Podélná kompenzace jalového výkonu — fyzikální význam a technické provedení

Pro zlepšení účinnosti stávajících elektrických vedení a také pro zlepšení jejich propustnosti se používají zařízení pro podélnou kompenzaci jalového výkonu. V dnešní době hojnost různých výrobních zdrojů s různými kapacitami, jakož i vysokonapěťových vedení, zejména těch, která přenášejí elektřinu na velké vzdálenosti, vede k rostoucí poptávce po zvýšení nejen spolehlivosti energetických systémů obecně, ale také po zlepšení jejich účinnost.

Existují dva způsoby, jak zvýšit přenosovou kapacitu elektrického vedení, prvním z nich je přímé zvětšení průřezu vedení a druhým použití podélných schémat pro kompenzaci jalového výkonu. Druhý způsob – podélná kompenzace jalového výkonu – se ukazuje jako ekonomičtější způsob, jak tohoto cíle dosáhnout pro mezisystémová i vnitrosystémová spojení.

Je známo, že když je jalový výkon přenášen po drátech, dochází k významným poklesům napětí a nárůstu proudu v úsecích elektrických sítí, což vytváří omezení pro přenos užitečného, ​​činného výkonu.

Podélná kompenzace jalového výkonu znamená dodatečné zapojení kondenzátorů do série se zátěží pomocí zvyšovacích nebo oddělovacích transformátorů, což umožňuje dosáhnout automatické regulace napětí v závislosti na aktuální hodnotě proudu zátěže.

S podélnou kompenzací jsou samozřejmě nevyhnutelné nouzové režimy, jejichž důvody mohou být:

• posunování kondenzátorů, které může způsobit přepětí;

• ferrorezonanční fenomén;

• poškození kondenzátorů zevnitř.

Aby nedošlo k poškození náhlým zvýšením napětí, musí být kondenzátory v takových okamžicích automaticky odpojeny vysokonapěťovým spínačem nebo okamžitě vybity přes jiskřiště.

Vzhledem k tomu, že kompenzační kondenzátory jalového výkonu jsou zapojeny do série ve střídavém obvodu, protéká jimi celý proud ve vedení a proto jimi bude protékat i zkratový proud, pokud existuje.

Pro zvýšení přenosové kapacity se ve vedení vysokého napětí uplatňuje podélná kompenzace, která zajišťuje stabilitu energetických soustav, které tato vedení zahrnují.

Při podélné kompenzaci je proud kondenzátoru roven celkovému zátěžovému proudu I, který jím protéká, a výkon Q kondenzátorové baterie je proměnná hodnota, která závisí na zátěži v daném okamžiku.Tento jalový výkon lze vypočítat pomocí vzorce:

Bk = Az2/coC

A protože výkon kondenzátorů v procesu podélné kompenzace nezůstává konstantní, pak se napětí také zvyšuje o hodnotu, která je úměrná změně jalového zatížení daného vedení, to znamená, že napětí kondenzátorů je v žádném případě konstantní, jako u křížové kompenzace jalového výkonu.

Velmi oblíbené jsou dnes spínací kapacitní podélné kompenzační jednotky, které se používají ke snížení vlivu indukční složky reaktance transformátorů trakčních sítí a trakčních měníren na napětí přivedené na pantograf elektrické lokomotivy. Zde, jak je uvedeno výše, je kondenzátor zapojen do série se sběračem.

U ruských trakčních měníren jsou tyto instalace instalovány v sacím vedení, kde instalace podélné kompenzace slouží ke zvýšení napětí, zabránění vlivu předběžných nebo zpožděných fází, v napájecích ramenech se získá symetrická napětí se stejnými proudy, obecné napětí třída pro pracovní zařízení je snížena a návrh instalace je zjednodušen...

Obrázek ukazuje schéma, které ukazuje pouze jednu sekci podélných kompenzačních kondenzátorů, kterých je ve skutečnosti několik paralelně zapojených.

Napětí do nízkonapěťových vinutí transformátorů T1 a T2, zapojených do série, je přiváděno řadou kondenzátorů přes tyristorový spínač a omezovací odpor.V tomto případě jsou vysokonapěťová vinutí těchto transformátorů zapojena v opačných směrech a při zkratu se zvyšuje napětí v kondenzátorech.

V okamžiku, kdy napětí dosáhne nastavení, sepne se tyristorový spínač a okamžitě se zapálí oblouk tříelektrodového vybíječe. Když je vakuový stykač zapnutý, oblouk ve výboji zhasne.

Mezi výhody takových instalací pro podélnou kompenzaci patří:

• symetrické napětí sběrnice;

• snížení kolísání napětí a zvýšení jeho úrovně u elektrických přijímačů.

Nevýhody:

• obtížné provozní podmínky kondenzátorů ve srovnání s boční kompenzací, protože kondenzátory protéká zkratový proud trakční sítě a je zde vyžadována spolehlivá ochrana proti překročení rychlosti;

• přetížení kondenzátorů v nebezpečných režimech: nucené, nouzové, pohavarijní.

Pro dosažení nejlepšího účinku kompenzace jalového výkonu by měly být použity nastavitelné instalace s kombinovaným provozem podélné a boční kompenzace.

Mezi výhody použití instalací podélné kompenzace obecně patří:

• zvýšení výkonu přenášeného na vedení;

• zlepšení stability energetických systémů během špičkového zatížení;

• výrazné snížení ztrát činného výkonu;

• zlepšení kvality elektřiny v sítích;

• vysoká účinnost distribuce energie v paralelních vedeních;

• odpadá potřeba výstavby výrobních zdrojů ve vzdálených oblastech;

• propojovací úseky a technické parametry tratí není třeba navyšovat.

Hlavní ekonomickou výhodou použití podélných kompenzačních zařízení je úspora energie. Nejen to kvalita elektřiny se zlepšuje, takže při použití podélné kompenzace jalového výkonu lze snížit počet silových vedení. Ochrana životního prostředí je přirozeným důsledkem zavedení této technologie, zejména ve velkém měřítku.

Náklady na instalaci jsou takové, že nové přenosové vedení stojí 10krát více než podélné kompenzační zařízení se stejnou přenosovou kapacitou. Výsledkem je, že obnova takového systému trvá pouze několik let ve srovnání s tradičními přenosovými vedeními.