Uzdužna kompenzacija jalove snage — fizički smisao i tehnička izvedba

Za poboljšanje učinkovitosti postojećih dalekovoda, kao i za poboljšanje njihove propusnosti, koriste se uređaji za uzdužnu kompenzaciju jalove snage. Danas obilje različitih generatorskih izvora različitih kapaciteta, kao i vodova visokog napona, posebice onih koji prenose električnu energiju na velike udaljenosti, dovodi do sve većeg zahtjeva za povećanjem ne samo pouzdanosti elektroenergetskih sustava općenito, već i za poboljšanjem njihovu učinkovitost.

Postoje dva načina za povećanje prijenosnog kapaciteta vodova, od kojih je prvi izravno povećanje presjeka voda, a drugi je korištenje uzdužnih shema za kompenzaciju jalove snage. Drugi način — uzdužna kompenzacija jalove snage — pokazao se kao ekonomičniji način za postizanje ovog cilja i za međusustavne i za unutarsustavne veze.

Poznato je da kada se jalova snaga prenosi preko žica, dolazi do značajnih padova napona i povećanja struje u dijelovima električnih mreža, a to stvara ograničenja u prijenosu korisne, djelatne snage.

Uzdužna kompenzacija jalove snage podrazumijeva dodatno spajanje kondenzatora u seriju s opterećenjem pomoću podiznih ili izolacijskih transformatora, čime se postiže automatska regulacija napona ovisno o trenutnoj vrijednosti struje opterećenja.

Naravno, kod longitudinalne kompenzacije, hitni načini rada su neizbježni, a razlozi za to mogu biti:

• ranžiranje kondenzatora, što može uzrokovati prenapone;

• ferorezonantni fenomen;

• oštećenje kondenzatora iznutra.

Kako bi se izbjegla šteta od naglog povećanja napona, kondenzatori se u takvim trenucima moraju automatski isključiti pomoću visokonaponske sklopke ili odmah isprazniti kroz iskrište.

Budući da su kondenzatori za kompenzaciju jalove snage spojeni u seriju u izmjeničnom strujnom krugu, kroz njih teče cjelokupna linijska struja i stoga će kroz njih teći i struja kratkog spoja, ako je ima.

Za povećanje prijenosnog kapaciteta primjenjuje se uzdužna kompenzacija u visokonaponskim vodovima, čime se osigurava stabilnost elektroenergetskih sustava koji uključuju te vodove.

U uzdužnoj kompenzaciji, struja kondenzatora jednaka je ukupnoj struji opterećenja I koja teče kroz njega, a snaga baterije kondenzatora Q je promjenjiva vrijednost koja ovisi o opterećenju u bilo kojem trenutku.Ova reaktivna snaga može se izračunati pomoću formule:

Bk = Az2/ωC

A budući da snaga kondenzatora u procesu uzdužne kompenzacije ne ostaje konstantna, tada se i napon povećava za iznos koji je proporcionalan promjeni reaktivnog opterećenja danog voda, odnosno napon kondenzatora je nipošto konstantan, kao kod križne kompenzacije jalove snage.

Preklopne kapacitivne uzdužne kompenzacijske jedinice danas su vrlo popularne.Takve se instalacije koriste za smanjenje utjecaja induktivne komponente reaktancije transformatora vučnih mreža i vučnih podstanica na napon koji se primjenjuje na pantograf električne lokomotive. Ovdje je, kao što je gore spomenuto, kondenzator spojen u seriju s pantografom.

U ruskim vučnim podstanicama, ove instalacije su instalirane u usisnom vodu, gdje instalacija uzdužne kompenzacije služi za povećanje napona, sprječava učinak vodećih ili zaostalih faza, simetrični naponi s jednakim strujama dobivaju se u dovodnim krakovima, opći napon klasa za radnu opremu je smanjena i dizajn instalacije je pojednostavljen...

Slika prikazuje dijagram koji prikazuje samo jedan dio uzdužnih kompenzacijskih kondenzatora, kojih zapravo ima nekoliko međusobno paralelno spojenih.

Napon na niskonaponske namote transformatora T1 i T2, spojene u seriju, dovodi niz kondenzatora preko tiristorske sklopke i graničnog otpornika.U ovom slučaju, visokonaponski namoti ovih transformatora spojeni su u suprotnim smjerovima, a s kratkim spojem napon u kondenzatorima se povećava.

U trenutku kada napon dosegne podešenu vrijednost, aktivira se tiristorski prekidač i odmah se pali luk troelektrodnog odvodnika. Kada je vakuumski kontaktor uključen, luk u odvodniku se gasi.

Prednosti takvih instalacija za uzdužnu kompenzaciju uključuju:

• simetrični napon sabirnice;

• smanjenje kolebanja napona i povećanje njegove razine na električnim prijamnicima.

Protiv:

• teški radni uvjeti kondenzatora instalacije u usporedbi s bočnom kompenzacijom, budući da struja kratkog spoja vučne mreže teče kroz kondenzatore, a ovdje je potrebna pouzdana zaštita od prekoračenja brzine;

• preopterećenje kondenzatora u opasnim načinima rada: prisilno, u nuždi, nakon nužde.

Za postizanje najboljeg učinka kompenzacije jalove snage treba koristiti podesive instalacije s kombiniranim radom uzdužne i bočne kompenzacije.

Prednosti korištenja uzdužnih kompenzacijskih instalacija općenito uključuju:

• povećanje snage koja se prenosi na liniji;

• poboljšanje stabilnosti elektroenergetskih sustava tijekom vršnih opterećenja;

• značajno smanjenje gubitaka aktivne snage;

• poboljšanje kvalitete električne energije u mrežama;

• visoka učinkovitost distribucije energije u paralelnim vodovima;

• eliminirana je potreba za izgradnjom izvora generiranja u udaljenim područjima;

• dionice interkonekcije i tehničke parametre vodova ne treba povećavati.

Glavna ekonomska prednost korištenja uzdužnih kompenzacijskih uređaja je ušteda energije. Ne samo to poboljšava se kvaliteta električne energije, tako da se broj vodova može smanjiti ako se koristi uzdužna kompenzacija jalove snage. Zaštita okoliša prirodna je posljedica uvođenja ove tehnologije, posebice u velikim razmjerima.

Troškovi instalacija su takvi da novi dalekovod košta 10 puta više od uređaja za uzdužnu kompenzaciju istog prijenosnog kapaciteta. Kao rezultat toga, oporavak takvog sustava je samo nekoliko godina u usporedbi s tradicionalnim dalekovodima.