利用電容器補償家庭負載的無功功率

在影響電源系統（SES）效率的眾多因素中，優先考慮的因素之一是 無功補償問題 (KRM)。然而，在主要包含單相、單獨切換負載的公用事業用戶配電網絡中，KRM 設備仍未得到充分利用。

此前認為，由於城市低壓配電網饋線較短，接入功率小（kVA），負荷分散，因此不存在PFC問題。

例如，在第 5.2 [1] 章中寫道：“對於住宅和公共建築，不提供無功負載補償。”如果考慮到近十年來居民單位每平方米用電量增長了兩倍，城市市政電網電力變壓器平均統計容量達到325kVA，變壓器電力使用面積已經向上移動並且在 250 … 400 kVA [2] 範圍內，那麼這個說法是有問題的。

對某住宅樓入口處製作的負荷圖進行處理表明：白天功率因數（cosj）的平均值在0.88~0.97之間變化，在0.84~0.99之間逐段變化。因此，無功功率 (RM) 的總消耗在 9 ... 14 kVAr 之間變化，逐相在 1 到 6 kVAr 之間變化。

圖 1 顯示了住宅樓入口處的每日 RM 消耗圖。又如：Sizran 城市電網 TP（STR-RA = 400 kVA，用電多為單相）登記日（2007 年 6 月 10 日）有功和無功用電量分別為 1666.46 kWh 和 740.17 kvarh （加權平均值 cosj = 0.91 - 從 0.65 到 0.97 的離差）即使變壓器的負載係數相應較低 - 高峰時段為 32%，最小測量時段為 11%。

因此，考慮到公用事業負載的高密度 (kVA / km2)，SES 的能量流中持續存在無功分量，導致大城市配電網中的電力損失嚴重，需要對其進行補償通過額外的發電來源。

解決這個問題的複雜性主要是由於 RM 在各個階段的消耗不均勻（圖 1），這使得傳統的工業網絡 KRM 裝置難以使用，這些裝置基於由安裝在其中的穩壓器控制的三相電容器組補償網絡的階段。

我們外國同事的經驗對增加城市火力發電站的電力儲備很有意義。特別是配電公司 Edeinor S.A.A. 的發展。 （秘魯）（它是 Endesa 集團（西班牙）的一部分，該集團專門在許多南美國家生產、傳輸和分配電力），根據 KRM 在與消費者的最小距離的低壓配電網絡中[3].根據 Edeinor S.A.A. 的訂單，最大的低壓餘弦電容器製造商之一 - EPCOS AG 推出了一系列單相電容器 HomeCap [4]，適用於小型公用事業負載。

HomeCap 電容器（圖 2）的標稱容量在 5 到 33 μF 之間變化，這使得可以補償 PM 的電感分量從 0.25 到 1.66 kVAr（在 50 Hz 的電源電壓下，範圍為 127. . . 380 伏）。

增強聚丙烯薄膜用作電介質，電極由噴塗金屬製成——MKR技術（金屬化聚丙烯Kunststoff）。截面繞組為標準圓形，內部填充無毒聚氨酯化合物。與 EPCOS AG 的所有餘弦電容器一樣，HomeCap 電容器具有“自我修復”的特性，以防極板局部損壞。

電容器的圓柱形鋁外殼採用熱縮聚乙烯管絕緣（圖2），雙電極片的端子採用絕緣塑料帽（防護等級IP53）覆蓋，從而保證在操作過程中的完全安全。國內環境由標準 UL 810（美國安全實驗室）的相關證書確認。

內置裝置在超過夾套內的過壓時啟動，在該部分過熱或雪崩坍塌時自動關閉冷凝器。 HomeCap 電容器的直徑為 42.5 ± 1 mm，高度為 70 ... 125 mm，具體取決於標稱容量值。冷凝器外殼的垂直延伸，在內部壓力過大的情況下，不超過 13 毫米。

電容器用截面積為 1.5 mm2、長度為 300 或 500 mm 的兩芯軟電纜連接[4]。電纜絕緣層的允許加熱溫度 — 105 °C。

HomeCap 電容器可在 -25 … + 55 °C 的室內環境溫度下運行。標稱容量偏差：-5 / + 10%。有功功率損耗不超過 5 瓦/kvar。保證使用壽命長達 100,000 小時。

使用連接到底部的夾具或螺栓 (M8x10) 將 HomeCap 電容器固定到安裝表面。

在圖。 3.顯示HomeCap冷凝器在計量箱中的安裝。電容器（在右下角）連接到電錶的端子

HomeCap 電容器的製造完全符合 IEC 60831-1 / 2 [4] 的要求。

據 Edeinor SAA 稱，[3] 在利馬北部 Infantas 區的 114,000 戶家庭中安裝了總容量為 37,000 kvar 的 HomeCap 電容器，將配電網的加權平均功率因數從 0.84 提高到 0.93，每戶可節省約 280 kWh年。對於每個連接的 kVAr RM 或每年總計約 19,300 MWh。此外，考慮到家用負載性質的質變（電器電源的開關、節能燈的有源鎮流器）、電源電壓的正弦失真，同時在 HomeCap 電容器的幫助下，可以降低諧波分量的水平 — THDU 平均降低 1%。

與城市相比，農村低壓配電網絡對 RPC 的需求從未受到質疑 [5]，因為 RM 傳輸在擴展開放（樹狀）高壓線路 (OHL) 上的有功能量消耗6（10）kV的電壓最高[6]。同時，純粹的經濟原因解釋了 KRM 資金與電力接收器連接容量的比例不足。因此，對於農村公用事業和家庭以及小型（最高 140 kW）工業用戶的 SPP，選擇最便宜的 KRM 版本的問題是當務之急。

80%的 RPC 直接在農村低壓電網 [5] 的建議在實際實施中的技術難點之一是缺乏適用於架空線安裝的電容器。根據計算，在 0.4 kV 有功功率為 50 kW 的混合市電負荷中，剩餘（不允許過度補償）RM 的平均值為 8 kvar ，因此，此類電容器的最佳標稱 RM 應在幾十 kvar 以內。

考慮電力公司 Jaipur Vidyut Vitran Nigam Ltd 在齋浦爾（印度拉賈斯坦邦）的低壓網絡架空線路上使用的 KRM 系統，該系統基於 EPCOS AG [7] 製造的 PoleCap® 系列電容器（圖 4）。對裝機容量約1000MVA、裝機容量為4600台變壓器11/0.433kV、單機功率25-500kVA的SPP監測顯示：變壓器夏季負荷506MVA（430MW），冬季—— 353 MVA（300 兆瓦）；加權平均 cosj — 0.85；總損失 (2005) — 電力供應量的 17%。

在 KRM 試點項目過程中，13375 個 PoleCap 電容器安裝在低壓變壓器的連接節點中，直接安裝在 0.4 kV 架空線路的支架上，總 RM 為 70 MVAr。包括：13000只5kvar電容器； 250 — 10 千瓦； 125 — 20 平方米結果，cosj 的值增加到 0.95，損失減少到 13% [7]。

這些電容器（圖 4 和圖 5）是根據 MKR / MKK（金屬化 Kunststoff Kompakt）技術 [8] 製造的一種經過充分驗證的金屬薄膜電容器的改進型 - 同時增加了面積並增加了電氣性能電極層接觸金屬化層的強度，由於薄膜邊緣的平面和波浪形切割的組合，以小的彎曲位移放置，這是 MKR 技術的特徵。此外，PoleCap 系列包括多個三相電容器 PM 0.5 ... 5 kVAr，根據傳統 MKR 技術製造 [8]。

對系列 MCC 電容器基本設計的改進使得可以直接（無需額外的外殼）將 PoleCap 電容器安裝在室外、潮濕或多塵的房間中。冷凝器主體由 99.5% 的鋁製成，並充滿惰性氣體。

圖 5 顯示：

• 耐用的塑料蓋（第 1 項）；

• 密封，由塑料環（位置 5）包圍並填充環氧化合物（位置 7），接線端子版本（位置 8）提供防護等級 IP54。

連接（圖 5）是通過壓接和焊接觸點連接來密封三根單芯 2 米電纜（位置 3）和放電電阻陶瓷模塊（位置 6）的電纜密封件（位置 2）。

為了方便 視覺控制 過壓保護被觸發，在冷凝器外殼的延伸部分（位置 4）出現一條鮮紅色帶。

環境溫度的最大允許差異為 -40 ... + 55 °C [8]。

應該注意的是，由於必須保護 KRM 電容器免受短路電流（PUE 第 5 章)，似乎建議在 HomeCap 和 PoleCap 電容器的外殼內構建保險絲，這些電容器由部分擊穿觸發。

KRM 在網絡損耗嚴重的發展中國家的公用事業網絡中的經驗表明，即使是簡單的技術解決方案——使用特殊類型的餘弦電容器的不受監管的電池——也可以在經濟上非常有效。

文章作者：A.希甚金

文學

1. 城市電網設計說明 RD 34.20.185-94。批准人：俄羅斯聯邦燃料和能源部 2094 年 7 月 7 日，RAO «UES of Russia» 2094 年 31 月 5 日批准。2095 年 1 月 1 日生效。

2. Ovchinnikov A. 配電網中的電力損失 0.4 ... 6 (10) kV // 電氣工程新聞。 2003. 第 1 (19) 期。

3. 校正秘魯電網中的功率因數 // EPCOS COMPONENTS #1。 2006年

4. 用於功率因數校正的 HomeCap 電容器。

5. 農業設備和農業電網設計中電壓調節和無功功率補償方式選擇指南。 M.：Selenergoproekt。 1978年

6. Shishkin S.A.消費者的無功功率和網絡電力損失//節能第 4 期。2004 年。

7. Jungwirth P. 現場功率因數校正 // EPCOS COMPONENTS No. 4. 2005

8. 用於外部低壓 PFC 應用的 PoleCap PFC 電容器。由 EPCOS AG 出版。 03/2005。訂單號。工程總承包：26015-7600。