Sünkroonkompensaatorid elektrivõrkudes
Sünkroonkompensaator on kerge sünkroonmootor, mis on mõeldud tühikäigul töötamiseks.
Peamised elektrienergia tarbijad tarbivad lisaks aktiivvõimsusele süsteemi generaatoritest reaktiivvõimsus… Kasutajate arv, kes vajavad magnetvoo loomiseks ja säilitamiseks suuri magnetiseerivaid reaktiivvoolusid, hõlmavad asünkroonmootoreid, trafosid, induktsioonahjusid ja muud. Seetõttu töötavad jaotusvõrgud tavaliselt mahajäänud vooluga.
Generaatori poolt genereeritav reaktiivvõimsus saadakse madalaima kuluga. Reaktiivvõimsuse ülekandmine generaatoritelt on aga seotud täiendavate kadudega trafodes ja ülekandeliinides. Seetõttu on reaktiivvõimsuse saamiseks majanduslikult otstarbekas kasutada süsteemi sõlmalajaamades või otse tarbijate juures asuvaid sünkroonkompensaatoreid.
Sünkroonmootorid saavad tänu alalisvoolu ergutusele töötada cos = 1-ga ja ei tarbi võrgust reaktiivvõimsust ning töötamise ajal annavad üleergutusega võrku reaktiivvõimsust. Tänu sellele paraneb võrgu võimsustegur ja väheneb pingelangus ja kaod selles, samuti elektrijaamades töötavate generaatorite võimsustegur.
Sünkroonkompensaatorid on mõeldud võrgu võimsusteguri kompenseerimiseks ja võrgu normaalse pingetaseme säilitamiseks piirkondades, kus tarbijate koormused on koondunud.
Sünkroonkompensaator on sünkroonmasin, mis töötab mootorirežiimil ilma võlli koormuseta vahelduvvooluga põllul.
Üleergastuse režiimis juhib vool võrgupinget, see tähendab, et see on selle pinge suhtes mahtuvuslik ja alaergutusrežiimis jääb maha, induktiivne. Selles režiimis muutub sünkroonmasin kompensaatoriks - reaktiivvoolu generaatoriks.
Sünkroonkompensaatori üleergastatud töörežiim on normaalne, kui see varustab võrku reaktiivvõimsusega.
Sünkroonkompensaatoritel puuduvad ajamimootorid ja need on oma töö poolest sisuliselt sünkroonsed tühikäigumootorid.
Selleks on iga sünkroonkompensaator varustatud automaatse ergutus- ehk pingeregulaatoriga, mis reguleerib ergutusvoolu suurust nii, et pinge kompensaatori klemmidel püsib konstantsena.
Võimsusteguri parandamiseks ja vastavalt voolu ja pinge vahelise nihkenurga vähendamiseks väärtuselt φw väärtusele φc on vaja reaktiivvõimsust:
kus P on keskmine aktiivvõimsus, kvar; φsv — kaalutud keskmisele võimsustegurile vastav faasinihe; φk — pärast kompenseerimist saadav faasinihe; a — arvutustesse sisestatud koefitsient, mis on võrdne ligikaudu 0,9-ga, et võtta arvesse võimsusteguri võimalikku suurenemist ilma kompenseerimisseadmeid paigaldamata.
Lisaks reaktiivvoolu kompenseerimine induktiivsed tööstuslikud koormused, sünkroonsed liinikompensaatorid on vajalikud. Pikkades ülekandeliinides, madalal koormusel, domineerib liini läbilaskevõime ja need töötavad juhtiva vooluga. Selle voolu kompenseerimiseks peab sünkroonkompensaator töötama mahajäänud vooluga, st ebapiisava ergastusega.
Elektriliinide olulise koormuse korral, kui valitseb elektritarbijate induktiivsus, töötab elektriliin mahajäänud vooluga. Sel juhul peab sünkroonkompensaator töötama juhtiva vooluga, st üleergastatud.
Elektriliini koormuse muutus põhjustab reaktiivvõimsuse voogude suuruse ja faasi muutumist ning toob kaasa olulisi kõikumisi liini pinges. Sellega seoses muutub vajalikuks reguleerimine.
Sünkroonkompensaatorid paigaldatakse tavaliselt piirkondlikesse alajaamadesse.
Pinge reguleerimiseks transiitelektriliinide otsas või keskel saab luua sünkroonkompensaatoritega vahealajaamu, mis peavad pinget reguleerima või muutmatuna hoidma.
Selliste sünkroonkompensaatorite töö on automatiseeritud, mis loob võimaluse tekkiva reaktiivvõimsuse ja pinge sujuvaks automaatseks juhtimiseks.
Asünkroonse käivitamise teostamiseks on kõik sünkroonkompensaatorid varustatud pooluste osades käivituspoolidega või on nende poolused massiivsed. Sel juhul kasutatakse otsemeetodit ja vajadusel reaktori käivitamise meetodit.
Mõnel juhul pannakse tööle ka võimsad kompensaatorid, kasutades nendega samale võllile paigaldatud käivitusfaasi asünkroonmootoreid. Võrguga sünkroonimiseks kasutatakse tavaliselt isesünkroonimismeetodit.
Kuna sünkroonkompensaatorid ei arenda aktiivvõimsust, kaotab nende jaoks töö staatilise stabiilsuse küsimus aktuaalsuse. Seetõttu toodetakse neid väiksema õhuvahega kui generaatoritel ja mootoritel. Vahe vähendamine muudab põllumähise lihtsamaks ja vähendab masinakulusid.
Sünkroonkompensaatori niminäivvõimsus vastab selle tööle üleergutusega, st. sünkroonkompensaatori nimivõimsus on selle reaktiivvõimsus juhtiva voolu juures, mida see võib töörežiimis pikka aega kanda.
Suurimad alaergastuse voolu ja võimsuse väärtused saadakse reaktiivrežiimis töötamisel.
Enamasti nõuab alaergutusrežiim vähem võimsust kui üleergastusrežiim, kuid mõnel juhul on vaja rohkem võimsust. Seda saab saavutada vahe suurendamisega, kuid see toob kaasa masina maksumuse tõusu ja seetõttu on hiljuti tõstatatud küsimus negatiivse ergutusvoolu režiimi kasutamise kohta. Kuna aktiivvõimsuse sünkroonkompensaator on koormatud vaid kadudega, võib see tema sõnul töötada stabiilselt ja vähese negatiivse ergutusega.
Mõnel juhul kasutatakse neid ka kuivadel perioodidel kompensaatorirežiimis töötamiseks hüdroelektrigeneraatorid.
Struktuurselt ei erine kompensaatorid põhimõtteliselt sünkroongeneraatoritest. Neil on sama magnetsüsteem, ergutussüsteem, jahutus jne. Kõik keskmise võimsusega sünkroonkompensaatorid on õhkjahutusega ning valmistatud erguti ja ergutiga.
Tulenevalt asjaolust, et sünkroonkompensaatorid ei ole ette nähtud mehaaniliste tööde tegemiseks ega kanna võllile aktiivset koormust, on need mehaaniliselt kerge konstruktsiooniga. Kompensaatoreid toodetakse suhteliselt madala kiirusega masinatena (1000 - 600 p/min), millel on horisontaalne võll ja kumer poolusrootor.
Sünkroonkompensaatorina saab kasutada sobiva ergutusega tühikäigugeneraatorit.Üleergastatud generaatoris tekib võrdsusvool, mis on generaatori pinge suhtes puhtalt induktiivne ja võrgu suhtes puhtalt mahtuvuslik.
Tuleb meeles pidada, et üleergastatud sünkroonmasinat, olgu see siis generaatori või mootorina, võib võrgu suhtes käsitleda mahtuvusena ja ergastamata sünkroonmasinat induktiivsusena.
Võrguga ühendatud generaatori üleviimiseks sünkroonse kompensaatori režiimile piisab, kui sulgeda auru (või vee) juurdepääs turbiinile. Selles režiimis hakkab üleergastatud turbiingeneraator tarbima väikeses koguses võrgust saadavat aktiivvõimsust, et katta ainult pöörlemiskadusid (mehaanilised ja elektrilised) ning edastab reaktiivvõimsuse võrku.
Sünkroonkompensaatori režiimis võib generaator töötada pikka aega ja sõltub ainult turbiini töötingimustest.
Vajadusel saab turbiini generaatorit kasutada sünkroonkompensaatorina nii turbiini pöörlemisel (koos turbiiniga) kui ka väljalülitatuna, s.t. lahti võetud siduriga.
Auruturbiini pöörlemine generaatori ajamirežiimile läinud küljel võib põhjustada turbiini sabaosa ülekuumenemist.