Dispositivos de proteção de baixa tensão

Considere diferentes sistemas para proteger a produção industrial de quedas de tensão (volante, fonte de alimentação ininterrupta estática (UPS), compensador dinâmico de distorção de tensão, compensador estático (STATCOM), LED conectado em paralelo, conversor boost, filtro ativo e amplificador série sem transformadores).

A redução de tensão é um dos fenômenos mais caros da indústria. A maneira mais fácil de proteger processos sensíveis de qualquer dano é a instalação do UPS... No entanto, devido aos altos custos de aquisição e manutenção, os UPS são instalados apenas em grandes objetos estruturais, em locais onde os danos causados ​​por problemas de fornecimento de energia podem afetar causar danos significativos, por exemplo em hospitais, na produção de computadores, em instituições financeiras.

Ao decidir instalar equipamentos de proteção, um estudo de viabilidade deve ser realizado para mostrar a viabilidade de instalação de um UPS para um processo produtivo específico.

O problema de proteger motores elétricos com diferentes velocidades na produção industrial de quedas de tensão agora foi resolvido. Devido à grande variedade de marcas desses sistemas, não é muito fácil encontrar a solução técnica e econômica ideal para esse problema.

Tipos de equipamentos corretivos

Um volante de gerador de motor (D-G) pode proteger distúrbios críticos de produção de todas as quedas de tensão no sistema de energia C. Quando ocorre uma queda de tensão, a queda de tensão na carga é retardada pelo volante. Os vários esquemas para conectar o volante ao motor-gerador são semelhantes aos mostrados em 1.

Arroz. 1. Esquema de uso de um volante para compensar quedas de tensão

Os principais componentes de um UPS estático independente são mostrados na fig. 2, cujas baterias (capacitores) armazenam energia apenas para proteger contra quedas de tensão por um curto período de tempo. Se ocorrer uma queda de tensão, a carga é alimentada pela bateria por meio de um conversor CC para CA.

Arroz. 2. Esquema de uso de UPS para compensar quedas de tensão

Compensador de distorção dinâmica de tensão durante a queda de tensão ele permanece conectado à rede elétrica 1 através do transformador 2 e determina a parte faltante da tensão (Fig. 3). Acrescenta esta parte da tensão que falta através dos enrolamentos primário 4 e secundário 3 do autotransformador conectado em série com a carga 7. Dependendo da finalidade, a energia para alimentar a carga 7 através do conversor de tensão 5 durante a queda de tensão pode ser retirado da rede ou de uma fonte de energia adicional (principalmente de capacitores c).

Considere duas modificações de fabricantes diferentes. O primeiro (doravante referido como DKIN-1) não contém fontes de alimentação e está permanentemente conectado. Esta opção é econômica para aumentar a tensão em até 50%. Existe uma modificação do dispositivo DKIN com a capacidade de aumentar a tensão em 30%. Acredita-se que a partir desta modificação do dispositivo DKIN (30%), é aconselhável utilizá-los em produção.

Arroz. 3. Esquema para usar DKIN para compensar quedas de tensão

A segunda modificação (DKIN-2) contém uma fonte de energia projetada para uma carga pesada.O dispositivo de dois megawatts pode aumentar a tensão de carga de uma carga de 4 MW em 50% ou uma carga de 8 MW em 23%. Ao contrário da maioria dos outros dispositivos, a fonte de alimentação é capaz de resistir a quedas prolongadas.

Compensador estático (STATCOM) Um dispositivo de compensação de queda de tensão é conectado em paralelo com a carga (Fig. 4). Um dispositivo STATCOM pode reduzir quedas de tensão alterando a carga reativa na junção.

A capacidade de reduzir quedas pode ser melhorada adicionando uma fonte de energia adicional, como uma fonte de energia magnética supercondutora. Embora os compensadores STATCOM (Fig. 4) sejam capazes de absorver e devolver potência reativa VEstatisticamente, seu uso é geralmente limitado à compensação estática por razões econômicas.

No modo de redução, o sistema STATCOM muda para o modo de fonte DC. A tensão nos terminais do capacitor pode ser mantida constante.

Arroz. 4. Junta de dilatação estática

Um motor síncrono conectado em paralelo (SM) é um pouco semelhante a um STATCOM, mas não contém eletrônica de potência (Fig. 5). A capacidade do motor síncrono de fornecer uma grande carga reativa permite que esse sistema compense quedas de tensão de até 60% em 6 s. Ao mesmo tempo, um pequeno volante protege a carga de uma falha de energia total por 100 ms.

Arroz. 5. LED e volante conectados em paralelo: 1 — sistema de alimentação; 2 — transformador; 3 - mudar

Conversor elevador Este é um conversor CC/CC que aumenta a tensão do barramento CC (por exemplo, um motor de frequência variável) para o nível nominal (Fig. 6).

A maior queda de tensão que pode ser compensada depende da corrente nominal do conversor boost. O conversor boost começa a funcionar assim que uma queda de tensão é detectada nos barramentos CC do dispositivo. Junto com a capacidade de compensar quedas de tensão simétricas de até 50%, o conversor boost tem a capacidade de compensar quedas assimétricas profundas, como uma falha completa de uma das fases. O conversor boost pode ser complementado com baterias para proteção contra falha total de energia.

Um filtro ativo (fig. 7) é um conversor que funciona como um retificador, usando tiristores IGBT em vez de diodos.

Um filtro ativo pode manter a tensão continuamente através da queda de tensão. A corrente nominal do filtro ativo determina o valor máximo de correção da queda de tensão.

Arroz. 7. Filtro ativo

Em caso de queda de tensão, um circuito de compensação de tensão sem transformador (Fig. 8) abre e a carga é alimentada através do inversor.A fonte de alimentação do barramento CC do inversor é suportada por dois capacitores carregados em série.

Arroz. 8. Compensação de queda de tensão em série sem transformadores

Para uma tensão residual de 50%, o nível de tensão nominal pode ser fornecido. Neste dispositivo, fontes adicionais (capacitores) podem atenuar a interrupção completa por um período limitado de tempo. O dispositivo oferece a capacidade de restaurar a tensão mesmo com quedas de tensão assimétricas.