家庭用負荷の無効電力を補償するためのコンデンサの使用

電源システム (SES) の効率に影響を与える多数の要因の中で、優先順位の 1 つは以下によって占められます。 無効電力補償問題 (KRM)。しかし、ほとんどが単相で個別にスイッチングされる負荷を含む公共事業のユーザー配電ネットワークでは、KRM デバイスは依然として十分に活用されていません。

以前は、都市部の低電圧配電網のフィーダは比較的短く、接続電力が小さく (kVA 単位)、負荷が分散しているため、PFC 問題は存在しないと考えられていました。

たとえば、第 5.2 章 [1] には、「住宅および公共の建物には無効負荷補償は提供されません。」と書かれています。過去 10 年間で、住宅部門の 1 平方メートルあたりの電力消費量が 3 倍になったことを考慮すると、都市部の自治体ネットワークの変圧器の平均統計容量は 325 kVA に達し、変圧器電力の使用領域はが上方にシフトし、250 ～ 400 kVA 以内にある場合 [2]、この記述には疑問があります。

住宅の建物の入り口で作成された負荷グラフを処理すると、日中の力率 (cosj) の平均値は 0.88 ～ 0.97 であり、段階ごとに 0.84 ～ 0.99 で変化することがわかります。したがって、無効電力 (RM) の総消費量は 9 ～ 14 kVAr まで変化し、フェーズごとに 1 ～ 6 kVAr まで変化します。

図 1 は、住宅の建物の入り口における 1 日あたりの RM 消費量のグラフを示しています。別の例: シズランの都市送電網 (STR-RA = 400 kVA、電力消費者のほとんどが単相) の TP における有効電力と無効電力の毎日 (2007 年 6 月 10 日) の登録消費量は、1666.46 kWh と 740.17 kvarh になります。 （加重平均値 cosj = 0.91 - ばらつきは 0.65 から 0.97）

したがって、事業負荷の高密度 (kVA / km2) を考慮すると、SES のエネルギーフローに無効成分が常に存在すると、大都市の配電網で大幅な電力損失が発生し、それを補償する必要性が生じます。追加の生成源を通じて。

この問題を解決する複雑さは、各相でのRMの消費が不均一であることが主な原因であり（図1）、これにより、1つの相に設置されたレギュレータによって制御される三相コンデンサバンクに基づく従来のKRM設備を産業用ネットワークに使用することが困難になります。補償されたネットワークの位相の。

私たちの外国人同僚の経験は、都市火力発電所の電力貯蔵量を増やす上で興味深いものです。特に、配電会社 Edeinor S.A.A. の発展は、 (ペルー) (多くの南米諸国で電力の生産、送電、配電を専門とするエンデサグループ (スペイン) の一部である)、KRM によると、消費者から最小限の距離にある低電圧配電ネットワークで[3]。低電圧コサインコンデンサの最大のメーカーの 1 つである Edeinor S.A.A. からの注文により、EPCOS AG は、小さな公共負荷に適した一連の単相コンデンサ HomeCap [4] を発売しました。

HomeCap コンデンサ (図 2) の公称容量は 5 ～ 33 μF であり、これにより、PM の誘導成分を 0.25 ～ 1.66 kVAr (127 の範囲の 50 Hz の主電源電圧で) 補償することができます。 ..380V）。

強化ポリプロピレンフィルムが誘電体として使用され、電極は金属を溶射することによって作成されます - MKR テクノロジー (メタライズドポリプロピレンクンストストフ)。セクションの巻き付けは標準的な円形で、内部容積は非毒性のポリウレタン化合物で満たされています。 EPCOS AG のすべてのコサイン コンデンサと同様、HomeCap コンデンサにはプレートが局所的に破壊された場合に「自己修復」する特性があります。

コンデンサの円筒形アルミニウムハウジングは熱収縮性ポリビニルチューブで絶縁されており（図2）、二重電極ブレードの端子は誘電体プラスチックキャップ（保護等級IP53）で覆われているため、環境での動作中の完全な安全性が保証されています。家庭環境は、規格 UL 810 (米国安全研究所) の関連証明書によって確認されています。

ジャケット内の過剰な圧力を超えると内蔵装置が作動し、過熱またはセクションの雪崩崩壊が発生した場合に凝縮器を自動的に停止します。 HomeCap コンデンサの直径は 42.5 ± 1 mm、高さは公称容量の値に応じて 70 ～ 125 mm です。過剰な内圧に対する保護の場合、凝縮器ハウジングの垂直方向の延長は 13 mm 以下。

コンデンサは、断面積 1.5 mm2、長さ 300 または 500 mm の 2 芯フレキシブル ケーブルで接続されます [4]。ケーブル絶縁体の許容加熱 — 105 °C

HomeCap コンデンサの動作は、周囲温度 -25 ～ + 55 °C の屋内で可能です。公称容量の偏差: -5 / + 10%。有効電力損失は 1 kvar あたり 5 ワットを超えません。最大100,000時間の耐用年数を保証します。

HomeCap コンデンサの取り付け面への固定は、底部に接続されたクランプまたはボルト (M8x10) を使用して行われます。

図では。 3. 計量ボックスへの HomeCap コンデンサーの取り付けを示します。コンデンサ（右下隅）は電力メーターの端子に接続されています

HomeCap コンデンサは、IEC 60831-1 / 2 [4] の要件に完全に準拠して製造されています。

Edeinor SAA によれば、[3] リマ北部のインファンタス地区の 114,000 世帯に総容量 37,000 kvar の HomeCap コンデンサを設置したことにより、配電網の加重平均力率が 0.84 から 0.93 に増加し、1 世帯当たり約 280 kWh が節約されました。接続された各 kVAr RM ごとに年間合計約 19,300 MWh。さらに、家庭用負荷の性質の質的変化（電化製品の電源の切り替え、省エネランプのアクティブ安定器）、主電源電圧の正弦波の歪みを同時に考慮して、 HomeCap コンデンサのおかげで、高調波成分のレベル (THDU 平均 1%) を低減することができました。

都市部とは対照的に、地方の低電圧配電ネットワークに対する RPC の必要性はこれまで一度も疑問視されていません [5]。これは、拡張されたオープン (ツリー状) 高電圧線 (OHL) を介した RM 送電のアクティブなエネルギー消費が理由です。電圧は 6 (10) kV が最高です [6]。同時に、受電装置の接続容量に対する KRM 資金の比率が不十分であることは、純粋に経済的な理由によって説明されます。したがって、地方の公益事業、家庭および小規模 (最大 140 kW) 産業ユーザーの SPP にとって、KRM の最も安価なバージョンを選択するという問題が優先事項となります。

RPC の 80% を地方の低電圧ネットワークに直接適用するという推奨事項を実際に実施する際の技術的困難 [5] の 1 つは、架空線の設置に適したコンデンサが不足していることです。計算によると、商用負荷の優位性（40％以上）を伴う混合の有効電力 50 kW、HV 0.4 kV での送電中の残留（過補償を許容しない）RM の平均値は 8 kvar です。したがって、このようなコンデンサの最適な公称 RM は数十 kvar 以内である必要があります。

EPCOS AG 製の PoleCap® シリーズ コンデンサ (図 4) をベースにした電力会社 Jaipur Vidyut Vitran Nigam Ltd によって、ジャイプール (インドのラジャスタン州) の低電圧ネットワークの架空線で使用されている KRM システムを考えてみましょう [7] 。 SPP の監視では、4600 台の変圧器 11 / 0.433 kV の設置容量、単電源 25 ～ 500 kVA で約 1000 MVA を収容しており、変圧器の夏期負荷は 506 MVA (430 MW)、冬期は - 353 MVA (300 MW);加重平均 cosj — 0.85;総損失 (2005 年) — 電力供給量の 17%。

KRM パイロット プロジェクトの過程で、13375 個の PoleCap コンデンサが、低圧変圧器への接続ノードに、0.4 kV 架空線の支柱上に直接設置され、合計 RM は 70 MVAr でした。内容: 5 kvar コンデンサ 13000 個。 250 — 10 kvar; 125～20平方メートルその結果、cosj の値は 0.95 に増加し、損失は 13% に減少します [7]。

これらのコンデンサ (図 4 および図 5) は、MKR / MKK (Metalized Kunststoff Kompakt) 技術 [8] に従って製造された実績のあるタイプの金属フィルム コンデンサを改良したもので、同時に面積を拡大し、電気容量を増加させます。 MKR テクノロジーの特徴である、曲げをわずかにずらして配置されたフィルムの端の平らなカットと波状のカットの組み合わせによる、電極の層接触メタライゼーションの強度。さらに、PoleCap シリーズには、伝統的な MKR 技術 [8] に従って製造された多数の三相コンデンサ PM 0.5 ... 5 kVAr が含まれています。

直列 MCC コンデンサの基本設計の改良により、PoleCap コンデンサを屋外の湿った部屋や埃っぽい部屋に直接 (追加のケースなしで) 設置できるようになりました。コンデンサー本体は99.5%アルミニウム製で、不活性ガスが封入されています。

図 5 は以下を示しています。

• 耐久性のあるプラスチックカバー (項目 1)。

• 密閉シールされ、プラスチック リング (位置 5) で囲まれ、エポキシ化合物 (位置 7) が充填されている端子台バージョン (位置 8) は、保護等級 IP54 を提供します。

接続 (図 5) は、3 本の単芯 2 メートル ケーブル (位置 3) と放電抵抗器のセラミック モジュール (位置 6) のケーブル シール (位置 2) を、接触接続を圧着しはんだ付けすることによってシールすることによって行われます。

便宜上 視覚的なコントロール 過圧保護が作動すると、コンデンサー ハウジングの延長部分 (位置 4) に明るい赤い帯が表示されます。

周囲温度の最大許容差は -40 ～ + 55 °C です [8]。

KRM コンデンサは短絡電流から保護する必要があることに注意してください (PUE Ch.5）、セクションの破壊によってトリガーされる HomeCap および PoleCap コンデンサのハウジング内にヒューズを構築することが賢明であるようです。

高レベルのネットワーク損失を伴う発展途上国の公共ネットワークにおける KRM の経験は、単純な技術的解決策 (特殊なタイプのコサイン コンデンサの規制されていないバッテリーの使用) であっても、経済的に非常に効果的であることを示しています。

記事の著者: A.シシキン

文学

1. 都市電気ネットワークの設計に関する指示 RD 34.20.185-94。承認: 1994 年 7 月 7 日にロシア連邦燃料エネルギー省、94 年 5 月 31 日に RAO «UES» により承認され、95 年 1 月 1 日に発効。

2. オブチニコフ A. 配電網における電力損失 0.4 ... 6 (10) kV // 電気工学のニュース。 2003. No.1 (19)。

3. ペルーの電力網の力率の修正 // EPCOS COMPONENTS #1。 2006年

4. 力率補正用の HomeCap コンデンサ。

5. 農業用機器および電力ネットワークの設計における電圧調整および無効電力補償の手段の選択に関するガイドライン。 M.: セレネルゴプロクト。 1978年

6.シーシキンS.A.消費者の無効電力とネットワーク電力損失 // 省エネ No. 4. 2004.

7. Jungwirth P. オンサイト力率補正 // EPCOS COMPONENTS No. 2005 年 4 月

8. 外部低電圧 PFC アプリケーション用の PoleCap PFC コンデンサ。 EPCOS AG から発行。 2005 年 3 月。注文番号。 EPC: 26015-7600。