Längsblindleistungskompensation – physikalische Bedeutung und technische Umsetzung

Um den Wirkungsgrad bestehender Stromleitungen sowie deren Durchsatz zu verbessern, werden Vorrichtungen zur Längskompensation der Blindleistung eingesetzt. Heutzutage führt die Fülle an unterschiedlichen Erzeugungsquellen mit unterschiedlichen Kapazitäten sowie an Hochspannungsleitungen, insbesondere solchen, die Strom über große Entfernungen übertragen, zu einem wachsenden Bedarf, die Zuverlässigkeit von Energiesystemen im Allgemeinen nicht nur zu erhöhen, sondern auch zu verbessern ihre Effizienz.

Es gibt zwei Möglichkeiten, die Übertragungskapazität von Stromleitungen zu erhöhen: Die erste Möglichkeit besteht darin, den Leitungsquerschnitt direkt zu vergrößern, und die zweite darin, Längsschemata zur Kompensation der Blindleistung zu verwenden. Der zweite Weg – die Längsblindleistungskompensation – erweist sich als wirtschaftlicherer Weg, dieses Ziel sowohl für systemübergreifende als auch für systeminterne Verbindungen zu erreichen.

Es ist bekannt, dass es bei der Übertragung von Blindleistung über Leitungen zu erheblichen Spannungsabfällen und Stromanstiegen in Abschnitten elektrischer Netze kommt, was zu Einschränkungen bei der Übertragung von Nutz-Wirkleistung führt.

Bei der Längsblindleistungskompensation handelt es sich um eine zusätzliche Reihenschaltung von Kondensatoren mit der Last mittels Aufwärts- oder Trenntransformatoren, was eine automatische Spannungsregelung in Abhängigkeit vom aktuellen Wert des Laststroms ermöglicht.

Natürlich sind beim Längsausgleich Notbetriebe unvermeidlich, deren Gründe sein können:

• Überbrücken von Kondensatoren, die Überspannungen verursachen können;

• Ferroresonanz-Phänomen;

• Beschädigung der Kondensatoren von innen.

Um Schäden durch einen plötzlichen Spannungsanstieg zu vermeiden, müssen die Kondensatoren in solchen Fällen automatisch durch einen Hochspannungsschalter abgeschaltet oder sofort über eine Funkenstrecke entladen werden.

Da die Blindleistungskompensationskondensatoren im Wechselstromkreis in Reihe geschaltet sind, fließt der gesamte Netzstrom durch sie und somit auch der ggf. vorhandene Kurzschlussstrom.

Um die Übertragungskapazität zu erhöhen, wird in Hochspannungsleitungen eine Längskompensation eingesetzt, die die Stabilität der Energiesysteme gewährleistet, die diese Leitungen umfassen.

Bei der Längskompensation ist der Kondensatorstrom gleich dem gesamten durch ihn fließenden Laststrom I, und die Leistung der Kondensatorbank Q ist ein variabler Wert, der von der Last zu einem bestimmten Zeitpunkt abhängt.Diese Blindleistung lässt sich nach folgender Formel berechnen:

Bk =Az2/ωC

Und da die Leistung der Kondensatoren beim Längsausgleich nicht konstant bleibt, steigt auch die Spannung um einen Betrag an, der proportional zur Änderung der Blindlast der gegebenen Leitung, also der Spannung der Kondensatoren, ist keineswegs konstant, wie bei der Querkompensation der Blindleistung.

Heutzutage erfreuen sich schaltende kapazitive Längskompensationseinheiten großer Beliebtheit. Solche Anlagen dienen dazu, den Einfluss des induktiven Anteils der Reaktanz von Transformatoren von Traktionsnetzen und Umspannwerken auf die am Stromabnehmer einer Elektrolokomotive anliegende Spannung zu reduzieren. Dabei ist, wie oben erwähnt, ein Kondensator in Reihe mit dem Stromabnehmer geschaltet.

In russischen Umspannwerken werden diese Anlagen in einer Saugleitung installiert, wobei die Installation eines Längsausgleichs dazu dient, die Spannung zu erhöhen, den Effekt voreilender oder nacheilender Phasen zu verhindern, symmetrische Spannungen mit gleichen Strömen in den Versorgungszweigen, der allgemeinen Spannung, zu erhalten Die Klasse für Arbeitsmittel wird reduziert und die Konstruktion der Anlage vereinfacht...

Die Abbildung zeigt ein Diagramm, das nur einen Abschnitt von Längskompensationskondensatoren zeigt, von denen tatsächlich mehrere parallel zueinander geschaltet sind.

Die Spannung an die Niederspannungswicklungen der in Reihe geschalteten Transformatoren T1 und T2 wird von einer Reihe von Kondensatoren über einen Thyristorschalter und einen Begrenzungswiderstand geliefert.Dabei sind die Hochspannungswicklungen dieser Transformatoren gegenläufig geschaltet und bei einem Kurzschluss steigt die Spannung in den Kondensatoren.

Sobald die Spannung den eingestellten Wert erreicht, wird der Thyristorschalter ausgelöst und der Lichtbogen des Drei-Elektroden-Entladers wird sofort gezündet. Beim Einschalten des Vakuumschützes erlischt der Lichtbogen im Entlader.

Zu den Vorteilen solcher Anlagen zum Längsausgleich zählen:

• symmetrische Busspannung;

• Reduzierung von Spannungsschwankungen und Erhöhung des Pegels an elektrischen Empfängern.

Nachteile:

• schwierige Betriebsbedingungen der Kondensatoren der Anlage im Vergleich zur seitlichen Kompensation, da der Kurzschlussstrom des Bahnnetzes durch die Kondensatoren fließt und hier ein zuverlässiger Übergeschwindigkeitsschutz erforderlich ist;

• Überlastung von Kondensatoren in gefährlichen Modi: erzwungen, Notfall, Post-Notfall.

Um den besten Effekt der Blindleistungskompensation zu erzielen, sollten regelbare Anlagen mit kombiniertem Betrieb von Längs- und Querkompensation eingesetzt werden.

Zu den Vorteilen des Einsatzes von Längsausgleichsanlagen im Allgemeinen gehören:

• Erhöhen der auf der Leitung übertragenen Leistung;

• Verbesserung der Stabilität von Energiesystemen bei Spitzenlasten;

• deutliche Reduzierung der Wirkleistungsverluste;

• Verbesserung der Stromqualität in Netzen;

• hohe Effizienz der Stromverteilung in parallelen Leitungen;

• die Notwendigkeit, Stromerzeugungsquellen in abgelegenen Gebieten zu errichten, entfällt;

• Verbindungsabschnitte und technische Parameter der Leitungen müssen nicht erhöht werden.

Der wichtigste wirtschaftliche Vorteil des Einsatzes von Längsausgleichsvorrichtungen ist die Energieeinsparung. Nicht nur das Die Stromqualität verbessert sich, so dass die Anzahl der Stromleitungen reduziert werden kann, wenn eine Längsblindleistungskompensation eingesetzt wird. Umweltschutz ist eine natürliche Folge der Einführung dieser Technologie, insbesondere im großen Maßstab.

Der Installationsaufwand ist so hoch, dass eine neue Übertragungsleitung zehnmal mehr kostet als eine Längsausgleichsanlage mit gleicher Übertragungskapazität. Daher dauert die Wiederherstellung eines solchen Systems im Vergleich zu herkömmlichen Übertragungsleitungen nur wenige Jahre.