Pozdĺžna kompenzácia jalového výkonu — fyzikálny význam a technická realizácia

Na zlepšenie účinnosti existujúcich elektrických vedení, ako aj na zlepšenie ich priepustnosti sa používajú zariadenia na pozdĺžnu kompenzáciu jalového výkonu. V súčasnosti množstvo rôznych výrobných zdrojov s rôznymi kapacitami, ako aj vysokonapäťových vedení, najmä tých, ktoré prenášajú elektrickú energiu na veľké vzdialenosti, vedie k rastúcej požiadavke na zvýšenie nielen spoľahlivosti energetických systémov vo všeobecnosti, ale aj na zlepšenie ich efektívnosť.

Existujú dva spôsoby, ako zvýšiť prenosovú kapacitu elektrických vedení, prvým z nich je priame zvýšenie prierezu vedenia a druhým je použitie pozdĺžnych schém na kompenzáciu jalového výkonu. Druhý spôsob – pozdĺžna kompenzácia jalového výkonu – sa ukazuje ako ekonomickejší spôsob na dosiahnutie tohto cieľa pre medzisystémové aj vnútrosystémové prepojenia.

Je známe, že pri prenose jalového výkonu po drôtoch dochádza k výrazným poklesom napätia a zvýšeniu prúdu v častiach elektrických sietí, čo vytvára obmedzenia pre prenos užitočného aktívneho výkonu.

Pozdĺžna kompenzácia jalového výkonu znamená dodatočné zapojenie kondenzátorov do série so záťažou pomocou stupňových alebo oddeľovacích transformátorov, čím je možné dosiahnuť automatickú reguláciu napätia v závislosti od aktuálnej hodnoty prúdu záťaže.

Samozrejme, s pozdĺžnou kompenzáciou sú nevyhnutné núdzové režimy, ktorých dôvody môžu byť:

• posunutie kondenzátorov, ktoré môže spôsobiť prepätia;

• ferezonančný jav;

• poškodenie kondenzátorov zvnútra.

Aby nedošlo k poškodeniu v dôsledku náhleho zvýšenia napätia, kondenzátory musia byť v takom čase automaticky odpojené vysokonapäťovým spínačom alebo okamžite vybité cez iskrisko.

Keďže kondenzátory na kompenzáciu jalového výkonu sú zapojené do série v striedavom obvode, preteká nimi celý prúd vedenia, a preto nimi preteká aj prípadný skratový prúd.

Na zvýšenie prenosovej kapacity sa vo vysokonapäťových vedeniach uplatňuje pozdĺžna kompenzácia, ktorá zabezpečuje stabilitu energetických sústav, ktoré tieto vedenia zahŕňajú.

Pri pozdĺžnej kompenzácii sa prúd kondenzátora rovná celkovému zaťažovaciemu prúdu I, ktorý ním preteká, a výkon Q banky kondenzátora je premenlivá hodnota, ktorá závisí od zaťaženia v danom čase.Tento jalový výkon možno vypočítať pomocou vzorca:

Bk = Az2/coC

A keďže výkon kondenzátorov v procese pozdĺžnej kompenzácie nezostáva konštantný, napätie sa tiež zvyšuje o hodnotu, ktorá je úmerná zmene jalového zaťaženia daného vedenia, to znamená, že napätie kondenzátorov je v žiadnom prípade nie konštantná, ako pri krížovej kompenzácii jalového výkonu.

Spínacie kapacitné pozdĺžne kompenzačné jednotky sú dnes veľmi populárne.Takéto inštalácie sa používajú na zníženie vplyvu indukčnej zložky reaktancie transformátorov trakčných sietí a trakčných napájacích staníc na napätie privádzané do pantografu elektrickej lokomotívy. Tu, ako je uvedené vyššie, je kondenzátor zapojený do série s pantografom.

V ruských trakčných rozvodniach sú tieto inštalácie inštalované v sacom potrubí, kde inštalácia pozdĺžnej kompenzácie slúži na zvýšenie napätia, zabránenie účinku predbiehajúcich alebo oneskorených fáz, v napájacích ramenách sa získajú symetrické napätia s rovnakými prúdmi, všeobecné napätie trieda pre pracovné prostriedky je znížená a návrh inštalácie je zjednodušený...

Na obrázku je znázornená schéma, ktorá zobrazuje iba jeden úsek pozdĺžnych kompenzačných kondenzátorov, ktorých je v skutočnosti niekoľko navzájom paralelne zapojených.

Napätie do nízkonapäťových vinutí transformátorov T1 a T2, zapojených do série, je napájané radom kondenzátorov cez tyristorový spínač a obmedzovací odpor.V tomto prípade sú vysokonapäťové vinutia týchto transformátorov zapojené v opačných smeroch a pri skrate sa napätie v kondenzátoroch zvyšuje.

V momente, keď napätie dosiahne nastavenie, spustí sa tyristorový spínač a okamžite sa zapáli oblúk trojelektródového výboja. Keď je vákuový stykač zapnutý, oblúk vo výboji zhasne.

Výhody takýchto zariadení na pozdĺžnu kompenzáciu zahŕňajú:

• symetrické napätie zbernice;

• zníženie kolísania napätia a zvýšenie jeho úrovne na elektrických prijímačoch.

Zápory:

• ťažké prevádzkové podmienky kondenzátorov zariadenia v porovnaní s bočnou kompenzáciou, pretože cez kondenzátory preteká skratový prúd trakčnej siete a je tu potrebná spoľahlivá ochrana proti prekročeniu rýchlosti;

• preťažovanie kondenzátorov v nebezpečných režimoch: vynútené, núdzové, pohavarijné.

Na dosiahnutie najlepšieho účinku kompenzácie jalového výkonu by sa mali použiť nastaviteľné zariadenia s kombinovanou prevádzkou pozdĺžnej a bočnej kompenzácie.

Medzi výhody používania zariadení pozdĺžnej kompenzácie vo všeobecnosti patria:

• zvýšenie výkonu prenášaného na linke;

• zlepšenie stability energetických systémov počas špičkového zaťaženia;

• výrazné zníženie strát aktívneho výkonu;

• zlepšenie kvality elektrickej energie v sieťach;

• vysoká účinnosť distribúcie energie v paralelných vedeniach;

• odpadá potreba budovania zdrojov výroby v odľahlých oblastiach;

• prepojovacie úseky a technické parametre tratí nie je potrebné zvyšovať.

Hlavnou ekonomickou výhodou použitia pozdĺžnych kompenzačných zariadení je úspora energie. Nielen to zlepšuje sa kvalita elektriny, takže počet elektrických vedení sa môže znížiť, ak sa použije pozdĺžna kompenzácia jalového výkonu. Ochrana životného prostredia je prirodzeným dôsledkom zavádzania tejto technológie, najmä vo veľkom meradle.

Náklady na inštaláciu sú také, že nové prenosové vedenie stojí 10-krát viac ako pozdĺžne kompenzačné zariadenie s rovnakou prenosovou kapacitou. Výsledkom je, že obnova takéhoto systému je len niekoľko rokov v porovnaní s tradičnými prenosovými vedeniami.