Compensazione della potenza reattiva longitudinale: significato fisico e implementazione tecnica

Per migliorare l'efficienza delle linee elettriche esistenti, nonché per migliorarne la portata, vengono utilizzati dispositivi per la compensazione longitudinale della potenza reattiva. Oggi, l'abbondanza di diverse fonti di generazione con diverse capacità, così come le linee ad alta tensione, soprattutto quelle che trasmettono energia elettrica su lunghe distanze, porta ad una crescente domanda per aumentare non solo l'affidabilità dei sistemi di alimentazione in generale, ma anche per migliorare la loro efficienza.

Esistono due modi per aumentare la capacità di trasmissione delle linee elettriche, il primo dei quali è aumentare direttamente la sezione trasversale della linea e il secondo è utilizzare schemi longitudinali per compensare la potenza reattiva. Il secondo modo, la compensazione della potenza reattiva longitudinale, si rivela un modo più economico per raggiungere questo obiettivo sia per le connessioni inter-sistema che intra-sistema.

È noto che quando la potenza reattiva viene trasmessa sui fili, si verificano notevoli cadute di tensione e aumenti di corrente nelle sezioni delle reti elettriche e ciò crea limitazioni alla trasmissione di potenza attiva utile.

La compensazione longitudinale della potenza reattiva implica il collegamento aggiuntivo di condensatori in serie con il carico mediante trasformatori elevati o di isolamento, che consente di ottenere una regolazione automatica della tensione in base al valore corrente della corrente di carico.

Naturalmente, con la compensazione longitudinale, le modalità di emergenza sono inevitabili, i cui motivi possono essere:

• shunt di condensatori, che possono causare sovratensioni;

• fenomeno di ferrorisonanza;

• danni ai condensatori dall'interno.

Per evitare danni causati da un improvviso aumento della tensione, i condensatori in tali momenti devono essere automaticamente scollegati da un interruttore ad alta tensione o scaricati immediatamente attraverso uno spinterometro.

Poiché i condensatori di compensazione della potenza reattiva sono collegati in serie nel circuito CA, l'intera corrente di linea scorre attraverso di essi e quindi anche l'eventuale corrente di cortocircuito li attraversa.

Per aumentare la capacità di trasmissione, nelle linee ad alta tensione viene applicata la compensazione longitudinale, che garantisce la stabilità dei sistemi di alimentazione che includono queste linee.

Nella compensazione longitudinale, la corrente del condensatore è uguale alla corrente di carico totale I che lo attraversa e la potenza del banco di condensatori Q è un valore variabile che dipende dal carico in un dato momento.Questa potenza reattiva può essere calcolata utilizzando la formula:

Bk =Az2/ωC

E poiché la potenza dei condensatori nel processo di compensazione longitudinale non rimane costante, anche la tensione aumenta di una quantità proporzionale alla variazione del carico reattivo della linea data, ovvero la tensione dei condensatori è tutt'altro che costante, come nella compensazione incrociata della potenza reattiva.

Oggi sono molto diffuse le unità di compensazione longitudinale capacitive di commutazione, che vengono utilizzate per ridurre l'influenza della componente induttiva della reattanza dei trasformatori delle reti di trazione e delle sottostazioni di trazione sulla tensione applicata al pantografo di una locomotiva elettrica. Qui, come accennato in precedenza, un condensatore è collegato in serie al pantografo.

Nelle sottostazioni di trazione russe, queste installazioni sono installate in una linea di aspirazione, dove l'installazione della compensazione longitudinale serve ad aumentare la tensione, prevenire l'effetto di fasi in anticipo o in ritardo, si ottengono tensioni simmetriche con correnti uguali nei bracci di alimentazione, la tensione generale la classe per le attrezzature di lavoro è ridotta e il design dell'impianto è semplificato...

La figura mostra uno schema che mostra solo una sezione di condensatori di compensazione longitudinali, di cui in realtà ce ne sono diversi collegati in parallelo tra loro.

La tensione agli avvolgimenti di bassa tensione dei trasformatori T1 e T2, collegati in serie, è fornita da una fila di condensatori attraverso un interruttore a tiristori e un resistore limitatore.In questo caso, gli avvolgimenti ad alta tensione di questi trasformatori sono collegati in direzioni opposte e, con un cortocircuito, la tensione nei condensatori aumenta.

Nel momento in cui la tensione raggiunge l'impostazione, l'interruttore a tiristori viene attivato e l'arco dello scaricatore a tre elettrodi viene immediatamente acceso. Quando il contattore del vuoto è acceso, l'arco nello scaricatore si spegne.

I vantaggi di tali installazioni per la compensazione longitudinale includono:

• tensione bus simmetrica;

• riducendo le fluttuazioni di tensione e aumentandone il livello nei ricevitori elettrici.

Contro:

• condizioni operative difficili dei condensatori dell'impianto rispetto alla compensazione laterale, poiché la corrente di cortocircuito della rete di trazione scorre attraverso i condensatori e qui è richiesta una protezione affidabile da sovravelocità;

• sovraccarico dei condensatori in modalità pericolose: forzato, emergenza, post-emergenza.

Per ottenere il miglior effetto della compensazione della potenza reattiva, dovrebbero essere utilizzati impianti regolabili con funzionamento combinato della compensazione longitudinale e laterale.

I vantaggi dell'utilizzo di impianti di compensazione longitudinale in generale includono:

• aumentare la potenza trasmessa sulla linea;

• migliorare la stabilità dei sistemi di alimentazione durante i picchi di carico;

• significativa riduzione delle perdite di potenza attiva;

• migliorare la qualità dell'energia elettrica nelle reti;

• elevata efficienza di distribuzione dell'energia in linee parallele;

• viene eliminata la necessità di costruire fonti di generazione in aree remote;

• non è necessario aumentare le sezioni di interconnessione ei parametri tecnici delle linee.

Il principale vantaggio economico dell'utilizzo dei compensatori longitudinali è il risparmio energetico. Non solo quello la qualità dell'elettricità migliora, quindi il numero di linee elettriche può essere ridotto se si utilizza la compensazione della potenza reattiva longitudinale. La tutela dell'ambiente è una naturale conseguenza dell'introduzione di questa tecnologia, soprattutto su larga scala.

Il costo degli impianti è tale che una nuova linea di trasmissione costa 10 volte di più di un dispositivo di compensazione longitudinale di pari capacità trasmissiva. Di conseguenza, il ripristino di un tale sistema richiede solo pochi anni rispetto alle tradizionali linee di trasmissione.