Σύγχρονοι αντισταθμιστές σε ηλεκτρικά δίκτυα
Ο σύγχρονος αντισταθμιστής είναι ένας ελαφρύς σύγχρονος κινητήρας σχεδιασμένος για λειτουργία στο ρελαντί.
Οι κύριοι καταναλωτές ηλεκτρικής ενέργειας, εκτός από την ενεργό ισχύ, καταναλώνουν και από τις γεννήτριες του συστήματος δύναμη αντίδρασης… Ο αριθμός των χρηστών που απαιτούν μεγάλα αντιδραστικά ρεύματα μαγνήτισης για τη δημιουργία και τη διατήρηση της μαγνητικής ροής περιλαμβάνει ασύγχρονους κινητήρες, μετασχηματιστές, επαγωγικούς κλιβάνους και άλλους. Ως αποτέλεσμα, τα δίκτυα διανομής λειτουργούν συνήθως με ρεύμα καθυστέρησης.
Η άεργος ισχύς που παράγεται από τη γεννήτρια λαμβάνεται με το χαμηλότερο κόστος. Ωστόσο, η μεταφορά άεργου ισχύος από γεννήτριες συνδέεται με πρόσθετες απώλειες σε μετασχηματιστές και γραμμές μεταφοράς. Επομένως, για την απόκτηση άεργου ισχύος, καθίσταται οικονομικά συμφέρουσα η χρήση σύγχρονων αντισταθμιστών που βρίσκονται στους κομβικούς υποσταθμούς του συστήματος ή απευθείας στους καταναλωτές.
Οι σύγχρονοι κινητήρες, χάρη στη διέγερση συνεχούς ρεύματος, μπορούν να λειτουργήσουν με cos = 1 και δεν καταναλώνουν άεργο ισχύ από το δίκτυο και κατά τη λειτουργία, με υπερδιέγερση, δίνουν άεργη ισχύ στο δίκτυο. Ως αποτέλεσμα, βελτιώνεται ο συντελεστής ισχύος του δικτύου και μειώνονται η πτώση τάσης και οι απώλειες σε αυτό, καθώς και ο συντελεστής ισχύος των γεννητριών που λειτουργούν σε σταθμούς ηλεκτροπαραγωγής.
Οι σύγχρονοι αντισταθμιστές έχουν σχεδιαστεί για να αντισταθμίζουν τον συντελεστή ισχύος του δικτύου και να διατηρούν το κανονικό επίπεδο τάσης του δικτύου σε περιοχές όπου είναι συγκεντρωμένα τα φορτία των καταναλωτών.
Ένας σύγχρονος αντισταθμιστής είναι μια σύγχρονη μηχανή που λειτουργεί σε λειτουργία κινητήρα χωρίς φορτίο άξονα με εναλλασσόμενο ρεύμα στο πεδίο.
Στη λειτουργία υπερδιέγερσης, το ρεύμα οδηγεί την τάση δικτύου, δηλαδή είναι χωρητικό σε σχέση με αυτήν την τάση και στη λειτουργία υποδιέγερσης υστερεί, επαγωγικό. Σε αυτόν τον τρόπο λειτουργίας, το σύγχρονο μηχάνημα γίνεται αντισταθμιστής — γεννήτρια άεργου ρεύματος.
Ο υπερδιεγερμένος τρόπος λειτουργίας του σύγχρονου αντισταθμιστή είναι φυσιολογικός όταν παρέχει άεργο ισχύ στο δίκτυο.
Οι σύγχρονοι αντισταθμιστές δεν διαθέτουν κινητήρες μετάδοσης κίνησης και ως προς τη λειτουργία τους είναι ουσιαστικά σύγχρονοι κινητήρες αδρανούς.
Για το σκοπό αυτό, κάθε σύγχρονος αντισταθμιστής είναι εξοπλισμένος με έναν αυτόματο ρυθμιστή διέγερσης ή τάσης, ο οποίος ρυθμίζει το μέγεθος του ρεύματος διέγερσης έτσι ώστε η τάση στους ακροδέκτες του αντισταθμιστή να παραμένει σταθερή.
Για να βελτιωθεί ο συντελεστής ισχύος και συνεπώς να μειωθεί η γωνία μετατόπισης μεταξύ του ρεύματος και της τάσης από την τιμή του φw σε φc, απαιτείται άεργος ισχύς:
όπου P είναι η μέση ενεργή ισχύς, kvar. φsv — μετατόπιση φάσης που αντιστοιχεί στον σταθμισμένο μέσο συντελεστή ισχύος. φk — μετατόπιση φάσης που θα επιτευχθεί μετά την αντιστάθμιση. α — ένας συντελεστής ίσος με περίπου 0,9 εισήχθη στους υπολογισμούς για να ληφθεί υπόψη μια πιθανή αύξηση του συντελεστή ισχύος χωρίς την εγκατάσταση αντισταθμιστικών συσκευών.
Επιπρόσθετα αντιστάθμιση άεργου ρεύματος Απαιτούνται επαγωγικά βιομηχανικά φορτία, σύγχρονοι αντισταθμιστές γραμμής. Σε μεγάλες γραμμές μεταφοράς, σε χαμηλό φορτίο, υπερισχύει η χωρητικότητα της γραμμής και λειτουργούν με ρεύμα οδήγησης. Για να αντισταθμιστεί αυτό το ρεύμα, ο σύγχρονος αντισταθμιστής πρέπει να λειτουργεί με ρεύμα καθυστέρησης, δηλαδή με ανεπαρκή διέγερση.
Με σημαντικό φορτίο στις γραμμές ηλεκτρικής ενέργειας, όταν επικρατεί η αυτεπαγωγή των καταναλωτών ηλεκτρικής ενέργειας, η γραμμή ισχύος λειτουργεί με ρεύμα υστέρησης. Σε αυτήν την περίπτωση, ο σύγχρονος αντισταθμιστής πρέπει να λειτουργεί με ρεύμα προπορευόμενου ρεύματος, δηλαδή υπερδιεγερμένο.
Μια αλλαγή στο φορτίο στη γραμμή ισχύος προκαλεί αλλαγή στις ροές άεργου ισχύος σε μέγεθος και φάση και οδηγεί σε σημαντικές διακυμάνσεις στην τάση της γραμμής. Από αυτή την άποψη, καθίσταται αναγκαία η ρύθμιση.
Οι σύγχρονοι αντισταθμιστές εγκαθίστανται συνήθως σε περιφερειακούς υποσταθμούς.
Για τη ρύθμιση της τάσης στο τέλος ή στη μέση των γραμμών μεταφοράς ηλεκτρικής ενέργειας, μπορούν να δημιουργηθούν ενδιάμεσοι υποσταθμοί με σύγχρονους αντισταθμιστές, οι οποίοι πρέπει να ρυθμίζουν ή να διατηρούν την τάση αμετάβλητη.
Η λειτουργία τέτοιων σύγχρονων αντισταθμιστών είναι αυτοματοποιημένη, γεγονός που δημιουργεί τη δυνατότητα ομαλού αυτόματου ελέγχου της παραγόμενης άεργου ισχύος και τάσης.
Για την εκτέλεση ασύγχρονης εκκίνησης, όλοι οι σύγχρονοι αντισταθμιστές διαθέτουν πηνία εκκίνησης σε μέρη πόλου ή οι πόλοι τους είναι τεράστιοι. Στην περίπτωση αυτή, χρησιμοποιείται η άμεση μέθοδος και, εάν είναι απαραίτητο, η μέθοδος εκκίνησης του αντιδραστήρα.
Σε ορισμένες περιπτώσεις, ισχυροί αντισταθμιστές τίθενται επίσης σε λειτουργία χρησιμοποιώντας επαγωγικούς κινητήρες φάσης εκκίνησης που είναι τοποθετημένοι μαζί τους στον ίδιο άξονα. Για συγχρονισμό με το δίκτυο, συνήθως χρησιμοποιείται η μέθοδος αυτοσυγχρονισμού.
Δεδομένου ότι οι σύγχρονοι αντισταθμιστές δεν αναπτύσσουν ενεργή ισχύ, το ζήτημα της στατικής σταθερότητας της εργασίας για αυτούς χάνει το επείγον του. Εξαιτίας αυτού, κατασκευάζονται με μικρότερο διάκενο αέρα από τις γεννήτριες και τους κινητήρες. Η μείωση του διακένου διευκολύνει την περιέλιξη του πεδίου και μειώνει το κόστος του μηχανήματος.
Η ονομαστική φαινόμενη ισχύς του σύγχρονου αντισταθμιστή αντιστοιχεί στη λειτουργία του με υπερδιέγερση, δηλ. Η ονομαστική ισχύς του σύγχρονου αντισταθμιστή είναι η άεργος ισχύς του στο ρεύμα οδήγησης, το οποίο μπορεί να μεταφέρει για μεγάλο χρονικό διάστημα σε κατάσταση λειτουργίας.
Οι υψηλότερες τιμές ρεύματος και ισχύος υποδιέγερσης επιτυγχάνονται όταν λειτουργεί σε άεργο τρόπο.
Στις περισσότερες περιπτώσεις, η λειτουργία υποδιέγερσης απαιτεί λιγότερη ισχύ από τη λειτουργία υπερδιέγερσης, αλλά σε ορισμένες περιπτώσεις απαιτείται περισσότερη ισχύς. Αυτό μπορεί να επιτευχθεί αυξάνοντας το διάκενο, αλλά αυτό οδηγεί σε αύξηση του κόστους του μηχανήματος, και ως εκ τούτου το ζήτημα της χρήσης μιας λειτουργίας αρνητικού ρεύματος διέγερσης έχει τεθεί πρόσφατα. Δεδομένου ότι ο σύγχρονος αντισταθμιστής από την άποψη της ενεργού ισχύος είναι φορτωμένος μόνο με απώλειες, μπορεί, σύμφωνα με τον ίδιο, να λειτουργήσει σταθερά και με μικρή αρνητική διέγερση.
Σε ορισμένες περιπτώσεις, σε ξηρές περιόδους, για λειτουργία σε λειτουργία αντιστάθμισης, χρησιμοποιούνται επίσης υδροηλεκτρικές γεννήτριες.
Δομικά, οι αντισταθμιστές δεν διαφέρουν ουσιαστικά από τις σύγχρονες γεννήτριες. Έχουν το ίδιο σύστημα μαγνήτη, σύστημα διέγερσης, ψύξη κ.λπ. Όλοι οι σύγχρονοι αντισταθμιστές μέσης ισχύος είναι αερόψυκτοι και κατασκευασμένοι με διεγέρτη και διεγέρτη.
Λόγω του γεγονότος ότι οι σύγχρονοι αντισταθμιστές δεν έχουν σχεδιαστεί για να εκτελούν μηχανικές εργασίες και δεν φέρουν ενεργό φορτίο στον άξονα, έχουν μηχανικά ελαφριά κατασκευή. Οι αντισταθμιστές παράγονται ως μηχανές σχετικά χαμηλής ταχύτητας (1000 - 600 σ.α.λ.) με οριζόντιο άξονα και ρότορα κυρτού πόλου.
Μια γεννήτρια ρελαντί με κατάλληλη διέγερση μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως σύγχρονος αντισταθμιστής.Σε μια υπερδιεγερμένη γεννήτρια εμφανίζεται ένα ρεύμα εξισορρόπησης το οποίο είναι καθαρά επαγωγικό ως προς την τάση της γεννήτριας και καθαρά χωρητικό ως προς το δίκτυο.
Πρέπει να ληφθεί υπόψη ότι μια υπερδιεγερμένη σύγχρονη μηχανή, είτε λειτουργεί ως γεννήτρια είτε ως κινητήρας, μπορεί να θεωρηθεί σε σχέση με το δίκτυο ως χωρητικότητα και μια μη διεγερμένη σύγχρονη μηχανή ως αυτεπαγωγή.
Για να μεταφέρετε τη συνδεδεμένη στο δίκτυο γεννήτρια στη λειτουργία σύγχρονης αντιστάθμισης, αρκεί να κλείσετε την πρόσβαση του ατμού (ή του νερού) στον στρόβιλο. Σε αυτή τη λειτουργία, η υπερδιεγερμένη γεννήτρια στροβίλου αρχίζει να καταναλώνει μια μικρή ποσότητα ενεργού ισχύος από το δίκτυο μόνο για να καλύψει τις απώλειες περιστροφής (μηχανικές και ηλεκτρικές) και μεταφέρει την άεργο ισχύ στο δίκτυο.
Στη λειτουργία του σύγχρονου αντισταθμιστή, η γεννήτρια μπορεί να λειτουργήσει για μεγάλο χρονικό διάστημα και εξαρτάται μόνο από τις συνθήκες λειτουργίας του στροβίλου.
Εάν είναι απαραίτητο, η γεννήτρια στροβίλου μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως σύγχρονος αντισταθμιστής τόσο με τον στρόβιλο να περιστρέφεται (μαζί με τον στρόβιλο) όσο και με απενεργοποιημένο, δηλ. με τον συμπλέκτη αποσυναρμολογημένο.
Η περιστροφή του ατμοστρόβιλου στην πλευρά της γεννήτριας που έχει μπει σε λειτουργία οδήγησης μπορεί να προκαλέσει υπερθέρμανση του τμήματος ουράς του στροβίλου.