Sinhronie kompensatori elektrotīklos
Sinhronais kompensators ir viegls sinhronais motors, kas paredzēts darbam tukšgaitā.
Galvenie elektroenerģijas patērētāji papildus aktīvajai jaudai patērē no sistēmas ģeneratoriem reaktīvā jauda… Lietotāju skaits, kuriem nepieciešama liela magnetizējošā reaktīvā strāva, lai radītu un uzturētu magnētisko plūsmu, ietver asinhronos motorus, transformatorus, indukcijas krāsnis un citus. Tā rezultātā sadales tīkli parasti tiek darbināti ar atpalikušu strāvu.
Ģeneratora radītā reaktīvā jauda tiek iegūta ar viszemākajām izmaksām. Tomēr reaktīvās jaudas pārnešana no ģeneratoriem ir saistīta ar papildu zudumiem transformatoros un pārvades līnijās. Tāpēc reaktīvās jaudas iegūšanai kļūst ekonomiski izdevīgi izmantot sinhronos kompensatorus, kas atrodas sistēmas mezglu apakšstacijās vai tieši pie patērētājiem.
Sinhronie motori, pateicoties līdzstrāvas ierosmei, var strādāt ar cos = 1 un nepatērē reaktīvo jaudu no tīkla, un darbības laikā ar pārmērīgu ierosmi tie tīklam piešķir reaktīvo jaudu. Rezultātā tiek uzlabots tīkla jaudas koeficients un samazināts sprieguma kritums un zudumi tajā, kā arī elektrostacijās strādājošo ģeneratoru jaudas koeficients.
Sinhronie kompensatori ir paredzēti, lai kompensētu tīkla jaudas koeficientu un uzturētu normālu tīkla sprieguma līmeni vietās, kur koncentrējas patērētāju slodzes.
Sinhronais kompensators ir sinhrona mašīna, kas darbojas motora režīmā bez vārpstas slodzes ar maiņstrāvu laukā.
Pārmērīgas ierosmes režīmā strāva vada tīkla spriegumu, tas ir, tā ir kapacitatīva attiecībā pret šo spriegumu, un nepietiekamas ierosmes režīmā tā atpaliek, induktīva. Šajā režīmā sinhronā mašīna kļūst par kompensatoru - reaktīvās strāvas ģeneratoru.
Sinhronā kompensatora pārmērīgais darbības režīms ir normāls, kad tas piegādā tīklam reaktīvo jaudu.
Sinhronajiem kompensatoriem nav piedziņas motoru, un to darbības ziņā tie būtībā ir sinhroni tukšgaitas motori.
Šim nolūkam katrs sinhronais kompensators ir aprīkots ar automātisku ierosmes jeb sprieguma regulatoru, kas regulē ierosmes strāvas lielumu tā, lai spriegums kompensatora spailēs paliktu nemainīgs.
Lai uzlabotu jaudas koeficientu un attiecīgi samazinātu nobīdes leņķi starp strāvu un spriegumu no vērtības φw līdz φc, ir nepieciešama reaktīvā jauda:
kur P ir vidējā aktīvā jauda, kvar; φsv — fāzes nobīde, kas atbilst vidējam svērtajam jaudas koeficientam; φk — pēc kompensācijas iegūstamā fāzes nobīde; a — aprēķinos ievadīts koeficients, kas vienāds ar aptuveni 0,9, lai ņemtu vērā iespējamo jaudas koeficienta pieaugumu, neuzstādot kompensācijas ierīces.
Papildus reaktīvās strāvas kompensācija induktīvās rūpnieciskās slodzes, nepieciešami sinhronie līniju kompensatori. Garās pārvades līnijās pie zemas slodzes dominē līnijas jauda un tās darbojas ar vadošo strāvu. Lai kompensētu šo strāvu, sinhronajam kompensatoram jādarbojas ar atpalikušu strāvu, t.i., ar nepietiekamu ierosmi.
Ar ievērojamu slodzi uz elektropārvades līnijām, kad dominē elektroenerģijas patērētāju induktivitāte, elektropārvades līnija darbojas ar atpalikušu strāvu. Šajā gadījumā sinhronajam kompensatoram jādarbojas ar vadošo strāvu, t.i., pārmērīgu ierosmi.
Elektrolīnijas slodzes izmaiņas izraisa izmaiņas reaktīvās jaudas plūsmās lielumā un fāzē un rada ievērojamas līnijas sprieguma svārstības. Šajā sakarā kļūst nepieciešams regulēt.
Sinhronie kompensatori parasti tiek uzstādīti reģionālajās apakšstacijās.
Sprieguma regulēšanai tranzīta elektrolīniju galā vai vidū var izveidot starpapakšstacijas ar sinhroniem kompensatoriem, kuriem jāregulē vai jāsaglabā nemainīgs spriegums.
Šādu sinhrono kompensatoru darbība ir automatizēta, kas rada iespēju vienmērīgi automātiski kontrolēt ģenerēto reaktīvo jaudu un spriegumu.
Lai veiktu asinhrono palaišanu, visi sinhronie kompensatori ir nodrošināti ar palaišanas spolēm polu daļās vai arī to stabi ir masīvi. Šajā gadījumā tiek izmantota tiešā metode un, ja nepieciešams, reaktora palaišanas metode.
Dažos gadījumos jaudīgus kompensatorus iedarbina arī, izmantojot sākuma fāzes asinhronos motorus, kas ar tiem uzstādīti uz vienas vārpstas. Sinhronizācijai ar tīklu parasti tiek izmantota pašsinhronizācijas metode.
Tā kā sinhronie kompensatori neattīsta aktīvo jaudu, jautājums par darba statisko stabilitāti tiem zaudē savu aktualitāti. Šī iemesla dēļ tie tiek ražoti ar mazāku gaisa spraugu nekā ģeneratori un motori. Atstarpes samazināšana atvieglo lauka uztīšanu un samazina iekārtas izmaksas.
Sinhronā kompensatora nominālā šķietamā jauda atbilst tā darbībai ar pārmērīgu ierosmi, t.i. sinhronā kompensatora nominālā jauda ir tā reaktīvā jauda pie vadošās strāvas, ko tas var ilgstoši izturēt darba režīmā.
Vislielākās nepietiekamas ierosmes strāvas un jaudas vērtības tiek iegūtas, strādājot reaktīvā režīmā.
Vairumā gadījumu nepietiekamas ierosmes režīms prasa mazāku jaudu nekā pārmērīgas ierosmes režīms, bet dažos gadījumos ir nepieciešama lielāka jauda. To var panākt, palielinot atstarpi, taču tas izraisa iekārtas izmaksu pieaugumu, un tāpēc nesen tika izvirzīts jautājums par negatīvas ierosmes strāvas režīma izmantošanu. Tā kā sinhronais kompensators aktīvās jaudas ziņā ir tikai noslogots ar zaudējumiem, tas, pēc viņa teiktā, var strādāt stabili un ar nelielu negatīvu ierosmi.
Dažos gadījumos, sausos periodos, darbam kompensatora režīmā tos izmanto arī hidroelektroenerģijas ģeneratori.
Strukturāli kompensatori būtiski neatšķiras no sinhronajiem ģeneratoriem. Tiem ir vienāda magnētu sistēma, ierosmes sistēma, dzesēšana utt. Visi vidējas jaudas sinhronie kompensatori ir gaisa dzesēšanas un izgatavoti ar ierosinātāju un ierosinātāju.
Sakarā ar to, ka sinhronie kompensatori nav paredzēti mehānisku darbu veikšanai un nenes aktīvu slodzi uz vārpstu, tiem ir mehāniski viegla konstrukcija. Kompensatorus ražo kā salīdzinoši zema ātruma mašīnas (1000 - 600 apgr./min) ar horizontālu vārpstu un izliektu polu rotoru.
Tukšgaitas ģeneratoru ar piemērotu ierosmi var izmantot kā sinhrono kompensatoru.Pārāk uzbudinātā ģeneratorā parādās izlīdzināšanas strāva, kas ir tīri induktīva attiecībā pret ģeneratora spriegumu un tīri kapacitatīva attiecībā pret tīklu.
Jāpatur prātā, ka pārmērīgi iedarbinātu sinhrono mašīnu, neatkarīgi no tā, vai tā darbojas kā ģenerators vai kā motors, attiecībā pret tīklu var uzskatīt par kapacitāti, bet neierosinātu sinhrono mašīnu par induktivitāti.
Lai pārslēgtu ar tīklu savienoto ģeneratoru uz sinhronā kompensatora režīmu, pietiek ar to, lai aizvērtu tvaika (vai ūdens) piekļuvi turbīnai. Šajā režīmā pārmērīgi uzbudinātais turbīnas ģenerators sāk patērēt nelielu daudzumu aktīvās jaudas no tīkla, lai segtu rotācijas zudumus (mehānisko un elektrisko) un pārnes reaktīvo jaudu uz tīklu.
Sinhronā kompensatora režīmā ģenerators var strādāt ilgu laiku un ir atkarīgs tikai no turbīnas darbības apstākļiem.
Vajadzības gadījumā turbīnas ģeneratoru var izmantot kā sinhrono kompensatoru gan turbīnai griežoties (kopā ar turbīnu), gan ar to izslēgtu, t.i. ar izjauktu sajūgu.
Tvaika turbīnas griešana ģeneratora pusē, kas ir pārgājusi piedziņas režīmā, var izraisīt turbīnas astes daļas pārkaršanu.