Compensatoare sincrone în rețelele electrice
Compensatorul sincron este un motor sincron ușor proiectat pentru funcționare în gol.
Principalii consumatori de energie electrică, pe lângă puterea activă, consumă de la generatoarele sistemului putere reactiva… Numărul de utilizatori care necesită curenți reactivi de magnetizare mari pentru a crea și menține fluxul magnetic include motoare asincrone, transformatoare, cuptoare cu inducție și altele. Ca urmare, rețelele de distribuție sunt de obicei operate cu curent de întârziere.
Puterea reactiva generata de generator se obtine la cel mai mic cost. Cu toate acestea, transferul de putere reactivă de la generatoare este asociat cu pierderi suplimentare în transformatoare și linii de transport. Prin urmare, pentru a obține putere reactivă, devine avantajos din punct de vedere economic să se utilizeze compensatoare sincrone amplasate la substațiile nodale ale sistemului sau direct la consumatori.
Motoarele sincrone, datorită excitației DC, pot funcționa cu cos = 1 și nu consumă putere reactivă din rețea, iar în timpul funcționării, cu supraexcitare, dau putere reactivă rețelei. Ca urmare, factorul de putere al rețelei este îmbunătățit și căderea de tensiune și pierderile din aceasta sunt reduse, precum și factorul de putere al generatoarelor care funcționează în centralele electrice.
Compensatoarele sincrone sunt proiectate pentru a compensa factorul de putere al rețelei și a menține nivelul normal de tensiune al rețelei în zonele în care sunt concentrate sarcinile consumatorilor.
Un compensator sincron este o mașină sincronă care funcționează în modul motor fără sarcină pe arbore cu curent alternativ în câmp.
În modul de supraexcitare, curentul conduce tensiunea de rețea, adică este capacitiv față de această tensiune, iar în modul de subexcitare rămâne în urmă, inductiv. În acest mod, mașina sincronă devine un compensator - un generator de curent reactiv.
Modul de funcționare supraexcitat al compensatorului sincron este normal atunci când furnizează putere reactivă rețelei.
Compensatoarele sincrone sunt lipsite de motoare de antrenare și, în ceea ce privește funcționarea lor, sunt, în esență, motoare de ralanti sincrone.
În acest scop, fiecare compensator sincron este echipat cu un regulator automat de excitare sau de tensiune, care reglează mărimea curentului de excitație, astfel încât tensiunea la bornele compensatorului să rămână constantă.
Pentru a îmbunătăți factorul de putere și pentru a reduce în consecință unghiul de compensare dintre curent și tensiune de la valoarea φw la φc, este necesară puterea reactivă:
unde P este puterea activă medie, kvar; φsv — defazaj corespunzător factorului de putere mediu ponderat; φk — schimbarea de fază care trebuie obținută după compensare; a — un factor egal cu aproximativ 0,9 introdus în calcule pentru a lua în considerare o posibilă creștere a factorului de putere fără a instala dispozitive de compensare.
În plus față de compensarea curentului reactiv sarcini industriale inductive, sunt necesare compensatoare de linie sincronă. În liniile de transmisie lungi, la sarcină mică, predomină capacitatea liniei și funcționează cu curent de conducere. Pentru a compensa acest curent, compensatorul sincron trebuie să funcționeze cu curent de întârziere, adică cu excitație insuficientă.
Cu o sarcină semnificativă pe liniile electrice, când predomină inductanța consumatorilor de energie electrică, linia electrică funcționează cu un curent de întârziere. În acest caz, compensatorul sincron trebuie să funcționeze cu curent de conducere, adică supraexcitat.
O modificare a sarcinii pe linia de alimentare determină o modificare a fluxurilor de putere reactivă în mărime și fază și duce la fluctuații semnificative ale tensiunii de linie. În acest sens, devine necesară reglementarea.
Compensatoarele sincrone sunt instalate de obicei la substațiile regionale.
Pentru reglarea tensiunii la capătul sau la mijlocul liniilor electrice de tranzit, se pot crea substații intermediare cu compensatoare sincrone, care trebuie să regleze sau să mențină neschimbată tensiunea.
Funcționarea unor astfel de compensatoare sincrone este automatizată, ceea ce creează posibilitatea unui control automat lin al puterii și tensiunii reactive generate.
Pentru a efectua pornirea asincronă, toate compensatoarele sincrone sunt prevăzute cu bobine de pornire în părți de poli sau polii lor sunt masivi. În acest caz, se utilizează metoda directă și, dacă este necesar, metoda de pornire a reactorului.
În unele cazuri, compensatoare puternice sunt puse în funcțiune și cu ajutorul motoarelor cu inducție în fază de pornire montate cu ele pe același arbore. Pentru sincronizarea cu rețeaua, se folosește de obicei metoda de auto-sincronizare.
Deoarece compensatorii sincroni nu dezvoltă putere activă, problema stabilității statice a muncii pentru ei își pierde urgența. Din acest motiv, ele sunt fabricate cu un spațiu de aer mai mic decât generatoarele și motoarele. Reducerea decalajului ușurează înfășurarea pe câmp și reduce costurile mașinii.
Puterea aparentă nominală a compensatorului sincron corespunde funcționării acestuia cu supraexcitare, adică puterea nominală a compensatorului sincron este puterea sa reactivă la curentul de conducere, pe care o poate transporta mult timp în modul de funcționare.
Cele mai mari valori ale curentului de subexcitare și ale puterii se obțin atunci când funcționează în modul reactiv.
În cele mai multe cazuri, modul de subexcitare necesită mai puțină putere decât modul de supraexcitare, dar în unele cazuri este necesară mai multă putere. Acest lucru poate fi realizat prin creșterea decalajului, dar acest lucru duce la o creștere a costului mașinii și, prin urmare, problema utilizării unui mod de curent de excitație negativă a fost ridicată recent. Deoarece compensatorul sincron în ceea ce privește puterea activă este încărcat doar cu pierderi, acesta poate, potrivit lui, să funcționeze stabil și cu puțină excitație negativă.
În unele cazuri, în perioadele uscate, pentru funcționarea în modul compensator, se folosesc și ele generatoare hidroelectrice.
Din punct de vedere structural, compensatorii nu diferă fundamental de generatoarele sincrone. Au același sistem de magnet, sistem de excitare, răcire etc. Toate compensatoarele sincrone de putere medie sunt răcite cu aer și sunt fabricate cu excitator și excitator.
Datorită faptului că compensatoarele sincrone nu sunt proiectate pentru a efectua lucrări mecanice și nu suportă o sarcină activă pe arbore, au o construcție ușoară din punct de vedere mecanic. Compensatoarele sunt produse ca mașini cu viteză relativ mică (1000 - 600 rpm) cu un arbore orizontal și un rotor cu pol convex.
Un generator inactiv cu excitație adecvată poate fi utilizat ca compensator sincron.Într-un generator supraexcitat apare un curent de egalizare care este pur inductiv față de tensiunea generatorului și pur capacitiv față de rețea.
Trebuie avut în vedere faptul că o mașină sincronă supraexcitată, indiferent dacă funcționează ca generator sau ca motor, poate fi privită în raport cu rețeaua ca o capacitate, iar o mașină sincronă neexcitată ca o inductanță.
Pentru a transfera generatorul conectat la rețea în modul compensator sincron, este suficient să închideți accesul aburului (sau apei) la turbină. În acest mod, turbina-generator supraexcitat începe să consume o cantitate mică de putere activă din rețea doar pentru a acoperi pierderile de rotație (mecanice și electrice) și transferă puterea reactivă în rețea.
În modul compensator sincron, generatorul poate funcționa mult timp și depinde numai de condițiile de funcționare ale turbinei.
Dacă este necesar, generatorul cu turbină poate fi folosit ca compensator sincron atât cu turbina în rotație (împreună cu turbina), cât și cu aceasta oprită, adică. cu ambreiajul demontat.
Învârtirea turbinei cu abur pe partea generatorului care a intrat în modul de acționare poate cauza supraîncălzirea secțiunii de coadă a turbinei.