Устройство защиты потребителей электроэнергии от кратковременных нарушений электроснабжения
Владельцы патента RU 2290731:
Липецкий государственный технический университет (ЛГТУ) (RU)
Устройство 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 реактора 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 150-350 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 или выключатель 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 провала напряжения за счет отдачи в сеть энергии, предварительно запасенной реактивными элементами.
Заявляемое устройство предполагает при использовании двух независимых источников питания, двух коммутирующих аппаратов, через которые потребители подключены к соответствующим источникам питания с целью обеспечения безотказности электроснабжения основных потребителей электроэнергии, введение в схему параллельно потребителю с эквивалентным сопротивлением Rп и индуктивностью Lп реактивных элементов L и С (фиг.1), величины которых выбираются 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 потребителя на уровне, не ниже 0,9·Uн на период, равный времени восстановления напряжения (фиг.2, б). Схема подключения элементов приведена на (фиг.1), где Rп и Lп - эквивалентные параметры потребителя, Rл и Lл - эквивалентные параметры питающей линии, а L и С - реактивные элементы, подключаемые к нагрузке.
Как показали расчеты и результаты апробации, значения электрических параметров элементов лежат в тех пределах, при которых в нормальном режиме работы они не оказывают негативного влияния на электрическую сеть, а наоборот, происходит дополнительная компенсация реактивной мощности потребителя. Коэффициент мощности системы "питающая линия - потребитель - реактивные элементы" становится близким к единице, что позволяет снизить электрические потери. 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 энергии полей и ее изменение во времени определяется параметрами реактивных элементов L и С.
При аварии (отключении) питающей сети в системе возникает переходный процесс. Использование дополнительных реактивных элементов с настройкой системы в резонанс напряжения позволяет повысить постоянную времени цепи. При этом энергия, запасенная в магнитном поле индуктивности 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 Um2=0,9·Uн (фиг.2).
Основными факторами, влияющими на значения электрических параметров элементов, служат: угол управления тиристорных преобразователей, мощность трансформатора преобразовательного агрегата, мощность двигателя, сопротивление распределительной сети.
Источник информации
1. Князевский Б.А., Липкин Б.Ю. Электроснабжение промышленных предприятий. - М.: Высшая школа, 1979, с.138-139.
Устройство защиты потребителей электроэнергии от кратковременных нарушений электроснабжения 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 реактивные элементы L и С, величины которых выбираются таким образом, что обеспечивается настройка системы «питающая линия - потребители - реактивные элементы» в режим резонанса напряжения на основной частоте.
