利用电容器补偿家庭负载的无功功率

在影响电源系统（SES）效率的众多因素中，优先考虑的因素之一是 无功补偿问题 (KRM)。然而，在主要包含单相、单独切换负载的公用事业用户配电网络中，KRM 设备仍未得到充分利用。

此前认为，由于城市低压配电网馈线较短，接入功率小（kVA），负荷分散，因此不存在PFC问题。

例如，在第 5.2 [1] 章中写道：“对于住宅和公共建筑，不提供无功负载补偿。”如果考虑到近十年来居民单位每平方米用电量增长了两倍，城市市政电网电力变压器平均统计容量达到325kVA，变压器电力使用面积已经向上移动并且在 250 … 400 kVA [2] 范围内，那么这个说法是有问题的。

对某住宅楼入口处制作的负荷图进行处理表明：白天功率因数（cosj）的平均值在0.88~0.97之间变化，在0.84~0.99之间逐段变化。因此，无功功率 (RM) 的总消耗在 9 ... 14 kVAr 之间变化，逐相在 1 到 6 kVAr 之间变化。

图 1 显示了住宅楼入口处的每日 RM 消耗图。又如：Sizran城市电网TP（STR-RA=400kVA，用电多为单相）登记日（2007年6月10日）有功无功用量分别为1666.46kWh和740.17kvarh （加权平均值 cosj = 0.91 — 从 0.65 到 0.97 的离差）即使变压器的负载系数相应较低 — 高峰时段为 32%，最小测量时段为 11%。

因此，考虑到公用事业负载的高密度 (kVA / km2)，SES 的能量流中持续存在无功分量，导致大城市配电网中的电力损失严重，因此需要对其进行补偿通过额外的发电来源。

解决这个问题的复杂性主要是由于 RM 在各个阶段的消耗不均匀（图 1），这使得传统的工业网络 KRM 装置难以使用，这些装置基于由安装在其中的稳压器控制的三相电容器组补偿网络的阶段。

我们外国同事的经验对增加城市火力发电站的电力储备很有意义。特别是配电公司 Edeinor S.A.A. 的发展。 （秘鲁）（它是 Endesa 集团（西班牙）的一部分，该集团专门在许多南美国家生产、传输和分配电力），根据 KRM 在与消费者的最小距离的低压配电网络中[3].根据 Edeinor S.A.A. 的订单，最大的低压余弦电容器制造商之一 - EPCOS AG 推出了一系列单相电容器 HomeCap [4]，适用于小型公用事业负载。

HomeCap 电容器（图 2）的标称容量在 5 到 33 μF 之间变化，这使得可以补偿 PM 的电感分量从 0.25 到 1.66 kVAr（在 50 Hz 的电源电压下，范围为 127. . . 380 伏）。

增强聚丙烯薄膜用作电介质，电极由喷涂金属制成——MKR技术（金属化聚丙烯Kunststoff）。截面绕组为标准圆形，内部填充无毒聚氨酯化合物。与 EPCOS AG 的所有余弦电容器一样，HomeCap 电容器具有“自我修复”的特性，以防极板局部损坏。

电容器的圆柱形铝外壳采用热缩聚乙烯管绝缘（图2），双电极片的端子采用绝缘塑料帽（防护等级IP53）覆盖，从而保证在操作过程中的完全安全。国内环境由标准 UL 810（美国安全实验室）的相关证书确认。

内置装置在超过夹套内的过压时启动，在该部分过热或雪崩坍塌时自动关闭冷凝器。 HomeCap 电容器的直径为 42.5 ± 1 mm，高度为 70 ... 125 mm，具体取决于标称容量值。冷凝器外壳的垂直延伸，在内部压力过大的情况下，不超过 13 毫米。

电容器用截面积为 1.5 mm2、长度为 300 或 500 mm 的两芯软电缆连接[4]。电缆绝缘层的允许加热温度 — 105 °C。

HomeCap 电容器可在 -25 … + 55 °C 的室内环境温度下运行。标称容量偏差：-5 / + 10%。有功功率损耗不超过 5 瓦/kvar。保证使用寿命长达 100,000 小时。

使用连接到底部的夹具或螺栓 (M8x10) 将 HomeCap 电容器固定到安装表面。

在图。 3.显示HomeCap冷凝器在计量箱中的安装。电容器（在右下角）连接到电表的端子

HomeCap 电容器的制造完全符合 IEC 60831-1 / 2 [4] 的要求。

据 Edeinor SAA 称，[3] 在利马北部 Infantas 区的 114,000 户家庭中安装了总容量为 37,000 kvar 的 HomeCap 电容器，将配电网的加权平均功率因数从 0.84 提高到 0.93，每户可节省约 280 kWh年。对于每个连接的 kVAr RM 或每年总计约 19,300 MWh。此外，考虑到家用负载性质的质变（电器电源的开关、节能灯的有源镇流器）、电源电压的正弦失真，同时在 HomeCap 电容器的帮助下，可以降低谐波分量的水平 — THDU 平均降低 1%。

与城市相比，农村低压配电网络对 RPC 的需求从未受到质疑 [5]，因为 RM 传输在扩展开放（树状）高压线路 (OHL) 上的有功能量消耗6（10）kV的电压最高[6]。同时，纯粹的经济原因解释了 KRM 资金与电力接收器连接容量的比例不足。因此，对于农村公用事业和家庭以及小型（最高 140 kW）工业用户的 SPP，选择最便宜的 KRM 版本的问题是当务之急。

80%的 RPC 直接在农村低压电网 [5] 的建议在实际实施中的技术难点之一是缺乏适用于架空线安装的电容器。根据计算，在 0.4 kV 有功功率为 50 kW 的混合市电负荷中，剩余（不允许过度补偿）RM 的平均值为 8 kvar ，因此，此类电容器的最佳标称 RM 应在几十 kvar 以内。

考虑电力公司 Jaipur Vidyut Vitran Nigam Ltd 在斋浦尔（印度拉贾斯坦邦）的低压网络架空线路上使用的 KRM 系统，该系统基于 EPCOS AG [7] 制造的 PoleCap® 系列电容器（图 4）。对装机容量约1000MVA、装机容量为4600台变压器11/0.433kV、单机功率25-500kVA的SPP监测显示：变压器夏季负荷506MVA（430MW），冬季—— 353 MVA（300 兆瓦）；加权平均 cosj — 0.85；总损失 (2005) — 电力供应量的 17%。

在 KRM 试点项目过程中，13375 个 PoleCap 电容器安装在低压变压器的连接节点中，直接安装在 0.4 kV 架空线路的支架上，总 RM 为 70 MVAr。包括：13000只5kvar电容器； 250 — 10 千瓦； 125 — 20 平方米结果，cosj 的值增加到 0.95，损失减少到 13% [7]。

这些电容器（图 4 和图 5）是根据 MKR / MKK（金属化 Kunststoff Kompakt）技术 [8] 制造的一种经过充分验证的金属薄膜电容器的改进型 - 同时增加了面积并增加了电气性能电极层接触金属化层的强度，由于薄膜边缘的平面和波浪形切割的组合，以小的弯曲位移放置，这是 MKR 技术的特征。此外，PoleCap 系列包括多个三相电容器 PM 0.5 ... 5 kVAr，根据传统 MKR 技术制造 [8]。

对系列 MCC 电容器基本设计的改进使得可以直接（无需额外的外壳）将 PoleCap 电容器安装在室外、潮湿或多尘的房间中。冷凝器主体由 99.5% 的铝制成，并充满惰性气体。

图 5 显示：

• 耐用的塑料盖（第 1 项）；

• 密封，由塑料环（位置 5）包围并填充环氧化合物（位置 7），接线端子版本（位置 8）提供防护等级 IP54。

连接（图 5）是通过压接和焊接触点连接来密封三个单芯 2 米电缆（位置 3）和放电电阻器陶瓷模块（位置 6）的电缆密封件（位置 2）。

为了方便 视觉控制 过压保护被触发，在冷凝器外壳的延伸部分（位置 4）出现一条鲜红色带。

环境温度的最大允许差异为 -40 ... + 55 °C [8]。

应该注意的是，由于必须保护 KRM 电容器免受短路电流（PUE 第 5 章)，似乎建议在 HomeCap 和 PoleCap 电容器的外壳内构建保险丝，这些电容器由部分击穿触发。

KRM 在网络损耗严重的发展中国家的公用事业网络中的经验表明，即使是简单的技术解决方案——使用特殊类型的余弦电容器的不受监管的电池——也可以在经济上非常有效。

文章作者：A.希什金

文学

1. 城市电网设计说明 RD 34.20.185-94。批准人：俄罗斯联邦燃料和能源部 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. 配电网中的电力损失 0.4 ... 6 (10) kV // 电气工程新闻。 2003. 第 1 (19) 期。

3. 校正秘鲁电网中的功率因数 // EPCOS COMPONENTS #1。 2006年

4. 用于功率因数校正的 HomeCap 电容器。

5. 农业设备和农业电网设计中电压调节和无功功率补偿方式选择指南。 M.：Selenergoproekt。 1978年

6. Shishkin S.A.消费者的无功功率和网络电力损失//节能第 4 期。2004 年。

7. Jungwirth P. 现场功率因数校正 // EPCOS COMPONENTS No. 4. 2005

8. 用于外部低压 PFC 应用的 PoleCap PFC 电容器。由 EPCOS AG 出版。 03/2005。订单号。工程总承包：26015-7600。