Регулирование напряжения при помощи синхронного двигателя и конденсатора
Синхронные двигатели
К синхронным машинам относятся генераторы электрических станций, синхронные двигатели, устанавливаемые на промышленных предприятиях, и специальные синхронные двигатели, работающие в режиме холостого хода и используемые как источники или потребители реактивной мощности (синхронные компенсаторы).
Способность синхронных машин к регулированию напряжения основана главным образом на том, что плавное изменение режима возбуждения синхронной машины сопровождается изменением ее реактивной мощности и соответствующим перераспределением потоков реактивной мощности в сети. Обычно в сетях предприятий в величине протекающего тока присутствует значительная доля индуктивного (реактивного) тока. Чем больше его доля, тем ниже коэффициент мощности, меньше пропускная способность питающих линий, больше потери напряжения в сети. Использование в таких сетях в близи от потребителя синхронных двигателей или компенсаторов, работающих в режиме генерации реактивного тока (мощности), освобождает сетьот перетока реактивной мощности и может существенно улучшить режим напряжения у потребителя и повысить экономичность системы электроснабжения. Аналогичное действие могут оказать и батареи статических конденсаторов, оборудованных автоматическим регулятором мощности типа АРКОН.
Рассмотрим некоторые детали вопроса регулирования напряжения синхронными двигателями и конденсаторными батареями регулируемой мощности. Отечественная промышленность выпускает синхронные двигатели различных типов и мощности. Наиболее распространенной серией двигателей на напряжение 380-660 В являются двигатели сери СД и на напряжение 3-10 кВ серии СДН мощностью от 320 до 10000 кВт. двигатели рассчитаны на работу при коэффициенте мощности 0,9 в опережающем режиме. Возбуждение двигателей производится от собственных машинных возбудителей, расположенных на одном валу с двигателем. Машина допускает ручное или автоматическое регулирование возбуждения — воздействием на шунтовой реостат. Перевозбуждая ротор, можно еще больше снизить коэффициент мощности в опережающем режиме, увеличивая выдаваемую мощность в сеть, однако при этом должна быть снижена активная мощность. Характеристики двигателей показывают, что незначительное — на 10 % увеличение реактивной мощности снижает использование кажущейся мощности на 28 %, а активной — на 63 %.
При работе синхронного двигателя в режиме перевозбуждения реактивная мощность его создает отрицательную величину потери напряжения в питающей сети.
Эффект от такого режима тем больший, чем больше величина реактивного сопротивления внешней сети. Способность синхронных двигателей регулировать напряжение основана на перераспределении или ограничении участка, на котором происходит периодическое перемещение реактивной мощности между приемником электрической энергии и синхронным двигателем так, что вся оставшаяся часть сети частично или полностью освобождается от реактивной мощности. В том случае, если синхронный двигатель устанавливается для целей регулирования напряжения, возможна его работа не только в режиме перевозбуждения, но и в режиме недовозбуждения. Работа в указанных режимах должна быть обоснована технико-экономическим расчетом. Недовозбужденный синхронный двигатель является своеобразным поглотителем избыточной реактивной мощности. При регулировании напряжения в энергосистеме существенное значение имеют режимы работы генераторов электрических станций. На электрических станциях, работающих в режиме покрытия пиковой нагрузки энергосистемы, работа всех агрегатов необходима только в часы максимальной нагрузки. В остальное время часть генераторов может быть остановлена или переведена в режим синхронного компенсатора (СК). Синхронные генераторы в режиме СК могут работать как без отсоединения генератора от турбины при закрытии доступа пара в турбину, так и при полном отсоединении турбины. Перевод гидроагрегатов в компенсаторный режим широко распространен и производится сравнительно быстро и просто. перевод генераторов в режим СК обусловлен тем, что расход энергии, потребляемой из сети генератором, меньше расхода при вращении генератора турбиной на холостом ходу.
Конденсаторы регулируемой мощности
Между статическими и синхронными двигателями как средствами компенсации реактивной мощности и регулирования напряжения и коэффициента мощности много общего. Батарея конденсаторов поперечного (параллельного) включения в сеть по схеме звезда или треугольник является генератором реактивной мощности, которая при установке батареи вблизи приемника полностью или частично освобождает внешнюю сеть от перетоков реактивной мощности, улучшая на этих участках коэффициент мощности, снижая потери активной мощности и увеличивая этим напряжение во всех звеньях сети. Простота обслуживания, малая величина потерь энергии в конденсаторах, высокая надежность конструкции и общее развитие конденсаторостроения в основных промышленно развитых странах привели к тому, что для целей регулирования напряжения однозначно предпочтение отдается конденсаторам при одновременном сокращении применения синхронных компенсаторов