Synkroniset kompensaattorit sähköverkoissa

Synkroninen kompensaattori on kevyt synkroninen moottori, joka on suunniteltu joutokäyntiin.

Pääasialliset sähköenergian kuluttajat kuluttavat pätötehon lisäksi järjestelmän generaattoreista loisteho… Käyttäjiä, jotka tarvitsevat suuria magnetoivia reaktiivisia virtoja magneettivuon luomiseen ja ylläpitämiseen, ovat asynkroniset moottorit, muuntajat, induktiouunit ja muut. Tämän seurauksena jakeluverkkoja käytetään yleensä viivevirralla.

Generaattorin tuottama loisteho saadaan halvimmalla hinnalla. Generaattorien loistehon siirtoon liittyy kuitenkin lisähäviöitä muuntajissa ja siirtolinjoissa. Siksi loistehon saamiseksi on taloudellisesti edullista käyttää synkronisia kompensaattoreita, jotka sijaitsevat järjestelmän solmumuuntamoissa tai suoraan kuluttajien luona.

Synkroniset moottorit DC-virityksen ansiosta voivat toimia arvolla cos = 1 eivätkä kuluta loistehoa verkosta, ja käytön aikana ne antavat verkkoon loistehoa yliviritteen kanssa. Tuloksena verkon tehokerroin paranee ja jännitehäviö ja häviöt siinä sekä voimalaitoksissa toimivien generaattoreiden tehokerroin pienenevät.

Synkroniset kompensaattorit on suunniteltu kompensoimaan verkon tehokerrointa ja ylläpitämään verkon normaalia jännitetasoa alueilla, joissa kuluttajakuormat ovat keskittyneet.

Synkroninen kompensaattori on synkroninen kone, joka toimii moottoritilassa ilman akselin kuormitusta vaihtovirralla kentällä.

Yliherätystilassa virta johtaa verkkojännitteen, eli se on kapasitiivinen tähän jännitteeseen nähden, ja aliviritystilassa se jäljessä, induktiivinen. Tässä tilassa synkronisesta koneesta tulee kompensaattori - loisvirtageneraattori.

Synkronisen kompensaattorin yliherätetty toimintatapa on normaali, kun se syöttää verkkoon loistehoa.

Synkroniset kompensaattorit ovat vailla käyttömoottoreita ja ovat toiminnaltaan pääosin synkronisia joutokäyntimoottoreita.

Tässä suhteessa liikuntasaumat, kuten ne, jotka palvelevat samoja tarkoituksia kondensaattoripankitkäyttäjien sähköasemille asennettuja kutsutaan myös loistehogeneraattoreiksi... Kuitenkin käyttäjien kuormituksen laskun aikoina (esim. yöllä) on usein tarpeen käyttää synkronisia kompensaattoreita ja aliviritystilassa, kun ne kuluttavat induktiivista virtaa ja loisteho verkosta, koska näissä tapauksissa verkkojännitteellä on taipumus nousta ja sen ylläpitämiseksi normaalilla tasolla on tarpeen kuormittaa verkkoa induktiivisilla virroilla, jotka aiheuttavat siihen lisäjännitteen pudotuksia.

Tätä tarkoitusta varten jokainen synkroninen kompensaattori on varustettu automaattisella heräte- tai jännitesäätimellä, joka säätelee viritysvirran suuruutta siten, että jännite kompensaattorin navoissa pysyy vakiona.

Tehokertoimen parantamiseksi ja vastaavasti virran ja jännitteen välisen siirtymäkulman pienentämiseksi arvosta φw arvoon φc tarvitaan loistehoa:

jossa P on keskimääräinen aktiivinen teho, kvar; φsv — painotettua keskimääräistä tehokerrointa vastaava vaihesiirto; φk — kompensoinnin jälkeen saavutettava vaihesiirto; a — noin 0,9:n suuruinen kerroin, joka on otettu laskelmiin, jotta voidaan ottaa huomioon mahdollinen tehokertoimen lisäys ilman tasauslaitteita asentamatta.

Lisäksi loisvirran kompensointi induktiiviset teollisuuskuormat, synkroniset linjakompensaattorit tarvitaan. Pitkissä siirtolinjoissa pienellä kuormituksella johtokapasiteetti vallitsee ja ne toimivat johtavalla virralla. Tämän virran kompensoimiseksi synkronisen kompensaattorin on toimittava viivevirralla, ts. riittämättömällä virityksellä.

Voimalinjojen merkittävällä kuormituksella, kun sähkönkuluttajien induktanssi vallitsee, voimalinja toimii viivevirralla. Tässä tapauksessa synkronisen kompensaattorin tulee toimia johtavalla virralla eli yliviritettynä.

Voimalinjan kuormituksen muutos aiheuttaa muutoksen loistehovirroissa suuruus- ja vaihetasossa ja johtaa merkittäviin vaihteluihin verkkojännitteessä. Tältä osin on tarpeen säännellä.

Synkroniset kompensaattorit asennetaan yleensä alueellisille sähköasemille.

Jännitteen säätämiseksi siirtojohtojen päähän tai keskelle voidaan luoda synkronisilla kompensaattoreilla varustettuja väliasemia, joiden on säädettävä tai pidettävä jännite muuttumattomana.

Tällaisten synkronisten kompensaattoreiden toiminta on automatisoitu, mikä mahdollistaa syntyvän loistehon ja jännitteen sujuvan automaattisen ohjauksen.

Asynkronisen käynnistyksen suorittamiseksi kaikki synkroniset kompensaattorit on varustettu käynnistyskeloilla napaosissa tai niiden navat ovat massiivisia. Tässä tapauksessa käytetään suoraa menetelmää ja tarvittaessa reaktorin käynnistysmenetelmää.

Joissakin tapauksissa voimakkaat kompensaattorit otetaan käyttöön myös käynnistysvaiheen oikosulkumoottoreilla, jotka on asennettu niiden kanssa samalle akselille. Synkronointiin verkon kanssa käytetään yleensä itsesynkronointimenetelmää.

Koska synkroniset kompensaattorit eivät kehitä aktiivista tehoa, kysymys työn staattisesta vakaudesta menettää niille kiireellisyyden. Tästä johtuen niitä valmistetaan pienemmällä ilmavälillä kuin generaattoreita ja moottoreita. Raon pienentäminen helpottaa kenttäkäämitystä ja alentaa konekustannuksia.

Synkronisen kompensaattorin nimellinen näennäisteho vastaa sen toimintaa ylivirityksellä, ts. synkronisen kompensaattorin nimellisteho on sen loisteho johtavalla virralla, jota se voi kantaa pitkään käyttötilassa.

Korkeimmat aliviritysvirran ja tehon arvot saadaan käytettäessä reaktiivisessa tilassa.

Useimmissa tapauksissa aliherätystila vaatii vähemmän tehoa kuin yliherätystila, mutta joissakin tapauksissa tarvitaan enemmän tehoa. Tämä voidaan saavuttaa lisäämällä rakoa, mutta tämä johtaa koneen kustannusten nousuun, ja siksi kysymys negatiivisen viritysvirtatilan käytöstä on viime aikoina nostettu esille. Koska pätöteholtaan synkroninen kompensaattori on vain häviöillä, voi se hänen mukaansa toimia vakaasti ja pienellä negatiivisella virityksellä.

Joissakin tapauksissa, kuivina aikoina, niitä käytetään myös kompensaattoritilassa vesivoimageneraattorit.

Rakenteellisesti kompensaattorit eivät pohjimmiltaan eroa synkronisista generaattoreista. Niissä on sama magneettijärjestelmä, viritysjärjestelmä, jäähdytys jne. Kaikki keskitehoiset synkroniset kompensaattorit ovat ilmajäähdytteisiä ja valmistettu virittimellä ja virittimellä.

Koska synkronisia kompensaattoreita ei ole suunniteltu suorittamaan mekaanista työtä eivätkä ne kanna aktiivista kuormitusta akselille, niillä on mekaanisesti kevyt rakenne. Kompensaattorit valmistetaan suhteellisen hitailla koneilla (1000 - 600 rpm), joissa on vaakasuora akseli ja kupera naparoottori.

Synkronisena kompensaattorina voidaan käyttää sopivalla herätteellä varustettua tyhjäkäyntigeneraattoria.Yliviritetyssä generaattorissa esiintyy tasausvirtaa, joka on puhtaasti induktiivinen generaattorin jännitteen suhteen ja puhtaasti kapasitiivinen verkon suhteen.

On muistettava, että ylivirittynyttä tahdistuskonetta, toimi sitten generaattorina tai moottorina, voidaan pitää verkkoon nähden kapasitanssina ja virittymätöntä synkronista konetta induktanssina.

Verkkoon kytketyn generaattorin siirtämiseksi synkroniseen kompensaattoritilaan riittää, että suljetaan höyryn (tai veden) pääsy turbiiniin. Tässä tilassa yliviritetty turbiinigeneraattori alkaa kuluttaa verkosta pienen määrän pätötehoa vain kattamaan pyörimishäviöitä (mekaanisia ja sähköisiä) ja siirtää loistehoa verkkoon.

Synkronisen kompensaattorin tilassa generaattori voi toimia pitkään ja riippuu vain turbiinin käyttöolosuhteista.

Turbiinigeneraattoria voidaan tarvittaessa käyttää synkronisena kompensaattorina sekä turbiinin pyöriessä (yhdessä turbiinin kanssa) että sammutettuna, ts. kytkin irrotettuna.

Ajotilaan siirtyneen generaattorin puolen höyryturbiinin pyörittäminen voi aiheuttaa turbiinin takaosan ylikuumenemisen.