Синхрони компензатори у електричним мрежама

Синхрони компензатор је лагани синхрони мотор дизајниран за рад у празном ходу.

Главни потрошачи електричне енергије, поред активне снаге, троше и из генератора система реактивна снага… Број корисника којима су потребне велике реактивне струје магнетизирања за стварање и одржавање магнетног флукса укључују асинхроне моторе, трансформаторе, индукционе пећи и друге. Као резултат тога, дистрибутивне мреже обично раде са заосталом струјом.

Реактивна снага коју генерише генератор добија се по најнижој цени. Међутим, пренос реактивне снаге са генератора је повезан са додатним губицима у трансформаторима и далеководима. Стога, за добијање реактивне снаге, постаје економски повољно користити синхроне компензаторе који се налазе на чворним подстаницама система или директно код потрошача.

Синхрони мотори, захваљујући једносмерној побуди, могу да раде са цос = 1 и не троше реактивну снагу из мреже, а током рада, са пренабуђењем, дају реактивну снагу мрежи. Као резултат, побољшава се фактор снаге мреже и смањује пад напона и губици у њој, као и фактор снаге генератора који раде у електранама.

Синхрони компензатори су дизајнирани да компензују фактор снаге мреже и одржавају нормалан ниво напона мреже у областима где су концентрисана потрошачка оптерећења.

Синхрони компензатор је синхрона машина која ради у моторном режиму без оптерећења вратила са наизменичном струјом у пољу.

У режиму прекомерне побуде струја предводи мрежни напон, односно капацитивна је у односу на овај напон, ау режиму недовољно узбуде заостаје, индуктивна. У овом режиму, синхрона машина постаје компензатор — генератор реактивне струје.

Препобуђени режим рада синхроног компензатора је нормалан када он снабдева реактивну снагу у мрежу.

Синхрони компензатори су лишени погонских мотора и по свом раду су у суштини синхрони празни мотори.

С тим у вези, дилатациони спојеви, као што су они који служе истој намени кондензаторске банкеинсталирани на корисничким трафостаницама називају се и генератори реактивне снаге... Међутим, у периодима пада оптерећења корисника (на пример ноћу) често је потребно користити синхроне компензаторе и у режиму подузбуде, када троше индуктивну струју и реактивне снаге из мреже, будући да у овим случајевима напон мреже има тенденцију пораста, а да би се одржао на нормалном нивоу, потребно је оптеретити мрежу индуктивним струјама, које изазивају додатне падове напона у њој.

У ту сврху сваки синхрони компензатор је опремљен аутоматским побудним или регулатором напона, који регулише величину побудне струје тако да напон на прикључцима компензатора остане константан.

Да би се побољшао фактор снаге и сходно томе смањио угао помака између струје и напона од вредности φв до φц, потребна је реактивна снага:

где је П просечна активна снага, квар; φсв — фазни помак који одговара пондерисаном просечном фактору снаге; φк — фазни помак који се добија након компензације; а — фактор једнак око 0,9 унесен у прорачуне да би се узела у обзир могуће повећање фактора снаге без инсталирања компензационих уређаја.

Додатно компензација реактивне струје индуктивна индустријска оптерећења, потребни су синхрони линијски компензатори. У дугим далеководима, при малом оптерећењу, преовлађује капацитет водова и они раде са водећом струјом. Да би компензовао ову струју, синхрони компензатор мора да ради са заосталом струјом, односно са недовољном побудом.

Са значајним оптерећењем на далеководима, када превладава индуктивност потрошача електричне енергије, далековод ради са заостајућом струјом. У овом случају, синхрони компензатор мора да ради са водећом струјом, тј.

Промена оптерећења на далеководу изазива промену токова реактивне снаге у величини и фази и доводи до значајних флуктуација напона линије. С тим у вези, постаје неопходно регулисати.

Синхрони компензатори се обично инсталирају на регионалним трафостаницама.

За регулисање напона на крају или у средини транзитних далековода могу се креирати међутрафостанице са синхроним компензаторима, који морају регулисати или одржавати напон непромењен.

Рад оваквих синхроних компензатора је аутоматизован, што ствара могућност несметане аутоматске контроле генерисане реактивне снаге и напона.

За извођење асинхроног покретања, сви синхрони компензатори су опремљени стартним калемовима у полним деловима или су њихови полови масивни. У овом случају се користи директна метода и, ако је потребно, метода покретања реактора.

У неким случајевима, моћни компензатори се такође пуштају у рад помоћу индукционих мотора са почетном фазом монтираних са њима на истој осовини. За синхронизацију са мрежом обично се користи метод самосинхронизације.

Пошто синхрони компензатори не развијају активну снагу, питање статичке стабилности рада за њих губи своју хитност. Због тога се производе са мањим ваздушним зазором од генератора и мотора. Смањење зазора олакшава намотавање поља и смањује трошкове машине.

Називна привидна снага синхроног компензатора одговара његовом раду са пренабуђењем, тј. називна снага синхроног компензатора је његова реактивна снага при водећој струји, коју може да носи дуго времена у радном режиму.

Највеће вредности струје и снаге подузбуде се добијају када се ради у реактивном режиму.

У већини случајева, режим недовољне ексцитације захтева мање енергије од режима прекомерне ексцитације, али у неким случајевима је потребна већа снага. Ово се може постићи повећањем јаза, али то доводи до повећања трошкова машине, па се стога недавно поставља питање коришћења режима негативне побудне струје. Пошто је синхрони компензатор по активној снази оптерећен само губицима, он, по њему, може да ради стабилно и са мало негативних побуда.

У неким случајевима, у сушним периодима, за рад у режиму компензације, такође се користе хидроелектрични генератори.

Структурно, компензатори се суштински не разликују од синхроних генератора. Имају исти магнетни систем, систем побуде, хлађење итд. Сви синхрони компензатори средње снаге су ваздушно хлађени и направљени су са ексцитером и ексцитером.

Због чињенице да синхрони компензатори нису дизајнирани да обављају механички рад и не носе активно оптерећење на осовини, они имају механички лаку конструкцију. Компензатори се производе као машине релативно мале брзине (1000 - 600 о/мин) са хоризонталним вратилом и конвексним полним ротором.

Као синхрони компензатор може се користити генератор празног хода са одговарајућом побудом.У препобуђеном генератору појављује се изједначујућа струја која је чисто индуктивна у односу на напон генератора и чисто капацитивна у односу на мрежу.

Мора се имати на уму да се препобуђена синхрона машина, било да ради као генератор или као мотор, може сматрати у односу на мрежу као капацитивност, а неузбуђена синхрона машина као индуктивност.

За пребацивање генератора који је повезан на мрежу у режим синхроне компензације, довољно је затворити приступ паре (или воде) турбини. У овом режиму, препобуђени турбински генератор почиње да троши малу количину активне снаге из мреже само да би покрио губитке ротације (механичке и електричне) и преноси реактивну снагу на мрежу.

У режиму синхроног компензатора, генератор може радити дуго времена и зависи само од услова рада турбине.

По потреби, турбогенератор се може користити као синхрони компензатор како са турбином која се окреће (заједно са турбином) тако и са искљученом, тј. са растављеним квачилом.

Окретање парне турбине на страни генератора која је прешла у погон може довести до прегревања репног дела турбине.