RU2290731C1 - Device for protecting power consumers against short-time break in power supply - Google Patents

Abstract

FIELD: electrical engineering; emergency feeding of consumers allowing no short-time interruption in power supply.

SUBSTANCE: proposed device anticipates connection of newly introduced reactive components L and C to circuit in parallel with power consumer when there are two switching apparatuses connecting the latter to two independent power supplies; these newly introduced components will raise transient time constant and reduce voltage drop front steepness by supplying energy pre-stored in reactor magnetic field and in capacitor electric field to power mains.

EFFECT: enhanced reliability of power consumer trouble-free operation.

1 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к электротехнике, а именно к электроснабжению при аварийных режимах потребителей, не допускающих кратковременного снижения напряжения, например, металлургических предприятий.The invention relates to electrical engineering, namely to power supply during emergency operation of consumers, not allowing short-term voltage reduction, for example, metallurgical enterprises.

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.Known devices for trouble-free power supply of responsible consumers, including an electrical substation containing two transformers with voltage regulation under load (on-load tap-changer). Improving the efficiency of power supply is provided, in addition to the presence of two on-load tap-changer power transformers, the use of boost transformers or linear regulators. The main disadvantage of the known methods, as shown by their long-term operation, is a voltage dip, the duration of which is determined by the response time of the relay protection, automatic transfer switch devices and switching equipment, and is about 150-350 ms. This leads to the triggering of the protection of electrical installations, the mismatch of devices controlling the functioning of the equipment, which does not correspond to the continuity of the technological process of production of metallurgical enterprises.

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.The closest technical solution to the invention is a device for emergency switching to a backup power source having two switching devices, through which consumers are connected to the corresponding bus sections receiving power from two independent sources. Between the bus sections, a sectional disconnector or switch is connected so that the first source is redundant for consumers of the second and vice versa [1]. The disadvantage of this device is that at the time of the accident, the voltage on the consumer is up to 30-35%, and then rises to 92-94% of the nominal with a time delay of up to 0.55 s.

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.The objective of the invention is to ensure the reliability of power supply to the main consumers of electricity in case of short-term power outages by reducing the time of the voltage drop due to the return to the network of energy pre-stored by reactive elements.

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 R_п и индуктивностью L_п 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·U_н на период, равный времени восстановления напряжения (фиг.2, б). Схема подключения элементов приведена на (фиг.1), где R_п и L_п - эквивалентные параметры потребителя, R_л и L_л - эквивалентные параметры питающей линии, а L и С - реактивные элементы, подключаемые к нагрузке.The inventive device involves the use of two independent power sources, two switching devices through which consumers are connected to the appropriate power sources in order to ensure the reliability of power supply to the main consumers of electric power, introducing into the circuit in parallel with the consumer with equivalent resistance R _p and inductance L _{p of} reactive elements L and C (figure 1), the values of which are selected so that in emergency mode, which corresponds to a decrease in voltage to a level, determined by the type, location and power of the short circuit in the supply network, to maintain the voltage on the consumer power buses at a level not lower than 0.9 · U _n for a period equal to the voltage recovery time (Fig. 2, b). The connection diagram of the elements is shown in Fig. 1, where R _p and L _p are equivalent consumer parameters, R _l and L _l are equivalent supply line parameters, and L and C are reactive elements connected to the load.

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.As the calculations and testing results showed, the values of the electrical parameters of the elements lie within the limits at which in normal operation they do not adversely affect the electrical network, but, on the contrary, additional compensation of the reactive power of the consumer occurs. The power factor of the system "feed line - consumer - reactive elements" becomes close to unity, which allows to reduce electrical losses. The parameters of the elements are selected from the condition of the resonance of stresses at the fundamental frequency. The physical essence consists in the periodic exchange of energy between the magnetic field of the inductance and the electric field of the capacitor, while the sum of the field energy and its change in time is determined by the parameters of the reactive elements L and C.

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·U_н (фиг.2).In the event of a power outage (disconnection) in the system, a transient occurs. The use of additional reactive elements with tuning the system to resonance voltage allows you to increase the time constant of the circuit. In this case, the energy stored in the magnetic field of the inductance and the electric field of the capacitor will be spent on the technological equipment to perform useful work, as a result of which the steepness of the voltage reduction front will decrease and the duration of the transient process will increase to values sufficient to maintain the system's operability within the voltage drop to Um ₂ = 0.9 · U _n (figure 2).

Основными факторами, влияющими на значения электрических параметров элементов, служат: угол управления тиристорных преобразователей, мощность трансформатора преобразовательного агрегата, мощность двигателя, сопротивление распределительной сети.The main factors affecting the values of the electrical parameters of the elements are: the control angle of the thyristor converters, the power of the transformer of the converter unit, the motor power, the resistance of the distribution network.

Источник информацииThe source of information

1. Князевский Б.А., Липкин Б.Ю. Электроснабжение промышленных предприятий. - М.: Высшая школа, 1979, с.138-139.1. Knyazevsky B.A., Lipkin B.Yu. Power supply of industrial enterprises. - M.: Higher School, 1979, p.138-139.

Claims (1)

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.A device for protecting consumers of electricity from short-term power outages when using two independent power sources, two switching devices through which consumers are connected to the corresponding bus sections with independent power sources and a sectional disconnector, characterized in that, in order to ensure the reliability of power supply to the main consumers of electricity, in parallel they include reactive elements L and C, the values of which are selected in such a way that is ensured Adjusting system "supply line - Customer - responsive elements" in the voltage resonance mode at the fundamental frequency.

Images