Устройство защиты потребителей электроэнергии от кратковременных провалов напряжения

Устройство защиты потребителей электроэнергии от кратковременных провалов напряжения относится к электротехнике, а именно к электроснабжению при аварийных режимах потребителей, не допускающих кратковременного снижения напряжения. Технический результат заключается в повышении безотказности функционирования потребителей. Устройство предполагает при наличии двух коммутационных аппаратов, через которые потребитель подключен к двум независимым источникам питания, введение в цепь параллельно потребителю реактивных элементов L и С, которые при нарушении электроснабжения повысят постоянную времени переходного процесса и снизят крутизну фронта падения напряжения за счет отдачи в сеть предварительно накопленной в магнитном поле катушки и электрическом поле конденсатора энергии. 2 ил.

 

Изобретение относится к электротехнике, а именно к электроснабжению при аварийных режимах потребителей, не допускающих кратковременного снижения напряжения, например, металлургических предприятий.

Известны устройства безотказного электроснабжения ответственных потребителей, включающие электрическую подстанцию, содержащую два трансформатора с регулированием напряжения под нагрузкой (РПН). Повышение эффективности электроснабжения обеспечивается, кроме наличия двух силовых трансформаторов РПН, использованием вольтодобавочных трансформаторов или линейных регуляторов. Главным недостатком известных способов, как показала многолетняя их эксплуатация, является провал напряжения, длительность которого определяется временем срабатывания релейной защиты, устройств автоматического включения резерва и коммутационной аппаратуры и составляет порядка 150-550 мс. Это приводит к срабатыванию защит электротехнических установок, рассогласованию устройств управления функционированием оборудования, что не соответствует непрерывности технологического процесса производств металлургических предприятий.

Наиболее близким техническим решением к изобретению служит устройство для аварийного переключения на резервный источник питания, имеющее два коммутирующих аппарата, через которые потребители подключены к соответствующим секциям шин, получающих питание от двух независимых источников. Между секциями шин включен секционный разъединитель таким образом, что первый источник является резервным для потребителей второго и наоборот [1]. Недостаток данного устройства заключается в том, что в момент аварии напряжение на потребителе составляет до 30-35%, а затем повышается до 92-94% от номинального с задержкой времени до 0,55 с.

Задачей изобретения является обеспечение безотказности электроснабжения основных потребителей электроэнергии при кратковременных нарушениях электроснабжения путем снижения времени и величины провала напряжения за счет отдачи в сеть энергии, предварительно запасенной реактивными элементами, до величин, достаточных для функционального электроснабжения потребителя до момента восстановления номинального уровня напряжения.

Заявляемое устройство помимо наличия двух независимых источников питания и двух коммутирующих аппаратов предполагает введение в схему параллельно потребителю с эквивалентным сопротивлением R_п и индуктивностью L_п реактора и батареи конденсаторов переменной емкости (фиг.1). Индуктивность реактора остается постоянной, а емкость батареи выбирается таким образом, чтобы в аварийном режиме, который соответствует понижению напряжения до уровня, определяемого видом, местом и мощностью короткого замыкания в питающей сети, поддержать напряжение на шинах питания на уровне не ниже 0,9·U_н на период, равный времени восстановления напряжения (фиг.2). Основными факторами, влияющими на значения электрических параметров элементов, служат угол управления тиристорных преобразователей, мощность трансформатора преобразовательного агрегата, сопротивление распределительной сети, мощность двигателя, режим его работы и характер нагрузки. Как известно, потребитель большинства технологических установок не остается постоянным, а изменяется во времени в зависимости от режима работы оборудования и требований технологического процесса. Значения эквивалентных параметров, характеризующих нагрузку, также будут изменяться в зависимости от технологического процесса производства. В этом случае необходимо менять и значения электрических параметров, включенных параллельно нагрузке реактивных элементов, что обеспечивается регулированием емкости батареи конденсаторов. Емкость изменяется по алгоритму, обеспечивающему наиболее близкое к резонансному состояние электрической системы "питающая линия - потребитель - реактивные элементы". Схема подключения реактора и конденсаторной батареи приведена на фиг.1, где R_п и L_п - эквивалентные параметры потребителя, R_л и L_л - эквивалентные параметры питающей линии, L - реактор, С - батарея конденсаторов переменной емкости. Конденсаторная батарея выступает как управляемое звено электрической цепи. Значение емкости батареи изменяется в зависимости от параметров технологического процесса.

Как показали расчеты и результаты апробации, значения электрических параметров реактивных элементов, необходимых для снижения провалов напряжения при работе основного оборудования сталеплавильных, сталелитейных и листопрокатных производств, лежат в тех пределах, при которых в нормальном режиме работы они позволяют осуществлять дополнительную компенсацию реактивной мощности потребителя. Параметры элементов выбираются из условия резонанса напряжений на основной частоте. Физическая сущность заключается в периодическом обмене энергией между магнитным полем индуктивности и электрическим полем конденсатора, при этом сумма энергий полей и ее изменение во времени определяются параметрами реактивных элементов L и С. Коэффициент мощности системы "питающая линия - потребитель - реактивные элементы" становится близким к единице, что позволяет снизить электрические потери.

При аварии (отключении) питающей сети в системе возникает переходный процесс. Использование дополнительных реактивных элементов и настройка системы в момент отключения в резонанс напряжения на основной частоте позволяют повысить постоянную времени цепи. При этом энергия, запасенная в магнитном поле реактора и электрическом поле конденсатора, будет расходоваться на совершение технологическим оборудованием полезной работы, в результате чего уменьшится крутизна фронта снижения напряжения и увеличится длительность переходного процесса до величин, достаточных для поддержания работоспособности системы в пределах падения напряжения до 0,9·U_н (фиг.2).

Литература

1. Князевский Б.А. Липкин Б.Ю. Электроснабжение промышленных предприятий. - М.: Высшая школа, 1979, с.138-139.

Устройство защиты потребителей электроэнергии от кратковременных провалов напряжения при использовании двух независимых источников питания, двух коммутирующих аппаратов, через которые потребители подключены к соответствующим секциям шин с независимыми источниками питания и секционным разъединителем, отличающееся тем, что, с целью обеспечения безотказности электроснабжения основных потребителей электроэнергии, параллельно им включены батарея статических конденсаторов и управляемый реактор, а индуктивность реактора изменяется в зависимости от технологического процесса таким образом, что устройство обеспечивает постоянную настройку системы "питающая линия - потребитель - реактивные элементы" в режим резонанса напряжения на основной частоте.