Synchrónne kompenzátory v elektrických sieťach

Synchrónny kompenzátor je ľahký synchrónny motor určený pre chod naprázdno.

Hlavní spotrebitelia elektrickej energie okrem aktívneho výkonu spotrebúvajú z generátorov systému jalový výkon… Medzi používateľov, ktorí vyžadujú veľké magnetizačné reaktívne prúdy na vytvorenie a udržanie magnetického toku, patria asynchrónne motory, transformátory, indukčné pece a iné. V dôsledku toho sú distribučné siete zvyčajne prevádzkované s oneskoreným prúdom.

Reaktívny výkon generovaný generátorom sa získava pri najnižších nákladoch. Prenos jalového výkonu z generátorov je však spojený s dodatočnými stratami v transformátoroch a prenosových vedeniach. Preto sa na získanie jalového výkonu stáva ekonomicky výhodné použiť synchrónne kompenzátory umiestnené v uzlových rozvodniach systému alebo priamo u spotrebiteľov.

Synchrónne motory vďaka jednosmernému budeniu dokážu pracovať s cos = 1 a nespotrebúvajú jalový výkon zo siete a počas prevádzky pri prebudení dávajú do siete jalový výkon. V dôsledku toho sa zlepšuje účinník siete a znižuje sa úbytok napätia a straty v nej, ako aj účinník generátorov pracujúcich v elektrárňach.

Synchrónne kompenzátory sú navrhnuté tak, aby kompenzovali účinník siete a udržiavali normálnu úroveň napätia siete v oblastiach, kde je sústredené zaťaženie spotrebiteľov.

Synchrónny kompenzátor je synchrónny stroj pracujúci v motorickom režime bez zaťaženia hriadeľa so striedavým prúdom v poli.

V režime prebudenia vedie prúd sieťové napätie, to znamená, že je kapacitný vzhľadom na toto napätie a v režime podbudenia zaostáva, induktívne. V tomto režime sa synchrónny stroj stáva kompenzátorom - generátorom jalového prúdu.

Režim prebudenia synchrónneho kompenzátora je normálny, keď dodáva jalový výkon do siete.

Synchrónne kompenzátory neobsahujú hnacie motory a z hľadiska ich činnosti sú v podstate synchrónne voľnobežné motory.

V tomto ohľade dilatačné škáry, ako sú tie, ktoré slúžia na rovnaké účely kondenzátorové bankyinštalované na užívateľských rozvodniach sa nazývajú aj generátory jalového výkonu... V obdobiach poklesu užívateľských záťaží (napríklad v noci) je však často potrebné použiť synchrónne kompenzátory a v režime podbudenia, kedy spotrebúvajú indukčný prúd resp. jalový výkon zo siete, pretože v týchto prípadoch má sieťové napätie tendenciu zvyšovať sa a na jeho udržanie na normálnej úrovni je potrebné sieť zaťažiť indukčnými prúdmi, ktoré v nej spôsobujú ďalšie poklesy napätia.

Na tento účel je každý synchrónny kompenzátor vybavený automatickým regulátorom budenia alebo napätia, ktorý reguluje veľkosť budiaceho prúdu tak, aby napätie na svorkách kompenzátora zostalo konštantné.

Aby sa zlepšil účinník a zodpovedajúcim spôsobom sa znížil uhol posunu medzi prúdom a napätím z hodnoty φw na φc, je potrebný jalový výkon:

kde P je priemerný činný výkon, kvar; φsv — fázový posun zodpovedajúci váženému priemernému účinníku; φk – fázový posun, ktorý sa má dosiahnuť po kompenzácii; a — faktor rovný približne 0,9 vložený do výpočtov, aby sa zohľadnil možný nárast účinníka bez inštalácie kompenzačných zariadení.

Okrem tohoto kompenzácia jalového prúdu induktívne priemyselné záťaže, sú potrebné kompenzátory synchrónneho vedenia. V dlhých prenosových vedeniach pri nízkom zaťažení prevláda kapacita vedenia a pracujú s vedúcim prúdom. Na kompenzáciu tohto prúdu musí synchrónny kompenzátor pracovať s oneskoreným prúdom, t.j. s nedostatočným budením.

Pri výraznom zaťažení elektrických vedení, keď prevláda indukčnosť spotrebiteľov elektriny, elektrické vedenie pracuje s oneskoreným prúdom. V tomto prípade musí synchrónny kompenzátor pracovať s vedúcim prúdom, t.j. prebudený.

Zmena zaťaženia elektrického vedenia spôsobuje zmenu toku jalového výkonu vo veľkosti a fáze a vedie k výrazným výkyvom sieťového napätia. V tomto ohľade je potrebné regulovať.

Synchrónne kompenzátory sú zvyčajne inštalované v regionálnych rozvodniach.

Na reguláciu napätia na konci alebo v strede tranzitných elektrických vedení môžu byť vytvorené medziľahlé rozvodne so synchrónnymi kompenzátormi, ktoré musia regulovať alebo udržiavať napätie nezmenené.

Prevádzka takýchto synchrónnych kompenzátorov je automatizovaná, čo vytvára možnosť plynulého automatického riadenia generovaného jalového výkonu a napätia.

Na vykonanie asynchrónneho rozbehu sú všetky synchrónne kompenzátory vybavené rozbehovými cievkami v pólových častiach alebo ich póly sú masívne. V tomto prípade sa používa priama metóda a v prípade potreby metóda spúšťania reaktora.

V niektorých prípadoch sa výkonné kompenzátory uvádzajú do prevádzky aj pomocou indukčných motorov s rozbehovou fázou namontovaných s nimi na rovnakom hriadeli. Na synchronizáciu so sieťou sa zvyčajne používa metóda samosynchronizácie.

Pretože synchrónne kompenzátory nevyvíjajú činný výkon, otázka statickej stability práce pre nich stráca svoju naliehavosť. Z tohto dôvodu sa vyrábajú s menšou vzduchovou medzerou ako generátory a motory. Zníženie medzery uľahčuje navíjanie a znižuje náklady na stroj.

Menovitý zdanlivý výkon synchrónneho kompenzátora zodpovedá jeho prevádzke s prebudením, t.j. menovitý výkon synchrónneho kompenzátora je jeho jalový výkon pri vedúcom prúde, ktorý môže v prevádzkovom režime niesť dlhú dobu.

Najvyššie hodnoty podbudiaceho prúdu a výkonu sa dosahujú pri prevádzke v reaktívnom režime.

Vo väčšine prípadov režim podbudenia vyžaduje menej energie ako režim prebudenia, ale v niektorých prípadoch je potrebný väčší výkon. To sa dá dosiahnuť zväčšením medzery, ale to vedie k zvýšeniu nákladov na stroj, a preto sa nedávno objavila otázka použitia režimu negatívneho budiaceho prúdu. Keďže synchrónny kompenzátor je z hľadiska činného výkonu zaťažený len stratami, môže podľa neho pracovať stabilne a s malým negatívnym budením.

V niektorých prípadoch sa v suchých obdobiach používajú aj na prevádzku v režime kompenzátora hydroelektrické generátory.

Konštrukčne sa kompenzátory zásadne nelíšia od synchrónnych generátorov. Majú rovnaký systém magnetov, systém budenia, chladenie atď. Všetky synchrónne kompenzátory stredného výkonu sú chladené vzduchom a sú vyrobené s budičom a budičom.

Vzhľadom na to, že synchrónne kompenzátory nie sú určené na vykonávanie mechanickej práce a nenesú aktívne zaťaženie hriadeľa, majú mechanicky ľahkú konštrukciu. Kompenzátory sa vyrábajú ako relatívne pomalobežné stroje (1000 - 600 ot./min.) s horizontálnym hriadeľom a konvexným pólovým rotorom.

Ako synchrónny kompenzátor možno použiť voľnobežný generátor s vhodným budením.V prebudenom generátore sa objavuje vyrovnávajúci prúd, ktorý je čisto indukčný vzhľadom na napätie generátora a čisto kapacitný vzhľadom na sieť.

Treba mať na pamäti, že nadmerne budený synchrónny stroj, či už pracuje ako generátor alebo ako motor, môže byť vzhľadom na sieť považovaný za kapacitný a nevybudený synchrónny stroj za indukčnosť.

Na prepnutie generátora pripojeného do siete do režimu synchrónneho kompenzátora stačí uzavrieť prístup pary (alebo vody) k turbíne. V tomto režime začne prebudený turbogenerátor spotrebúvať malé množstvo aktívneho výkonu zo siete len na pokrytie strát rotáciou (mechanických a elektrických) a prenáša jalový výkon do siete.

V režime synchrónneho kompenzátora môže generátor pracovať dlhú dobu a závisí len od prevádzkových podmienok turbíny.

V prípade potreby je možné turbogenerátor použiť ako synchrónny kompenzátor ako pri rotujúcej turbíne (spolu s turbínou), tak aj pri vypnutej, t.j. s demontovanou spojkou.

Roztočenie parnej turbíny na strane generátora, ktorý prešiel do režimu pohonu, môže spôsobiť prehriatie zadnej časti turbíny.