Compensadores síncronos em redes elétricas

O compensador síncrono é um motor síncrono leve projetado para operação ociosa.

Os principais consumidores de energia elétrica, além da potência ativa, consomem dos geradores do sistema potência reativa… O número de usuários que requerem grandes correntes reativas de magnetização para criar e manter o fluxo magnético inclui motores assíncronos, transformadores, fornos de indução e outros. Como resultado, as redes de distribuição são normalmente operadas com correntes atrasadas.

A potência reativa gerada pelo gerador é obtida com o menor custo. No entanto, a transferência de potência reativa dos geradores está associada a perdas adicionais em transformadores e linhas de transmissão. Portanto, para obter potência reativa, torna-se economicamente vantajoso utilizar compensadores síncronos localizados nas subestações nodais do sistema ou diretamente nos consumidores.

Os motores síncronos, graças à excitação CC, podem trabalhar com cos = 1 e não consomem potência reativa da rede e, durante a operação, com sobreexcitação, fornecem potência reativa à rede. Como resultado, o fator de potência da rede é melhorado e as quedas e perdas de tensão na mesma são reduzidas, bem como o fator de potência dos geradores que operam nas usinas.

Os compensadores síncronos são projetados para compensar o fator de potência da rede e manter o nível de tensão normal da rede em áreas onde as cargas de consumo estão concentradas.

Um compensador síncrono é uma máquina síncrona operando no modo motor sem carga no eixo com corrente alternada no campo.

No modo de sobreexcitação, a corrente está adiantada em relação à tensão da rede, ou seja, é capacitiva em relação a essa tensão, e no modo de subexcitação fica atrás, indutiva. Nesse modo, a máquina síncrona se torna um compensador — um gerador de corrente reativa.

O modo de operação superexcitado do compensador síncrono é normal quando ele fornece potência reativa à rede.

Os compensadores síncronos são desprovidos de motores de acionamento e, em termos de operação, são essencialmente motores intermediários síncronos.

Nesse sentido, juntas de dilatação, como as que atendem às mesmas finalidades bancos de capacitoresinstalados nas subestações dos usuários também são chamados de geradores de energia reativa... Porém, em períodos de queda nas cargas dos usuários (por exemplo à noite), muitas vezes é necessário o uso de compensadores síncronos e em modo de subexcitação, quando consomem corrente indutiva e potência reativa da rede, pois nesses casos a tensão da rede tende a aumentar e, para mantê-la em um nível normal, é necessário carregar a rede com correntes indutivas, que causam quedas adicionais de tensão nela.

Para isso, cada compensador síncrono é equipado com uma excitação automática ou regulador de tensão, que regula a magnitude da corrente de excitação para que a tensão nos terminais do compensador permaneça constante.

Para melhorar o fator de potência e reduzir consequentemente o ângulo de deslocamento entre a corrente e a tensão do valor de φw para φc, é necessária potência reativa:

onde P é a potência ativa média, kvar; φsv — deslocamento de fase correspondente ao fator de potência médio ponderado; φk — deslocamento de fase a ser obtido após a compensação; a — um fator igual a cerca de 0,9 inserido nos cálculos para levar em consideração um possível aumento no fator de potência sem a instalação de dispositivos de compensação.

Além de compensação de corrente reativa cargas industriais indutivas, são necessários compensadores de linha síncrona. Em linhas de transmissão longas, em baixa carga, a capacidade da linha prevalece e elas operam com corrente adiantada. Para compensar esta corrente, o compensador síncrono deve operar com corrente atrasada, ou seja, com excitação insuficiente.

Com uma carga significativa nas linhas de energia, quando prevalece a indutância dos consumidores de eletricidade, a linha de energia opera com uma corrente atrasada. Neste caso, o compensador síncrono deve operar com corrente adiantada, ou seja, superexcitado.

Uma mudança na carga na linha de energia causa uma mudança nos fluxos de potência reativa em magnitude e fase e leva a flutuações significativas na tensão da linha. Nesse sentido, torna-se necessário regulamentar.

Os compensadores síncronos são geralmente instalados em subestações regionais.

Para regular a tensão no final ou no meio das linhas de transmissão, podem ser criadas subestações intermediárias com compensadores síncronos, que devem regular ou manter a tensão inalterada.

A operação de tais compensadores síncronos é automatizada, o que cria a possibilidade de controle automático suave da potência reativa e tensão geradas.

Para realizar a partida assíncrona, todos os compensadores síncronos são fornecidos com bobinas de partida nas partes polares ou seus polos são maciços. Neste caso, utiliza-se o método direto e, se necessário, o método de partida do reator.

Em alguns casos, potentes compensadores também são colocados em operação usando motores de indução de fase de partida montados com eles no mesmo eixo. Para sincronização com a rede, geralmente é usado o método de autosincronização.

Como os compensadores síncronos não desenvolvem potência ativa, a questão da estabilidade estática do trabalho para eles perde sua urgência. Por isso, são fabricados com entreferro menor que geradores e motores. A redução da folga facilita o enrolamento de campo e reduz os custos da máquina.

A potência aparente nominal do compensador síncrono corresponde à sua operação com sobreexcitação, ou seja, a potência nominal do compensador síncrono é sua potência reativa na corrente principal, que pode suportar por um longo tempo no modo de operação.

Os maiores valores de corrente e potência de subexcitação são obtidos ao operar no modo reativo.

Na maioria dos casos, o modo de subexcitação requer menos energia do que o modo de sobreexcitação, mas em alguns casos é necessária mais energia. Isso pode ser alcançado aumentando a folga, mas isso leva a um aumento no custo da máquina e, portanto, recentemente foi levantada a questão de usar um modo de corrente de excitação negativa. Como o compensador síncrono em termos de potência ativa é carregado apenas com perdas, ele pode, segundo ele, funcionar de forma estável e com pouca excitação negativa.

Em alguns casos, em períodos secos, para operação em modo compensador, também são utilizados geradores hidrelétricos.

Estruturalmente, os compensadores não diferem fundamentalmente dos geradores síncronos. Eles têm o mesmo sistema magnético, sistema de excitação, resfriamento etc. Todos os compensadores síncronos de média potência são resfriados a ar e feitos com excitatriz e excitatriz.

Devido ao fato de que os compensadores síncronos não são projetados para realizar trabalho mecânico e não carregam uma carga ativa no eixo, eles têm uma construção mecanicamente leve. Os compensadores são produzidos como máquinas de velocidade relativamente baixa (1000 - 600 rpm) com um eixo horizontal e um rotor de pólo convexo.

Um gerador ocioso com excitação adequada pode ser usado como compensador síncrono.Em um gerador superexcitado, surge uma corrente de equalização que é puramente indutiva em relação à tensão do gerador e puramente capacitiva em relação à rede.

Deve-se ter em mente que uma máquina síncrona superexcitada, seja operando como gerador ou como motor, pode ser considerada em relação à rede elétrica como uma capacitância, e uma máquina síncrona não excitada como uma indutância.

Para transferir o gerador conectado à rede para o modo de compensador síncrono, basta fechar o acesso de vapor (ou água) à turbina. Neste modo, o turbina-gerador sobreexcitado passa a consumir uma pequena quantidade de potência ativa da rede apenas para cobrir as perdas de rotação (mecânicas e elétricas) e transfere a potência reativa para a rede.

No modo de compensador síncrono, o gerador pode funcionar por um longo tempo e depende apenas das condições de operação da turbina.

Se necessário, o gerador de turbina pode ser usado como um compensador síncrono tanto com a turbina girando (junto com a turbina) quanto com ela desligada, ou seja, com a embreagem desmontada.

Girar a turbina a vapor no lado do gerador que entrou no modo de acionamento pode causar o superaquecimento da seção traseira da turbina.