§ 22.4. Синхронний компенсатор

Синхронний компенсатор (СК) є синхронною машиною, призначеною для генерування реактивної потужності. Синхронний компенсатор включають електричну систему з метою підвищення її коефіцієнта потужності.

Принцип що відбуваються при цьому явищ полягає в тому, що необхідну для роботи деяких споживачів реактивну потужність виробляє синхронний генератор, встановлений на електростанції, а синхронний компенсатор, встановлений в безпосередній близькості до споживача. До споживачів змінного струму, потребують значної реактивної потужності, насамперед ставляться асинхронні двигуни. На рис. 22.7 показана система, що складається з синхронного генератора (СГ), що підвищує ТрІ і понижуючого ТрІІ трансформаторів, лінії електропередачі (ЛЕП), споживача Z та синхронного компенсатора (СК), включеного безпосередньо на вході споживача. Синхронний компенсатор, включений у мережу, працює як синхронний двигун без навантаження

, тобто в режимі x. х., і виробляє реактивну потужність,необхідну для роботи споживача Z, наприклад групи асинхронних двигунів. Завдяки цьому реактивна потужність у СГ та ЛЕП доведена до деякого мінімального значення. Це сприяє підвищенню техніко-економічних показників всієї електричної системи.

Мал. 22.7. Схема включення синхронного

компенсатора (СК) в електричну систему

Мал. 22.8. Застосування синхронного компенсатора для підвищення коефіцієнта потужності мережі

Для пояснення явищ, пов'язаних із підключенням СК до електричної системи, розглянемо рис. 22.8. При підключенні споживача Z до мережі з напругою

(рис. 22.8,) у мережі виникає струм,відстає по фазі від напругина кут, обумовлений значною індуктивною складовою струму.При підключенні СК паралельно споживачеві Z і створенні в СК режиму перезбудження (рис. 22.8,) в мережі з'явиться струм, що випереджає по фазі напругана кут 90 °. Результуючий струм у мережі

(22.1)

Фазовий зсув цього струму щодо напруги мережі

(кут) набагато менше кута фазового зсуву до включення СК(кут). Крім того, струмстане менше. У цьому можна переконатися виходячи з таких міркувань. Так як СК працює без навантаження на валу, його активна потужність не велика і визначається втратами х.х. у компенсаторі. Нехтуючи цими втратами, можна активну потужність мережі до підключення СК

(22.2)

прирівняти до активної потужності мережі після підключення СК:

(22.3)

Але оскільки

,а, то. В результаті синхронний генератор і лінія електропередачі розвантажуються, і втрати потужності в них зменшуються.

У деяких випадках СК працюють із недопорушенням. Необхідність у цьому виникає, якщо струм у системі містить значну ємнісну складову, яка не компенсується індуктивною складовою струму споживачів. Зазвичай ступінь збудження СК регулюють за допомогою автоматичних пристроїв.

Синхронні компенсатори застосовують для стабілізації напруги в мережі при передачі енергії по лініях великої протяжності. При великих індуктивних навантаженнях напруга в кінці лінії (у споживачів) виявляється набагато меншою, ніж на початку; при малих навантаженнях, навпаки, під впливом ємнісних опорів лінії напруга в кінці лінії може навіть підвищуватись порівняно з напругою на початку. Якщо ж наприкінці лінії (у споживачів) увімкнути СК, що працює при великих навантаженнях з перезбудженнямі при малих навантаженнях з недозбудженням, це дозволить підтримувати напругу в кінці лінії практично незмінним.

Умови нагрівання СК при випереджальному струмі (при перезбудженні) більш важкі, ніж при відставанні (при недозбудженні), тому номінальною потужністю компенсатора вважають потужність при збудженні.

Приклад 22.1.Споживач, включений в мережу змінного струму напругою

=6,3 кВ, споживає потужність 1500 кВ А при коефіцієнті потужності= 0,7 . Визначити потужність синхронного компенсатора, необхідного підвищення коефіцієнта потужності в мережі до= 0,95 (= 0,31). Визначити силу струму навантаження в мережі до і після компенсації.

Рішення.До включення СК реактивна потужність мережі кВ∙Ар, струм навантаження в мережі

А;

активна складова цього струму А.

Після включення СК реактивна потужність зменшилася до

кВ∙Ар.

Отже, підвищення коефіцієнта потужності установки від

= 0,7 до= 0,95 потрібно включити СК потужністю

кВ∙Ар.

При цьому активна складова струму мережі не зміниться (

= 97 А), а реактивна складова цього струму стане рівною

А.

Отже, струм у мережі після включення СК

А.

Зазвичай коефіцієнт потужності збільшують до 0,92-0,95, так як економія, одержувана від підвищення коефіцієнта потужності до одиниці, не виправдовує витрат, що збільшуються, обумовлених збільшеною потужністю синхронного компенсатора. Так, якщо в цьому прикладі потрібно було б збільшити коефіцієнт потужності в мережі до одиниці, то довелося б застосувати синхронний компенсатор потужністю 1050 кВ∙Ар, тобто майже вдвічі більше, ніж при

= 0,95.

Синхронні компенсатори – це електричні машини.великої потужності: від 10 до 160 тис. кв·А. Виконують їх з горизонтальним розташуванням валу на напругу від 6,6 до 16 кВ, частотою 50 Гц. Число полюсів у СК зазвичай складає 6 і 8, що відповідає частоті обертання ротора 1000 і 750 об/хв. У синхронних компенсаторах сучасних серій застосовано асинхронний пуск, тому ротор СК має пускову клітину.

Вал компенсатора не передає крутного моменту, і тому при його розрахунку враховують лише силу тяжіння ротора та силу магнітного тяжіння. У результаті вал СК проти валом синхронного двигуна має зменшений переріз. Це сприяє зменшенню габаритів та полегшенню СК. Так як вал СК немає виступаючого кінця, то СК порівняно легко герметизувати з метою застосування в ньому водневого охолодження (див. § 19.3).

Найбільш важливими характеристиками СК є U-подібні характеристики, що визначають основні параметри компенсатора: значення струмів в статорній обмотці і в обмотці збудження. У принципі, ці характеристики не відрізняються від U-подібної характеристики синхронного двигуна в режимі х.х. (

=0). Зазначені характеристики будують для різних напруг мережі.

Синхронний компенсатор не несе активного навантаження (його електромагнітна потужність

) і працює при значенні кута, що забезпечує СК велику здатність перевантаження.

1. Чим обмежується область сталої роботи синхронного двигуна?

2. Поясніть процес запуску синхронного двигуна?

3. Як регулюється коефіцієнт потужності синхронного двигуна?

4. Яким є призначення синхронного компенсатора?

5. Які переваги та недоліки синхронних двигунів у порівнянні з асинхронними?

---