Penggunaan kapasitor untuk mengkompensasi daya reaktif beban rumah tangga

Di antara banyak faktor yang mempengaruhi efisiensi sistem catu daya (SES), salah satu tempat prioritas ditempati masalah kompensasi daya reaktif (KRM). Namun, dalam jaringan distribusi pengguna utilitas yang sebagian besar berisi beban satu fasa, sakelar individual, perangkat KRM masih kurang dimanfaatkan.

Sebelumnya diyakini bahwa karena pengumpan jaringan distribusi tegangan rendah perkotaan yang relatif pendek, daya terhubung kecil (unit kVA) dan penyebaran beban, masalah PFC tidak ada untuk mereka.

Misalnya, dalam bab 5.2 [1] tertulis: «untuk bangunan tempat tinggal dan umum tidak disediakan kompensasi beban reaktif.» Jika kita memperhitungkan bahwa dalam dekade terakhir konsumsi listrik per 1 m2 sektor perumahan meningkat tiga kali lipat, kapasitas statistik rata-rata transformator daya jaringan kota perkotaan telah mencapai 325 kVA, dan area penggunaan daya transformator telah bergeser ke atas dan berada dalam kisaran 250…400 kVA [2], maka pernyataan ini patut dipertanyakan.

Pengolahan grafik beban yang dibuat pada pintu masuk bangunan tempat tinggal menunjukkan: pada siang hari nilai rata-rata faktor daya (cosj) bervariasi dari 0,88 hingga 0,97, dan fase demi fase dari 0,84 hingga 0,99. Karenanya, total konsumsi daya reaktif (RM) bervariasi dari 9 ... 14 kVAr, dan fase demi fase dari 1 hingga 6 kVAr.

Gambar 1 menunjukkan grafik konsumsi RM harian di pintu masuk bangunan tempat tinggal. Contoh lain: konsumsi listrik aktif dan reaktif harian terdaftar (10 Juni 2007) di TP jaringan perkotaan Sizran (STR-RA = 400 kVA, konsumen listrik sebagian besar fase tunggal) berjumlah 1666,46 kWh dan 740,17 kvarh (nilai rata-rata tertimbang cosj = 0,91 — dispersi dari 0,65 hingga 0,97) bahkan dengan faktor beban transformator yang rendah — 32% selama jam puncak dan 11% selama jam pengukuran minimum.

Jadi, mengingat kepadatan tinggi (kVA / km2) dari beban utilitas, kehadiran komponen reaktif yang konstan dalam aliran energi SES menyebabkan hilangnya listrik yang signifikan di jaringan distribusi kota-kota besar dan kebutuhan untuk mengkompensasinya. melalui sumber generasi tambahan.

Kompleksitas penyelesaian masalah ini sebagian besar disebabkan oleh konsumsi RM yang tidak merata dalam fase individu (Gbr. 1), yang membuatnya sulit untuk menggunakan instalasi KRM tradisional untuk jaringan industri berdasarkan bank kapasitor tiga fase yang dikendalikan oleh regulator yang dipasang di satu fase jaringan yang dikompensasi.

Pengalaman rekan asing kami menarik dalam meningkatkan cadangan daya pembangkit listrik termal perkotaan. Secara khusus, perkembangan perusahaan distribusi listrik Edeinor S.A.A. (Peru) (merupakan bagian dari grup Endesa (Spanyol), yang berspesialisasi dalam produksi, transmisi, dan distribusi listrik di sejumlah negara Amerika Selatan), menurut KRM dalam jaringan distribusi tegangan rendah pada jarak minimum dari konsumen [3]. Atas pesanan dari Edeinor S.A.A., salah satu produsen terbesar kapasitor kosinus tegangan rendah-EPCOS AG meluncurkan serangkaian kapasitor HomeCap fase tunggal [4], cocok untuk beban utilitas kecil.

Kapasitas nominal kapasitor HomeCap (Gbr. 2) bervariasi dari 5 hingga 33 μF, yang memungkinkan untuk mengkompensasi komponen induktif PM dari 0,25 hingga 1,66 kVAr (pada tegangan listrik 50 Hz dalam kisaran 127. . .380 V ).

Film polipropilen yang diperkuat digunakan sebagai dielektrik, elektroda dibuat dengan penyemprotan logam — teknologi MKR (Metallised Polypropylene Kunststoff). Gulungan bagian adalah putaran standar, volume bagian dalam diisi dengan senyawa poliuretan yang tidak beracun. Seperti semua kapasitor cosinus dari EPCOS AG, kapasitor HomeCap memiliki sifat "penyembuhan sendiri" jika terjadi kerusakan pelat secara lokal.

Rumah silinder aluminium kapasitor diisolasi dengan tabung polivinil yang dapat menyusut panas (Gbr. 2), dan terminal bilah elektroda ganda ditutup dengan tutup plastik dielektrik (tingkat perlindungan IP53), sehingga menjamin keamanan penuh selama operasi di lingkungan domestik dikonfirmasi oleh sertifikat standar UL 810 yang relevan (laboratorium keselamatan AS).

Perangkat bawaan, yang diaktifkan ketika tekanan berlebih di dalam jaket terlampaui, secara otomatis mematikan kondensor jika bagian tersebut terlalu panas atau longsor. Diameter kapasitor HomeCap adalah 42,5 ± 1 mm, dan tingginya, tergantung pada nilai kapasitas nominal, adalah 70 ... 125 mm. Perpanjangan vertikal rumah kondensor, dalam hal perlindungan terhadap tekanan internal berlebih, tidak lebih dari 13 mm.

Kapasitor dihubungkan dengan kabel fleksibel dua inti dengan penampang 1,5 mm2 dan panjang 300 atau 500 mm [4]. Pemanasan isolasi kabel yang diizinkan — 105 ° C.

Pengoperasian kapasitor HomeCap dimungkinkan di dalam ruangan pada suhu sekitar -25 … + 55 ° C. Penyimpangan kapasitas nominal: -5 / + 10%. Kehilangan daya aktif tidak melebihi 5 watt per kvar. Masa pakai terjamin hingga 100.000 jam.

Mengencangkan kapasitor HomeCap ke permukaan pemasangan dilakukan dengan penjepit atau baut (M8x10) yang terhubung ke bagian bawah.

Dalam gambar. 3. menunjukkan pemasangan kondensor HomeCap di kotak metering. Kapasitor (di pojok kanan bawah) dihubungkan ke terminal meteran listrik

Kapasitor HomeCap diproduksi dengan kepatuhan penuh terhadap persyaratan IEC 60831-1 / 2 [4].

Menurut Edeinor SAA, [3] pemasangan kapasitor HomeCap dengan total kapasitas 37.000 kvar pada 114.000 rumah tangga di distrik Infantas di Lima utara meningkatkan faktor daya rata-rata tertimbang jaringan distribusi dari 0,84 menjadi 0,93, menghemat sekitar 280 kWh per tahun .untuk setiap RM kVAr yang terhubung atau total sekitar 19.300 MWh per tahun. Selain itu, dengan mempertimbangkan perubahan kualitatif dalam sifat beban rumah tangga (peralihan catu daya peralatan listrik, ballast aktif lampu hemat energi), distorsi sinusoidalitas tegangan listrik, bersamaan dengan bantuan kapasitor HomeCap, dimungkinkan untuk mengurangi tingkat komponen harmonik — rata-rata THDU sebesar 1%.

Berbeda dengan perkotaan, kebutuhan RPC untuk jaringan distribusi tegangan rendah pedesaan tidak pernah dipertanyakan [5] karena konsumsi energi aktif untuk transmisi RM melalui saluran tegangan tinggi (OHL) terbuka (seperti pohon) yang diperluas dengan tegangan 6 (10) kV adalah yang tertinggi [6]. Pada saat yang sama, rasio dana KRM yang tidak mencukupi terhadap kapasitas penerima listrik yang terhubung disebabkan oleh alasan ekonomi murni. Oleh karena itu, untuk PLTU utilitas pedesaan dan rumah tangga serta pengguna industri kecil (hingga 140 kW), pertanyaan memilih versi KRM termurah menjadi prioritas.

Salah satu kesulitan teknis dalam implementasi praktis dari rekomendasi 80% RPC langsung di jaringan tegangan rendah pedesaan [5] adalah kurangnya kapasitor yang cocok untuk pemasangan saluran udara.Menurut perhitungan, nilai rata-rata residual (tidak memungkinkan kompensasi berlebih) RM selama transmisi melalui HV 0,4 kV dengan daya aktif 50 kW untuk campuran, dengan dominasi (lebih dari 40%) dari beban utilitas adalah 8 kvar , oleh karena itu, RM nominal optimal dari kapasitor tersebut harus berada dalam beberapa puluh kvar.

Pertimbangkan sistem KRM yang digunakan pada saluran udara jaringan tegangan rendah di Jaipur (Rajasthan, India) oleh perusahaan listrik Jaipur Vidyut Vitran Nigam Ltd berdasarkan kapasitor seri PoleCap® (Gbr. 4) yang diproduksi oleh EPCOS AG [7] . Pemantauan SPP, berisi sekitar 1000 MVA dengan kapasitas terpasang 4600 transformator 11 / 0,433 kV dengan daya tunggal 25-500 kVA, menunjukkan: beban musim panas transformator adalah 506 MVA (430 MW), musim dingin — 353 MVA (300 MW); rata-rata tertimbang cosj — 0,85; total kerugian (2005) — 17% dari volume pasokan listrik.

Selama proyek percontohan KRM, 13375 kapasitor PoleCap dipasang di node koneksi ke transformator tegangan rendah, langsung pada penyangga saluran udara 0,4 kV, dengan total RM 70 MVAr. Termasuk: 13000 5 kvar kapasitor; 250 — 10 kvar; 125 — 20 meter persegi. Akibatnya, nilai cosj meningkat menjadi 0,95, dan kerugian menurun menjadi 13% [7].

Kapasitor ini (Gbr. 4 dan Gbr. 5) adalah modifikasi dari jenis kapasitor film logam yang telah terbukti dengan baik dibuat sesuai dengan teknologi MKR / MKK (Metalized Kunststoff Kompakt) [8] - secara bersamaan meningkatkan area dan meningkatkan kelistrikan kekuatan metalisasi kontak lapisan elektroda, karena kombinasi potongan datar dan bergelombang dari tepi film, diletakkan dengan perpindahan kecil dari tikungan, karakteristik teknologi MKR.Selain itu, seri PoleCap menyertakan sejumlah kapasitor tiga fase PM 0,5 ... 5 kVAr, dibuat sesuai dengan teknologi MKR tradisional [8].

Perbaikan pada desain dasar kapasitor MCC seri memungkinkan untuk langsung (tanpa kasing tambahan) memasang kapasitor PoleCap di luar ruangan, di ruangan lembab atau berdebu. Badan kondensor terbuat dari 99,5% aluminium dan diisi dengan gas inert.

Gambar 5 menunjukkan:

• penutup plastik tahan (item 1);

• tertutup rapat, dikelilingi oleh cincin plastik (pos. 5) dan diisi dengan senyawa epoksi (pos. 7), versi blok terminal (pos. 8) memberikan tingkat perlindungan IP54.

Sambungan (Gbr. 5) dibuat dengan menyegel segel kabel (posisi 2) dari tiga kabel inti tunggal 2 meter (posisi 3) dan modul keramik resistor pelepasan (posisi 6) dengan mengeriting dan menyolder sambungan kontak.

Untuk kenyamanan kontrol visual perlindungan tekanan berlebih dipicu, pita merah terang muncul di bagian perpanjangan rumah kondensor (posisi 4).

Perbedaan suhu lingkungan maksimum yang diizinkan adalah -40 ... + 55 ° C [8].

Perlu dicatat bahwa karena kapasitor KRM harus dilindungi dari arus hubung singkat (PUE Ch.5), tampaknya disarankan untuk membuat sekering di dalam rumah kapasitor HomeCap dan PoleCap yang dipicu oleh kerusakan bagian.

Pengalaman KRM dalam jaringan utilitas di negara berkembang dengan tingkat kehilangan jaringan yang tinggi menunjukkan bahwa bahkan solusi teknis yang sederhana — penggunaan baterai yang tidak diatur dari jenis kapasitor cosinus khusus — dapat menjadi sangat efektif secara ekonomi.

Penulis artikel:A.Shishkin

literatur

1. Petunjuk desain jaringan listrik perkotaan RD 34.20.185-94. Disetujui oleh: Kementerian Bahan Bakar dan Energi Federasi Rusia pada 07.07.94, RAO «UES of Russia» pada 31.05.94 Mulai berlaku pada 01.01.95.

2. Ovchinnikov A. Kehilangan listrik di jaringan distribusi 0,4 ... 6 (10) kV // Berita teknik kelistrikan. 2003. No.1 (19).

3. Koreksi faktor daya di jaringan listrik Peru // KOMPONEN EPCOS #1. 2006

4. Kapasitor HomeCap untuk koreksi faktor daya.

5. Pedoman pemilihan sarana pengatur tegangan dan kompensasi daya reaktif dalam perancangan alat pertanian dan jaringan listrik untuk keperluan pertanian. M.: Selenergoproekt. 1978

6. Shishkin S.A. Daya reaktif konsumen dan susut jaringan listrik // Penghematan energi No. 4. 2004.

7. Jungwirth P. Koreksi faktor daya di tempat // KOMPONEN EPCOS No. 4. 2005

8. Kapasitor PoleCap PFC untuk aplikasi PFC tegangan rendah eksternal. Diterbitkan oleh EPCOS AG. 03/2005. Nomor pesanan. EPC: 26015-7600.