Διαμήκης αντιστάθμιση άεργου ισχύος — φυσική έννοια και τεχνική υλοποίηση

Για τη βελτίωση της απόδοσης των υφιστάμενων γραμμών ισχύος, καθώς και για τη βελτίωση της απόδοσης τους, χρησιμοποιούνται συσκευές για τη διαμήκη αντιστάθμιση της άεργου ισχύος. Σήμερα, η αφθονία των διαφορετικών πηγών παραγωγής με διαφορετική χωρητικότητα, καθώς και των γραμμών υψηλής τάσης, ειδικά εκείνων που μεταφέρουν ηλεκτρική ενέργεια σε μεγάλες αποστάσεις, οδηγεί σε μια αυξανόμενη ζήτηση για αύξηση όχι μόνο της αξιοπιστίας των συστημάτων ισχύος γενικά, αλλά και για βελτίωση την αποτελεσματικότητά τους.

Υπάρχουν δύο τρόποι για να αυξηθεί η ικανότητα μετάδοσης των γραμμών ηλεκτρικής ενέργειας, ο πρώτος από τους οποίους είναι η άμεση αύξηση της διατομής της γραμμής και ο δεύτερος είναι η χρήση διαμήκων σχημάτων για την αντιστάθμιση της άεργου ισχύος. Ο δεύτερος τρόπος - η διαμήκης αντιστάθμιση άεργου ισχύος - αποδεικνύεται ότι είναι πιο οικονομικός τρόπος για να επιτευχθεί αυτός ο στόχος τόσο για συνδέσεις μεταξύ συστημάτων όσο και για ενδοσυστημικές συνδέσεις.

Είναι γνωστό ότι όταν η άεργος ισχύς μεταδίδεται μέσω καλωδίων, υπάρχουν σημαντικές πτώσεις τάσης και αυξήσεις ρεύματος σε τμήματα των ηλεκτρικών δικτύων, και αυτό δημιουργεί περιορισμούς στη μετάδοση χρήσιμης, ενεργού ισχύος.

Η διαμήκης αντιστάθμιση άεργου ισχύος συνεπάγεται πρόσθετη σύνδεση πυκνωτών σε σειρά με το φορτίο μέσω μετασχηματιστών ανύψωσης ή απομόνωσης, γεγονός που καθιστά δυνατή την επίτευξη αυτόματης ρύθμισης τάσης ανάλογα με την τρέχουσα τιμή του ρεύματος φορτίου.

Φυσικά, με τη διαχρονική αντιστάθμιση, οι καταστάσεις έκτακτης ανάγκης είναι αναπόφευκτες, οι λόγοι για τους οποίους μπορεί να είναι:

• διακλάδωση των πυκνωτών, η οποία μπορεί να προκαλέσει υπερτάσεις.

• φαινόμενο σιδηροσυντονισμού;

• ζημιά στους πυκνωτές από το εσωτερικό.

Για να αποφευχθεί η ζημιά από μια ξαφνική αύξηση της τάσης, οι πυκνωτές σε τέτοιες στιγμές πρέπει να αποσυνδέονται αυτόματα από έναν διακόπτη υψηλής τάσης ή να αποφορτίζονται αμέσως μέσω ενός κενού σπινθήρα.

Εφόσον οι πυκνωτές αντιστάθμισης άεργου ισχύος είναι συνδεδεμένοι σε σειρά στο κύκλωμα εναλλασσόμενου ρεύματος, ολόκληρο το ρεύμα γραμμής ρέει μέσα από αυτούς και επομένως το ρεύμα βραχυκυκλώματος, εάν υπάρχει, θα ρέει επίσης μέσω αυτών.

Για την αύξηση της ικανότητας μετάδοσης, εφαρμόζεται διαμήκης αντιστάθμιση σε γραμμές υψηλής τάσης, γεγονός που διασφαλίζει τη σταθερότητα των συστημάτων ισχύος που περιλαμβάνουν αυτές τις γραμμές.

Στη διαμήκη αντιστάθμιση, το ρεύμα του πυκνωτή είναι ίσο με το συνολικό ρεύμα φορτίου που διαρρέει και η ισχύς Q της συστοιχίας πυκνωτή είναι μια μεταβλητή τιμή που εξαρτάται από το φορτίο κάθε δεδομένη στιγμή.Αυτή η άεργος ισχύς μπορεί να υπολογιστεί χρησιμοποιώντας τον τύπο:

Bk =Az2/ωC

Και δεδομένου ότι η ισχύς των πυκνωτών στη διαδικασία της διαμήκους αντιστάθμισης δεν παραμένει σταθερή, τότε η τάση αυξάνεται επίσης κατά ένα ποσό που είναι ανάλογο με την αλλαγή στο άεργο φορτίο της δεδομένης γραμμής, δηλαδή η τάση των πυκνωτών είναι σε καμία περίπτωση σταθερή, όπως στη διασταυρούμενη αντιστάθμιση της άεργου ισχύος.

Οι εναλλασσόμενες χωρητικές μονάδες διαμήκους αντιστάθμισης είναι πολύ δημοφιλείς σήμερα.Τέτοιες εγκαταστάσεις χρησιμοποιούνται για τη μείωση της επίδρασης της επαγωγικής συνιστώσας της αντίδρασης μετασχηματιστών δικτύων έλξης και υποσταθμών έλξης στην τάση που εφαρμόζεται στον παντογράφο μιας ηλεκτρικής ατμομηχανής. Εδώ, όπως προαναφέρθηκε, ένας πυκνωτής συνδέεται σε σειρά με τον παντογράφο.

Στους ρωσικούς υποσταθμούς έλξης, αυτές οι εγκαταστάσεις είναι εγκατεστημένες σε γραμμή αναρρόφησης, όπου η εγκατάσταση διαμήκους αντιστάθμισης χρησιμεύει για την αύξηση της τάσης, την αποφυγή της επίδρασης των φάσεων πορείας ή υστέρησης, επιτυγχάνονται συμμετρικές τάσεις με ίσα ρεύματα στους βραχίονες τροφοδοσίας, η γενική τάση Η κατηγορία για εξοπλισμό εργασίας μειώνεται και ο σχεδιασμός της εγκατάστασης απλοποιείται...

Το σχήμα δείχνει ένα διάγραμμα που δείχνει μόνο ένα τμήμα διαμήκων πυκνωτών αντιστάθμισης, από τους οποίους στην πραγματικότητα υπάρχουν αρκετοί συνδεδεμένοι παράλληλα μεταξύ τους.

Η τάση στις περιελίξεις χαμηλής τάσης των μετασχηματιστών Τ1 και Τ2, που συνδέονται σε σειρά, τροφοδοτείται από μια σειρά πυκνωτών μέσω ενός διακόπτη θυρίστορ και μιας περιοριστικής αντίστασης.Σε αυτή την περίπτωση, οι περιελίξεις υψηλής τάσης αυτών των μετασχηματιστών συνδέονται σε αντίθετες κατευθύνσεις και με βραχυκύκλωμα, η τάση στους πυκνωτές αυξάνεται.

Τη στιγμή που η τάση φτάσει στη ρύθμιση, ο διακόπτης θυρίστορ ενεργοποιείται και το τόξο του εκφορτιστή τριών ηλεκτροδίων αναφλέγεται αμέσως. Όταν ο επαφέας κενού είναι ενεργοποιημένος, το τόξο στην εκκένωση σβήνει.

Τα πλεονεκτήματα τέτοιων εγκαταστάσεων για διαμήκη αντιστάθμιση περιλαμβάνουν:

• συμμετρική τάση διαύλου.

• μείωση των διακυμάνσεων της τάσης και αύξηση του επιπέδου της στους ηλεκτρικούς δέκτες.

Μειονεκτήματα:

• δύσκολες συνθήκες λειτουργίας των πυκνωτών της εγκατάστασης σε σύγκριση με την πλευρική αντιστάθμιση, καθώς το ρεύμα βραχυκύκλωσης του δικτύου έλξης ρέει μέσω των πυκνωτών και εδώ απαιτείται αξιόπιστη προστασία υπέρβασης ταχύτητας.

• υπερφόρτωση πυκνωτών σε επικίνδυνες λειτουργίες: αναγκαστική, έκτακτης ανάγκης, μετά την ανάγκη.

Για να επιτευχθεί το καλύτερο αποτέλεσμα της αντιστάθμισης άεργου ισχύος, θα πρέπει να χρησιμοποιούνται ρυθμιζόμενες εγκαταστάσεις με συνδυασμένη λειτουργία διαμήκους και πλευρικής αντιστάθμισης.

Τα πλεονεκτήματα της χρήσης εγκαταστάσεων διαμήκους αντιστάθμισης γενικά περιλαμβάνουν:

• αύξηση της ισχύος που μεταδίδεται στη γραμμή.

• βελτίωση της σταθερότητας των συστημάτων ισχύος κατά τη διάρκεια φορτίων αιχμής.

• σημαντική μείωση των απωλειών ενεργού ισχύος.

• βελτίωση της ποιότητας της ηλεκτρικής ενέργειας στα δίκτυα·

• υψηλή απόδοση της διανομής ισχύος σε παράλληλες γραμμές.

• εξαλείφεται η ανάγκη κατασκευής πηγών παραγωγής σε απομακρυσμένες περιοχές.

• Τα τμήματα διασύνδεσης και οι τεχνικές παράμετροι των γραμμών δεν χρειάζεται να αυξηθούν.

Το κύριο οικονομικό πλεονέκτημα της χρήσης διαμήκων συσκευών αντιστάθμισης είναι η εξοικονόμηση ενέργειας. Οχι μόνο αυτό η ποιότητα της ηλεκτρικής ενέργειας βελτιώνεται, επομένως ο αριθμός των γραμμών ισχύος μπορεί να μειωθεί εάν χρησιμοποιηθεί διαμήκης αντιστάθμιση άεργου ισχύος. Η προστασία του περιβάλλοντος είναι φυσικό επακόλουθο της εισαγωγής αυτής της τεχνολογίας, ιδιαίτερα σε μεγάλη κλίμακα.

Το κόστος των εγκαταστάσεων είναι τέτοιο που μια νέα γραμμή μεταφοράς κοστίζει 10 φορές περισσότερο από μια συσκευή διαμήκους αντιστάθμισης με την ίδια ικανότητα μεταφοράς. Ως αποτέλεσμα, η ανάκτηση ενός τέτοιου συστήματος είναι μόνο λίγα χρόνια σε σύγκριση με τις παραδοσιακές γραμμές μεταφοράς.