Compensation longitudinale de la puissance réactive — signification physique et mise en œuvre technique

Pour améliorer l'efficacité des lignes électriques existantes, ainsi que pour améliorer leur débit, des dispositifs de compensation longitudinale de la puissance réactive sont utilisés. Aujourd'hui, l'abondance de sources de production différentes avec des capacités différentes, ainsi que des lignes à haute tension, en particulier celles qui transportent l'électricité sur de longues distances, entraîne une demande croissante pour augmenter non seulement la fiabilité des systèmes électriques en général, mais aussi pour améliorer leur efficacité.

Il existe deux façons d'augmenter la capacité de transmission des lignes électriques, la première consiste à augmenter directement la section de la ligne et la seconde à utiliser des schémas longitudinaux pour compenser la puissance réactive. La deuxième méthode, la compensation longitudinale de la puissance réactive, s'avère être une manière plus économique d'atteindre cet objectif pour les connexions inter-système et intra-système.

On sait que lorsque la puissance réactive est transmise sur des fils, il y a des chutes de tension et des augmentations de courant importantes dans des sections de réseaux électriques, ce qui crée des limitations sur la transmission de la puissance active utile.

La compensation de puissance réactive longitudinale implique une connexion supplémentaire de condensateurs en série avec la charge au moyen de transformateurs élévateurs ou d'isolement, ce qui permet d'obtenir une régulation automatique de la tension en fonction de la valeur actuelle du courant de charge.

Bien sûr, avec la compensation longitudinale, les modes d'urgence sont inévitables, dont les raisons peuvent être :

• le shunt des condensateurs, qui peut provoquer des surtensions ;

• phénomène de ferrorésonance;

• endommager les condensateurs de l'intérieur.

Pour éviter les dommages dus à une augmentation soudaine de la tension, les condensateurs doivent alors être automatiquement déconnectés par un interrupteur haute tension ou immédiatement déchargés via un éclateur.

Étant donné que les condensateurs de compensation de puissance réactive sont connectés en série dans le circuit alternatif, tout le courant de ligne les traverse et, par conséquent, le courant de court-circuit, le cas échéant, les traversera également.

Pour augmenter la capacité de transmission, une compensation longitudinale est appliquée dans les lignes à haute tension, ce qui assure la stabilité des systèmes électriques qui incluent ces lignes.

En compensation longitudinale, le courant du condensateur est égal au courant de charge total I qui le traverse, et la puissance de la batterie de condensateurs Q est une valeur variable qui dépend de la charge à un instant donné.Cette puissance réactive peut être calculée à l'aide de la formule :

Bk =Az2/ωC

Et puisque la puissance des condensateurs dans le processus de compensation longitudinale ne reste pas constante, la tension augmente également d'une quantité proportionnelle à la variation de la charge réactive de la ligne donnée, c'est-à-dire que la tension des condensateurs est nullement constante, comme dans la compensation croisée de la puissance réactive.

Les unités de compensation longitudinale capacitives à découpage sont aujourd'hui très appréciées.De telles installations sont utilisées pour réduire l'influence de la composante inductive de la réactance des transformateurs des réseaux de traction et des sous-stations de traction sur la tension appliquée au pantographe d'une locomotive électrique. Ici, comme mentionné ci-dessus, un condensateur est connecté en série avec le pantographe.

Dans les sous-stations de traction russes, ces installations sont installées dans une ligne d'aspiration, où l'installation d'une compensation longitudinale sert à augmenter la tension, à éviter l'effet des phases en avance ou en retard, des tensions symétriques avec des courants égaux sont obtenues dans les bras d'alimentation, la tension générale la classe des équipements de travail est réduite et la conception de l'installation est simplifiée...

La figure montre un schéma qui ne montre qu'une seule section de condensateurs de compensation longitudinaux, dont il y en a en fait plusieurs connectés en parallèle les uns avec les autres.

La tension aux enroulements basse tension des transformateurs T1 et T2, connectés en série, est fournie par une rangée de condensateurs via un interrupteur à thyristor et une résistance de limitation.Dans ce cas, les enroulements haute tension de ces transformateurs sont connectés dans des directions opposées et, en cas de court-circuit, la tension dans les condensateurs augmente.

Au moment où la tension atteint le réglage, le commutateur à thyristor est déclenché et l'arc du déchargeur à trois électrodes est immédiatement allumé. Lorsque le contacteur sous vide est activé, l'arc dans le déchargeur est éteint.

Les avantages de telles installations pour la compensation longitudinale comprennent :

• tension de bus symétrique ;

• réduire les fluctuations de tension et augmenter son niveau au niveau des récepteurs électriques.

Les inconvénients:

• des conditions de fonctionnement difficiles des condensateurs de l'installation par rapport à la compensation latérale, car le courant de court-circuit du réseau de traction traverse les condensateurs, et une protection fiable contre les survitesses est ici requise ;

• surcharge des condensateurs dans les modes dangereux : forcé, urgence, post-urgence.

Pour obtenir le meilleur effet de compensation de puissance réactive, des installations réglables avec un fonctionnement combiné de la compensation longitudinale et latérale doivent être utilisées.

Les avantages de l'utilisation d'installations de compensation longitudinale en général comprennent :

• augmenter la puissance transmise sur la ligne ;

• améliorer la stabilité des systèmes électriques pendant les pics de charge ;

• réduction significative des pertes de puissance active ;

• améliorer la qualité de l'électricité dans les réseaux ;

• haute efficacité de la distribution d'énergie dans les lignes parallèles ;

• la nécessité de construire des sources de production dans des zones reculées est éliminée ;

• les sections d'interconnexion et les paramètres techniques des lignes n'ont pas besoin d'être augmentés.

Le principal avantage économique de l'utilisation de dispositifs de compensation longitudinale est l'économie d'énergie. Non seulement que la qualité de l'électricité s'améliore, de sorte que le nombre de lignes électriques peut être réduit si la compensation de puissance réactive longitudinale est utilisée. La protection de l'environnement est une conséquence naturelle de l'introduction de cette technologie, surtout à grande échelle.

Le coût des installations est tel qu'une nouvelle ligne de transmission coûte 10 fois plus cher qu'un dispositif de compensation longitudinale à même capacité de transmission. En conséquence, la récupération d'un tel système ne prend que quelques années par rapport aux lignes de transmission traditionnelles.