Синхронный компенсатор. Синхронный компенсатор (СК) представляет собой синхрон­ную машину, предназначенную для генерирования реактивной мощности

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 TpI и понижающего TpII 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 (Р2 = 0), т. е. в режиме х. х., и при этом вырабатывает реактивную мощность Qcк, необходимую для работы потребителя Z, напри­мер группы асинхронных двигателей. Благодаря этому реактив­ная мощность в СГ и ЛЭП доведена до некоторого минималь­ного значения Qmjn. Это способствует повышению технико-эконо­мических показателей всей электрической системы.

Для пояснения явлений, связанных с подключением СК к электрической системе, рассмотрим рис. 22.8. При подключении потребителя Z к сети с напряжением Uc (рис. 22.8, а) в сети возникает ток Iг, отстающий по фазе от напряжения Uc на угол φz, обусловленный значительной индуктивной составляющей тока I2. При подключении СК параллельно потребителю Z и создании в СК режима перевозбуждения (рис. 22.8, б) в сети появится ток Iск, опережающий по фазе напряжение Uс на угол 90°. Ре­зультирующий ток в сети Ic =Iz + Icк (22.1)

Рис. 22.7. Схема включения синхронного компенсатора (СК) в электрическую систему

Фазовый сдвиг этого тока относительно напряжения сети Uc (угол φc) намного меньше угла фазового сдвига до включения СК (угол фz). Кроме того, ток Iс станет меньше (Iс <Iz). В этом можно убедиться 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

Pc = Pz = √3IzUccosφz (22.2)

приравнять к активной мощности сети после подключения СК:

P'c =√3IcUccosφz (22.3)

Но так как Рс = P'c, a cosφc> cosφz, то Iс< Iz. В результате синхронный 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.

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.

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 2р = 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. § 31.4).

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-образ- ной характеристики синхронного двигателя в режиме х. х. (Р2 = 0). Указанные характеристики строят для разных напряже­ний сети.

Синхронный компенсатор не несет активной нагрузки (его электромагнитная мощность Рэм≈0) и работает при значении угла θ = 0, 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?