Технички Методе за превенцију и корекцију напона улегнућа и краћим прекидима унутар индустријских постројења и у дистрибутивним мрежама

Нашао сам још један интересантан чланак који бих желео да поделим са вама.

Аутор: Ницолас Перез Лоузан, Мануел Перез Донсион^{1 1}Одељење Електротехнички факултет Е.Т.С.И.И., Виго Универзитет Лагоас - Марцосенде, 36202 Виго (Шпанија) имејл:донсион@увиго.ес

Члан представљен на међународној конференцији на обновљиву енергију и квалитет напајања (ИЦРЕПК'03)

1. Увод

Класични поремећаји присутни у дистрибутивној мрежи и унутар индустријских постројења, прилив дигиталних рачунара и друге врсте електронских контрола које користе индустрије да постигне максималну продуктивност, повећање снаге на бази обновљивих извора енергије и смањења редундантност у линијама и подстаницама, има негативан утицај на средњи и ниског напона дистрибутивне мреже електричне квалитета, као и у индустријским постројењима купаца.

Да бисте побољшали квалитет напајања у оба напонским нивоима, барем за оне клијенте који раде са процесима подложним напона улегнућа и кратке прекиде, тржишту нуди у овом тренутку широк спектар производа, засновано на традиционалној технологији побољшања или у коришћењу техника конверзију уз моћи полупроводника. Међутим, убудуће, економски атрактивна решења ће бити потребно да се суоче са конкурентном тржишту електричне и нерегулисаног. Информационе технологије ће играти важну улогу на овом новом сцени.

2. Дефиниција

Напон саг (Слика 1) је смањење кратког трајања у рмс напон изазван грешака на електроенергетски систем и покретање великих оптерећења, као што су моторе[1].

Он је рекао да напон цурења је дошло у тренутку када електричну мрежу напона у једној или више фаза пада изненада испод установљеног рока (генерално 90% нормалног напона), и опорави после кратког временског периода (обично између 10 МС и неки секунди)[2].

Слика 2: Кратак прекид.

Максимална граница тог периода је вероватно најконтроверзније питање о напона цурења дефиницији: неки аутори сматрају да напон цурења постоји када његово трајање достигне 1 мој[3], или чак 3 мој. Очекивани број догађаја у току једне године могу осцилирају између десет и хиљаде[3].

Кратки прекиди (Слика 2) проузроковати потпуни губитак напона и да су заједнички резултат активности предузетих од стране предузећа за брисање пролазне сметње на својим системима[1]; који је, када напон у тачкама снабдевања не иде даље 10% нормалног напона. Очекивани број догађаја у току једне године могу осцилирају између десет и неколико стотина[3].

3. Извори улегнућа и краћим прекидима

Повер системи имају не-нула импедансе, Тако свако повећање струје доводи до одговарајуће смањење напона. Обично, ове редукције су довољно мали да напон остаје у нормалним толеранцијама. Али, када је велики пораст струје, или када систем импеданса је висока, напон може значајно пасти. Дакле концептуално, постоје два извора напона улегнућа:

1. Велики пораст струје.
2. Повећање система импедансе.

Из практичних разлога, већина напона избегнете линије и улегнућа су узроковане повећањем струје.

Могуће је да мислим о електроенергетског система као дрво, са клијентима осетљиви оптерећења повезан са једним од гранчице. Било напон саг на дебла дрвета, или на грани води се на купца гранчица, ће изазвати напона Саг на свом оптерећењем. Али кратког споја се на далекој грани може изазвати труп напон да умањи, па чак и грешке у далекој делу стабла може изазвати САГ на оптерећење клијента[4].

Узрок већине напона Сагс је кратак спој квара јављају или у оквиру индустријског објекта који се разматра или на комуналном систему. Величина напона саг се углавном одређује импедансе између окривио аутобуса и оптерећења, и методом повезивања трансформатора намотаја[6]. Напон саг траје само онолико дуго колико је потребно заштитни уређај да обришете прекострујни стање (типично до 10 циклуси)[5], Стога трајање САГ одређује грешке клирингу време тог система заштите усвојена. Штавише, ако је аутоматска рецлосуре користи корисности, напон саг стање може јавити у више наврата у случају трајног квара. Коначно, у зависности од њене величине и трајања, угиба може изазвати путовање опреме, чиме је постала сила квалитет проблема[6].

Најчешћи узроци објекту потиче напона улегнућа су:

1. Покретање велики терет, као што је мотор или ресистиве грејачем.
2. Опуштено или неисправни каблови, као што су недовољно затегнути вијке на бок моћи проводника.
3. Грешке или кратке спојеве на другом месту у објекту (дрвеће, животиње, неповољне временске као што су ветар или громовима).

Напона Сагс такође може потицати на електроенергетском систему далоковода. Најчешћи типови комунално-потиче напона улегнућа су:

1. Грешке на удаљеним кола, који проузрокују одговарајући смањење напона на свом колу.
2. Регулатор напона неуспеси (далеко ређи).

4. Основни принципи заштите

Неколико ствари може да се уради од стране предузећа, купаца и произвођача опреме за смањење броја и тежине напона улегнућа и смањити осетљивост опреме на напонски улегнућа. Слика 3 илуструје четири решења алтернативу. Како овај графикон указује, генерално је јефтиније да се позабаве проблемом на свом најнижем нивоу, близу оптерећења[1], јер решења попут проширених спецификација опреме кошта неколико долара, јер су осетљиви делови имају веома ниске оцене актуелне[5]. Као решења на вишим нивоима власти расположивог се забављају, решења често постају скупљи[1].

Слика 3: Решења на различитим нивоима и укључени трошкова.

5. Методе за ублажавање напона Саг утицај на индустријским постројењима

A. Додирните Промена Трансформерс

Електронски славина мења се постиже преко употребе бацкто-бацк ​​тиристора (СЦР) са чесме мења трансформатора. Има разумно време одзива (1 циклус) а је популаран за средње апликације моћи (>3кВА). Међутим, високе резолуције контрола захтева велики број СЦР (60 СЦРс за +/-3% регулација са +10/-20% улазни опсег); контрола за брз одговор постаје прилично сложен. Још један недостатак овог програма је његова осетљивост на високе пролазне струје са моторним товар на славине и променом њеног лошег напона пролазне одбацивања[7].

Б. Заситити Реацтор Регулатори

Ова шема контролише излазни напон варирањем импедансу на засићујућом реактора: то је једноставан и има добру линију пролазно одбацивање. Недостаци ове технике укључују споро одговор (10 циклуси), висок излазна импеданса која даје високу дисторзију са нелинеарних оптерећења осетљивих на учита фактор снаге, неће руковати ударним струјама, као што су стартовање мотора и неће сузбити транзијената генерисане унутар постројења[7].

Ц. Моторизовани Вариацс

Моторни погон вариацс се управља да одрже регулацију излазног напона. Ова шема може да обради тешка ударним струјама често користе у индустријском окружењу, због високе способности од пренапона. С друге стране, има споро одговор (30 В / с) и није погодан за осетљиве опреме. Додатно, има значајне захтеве за одржавање и лош прелазни супресија. Њена спорост ограничава њену ефикасност[7].

Д. Фаза Контролисана регулатора

Ова техника користи фазне контролом тиристора са ЛЦ филтером за контролу излазни напон[8]. То је спор одговор, висока изобличења посебно нелинеарних оптерећења, преко величине филтера, веома сиромашне улазних линија хармоници и неће руковати струја одводника, као што је покретање мотора. Ова шема има добру линију пролазно потискивање али неће сузбити Транзијенти генерисане унутар фабрике[7].

Она. Електронски Волтаге Регулатори

Они су нова класа аутоматски регулатори напона на основу високе фреквенције пребацивање технологије инвертера. Она може да обезбеди брз одговор (1-2 МС), синусоидална напони, и компактан дизајн. Ова категорија регулатори напона потенцијално нуди највиши решење перформансе. Међутим, пројектовање одговарајућу способност преоптерећења могу да укупни трошкови неприхватљиво висок. У циљу реализације брз одговор и високе перформансе регулатора напона електронски са нижим трошковима од више конвенционалне шеме, хибрид конфигурације употребом активне и пасивне компоненте могу се користити[7].

Ф. Софт Лине Свитцхинг уређаји

Ове линије уређаји комбинују брзо реаговање и високе перформансе активних линија уређаја са нижим трошковима од више конвенционалних решења. Срце уређаја далековода је ИГБТ[9] заснован мека пребацивање Инвертер технологија, као резонантне дц линк инвертора, високе ефикасности и високе перформансе инвертер. Индустријски разреда аутоматска напон регулатора декларисана на до 1 МВА се може реализовати помоћу меке пребацивање приступ. Ове јединице су такође засновани на хибридни конфигурацији користећи активне и пасивне компоненте да се исплативо решење[7]. Они могу да одржавају излазни напон у границама 1% номиналне вредности са широким варијацијама у улазног напона. Одговор на улаз или оптерећења осцилација може сматрати готово тренутан за индустријске оптерећења служиле. Са нелинеарним оптерећењима и осетљиве оптерећења које захтевају брзо прелазе, електронски регулатори напона могу понудити исплативо решење. Додатно, напредне функције као што су активно филтрирање се може постићи коришћењем ове шеме[7].

Г. Статични регулатор напона (СВР)

Овај уређај, кроз коришћење статичких куцните измењивачи, једноставно регулише напон на оперативном нивоу опреме. За разлику од конвенционалних Прикључци измењивачи, који су опремљени временски одложено механичког склопком, статичке тап измењивачи су дизајнирани да моментално одговори избором одговарајућег напона славину, на основу под-циклуса, без потребе да напредују кроз низ нижих напонских славина[2].

Слика 4: Статични регулатор напона.

СВР не захтева коришћење енергије складиштење[11], и има релативно мали отисак за износ оптерећења може да заштити. Такође, је дизајниран да буде инсталиран на отвореном, тако да не упадне у производном простору. СВР је у стању да исправи слеце напонске (a 55% нормалног напона максималне дубине) у четврт циклуса (4 МС), да би чак и најосетљивији опрема за производњу да вози кроз условима напона Саг узрокованих грешком у комуналном дистрибуцији или преносних система[2].

Х. Трансформатори Ферроресонант (ЦВТ)

Ферроресонант трансформатори, зову се константан напонски трансформатори (ЦВТ), могу носити највише услова напон САГ (увек испод 20 кВА). Заправо, они су посебно атрактивни за константан, ниско-напонским оптерећењима. Променљиви оптерећења, посебно са високим Налети струје, представити више проблема за ЦВТ због подешеном споја на излазу[1]. Ферроресонант трансформатор језгра структура је дизајниран тако да ради у средњим флукса засићења и секундарног намотаја одјекује са кондензатора у подешеном колу. Као резултат ове засићене радном режиму, мења основну или линија напон може променити садашњи, али неће мењати флукса или средњу индуковани напон[11]. Излаз рефлектограма нису синусоидални (квадратни талас са високим садржајем хармоничан) посебно са нелинеарним оптерећењима[7]. А правилно одабране неутралисање Навијање поништава већину хармонијског садржаја излазног напона и даје задовољавајуће ниске дисторзије синусни талас[13].

Слика 5: Ферроресонант константа напона трансформатор.

Трансформатор Операција може да буде осетљива на кола капацитета и фреквенције одступања, и може срушити под тешким оптерећењем. Ова техника нуди добру линију пролазно потискивање али неће сузбити Транзијенти генерисане унутар фабрике[7].

Ферроресонант регулатор има време одзива од око 25 мс или 1.5 циклуси, добра поузданост, минимални захтеви за одржавање, разумне трошкове, добар нормалан режим импулс слабљење, и добра регулација. Због подешен кола на излазу, је осетљив на варијације фреквенција (1% фреквенција промена узроци 1.5% промена излазни напон), али то није велики проблем са строгом контролом комуналних мрежа фреквенције. Важније су његова висока излазна импеданса (поново до 30% од оптерећења импедансе), осетљивост на оба водећа и заостаје факторе оптерећења напајања, и ниска ефикасност на делимичним оптерећењем. Укратко, ферроресонант Регулатор је корисно у малим системима који не садрже велике моторе[14].

Ја. Магнетни Синтисајзери

Магнетни синтисајзери се обично користе за велике терете (50 кВА или чак и више[15]). Они се користе за велике рачунаре и друге електронске опреме која је осетљива напон. То је уређај који се електромагнетни долазни моћ и регенерише чист, Трофазни излазни са мало хармонијског изобличења, без обзира на квалитет улазног напајања[1]. Уређај, напаја из наизменичног комуналне линије, не користи механички покретних делова у процесу генерисања, и користи никакве полупроводничке елементе на путу за напајање. Талас облик излаз је потпуно изолован и независан од улаза у свим параметрима, осим два: ротација фаза и фреквенција. Излаз фаза ротација уређаја управља смеру ротације улаз фазе, док излазна фреквенција је управо унели на улаз линије фреквенције. Не постоји електрична веза између улаза и излаза уређаја[16]. Она се састоји од само заситити гвозденог језгра реактора и трансформатора, заједно са кондензаторима, и запошљава принципе ферроресонанце за свој рад[1].

Ј. Унинтеррумпибле Напајања (УПС); Батерија за складиштење)

Комуналне услуге обично користе батерије да обезбеди непрекидно снабдевање електричном енергијом за напајање трафо постројења и да почне система резервне снаге. Они такође повећавају квалитет и поузданост напајања за стамбену, трговачки, и индустријски потрошачи пружајући бацкуп и вози-кроз време струје. Стандардна батерија се користи у апликацијама за складиштење енергије је олово-киселина батерије. Олово-киселина батерије реакција је реверзибилна, омогућавајући батерија може да се поново користи[16].

Постоје три врсте УПС који користе батерије за складиштење енергије. У он-лине УПС, оптерећење је увек хранио преко УПС. Долазни струју је исправио у једносмерну струју, који наплаћује банку батерије. Ова власт је ДЦ онда обрнута назад у струју на феед оптерећење. Ако долазни струју не, инвертор се напаја из батерије. Овај модел обезбеђује веома високу изолацију критичног оптерећења од свих поремећаја енергетских, али може бити прилично скупо. Са стандби УПС (такође познат као офф-лине УПС), нормална линија се користи за напајање опреме док се открије поремећај и прекидач преноси оптерећење на батерије-бацкед инвертора. Време преноса 4 МС ће обезбедити континуитет пословања за критичног оптерећења. Коначно, хибрид УПС користи регулатор напона на излазу да обезбеди регулацију оптерећењу и тренутног вожње механизма када је направљен пренос од нормалне до УПС напајања[1].

К. Замајци и мотора-генератора (М-Г) Сетови

Замајац је електромеханички уређај који парови генератор мотор са ротирајућим масе за складиштење енергије за кратке трајања. Конвенционални замајци се пунити и празнити преко интегрални мотор-генератор. Моторгенератор црпи снагу добили од мреже да се окреће ротор замајцу. Током нестанка струје, напон саг, или други поремећај мотор-генератор даје снагу. Кинетичка енергија складишти у ротору се претвара у једносмерну електричне енергије од генератора, и енергија испоручује на константној фреквенције и напона кроз инвертора и система контроле[16]. МГ сетови састоје од мотора вожње исправљач генератора или алтернатора, тако да оптерећење је потпуно електрично изолован од далековода. Ови сетови долазе у широком различитим величинама и конфигурација[1].

Традиционални замајац ротори су обично направљени од челика и ограничене на спин стопи од неколико хиљада обртаја. Напредна замајци изграђене од материјала угљеничних влакана и магнетних лежајева може завртети у вакууму при брзинама до 40,000 до 60,000 РПМ. Замајац даје снагу током периода између губитка корисности испоручене енергије и било повратка комуналне власти или почетак довољно бацк-уп електроенергетског система. Замајци пружају 1-30 с од вожње кроз време, и бацк-уп генератори су обично на мрежи у оквиру 5-20 с[16].

L. Суперпроводних Магнетна Енерги Стораге (МОСС)

МСП користи суперпроводни магнет за чување енергије на исти начин УПС-користи батерије за складиштење енергије[1]. Систем чува енергију у сверхпроводасего калем (Нб-Ти)[18]. Систем расхладне и хелијум брод задржи проводника хладноћу, како би се одржала калем у стање суперпроводљивости (у 4.2 º К)[19]. Комунална систем снага храни Повер Свитцхинг и Климатизација опрему која обезбеђује енергију за пуњење калем, чиме чување енергије. Када напон цурења или тренутна нестанка струје, калем празни кроз комутационе и климатизацију, храњење условљену моћ оптерећења[18].

Слика 6: Основни МОСС систем шематски.

МОСС дизајнира у 1 до 5 МЈ опсег се назива микро-МОСС, да их разликујемо од великих енергетских величина. Главна предност микро МСП је у великој мери смањен физички простор потребан за магнета у односу на батерије. Мање електричне везе су укључени са микро-МСП у односу на УПС, тако би требало да буде већа поузданост и услови одржавања мање. Почетне микро-МСП дизајни се тренутно тестирају на неколико локација са повољним резултатима[1].

МСП системи су велики и генерално се користи за кратке трајања, као што су комуналне пребацивање догађаји[16]. Они такође смањују или елиминишу употребу еколошки непријатељски, оловне батерије системи и може да поновите пуњења-пражњења секвенце хиљадама пута без деградације магнета[20]. Ниске температуре СМЕС хлади течног хелијума је комерцијално доступан. Висока температура МОСС (ХТС: калем достиже сверхпроводасего стање на -175 º Ц) хлади течним азотом је још увек у фази развоја и може постати одржива комерцијални извор енергије за складиштење у будућности[16].

М. Енергија за складиштење помоћу кондензатора. Суперцапациторс

Суперцапациторс (такође познат као Ултрацапациторс) дц су извори енергије и мора се повезати на електричне мреже са статичким напајање уређаја. Суперцапацитор даје снагу током краткотрајних прекида и напона Сагс. Комбиновањем суперцапацитор са системом УПС батерије заснован, живот батерија се може продужити. Батерије обезбеђују напајање само током дужих прекида, смањење бициклистички дужност на батерије[16]. Мали Суперцапациторс су комерцијално доступни да продужи трајање батерије на електронској опреми, али велике Суперцапациторс су још увек у развоју[17].

Н. Ваздух Енерги Стораге (ЦАЕС)

ЦАЕС користи ваздух под притиском као медиј за складиштење енергије у. Електрични мотор покреће компресор се користи да изврши притисак резервоара за складиштење користећи офф-пеак енергију и ваздух је пуштен из резервоара кроз турбине током онпеак сати за производњу енергије. Турбина је у суштини модификован турбина која може бити отпуштен са природним гасом или дестилата горива.

Идеална локација за велике резервоаре компресованих ваздух за складиштење енергије су издани, конвенционалне рудници у хард роцк, и хидраулички минирана соли пећине. Ваздуха може да се складишти у резервоарима под притиском за мале системе[16].

O. Динамички Напон Рестауратор (ДВР)

ДВР ће детектовати и надокнадити, готово тренутно, Напона избегнете линије и улегнућа. У свом израду, са распоном снаге од 3 до 50 МВА данас, ИГЦТ се користе; она претпоставља брзо време одзива (< 1 МС), мање проводникова и комутационих губитака, као и боље карактеристике електронских[22]. Овај систем може да обезбеди превоз до-кроз способност за близу 90% сваког поремећај у електричној мрежи[23].

Слика 7: Шема ДВР.

ДВР убризгава ац, трофазни, напон контролисаног интензитета и учестаности кроз спајање трансформатора (појачати). Дакле, ДВР је у стању да побољша квалитет напона у оптерећењу (узимајући у обзир капацитет ДВР: напон убризгавање, капацитет, и проток) када је квалитет напона је од наведених граница. За велике напона случају, ДВР могу да понуде део активне снаге на оптерећењу од система за складиштење енергије у, који ће се пунити преко мреже током нормалним условима[24]. Овај систем укључује саг, набубри и пренапона компензација, напон хармоника компензација и балансирање напона асиметричних система[22].

П. Динамички Саг Коректор (ДиСЦ)

ДиСЦ систем је нови уређај без батерија и покретних делова који исправља напона до улегнућа 50% од номиналне, снабдевању сине ваве излаза. Цртајући снагу од преосталог напона, ДиСЦ убризга серије напон да регулише излаз за напоне ниским као што је 50% од номиналне трајању од 3-12 циклуса. Јединице могу бити опремљени са кондензатора, као и да омогући ограничени испада вожња кроз. Овај производ долази у једнокреветним и три фазе дизајна у нивоима снаге у распону од 1,5- 2000 кВА. Расположиви радни напон су нивои 120, 208, 240, 277, и 480 Вац у зависности од модела користи. Овај производ је развијен у сарадњи са СЕМИ стандардом и намењен ка индустрији полупроводника[12]. Монофазни ДиСЦ потиче из патентираног кола напона боост. Време да открије слеце, цоммутате се тиристорски, и почети компензација је типично мање од 1/4 циклус[21].

П. Остале методе за повећање напона Саг имунитет пред Инсталирање Додатна опрема

Могуће је навести неке једноставне исправке које могу повећати напон саг имунитет[25]:

1. Пронађите и реши проблем (са цурења генератором).
2. Свитцх поставке напајања да прими различите напонске опсеге.
3. Повежите ваш монофазно напајање фаза-на-фази.
4. Смањите оптерећење на вашем напајања.
5. Повећајте рејтинг вашег напајања.
6. Користите трофазни напајање уместо једнофазне снабдевање.
7. Покрените свој напајање из ДЦ аутобуса.
8. Промените подешавања путовање.
9. Успори релеј доле.
10. Крајњег корисника спецификације опреме када је купљена.

6. Могући Почетне мере усвојене од стране комуналне

Комунална могу применити неке почетне акције за борбу против напонске линије и кратке прекиде[28]:

1. Смањити број напонских Сагс, предузимање радњи преко тих инсталација са високом стопом кварова и провера система заштите.
2. Смањити трајање напона улегнућа проверу грешке клириншке пута.
3. Сецтионализе систем, одвајање КПК (Кориснички Цоннецтион Поинт) од оних зонама које су веома изложене грешке.
4. Рисе ПКС, умањује утицај површину од грешака, смањење броја и дубину напона улегнућа.

7. Комунални систем Квар-Цлеаринг питања

Комуналије су две основне опције да настави да се смањи број и озбиљност грешке на свом систему:

A. Спречите Грешке

1. Тримовање Трее.
2. Изолатор прање.
3. Схиелд жице.
4. Побољшање пол основ.
5. Модифиед диригент размак.
6. Дрво жица (Изолована / покривен проводник).
7. Лине пренапона.
8. Подземни каблови.
9. Анимал стражари.

Б. Измените крив-клиринга праксе

Узимајући у обзир начела Оверцуррент координације, и обе врсте главних уређаја да обришете грешке, осигурачи и реклозери, могуће је користити различите стратегије, бирајући између стратегије штедње осигурачем и елиминишући осигурачем уштеду један[1]. Употреба реклозери се често бави пролазних кварова (бирајући између два најчешће секвенце у употреби на четири-схот реклозери: једна брза операција, три одложено; и два брза, два закаснела), док коришћење осигурача је прикладније за борбу против сталне грешке[32]. Међутим, постоје неки случајеви у којима употреба реклозери може погоршати квалитет напајања (на пример, када се користи у комбинацији са праксом осигурача уштеде)[6].

Друго решење је да се прибегне повећаном сецтионалисинг, додајући линије рецлосер главном хранилицу (из ТС прекидача), реконфигурацији која их храни са паралелним субфеедерс или дизајнирање хранилице са вишеструким тхреепхасе субфеедс искључен веома поуздан главни фидер[1]. Висок ниво редундантност може постићи паралелног рада, или са два извода радила паралелно или са системом петље: оптерећење никада неће видети прекид за квара на једној од паралелних хранилице или на грани петље. С друге стране, дизајнира доњи импеданса између оптерећења и снабдевање подстанице, тако излагања других оптерећења повезани са истом подстанице да тежим напона Сагс[6].

Ови и други дизајн се може применити у комбинацији са брзим пренос прекидача: изузетно брз рад од чврстог стања прекидача омогућава обнављање моћи да оптерећења у четврт циклуса. То доводи до веома ефикасан начин за ублажавање ефеката оба краћим прекидима и напона Сагс, ограничавањем не њихов обим, али њихово трајање[6].

Солид-Стате прекидач обезбеђује побољшања квалитета електричне енергије кроз блиској тренутног нестанка струје, радња која обезбеђује заштиту за осетљиве оптерећења од поремећаја који конвенционалне електромеханичке прекидачи не могу да елиминишу. ССБ је дизајниран да спроведе Ударна и струје квара за неколико циклуса, и да искључите неисправне извор-бочне хранилице за мање од једне половине циклуса. Високог напона Солид-Стате