Vzdolžna kompenzacija jalove moči — fizikalni pomen in tehnična izvedba

Za izboljšanje učinkovitosti obstoječih daljnovodov in za izboljšanje njihove prepustnosti se uporabljajo naprave za vzdolžno kompenzacijo jalove moči. Danes obilica različnih generatorskih virov z različnimi zmogljivostmi, pa tudi visokonapetostnih vodov, zlasti tistih, ki prenašajo električno energijo na velike razdalje, povzroča vse večje zahteve po povečanju ne le zanesljivosti elektroenergetskih sistemov na splošno, temveč tudi po izboljšanju njihovo učinkovitost.

Obstajata dva načina za povečanje prenosne zmogljivosti daljnovodov, od katerih je prvi neposredno povečanje preseka voda, drugi pa je uporaba vzdolžnih shem za kompenzacijo jalove moči. Drugi način - vzdolžna kompenzacija jalove moči - se izkaže za bolj ekonomičen način za dosego tega cilja tako za medsistemske kot znotrajsistemske povezave.

Znano je, da pri prenosu jalove moči po žicah pride do znatnih padcev napetosti in povečanja toka na odsekih električnih omrežij, kar ustvarja omejitve pri prenosu koristne, delovne moči.

Vzdolžna kompenzacija reaktivne moči pomeni dodatno zaporedno povezavo kondenzatorjev z obremenitvijo s pomočjo povečavnih ali izolacijskih transformatorjev, kar omogoča avtomatsko regulacijo napetosti glede na trenutno vrednost bremenskega toka.

Seveda so z vzdolžno kompenzacijo neizogibni načini v sili, razlogi za katere so lahko:

• ranžiranje kondenzatorjev, ki lahko povzroči prenapetost;

• feroresonančni pojav;

• poškodbe kondenzatorjev od znotraj.

Da bi se izognili poškodbam zaradi nenadnega povečanja napetosti, je treba kondenzatorje v takih trenutkih samodejno odklopiti z visokonapetostnim stikalom ali jih takoj izprazniti skozi iskrišče.

Ker sta kompenzatorja za kompenzacijo jalove moči zaporedno povezana v izmeničnem tokokrogu, teče skoznje celoten omrežni tok, zato bo skoznje stekel tudi tok kratkega stika, če sploh obstaja.

Za povečanje prenosne zmogljivosti se v visokonapetostnih vodih uporablja vzdolžna kompenzacija, ki zagotavlja stabilnost elektroenergetskih sistemov, ki vključujejo te vode.

Pri vzdolžni kompenzaciji je tok kondenzatorja enak celotnemu toku obremenitve I, ki teče skozenj, moč kondenzatorske baterije Q pa je spremenljiva vrednost, ki je odvisna od obremenitve v danem trenutku.To jalovo moč je mogoče izračunati po formuli:

Bk =Az2/ωC

In ker moč kondenzatorjev v procesu vzdolžne kompenzacije ne ostane konstantna, se napetost poveča tudi za količino, ki je sorazmerna s spremembo reaktivne obremenitve danega voda, to je napetost kondenzatorjev nikakor ne konstantna, kot pri navzkrižni kompenzaciji jalove moči.

Preklopne kapacitivne vzdolžne kompenzacijske enote so danes zelo priljubljene.Takšne naprave se uporabljajo za zmanjšanje vpliva induktivne komponente reaktanca transformatorjev vlečnih omrežij in vlečnih postaj na napetost, ki se uporablja za odjemnik toka električne lokomotive. Tukaj, kot je navedeno zgoraj, je kondenzator zaporedno povezan z odjemnikom toka.

Na ruskih vlečnih postajah so te naprave nameščene v sesalnem vodu, kjer namestitev vzdolžne kompenzacije služi za povečanje napetosti, preprečevanje učinka vodilnih ali zaostalih faz, v napajalnih rokah se dobijo simetrične napetosti z enakimi tokovi, splošna napetost razred za delovno opremo je znižan in zasnova instalacije je poenostavljena...

Slika prikazuje diagram, ki prikazuje samo en odsek vzdolžnih kompenzacijskih kondenzatorjev, od katerih jih je dejansko več vzporedno povezanih med seboj.

Napetost nizkonapetostnih navitij transformatorjev T1 in T2, povezanih v serijo, napaja vrsta kondenzatorjev preko tiristorskega stikala in omejevalnega upora.V tem primeru so visokonapetostna navitja teh transformatorjev povezana v nasprotnih smereh, s kratkim stikom pa se napetost v kondenzatorjih poveča.

V trenutku, ko napetost doseže nastavljeno, se sproži tiristorsko stikalo in takoj se vžge oblok trielektrodnega razbremenilnika. Ko je vakuumski kontaktor vklopljen, oblok v razbremenilniku ugasne.

Prednosti takšnih naprav za vzdolžno kompenzacijo vključujejo:

• simetrična napetost vodila;

• zmanjšanje nihanj napetosti in povečanje njenega nivoja na električnih sprejemnikih.

Slabosti:

• težki pogoji delovanja kondenzatorjev napeljave v primerjavi s stransko kompenzacijo, saj tok kratkega stika vlečnega omrežja teče skozi kondenzatorje in tukaj je potrebna zanesljiva zaščita pred prekoračitvijo hitrosti;

• preobremenitev kondenzatorjev v nevarnih načinih: prisilno, v sili, po izrednih dogodkih.

Da bi dosegli najboljši učinek kompenzacije jalove moči, je treba uporabiti nastavljive naprave s kombiniranim delovanjem vzdolžne in bočne kompenzacije.

Prednosti uporabe vzdolžnih kompenzacijskih naprav na splošno vključujejo:

• povečanje moči, ki se prenaša po liniji;

• izboljšanje stabilnosti elektroenergetskih sistemov med največjimi obremenitvami;

• znatno zmanjšanje izgub delovne moči;

• izboljšanje kakovosti električne energije v omrežjih;

• visoka učinkovitost distribucije moči v vzporednih linijah;

• odpade potreba po izgradnji proizvodnih virov na oddaljenih območjih;

• povezovalnih odsekov in tehničnih parametrov vodov ni treba povečevati.

Glavna ekonomska prednost uporabe vzdolžnih kompenzacijskih naprav je varčevanje z energijo. Ne samo to kakovost električne energije se izboljša, tako da se lahko število električnih vodov zmanjša, če se uporablja vzdolžna kompenzacija jalove moči. Varovanje okolja je naravna posledica uvajanja te tehnologije, zlasti v velikem obsegu.

Cena inštalacij je tolikšna, da nov daljnovod stane 10-krat več kot vzdolžna kompenzacijska naprava z enako prenosno zmogljivostjo. Posledično je obnovitev takšnega sistema le nekaj let v primerjavi s tradicionalnimi daljnovodi.