3. Синхронные компенсаторы

Синхронный компенсатор пред­ставляет собой ненагруженный син­хронный двигатель, который в зави­симости от тока возбуждения может либо вырабатывать (в режиме пе­ревозбуждения), либо потреблять (в режиме недовозбуждения) реак­тивную мощность. Особенностью синхронных компенсаторов являет­ся возможность работы как с положительным, так и с отрицательным возбуждением. Синхронные компенсаторы обыч­но выполняют с явнополюсным ротором, и конст­руктивно они аналогичны гидроге­нераторам, только у всех СК вал расположен горизонтально. При таком исполне­нии уменьшаются масса, размеры и стоимость компенсатора; монтаж и ремонт возможны без крана; фун­дамент оказывается проще и де­шевле. Для повышения устойчивости параллельной работы синхронных компенсаторов их выполняют со значительным моментом инерции. Поэтому валы синхронных компен­саторов несмотря на малый вращаю­щий момент (нагрузка на валу от­сутствует) имеют значительные раз­меры. Для повышения механической прочности валы выполняют кова­ными. В настоящее время отечествен­ная промышленность изготовляет явнополюсные синхронные компен­саторы на 750 и 1 000 об/мин с номинальными мощностями (при опе­режающем токе): 10; 16; 25; 32; 50; 100; 160; 350 MB-А. При указанных частотах вращения синхронные ком­пенсаторы в явнополюсном испол­нении имеют меньшую стоимость и меньшие потери энергии, чем в неявнополюсном исполнении, поэтому последние не нашли широкого применения. Для облегчения пуска явнополюсных синхронных компенса­торов их выполняют с пусковой об­моткой, которая состоит из стерж­ней, уложенных в полузакрытые па­зы на полюсах ротора. Изготовление стержней из сплавов с повышенным активным сопротив­лением — латуни, алюминиевой бронзы и др.— позволяет получить достаточно большой пусковой мо­мент. На торцах полю­сов стержни замыкают накоротко медными или латунными сегмента­ми, а сегменты соседних полюсов объединяют электрически в общее короткозамыкающее кольцо. Сече­ние стержней и сегментов выбира­ют, исходя из значений пусковых то­ков и длительности пуска. При работе синхронного компен­сатора в режиме потребления реак­тивной мощности имеет место более глубокое проникновение потоков рассеяния лобовых частей обмотки статора в торцевую зону сердечни­ка статора. Это увеличивает потери мощности и соответственно нагрев не только торцовой зоны сердечни­ка статора, но и нажимных плит, кронштейнов, бандажных колец и др. Поэтому у синхронных компен­саторов, которые рассчитаны на по­требление реактивной мощности бо­лее 50% номинальной, нажимные плиты, кронштейны, бандажные кольца и другие конструктивные элементы выполняют из немагнит­ных материалов.

4.Системы охлаждения

Все системы охлаждения можно подразделить на косвенные (или поверхностные) и непосред­ственные (или внутрипроводниковые). Некоторые машины выпол­няют со смешанной системой ох­лаждения. В качестве охлаждающих сред используют воздух, водород, воду и масло. Косвенные системы охлаждения. При косвенной системе охлажде­ния газ (воздух или водород) цир­кулирует в зазоре между ротором и статором, а также в вентиляцион­ных каналах сердечника статора. Поэтому тепло, выделяемое в про­водниках обмоток ротора и статора, поглощается охлаждающим газом лишь после того, как оно пройдет через пазовую изоляцию и сталь ро­тора или статора. Косвенная воздушная система охлаждения может быть проточной и замкнутой. При проточной систе­ме воздух, пройдя очистительные фильтры, поступает в закрытую ма­шину, охлаждает ее и затем выбра­сывается наружу. Такая вентиляция применяется только для генерато­ров небольшой мощности, так как несмотря на наличие фильтров с воздухом в машину попадает и пыль. Для крупных генерато­ров применяют замкнутую вентиляцию, при которой в машине циркулирует одно и то же количест­во воздуха; нагретый воздух охлаж­дается в воздухоохладителях. Вследствие отсутствия притока воздуха извне облегчается ликвидация пожара в машине. Кос­венная воздушная система приме­няется для охлаждения большинст­ва гидрогенераторов, турбогенера­торов мощностью до 12 МВт включительно и синхронных ком­пенсаторов мощностью до 16 MB-А включительно. Косвенная водородная система охлаждения может быть только замкнутой. По сравнению с воздухом водо­род обладает рядом преимуществ: он имеет в 7 раз большую теплопро­водность, в 14 раз меньшую плот­ность . Более эффективное охлаждение по­зволяет увели­чить мощность ТГ на 15—20% и СК на 30%, а при одной и той же мощности машины в единице сберечь 15—30% активных материа­лов. За счет меньшей плотности во­дорода по сравнению с воздухом уменьшаются потери на трение ро­тора о водород и потери на вентиля­цию; это приводит к повышению к. п. д. машины на 0,7—1%. Водород не поддерживает горения. Но для устранения опасности взрыва содержание водорода долж­но быть более 70%; обычно оно равно 97—99%. Во избежание проникновения воздуха внутрь машины давление водорода выбирают выше атмосферного — не менее 0,103—0,107 МПа. Корпус ма­шины -бо­лее прочный, чем при воздушном охлаждении и газонепрони­цаемый; (ТГ от 30 до 100 МВт ; СК 32 MB*А).

Непосредственные системы охлаждения. В этих системах охлаждающая среда непосредственно соприкасает­ся с медью обмоток, благодаря чему основная часть тепла, выделяемого в меди, отводится непосредственно к охлаж­дающей среде, минуя изоляцию и сталь. В качестве охлаждающей среды: водород, вода, масла. Позволила увеличить мощность генераторов более чем в 3 раза. В крупных гидрогенера­торах также применяют непосредст­венное охлаждение обмоток статора и ротора воздухом и водой.

При непосредственном во­дородном охлаждении с целью повышения эффективности охлаждения давление водорода доведено до 0,3—0,5 МПа. Для охлаж­дения ротора применяют аксиальную и многоструйную ради­альную системы охлаждения, а для охлаждения обмотки статора применяют только аксиальную систему. Охлаждение активной стали статора производят по одноструйной (радиальной вы­тяжной) либо совместно по аксиаль­ной и одноструйной схемам охлаж­дения. Недостатком аксиальной сис­темы является резкая неравномерность нагрева об­мотки по длине, а также необходи­мость в высоконапорном компрессо­ре.

При непосредственном масляном охлаждении бла­годаря высоким изолирующим свой­ствам трансформаторного масла возможно использование для обмот­ки статора более дешевой бумажной изоляции. Кроме того, хорошие изо­ляционные свойства масла облег­чают подвод и отвод масла из обмо­тки. Однако масляное охлаждение имеет и недостатки: движение мас­ла вследствие его вязкости носит ламинарный характер; для создания скорости движения масла необходи­мо большое давление; масло является горючей средой; оно обладает меньшей теп-лоотводящей способностью, чем вода. Поэтому применение масла для охлаждения обмоток генератора наиболее целесообразно при номи­нальных напряжениях 35 кВ и вы­ше. При непосредственном водяном охлаждении благо­даря высокой теплоемкости и не­большой вязкости воды имеет место наиболее эффективное охлаждение. Кроме того, вода негорюча. На электрических станциях для охлаж­дения генераторов обычно использу­ют отработанный конденсат турбин или дистиллированную воду, кото­рые обладают достаточно высокими изолирующими свойствами.