Wzdłużna kompensacja mocy biernej — znaczenie fizyczne i realizacja techniczna

W celu poprawy sprawności istniejących linii elektroenergetycznych, a także poprawy ich przepustowości stosuje się urządzenia do podłużnej kompensacji mocy biernej. Dziś obfitość różnych źródeł wytwórczych o różnych mocach, a także linii wysokiego napięcia, zwłaszcza tych, które przesyłają energię elektryczną na duże odległości, powoduje rosnące zapotrzebowanie nie tylko na zwiększenie niezawodności systemów elektroenergetycznych w ogóle, ale także na poprawę ich wydajność.

Istnieją dwa sposoby zwiększenia zdolności przesyłowych linii elektroenergetycznych, z których pierwszy polega na bezpośrednim zwiększeniu przekroju linii, a drugi na wykorzystaniu schematów podłużnych do kompensacji mocy biernej. Drugi sposób – podłużna kompensacja mocy biernej – okazuje się bardziej ekonomicznym sposobem osiągnięcia tego celu zarówno dla połączeń międzysystemowych, jak i wewnątrzsystemowych.

Wiadomo, że przy przewodowym przesyłaniu mocy biernej występują znaczne spadki napięcia i wzrosty prądu na odcinkach sieci elektroenergetycznych, co stwarza ograniczenia w przesyłaniu użytecznej mocy czynnej.

Wzdłużna kompensacja mocy biernej polega na dodatkowym połączeniu kondensatorów szeregowo z obciążeniem za pomocą transformatorów podwyższających lub separujących, co umożliwia uzyskanie automatycznej regulacji napięcia w zależności od aktualnej wartości prądu obciążenia.

Oczywiście przy kompensacji wzdłużnej nieuniknione są tryby awaryjne, których przyczynami mogą być:

• bocznikowanie kondensatorów, które może powodować przepięcia;

• zjawisko ferrorezonansu;

• uszkodzenie kondensatorów od wewnątrz.

Aby uniknąć uszkodzeń spowodowanych nagłym wzrostem napięcia, kondensatory w takich momentach muszą być automatycznie odłączane przez wyłącznik wysokiego napięcia lub natychmiast rozładowywane przez iskiernik.

Ponieważ kondensatory kompensacji mocy biernej są połączone szeregowo w obwodzie prądu przemiennego, przepływa przez nie cały prąd liniowy, a zatem prąd zwarciowy, jeśli występuje, również przez nie przepłynie.

W celu zwiększenia zdolności przesyłowych w liniach wysokiego napięcia stosuje się kompensację wzdłużną, która zapewnia stabilność systemów elektroenergetycznych obejmujących te linie.

W kompensacji wzdłużnej prąd kondensatora jest równy przepływającemu przez niego całkowitemu prądowi obciążenia I, a moc baterii kondensatorów Q jest wartością zmienną, która zależy od obciążenia w danym momencie.Tę moc bierną można obliczyć za pomocą wzoru:

Bk = Az2/ωC

A ponieważ moc kondensatorów w procesie kompensacji wzdłużnej nie pozostaje stała, to napięcie również wzrasta o wielkość proporcjonalną do zmiany obciążenia biernego danej linii, to znaczy napięcie kondensatorów wynosi bynajmniej nie stała, jak w kompensacji krzyżowej mocy biernej.

Współcześnie bardzo popularne są przełączalne układy kompensacji podłużnej pojemnościowe, które stosowane są w celu zmniejszenia wpływu składowej indukcyjnej reaktancji transformatorów sieci trakcyjnych i podstacji trakcyjnych na napięcie przykładane do pantografu lokomotywy elektrycznej. Tutaj, jak wspomniano powyżej, kondensator jest połączony szeregowo z pantografem.

W rosyjskich podstacjach trakcyjnych instalacje te instaluje się w linii ssącej, gdzie instalacja kompensacji podłużnej służy podwyższeniu napięcia, zapobiega efektowi wyprzedzania lub opóźniania faz, w ramionach zasilających uzyskuje się napięcia symetryczne o równych prądach, napięcie ogólne klasa sprzętu roboczego jest obniżona, a projekt instalacji uproszczony...

Rysunek pokazuje schemat, który pokazuje tylko jedną sekcję podłużnych kondensatorów kompensacyjnych, których w rzeczywistości jest kilka połączonych ze sobą równolegle.

Napięcie do uzwojeń niskiego napięcia transformatorów T1 i T2, połączonych szeregowo, jest dostarczane przez rząd kondensatorów poprzez łącznik tyrystorowy i rezystor ograniczający.W tym przypadku uzwojenia wysokiego napięcia tych transformatorów są połączone w przeciwnych kierunkach, a przy zwarciu napięcie w kondensatorach wzrasta.

W momencie, gdy napięcie osiągnie nastawioną wartość, następuje wyzwolenie wyłącznika tyrystorowego i natychmiast zajarzenie łuku trójelektrodowego wyładowywacza. Włączenie stycznika próżniowego powoduje wygaszenie łuku w wyładowarce.

Zalety takich instalacji do kompensacji wzdłużnej obejmują:

• symetryczne napięcie magistrali;

• ograniczanie wahań napięcia i podwyższanie jego poziomu na odbiornikach elektrycznych.

Cons:

• trudne warunki pracy kondensatorów instalacji w porównaniu z kompensacją poprzeczną, ponieważ przez kondensatory przepływa prąd zwarciowy sieci trakcyjnej i wymagane jest tutaj niezawodne zabezpieczenie przed przekroczeniem prędkości;

• przeciążenie kondensatorów w niebezpiecznych trybach: wymuszonym, awaryjnym, poawaryjnym.

W celu uzyskania najlepszego efektu kompensacji mocy biernej należy stosować instalacje nastawne z połączonym działaniem kompensacji wzdłużnej i poprzecznej.

Do ogólnych zalet stosowania instalacji kompensacji wzdłużnej należą:

• zwiększenie mocy przesyłanej w linii;

• poprawa stabilności systemów elektroenergetycznych w okresach szczytowych obciążeń;

• znaczne ograniczenie strat mocy czynnej;

• poprawa jakości energii elektrycznej w sieciach;

• wysoka efektywność rozdziału mocy w liniach równoległych;

• wyeliminowana jest potrzeba budowy źródeł wytwórczych w odległych obszarach;

• nie ma potrzeby zwiększania przekrojów międzysystemowych i parametrów technicznych linii.

Główną zaletą ekonomiczną stosowania podłużnych urządzeń kompensacyjnych jest oszczędność energii. Nie tylko to poprawia się jakość energii elektrycznej, więc można zmniejszyć liczbę linii elektroenergetycznych, jeśli zastosuje się podłużną kompensację mocy biernej. Ochrona środowiska jest naturalną konsekwencją wprowadzenia tej technologii, zwłaszcza na dużą skalę.

Koszt instalacji jest taki, że nowa linia przesyłowa kosztuje 10 razy więcej niż urządzenie do kompensacji wzdłużnej o tej samej zdolności przesyłowej. W rezultacie przywrócenie takiego systemu to zaledwie kilka lat w porównaniu z tradycyjnymi liniami przesyłowymi.