Sinkroni kompenzatori u električnim mrežama

Sinkroni kompenzator je lagani sinkroni motor dizajniran za rad u praznom hodu.

Glavni potrošači električne energije, osim djelatne snage, troše iz generatora sustava reaktivna snaga… Broj korisnika kojima su potrebne velike reaktivne struje magnetiziranja za stvaranje i održavanje magnetskog toka uključuje asinkrone motore, transformatore, indukcijske peći i druge. Kao rezultat toga, distribucijske mreže obično rade sa strujom zaostajanja.

Jalova snaga koju generiše generator dobiva se uz najniže troškove. Međutim, prijenos jalove snage iz generatora povezan je s dodatnim gubicima u transformatorima i dalekovodima. Stoga, za dobivanje reaktivne snage, postaje ekonomski povoljno koristiti sinkrone kompenzatore koji se nalaze na čvornim podstanicama sustava ili izravno kod potrošača.

Sinkroni motori, zahvaljujući istosmjernoj pobudi, mogu raditi s cos = 1 i ne troše jalovu snagu iz mreže, a tijekom rada, uz preuzbudu, daju jalovu snagu u mrežu. Time se poboljšava faktor snage mreže i smanjuju pad napona i gubici u njoj, kao i faktor snage generatora koji rade u elektranama.

Sinkroni kompenzatori dizajnirani su za kompenzaciju faktora snage mreže i održavanje normalne razine napona mreže u područjima gdje su koncentrirana opterećenja potrošača.

Sinkroni kompenzator je sinkroni stroj koji radi u motornom načinu rada bez opterećenja osovine s izmjeničnom strujom u polju.

U režimu preuzbude struja vodi mrežni napon, odnosno kapacitivan je u odnosu na ovaj napon, a u režimu poduzbude zaostaje, induktivan. U ovom načinu rada sinkroni stroj postaje kompenzator — generator jalove struje.

Prepobuđeni način rada sinkronog kompenzatora je normalan kada on isporučuje jalovu snagu u mrežu.

Sinkroni kompenzatori su lišeni pogonskih motora i po svom radu su u biti sinkroni zaokretni motori.

U tom smislu, dilatacije, kao što su one koje služe iste svrhe kondenzatorske baterijeinstalirani na trafostanicama korisnika nazivaju se i generatori jalove energije... Međutim, u razdobljima pada potrošačkih opterećenja (npr. noću), često je potrebno koristiti sinkrone kompenzatore iu poduzbudnom režimu, kada troše induktivnu struju i jalove snage iz mreže, budući da u tim slučajevima mrežni napon teži porastu, a za njegovo održavanje na normalnoj razini potrebno je mrežu opteretiti induktivnim strujama koje uzrokuju dodatne padove napona u njoj.

U tu svrhu svaki sinkroni kompenzator opremljen je automatskim regulatorom uzbude ili napona, koji regulira veličinu uzbudne struje tako da napon na stezaljkama kompenzatora ostane konstantan.

Kako bi se poboljšao faktor snage i sukladno tome smanjio kut pomaka između struje i napona s vrijednosti φw na φc, potrebna je jalova snaga:

gdje je P prosječna aktivna snaga, kvar; φsv — fazni pomak koji odgovara ponderiranom prosječnom faktoru snage; φk — fazni pomak koji treba dobiti nakon kompenzacije; a — faktor jednak otprilike 0,9 unesen u izračune kako bi se uzelo u obzir moguće povećanje faktora snage bez ugradnje kompenzacijskih uređaja.

Osim toga kompenzacija jalove struje induktivna industrijska opterećenja, potrebni su kompenzatori sinkrone linije. U dugim dalekovodima, pri malom opterećenju, prevladava kapacitet vodova i oni rade s vodećom strujom. Da bi kompenzirao ovu struju, sinkroni kompenzator mora raditi sa strujom zaostajanja, tj. s nedovoljnom pobudom.

Uz značajno opterećenje vodova, kada prevladava induktivnost potrošača električne energije, dalekovod radi sa strujom zaostajanja. U tom slučaju, sinkroni kompenzator mora raditi s vodećom strujom, tj. prepobuđen.

Promjena opterećenja na dalekovodu uzrokuje promjenu u tokovima jalove snage u veličini i fazi i dovodi do značajnih fluktuacija u naponu voda. S tim u vezi, postaje neophodno regulirati.

Sinkroni kompenzatori obično se postavljaju na regionalnim trafostanicama.

Za regulaciju napona na kraju ili u sredini tranzitnih vodova mogu se napraviti međustanice sa sinkronim kompenzatorima, koji moraju regulirati ili održavati napon nepromijenjenim.

Rad takvih sinkronih kompenzatora je automatiziran, što stvara mogućnost glatke automatske kontrole generirane jalove snage i napona.

Za izvođenje asinkronog pokretanja svi sinkroni kompenzatori imaju startne zavojnice u dijelovima polova ili su njihovi polovi masivni. U ovom slučaju koristi se izravna metoda i, ako je potrebno, metoda pokretanja reaktora.

U nekim slučajevima, moćni kompenzatori se također stavljaju u rad pomoću indukcijskih motora početne faze montiranih s njima na istoj osovini. Za sinkronizaciju s mrežom obično se koristi metoda samosinkronizacije.

Budući da sinkroni kompenzatori ne razvijaju aktivnu snagu, pitanje statičke stabilnosti rada za njih gubi svoju hitnost. Zbog toga se proizvode s manjim zračnim rasporom od generatora i motora. Smanjenje razmaka olakšava namatanje i smanjuje troškove stroja.

Nazivna prividna snaga sinkronog kompenzatora odgovara njegovom radu s preuzbudom, tj. nazivna snaga sinkronog kompenzatora je njegova jalova snaga pri vodećoj struji, koju može nositi dugo vremena u pogonskom načinu rada.

Najveće vrijednosti struje i snage poduzbude dobivaju se pri radu u reaktivnom načinu rada.

U većini slučajeva, način rada s poduzbudom zahtijeva manje snage nego način rada s prekomjernom pobudom, ali u nekim slučajevima potrebno je više snage. To se može postići povećanjem razmaka, ali to dovodi do povećanja cijene stroja, pa se stoga nedavno postavlja pitanje korištenja načina negativne struje pobude. Budući da je sinkroni kompenzator po djelatnoj snazi ​​samo opterećen gubicima, on može, prema njegovim riječima, raditi stabilno i s malo negativne pobude.

U nekim slučajevima, u sušnim razdobljima, za rad u načinu rada kompenzatora, također se koriste hidroelektrični generatori.

Strukturno, kompenzatori se bitno ne razlikuju od sinkronih generatora. Imaju isti magnetski sustav, sustav pobude, hlađenje itd. Svi sinkroni kompenzatori srednje snage su zračno hlađeni i izrađeni s pobudnikom i pobudnikom.

Zbog činjenice da sinkroni kompenzatori nisu predviđeni za obavljanje mehaničkog rada i ne nose aktivno opterećenje na osovini, imaju mehanički laganu konstrukciju. Kompenzatori se proizvode kao relativno sporohodni strojevi (1000 - 600 o/min) s vodoravnom osovinom i konveksnim polnim rotorom.

Kao sinkroni kompenzator može se koristiti generator u praznom hodu s odgovarajućom uzbudom.U prenapetom generatoru pojavljuje se struja izjednačenja koja je čisto induktivna u odnosu na napon generatora i čisto kapacitivna u odnosu na mrežu.

Mora se imati na umu da se prepobuđeni sinkroni stroj, bilo da radi kao generator ili kao motor, može smatrati u odnosu na mrežu kapacitivnošću, a nepobuđeni sinkroni stroj induktivitetom.

Za prebacivanje mrežnog generatora u način rada sinkronog kompenzatora dovoljno je zatvoriti pristup pare (ili vode) turbini. U ovom načinu rada prenapaljeni turbogenerator počinje trošiti malu količinu djelatne snage iz mreže samo za pokrivanje rotacijskih gubitaka (mehaničkih i električnih) i predaje jalovu snagu u mrežu.

U načinu rada sinkronog kompenzatora, generator može raditi dugo vremena i ovisi samo o radnim uvjetima turbine.

Po potrebi se turbogenerator može koristiti kao sinkroni kompenzator i s rotacijom turbine (zajedno s turbinom) i s isključenom, tj. s rastavljenim kvačilom.

Okretanje parne turbine na strani generatora koja je prešla u pogonski način rada može uzrokovati pregrijavanje repnog dijela turbine.