Особенности сетей постоянного тока

Особенности сетей постоянного тока

Оперативные сети постоянного тока предназначены для обеспечения бесперебойного электроснабжения потребителей в случае аварии в цепи основного источника питания (который может быть как переменного, так и постоянного тока).При этом необходимо обеспечить:• переключение на резервный источник питания (в силовых сетях – с помощью мощных масляных переключателей или реле с электромагнитным приводом (ЭМП)), • аварийное освещение, связь, микроклимат, другие оперативные нужды.

В качестве резервного источника может применяться резервный ввод или накопитель энергии (кинетический, химический и др.; с инвертором тока, если это необходимо). В настоящее время в качестве источника электроэнергии для оперативных сетей постоянного тока применяют аккумуляторные батареи (АБ). Однако применение АБ в данном режиме имеет ряд принципиальных ограничений, присущих химическим источникам тока:• необходимость регламентного обслуживания и плановых замен с отключением штатной АБ; • низкое быстродействие - высокая инерционность. Время выхода на максимальный уровень мощности при перегрузке сети составляет 80-150 миллисекунд, что приводит к провалам напряжения сети постоянного тока (или изменение частоты выходного генератора сети переменного тока) и недопустимо для ряда применений; • САМОЕ ГЛАВНОЕ – низкая эффективность АБ в импульсном режиме эксплуатации (компенсации частых кратковременных мощных нагрузок). Поскольку ЭМП является самой мощной нагрузкой в сети, на неё и рассчитывается АБ оперативной сети подстанции, хотя долговременные нагрузки (релейная защита, аварийное освещение, связь) требуют значительно меньшей ёмкости АБ. Это ведёт к неоправданным затратам. Кроме того, АБ требуется длительный срок восстановления после нескольких циклов включения-отключения масляных реле, при этом существенно снижается запасенная энергия. Подобный режим эксплуатации крайне неблагоприятен для АБ, вызывает её преждевременное старение за счет ускорения коррозионных процессов, микроциркуляций и необратимой сульфатации активного материала. Аккумуляторные батареи принципиально не отвечают требованиям электросетей с частыми импульсными токовыми нагрузками.Предлагаемое решениеДля обеспечения гарантийного переключения реле при любом состоянии электрозаряда АБ и повышения качества электроэнергии в сети предлагается совместно с АБ (а в ряде случаев и вместо АБ) использовать новое устройство – Компенсатор Пиковых Нагрузок. Компенсатор пиковых нагрузок (КПН) (www.supercapacitor.ru) использует уникальные свойства нового класса прибров, не имеющих аналогов в мире - Суперконденсаторов. Особенно эффективно его применение для компенсации мощных токовых нагрузок:• в оперативных сетях постоянного тока, где применяются мощные масляные выключатели с электромагнитным приводом включения-отключения, • в силовых цепях питания мощных электродвигателей, соленоидов постоянного тока, • в генераторных установках для получения мощных импульсов тока • оборудование связи.Суперконденсатор – это инновационная отечественная разработка, запатентованная в 7 странах мира, представляющая собой накопитель электроэнергии с уникальными свойствами, среди которых – недостижимая прежде электрическая емкость, мощность, быстродействие, надёжность, компактность, эффективность, безуходность, экологичность.Работа устройства основана на накоплении электрического заряда в Суперконденсаторах в течение определённого времени и при необходимости выдаче мощного импульса тока. Так, при включении электромагнитного привода, КПН возьмёт на себя основную часть пиковой нагрузки и тем самым освободит АБ от нежелательной перегрузки. КПН обладает большой электрической емкостью - десятки Фарад, и низким внутренним сопротивлением - миллиОмы. За счет этого обеспечивается поддержание напряжения в сети на заданном уровне.Применение компенсатора в оперативных цепях подстанций позволит:• 1.Обеспечить гарантированное включение коммутационных аппаратов, даже при значительном разряде ёмкости АБ, тем самым повысить надёжность энергоснабжения; • 2.В значительной мере снизить и унифицировать ёмкость применяемых АБ, соразмерив её с потребностью нагрузок, имеющих постоянный характер (связь, аварийное освещение, релейная защита); • 3.Разгрузить АБ от пиковых токов, и тем самым увеличить её срок службы.Технические характеристики и результаты испытанийДля обеспечения универсальности работы КПН с любыми токами нагрузки в диапазоне 0-800А, реализовано секционированное построение устройства. Одна секция рассчитана на ток нагрузки до 100А (см таблицу 1), а для тока нагрузки 200А требуется 2 стойки-секции и т.д. Тким образом, можно подобрать комплект для любой нагрузки тем самым не переплачивая за лишний энергозапас. Энергозапас одной стойки КПН рассчитан на три цикла включения/отключения электромагнитного привода током до 100А при 20-ти процентном падении напряжения без участия аккумуляторной батареи.Эффект примененияИспользование Компенсатора пиковых нагрузок совместно с АБ в оперативных сетях постоянного тока даёт следующие преимущества:• Суперконденсаторы безуходны, экологичны, срока службы практически неограничен; • КПН имеет высокое быстродействие. Время достижения максимальной мощности Суперконденсаторов составляет 10-30 микросекунд. Учитывая, что величина провала напряжения менее 1 миллисекунды (1000 микросекунд) считается допустимой для большинства энергетических и промышленных систем, применение быстродействующих Суперконденсаторов позволит сохранить работоспособность этих систем. • Практические преимущества применения Суперконденсаторных КПН совместно с АБ в сетях с мощными токовыми нагрузками: • разделение функций выдачи мощности в пиковой нагрузке (Суперконденсатор) и хранения (АБ) приводит к уменьшению капитальных затрат в 2 раза при переоснащении подстанций аккумуляторными батареями, увеличение срока службы «старых» АБ на 5-8 лет, • обеспечивается гарантия включения реле при любом состоянии АБ и любой периодичности следования циклов включения-отключения реле, что особенно важно в период работы оперативного тока от АБ, • увеличивается скорость срабатывания реле, снижается его износ, • уменьшаются издержки эксплуатации за счет снижения объемов техобслуживания.В целом, использование Компенсаторов пиковых нагрузок в оперативных сетях постоянного тока даёт ощутимый технический и экономический эффект!