Dispositivos de protección de baja tensión
Considere diferentes sistemas para proteger la producción industrial de caídas de voltaje (volante, sistema de alimentación ininterrumpida (UPS) estático, compensador de distorsión de voltaje dinámico, compensador estático (STATCOM), LED conectado en paralelo, convertidor elevador, filtro activo y amplificador en serie sin transformadores).
La reducción de voltaje es uno de los fenómenos más costosos en la industria. La forma más fácil de proteger los procesos sensibles de cualquier daño es la instalación de UPS... Sin embargo, debido a los altos costos de su compra y mantenimiento, los UPS se instalan solo en objetos estructurales grandes, en lugares donde los daños causados por problemas de suministro de energía pueden causar daños significativos, por ejemplo en hospitales, en la producción de computadoras, en instituciones financieras.
Al decidir instalar equipos de protección, se debe realizar un estudio de factibilidad para mostrar la factibilidad de instalar un UPS para un proceso de producción específico.
El problema de proteger los motores eléctricos con diferentes velocidades en la producción industrial de las caídas de voltaje ahora se ha resuelto. Debido a la gran variedad de marcas de este tipo de sistemas, no es muy fácil encontrar la solución técnica y económica óptima a este problema.
Tipos de equipo correctivo
Un volante de motor-generador (D-G) puede proteger las perturbaciones de producción críticas de todas las caídas de voltaje en el sistema de energía C. Cuando ocurre una caída de voltaje, el volante reduce la caída de voltaje en la carga. Los diversos esquemas para conectar el volante al motor-generador son similares a los que se muestran en 1.
Arroz. 1. Esquema de uso de un volante para compensar las caídas de voltaje.
Los principales componentes de un SAI estático independiente se muestran en la fig. 2, cuyas baterías (condensadores) almacenan energía solo para protegerse contra caídas de voltaje por un corto tiempo. Si ocurre una caída de voltaje, la carga se alimenta de la batería a través de un convertidor de CC a CA.
Arroz. 2. Esquema de uso de un UPS para compensar caídas de voltaje
Compensador de distorsión de tensión dinámica durante la caída de tensión permanece conectado a la red eléctrica 1 a través del transformador 2 y determina la parte faltante de la tensión (Fig. 3). Agrega esta parte faltante del voltaje a través de los devanados primario 4 y secundario 3 del autotransformador conectados en serie con la carga 7. Dependiendo del propósito, la energía para alimentar la carga 7 a través del convertidor de voltaje 5 durante la caída de voltaje puede ser tomado de la red o de una fuente de alimentación adicional (principalmente de condensadores c).
Considere dos modificaciones de diferentes fabricantes. El primero (en lo sucesivo, DKIN-1) no contiene fuentes de alimentación y está permanentemente conectado. Esta opción es rentable para aumentar el voltaje hasta en un 50%. Hay una modificación del dispositivo DKIN con la capacidad de aumentar el voltaje en un 30%. Se cree que a partir de esta modificación del dispositivo DKIN (30%), es recomendable utilizarlos en producción.
Arroz. 3. Esquema para usar DKIN para compensar caídas de voltaje
La segunda modificación (DKIN-2) contiene una fuente de energía diseñada para una carga pesada. El dispositivo de dos megavatios puede aumentar el voltaje de carga de una carga de 4 MW en un 50 % o una carga de 8 MW en un 23 %. A diferencia de la mayoría de los otros dispositivos, la fuente de alimentación puede soportar caídas prolongadas.
Compensador estático (STATCOM) En paralelo con la carga se conecta un dispositivo de compensación de caída de tensión (Fig. 4). Un dispositivo STATCOM puede reducir las caídas de tensión cambiando la carga reactiva en la unión.
La capacidad de reducir las caídas se puede mejorar agregando una fuente de energía adicional, como una fuente de energía magnética superconductora. Aunque los compensadores STATCOM (Fig. 4) son capaces de absorber y devolver estadísticamente potencia reactiva V, su uso suele limitarse a la compensación estática por motivos económicos.
En el modo reductor, el sistema STATCOM cambia al modo de fuente de CC. El voltaje a través de las terminales del capacitor se puede mantener constante.
Arroz. 4. Junta de dilatación estática
Un motor síncrono conectado en paralelo (SM) es algo similar a un STATCOM, pero no contiene electrónica de potencia (Fig. 5). La capacidad del motor síncrono para proporcionar una gran carga reactiva permite que dicho sistema compense caídas de tensión de hasta un 60 % en 6 s. Al mismo tiempo, un pequeño volante protege la carga de un corte total de energía durante 100 ms.
Arroz. 5. LED y volante conectados en paralelo: 1 — sistema de alimentación; 2 — transformador; 3 - cambiar
Convertidor elevador Se trata de un convertidor CC/CC que aumenta la tensión del bus de CC (por ejemplo, un motor de frecuencia variable) al nivel nominal (Fig. 6).
La mayor caída de tensión que se puede compensar depende de la corriente nominal del convertidor elevador. El convertidor elevador comienza a funcionar tan pronto como se detecta una caída de voltaje en los buses de CC del dispositivo. Junto con la capacidad de compensar caídas de voltaje simétricas de hasta un 50 %, el convertidor elevador tiene la capacidad de compensar caídas asimétricas profundas, como una falla completa de una de las fases. El convertidor elevador se puede complementar con baterías para proteger contra una falla total de energía.
Un filtro activo (fig. 7) es un convertidor que funciona como un rectificador, utilizando tiristores IGBT en lugar de diodos.
Un filtro activo puede mantener el voltaje continuamente a través de la caída de voltaje. La clasificación actual del filtro activo determina el valor máximo de corrección de caída de voltaje.
Arroz. 7. Filtro activo
En caso de caída de tensión, se abre un circuito de compensación de tensión sin transformador (Fig. 8) y se alimenta la carga a través del inversor.La fuente de alimentación del bus de CC del inversor está respaldada por dos condensadores cargados en serie.
Arroz. 8. Compensación de caída de tensión en serie sin transformadores
Para una tensión residual del 50 %, se puede proporcionar el nivel de tensión nominal. En este dispositivo, suministros adicionales (condensadores) pueden mitigar la interrupción completa por un período de tiempo limitado. El dispositivo brinda la capacidad de restaurar el voltaje incluso con caídas de voltaje asimétricas.