Sinchroniniai kompensatoriai elektros tinkluose
Sinchroninis kompensatorius yra lengvas sinchroninis variklis, skirtas veikti tuščiąja eiga.
Pagrindiniai elektros energijos vartotojai, be aktyviosios galios, vartoja iš sistemos generatorių reaktyvioji galia… Naudotojų, kuriems reikia didelių įmagnetinančių reaktyviųjų srovių magnetiniam srautui sukurti ir palaikyti, skaičius apima asinchroninius variklius, transformatorius, indukcines krosnis ir kt. Dėl to skirstomieji tinklai dažniausiai eksploatuojami su vėluojančia srove.
Generatoriaus generuojama reaktyvioji galia gaunama mažiausiomis sąnaudomis. Tačiau reaktyviosios galios perkėlimas iš generatorių yra susijęs su papildomais nuostoliais transformatoriuose ir perdavimo linijose. Todėl reaktyviajai galiai gauti ekonomiškai naudinga naudoti sinchroninius kompensatorius, esančius sistemos mazginėse pastotėse arba tiesiai prie vartotojų.
Sinchroniniai varikliai dėl nuolatinės srovės sužadinimo gali dirbti su cos = 1 ir nevartoja tinklo reaktyviosios galios, o eksploatacijos metu, esant per dideliam sužadinimui, duoda tinklui reaktyviąją galią. Dėl to pagerėja tinklo galios koeficientas ir sumažėja įtampos kritimas bei nuostoliai jame, taip pat elektrinėse veikiančių generatorių galios koeficientas.
Sinchroniniai kompensatoriai skirti kompensuoti tinklo galios koeficientą ir palaikyti normalų tinklo įtampos lygį tose vietose, kur sutelktos vartotojų apkrovos.
Sinchroninis kompensatorius yra sinchroninė mašina, veikianti variklio režimu be veleno apkrovos su kintama srove lauke.
Per didelio sužadinimo režimu srovė veda į tinklo įtampą, tai yra, šios įtampos atžvilgiu yra talpinė, o esant nepakankamo sužadinimo režimui, ji atsilieka, indukcinė. Šiuo režimu sinchroninė mašina tampa kompensatoriumi - reaktyviosios srovės generatoriumi.
Sinchroninio kompensatoriaus per didelis sužadinimo režimas yra normalus, kai jis tiekia reaktyviąją galią į tinklą.
Sinchroniniai kompensatoriai neturi varomųjų variklių, o veikimo požiūriu iš esmės yra sinchroniniai tuščiosios eigos varikliai.
Tam tikslui kiekviename sinchroniniame kompensatoriuje yra įrengtas automatinis žadinimo arba įtampos reguliatorius, kuris reguliuoja žadinimo srovės dydį taip, kad įtampa kompensatoriaus gnybtuose išliktų pastovi.
Norint pagerinti galios koeficientą ir atitinkamai sumažinti poslinkio kampą tarp srovės ir įtampos nuo φw vertės iki φc, reikalinga reaktyvioji galia:
čia P yra vidutinė aktyvioji galia, kvar; φsv — fazės poslinkis, atitinkantis vidutinį svertinį galios koeficientą; φk — fazės poslinkis, gaunamas po kompensavimo; a — koeficientas, lygus maždaug 0,9, įtrauktas į skaičiavimus, siekiant atsižvelgti į galimą galios koeficiento padidėjimą neįrengiant kompensacinių įtaisų.
Be to reaktyviosios srovės kompensacija reikia indukcinių pramoninių apkrovų, sinchroninių linijų kompensatorių. Ilgose perdavimo linijose, esant mažai apkrovai, vyrauja linijos pralaidumas ir jos veikia pirmaujančia srove. Norint kompensuoti šią srovę, sinchroninis kompensatorius turi veikti su vėluojančia srove, t.y. su nepakankamu sužadinimu.
Esant dideliam elektros linijų apkrovimui, kai vyrauja elektros vartotojų induktyvumas, elektros linija veikia su vėluojančia srove. Tokiu atveju sinchroninis kompensatorius turi veikti su pagrindine srove, t.y. per daug sužadintas.
Elektros linijos apkrovos pokytis sukelia reaktyviosios galios srautų dydžio ir fazės pokytį ir lemia didelius linijos įtampos svyravimus. Šiuo atžvilgiu tampa būtina reguliuoti.
Sinchroniniai kompensatoriai dažniausiai įrengiami regioninėse pastotėse.
Įtampai reguliuoti tranzitinių elektros linijų gale arba viduryje gali būti sukurtos tarpinės pastotės su sinchroniniais kompensatoriais, kurie turi reguliuoti arba išlaikyti nepakitusią įtampą.
Tokių sinchroninių kompensatorių darbas yra automatizuotas, o tai sukuria galimybę sklandžiai automatiškai valdyti generuojamą reaktyviąją galią ir įtampą.
Asinchroniniam paleidimui atlikti visi sinchroniniai kompensatoriai yra aprūpinti paleidimo ritėmis polių dalyse arba jų poliai yra masyvūs. Šiuo atveju naudojamas tiesioginis metodas ir, jei reikia, reaktoriaus paleidimo būdas.
Kai kuriais atvejais galingi kompensatoriai taip pat pradedami eksploatuoti naudojant pradinės fazės asinchroninius variklius, sumontuotus su jais ant to paties veleno. Sinchronizavimui su tinklu dažniausiai naudojamas savaiminio sinchronizavimo metodas.
Kadangi sinchroniniai kompensatoriai neišvysto aktyviosios galios, jų statinio darbo stabilumo klausimas netenka aktualumo. Dėl šios priežasties jie gaminami su mažesniu oro tarpu nei generatoriai ir varikliai. Sumažinus tarpą, lauko apvija lengviau ir sumažėja mašinos sąnaudos.
Sinchroninio kompensatoriaus vardinė tariama galia atitinka jo veikimą esant pertekliniam sužadinimui, t.y. sinchroninio kompensatoriaus vardinė galia yra jo reaktyvioji galia esant pagrindinei srovei, kurią jis ilgą laiką gali išlaikyti darbo režimu.
Didžiausios nepakankamo sužadinimo srovės ir galios vertės gaunamos dirbant reaktyviuoju režimu.
Daugeliu atvejų nepakankamo sužadinimo režimas reikalauja mažiau galios nei per didelio sužadinimo režimas, tačiau kai kuriais atvejais reikia daugiau galios. Tai galima pasiekti padidinus tarpą, tačiau tai padidina mašinos kainą, todėl neseniai buvo iškeltas neigiamo sužadinimo srovės režimo naudojimo klausimas. Kadangi sinchroninis kompensatorius pagal aktyviąją galią apkraunamas tik nuostoliais, tai, anot jo, gali dirbti stabiliai ir su nedideliu neigiamu sužadinimu.
Kai kuriais atvejais, sausais laikotarpiais, jie taip pat naudojami darbui kompensatoriaus režimu hidroelektrinių generatoriai.
Struktūriškai kompensatoriai iš esmės nesiskiria nuo sinchroninių generatorių. Jie turi tą pačią magnetų sistemą, žadinimo sistemą, aušinimą ir tt Visi vidutinės galios sinchroniniai kompensatoriai yra aušinami oru ir gaminami su žadintuvu ir žadintuvu.
Dėl to, kad sinchroniniai kompensatoriai nėra skirti mechaniniams darbams atlikti ir nekelia aktyvios apkrovos velenui, jie yra mechaniškai lengvos konstrukcijos. Kompensatoriai gaminami kaip santykinai mažo greičio mašinos (1000 - 600 aps./min.) su horizontaliu velenu ir išgaubtu polių rotoriumi.
Tuščiosios eigos generatorius su tinkamu sužadinimu gali būti naudojamas kaip sinchroninis kompensatorius.Per daug sužadintame generatoriuje atsiranda išlyginamoji srovė, kuri yra grynai indukcinė generatoriaus įtampos atžvilgiu ir grynai talpinė tinklo atžvilgiu.
Reikia turėti omenyje, kad pernelyg sužadinta sinchroninė mašina, nesvarbu, ar ji veikia kaip generatorius, ar kaip variklis, elektros tinklo atžvilgiu gali būti vertinama kaip talpa, o nesužadinta sinchroninė mašina – kaip induktyvumas.
Norint perjungti prie tinklo prijungtą generatorių į sinchroninio kompensatoriaus režimą, pakanka uždaryti garo (arba vandens) prieigą prie turbinos. Šiame režime per daug sužadintas turbinos generatorius pradeda vartoti nedidelį kiekį aktyviosios galios iš tinklo tik tam, kad padengtų sukimosi nuostolius (mechaninius ir elektrinius) ir perduoda reaktyviąją galią į tinklą.
Sinchroninio kompensatoriaus režimu generatorius gali dirbti ilgą laiką ir priklauso tik nuo turbinos darbo sąlygų.
Esant poreikiui turbinos generatorius gali būti naudojamas kaip sinchroninis kompensatorius tiek turbinai besisukant (kartu su turbina), tiek ją išjungus, t.y. su išmontuota sankaba.
Sukant garo turbiną toje generatoriaus pusėje, kuri perėjo į pavaros režimą, gali perkaisti turbinos galinė dalis.