Синхронные компенсаторы их назначение и особенности конструкции

Большая часть промышленных приемников в процессе работы потребляет из сети помимо активной, реактивную мощность. Основными потребителями реактивной мощности являются: асинхронные двигатели, трансформаторы, воздушные электрические сети, реакторы, преобразователи и другие установки. Передача значительного количества реактивной мощности по линиям и через трансформаторы системы электроснабжения невыгодна по следующим основным причинам: 1) Возникают дополнительные потери активной мощности и энергии во всех элементах системы электроснабжения, обусловленные загрузкой их реактивной мощностью. 2) Возникают дополнительные потери напряжения. 3) Уменьшается пропускная способность систем электроснабжения и трансформаторов. Поэтому целесообразно снижать потребляемую реактивную мощность. В качестве компенсирующих устройств применяются батареи конденсаторов, синхронные двигатели и синхронные компенсаторы.

Синхронные двигатели, применяемые для электропривода, обычно изготовляются с номинальным коэффициентом мощности 0,9 при опережающем токе. Они являются эффективным средством компенсации реактивной мощности нагрузки. Развиваемая ими реактивная мощность определяется параметрами и режимом работы двигателей и сети. Они должны быть связаны по возможности короткой сетью. Применение синхронных двигателей в условиях промышленных предприятий может быть целесообразным в случаях когда:1) установка синхронных двигателей на приводных механизмах вместо асинхронных там, где это возможно по технологическим условиям; 2) установка синхронных двигателей большей мощности, чем требует приводной механизм. Синхронные двигатели по сравнению с асин­хронными имеют следующие преимущества: а) возможность использования их в качестве компенсирующих устройств при сравнительно небольших дополнительных первоначаль­ных затратах. б) экономичность изготовления на небольшое число оборотов, при этом отпадает необходимость в промежуточных передачах м/у двигателем и рабочей машиной в) меньшая зависимость вращающего момента от колебаний напряжения г) более высокая производительность рабочего агрегата при син­хронном электроприводе, поскольку скорость двигателя не зависит от нагрузки; д) меньшие потери активной мощности, так как к. п. д. синхрон­ных двигателей выше кпд асинхронных двигателей.

Компенсирующая способность двигателя определяется нагрузкой на его валу, напряжением, подведенным к зажимам двигателя, и то­ком возбуждения. С уменьшением тока возбуждения ниже номиналь­ного компенсирующая способность двигателя снижается. Обычно в практических условиях нагрузка синхронных двигате­лей на валу составляет (50—100)% от номинальной. При такой нагруз­ке, а также при регулировании напряжения, подводимого к электро­двигателю можно использовать электроприводы с син­хронными двигателями в качестве компенсаторов реактивной мощно­сти при работе их с опережающим коэффициентом мощности.

Синхронные компенсаторы. Компенсирующие устройства реактивных нагрузок.

Синхронный компенсатор представляет собой син­хронный двигатель облегченной конструкции, работающий в режиме холостого хода, т. е. без нагрузки на валу. При перевозбуждении синхронный компенсатор генерирует опере­жающую реактивную мощность, а при недовозбуждении потребляет отстающую реактивную мощность. Это свойство синхронных компен­саторов используется как для повышения коэффициента мощности, так и для регулирования напряжения в электрических сетях.

Положительными свойствами синхронных компенсаторов как источников реактивной мощности являются: а) возможность плавного и автоматического регулирования величины генерируемой реактивной мощности, б) независимость генерации реактивной мощности от напряжения на его шинах, достаточная термическая и динамическая устойчивость обмоток компенсатора во время коротких замыканий, возможность восстановления поврежденного синхронного компенсатора путем проведения ремонтных работ, в) высокая надежность.

Недостатками синхронных компенсаторов являются:

а) высокая удельная стоимость и, следовательно, высокие относительные капитальные затраты на компенсацию; б) значительно больший удельный расход активной мощности на компенсацию по сравнению со статическими конденсаторами; в) большая занимаемая производственная площадь и шум при работе.

Указанные особенности синхронных компенсаторов, а также воз­можность их пуска только от источников питания большой мощ­ности ограничивают их применение на подстанциях энергетических систем.

Однако компенсаторы установлены на открытом воздухе, что значительно удешевляет затраты.

Конденсаторные установки (другие названия: батарея статических конденсаторов «БСК», устройство компенсации реактивной мощности «УКРМ»)

Электроустановка, предназначенная для компенсации реактивной мощности. Конструктивно представляет собой конденсаторы (разг. «банки»), обычно соединенные по схеме треугольник и разделенные на несколько ступеней с разной емкостью, и устройство управления ими. Устройство управления чаще всего способно автоматически поддерживать заданный коэффициент мощности на нужном уровне переключением числа включенных в сеть «банок».

Дополнительно конденсаторная установка может содержать в себе фильтры высших гармоник.

Для безопасного обслуживания каждый конденсатор установки снабжается разрядным контуром для снятия остаточного заряда при отключении от сети.

Обслуживание синхронных компенсаторов

Нагрузка электрической системы наряду с активной всегда содержит реактивную составляющую. Под нагрузкой здесь понимается мощность, необходимая потребляющей части системы в некоторый рассматриваемый момент времени. Таким образом, нагрузка – это активная и реактивная мощности, потребность в которых удовлетворяется генерирующей частью системы.

Активная мощность представляет собой энергию, которая потребляется цепью переменного тока за единицу времени. Она выражается P = UIcos φ .

Активная мощность получается в результате преобразования первичных видов энергии. Потоки активной мощности всегда направлены от генераторов электростанций в сеть.

Читайте также:  Как поставить светодиоды в фару

Реактивная мощность необходима потребителям электрической энергии, которые по принципу своего действия используют энергию магнитного поля. Потребителями реактивной мощности являются асинхронные двигатели, индукционные печи, люминесцентное освещение, трансформаторы для дуговой сварки.

Формула реактивной мощности Q =UIsin φ.

Для получения реактивной мощности не требуется непосредственных затрат первичной энергии. Однако при обмене энергией между генератором и потребителем и обратно в обмотках генератора и в сети возникают дополнительные потери активной мощности, требующие затрат первичной энергии.

Получение реактивной мощности связано исключительно с уровнем возбуждения синхронной машины. Увеличение тока возбуждения приводит к увеличению генерирования реактивной мощности (при этом топливо дополнительно не расходуется). Снижение тока возбуждения приводит к противоположному результату.

Назначение и режимы работы синхронных компенсаторов

Передача реактивной мощности потребителям от генераторов электростанций сопряжена с потерями энергии в линиях электропередачи, трансформаторах и распределительных сетях. Считается выгодным снижение реактивной мощности, получаемой от электростанций, и выработка ее вблизи потребителей. Это позволяет уменьшить потери энергии и напряжения в сетях, увеличить пропускную способность линий электропередачи и одновременно повысить уровни напряжений на шинах приемных подстанций. Таким образом, синхронные компенсаторы являются экономичным регулируемым источником реактивной мощности в электрических системах.

Синхронный компенсатор представляет собой ненагруженный синхронный электродвигатель с широким диапазоном регулирования тока возбуждения.

При токе возбуждения, равном току холостого хода, он потребляет из сети небольшую активную мощность, определяемую потерями в синхронном компенсаторе. Если ток возбуждения уменьшать (режим недовозбуждения), то в токе, потребляемом синхронным компенсатором от сборных шин подстанции, появится и будет увеличиваться индуктивная составляющая, что соответствует потреблению из сети реактивной мощности, при этом возрастают потери в сети. В режиме перевозбуждения ток возбуждения превышает ток холостого хода, синхронный компенсатор потребляет из сети опережающий ток, что соответствует выдаче реактивной мощности.

Требования, предъявляемые к электрическим машинам
Электрические машины должны удовлетворять целому ряду требований, для успешного выполнения тех задач, для которых они предназначены. Уровень развития электромашиностроения в настоящее время характеризуется обширной гаммой используемых электрических машин, различающихся конструкцией, рабочими характеристиками, способностью выдерживать воздействие внешних факторов и т. п. Поэтому требования, предъявляемые к этим машинам, также весьма разнообразны. Перечень всех требований предъявляемых к электрическим машинам разделяют на два вида – технические и экономические. Технические требования заключаются в следующем: надежность работы электрической машины в условиях, для которых она предназначена, в течение срока, указанного в технических условиях (ТУ), развивать требуемую мощность при номинальных значениях напряжения, частоты вращения, КПД и других технических параметрах, указанных в паспорте машины. Технические требования к электрической машине изложены в соответствующих Государственных стандартах .Они дополняются техническими требованиями других стандартов в зависимости от назначения электрической машины (электродвигатель или генератор), ее мощности, напряжения, условий эксплуатации и т.п. Кроме того, различные отрасли промышленности предъявляют к электрическим машинам дополнительные технические требования, которые обычно регламентируются отраслевыми нормами или стандартами. Возможны также и индивидуальные требования, вытекающие из конкретных условий эксплуатации электрической машины. Такое разнообразие требований привело к необходимости их разделения на два вида: электрические машины общего назначения и электрические машины специального назначения. Электрические машины общегоназначения – это вращающиеся электрические машины, свойства которых удовлетворяют совокупности технических требований, общих для большинства случаев их применения. Электрические машины специального назначения – это машины с вращательным или иным видом движения подвижной части (например, поступательным), выполненные с учетом специальных требований, обусловленных особенностями эксплуатации электрических машин. К таким машинам следует отнести двигатели для электроприводов машин и механизмов, эксплуатируемых в условиях повышенной температуры окружающей среды (металлургическое производство). Эти двигатели должны быть рассчитаны на более высокую температуру перегрева, с применением в них изоляционных материалов более высокого класса нагревостойкости. Двигатели, предназначенные для электроприводов с частыми пусками, торможениями и реверсами, должны иметь ротор (якорь) с небольшим моментом инерции, что облегчит протекание в этих двигателях переходных процессов. К электрическим машинам специального назначения следует отнести взрывозащищенные, погружные и некоторые другие виды двигателей, предназначенных для эксплуатации в особых условиях (в пожаро- и взрывоопасных средах или будучи погруженными в скважину, заполненную водой и т.п.). Экономические требования к электродвигателю, в конечном счете, сводятся к тому, чтобы процесс преобразования энергии с применением данного электродвигателя давал большую экономию, чем это было при использовании старого, либо при применении какого-либо другого принципа реализации заданного процесса. Таким образом, главным критерием экономичности применения новой электрической машины в электроприводе является снижение как капитальных, так и эксплуатационных затрат. Эксплуатационные свойства электрической машины определяются удобством монтажа, простотой управления и эксплуатации, энергетическими показателями (КПД, коэффициент мощности), возможностью ремонта и другими свойствами, которые характеризуют экономичность машины в процессе ее эксплуатации. Формулируя технические и экономические требования к электрической машине, необходимо помнить, что новая электрическая машина, применяемая в электроустановке, по своим технико-экономическим показателям (регулировочным свойствам, КПД, габаритам, динамическим свойствам, стоимости и т.д.) должна быть лучше ранее применяемой электрической машины.
Читайте также:  Чем отделать дом из осб снаружи

НАИБОЛЕЕ РАСПРОСТРАНЕННЫЕ ДЕФЕКТЫ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ:

  • 1. Перегрузка и перегрев статора электродвигателя – 31%.
  • 2. Межвитковое замыкание – 15%.
  • 3. Повреждения подшипников – 12%.
  • 4. Повреждение обмоток статора или изоляции – 11%.
  • 5. Неравномерный воздушный зазор между статором и ротором – 9%.
  • 6. Работа электродвигателя на двух фазах – 8%.
  • 7. Обрыв или ослабление крепления стержней в беличьей клетке – 5%.
  • 8. Ослабление крепления обмоток статора – 4%.
  • 9. Дисбаланс ротора – 3%.
  • 10. Несоосность валов – 2%.

ДЕФЕКТЫ ПИТАЮЩЕЙ СЕТИ

  • несимметрия напряжения питания
  • нелинейные искажения напряжения
  • перекос фаз
  • дефекты источника напряжения возбуждения
  • дефекты пусковой КЗ обмотки
  • перегрузка по току

ДЕФЕКТЫ ПОДШИПНИКОВ КАЧЕНИЯ

  • общий износ подшипника
  • удары в подшипнике
  • недостаточная смазка
  • перекос наружного кольца
  • перекос внутреннего кольца
  • проскальзывание в посадочном месте
  • неоднородный радиальный натяг
  • износ наружного кольца
  • раковины на наружном кольце
  • износ внутреннего кольца
  • раковины на внутреннем кольце
  • сколы на телах качения
  • износ сепаратора

ДЕФЕКТЫ ПОДШИПНИКОВ СКОЛЬЖЕНИЯ

  • износ
  • срыв масляного клина
  • увеличенный зазор
  • уменьшенный зазор
  • перекос вкладышей

АСИНХРОННЫЕ ДВИГАТЕЛИ С КОРОТКОЗАМКНУТЫМ РОТОРОМ

Двигатель не разворачивается. Отсутствует ток в статоре из-за перегорания предохранителя или выключения неисправного автоматического выключателя.
Двигатель не разворачивается сам, но при разворачивании от руки работает толчками и сильно гудит. Обрыв в одной фазе сети или внутренний обрыв в обмотке статора при соединении фаз «звездой».
Двигатель вращается вхолостую, но при нагрузке останавливается. Пониженное напряжение в сети, неправильное соединение фаз обмотки статора «звездой». Если обмотка соединена «треугольником», то, вероятно, имеется обрыв в цепи одной из фаз обмотки статора.
Двигатель гудит, ротор вращается медленно, ток во всех трех фазах разный и даже на холостом ходу превышает номинальный. Обрыв одного или нескольких стержней обмотки ротора; неправильное соединение начала и конца обмотки статора (фаза «перевернута»).
Двигатель нагревается при номинальной нагрузке. Витковое замыкание в обмотке статора, ухудшение условий вентиляции в результате загрязнения вентиляционных каналов.
Недопустимо низкое сопротивление изоляции обмотки статора Увлажнение или сильное загрязнение изоляции обмотки статора; старение или повреждение изоляции
Двигатель вибрирует во время работы и после отключения при частоте вращения ротора, близкой к номинальной. Нарушение соосности валов, неуравновешенность ротора(дисбаланс).
Двигатель сильно вибрирует, но вибрация прекращается после отключения его от сети.Двигатель сильно гудит, ток в фазах разный, один из участков статора быстро нагревается Короткое замыкание обмотки статора

АСИНХРОННЫЕ ДВИГАТЕЛИ С ФАЗНЫМ РОТОРОМ:

Двигатель не развивает номинальной частоты вращения. Нарушение контакта в двух или трех фазах пускового реостата; нарушение электрической цепи между пусковым реостатом и обмоткой ротора.
Двигатель медленно увеличивает скорость, ротор сильно нагревается даже при небольшой нагрузке. Замыкание части обмотки ротора на заземленный корпус двигателя; нарушение изоляции между контактными кольцами и валом ротора.
Двигатель не развивает скорость ротора под нагрузкой, гудит, ток статора пульсирует. Нарушение контакта в месте пайки обмотки ротора, соединениях ее с контактными кольцами или в соединительных проводах.
Повышенное искрение между щетками и контактными кольцами. Плохая притертость или повышенная загрязненность щеток, заедание щеток в обоймах щеткодержателей; недостаточное нажатие щеток на контактные кольца; нарушение контакта в цепи щеток
Двигатель начинает вращаться при разомкнутой цепи ротора без нагрузки. При пуске под нагрузкой медленно разворачивается и сильно нагревается. Межвитковые замыкания в обмотке ротора; заземление обмотки ротора в двух местах; замыкание между контактными кольцами в результате их загрязнения пылью от щеток.

Магнитные пускатели предназначены для дистанционного управления электродвигателями и другими электроустановками. Они обеспечивают нулевую защиту, т.е. при исчезновении напряжения или его снижении до 50—60% от номинального катушка не удерживает магнитную систему пускателя, и силовые контакты размыкаются. При восстановлении напряжения токоприемник остается отключенным. Это исключает возможность аварий, связанных с самопроизвольным пуском электродвигателя или другой электроустановки. Пускатели с тепловыми реле осуществляют также защиту электроустановки от длительных перегрузок.

Наибольшее распространение получили магнитные пускатели серий ПМЕ и ПАЕ. Пускатели серии ПМЕ могут быть использованы для управления электродвигателями мощностью от 0,27 до 10 кВт, а пускатели серии ПАЕ — для управления электродвигателями и другими электроустановками мощностью от 4 до 75 кВт.

Читайте также:  Самые вкусные персики и нектарины на украине

Изготавливаются эти серии в открытом, защищенном, пылеводозащищенном и пылебрызгонепроницаемом исполнении на напряжение 220 и 380 В. Они могут быть реверсивными и нереверсивными. Реверсивные пускатели наряду с пуском, остановом и защитой электродвигателя изменяют направление его вращения.

В магнитные пускатели встраиваются тепловые реле ТРН (двухполюсные) и ТРП (однополюсные). Они срабатывают под влиянием протекающего по ним тока перегрузки электродвигателя и отключают его от сети.

В каждый пускатель серии ПМЕ встраивается по одному двухфазному реле типа ТРН.

Маркировка магнитных пускателей расшифровывается следующим образом: первая цифра после сочетания букв, указывающих тип пускателя, обозначает величину (1; 2; 3; 4; 5; 6), вторая — исполнение по роду защиты от окружающей среды (1 — открытое исполнение; 2 — защищенное; 3 — пылезащищенное; 4 — пылебрызгонепроницаемое), третья — исполнение (1 — нереверсивный без тепловой защиты; 2 — нереверсивный с тепловой защитой; 3 — реверсивный без тепловой защиты; 4 — реверсивный с тепловой защитой).

Синхронный компенсатор – синхронный двигатель не выполняющий механической работы. Его назначение — компенсация реактивной мощности. Если нагрузить его механической работой, он не сможет компенсировать реактивную составляющую в нужном диапазоне.

У него два режима работы:

Не будем углубляться в теорию работы синхронных машин, а рассмотрим отдельно каждый из режимов работы синхронного компенсатора.

Перевозбужденный режим. Так как компенсатор работает на холостом ходу, то согласно теории ток идеального холостого хода должен быть равен нулю, хотя на самом деле это не так. Выполняется равенство . Если увеличить ток возбуждения (Iв) больше нуля Iв ≠ 0, то в двигателе образуется ЭДС и соответственно — машина выходит из электрического равновесия и возникает ток , который будет отставать от ∆ ,, на 90 0 . Соответственно в сеть будет отдаваться реактивная составляющая. На рисунке а) приведена векторная диаграмма для данного случая.

Рис. а) векторная диаграмма работы в перевозбужденном режиме

Недовозбужденный режим. Если уменьшить Iв, в двигателе образуется ЭДС, соответственно — следствием , который будет отставать от ∆на 90 0 , но будет опережать ,на 90 0 . Соответственно с сети будет забираться реактивная составляющая. На рисунке б) приведена векторная диаграмма для данного случая.

Можно сделать вывод, что синхронный компенсатор работает в двух режимах: компенсации и потребления реактивной составляющей. Это значит что он может не только отдавать но и потреблять, что позволяет поддерживать баланс мощности в цепи. Он снабжается автоматической системой управления возбуждением и в автоматическом режиме регулирует cosφ цепи. Также обладает большой инерционностью, что не позволяет ему быстро реагировать на изменение параметров цепи. При установке его в сеть с резко-переменной нагрузкой нужно максимально оптимизировать настройки регуляторов САУ, чтоб машина не пошла в разнос, так как это чревато аварийными отключением подстанции из-за бросков тока в сеть. Строятся на мощность до Sн = 100 000 кВА. Имеют явнополюсную конструкцию с 2р= 6 или 8 — тихоходные. Компенсаторы большой мощности делаются с водородным охлаждением.

Для асинхронного пуска снабжаются пусковыми обмотками в полюсных наконечниках или делают их с массивными полюсами. Пускаться они могут как прямым пуском, так и с помощью реакторов. Иногда используют гонный асинхронный двигатель для разгона машины до подсинхронной скорости. Наиболее часто имеют напряжение питания статора 6 кВ, 10 кВ и садятся на соответствующие линии ГПП.

Для возбуждения синхронного компенсатора чаще всего используют тиристорный преобразователь . Он прост в управлении, обладает малой инерционностью, дешев, по сравнению с другими устройствами, не требует постоянного обслуживания и быстро ремонтируем. Современные возбудители оборудованы микропроцессорной системой управления, которые могут в автоматическом режиме вычислять реактивную мощность и регулировать возбуждение машины, тем самым поддерживая баланс мощности. Ниже приведена функциональная схема системы автоматического регулирования (САУ):

Также ранее применялись, а кое-где и до сих пор используются, электромашинное возбуждение. Как правило, работает с очень малой чувствительностью и очень большой инерционностью по отношению к цепи. Дорог в обслуживании и эксплуатации. При выходе из строя долго находится в ремонте. Ниже показана самая примитивная схема электромашинного возбудителя:

Вывод: синхронный компенсатор является обратимым устройством. Он дорог, занимает много места, а также вызывает шум и иногда вибрации. Эксплуатация его не дешевая, а в случае выхода из строя вращающихся элементов требует длительного ремонта. В сравнении с современными средствами компенсации реактивной мощности является устаревшим.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Adblock detector