Через какое устройство подключают синхронный компенсатор

§ 22.4. Синхронный компенсатор

Синхронный компенсатор (СК) представляет собой синхронную машину, предназначенную для генерирования реактивной мощности. Синхронный компенсатор включают в электрическую систему с целью повышения ее коэффициента мощности.

Принцип происходящих при этом явлений состоит в том, что необходимую для работы некоторых потребителей реактивную мощность вырабатывает не синхронный генератор, установленный на электростанции, а синхронный компенсатор, установленный в непосредственной близости к потребителю. К числу потребителей переменного тока, требующих значительной реактивной мощности, в первую очередь относятся асинхронные двигатели. На рис. 22.7 показана система, состоящая из синхронного генератора (СГ), повышающего ТрI и понижающего ТрII трансформаторов, линии электропередачи (ЛЭП), потребителя Z и синхронного компенсатора (СК), включенного непосредственно на входе потребителя. Синхронный компенсатор, включенный в сеть, работает как синхронный двигатель без нагрузки , т. е. в режиме х. х., и привырабатывает реактивную мощность , необходимую для работы потребителя Z, например группы асинхронных двигателей. Благодаря этому реактивная мощность в СГ и ЛЭП доведена до неко­торого минимального значения . Это способствует повышениютехнико-экономических показателей всей электрической системы.

Рис. 22.7. Схема включения синхронного

компенсатора (СК) в электрическую систему

Рис. 22.8. Применение синхронного компенсатора для по­вышения коэффициента мощности сети

Для пояснения явлений, связанных с подключением СК к электрической системе, рассмотрим рис. 22.8. При подключении потребителя Z к сети с напряжением (рис. 22.8,) в сети возникает ток , отстающий по фазе от напряжения на угол , обусловленный значительной индуктивной составляющей тока.При подключении СК параллельно потребителю Z и создании в СК режима перевозбуждения (рис. 22.8, ) в сети появится ток , опережающий по фазе напряжение на угол 90°. Результи­рующий ток в сети

(22.1)

Фазовый сдвиг этого тока относительно напряжения сети (угол ) намного меньше угла фазового сдвига до включения СК(угол ). Кроме того, токстанет меньше. В этом можноубедиться исходя из следующих соображений. Так как СК работа­ет без нагрузки на валу, то его активная мощность не велика и определяется потерями х.х. в компенсаторе. Пренебрегая этими потерями, можно активную мощность в сети до подключения СК

(22.2)

приравнять к активной мощности сети после подключения СК:

(22.3)

Но так как , а , то. В результатесинхронный генератор и линия электропередачи разгружаются, и потери мощности в них уменьшаются.

В некоторых случаях СК работают с недовозбуждением. Необхо­димость в этом возникает, если ток в системе содержит значительную емкостную составляющую, которая не компенсируется индуктивной составляющей тока потребителей. Обычно степень возбуждения СК регулируют посредством автоматических устройств.

Синхронные компенсаторы применяют также для стабилиза­ции напряжения в сети при передаче энергии по линиям большой протяженности. При больших индуктивных нагрузках напряжение в конце линии (у потребителей) оказывается намного меньше, чем в начале; при малых нагрузках, наоборот, под влиянием емкост­ных сопротивлений линии напряжение в конце линии может даже повышаться по сравнению с напряжением в начале. Если же в конце линии (у потребителей) включить СК, работающий при больших нагрузках с перевозбуждением и при малых нагрузках с недовозбуждением, то это позволит поддерживать напряжение в конце линии практически неизменным.

Условия нагревания СК при опережающем токе (при перевоз­буждении) более тяжелые, чем при отстающем (при недовозбуждении), поэтому номинальной мощностью компенсатора считают мощность при перевозбуждении.

Пример 22.1. Потребитель, включенный в сеть переменного тока напряже­нием = 6,3 кВ, потребляет мощность 1500 кВ·А при коэффициенте мощности = 0,7 . Определить мощность синхронного компенсатора, необходимого для повышения коэффициента мощности в сети до = 0,95 (= 0,31). Определить также силу тока нагрузки в сети до и после компенсации.

Решение. До включения СК реактивная мощность сети кВ∙Ар, ток нагрузки в сети

А;

активная составляющая этого тока А.

После включения СК реактивная мощность уменьшилась до

кВ∙Ар.

Таким образом, для повышения коэффициента мощности установки от = 0,7 до = 0,95 требуется включить СК мощностью

кВ∙Ар.

При этом активная составляющая тока сети не изменится (= 97 А), а реактивная составляющая этого тока станет равной

А.

Следовательно, ток в сети после включения СК

А.

Обычно коэффициент мощности увеличивают до 0,92—0,95, так как экономия, получаемая от повышения коэффициента мощности до единицы, не оправдывает увеличивающихся расходов, обусловленных возросшей мощностью синхронного компенсато­ра. Так, если в рассматриваемом примере потребовалось бы уве­личить коэффициент мощности в сети до единицы, то пришлось бы применить синхронный компенсатор мощностью 1050 кВ∙Ар, т. е. почти в два раза больше, чем при = 0,95.

Синхронные компенсаторы — это электрические машины большой мощности: от 10 до 160 тыс. кВ∙А. Выполняют их обыч­но с горизонтальным расположением вала на напряжение от 6,6 до 16 кВ, частотой 50 Гц. Число полюсов в СК обычно составляет = 6 и 8, что соответствует частоте вращения ротора 1000 и 750 об/мин. В синхронных компенсаторах современных серий применен асинхронный пуск, поэтому ротор СК снабжен пусковой клеткой.

Вал компенсатора не передает вращающего момента, и поэто­му при его расчете учитывают лишь силу тяжести ротора и силу магнитного притяжения. В итоге вал СК по сравнению с валом синхронного двигателя имеет уменьшенное сечение. Это способ­ствует уменьшению габаритов и облегчению СК. Так как вал СК не имеет выступающего конца, то СК сравнительно легко герме­тизировать с целью применения в нем водородного охлаждения (см. § 19.3).

Наиболее важными характеристиками СК являются U-образные характеристики, определяющие основные параметры компен­сатора: значения токов в обмотке статора и в обмотке возбужде­ния. В принципе эти характеристики не отличаются от U-образной характеристики синхронного двигателя в режиме х.х. (= 0). Указанные характеристики строят для разных напряжений сети.

Синхронный компенсатор не несет активной нагрузки (его электромагнитная мощность ) и работает при значении уг­ла , что обеспечивает СК большую перегрузочную способ­ность.

Контрольные вопросы.

1. Чем ограничивается область устойчивой работы синхронного двигателя?

2. Объясните процесс пуска синхронного двигателя?

3. Как регулируется коэффициент мощности синхронного двигателя?

4. Каково назначение синхронного компенсатора?

5. Каковы достоинства и недостатки синхронных двигателей по сравнению с асинхронными?

7. Синхронные компенсаторы и схемы их включения в сеть.

Синхронным компенсатором называют синхронную машину, работающую в двигательном режиме без нагрузки на валу при изменяющемся токе возбуждения. Синхронный компенсатор в зави­симости от тока возбуждения может выдавать реактивную мощность в сеть или потреблять ее из сети.

В конструктивном отношении он похож на турбогенератор, однако выполняется на среднюю частоту вращения (750—1000 об/мин). Ротор синхронного компенсатора изготовляется явнополюсным. Статор в конструктивном отношении подобен статору турбогенера­тора. Синхронный компенсатор характеризуется номинальной мощ­ностью, напряжением и током статора, частотой, номинальным током ротора и потерями в номинальном режиме. Номинальное напряжение синхронного компен­сатора в соответствии с ГОСТ устанавливается на 5 или 10% выше соответствующего номинального напряжения электрической сети. Номинальная мощность синхронного компенса­тора определяется как длительно допустимая нагрузка при номи­нальном напряжении, номинальных параметрах охлаждающей среды. Номинальный ток статора определяется на основании значений номинальной мощности и номинального напряжения.

Номинальный ток ротора — это наибольшее значение тока, при котором обеспечивается номинальная мощность компенсатора в режиме перевозбуждения при отклонении напряжения в сети в пределах ± 5% номинального напряжения.

Потери активной мощности при номинальных условиях охлаж­дения для синхронных компенсаторов находятся в пределах 1,5—2,5%.

Охлаждение синхронных компенсаторов выполняется двух видов: для компенсаторов серии КС—косвенное воздушное охлаждение с замкнутой системой вентиляции, для компенсаторов КСВ — косвенное водородное с ох­ладителями газа, вмонтированными в корпус (см. рис. 2-46). В обоих типах компенсаторов принята изоляция класса В.

Электрические сети загружаются реактивной составляющей тока, что сопровождается пони­жением напряжения и большими потерями мощности при передаче и распределении электроэнер­гии.

Рис. 2-47. Векторные диаграммы

сли в центре нагрузок включить синхронный компен­сатор, он, генерируя реактив­ную мощность, необходимую потребителям, позволит разгру­зить линии, соединяющие электростанции с нагрузкой, от ре­активного тока, что улучшит условия работы сети в целом. При этом синхронный компенсатор должен работать с перевозбуждением в режиме выдачи реактивной мощности. Син­хронные компенсаторы устанавливаются также на подстанциях электропередач, где с их помощью обеспечиваются лучшее распре­деление напряжения вдоль линий и повышение устойчивости па­раллельной работы. При этом в зависимости от режима работы электропередачи может потребоваться работа компенсатора как в режиме генерации, так ив режиме потребления реактивной мощности.

При анализе работы синхронного компенсатора будем счи­тать, что он включен в мощную сеть, вследствие чего при изменении тока статора напряжение на зажимах практически не меняется (рис. 2-47).

С изменением тока возбуждения изменяется э. д. с. обмотки статора E_K. Режим, когда э.д.с. компенсатора по значению равна напряжению сети, называют режимом холостого хода компенса­тора. При увеличении, тока возбуждения э. д. с. синхронного компенсатора превысит напряжение на его зажимах (режим пере­возбуждения). Под действием разности напряжений ∆U ’ =Е’к—U_K в статоре машины возникнет ток Iк. Поскольку сопротивление обмоток компенсатора является в основном индуктивным, ток будет отставать от разности ∆U’ на угол, близкий к 90°.

По отношению к вектору напряжения U_K указанный ток будет отстающим на 90°. Компенсатор при этом отдает реактивную мощ­ность в сеть. При недовозбуждении машины, когда Е’’к K, ток I_K будет опережать вектор U_K: машина будет потреблять реактивную мощ­ность из сети.

Для компенсаторов небольшой мощности с воздушным охлаж­дением применяют схему электромашинного возбуждения от гене­ратора постоянного тока, соединенного с ротором компенсатора.

у с к синхронного компенсатора. Наиболее распространенным способом пуска синхронного компенсатора явля­ется так называемый реакторный пуск (рис.2-48), при ко­тором компенсатор подключается к сети выключателем 2В через реактор, обладающий значительным индуктивным сопротивлением. Благодаря этому напряжение на выводах компенса­тора в начале пуска снижается до 45—50% номинального, а пусковой ток не превышает 2-2,8I_Н. Разворот компенсатора обеспечивается за счет асинхронного момента, для увеличения которого предусматривается специальная пу­сковая обмотка, расположенная в полюс­ных наконечниках ротора. В компенсаторах большой мощности массивные полюсы обе­спечивают создание достаточно большого асин­хронного момента, вследствие чего специаль­ной пусковой обмотки не требуется.

Когда частота вращения компенсатора при развороте приблизится к синхронной, подается возбуждение и компенсатор втягивается в синхронизм. Воздействуя на АРВ, устанавливают минимальный ток статора, а затем выключателем 1В шунтируют реактор, включая компенса­тор в сеть.

Компенсатор синхронный

синхронный электродвигатель, работающий без активной нагрузки, предназначенный для улучшения коэффициента мощности (cosφ) и регулирования напряжения в линиях электропередачи и в электрических сетях (см. Компенсирующие устройства). В зависимости от изменений величины и характера нагрузки (индуктивная или емкостная) электрической сети меняется напряжение у потребителя (на приемных концах линии электропередачи). Если нагрузка электрической сети велика и носит индуктивный характер, к сети подключают К. с., работающий в перевозбужденном режиме, что эквивалентно подключению емкостной нагрузки. При передаче электроэнергии по линии большой протяженности с малой нагрузкой на режим работы сети заметно влияет распределенная емкость в линии. В этом случае для компенсации емкостного тока в сети к линии подключают К. с., работающий в недовозбужденном режиме. Постоянство напряжения в линии поддерживается регулированием тока возбуждения от напряжения регулятора. Пуск К. с. осуществляется также, как и обычных синхронных двигателей; сила пускового тока К. с. составляет 30—100% его номинального значения. К. с. изготовляют мощностью до 100 ква и более; мощные К. с. имеют водородное или водяное охлаждение. Применяются главным образом на электрических подстанциях.

В. К. Иванов.

Большая советская энциклопедия. — М.: Советская энциклопедия . 1969—1978 .

• Компенсатор оптический
• Компенсационная точка

Смотреть что такое «Компенсатор синхронный» в других словарях:

• Компенсатор — (от лат. compenso возмещаю, уравновешиваю) в технике, 1) устройство или заполнитель для возмещения или уравновешивания влияния различных факторов (температуры, давления, положения и других) на состояние и работу сооружений, систем, машин … Большая советская энциклопедия
• Синхронный электродвигатель — Синхронная машина, работающая в режиме двигателя. Статор С. э. несёт на себе многофазную (чаще всего трёхфазную) якорную обмотку. На Роторе расположена обмотка возбуждения, имеющая такое же число полюсов, как и обмотка статора. Обмотка… … Большая советская энциклопедия
• СИНХРОННЫЙ КОМПЕНСАТОР — синхронная машина, работающая в режиме электродвигателя без активной нагрузки. Включение синхронного компенсатора эквивалентно присоединению к электрической сети емкостной или индуктивной нагрузки (в зависимости от режима синхронного… … Большой Энциклопедический словарь
• синхронный компенсатор — — [В.А.Семенов. Англо русский словарь по релейной защите] [Я.Н.Лугинский, М.С.Фези Жилинская, Ю.С.Кабиров. Англо русский словарь по электротехнике и электроэнергетике, Москва] Тематики релейная защита EN synchronous capacitorsynchronous… … Справочник технического переводчика
• КОМПЕНСАТОР — в технике устройство для устранения влияния различных факторов (температуры, давления, положения и др.) на состояние и работу систем, сооружений, машин, приборов. Выполняется в виде прокладок, заполнителей и др. устройств. Компенсаторами… … Большой Энциклопедический словарь
• синхронный компенсатор (электромашинный компенсатор) — 3.39 синхронный компенсатор (электромашинный компенсатор) : Синхронная машина, предназначенная для генерирования или потребления реактивной мощности. Источник: СТО 17330282.27.140.005 2008: Гидротурбинные установки. Организация эксплуатации … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации
• компенсатор — а; м. [от лат. compensare уравнивать, уравновешивать, возмещать] Название различных приборов, устройств, предназначенных для устранения влияния внешних воздействий на работу каких л. механизмов. * * * компенсатор (техн.), устройство для… … Энциклопедический словарь
• синхронный компенсатор — синхронная электрическая машина, работающая в режиме электродвигателя без активной нагрузки. Включение синхронного компенсатора эквивалентно присоединению к электрической сети ёмкостной или индуктивной нагрузки (в зависимости от режима… … Энциклопедический словарь
• синхронный компенсатор — sinchroninis kompensatorius statusas T sritis automatika atitikmenys: angl. synchronous compensator vok. Synchron Blindleistungsmaschine, f; synchrone Blindleistungsmaschine, f; synchroner Phasenschieber, m; Synchronkompensator, m; Synchron… … Automatikos terminų žodynas
• Синхронный компенсатор — – синхронная машина, работающая без механической нагрузки, предназначенная для выдачи или потребления реактивной мощности. СТ МЭК 50(411) 73. См. также Электромашинный компенсатор … Коммерческая электроэнергетика. Словарь-справочник

Синхронные компенсаторы

Синхронным компенсатором называют синхронную машину, работающую в двигательном режиме без нагрузки на валу при изменяющемся токе возбуждения. Синхронный компенсатор в зависимости от тока возбуждения может выдавать реактивную мощность в сеть или потреблять ее из сети. Общий вид синхронного компенсатора представлен на рис.1.

Рис.1. Общий вид синхронного компенсатора с водородным охлаждением
при открытой его установке на подстанции энергосистемы

В конструктивном отношении он похож на турбогенератор, однако выполняется на среднюю частоту вращения (750-1000 об/мин) Ротор синхронного компенсатора изготовляется явнополюсным. Статор в конструктивном отношении подобен статору турбогенератора.

Синхронный компенсатор характеризуется номинальной мощностью, напряжением и током статора, частотой, номинальным током ротора и потерями в номинальном режиме.

Номинальное напряжение

Номинальное напряжение синхронного компенсатора в соответствии с ГОСТ устанавливается на 5 или 10% выше соответствующего номинального напряжения электрической сети.

Номинальная мощность

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

Номинальные мощности синхронных компенсаторов определяются в киловольт-амперах и должны соответствовать ряду мощностей согласно ГОСТ 609-84. По этому ГОСТ минимальная мощность синхронного компенсатора определена в 2800 кВА. Максимальная мощность компенсаторов, выпускаемых в прошлом в СССР, равнялась 160 MBА.

Номинальный ток статора

Номинальный ток статора определяется на основании значений номинальной мощности и номинального напряжения.

Номинальный ток ротора

Номинальный ток ротора — это наибольшее значение тока, при котором обеспечивается номинальная мощность компенсатора в режиме перевозбуждения при отклонении напряжения в сети в пределах ± 5% номинального напряжения.

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

Охлаждение синхронных компенсаторов выполняется двух видов для компенсаторов серии КС — косвенное воздушное с замкнутой системой вентиляции (по аналогии с турбогенераторами), для компенсаторов КСВ — косвенное водородное с охладителями газа, вмонтированными в корпус (см. рис.1). В обоих типах компенсаторов принята изоляция классов В и F.

Современные электрические нагрузки характеризуются значительным потреблением реактивной мощности. Рост потребления реактивной мощности связан в первую очередь с широким применением электроустановок, в которых для преобразования энергии используются магнитные поля (электродвигатели, трансформаторы и т. п.). Значительную реактивную составляющую имеют токи преобразовательных устройств с ртутными вентилями и тиристорами, люминесцентное освещение и др. В связи с этим электрические сети загружаются реактивной составляющей тока, что сопровождается понижением напряжения и большими потерями мощности при передаче и распределении электроэнергии.

Если в центре нагрузок включить синхронный компенсатор, он, генерируя реактивную мощность, необходимую потребителям, позволит разгрузить линии, соединяющие электростанции с нагрузкой, от реактивного тока, что улучшит условия работы сети в целом При этом синхронный компенсатор должен работать с перевозбуждением в режиме выдачи реактивной мощности. Синхронные компенсаторы устанавливаются также на подстанциях электропередач, где с их помощью обеспечиваются лучшее распределение напряжения вдоль линий и повышение устойчивости параллельной работы. При этом в зависимости от режима работы электропередачи может потребоваться работа компенсатора как в режиме генерации, так и в режиме потребления реактивной мощности.

В режиме разгрузки линий электропередачи высокого и сверхвысокого напряжений, количество которых в современных энергосистемах значительно, большая некомпенсированная зарядная мощность приводит к повышению напряжения у потребителей. В этот период синхронный компенсатор переводят в режим потребления реактивной мощности.

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

При анализе работы синхронного компенсатора будем считать, что он включен в мощную сеть, вследствие чего при изменении тока статора напряжение на зажимах практически не меняется (рис.2).

Рис.2. Векторные диаграммы синхронного компенсатора в различных режимах
а — холостого хода,
б — перевозбуждения,
в — недовозбуждения

С изменением тока возбуждения изменяется ЭДС обмотки статора E_к. Режим, когда ЭДС компенсатора по значению равна напряжению сети, называют режимом холостого хода компенсатора. При увеличении тока возбуждения ЭДС синхронного компенсатора превысит напряжение на его зажимах (режим перевозбуждения). Под действием разности напряжений Δ U’ = Е’_к — U_к в статоре машины возникает ток I_к. Поскольку сопротивление обмоток компенсатора является в основном индуктивным, ток будет отставать от Δ U’ на угол, близкий к 90°.

По отношению к вектору напряжения U_к указанный ток будет отстающим на 90°. Компенсатор при этом отдает реактивную мощность в сеть.

При недовозбуждении машины, когда Е_к 

ПОДМЕНЮ СИНХРОННЫЙ КОМПЕНСАТОР

• Меню раздела
• Синхронные компенсаторы