Dispositivi di protezione a bassa tensione

Considera diversi sistemi per proteggere la produzione industriale dalle cadute di tensione (volano, gruppo di continuità statico (UPS), compensatore dinamico della distorsione di tensione, compensatore statico (STATCOM), LED collegato in parallelo, convertitore boost, filtro attivo e amplificatore in serie senza trasformatori).

La riduzione della tensione è uno dei fenomeni più costosi del settore. Il modo più semplice per proteggere i processi sensibili da eventuali danni è l'installazione dell'UPS... Tuttavia, a causa degli elevati costi di acquisto e manutenzione, gli UPS vengono installati solo in oggetti strutturali di grandi dimensioni, in luoghi in cui i danni causati da problemi di alimentazione possono causare danni significativi, ad esempio negli ospedali, nella produzione di computer, nelle istituzioni finanziarie.

Quando si decide di installare dispositivi di protezione, è necessario eseguire uno studio di fattibilità per dimostrare la fattibilità dell'installazione di un UPS per uno specifico processo produttivo.

Il problema di proteggere dai cali di tensione i motori elettrici a velocità diverse nella produzione industriale è ora risolto. A causa dell'ampia varietà di marchi di tali sistemi, non è molto facile trovare la soluzione tecnica ed economica ottimale a questo problema.

Tipi di attrezzature correttive

Un volano motore-generatore (D-G) può proteggere i disturbi di produzione critici da tutti i cali di tensione nel sistema di alimentazione C. Quando si verifica un calo di tensione, la caduta di tensione attraverso il carico viene rallentata dal volano. I vari schemi di collegamento del volano al motogeneratore sono simili a quelli riportati in 1.

Riso. 1. Schema di utilizzo di un volano per compensare le cadute di tensione

I componenti principali di un UPS statico indipendente sono mostrati in fig. 2, le cui batterie (condensatori) immagazzinano energia solo per proteggersi da cadute di tensione per un breve periodo. Se si verifica una caduta di tensione, il carico viene alimentato dalla batteria tramite un convertitore DC-AC.

Riso. 2. Schema di utilizzo di un UPS per compensare le cadute di tensione

Compensatore della distorsione dinamica della tensione durante la caduta di tensione rimane collegato alla rete elettrica 1 attraverso il trasformatore 2 e determina la parte mancante della tensione (Fig. 3). Aggiunge questa parte mancante della tensione attraverso gli avvolgimenti primario 4 e secondario 3 dell'autotrasformatore collegato in serie con il carico 7. A seconda dello scopo, l'energia per alimentare il carico 7 attraverso il convertitore di tensione 5 durante la caduta di tensione può essere prelevato dalla rete o da una fonte di alimentazione aggiuntiva (principalmente dai condensatori c).

Considera due modifiche di diversi produttori. Il primo (di seguito denominato DKIN-1) non contiene fonti di alimentazione ed è collegato in modo permanente. Questa opzione è conveniente per aumentare la tensione fino al 50%. C'è una modifica del dispositivo DKIN con la possibilità di aumentare la tensione del 30%. Si ritiene che a partire da questa modifica del dispositivo DKIN (30%), sia consigliabile utilizzarli in produzione.

Riso. 3. Schema per l'utilizzo di DKIN per compensare le cadute di tensione

La seconda modifica (DKIN-2) contiene una fonte di alimentazione progettata per un carico pesante: il dispositivo da due megawatt può aumentare la tensione di carico di un carico di 4 MW del 50% o di un carico di 8 MW del 23%. A differenza della maggior parte degli altri dispositivi, la fonte di alimentazione è in grado di resistere a cadute prolungate.

Compensatore statico (STATCOM) In parallelo al carico è collegato un dispositivo di compensazione della caduta di tensione (Fig. 4). Un dispositivo STATCOM può ridurre le cadute di tensione modificando il carico reattivo alla giunzione.

La capacità di ridurre i buchi può essere migliorata aggiungendo una fonte di alimentazione aggiuntiva, come una fonte di alimentazione magnetica superconduttiva. Sebbene i compensatori STATCOM (Fig. 4) siano in grado di assorbire e restituire potenza reattiva VStatisticamente, il loro utilizzo è solitamente limitato alla compensazione statica per motivi economici.

In modalità step-down, il sistema STATCOM passa alla modalità sorgente DC. La tensione attraverso i terminali del condensatore può essere mantenuta costante.

Riso. 4. Giunto di dilatazione statico

Un motore sincrono collegato in parallelo (SM) è in qualche modo simile a uno STATCOM, ma non contiene elettronica di potenza (Fig. 5). La capacità del motore sincrono di fornire un grande carico reattivo consente a tale sistema di compensare cadute di tensione profonde fino al 60% entro 6 s. Allo stesso tempo, un piccolo volano protegge il carico da un'interruzione completa dell'alimentazione per 100 ms.

Riso. 5. LED e volano collegati in parallelo: 1 - sistema di alimentazione; 2 — trasformatore; 3 — interruttore

Convertitore step-up Si tratta di un convertitore CC/CC che aumenta la tensione del bus CC (ad esempio, un motore a frequenza variabile) al livello nominale (Fig. 6).

La massima caduta di tensione che può essere compensata dipende dalla corrente nominale del convertitore boost. Il convertitore boost inizia a funzionare non appena viene rilevata una caduta di tensione sui bus CC del dispositivo. Insieme alla capacità di compensare cadute di tensione simmetriche fino al 50%, il convertitore boost ha la capacità di compensare profonde cadute asimmetriche, come un guasto completo di una delle fasi. Il convertitore boost può essere integrato con batterie per proteggersi da un'interruzione totale dell'alimentazione.

Un filtro attivo (fig. 7) è un convertitore che funziona come un raddrizzatore, utilizzando tiristori IGBT invece di diodi.

Un filtro attivo può mantenere la tensione continuamente attraverso la caduta di tensione. La corrente nominale del filtro attivo determina il valore massimo di correzione della caduta di tensione.

Riso. 7. Filtro attivo

In caso di caduta di tensione, si apre un circuito di compensazione della tensione senza trasformatore (Fig. 8) e il carico viene alimentato attraverso l'inverter.L'alimentazione del bus DC dell'inverter è supportata da due condensatori caricati in serie.

Riso. 8. Compensazione della caduta di tensione in serie senza trasformatori

Per una tensione residua del 50% è possibile fornire il livello di tensione nominale. In questo dispositivo, alimentazioni aggiuntive (condensatori) possono mitigare l'interruzione completa per un periodo di tempo limitato. Il dispositivo offre la possibilità di ripristinare la tensione anche con cadute di tensione asimmetriche.