Niederspannungsschutzgeräte

Erwägen Sie verschiedene Systeme zum Schutz der industriellen Produktion vor Spannungsabfällen (Schwungrad, statische unterbrechungsfreie Stromversorgung (USV), dynamischer Spannungsverzerrungskompensator, statischer Kompensator (STATCOM), parallel geschaltete LED, Aufwärtswandler, aktiver Filter und Serienverstärker ohne Transformatoren).

Spannungsreduzierung ist eines der teuersten Phänomene in der Branche. Der einfachste Weg, sensible Prozesse vor Schäden zu schützen, ist die USV-Installation... Aufgrund der hohen Anschaffungs- und Wartungskosten werden USVs jedoch nur in großen Bauobjekten installiert, an Orten, an denen Schäden durch Stromversorgungsprobleme auftreten können erhebliche Schäden anrichten, beispielsweise in Krankenhäusern, in der Computerproduktion, in Finanzinstituten.

Bei der Entscheidung, Schutzausrüstung zu installieren, sollte eine Machbarkeitsstudie durchgeführt werden, um die Machbarkeit der Installation einer USV für einen bestimmten Produktionsprozess zu zeigen.

Das Problem, Elektromotoren mit unterschiedlichen Drehzahlen in der industriellen Produktion vor Spannungseinbrüchen zu schützen, ist nun gelöst. Aufgrund der großen Markenvielfalt solcher Systeme ist es nicht ganz einfach, die optimale technische und wirtschaftliche Lösung für dieses Problem zu finden.

Arten von Korrekturgeräten

Ein Motor-Generator-Schwungrad (D-G) kann kritische Produktionsstörungen vor allen Spannungseinbrüchen im Stromnetz C schützen. Wenn ein Spannungseinbruch auftritt, wird der Spannungsabfall an der Last durch das Schwungrad verlangsamt. Die verschiedenen Schemata zum Anschluss des Schwungrads an den Motorgenerator ähneln denen in 1.

Reis. 1. Schema zur Verwendung eines Schwungrads zum Ausgleich von Spannungsabfällen

Die Hauptkomponenten einer unabhängigen statischen USV sind in Abb. dargestellt. 2, deren Batterien (Kondensatoren) Energie nur zum Schutz vor kurzzeitigen Spannungseinbrüchen speichern. Tritt ein Spannungsabfall auf, wird die Last über einen DC-AC-Wandler aus der Batterie gespeist.

Reis. 2. Schema zur Verwendung einer USV zum Ausgleich von Spannungsabfällen

Der Kompensator der dynamischen Spannungsverzerrung bleibt während des Spannungsabfalls über den Transformator 2 mit dem Stromnetz 1 verbunden und ermittelt den fehlenden Teil der Spannung (Abb. 3). Dieser fehlende Teil der Spannung wird über die Primärwicklung 4 und die Sekundärwicklung 3 des in Reihe mit der Last 7 geschalteten Spartransformators hinzugefügt. Je nach Verwendungszweck kann die Energie zur Versorgung der Last 7 über den Spannungswandler 5 während des Spannungsabfalls verwendet werden aus dem Netz oder aus einer zusätzlichen Stromquelle (hauptsächlich aus Kondensatoren c) entnommen.

Betrachten Sie zwei Modifikationen verschiedener Hersteller. Der erste (im Folgenden als DKIN-1 bezeichnet) enthält keine Stromquellen und ist dauerhaft angeschlossen. Diese Option ist kostengünstig, um die Spannung um bis zu 50 % zu erhöhen. Es gibt eine Modifikation des DKIN-Geräts mit der Möglichkeit, die Spannung um 30 % zu erhöhen. Es wird davon ausgegangen, dass es ab dieser Modifikation des DKIN-Geräts (30 %) ratsam ist, diese in der Produktion einzusetzen.

Reis. 3. Schema zur Verwendung von DKIN zum Ausgleich von Spannungsabfällen

Die zweite Modifikation (DKIN-2) enthält eine Stromquelle, die für eine schwere Last ausgelegt ist. Das Zwei-Megawatt-Gerät kann die Lastspannung einer 4-MW-Last um 50 % oder einer 8-MW-Last um 23 % erhöhen. Im Gegensatz zu den meisten anderen Geräten ist die Stromquelle in der Lage, längeren Stürzen standzuhalten.

Statischer Kompensator (STATCOM) Ein Spannungsabfallkompensator ist parallel zur Last geschaltet (Abb. 4). Ein STATCOM-Gerät kann Spannungsabfälle reduzieren, indem es die Blindlast an der Verbindungsstelle ändert.

Die Fähigkeit, Einbrüche zu reduzieren, kann durch Hinzufügen einer zusätzlichen Stromquelle, beispielsweise einer supraleitenden magnetischen Stromquelle, verbessert werden. Obwohl STATCOM-Kompensatoren (Abb. 4) statistisch gesehen in der Lage sind, Blindleistung V aufzunehmen und zurückzuleiten, beschränkt sich ihr Einsatz aus wirtschaftlichen Gründen meist auf die statische Kompensation.

Im Abwärtsmodus wechselt das STATCOM-System in den DC-Quellenmodus. Die Spannung an den Kondensatoranschlüssen kann konstant gehalten werden.

Reis. 4. Statische Dehnungsfuge

Ein parallel geschalteter Synchronmotor (SM) ähnelt in gewisser Weise einem STATCOM, enthält jedoch keine Leistungselektronik (Abb. 5). Die Fähigkeit des Synchronmotors, eine große Blindlast bereitzustellen, ermöglicht es einem solchen System, Spannungsabfälle von bis zu 60 % innerhalb von 6 s auszugleichen. Gleichzeitig schützt ein kleines Schwungrad die Last für 100 ms vor einem kompletten Stromausfall.

Reis. 5. LED und Schwungrad parallel geschaltet: 1 – Stromversorgungssystem; 2 – Transformator; 3 – wechseln

Aufwärtswandler Hierbei handelt es sich um einen DC/DC-Wandler, der die DC-Busspannung (z. B. einen Motor mit variabler Frequenz) auf den Nennwert erhöht (Abb. 6).

Der größte Spannungsabfall, der kompensiert werden kann, hängt vom Nennstrom des Hochsetzstellers ab. Der Aufwärtswandler beginnt zu arbeiten, sobald ein Spannungsabfall an den DC-Bussen des Geräts erkannt wird. Neben der Fähigkeit, symmetrische Spannungsabfälle von bis zu 50 % zu kompensieren, verfügt der Hochsetzsteller auch über die Fähigkeit, tiefe asymmetrische Einbrüche, wie beispielsweise einen Komplettausfall einer der Phasen, zu kompensieren. Zum Schutz vor Totalausfall kann der Hochsetzsteller durch Batterien ergänzt werden.

Ein aktiver Filter (Abb. 7) ist ein Wandler, der wie ein Gleichrichter funktioniert und IGBT-Thyristoren anstelle von Dioden verwendet.

Ein aktiver Filter kann die Spannung durch den Spannungsabfall kontinuierlich aufrechterhalten. Der Nennstrom des aktiven Filters bestimmt den maximalen Korrekturwert für den Spannungsabfall.

Reis. 7. Aktiver Filter

Bei einem Spannungsabfall öffnet eine transformatorlose Spannungskompensationsschaltung (Abb. 8) und die Last wird über den Wechselrichter gespeist.Die DC-Bus-Stromversorgung des Wechselrichters wird durch zwei in Reihe geladene Kondensatoren unterstützt.

Reis. 8. Serienspannungsabfallkompensation ohne Transformatoren

Bei einer Restspannung von 50 % kann die Nennspannung bereitgestellt werden. Bei diesem Gerät können zusätzliche Versorgungen (Kondensatoren) die vollständige Unterbrechung für einen begrenzten Zeitraum abmildern. Das Gerät bietet die Möglichkeit, die Spannung auch bei asymmetrischen Spannungsabfällen wiederherzustellen.