Compensatori sincroni nelle reti elettriche

Il compensatore sincrono è un motore sincrono leggero progettato per il funzionamento a vuoto.

I principali consumatori di energia elettrica, oltre alla potenza attiva, consumano dai generatori del sistema potere reattivo… Il numero di utenti che richiedono grandi correnti reattive magnetizzanti per creare e mantenere il flusso magnetico include motori asincroni, trasformatori, forni a induzione e altri. Di conseguenza, le reti di distribuzione funzionano solitamente con corrente ritardata.

La potenza reattiva generata dal generatore si ottiene al minor costo. Tuttavia, il trasferimento di potenza reattiva dai generatori è associato a perdite aggiuntive nei trasformatori e nelle linee di trasmissione. Pertanto, per ottenere potenza reattiva, diventa economicamente vantaggioso utilizzare compensatori sincroni posizionati presso le cabine nodali dell'impianto o direttamente presso le utenze.

I motori sincroni, grazie all'eccitazione in corrente continua, possono lavorare con cos = 1 e non consumano potenza reattiva dalla rete, e durante il funzionamento, con sovraeccitazione, cedono potenza reattiva alla rete. Di conseguenza, il fattore di potenza della rete viene migliorato e la caduta di tensione e le perdite in essa contenute vengono ridotte, nonché il fattore di potenza dei generatori che operano nelle centrali elettriche.

I compensatori sincroni sono progettati per compensare il fattore di potenza della rete e mantenere il normale livello di tensione della rete nelle aree in cui sono concentrati i carichi dei consumatori.

Un compensatore sincrono è una macchina sincrona che funziona in modalità motore senza carico sull'albero con corrente alternata nel campo.

Nella modalità di sovraeccitazione, la corrente è in anticipo rispetto alla tensione di rete, cioè è capacitiva rispetto a questa tensione, e nella modalità di sottoeccitazione è in ritardo, induttiva. In questa modalità, la macchina sincrona diventa un compensatore, un generatore di corrente reattiva.

La modalità di funzionamento in sovraeccitazione del compensatore sincrono è normale quando fornisce potenza reattiva alla rete.

I compensatori sincroni sono privi di motori di azionamento e in termini di funzionamento sono essenzialmente motori folli sincroni.

A questo proposito, giunti di dilatazione, come quelli che servono agli stessi scopi banchi di condensatoriinstallati presso le sottostazioni utente sono anche chiamati generatori di potenza reattiva... Tuttavia, nei periodi di caduta dei carichi dell'utenza (ad esempio di notte), è spesso necessario utilizzare compensatori sincroni e in modalità di sottoeccitazione, quando consumano corrente induttiva e potenza reattiva dalla rete, poiché in questi casi la tensione di rete tende ad aumentare, e per mantenerla a un livello normale, è necessario caricare la rete con correnti induttive, che provocano ulteriori cadute di tensione in essa.

A tale scopo, ogni compensatore sincrono è dotato di un regolatore automatico di eccitazione o tensione, che regola l'entità della corrente di eccitazione in modo che la tensione ai terminali del compensatore rimanga costante.

Per migliorare il fattore di potenza e di conseguenza ridurre l'angolo di offset tra la corrente e la tensione dal valore di φw a φc, è richiesta potenza reattiva:

dove P è la potenza attiva media, kvar; φsv — sfasamento corrispondente al fattore di potenza medio ponderato; φk — sfasamento da ottenere dopo la compensazione; a — è stato inserito nei calcoli un fattore pari a circa 0,9 per tener conto di un possibile aumento del fattore di potenza senza l'installazione di dispositivi di compensazione.

Inoltre compensazione della corrente reattiva sono richiesti carichi industriali induttivi, compensatori di linea sincroni. Nelle lunghe linee di trasmissione, a basso carico, prevale la capacità di linea e funzionano con corrente in anticipo. Per compensare questa corrente, il compensatore sincrono deve funzionare con corrente ritardata, cioè con eccitazione insufficiente.

Con un carico significativo sulle linee elettriche, quando prevale l'induttanza dei consumatori di elettricità, la linea elettrica funziona con una corrente in ritardo. In questo caso, il compensatore sincrono deve funzionare con corrente in anticipo, cioè sovraeccitato.

Una variazione del carico sulla linea elettrica provoca una variazione dei flussi di potenza reattiva in grandezza e fase e porta a fluttuazioni significative nella tensione di linea. A questo proposito, diventa necessario regolamentare.

I compensatori sincroni sono generalmente installati nelle sottostazioni regionali.

Per regolare la tensione alla fine o in mezzo agli elettrodotti di transito, si possono realizzare cabine intermedie con compensatori sincroni, che devono regolare o mantenere invariata la tensione.

Il funzionamento di tali compensatori sincroni è automatizzato, il che crea la possibilità di un controllo automatico uniforme della potenza reattiva e della tensione generate.

Per eseguire l'avviamento asincrono, tutti i compensatori sincroni sono dotati di bobine di avviamento in parti polari o i loro poli sono massicci. In questo caso si utilizza il metodo diretto e, se necessario, il metodo di avviamento del reattore.

In alcuni casi vengono messi in funzione anche potenti compensatori mediante motori asincroni in fase di avviamento montati con essi sullo stesso albero. Per la sincronizzazione con la rete, viene solitamente utilizzato il metodo di auto-sincronizzazione.

Poiché i compensatori sincroni non sviluppano potenza attiva, la questione della stabilità statica del lavoro per loro perde la sua urgenza. Per questo motivo, sono prodotti con un traferro inferiore rispetto a generatori e motori. La riduzione del divario facilita l'avvolgimento del campo e riduce i costi della macchina.

La potenza apparente nominale del compensatore sincrono corrisponde al suo funzionamento con sovraeccitazione, ad es. la potenza nominale del compensatore sincrono è la sua potenza reattiva alla corrente principale, che può portare a lungo in modalità operativa.

I massimi valori di corrente e potenza di sottoeccitazione si ottengono operando in modalità reattiva.

Nella maggior parte dei casi, la modalità di sottoeccitazione richiede meno potenza rispetto alla modalità di sovraeccitazione, ma in alcuni casi è necessaria più potenza. Ciò può essere ottenuto aumentando il divario, ma ciò comporta un aumento del costo della macchina, e quindi è stata recentemente sollevata la questione dell'utilizzo di una modalità di corrente di eccitazione negativa. Poiché il compensatore sincrono in termini di potenza attiva è carico solo di perdite, secondo lui può funzionare stabilmente e con poca eccitazione negativa.

In alcuni casi, nei periodi di siccità, per il funzionamento in modalità compensatore, vengono utilizzati anche generatori idroelettrici.

Strutturalmente, i compensatori non differiscono sostanzialmente dai generatori sincroni. Hanno lo stesso sistema magnetico, sistema di eccitazione, raffreddamento ecc. Tutti i compensatori sincroni di media potenza sono raffreddati ad aria e realizzati con eccitatore ed eccitatore.

A causa del fatto che i compensatori sincroni non sono progettati per eseguire lavori meccanici e non portano un carico attivo sull'albero, hanno una struttura meccanicamente leggera. I compensatori sono prodotti come macchine a velocità relativamente basse (1000 - 600 giri/min) con un albero orizzontale e un rotore a poli convessi.

Come compensatore sincrono può essere utilizzato un generatore inattivo con eccitazione adeguata.In un generatore sovraeccitato compare una corrente di equalizzazione puramente induttiva rispetto alla tensione del generatore e puramente capacitiva rispetto alla rete.

Si tenga presente che una macchina sincrona sovraeccitata, sia essa funzionante come generatore o come motore, può essere considerata rispetto alla rete come una capacità, e una macchina sincrona non eccitata come un'induttanza.

Per trasferire il generatore connesso alla rete in modalità compensatore sincrono, è sufficiente chiudere l'accesso del vapore (o dell'acqua) alla turbina. In questa modalità il turbogeneratore sovraeccitato inizia a consumare una piccola quantità di potenza attiva dalla rete solo per coprire le perdite di rotazione (meccaniche ed elettriche) e trasferisce alla rete la potenza reattiva.

Nella modalità di compensatore sincrono, il generatore può funzionare a lungo e dipende solo dalle condizioni operative della turbina.

Se necessario, il turbogeneratore può essere utilizzato come compensatore sincrono sia con la turbina in rotazione (assieme alla turbina) sia con la stessa spenta, cioè con la frizione smontata.

La rotazione della turbina a vapore sul lato del generatore che è entrato in modalità di guida può causare il surriscaldamento della sezione di coda della turbina.