Шарипов А.А. Система электроснабжения повышенной надежности для медицинских учреждений (1005960), страница 4
Текст из файла (страница 4)
За счетвнутренних источников электрического питания особо важныеподразделения (компоненты) должны продолжать функционироватьнеобходимый интервал времени, достаточный для того, чтобы быловосстановлено внешнее снабжение электрической энергией.20С другой стороны, отказ или сбой в работе отдельной ветви внутреннейсистемы электроснабжения объекта не должен приводить к отказуэлектроснабжения всего объекта с помощью, как внешних, так и внутреннихисточников питания. В рамках структуры электрической сети объектадолжны быть предусмотрены средства (компенсационные или управляющие)мероприятия, которые позволили бы минимизировать такие нарушения вэлектроснабжении.Рассмотрим основные отказы в сети электроснабженияПо продолжительности различают следующие отказы в электроснабжении:- длительные перерывы (до нескольких суток) в электроснабжениипотребителей, вызываемые многочисленными повреждениями в системеэлектроснабжения;- прекращение питания потребителей на кратковременное времявосстановления работоспособности отказавшего элемента системыэлектроснабжения (от 4 до 24 часов);- прекращение питания потребителей на время, необходимое для включениярезервного элемента вручную оперативно-выездными бригадамипредприятий электрических сетей (от 1,5 до 6 часов);- прекращение питания потребителей на время оперативных переключений,выполняемых дежурным персоналом на подстанциях (несколько минут);- кратковременные перерывы питания потребителей на времяавтоматического ввода резервного питания (АВР) или автоматическогоотключения поврежденного участка сети (несколько секунд).С точки зрения срочности выполнения компенсационных(управляющих) мероприятий по поддержанию сети электроснабженияобъекта отказы бывают:- внезапные, когда потребители электроэнергии не получает никакойинформации об отказе;21- внеплановые, сведения о которых поступают потребителям электроэнергиинезадолго до момента отключения;- плановые, о которых потребители предупреждается заблаговременно.Критериями отказов являются их признаки (проявления), позволяющиеустановить факт нарушения работоспособного состояния.
Они приводятся внормативно-технической документации на объекты энергетики [1].Отказом в работе I степени являются:- нарушение нормальной работы электрической сети, вызвавшее перерывэлектроснабжения одного и более потребителей I категории принесоответствии схемы их питания требованиям ПУЭ либо одного и болеепотребителей II категории на срок от 0,5 до 2,5 ч.К отказам в работе II степени относятся нарушения нормальной работыэлектрических сетей, в том числе:- перерывы в электроснабжении потребителей, не являющиеся аварией Iстепени;- повреждение некоторых видов оборудования;- недовыполнение диспетчерского графика электрической нагрузки илиоперативного задания диспетчера;- автоматическое отключение или ошибочное отключение оборудованияперсоналом.Как показывает практика, даже современная электрическая сеть,совершенная технология и правильная эксплуатация не исключаютполностью отказы.Рассмотрим теперь ситуации, когда отказа в электроснабжении нет, нокачество электроэнергии не соответствует требованиям эксплуатациисоответствующих электроприемников (в том числе из-за аварийоборудования на самом объекте), то есть происходят сбои в электропитанияили потеря качества электроэнергии [13].Основные виды сбоев электропитания приведены в таблице.22Вид сбояэлектропитанияПониженноенапряжение,провалынапряженияПовышенноенапряжениеВысоковольтныеимпульсыПричина возникновенияВозможные последствияПерегруженная сеть; неустойчиваяработа системы регулированиянапряжения сети; подключениепотребителей, мощность которыхсравнима с мощностью участкаэлектрической сетиПерегрузки блоков питанияэлектронных приборов иуменьшение их ресурса.Отключение оборудования принедостаточном для его работынапряжении.
Выход из строяэлектродвигателей. Потериданных в компьютерахНедогруженная сеть; недостаточно Выход из строя оборудования.эффективная работы системыАварийное отключениерегулирования; отключениеоборудования с потерей данныхмощных потребителейв компьютерахАтмосферное электричество,включение и отключение мощныхпотребителей, запуск вэксплуатацию части энергосистемыпосле аварииЭлектрический шум Включение и отключение мощныхпотребителей. Взаимное влияниеработающих неподалекуэлектроприборовВыходизстроячувствительного оборудованияСбои при выполнениипрограмм и передаче данных.Нестабильное изображение наэкранах мониторов и ввидеосистемахПолное отключение Срабатывание предохранителей при Потери данных. На оченьнапряженияперегрузках; непрофессиональные старых компьютерах — выходдействия персонала; аварии наиз строя жестких дисковлиниях электропередачГармоническиеЗначительную долю нагрузки сети Помехиприработеискажениясоставляют нелинейныечувствительного оборудованиянапряженияпотребители, оснащенные(радиоителевизионныеимпульсными блоками питаниясистемы,измерительные(компьютеры, коммуникационное комплексы и т.
д.)оборудование), перегруженнейтральный проводНестабильнаяСильная перегрузка энергосистемы Перегрев трансформаторов. Длячастотав целом. Потеря управлениякомпьютеров само по себесистемойизменение частоты не страшно.Нестабильная частота являетсялучшиминдикаторомнеправильнойработыэнергосистемыилиеесущественной части232.2 Методы и алгоритмы автоматического включения резерваНа практике ввод резерва на любом объекте означает переключениенагруженной шины на резервный источник питания, когда основнойисточник питания поврежден или нуждается в отключении для обеспечениянепрерывности работы объекта. Любой неправильный или небезопасныйввод резерва может привести к серьезным повреждениям оборудования инарушить непрерывность технологического процесса, что может привести,как к экономическим потерям, так и к человеческим жертвам.
Поэтому вводрезерва должен происходить очень быстро и безопасно дляэлектроприемников. Требования к вводу резерва изменяются в зависимостиот объекта, от подключенной нагрузки и методов работы объекта.Ввод резерва может быть разделен на три общих типа:- параллельный («горячий») ввод резерва;- быстрый ввод резерва;- отложенный ввод резерва.Метод параллельного ввода резерва используется обычно при запускезапланированном отключении. В данном методе выключатель запускающегося источника включается до отключения выключателятрансформатора собственных нужд блока. В данном методе отсутствуетпереходный режим на шине внутренней ветви сети питания, так как разныекомпоненты системы все время синхронны. Данный метод требует, какминимум, устройство контроля синхронизма, чтобы гарантировать, чторазница фаз на включаемом выключателе находится внутри допустимогодиапазона.При использовании метода быстрого ввода резерва выключательтрансформатора собственных нужд блока отключается до включениявыключателя подключаемого источника.
Шина должна быть всегдаполностью отключена от обоих источников на короткое время. При этомконтроль осуществляется через быстродействующее устройство24синхронизма. Применение этого метода требует глубокого изучениенагрузки, чтобы определить точные характеристики напряжения и фазышины ветви внутренней сети и, таким образом, определить точное времяподачи команды на включение выключателя подключаемого источника.При реализации метода отложенного ввода резерва используется дваразличных способа.При первом способе предполагается, что оба внешних источникаформирует кривую напряжения в одной фазе. Таким образом, по существу,осуществляется высокоскоростная автоматическая синхронизация междушиной ветви электрической сети и запускаемым новым источником.Запускаемый источник должен подключаться, в момент нулевогорасхождения фаз на выключателе.При втором способе допускается, что между первым источником ивновь запускаемым источником имеется некоторое остаточное напряжение.Перед включением выключателя подключаемого источника система ожидает,пока напряжение на шине не окажется меньше заранее заданного значения:обычно 25% от номинального значения.Из вышеизложенного видно, что из-за уровня сложности схем вводарезерва и восстановления питания, решение на основе простых релейныхэлементов, не может обеспечить вышеуказанные требования.
Поэтомусовременные схемы АВР, чаще всего, используют распределенную схему свнешней связью между контроллерами шины по протоколу МЭК 61850 [7].Однако, такой подход не всегда повышает надежностьэлектроснабжения, так как появляются дополнительные электронныекомпоненты, которые могут выйти из строя. Поэтому электронныекомпоненты управления АВР должны быть высоконадежными.На рисунке 2.2.1 приведена высокоскоростная схема подключения АВРна основе протокола МЭК 61850 (с использованием контроллеров GE F650)25на примере двух и одного внутреннего источников питания при наличиидвух нагрузок [8].Рис.2.2.1При отказе двух внешних источников (резерв A и B) долженвключаться резервный генератор. Однако, если резервным генераторомявляется ДГУ, то интервал времени его запуска и выхода на режим можетбыть достаточно длительным (более 60 секунд).
То есть время ожидания,когда амплитуда и фаза напряжения совпадут с заданными пороговымизначениями, превысит допустимые значения, задаваемые Р50571.28-2007 [2].Поэтому для компенсации этой аварийной ситуации, связанной с задержкойв запуске ДГУ, используется другой быстродействующий источник питания(обычно ИБП). И только затем, после выхода ДГУ на рабочий режим, данныйисточник питания включают в необходимый момент (по совпадениювеличины напряжения и его фазы) в общую цепь питания нагрузки, отключаяпри этом ИБП.Блок-схема алгоритма согласования двух источников питания повеличине напряжения и фазе приведена на рисунке 2.3.3.26Рис.
2.3.3Однако, даже при использовании ИБП, в системе электроснабжения засчет, как погрешностей работы коммутационного оборудования, так иизменения режима работы ДГУ при подключении нагрузки, могут возникатьскачки напряжения. Для их компенсации используют специальныеустройства, позволяющие компенсировать искажения напряжения –динамические компенсаторы искажений напряжения (ДКИН).2.3 Способы защиты при коротком замыкании (КЗ) в сетиэлектроснабжения объектаКороткое замыкание (КЗ) появляется, когда происходит соединениедвух разных точек электрической цепи, у которых отличается разницапотенциалов.
При таком положении цепи нарушается ее нормальная работа.Чаще всего, при режиме КЗ зажимы в источнике питания замыкаютсяпроводником, сопротивление у которого близко к нулю. Из-за отсутствиясопротивления при режиме КЗ ток превышает номинальные показатели во27много раз. За счет этого источники питания и приёмники электрической цепимогут прийти в негодность. В общем случае эксплуатации электрическихсетей короткие замыкания являются случайными событиями, а совокупностьпараметров режима КЗ образует множество вероятностных параметров.Поэтому при определении расчетов параметров КЗ оперируют условнодетерминированными параметрами, определяемыми по заданнойвероятности возникновения такого события.Возможны следующие виды аварийных ситуаций, связанные стоковыми перегрузками [14]:- короткое замыкание I типа;- короткое замыкание II типа;- токовая перегрузка;- ток замыкания на землю.Короткое замыкание I типа происходит в случае, когда до моментавключения силового прибора возникает короткое замыкание в нагрузке.
Есликороткое замыкание происходит, когда прибор уже включен, — это короткоезамыкание II типа. Оно представляет собой более серьезный тип перегрузки.Например, быстрое повышение тока в ненасыщенном силовомполупроводниковом приборе ведет к увеличению напряжения затвор-эмиттериз-за тока, протекающего через емкость затвор-коллектор. В результатесиловой элемент прибора защелкивается и становится неуправляемым,возникает динамическая перегрузка по току, выводящая прибор из строя. Длянагрузки в виде плазмы газового разряда характерно возникновениекоротких замыканий как I, так и II типа, но преобладают замыкания именноII типа – самые опасные для силового ключа.В общем случае, деление аварийных ситуаций на токи замыкания наземлю, токи короткого замыкания и просто перегрузки по току производитсяв соответствии с причиной, вызывающей аварию.Для ограничения токов КЗ наиболее часто используют [15]:28- стационарное и автоматическое деления сети;- токоограничительные аппараты;- трансформаторы с расщепленной обмоткой низшего напряжения;- заземление нейтралей части силовых трансформаторов.В конкретных электрических сетях используют, как различныесредства токоограничения, так и их комбинации, которые определяютсяспецификой функционирования электроприемников объекта.В низковольтных сетях (до 1 кВ) ранее, во всем мире, применяласьсистема защиты от токов КЗ, основанная на соединении нетоковедущихпроводящих частей (корпусов) оборудования с землей и заземленнойнейтралью источника.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
