Применение синхронных компенсаторов для регулирования напряжения

Синхронный компенсатор (СК) - это синхронный двигатель, работающий в режиме холостого хода, т.е. без нагрузки на валу. Потребляемая им активная мощность (если пренебречь потерями холостого хода) Р_ск»0, и СК загружен только реактивным током. По сравнению с обычным синхронным двигателем СК изготовляются с облегченным валом, они имеют меньшие размеры и массу.

Мощность, вырабатываемую СК, можно найти из выражения:

.

(9.18)

Величина и знак реактивной мощности СК зависят от соотношения между ЭДС E_q и U_c - напряжением в точке сети, где подключен СК. E_q определяется значением тока возбуждения, причем росту тока возбуждения соответствует увеличение E_q. Если E_q=U_c, реактивная мощность СК Q_ск=0. При повышении тока возбуждения (перевозбуждении) E_q>U_c и СК генерирует в сеть реактивную мощность, причем ток, генерируемый СК, I _ск опережает напряжение U _ск на 90^о.

Уменьшая ток возбуждения, можно получить режим недовозбуждения, тогда E_q<U_c и I _ск отстает на 90° от напряжения U _ск. В этом режиме СК потребляет реактивную мощность, получая ее из сети. Номинальная мощность синхронного компенсаторa Q_cк.ном указывается для режима перевозбуждения. По конструктивным особенностям, связанным с условиями нагрева обмоток, в режиме недовозбуждения Q_ск=0,5Q_ск.ном.

При выборе мощности СК ее находят для режима перевозбуждения, исходя из желаемого напряжения :

,

(9.19)

где

X – сопротивление сети, к которой подключен СК

Положительными свойствами СК как источников реактивной мощности являются:

· возможность увеличения генерируемой мощности, если напряжение в сети понижается;

· возможность плавного и автоматического регулирования реактивной мощности, причем как в сторону повышения, так и понижения напряжения.

Недостатки СК:

· наличие вращающихся частей требует присутствия обслуживающего персонала;

· стоимость 1 квар мощности, выработанной СК, во много раз больше 1квар, выработанного БСК.

Использование в качестве компенсирующего устройства синхронных компенсаторов иллюстрируется на рис. 9.11, а. Напряжение в конце линии до установки компенсатора определяется выражением:

(9.20)

Пусть U₂ ниже желаемого. При работе СК в режиме перевозбуждения Q_cк выдается в сеть, снижается переток по сети реактивной мощности, потеря напряжения снижается и U₂ повышается, определяясь следующим выражением:

(9.21)

Если U₂ выше желаемого, СК переводится в режим недовозбуждения. Тогда Q_cк потребляется из сети, повышается переток по сети реактивной мощности, потеря напряжения повышается и U₂ снижается, определяясь следующим выражением:

.

(9.22)

При перевозбуждении СК генерирует реактивную мощность . При недовозбуждении СК потребляет реактивную мощность , что приводит к увеличению потерь напряжения в сети и к уменьшению напряжения у потребителей. Недовозбуждение синхронных компенсаторов можно использовать, когда надо снизить напряжение, например в режиме наименьших нагрузок. На рис. 9.11, б и в представлены векторные диаграммы в режимах перевозбуждения и недовозбуждения.

В режиме перевозбуждения СК ток I _ск, выдаваемый в сеть, опережает на 90° напряжение U ₂. Из векторной диаграммы (рис. 9.11, б) видно, что в этом режиме модуль напряжения повышается с U₂ до U_2доп . В режиме недовозбуждения ток и реактивная мощность СК изменяют свои знаки на противоположные. Ток I _ск, текущий из сети, отстает на 90° от напряжения U ₂. Из векторной диаграммы (рис. 9.11, в) видно, что в этом режиме модуль напряжения понижается с U₂ до U_2доп.нм .

Включение в качестве компенсирующего устройства БСК позволяет только повышать напряжение, так как конденсаторы могут лишь вырабатывать реактивную мощность. Конденсаторы, подключенные параллельно к сети (рис.9.11, г), обеспечивают поперечную компенсацию. В этом случае БСК, генерируя реактивную мощность, повышает сosj сети и одновременно регулирует напряжение, поскольку уменьшаются потери напряжения в сети. В период малых нагрузок, когда напряжение в сети повышено, должно быть предусмотрено отключение части БСК, чтобы уровни напряжений не превышали допустимых значений.

Векторная диаграмма при поперечной компенсации с помощью БCК та же, что и для СК в режиме перевозбуждения (рис. 9.11, б), где вместо тока I _ск следует говорить о токе I _к. В этом случае, как и при использовании СК, уменьшается потеря напряжения в сети и увеличивается напряжение U ₂, а также угол сдвига между напряжениями в конце и в начале линии.