El uso de condensadores para compensar la potencia reactiva de las cargas domésticas.

Entre los numerosos factores que afectan la eficiencia del sistema de suministro eléctrico (SES), uno de los lugares prioritarios lo ocupa el problema de compensacion de potencia reactiva (KRM). Sin embargo, en las redes de distribución de usuarios de servicios públicos que contienen principalmente carga monofásica conmutada individualmente, los dispositivos KRM todavía están infrautilizados.

Anteriormente se creía que debido a los alimentadores relativamente cortos de las redes de distribución urbanas de bajo voltaje, la pequeña potencia conectada (unidades de kVA) y la distribución de las cargas, el problema de PFC no existía para ellos.

Por ejemplo, en el capítulo 5.2 [1] está escrito: «para edificios residenciales y públicos no se proporciona compensación de carga reactiva». Si tenemos en cuenta que en la última década se ha triplicado el consumo de energía eléctrica por 1 m2 del sector residencial, la capacidad estadística promedio de los transformadores de potencia de las redes urbanas municipales ha alcanzado los 325 kVA, y el área de uso de la potencia del transformador se ha desplazado hacia arriba y está dentro de 250 … 400 kVA [2], entonces esta afirmación es cuestionable.

El procesamiento de los gráficos de carga realizados a la entrada de un edificio residencial muestra: durante el día el valor medio del factor de potencia (cosj) varía de 0,88 a 0,97, y fase a fase de 0,84 a 0,99. En consecuencia, el consumo total de potencia reactiva (RM) varía de 9 ... 14 kVAr, y fase a fase de 1 a 6 kVAr.

La Figura 1 muestra el gráfico de consumo diario de RM en la entrada de un edificio residencial. Otro ejemplo: el consumo diario registrado (10 de junio de 2007) de electricidad activa y reactiva en el TP de la red urbana de Sizran (STR-RA = 400 kVA, los consumidores de electricidad son en su mayoría monofásicos) asciende a 1666,46 kWh y 740,17 kvarh (valor medio ponderado cosj = 0,91 — dispersión de 0,65 a 0,97) incluso con el correspondiente bajo factor de carga del transformador — 32 % durante las horas pico y 11 % durante las horas mínimas de medición.

Así, dada la alta densidad (kVA/km2) de la carga del servicio público, la presencia constante de un componente reactivo en los flujos de energía de los SES, conlleva importantes pérdidas de energía eléctrica en las redes de distribución de las grandes ciudades y la necesidad de compensarlas. a través de fuentes adicionales de generación.

La complejidad de resolver este problema se debe en gran medida al consumo desigual de RM en las fases individuales (Fig. 1), lo que dificulta el uso de instalaciones tradicionales de KRM para redes industriales basadas en bancos de condensadores trifásicos controlados por un regulador instalado en uno. de las fases de la red compensada.

La experiencia de nuestros compañeros extranjeros es de interés para aumentar la reserva de potencia de las centrales térmicas urbanas. En particular, los desarrollos de la empresa distribuidora de energía eléctrica Edeinor S.A.A. (Perú) (pertenece al grupo Endesa (España), que se especializa en la producción, transmisión y distribución de energía eléctrica en varios países de América del Sur), según KRM en redes de distribución de baja tensión a distancia mínima de los consumidores [3]. Por encargo de Edeinor S.A.A., uno de los mayores fabricantes de condensadores de coseno de baja tensión, EPCOS AG, lanzó una serie de condensadores monofásicos HomeCap [4], adecuados para pequeñas cargas de servicios públicos.

La capacidad nominal de los condensadores HomeCap (Fig. 2) varía de 5 a 33 μF, lo que permite compensar la componente inductiva del PM de 0,25 a 1,66 kVAr (a una tensión de red de 50 Hz en el rango de 127. . . 380 V ).

La película de polipropileno reforzado se utiliza como dieléctrico, los electrodos se fabrican por pulverización de metal - tecnología MKR (Polipropileno Metalizado Kunststoff). El devanado de la sección es redondo estándar, el volumen interior está relleno con un compuesto de poliuretano no tóxico. Como todos los condensadores de coseno de EPCOS AG, los condensadores HomeCap tienen la propiedad de «autocuración» en caso de destrucción local de las placas.

La carcasa cilíndrica de aluminio de los condensadores está aislada con un tubo de polivinilo termorretráctil (Fig. 2), y los terminales de las palas de doble electrodo están recubiertos con una tapa de plástico dieléctrico (grado de protección IP53), lo que garantiza total seguridad durante la operación en ambiente doméstico confirmado por el certificado correspondiente de la norma UL 810 (laboratorios de seguridad de EE. UU.).

El dispositivo incorporado, que se activa cuando se excede el exceso de presión dentro de la camisa, apaga automáticamente el condensador en caso de sobrecalentamiento o colapso por avalancha de la sección. El diámetro de los condensadores HomeCap es de 42,5 ± 1 mm y la altura, según el valor de la capacidad nominal, es de 70 ... 125 mm. Extensión vertical de la carcasa del condensador, en el caso de protección contra exceso de presión interna, no más de 13 mm.

El condensador se conecta con un cable flexible de dos núcleos con una sección transversal de 1,5 mm2 y una longitud de 300 o 500 mm [4]. Calentamiento admisible del aislamiento del cable — 105 ° C.

El funcionamiento de los condensadores HomeCap es posible en interiores a una temperatura ambiente de -25 … + 55 ° C. Desviación de la capacidad nominal: -5 / + 10%. Las pérdidas de potencia activa no superan los 5 vatios por kvar. Vida útil garantizada de hasta 100.000 horas.

La fijación de los condensadores HomeCap a la superficie de montaje se realiza con una abrazadera o perno (M8x10) conectado a la parte inferior.

En la Fig. 3. muestra la instalación del condensador HomeCap en la caja de medición. El condensador (en la esquina inferior derecha) está conectado a los terminales del medidor de electricidad

Los condensadores HomeCap se fabrican en pleno cumplimiento de los requisitos de IEC 60831-1/2 [4].

Según Edeinor SAA, [3] la instalación de capacitores HomeCap con una capacidad total de 37.000 kvar en 114.000 viviendas del distrito de Infantas, en el norte de Lima, incrementó el factor de potencia promedio ponderado de la red de distribución de 0,84 a 0,93, ahorrando aproximadamente 280 kWh por año. año .por cada kVAr RM conectado o un total de unos 19.300 MWh al año. Además, teniendo en cuenta los cambios cualitativos en la naturaleza de la carga doméstica (conmutación de la fuente de alimentación de los aparatos eléctricos, balastos activos de lámparas de bajo consumo), distorsión de la sinusoidalidad de la tensión de red, al mismo tiempo que la Con la ayuda de los capacitores HomeCap, fue posible reducir el nivel de componentes armónicos: THDU promediado en un 1 %.

A diferencia de las urbanas, nunca se ha cuestionado la necesidad de RPC para las redes de distribución de baja tensión rurales [5] debido al consumo de energía activa para la transmisión de RM en una línea de alta tensión (OHL) abierta extendida (en forma de árbol) con la tensión de 6 (10) kV es la más alta [6]. Al mismo tiempo, la relación insuficiente entre los fondos de KRM y la capacidad conectada de los receptores eléctricos se explica por razones puramente económicas. Por lo tanto, para los SPP de servicios públicos rurales y usuarios domésticos e industriales pequeños (hasta 140 kW), la cuestión de elegir la versión más barata de KRM es una prioridad.

Una de las dificultades técnicas en la implementación práctica de la recomendación del 80% de RPC directamente en las redes rurales de baja tensión [5] es la falta de capacitores adecuados para la instalación de líneas aéreas.Según los cálculos, el valor medio de la RM residual (que no permite la sobrecompensación) durante la transmisión en AT 0,4 kV con una potencia activa de 50 kW para una carga mixta con predominio (más del 40%) de la red pública es de 8 kvar , por lo tanto, el RM nominal óptimo de tales condensadores debe estar dentro de unas pocas decenas de kvar.

Considere el sistema KRM utilizado en las líneas aéreas de las redes de bajo voltaje en Jaipur (Rajasthan, India) por la compañía eléctrica Jaipur Vidyut Vitran Nigam Ltd basado en los condensadores de la serie PoleCap® (Fig. 4) fabricados por EPCOS AG [7] . El monitoreo del SPP, que contiene alrededor de 1000 MVA con una capacidad instalada de 4600 transformadores 11/0,433 kV con una sola potencia de 25-500 kVA, mostró: la carga de verano de los transformadores fue de 506 MVA (430 MW), el invierno — 353 MVA (300 MW); cosj medio ponderado — 0,85; pérdidas totales (2005) — 17% del volumen del suministro de electricidad.

En el transcurso del proyecto piloto KRM, se instalaron 13375 condensadores PoleCap en los nodos de conexión a transformadores de baja tensión, directamente sobre los apoyos de líneas aéreas de 0,4 kV, con un RM total de 70 MVAr. Incluye: 13000 condensadores de 5 kvar; 250 — 10 kvar; 125 — 20 m2. Como resultado, el valor de cosj aumenta a 0,95 y las pérdidas disminuyen al 13% [7].

Estos capacitores (Fig. 4 y Fig. 5) son una modificación de un tipo bien probado de capacitores de película metálica hechos de acuerdo con la tecnología MKR / MKK (Metalized Kunststoff Kompakt) [8] - aumentando simultáneamente el área y aumentando la potencia eléctrica resistencia de la metalización de contacto de la capa de los electrodos, debido a una combinación de corte plano y ondulado de los bordes de la película, colocados con un pequeño desplazamiento de las curvas, característico de la tecnología MKR.Además, la serie PoleCap incluye una serie de condensadores trifásicos PM 0,5 ... 5 kVAr, fabricados según la tecnología MKR tradicional [8].

Las mejoras en el diseño básico de los capacitores de la serie MCC hicieron posible la instalación directa (sin una caja adicional) de los capacitores PoleCap al aire libre, en habitaciones húmedas o polvorientas. El cuerpo del condensador está fabricado con un 99,5 % de aluminio y está lleno de un gas inerte.

La Figura 5 muestra:

• cubierta de plástico resistente (ítem 1);

• sellado herméticamente, rodeado por un anillo de plástico (pos. 5) y relleno de compuesto epoxi (pos. 7), la versión de bloque de terminales (pos. 8) proporciona el grado de protección IP54.

La conexión (Fig. 5) se realiza sellando un sello de cable (posición 2) de tres cables unipolares de 2 metros (posición 3) y un módulo cerámico de resistencias de descarga (posición 6) mediante prensado y soldadura de las conexiones de contacto.

Para la conveniencia control visual se activa la protección contra sobrepresión, aparece una banda roja brillante en la parte extendida de la carcasa del condensador (posición 4).

La diferencia máxima permitida en la temperatura ambiente es -40 ... + 55 ° C [8].

Cabe señalar que dado que los condensadores KRM deben estar protegidos contra corrientes de cortocircuito (PUE Ch.5), parece recomendable construir fusibles en el interior de la carcasa de los condensadores HomeCap y PoleCap que se disparan por la rotura de la sección.

La experiencia de KRM en redes de servicios públicos en países en desarrollo con un alto nivel de pérdidas en la red muestra que incluso las soluciones técnicas simples (el uso de baterías no reguladas de tipos especiales de capacitores de coseno) pueden ser económicamente muy efectivas.

Autor del artículo: A.Shishkin

Literatura

1. Instrucciones para el diseño de redes eléctricas urbanas RD 34.20.185-94. Aprobado por: Ministerio de Combustibles y Energía de la Federación Rusa el 7 de julio de 1994, RAO «UES de Rusia» el 31 de mayo de 1994. Entró en vigor el 1 de enero de 1995.

2. Ovchinnikov A. Pérdidas de electricidad en redes de distribución 0.4 ... 6 (10) kV // Noticias de ingeniería eléctrica. 2003. Nº 1 (19).

3. Corrección del factor de potencia en las redes eléctricas del Perú // COMPONENTES EPCOS #1. 2006

4. Condensadores HomeCap para la corrección del factor de potencia.

5. Directrices para la selección de medios de regulación de tensión y compensación de potencia reactiva en el diseño de equipos agrícolas y redes eléctricas con fines agrícolas. M.: Selenergoproekt. 1978

6. Shishkin S.A. Potencia reactiva de los consumidores y pérdidas de red de electricidad // Ahorro de energía No. 4. 2004.

7. Jungwirth P. Corrección del factor de potencia in situ // COMPONENTES EPCOS No. 4.2005

8. Condensadores PFC PoleCap para aplicaciones PFC externas de bajo voltaje. Publicado por EPCOS AG. 03/2005. N º de pedido. EPC: 26015-7600.