Синхронные компенсаторы в электрических сетях; School of Electrical Engineers: Electrical and Electronic Engineering

Работа этих синхронных компенсаторов автоматизирована, что позволяет плавно и автоматически регулировать реактивную мощность и генерируемое напряжение.

Синхронные компенсаторы в электрических сетях

В системе электроснабжения потери в сетях составляют 8-12% от производства. Для того чтобы уменьшить эти потери, необходимо: правильно определять электрические нагрузки; рационально передавать и распределять электроэнергию; обеспечивать необходимую степень надежности; обеспечивать необходимое качество электроэнергии; обеспечивать электромагнитную совместимость потребителя с сетью; экономить электроэнергию. Мероприятиями, которые могут обеспечить достижение указанных целей, являются создание быстродействующих средств компенсации реактивной мощности, повышение качества; снижение потерь достигается за счет компенсации реактивной мощности, увеличения нагрузки на трансформаторы, снижения потерь в них, приближения трансформаторов к нагрузкам, применения экономичного оборудования и оптимизации режимов их работы, использования систем автоматического управления электроэнергией. Режим работы энергосистемы характеризуется тремя параметрами: напряжением, током и активной мощностью. Реактивная мощность является вспомогательным параметром. Реактивная мощность и энергия ухудшают рабочие параметры энергосистемы, т.е. Нагрузка реактивной мощности на генераторы электростанций увеличивает расход топлива, увеличиваются потери в питающих сетях и у потребителей, увеличивается падение напряжения в сетях. Реактивная мощность потребляется такими элементами питающей сети, как трансформаторы электростанций, основные понижающие электростанции, линии электропередач - на них приходится 42% реактивной мощности генератора, из которых 22% идет на повышающие трансформаторы, 6,5% на линии электропередач районной системы, 12,5% на понижающие трансформаторы. Основными потребителями реактивной мощности являются асинхронные электродвигатели, которые потребляют 40% всей мощности наряду с бытовыми и персональными нуждами; электропечи 8%; инверторы 10%; трансформаторы всех ступеней трансформации 35%; линии электропередач 7%. Другими словами, есть потребители электроэнергии, которым нужна реактивная мощность. Реактивной мощности, поставляемой только генератором, явно недостаточно. Не рекомендуется увеличивать реактивную мощность, подаваемую генератором, по причинам, указанным выше, т.е. необходимо подавать реактивную мощность именно там, где она больше всего необходима.Легкий синхронный двигатель, предназначенный для работы в режиме холостого хода, называется синхронным компенсатором.

Основные потребители электроэнергии потребляют реактивную мощность от генераторов системы в дополнение к активной мощности. К потребителям, требующим высоких реактивных токов намагничивания для создания и поддержания магнитного потока, относятся асинхронные двигатели, трансформаторы, индукционные печи и другие. Следовательно, распределительные сети обычно работают с запаздывающим током.

Реактивная мощность, вырабатываемая генератором, получается с наименьшими затратами. Однако передача реактивной мощности от генераторов влечет за собой дополнительные потери в трансформаторах и линиях электропередачи. Поэтому становится экономически выгодным использовать синхронные компенсаторы на главных подстанциях системы или непосредственно у потребителей для получения реактивной мощности.

Синхронные двигатели, благодаря возбуждению постоянным током, могут работать при cos = 1 и не потреблять реактивную мощность из сети, но при работе с чрезмерным возбуждением они отдают реактивную мощность обратно в сеть. Это улучшает коэффициент мощности сети и уменьшает падение напряжения и потери в сети, а также увеличивает коэффициент мощности генераторов, работающих на электростанциях.

Синхронные компенсаторы предназначены для компенсации коэффициента мощности сети и поддержания нормального уровня напряжения в сети в районах с сосредоточенной нагрузкой на потребителей.

Синхронный компенсатор – это синхронная машина, которая работает в режиме двигателя без нагрузки на валу и с переменным током возбуждения.

В сверхактивном режиме ток опережает напряжение сети, т.е. является емкостным по отношению к этому напряжению, а в неактивном – запаздывает, индуктивным. В этом режиме синхронная машина становится компенсатором – генератором реактивного тока.

Нормальным режимом работы синхронного компенсатора является перевозбуждение, когда он отдает реактивную мощность в сеть.

Синхронные компенсаторы не имеют приводных двигателей и, по сути, являются синхронными двигателями холостого хода по своему режиму работы.

Синхронные компенсаторыПо этой причине компенсаторы также называют генераторами реактивной мощности, как и конденсаторные батареи, установленные с той же целью на потребительских подстанциях. Однако в периоды снижения потребительского спроса (например. ночь) часто необходимо эксплуатировать синхронные компенсаторы и в режиме недостаточного возбуждения, когда они потребляют индуктивный ток и реактивную мощность из сети, так как в таких случаях напряжение в сети имеет тенденцию к повышению и для поддержания его на нормальном уровне необходимо заряжать индуктивные токи в сеть, что вызывает дополнительные падения напряжения в сети.

Для этого каждый синхронный компенсатор оснащен автоматическим регулятором возбуждения или напряжения, который регулирует величину тока возбуждения таким образом, чтобы напряжение на клеммах компенсатора оставалось постоянным.

Для улучшения коэффициента мощности и, соответственно, уменьшения угла между током и напряжением от значения φc до φk необходима реактивная мощность:

где P – средняя активная мощность, квар; φc – сдвиг фаз, соответствующий средневзвешенному коэффициенту мощности; φk – сдвиг фаз, который будет получен после компенсации; a – коэффициент около 0,9, введенный в расчет для учета возможного улучшения коэффициента мощности без установки компенсирующих устройств.

Помимо компенсации реактивных токов индуктивных промышленных нагрузок, синхронные компенсаторы необходимы на линиях электропередачи. В длинных линиях передачи доминирует емкость линии при низкой нагрузке, и они работают с опережающим током. Чтобы компенсировать этот ток, синхронный компенсатор должен работать с запаздывающим током, т.е. током без возбуждения.

Если нагрузка линии значительна, когда индуктивность потребителей энергии преобладает, линия работает с запаздывающим током. В этом случае синхронный компенсатор должен работать с опережающим, т.е. перегруженным, током.

Изменение нагрузки на линии электропередачи вызывает изменение потоков реактивной мощности по величине и фазе и приводит к значительным колебаниям напряжения на линии. Это требует регулирования напряжения.

Синхронные компенсаторы обычно устанавливаются на районных подстанциях.

Для регулирования напряжения в конце или в середине транзитных линий могут быть установлены промежуточные подстанции с синхронными компенсаторами, которые регулируют или поддерживают напряжение неизменным.

Работа таких синхронных компенсаторов автоматизирована, что позволяет осуществлять плавное автоматическое регулирование реактивной мощности и вырабатываемого напряжения.

Для асинхронного пуска все синхронные компенсаторы оснащены пусковыми обмотками в полюсных выводах или их полюса выполнены цельными. Для этого используется метод прямого запуска и, при необходимости, метод реакторного запуска.

В некоторых случаях компенсаторы большой мощности запускаются с использованием фазных асинхронных двигателей, установленных на одном валу. Для синхронизации с сетью обычно используется самосинхронизация.

Поскольку синхронные компенсаторы не производят активную мощность, вопрос статической устойчивости для них не актуален. По этой причине они изготавливаются с меньшим воздушным зазором, чем генераторы и двигатели. Благодаря уменьшению воздушного зазора, обмотка возбуждения становится легче, а машина дешевле.

Номинальная кажущаяся мощность синхронного компенсатора соответствует его работе в условиях перегрузки, т.е. номинальная мощность синхронного компенсатора – это реактивная мощность при опережающем токе, которую он может непрерывно проводить в рабочем режиме.

Синхронные компенсаторы

Наибольшие значения тока и мощности при работе без возбуждения получены в реактивном режиме.

В большинстве случаев для работы без возбуждения требуется меньшая мощность, чем для работы с перевозбуждением, но в некоторых случаях требуется большая мощность. Этого можно достичь путем увеличения зазора, но это делает машину более дорогой, поэтому в последнее время рекомендуется использовать ток отрицательного поля. Поскольку синхронный компенсатор мощности нагружен только потерями, он может стабильно работать и при небольшом отрицательном возбуждении.

В некоторых случаях гидроэлектрогенераторы также используются для работы компенсатора в периоды низкого уровня воды.

Конструктивно компенсаторы принципиально не отличаются от синхронных генераторов. У них одинаковая магнитная система, система возбуждения, система охлаждения и т.д. Все синхронные компенсаторы средней мощности имеют воздушное охлаждение и конструкцию с возбудителем и подвозбудителем.

Поскольку синхронные компенсаторы не предназначены для выполнения механической работы и не имеют активной нагрузки на вал, они являются механически легкими. Они разработаны как относительно медленно работающие машины (1000 – 600 об/мин).Все синхронные компенсаторы средней мощности имеют воздушное охлаждение и конструкцию с возбудителем и подвозбудителем.

Поскольку синхронные компенсаторы не предназначены для выполнения механической работы и не имеют активной нагрузки на вал, они являются механически легкими. Они сконструированы как относительно тихоходные машины (1000 – 600 об/мин) с горизонтальным валом и явно полярным ротором.

Генератор можно использовать в качестве синхронного компенсатора, работая без нагрузки и с адекватным возбуждением. Перевозбужденный генератор вырабатывает компенсационный ток, который является чисто индуктивным по отношению к напряжению генератора и чисто емкостным по отношению к питающей сети.

Следует отметить, что синхронная машина с избыточным возбуждением, будь то генератор или двигатель, может считаться емкостной по отношению к сети, а синхронная машина с недостаточным возбуждением может считаться индуктивной.

Для перевода генератора, подключенного к сети, в режим синхронного компенсатора достаточно перекрыть доступ пара (или воды) к турбине. В этом режиме перегруженный турбогенератор начинает забирать небольшое количество активной мощности из сети для покрытия потерь при вращении (механических и электрических) и возвращает реактивную мощность в сеть.

В режиме синхронного компенсатора генератор может работать длительное время и зависит только от условий работы турбины.

При необходимости турбогенератор может использоваться в качестве синхронного компенсатора как с вращающейся турбиной (вместе с турбиной), так и отключенным, т.е. с отсоединенной муфтой.

Вращение паровой турбины на стороне генератора, перешедшего в режим двигателя, может привести к перегреву хвостовой части турбины.

1Если вам понравилась эта статья, пожалуйста, поделитесь ею в социальных сетях. Это очень поможет в развитии нашего сайта! 2– статор; 3, 4 – – ротор; 5 изоляционные уплотнения; 6 – вентилятор; 8 – подшипник; 7 – опорные платформы; 9 – – масляный насос; 10 – камера с контактным кольцом; 11, 12 – вал; выходное и входное отверстия для газового охладителя;

Синхронные компенсаторы Синхронный компенсатор (СК) – это синхронная машина, работающая в режиме двигателя без нагрузки на валу при переменном токе возбуждения. В режиме перевозбуждения ЭДС обмотки статора Е1K больше, чем напряжение в сети UK

(рис. 2.25). Под воздействием разности напряжений DU= E Kl– UK в статоре СК протекает ток I1K замедление относительно вектора 1ДУ ВЕКТОР o 90°. В этом режиме компенсатор возвращает реактивную мощность в сеть. В режиме недостаточного возбуждения ЕК2< U,K Текущий I2,K ведущий вектор 2DU

на 90°, иначе SK будет потреблять реактивную мощность из сети. Синхронные компенсаторы не передают активную нагрузку на вал, что делает их конструкцию более легкой. Компенсаторы разработаны как низкоскоростные (750-1000 об/мин) с горизонтальным валом и ротором с однозначными полюсами.

Векторная диаграмма синхронного компенсатора в режиме повышенного и пониженного возбуждения 3, 4На рисунке 2.26 показан синхронный компенсатор CVA с водородным охлаждением. Корпус компенсатора, его подшипники, маслоохладители и масляные насосы размещены в герметичном корпусе. На статор 7 через изоляционные прокладки подается напряжение 10 В. 8, 10,5 кВ на статор 7 и для питания кольцевого индуктора. В нижней части корпуса находятся два масляных насоса 12 масляный бак и водяной масляный радиатор. Циркуляция водорода поддерживается под давлением 0,1-0,2 МПа вентиляторами 5, которые забирают водород из корпуса и пропускают его через внутреннюю часть корпуса компенсатора. Нагретый водород поступает во входные отверстия

Нагретый водород поступает во входные отверстия вертикальных газоохладителей, где он охлаждается.

1Рисунок 2.26: Синхронный компенсатор типа CWS: 2– статор; 3, 4 – – ротор; 5 изоляционные прокладки; 6 – вентилятор; 8 – подшипник; 7 – опорные платформы; 9 – – масляный насос; 10 – камера с контактным кольцом; 11, 12 – вал;

13 – выпускные и впускные отверстия газового охладителя;

охладитель газа

Синхронный компенсатор характеризуется номинальной мощностью, напряжением, током статора, частотой и номинальным током ротора. Шкала мощности определяется в соответствии с ГОСТ 609-84. Номинальное напряжение синхронного компенсатора на 5-10 % выше номинального напряжения сети.

В зависимости от тока возбуждения синхронный компенсатор может работать в режиме перевозбуждения или недовозбуждения, генерировать или потреблять реактивную мощность. Ток возбуждения регулируется специальными цепями ARC.Синхронные компенсаторы малой мощности имеют независимую от машины схему возбуждения (см. рис. 2.9,),а

В более мощных машинах с водородным охлаждением (HCC) возбуждение поступает от специального бесщеточного возбудителя, встроенного в корпус компенсатора.

Схема AGP для синхронных компенсаторов такая же, как и для генераторов.%) Мощные СУ (10000 кВА и выше) подключаются к сети через дроссель для ограничения пусковых токов и разрядов напряжения на шинах (рис. 2.27). Параметры реактора выбираются таким образом, чтобы при запуске напряжение на шинах подстанции не опускалось ниже (80-85Uном %)а напряжение на СС составляет (30 – 65 U,ном и ток не превышает (2 – 2,8)I.

ном

Рисунок 2.27: Схема запуска реактора синхронного компенсатора При запуске автоматический выключатель Q1 выключен, Q2 включена. Компенсатор вращается под действием асинхронного момента. Когда скорость приближается к синхронной, включается возбуждение и компенсатор втягивается в синхронизм. Отрегулировав ток возбуждения, установите ток статора на минимальное значение и включите выключатель. Q1,

обойти реактор и подключить СК к электросети.

Синхронные генераторы могут работать в режиме синхронной компенсации путем перекрытия подачи пара (или воды) на турбину. В этом режиме перегруженный турбогенератор начинает забирать небольшое количество активной мощности из сети и отдавать в сеть реактивную мощность.

Переключение гидрогенераторов в режим синхронного компенсатора происходит без остановки агрегатов, путем выпуска воды из камеры гидротурбины.Номинальная мощность синхронных компенсаторов указывается в киловольт-амперах и должна соответствовать диапазону мощности по ГОСТ 609-84. Согласно этому ГОСТу, минимальная мощность синхронного компенсатора определена в 2800 кВА. Максимальная мощность компенсаторов, производимых в СССР в прошлом, составляла 160 МВА.

Синхронные компенсаторы

Синхронные компенсаторы

Синхронный компенсатор – это синхронная машина, работающая в режиме двигателя без нагрузки на валу и с переменным током возбуждения. Синхронный компенсатор может отдавать реактивную мощность в сеть или забирать ее из сети, в зависимости от тока возбуждения. Общий вид синхронного компенсатора показан на рис. 1.
Рис.1 Обзор синхронного компенсатора с водородным охлаждением

при открытой установке на подстанции энергосистемы

Конструктивно он похож на турбогенератор, но предназначен для работы на средней скорости (750-1000 об/мин). Статор конструктивно похож на турбогенератор.

Синхронный компенсатор характеризуется номинальной мощностью, напряжением и током статора, частотой, номинальным током ротора и номинальными потерями.

Номинальное напряжение

Номинальное напряжение синхронного компенсатора в соответствии с ГОСТом фиксируется на 5 или 10% выше соответствующего номинального напряжения сети.

Номинальная мощность

Номинальная мощность синхронного компенсатора определяется как постоянно допустимая нагрузка при номинальном напряжении, номинальных параметрах охлаждающей среды.

Номинальная мощность синхронных компенсаторов указывается в киловольт-амперах и должна соответствовать диапазону мощностей по ГОСТ 609-84. Согласно этому ГОСТу, минимальная мощность синхронного компенсатора определена в 2800 кВА. Максимальная мощность компенсаторов, производимых в СССР в прошлом, составляла 160 МВА.

Номинальный ток статора

Номинальный ток статора определяется из номинальной мощности и номинального напряжения.

Номинальный ток ротора

Номинальный ток ротора – это наибольшее значение тока, при котором обеспечивается номинальная мощность компенсатора в режиме перегрузки при отклонении сетевого напряжения в пределах ± 5% от номинального.

Потери активной мощности при номинальных условиях охлаждения для синхронных компенсаторов составляют 1,5-2,5%.

Охлаждение синхронных компенсаторов бывает двух типов: косвенное воздушное охлаждение с закрытой вентиляцией (аналогично турбогенераторам) для компенсаторов KC и косвенное водородное охлаждение с газоохладителями, встроенными в корпус, для компенсаторов CWC (см. рис. 1). Изоляция класса B и F используется в компенсаторах обоих типов.

Современные потребители электроэнергии характеризуются значительным потреблением реактивной мощности. Рост потребления реактивной мощности в основном связан с широким распространением электроустановок, использующих магнитные поля для преобразования энергии (электродвигатели, трансформаторы и т.д.). Токи преобразовательных устройств с ртутными вентилями и тиристорами, люминесцентного освещения и т.д. имеют значительную реактивную составляющую. Вследствие этого электрические сети нагружаются реактивной составляющей тока, что сопровождается снижением напряжения и большими потерями мощности при передаче и распределении энергии.

Если в центре нагрузки установить синхронный компенсатор, то он снимет реактивный ток в линиях, соединяющих электростанции с нагрузкой, что улучшит условия работы всей сети, генерируя реактивную мощность, необходимую потребителям. Синхронные компенсаторы также устанавливаются на передающих подстанциях, где они обеспечивают лучшее распределение напряжения вдоль линии и повышают стабильность параллельной работы. В зависимости от режима работы системы передачи может потребоваться, чтобы компенсатор работал как в режиме генерации, так и в режиме отбора реактивной мощности.

В режиме разряда линий электропередачи высокого и сверхвысокого напряжения, которых много в современных энергосистемах, большая некомпенсированная зарядная мощность приводит к повышению напряжения на нагрузках. В это время синхронный компенсатор переключается в режим потребления реактивной мощности.

Реактивная мощность, вырабатываемая или потребляемая синхронным компенсатором, зависит от тока возбуждения.

Общий вид синхронного компенсатора с водородным охлаждением в открытой установке на подстанции энергосистемы

При анализе работы синхронного компенсатора будем считать, что он подключен к сети, так что напряжение на зажимах остается практически неизменным при изменении тока статора (рис.2).
Рис.2. Векторные диаграммы синхронного компенсатора в различных режимах работы
a – без нагрузки,
b – перевозбуждение,

в – при возбужденииС изменением тока возбуждения ЭДС обмотки статора Eк. Режим, в котором ЭДС компенсатора равна напряжению сети, называется режимом холостого хода. По мере увеличения тока возбуждения ЭДС синхронного компенсатора будет превышать напряжение на его зажимах (режим перегрузки). Из-за разности напряжений Δ U’ = E’к – Uк ток Iк

. Поскольку сопротивление обмоток компенсатора в основном индуктивное, ток будет задержан по отношению к Δ U’ на угол, близкий к 90°.По отношению к вектору напряжения Uк

этот ток будет задержан на 90°. Затем компенсатор подает реактивную мощность в сеть.- Водород (на шахте установлены мощные вентиляторы для обеспечения интенсивной циркуляции газа).

Векторные диаграммы синхронного компенсатора в различных режимах работы

Синхронные компенсаторы

Синхронные компенсаторы (СК) используются для генерации реактивной мощности в электросети с целью повышения общего коэффициента мощности, стабилизации стандартных уровней напряжения в районах с высокой нагрузкой на потребителей, снижения потерь электроэнергии и оптимизации общей эффективности энергосистем.

Компенсатор – это легкий электродвигатель синхронного типа, работающий в режиме двигателя холостого хода, т.е. в режиме холостого хода, исключительно для выработки реактивной мощности. По этой причине компенсаторы, установленные на электроподстанциях, часто называют генераторами реактивной мощности. Наиболее мощными потребителями реактивной мощности являются асинхронные двигатели, которые приводят в движение множество движущихся устройств.

Однако в периоды сброса нагрузки часто необходимо забирать реактивную мощность из сети, так как напряжение в сети повышается, и для поддержания стандартного значения необходимо подавать в сеть индукционные токи. Для этого все синхронные компенсаторы оснащены автоматическим регулятором возбуждения, который регулирует ток возбуждения таким образом, что напряжение на клеммах компенсатора остается практически неизменным.

Существует несколько типов систем возбуждения для синхронных компенсаторов в зависимости от их номинальной мощности:

– возбуждение машины посредством подвозбуждения;

В режиме перегрузки ток компенсатора проводит напряжение на 90 градусов. Уменьшая ток возбуждения СК, как и в случае с синхронными двигателями, СК можно перевести в режим подвозбуждения. В этом случае ЭДС меньше напряжения в точке подключения, и ток компенсатора задерживается на 90 градусов по отношению к напряжению.

Синхронные компенсаторы – это мощные электрические машины. Стандартный диапазон номинальной мощности составляет от 10 кВА до 160 кВА. Коэффициент мощности варьируется от 0,92 до 0,95, с частотным диапазоном 8 или 6 полюсов, что дает скорость вращения ротора 750, 1000 об/мин соответственно. Обычно они имеют горизонтальную конструкцию вала и устанавливаются в залах подстанций или на открытом воздухе. Для наружной установки корпус компенсатора герметичен.

Компенсаторы выпускаются с двумя типами системы охлаждения:

– с воздушным охлаждением (для агрегатов мощностью до 25 МВА);

– водорода (для обеспечения интенсивной циркуляции газа на шахте установлены мощные вентиляторы).

В случае асинхронного пуска синхронные компенсаторы оснащены пусковыми обмотками, и для их пуска используется метод дроссельного пуска или в некоторых ситуациях прямой пуск.

К преимуществам синхронных компенсаторов относятся:

– способность плавно и автоматически регулировать величину реактивной мощности;

.
– возможность увеличения реактивной мощности путем увеличения/уменьшения тока возбуждения при снижении напряжения сети.
.
Текущий индикатор
Поэтому синхронные компенсаторы могут потреблять реактивную мощность, составляющую часть мощности, доступной в режиме перегрузки.
Для повышения эффективности необходимо разрабатывать компенсаторы с низкой производительностью, что влечет за собой увеличение стоимости устройства. Другим способом увеличения мощности является использование отрицательных режимов возбуждения (пунктирная линия на рисунке 5.51). Однако при реализации этого режима возникают трудности с обеспечением стабильной работы синхронного компенсатора. При отрицательном возбуждении, согласно уравнению угловой характеристики

Электрические машины – Синхронные компенсаторы Синхронные компенсаторы – это Генераторы и потребители реактивной мощности
. Они включаются в систему рядом с сильными нагрузочными блоками (рис. 5.50).
Синхронные компенсаторы могут снимать реактивные токи с линий электропередачи, увеличивая их использование и поддерживая определенный уровень напряжения в системе. Последнее важно не только для качества электроэнергии у потребителей, но и для повышения стабильности энергосистемы.
Затраты, связанные с установкой и эксплуатацией синхронных компенсаторов, возмещаются, если их мощность равна полной мощности линии электропередачи.
Конструктивно синхронные компенсаторы построены так же, как и синхронные двигатели. Единственное отличие заключается в том, что у них нет заделки выходного вала. Производительность синхронных компенсаторов при . Скорость, горизонтальное исполнение с ротором с видимыми полюсами.

Синхронные компенсаторы подключаются к сети методом асинхронного пуска, аналогично синхронным двигателям. Работа синхронного компенсатора описывается U-образной характеристикой (рис. 5.51). Эта характеристика ничем не отличается от соответствующей характеристики синхронного двигателя при . Важным свойством синхронного компенсатора является его способность стабилизировать сетевое напряжение. При снижении напряжения в сети (рис. 5.52, а ) реактивная мощность, отдаваемая компенсатором в сеть, увеличивается, и по мере увеличения напряжения (рис. 5.52, б
), компенсатор переходит в режим потребления реактивной мощности. Такая реакция компенсатора стабилизирует реактивный ток в линии электропередачи и тем самым стабилизирует напряжение.
Благодаря автоматическому управлению полем улучшаются стабилизирующие свойства синхронного компенсатора.
.
Наиболее термоемким режимом работы компенсатора является режим перегрузки. В этом режиме ток якоря достигает своего максимального значения, когда ток возбуждения номинальный (допустимый с точки зрения нагрева обмотки возбуждения),

.
По мере уменьшения тока возбуждения ток якоря сначала уменьшается почти до нуля (рис. 5.51), а затем снова увеличивается, достигая значения
.
Соотношение токов
Поэтому синхронные компенсаторы могут потреблять половину реактивной мощности, потребляемой из сети, по отношению к мощности, вызванной возбуждением.
Для повышения эффективности необходимо разрабатывать компенсаторы малого диаметра, что влечет за собой увеличение стоимости машины. Другой способ увеличения мощности – использование отрицательных режимов возбуждения (пунктирная линия на рис. 5.51). Однако при реализации этого режима возникают трудности с обеспечением стабильной работы синхронного компенсатора.

,
При отрицательном возбуждении, согласно уравнению угловой реакции
Знак первого члена становится положительным (, ), а знак второго члена не меняется, поэтому максимальная мощность , а значит и крутящий момент значительно уменьшаются (рис. 5.53). Ограничение устойчивости – это режим, при котором максимальная мощность уменьшается до величины механических потерь в компенсаторе.

Из рис. 5.53 следует, что допустимое значение отрицательного тока возбуждения будет тем больше, чем больше реактивный момент, в зависимости от соотношения . Использование отрицательного возбуждения позволяет увеличить потребление реактивной мощности на 40-50% по отношению к .- Активная компенсация – использование полупроводников

-2 Синхронный компенсатор: функция, принцип работы. Общая информация Важность качества электроэнергии (соотношение активной и реактивной составляющих – коэффициент мощности) становится все более очевидной, а использование коррекция коэффициента мощности

(ПФК). Улучшение качества электроэнергии путем повышения коэффициента мощности снижает затраты и гарантирует быстрый возврат инвестиций. При распределении электроэнергии в сетях малого и среднего напряжения, CCM фокусируется на соотношении активной и реактивной составляющих мощности (cosc) и оптимизации стабильности напряжения, генерируя реактивную мощность для повышения качества и стабильности напряжения на уровне распределения.Синхронный компенсатор, Машины с синхронными двигателями, работающие без активной нагрузки, предназначенные для улучшения коэффициента мощности (cos?) и регулирования напряжения в линиях и сетях электропередачи (ср. Компенсационные устройства ). Напряжение у потребителя (на конце линии электропередачи) изменяется в зависимости от изменения величины и характера нагрузки (индуктивной или емкостной) в электрической сети. Если нагрузка сети большая и индуктивная, подключается контур с избыточным возбуждением, что эквивалентно емкостной нагрузке. Для длинных линий передачи с малой нагрузкой на работу сети существенно влияет емкость, распределенная в линии. В этом случае к линии подключается СВ с пониженным возбуждением для компенсации емкостного тока в сети. Напряжение сети поддерживается постоянным путем регулировки тока возбуждения от напряжения AVR. Пуск постоянного тока такой же, как и для обычных синхронных двигателей, при этом пусковой ток постоянного тока составляет 30-100% от номинального значения. Они могут быть изготовлены с производительностью до 100 ква

Более мощные синхронные мотор-редукторы имеют водяное или водородное охлаждение. В основном они используются на электрических подстанциях.

Синхронные компенсаторы серий KC и KCB предназначены для работы в качестве генераторов реактивной мощности и используются для улучшения коэффициента мощности сети и регулирования ее напряжения. Синхронные компенсаторы серии KC закрытого типа с непрямым воздушным охлаждением предназначены для установки в закрытом помещении. Они вентилируются по замкнутому контуру с охлаждением воздуха в водяных охладителях, расположенных в траншее фундамента. Компенсаторы КСВ закрыты и охлаждаются водородом с манометрическим давлением 0,1 МПа в КСВ-50 и 0,2 МПа в КСВ-100 и КСВ-160. Водород охлаждается в охладителях, расположенных в торцах статора. Асинхронный пуск компенсаторов происходит при пониженном напряжении с помощью дросселя (до 40% для KWS-100 и KWS-160 и до 50% для остальных компенсаторов).

В настоящее время разработаны компенсаторы типа CWB и CWBO на основе компенсаторов серии CWB, которые возбуждаются бесщеточными индукторами, установленными на концах компенсаторов. Компенсаторы типа “KSR”: имеют обратимое возбуждение (положительное и отрицательное). Положительное возбуждение осуществляется, как и в КСВБ, возбудителем ВБД160-830У1, а отрицательное – возбудителем ВБДО160-145У1, который питает дополнительную обмотку возбуждения, размещенную на полюсах ротора компенсатора.

Выработка реактивной энергии

Все электрические устройства, использующие магнитные поля (двигатели, дроссели, трансформаторы, устройства индукционного нагрева, генераторы дуговой сварки), подвержены определенной временной задержке, называемой индуктивностью. Это отставание электрического устройства сохраняет направление тока в течение определенного времени, даже если отрицательное напряжение пытается изменить его на противоположное. Пока сохраняется этот сдвиг фаз, ток и напряжение имеют противоположные знаки. Отрицательная мощность, генерируемая в течение всего этого времени, возвращается в сеть. Когда ток и напряжение снова становятся равными по знаку, для восстановления магнитного поля индукционного оборудования требуется та же энергия. Эта обратная магнитная энергия называется реактивной мощностью. В сетях переменного тока (50/60 Гц) этот процесс повторяется 50-60 раз в секунду. Очевидное решение – хранить эту обратимую магнитную энергию в конденсаторах, чтобы освободить сеть (линии электропередач).

По этой причине автоматические системы компенсации реактивной мощности (расстроенные/стандартные) устанавливаются при высоких нагрузках, например, на заводах. Такие системы состоят из нескольких конденсаторных батарей, которые могут быть подключены и отключены по мере необходимости и управляются контроллером CCM на основе данных от трансформатора тока.

Низкий коэффициент мощности (cosc)

Низкий cosfc приводит к

– Низкий коэффициент мощности (cosCu) приведет к повышению затрат и увеличению потребления энергии,

– снижение мощности, передаваемой по сети,

– потери электроэнергии в сети

– увеличение потерь в трансформаторах

– Увеличение падения напряжения в распределительной сети

Увеличение коэффициента мощности

Увеличение коэффициента мощности может быть достигнуто путем

– Компенсация реактивной мощности – использование конденсаторов

– Активная компенсация – использование полупроводников

– Перегрузка синхронных машин (двигатель/генератор)

Типы КРМ (расстроенный или стандартный)

– Индивидуальная или фиксированная компенсация (каждый источник реактивной мощности компенсируется индивидуально)

– Групповая компенсация (источники реактивной мощности объединяются в группу и компенсируются как единое целое)

– Централизованная или автоматическая компенсация (через централизованную систему управления)

Читайте далее:
Сохранить статью?