O uso de capacitores para compensar a potência reativa das cargas domésticas

Entre os inúmeros fatores que afetam a eficiência do sistema de fornecimento de energia (SES), um dos lugares prioritários é ocupado por problema de compensação de potência reativa (KRM). No entanto, em redes de distribuição de usuários de serviços públicos contendo principalmente cargas comutadas individualmente e monofásicas, os dispositivos KRM ainda são subutilizados.

Anteriormente, acreditava-se que, devido aos alimentadores relativamente curtos das redes urbanas de distribuição de baixa tensão, à pequena potência conectada (unidades kVA) e ao espalhamento das cargas, o problema do PFC não existia para eles.

Por exemplo, no capítulo 5.2 [1] está escrito: «para edifícios residenciais e públicos não é fornecida compensação de carga reativa.» Se levarmos em conta que na última década o consumo de eletricidade por 1 m2 do setor residencial triplicou, a capacidade estatística média dos transformadores de potência das redes urbanas municipais atingiu 325 kVA, e a área de utilização dos transformadores de potência mudou para cima e está dentro de 250 … 400 kVA [2], então esta afirmação é questionável.

O processamento dos gráficos de carga feitos na entrada de um edifício residencial mostra: durante o dia o valor médio do fator de potência (cosj) varia de 0,88 a 0,97, e fase a fase de 0,84 a 0,99. Assim, o consumo total de potência reativa (RM) varia de 9 ... 14 kVAr, e fase a fase de 1 a 6 kVAr.

A Figura 1 mostra o gráfico de consumo diário de RM na entrada de um edifício residencial. Outro exemplo: o consumo diário registrado (10 de junho de 2007) de eletricidade ativa e reativa no TP da rede urbana de Sizran (STR-RA = 400 kVA, os consumidores de eletricidade são majoritariamente monofásicos) é de 1.666,46 kWh e 740,17 kvarh (valor médio ponderado cosj = 0,91 — dispersão de 0,65 a 0,97) mesmo com o correspondente baixo fator de carga do transformador — 32% durante o horário de pico e 11% durante o horário mínimo de medição.

Assim, dada a alta densidade (kVA/km2) da carga da concessionária, a presença constante de um componente reativo nos fluxos de energia da SES, leva a perdas significativas de energia elétrica nas redes de distribuição das grandes cidades e à necessidade de compensá-las através de fontes adicionais de geração.

A complexidade da solução deste problema deve-se em grande parte ao consumo desigual de RM em fases individuais (Fig. 1), o que dificulta o uso tradicional para redes industriais instalações KRM baseadas em bancos de capacitores trifásicos controlados por um regulador instalado em um das fases da rede compensada.

A experiência de nossos colegas estrangeiros é interessante para aumentar a reserva de energia de usinas termelétricas urbanas. Em particular, os empreendimentos da empresa de distribuição de energia elétrica Edeinor S.A.A. (Peru) (faz parte do grupo Endesa (Espanha), especializado na produção, transmissão e distribuição de eletricidade em vários países da América do Sul), segundo a KRM em redes de distribuição de baixa tensão a uma distância mínima dos consumidores [3]. Por encomenda da Edeinor S.A.A., um dos maiores fabricantes de capacitores cosseno de baixa tensão-EPCOS AG lançou uma série de capacitores monofásicos HomeCap [4], adequados para pequenas cargas de utilidades.

A capacidade nominal dos capacitores HomeCap (Fig. 2) varia de 5 a 33 μF, o que permite compensar o componente indutivo do PM de 0,25 a 1,66 kVAr (a uma tensão de rede de 50 Hz na faixa de 127. . 380 V ).

O filme de polipropileno reforçado é usado como dielétrico, os eletrodos são feitos por pulverização de metal - tecnologia MKR (Metalised Polypropylene Kunststoff). O enrolamento da seção é redondo padrão, o volume interno é preenchido com um composto de poliuretano não tóxico. Como todos os condensadores de cosseno da EPCOS AG, os condensadores HomeCap têm a propriedade de «auto-reparação» em caso de destruição local das placas.

O invólucro cilíndrico de alumínio dos capacitores é isolado por um tubo de polivinil termorretrátil (Fig. 2), e os terminais das lâminas dos eletrodos duplos são cobertos por uma capa plástica dielétrica (grau de proteção IP53), garantindo assim total segurança durante a operação em ambiente doméstico confirmado pelo certificado relevante da norma UL 810 (laboratórios de segurança dos EUA).

O dispositivo embutido, que é acionado quando o excesso de pressão dentro da camisa é excedido, desliga automaticamente o condensador em caso de superaquecimento ou colapso por avalanche da seção. O diâmetro dos capacitores HomeCap é de 42,5 ± 1 mm e a altura, dependendo do valor da capacidade nominal, é de 70 ... 125 mm. Extensão vertical da carcaça do condensador, no caso de proteção contra excesso de pressão interna, não superior a 13 mm.

O capacitor é conectado com um cabo flexível de dois núcleos com seção transversal de 1,5 mm2 e comprimento de 300 ou 500 mm [4]. Aquecimento admissível do isolamento do cabo — 105 ° C.

A operação dos capacitores HomeCap é possível em ambientes fechados a uma temperatura ambiente de -25 … + 55 ° C. Desvio da capacidade nominal: -5 / + 10%. As perdas de potência ativa não excedem 5 watts por kvar. Vida útil garantida de até 100.000 horas.

A fixação dos capacitores HomeCap na superfície de montagem é feita com uma braçadeira ou parafuso (M8x10) conectado na parte inferior.

Na fig. 3. mostra a instalação do condensador HomeCap na caixa de medição. O capacitor (no canto inferior direito) é conectado aos terminais do medidor de eletricidade

Os capacitores HomeCap são fabricados em total conformidade com os requisitos da IEC 60831-1 / 2 [4].

Segundo a Edeinor SAA, [3] a instalação de capacitores HomeCap com capacidade total de 37.000 kvar em 114.000 residências no distrito de Infantas, no norte de Lima, aumentou o fator de potência médio ponderado da rede de distribuição de 0,84 para 0,93, economizando aproximadamente 280 kWh por ano .para cada kVAr RM conectado ou um total de cerca de 19.300 MWh por ano. Além disso, levando em consideração as mudanças qualitativas na natureza da carga doméstica (troca da fonte de alimentação de aparelhos elétricos, reatores ativos de lâmpadas economizadoras de energia), distorção da sinusoidalidade da tensão da rede, ao mesmo tempo com o Com a ajuda dos capacitores HomeCap, foi possível reduzir o nível de componentes harmônicos — THDU em média 1%.

Em contraste com os urbanos, a necessidade de RPC para redes de distribuição de baixa tensão rural nunca foi questionada [5] por causa do consumo de energia ativa para transmissão de RM em uma linha de alta tensão aberta (tipo árvore) estendida (OHL) com a tensão de 6 (10) kV é a mais alta [6]. Ao mesmo tempo, a proporção insuficiente de fundos KRM para a capacidade conectada de receptores elétricos é explicada por razões puramente econômicas. Portanto, para o SPP de utilidade rural e usuários domésticos e pequenos (até 140 kW) industriais, a questão de escolher a versão mais barata do KRM é uma prioridade.

Uma das dificuldades técnicas na implementação prática da recomendação de 80% de RPC diretamente nas redes rurais de baixa tensão [5] é a falta de capacitores adequados para instalação de linhas aéreas.De acordo com os cálculos, o valor médio do RM residual (não permitindo sobrecompensação) durante a transmissão em HV 0,4 kV com uma potência ativa de 50 kW para um misto, com predominância (mais de 40%) da carga da concessionária é de 8 kvar , portanto, o RM nominal ideal de tais capacitores deve estar dentro de algumas dezenas de kvar.

Considere o sistema KRM usado nas linhas aéreas de redes de baixa tensão em Jaipur (Rajasthan, Índia) pela empresa de energia Jaipur Vidyut Vitran Nigam Ltd com base nos capacitores da série PoleCap® (Fig. 4) fabricados pela EPCOS AG [7] . O monitoramento do SPP, contendo cerca de 1000 MVA com capacidade instalada de 4600 transformadores 11 / 0,433 kV com uma potência única de 25-500 kVA, mostrou: a carga de verão dos transformadores era de 506 MVA (430 MW), o inverno — 353 MVA ( 300 MW); cosj médio ponderado — 0,85; perdas totais (2005) — 17% do volume de fornecimento de energia elétrica.

No decorrer do projeto piloto KRM, foram instalados 13375 condensadores PoleCap nos nós de ligação a transformadores de baixa tensão, diretamente nos suportes de linhas aéreas de 0,4 kV, com um RM total de 70 MVAr. Incluindo: 13.000 capacitores de 5 kvar; 250 — 10 kvar; 125 - 20 m2. Como resultado, o valor de cosj aumenta para 0,95 e as perdas diminuem para 13% [7].

Esses capacitores (Fig. 4 e Fig. 5) são uma modificação de um tipo comprovado de capacitores de filme metálico feitos de acordo com a tecnologia MKR / MKK (Metalized Kunststoff Kompakt) [8] - aumentando simultaneamente a área e aumentando o elétrico resistência da metalização de contato da camada dos eletrodos, devido a uma combinação de corte plano e ondulado das bordas do filme, colocado com um pequeno deslocamento das dobras, característico da tecnologia MKR.Além disso, a série PoleCap inclui vários capacitores trifásicos PM 0,5 ... 5 kVAr, fabricados de acordo com a tecnologia tradicional MKR [8].

Melhorias no design básico dos capacitores da série MCC possibilitaram a instalação direta (sem um gabinete adicional) dos capacitores PoleCap ao ar livre, em ambientes úmidos ou empoeirados. O corpo do condensador é feito de 99,5% de alumínio e é preenchido com um gás inerte.

A Figura 5 mostra:

• capa plástica resistente (item 1);

• hermeticamente fechado, envolvido por um anel de plástico (pos. 5) e preenchido com composto epóxi (pos. 7), a versão de bloco de terminais (pos. 8) fornece o grau de proteção IP54.

A conexão (Fig. 5) é feita vedando uma vedação de cabo (posição 2) de três cabos unipolares de 2 metros (posição 3) e um módulo cerâmico de resistências de descarga (posição 6) por crimpagem e soldagem das conexões de contato.

Para a conveniência controlo visual proteção contra sobrepressão é acionada, uma faixa vermelha brilhante aparece na parte estendida da carcaça do condensador (posição 4).

A diferença máxima permitida na temperatura ambiente é de -40 ... + 55 ° C [8].

Deve-se notar que, como os capacitores KRM devem ser protegidos contra correntes de curto-circuito (PUE Ch.5), parece aconselhável construir fusíveis dentro da carcaça dos capacitores HomeCap e PoleCap que são acionados pela quebra de seção.

A experiência da KRM em redes de serviços públicos em países em desenvolvimento com alto nível de perdas de rede mostra que mesmo soluções técnicas simples — o uso de baterias não regulamentadas de tipos especiais de capacitores de cosseno — podem ser economicamente muito eficazes.

Autor do artigo: A.Shishkin

Literatura

1. Instruções para o projeto de redes elétricas urbanas RD 34.20.185-94. Aprovado por: Ministério de Combustíveis e Energia da Federação Russa em 07.07.94, RAO «UES da Rússia» em 31.05.94 Entrou em vigor em 01.01.95.

2. Ovchinnikov A. Perdas de eletricidade em redes de distribuição 0,4 ... 6 (10) kV // Notícias de engenharia elétrica. 2003. No. 1 (19).

3. Correção do fator de potência nas redes elétricas do Peru // EPCOS COMPONENTS #1. 2006

4. Capacitores HomeCap para correção do fator de potência.

5. Diretrizes para a seleção de meios de regulação de tensão e compensação de potência reativa no projeto de equipamentos agrícolas e redes elétricas para fins agrícolas. M.: Selenergoproekt. 1978

6. Shishkin S.A. Potência reativa dos consumidores e perdas de rede elétrica // Economia de energia nº 4. 2004.

7. Jungwirth P. Correção do fator de potência no local // EPCOS COMPONENTS No. 4. 2005

8. Capacitores PoleCap PFC para aplicações PFC externas de baixa tensão. Publicado por EPCOS AG. 03/2005. Nº do pedido CEP: 26015-7600.