเก็บประจุแบบสามเฟสที่ควบคุมโดยตัวควบคุมที่ติดตั้งในตัวเดียว ของเฟสของเครือข่ายที่ชดเชย

ประสบการณ์ของเพื่อนร่วมงานชาวต่างชาติของเรามีความสนใจในการเพิ่มพลังงานสำรองของโรงไฟฟ้าพลังความร้อนในเมือง โดยเฉพาะการพัฒนาของบริษัทจำหน่ายไฟฟ้า Edeinor S.A.A. (เปรู) (เป็นส่วนหนึ่งของกลุ่ม Endesa (สเปน) ซึ่งเชี่ยวชาญด้านการผลิต การส่ง และการจำหน่ายไฟฟ้าในหลายประเทศในอเมริกาใต้) ตาม KRM ในเครือข่ายจำหน่ายไฟฟ้าแรงต่ำที่ระยะห่างขั้นต่ำจากผู้บริโภค [3]. ตามคำสั่งจาก Edeinor S.A.A. หนึ่งในผู้ผลิตตัวเก็บประจุโคไซน์แรงดันต่ำรายใหญ่ที่สุด EPCOS AG ได้เปิดตัวชุดตัวเก็บประจุแบบเฟสเดียว HomeCap [4] ซึ่งเหมาะสำหรับโหลดยูทิลิตี้ขนาดเล็ก

ความจุเล็กน้อยของตัวเก็บประจุ HomeCap (รูปที่ 2) แตกต่างกันไปตั้งแต่ 5 ถึง 33 μF ซึ่งทำให้สามารถชดเชยส่วนประกอบอุปนัยของ PM ได้ตั้งแต่ 0.25 ถึง 1.66 kVAr (ที่แรงดันไฟหลัก 50 Hz ในช่วง 127 . . 380 โวลต์)

ฟิล์มโพลิโพรพิลีนเสริมแรงใช้เป็นไดอิเล็กตริก อิเล็กโทรดทำโดยการพ่นโลหะ — เทคโนโลยี MKR (Metallised Polypropylene Kunststoff) ส่วนที่คดเคี้ยวเป็นทรงกลมมาตรฐาน ปริมาตรด้านในบรรจุด้วยสารประกอบโพลียูรีเทนที่ไม่เป็นพิษ เช่นเดียวกับตัวเก็บประจุโคไซน์ทั้งหมดจาก EPCOS AG ตัวเก็บประจุ HomeCap มีคุณสมบัติ «รักษาตัวเอง» ในกรณีที่แผ่นเปลือกโลกถูกทำลาย

ตัวเรือนอะลูมิเนียมทรงกระบอกของตัวเก็บประจุถูกหุ้มฉนวนด้วยท่อโพลีไวนิลชนิดหดความร้อนได้ (รูปที่ 2) และขั้วของใบมีดอิเล็กโทรดคู่หุ้มด้วยฝาพลาสติกไดอิเล็กทริก (ระดับการป้องกัน IP53) จึงรับประกันความปลอดภัยอย่างสมบูรณ์ระหว่างการใช้งานใน สภาพแวดล้อมภายในประเทศได้รับการยืนยันโดยใบรับรองที่เกี่ยวข้องของมาตรฐาน UL 810 (ห้องปฏิบัติการด้านความปลอดภัยของสหรัฐอเมริกา)

อุปกรณ์ในตัวซึ่งเปิดใช้งานเมื่อแรงดันเกินภายในแจ็คเก็ตเกิน จะปิดคอนเดนเซอร์โดยอัตโนมัติในกรณีที่ชิ้นส่วนมีความร้อนสูงเกินไปหรือหิมะถล่ม เส้นผ่านศูนย์กลางของตัวเก็บประจุ HomeCap คือ 42.5 ± 1 มม. และความสูงขึ้นอยู่กับค่าของความจุเล็กน้อยคือ 70 ... 125 มม. ส่วนต่อขยายในแนวตั้งของตัวเรือนคอนเดนเซอร์ ในกรณีป้องกันแรงดันภายในเกิน ไม่เกิน 13 มม.

ตัวเก็บประจุเชื่อมต่อด้วยสายเคเบิลแบบยืดหยุ่นสองคอร์ที่มีหน้าตัด 1.5 มม.2 และความยาว 300 หรือ 500 มม. [4] ความร้อนที่อนุญาตของฉนวนสายเคเบิล — 105 ° C

การทำงานของตัวเก็บประจุ HomeCap สามารถทำได้ภายในอาคารที่อุณหภูมิแวดล้อม -25 … + 55 ° C ค่าเบี่ยงเบนของความจุเล็กน้อย: -5 / + 10% การสูญเสียพลังงานที่ใช้งานอยู่ไม่เกิน 5 วัตต์ต่อ kvar รับประกันอายุการใช้งานสูงสุด 100,000 ชั่วโมง

การยึดตัวเก็บประจุ HomeCap เข้ากับพื้นผิวการติดตั้งทำได้โดยใช้แคลมป์หรือสลักเกลียว (M8x10) ที่ด้านล่าง

ในรูป 3. แสดงการติดตั้งคอนเดนเซอร์ HomeCap ในกล่องวัดแสง ตัวเก็บประจุ (ที่มุมล่างขวา) เชื่อมต่อกับขั้วของมิเตอร์ไฟฟ้า

ตัวเก็บประจุ HomeCap ผลิตขึ้นตามข้อกำหนดของ IEC 60831-1 / 2 [4] อย่างสมบูรณ์

จากข้อมูลของ Edeinor SAA [3] การติดตั้งตัวเก็บประจุ HomeCap ที่มีความจุรวม 37,000 kvar ใน 114,000 ครัวเรือนในเขต Infantas ทางตอนเหนือของกรุงลิมา เพิ่มตัวประกอบกำลังไฟฟ้าเฉลี่ยถ่วงน้ำหนักของเครือข่ายการกระจายจาก 0.84 เป็น 0.93 ซึ่งประหยัดได้ประมาณ 280 kWh ต่อ ปี สำหรับแต่ละ kVAr RM ที่เชื่อมต่อ หรือรวมประมาณ 19,300 MWh ต่อปี นอกจากนี้โดยคำนึงถึงการเปลี่ยนแปลงเชิงคุณภาพในลักษณะของภาระในครัวเรือน (การสลับแหล่งจ่ายไฟของเครื่องใช้ไฟฟ้า, บัลลาสต์แบบแอคทีฟของหลอดประหยัดไฟ), การบิดเบือนไซน์ของแรงดันไฟหลัก, ในเวลาเดียวกันกับ ด้วยความช่วยเหลือของตัวเก็บประจุ HomeCap ทำให้สามารถลดระดับของส่วนประกอบฮาร์มอนิกได้ — THDU เฉลี่ย 1%

ตรงกันข้ามกับคนในเมือง ความต้องการ RPC สำหรับเครือข่ายจำหน่ายไฟฟ้าแรงต่ำในชนบทไม่เคยถูกตั้งคำถาม [5] เนื่องจากการใช้พลังงานแบบแอคทีฟสำหรับการส่ง RM ผ่านสายไฟฟ้าแรงสูง (OHL) แบบเปิด (เหมือนต้นไม้) ที่ขยายออกไปด้วย แรงดันไฟฟ้า 6 (10) kV สูงสุด [6] ในขณะเดียวกัน อัตราส่วนของกองทุน KRM ที่ไม่เพียงพอต่อความสามารถในการเชื่อมต่อของเครื่องรับไฟฟ้านั้นอธิบายได้ด้วยเหตุผลทางเศรษฐกิจล้วนๆ ดังนั้นสำหรับ SPP ของสาธารณูปโภคในชนบทและครัวเรือนและผู้ใช้อุตสาหกรรมขนาดเล็ก (ไม่เกิน 140 กิโลวัตต์) คำถามของการเลือก KRM รุ่นที่ถูกที่สุดจึงมีความสำคัญ

หนึ่งในปัญหาทางเทคนิคในการใช้งานจริงตามคำแนะนำ 80% ของ RPC โดยตรงในเครือข่ายแรงดันต่ำในชนบท [5] คือการขาดตัวเก็บประจุที่เหมาะสมสำหรับการติดตั้งสายเหนือศีรษะจากการคำนวณ ค่าเฉลี่ยของ RM ที่เหลือ (ไม่อนุญาตให้มีการชดเชยมากเกินไป) ระหว่างการส่งผ่าน HV 0.4 kV ที่มีกำลังใช้งาน 50 kW สำหรับการผสมโดยมีความเด่น (มากกว่า 40%) ของโหลดยูทิลิตี้คือ 8 kvar ดังนั้น ค่า RM ที่เหมาะสมที่สุดของตัวเก็บประจุดังกล่าวควรอยู่ภายในไม่กี่สิบ kvar

พิจารณาระบบ KRM ที่ใช้บนสายเหนือศีรษะของเครือข่ายแรงดันต่ำในชัยปุระ (ราชสถาน ประเทศอินเดีย) โดยบริษัทไฟฟ้า Jaipur Vidyut Vitran Nigam Ltd โดยใช้ตัวเก็บประจุของซีรี่ส์ PoleCap® (รูปที่ 4) ที่ผลิตโดย EPCOS AG [7] การตรวจสอบของ SPP ซึ่งมีประมาณ 1,000 MVA พร้อมกำลังการผลิตติดตั้ง 4600 หม้อแปลง 11 / 0.433 kV ที่มีกำลังเดียว 25-500 kVA แสดงให้เห็นว่าโหลดฤดูร้อนของหม้อแปลงคือ 506 MVA (430 MW) ฤดูหนาว — 353 เมกะวัตต์ (300 เมกะวัตต์); cosj เฉลี่ยถ่วงน้ำหนัก — 0.85; การสูญเสียทั้งหมด (2548) — 17% ของปริมาณไฟฟ้า

ในโครงการนำร่องของ KRM มีการติดตั้งตัวเก็บประจุแบบ PoleCap จำนวน 13375 ตัวในโหนดเชื่อมต่อกับหม้อแปลงไฟฟ้าแรงดันต่ำ โดยตรงบนส่วนรองรับของสายเหนือศีรษะขนาด 0.4 kV โดยมีค่า RM รวม 70 MVAr รวมถึง: ตัวเก็บประจุ 13000 5 kvar; 250 — 10 kvar; 125 — 20 ตร.ม. เป็นผลให้ค่าของ cosj เพิ่มขึ้นเป็น 0.95 และการสูญเสียลดลงเป็น 13% [7]

ตัวเก็บประจุเหล่านี้ (รูปที่ 4 และรูปที่ 5) เป็นการดัดแปลงของตัวเก็บประจุแบบฟิล์มโลหะที่ได้รับการพิสูจน์แล้วว่าผลิตขึ้นตามเทคโนโลยี MKR / MKK (Metalized Kunststoff Kompakt) [8] - เพิ่มพื้นที่และเพิ่มกำลังไฟฟ้าไปพร้อม ๆ กัน ความแข็งแรงของชั้นสัมผัสโลหะของอิเล็กโทรดเนื่องจากการรวมกันของขอบของฟิล์มแบนและหยักวางด้วยการกระจัดเล็กน้อยของโค้งซึ่งเป็นลักษณะของเทคโนโลยี MKRนอกจากนี้ ซีรีส์ PoleCap ยังมีตัวเก็บประจุสามเฟสจำนวนหนึ่ง PM 0.5 ... 5 kVAr ซึ่งผลิตขึ้นตามเทคโนโลยี MKR แบบดั้งเดิม [8]

การปรับปรุงการออกแบบพื้นฐานของตัวเก็บประจุ MCC ซีรีส์ทำให้สามารถติดตั้งตัวเก็บประจุ PoleCap ได้โดยตรง (โดยไม่ต้องใช้เคสเพิ่มเติม) กลางแจ้ง ในห้องที่ชื้นหรือมีฝุ่นมาก ตัวคอนเดนเซอร์ทำจากอลูมิเนียม 99.5% และบรรจุด้วยก๊าซเฉื่อย

รูปที่ 5 แสดง:

• ฝาครอบพลาสติกทน (ข้อ 1);

• ปิดผนึกอย่างแน่นหนา ล้อมรอบด้วยวงแหวนพลาสติก (ข้อ 5) และเติมด้วยสารประกอบอีพ็อกซี่ (ข้อ 7) รุ่นเทอร์มินอลบล็อค (ข้อ 8) ให้ระดับการป้องกัน IP54

การเชื่อมต่อ (รูปที่ 5) ทำโดยการปิดผนึกซีลสายเคเบิล (ตำแหน่ง 2) จากสายเคเบิลแกนเดี่ยว 2 เมตรสามเส้น (ตำแหน่ง 3) และโมดูลเซรามิกของตัวต้านทานการปลดปล่อย (ตำแหน่ง 6) โดยการย้ำและบัดกรีจุดเชื่อมต่อหน้าสัมผัส

เพื่อความสะดวก การควบคุมภาพ มีการเปิดใช้การป้องกันแรงดันเกิน แถบสีแดงสดจะปรากฏบนส่วนที่ขยายออกของตัวเรือนคอนเดนเซอร์ (ตำแหน่ง 4)

ความแตกต่างสูงสุดที่อนุญาตในอุณหภูมิแวดล้อมคือ -40 ... + 55 ° C [8]

ควรสังเกตว่าเนื่องจากตัวเก็บประจุ KRM จะต้องได้รับการป้องกันจากกระแสลัดวงจร (ปือ Ch.5) ดูเหมือนว่าจะแนะนำให้สร้างฟิวส์ภายในตัวเรือนของตัวเก็บประจุ HomeCap และ PoleCap ซึ่งถูกกระตุ้นโดยการแบ่งส่วน

ประสบการณ์ของ KRM ในเครือข่ายสาธารณูปโภคในประเทศกำลังพัฒนาที่มีการสูญเสียเครือข่ายในระดับสูงแสดงให้เห็นว่าแม้แต่วิธีแก้ปัญหาทางเทคนิคง่ายๆ เช่น การใช้แบตเตอรี่ที่ไม่มีการควบคุมของตัวเก็บประจุโคไซน์ชนิดพิเศษ ก็สามารถประหยัดได้อย่างมีประสิทธิภาพ

ผู้เขียนบทความ: อ.ชิชกิน

วรรณกรรม

1. คำแนะนำสำหรับการออกแบบเครือข่ายไฟฟ้าในเมือง RD 34.20.185-94 อนุมัติโดย: กระทรวงเชื้อเพลิงและพลังงานของสหพันธรัฐรัสเซียเมื่อวันที่ 07.07.94, RAO «UES ของรัสเซีย»เมื่อวันที่ 05.31.94 มีผลบังคับใช้เมื่อวันที่ 01.01.95

2. Ovchinnikov A. การสูญเสียไฟฟ้าในเครือข่ายจำหน่าย 0.4 ... 6 (10) kV // ข่าววิศวกรรมไฟฟ้า 2546. ครั้งที่ 1(19).

3. การแก้ไขตัวประกอบกำลังไฟฟ้าในเครือข่ายไฟฟ้าของเปรู // ส่วนประกอบ EPCOS #1 2549

4. ตัวเก็บประจุ HomeCap สำหรับการแก้ไขตัวประกอบกำลัง

5. แนวทางการเลือกวิธีการควบคุมแรงดันไฟฟ้าและการชดเชยพลังงานปฏิกิริยาในการออกแบบอุปกรณ์การเกษตรและโครงข่ายไฟฟ้าเพื่อการเกษตร ม.: Selenergoproekt. 2521

6. Shishkin S.A. พลังงานปฏิกิริยาของผู้บริโภคและเครือข่ายการสูญเสียไฟฟ้า // การประหยัดพลังงานหมายเลข 4. 2547

7. Jungwirth P. การแก้ไขตัวประกอบกำลังไฟฟ้าในสถานที่ // ส่วนประกอบ EPCOS หมายเลข 4. 2548

8. ตัวเก็บประจุ PoleCap PFC สำหรับการใช้งาน PFC แรงดันต่ำภายนอก เผยแพร่โดย EPCOS AG 03/2005. เลขที่ใบสั่งซื้อ EPC: 26015-7600