Одной из наиболее опасных проблем в системах электроснабжения являются провалы напряжения — кратковременные (до 1 минуты) понижения уровня питающего напряжения на 10–90 % от номинального. По оценкам специалистов, на них приходится до 60 % ущерба из-за низкого качества электроэнергии.
Причины провалов разнообразны: короткие замыкания, пуски мощных двигателей, грозовые перенапряжения. Цифровые системы особенно чувствительны к качеству питания: даже кратковременное отклонение способно вызвать сбой автоматики, повреждение электроники или потерю данных.
Для промышленных предприятий один короткий провал может означать остановку производства, выпуск брака и финансовые потери.
На диаграмме провал выглядит как короткая «просадка» синусоиды с последующим возвратом напряжения к норме (рис. 1).
Рис. 1. Синусоида с провалом напряжения в точке электрической сети
Современные энергосистемы требуют быстродействующих решений. Кроме традиционных стабилизаторов и источников бесперебойного питания (ИБП), все чаще применяют динамические восстановители (стабилизаторы) напряжения (DVR) — цифровые устройства, компенсирующие провалы без перерывов в работе оборудования.
Такие системы особенно востребованы в промышленности, энергетике и центрах обработки данных (ЦОДах), где сбой даже в долю секунды недопустим.
Что такое динамическое восстановление напряжения (DVR)
Динамическое восстановление напряжения (DVR, Dynamic Voltage Restorer) — технология активной компенсации кратковременных провалов в сети. Когда происходит спад напряжения, DVR мгновенно добавляет недостающее напряжение, с сохранением питания нагрузки и формы сигнала.
Принцип действия основан на инжекции компенсирующего напряжения. DVR отслеживает параметры сети, фиксирует провал и через инвертор подает корректирующий сигнал в линию нагрузки (рис. 2).
Система управления рассчитывает амплитуду и фазу компенсации, а трансформатор вводит этот сигнал в цепь. В результате потребитель получает стабильное напряжение даже при резких колебаниях в сети.
Рис. 2. Структурная схема блока DVR
Почему традиционная защита не справляется:
стабилизаторы регулируют напряжение с заметной задержкой;
ИБП защищает подключенное оборудование, а не всю линию;
реле только фиксируют факт аварии, не предотвращая последствия.
DVR действует мгновенно — в момент начала провала, и восстанавливает напряжение быстрее, чем контроллеры успевают зарегистрировать нарушение. Поэтому метод динамического восстановления напряжения считается одним из самых надежных средств защиты.
Как устроен DVR: схема восстановления напряжения
DVR, или динамический стабилизатор (реставратор) напряжения, включается последовательно между сетью и нагрузкой. Он не заменяет питание, но добавляет недостающее напряжение и сохраняет форму синусоиды неизменной (рис. 3).
Основные элементы схемы:
источник энергии — батарея суперконденсаторов;
инвертор (IGBT-транзисторы) — преобразует напряжение в переменное заданных параметров;
трансформатор — вводит компенсирующее напряжение;
система управления — анализирует сеть, выявляет провалы и управляет компенсацией.
При нормальной работе DVR пассивен: ток проходит напрямую. При провале устройство активируется за доли миллисекунды, формирует корректирующее напряжение и добавляет его в линию.
Рис. 3. Восстановление напряжения
Провалы напряжения: причины и влияние на оборудование
Провалы напряжения — естественное, но крайне опасное явление в энергосистемах.
Основные причины:
короткие замыкания и аварийные процессы;
пуск мощных электродвигателей;
резкие переключения нагрузки;
грозовые и коммутационные перенапряжения.
Даже спад напряжения на 20–40 % приводит к сбою автоматики, остановке ЧПУ-станков, потере данных или нарушению технологического цикла.
Для промышленных объектов последствия выражаются в простоях, необходимости переналадки оборудования и повышенных рисках для персонала.
Как работает процесс динамического восстановления напряжения
До обнаружения провала DVR находится в пассивном режиме — напряжение в линии равно напряжению сети (рис. 4).
Рис. 4. Схема работы DVR при нормальном напряжении
Выявление провала
Система управления фиксирует снижение напряжения и активирует DVR (рис. 5).
Рис. 5. Схема перехода DVR в активный режим (провал напряжения)
Инжекция компенсирующего напряжения
Инвертор формирует сигнал нужной амплитуды и фазы и подает его через трансформатор в линию (рис. 6). Синусоида на нагрузке остается ровной и стабильной.
Рис. 6. Схема восстановления напряжения DVR
Синхронизация сигнала
DVR выравнивает фазу и форму волны, предотвращает искажения и гармоники.
H3: Плавное отключение
После нормализации параметров сети устройство завершает инжекцию и возвращается в режим мониторинга (рис. 7).
Рис. 7. Схема работы DVR после восстановления параметров сети
Весь процесс восстановления напряжения занимает не более 2 мс и проходит незаметно для оборудования.
Преимущества использования DVR
Технические преимущества:
реакция менее 2 мс и высокая точность компенсации;
стабильная синусоида без искажений и фазовых сдвигов;
автоматическая адаптация к типу и глубине провала;
соответствие требованиям ГОСТ 32144-2013;
возможность интеграции в систему управления Smart Grid.
Экономический эффект:
сокращение простоев и аварийных остановок;
снижение износа и продление срока службы оборудования;
уменьшение потерь и брака;
повышение энергоэффективности и рентабельности оборудования.
Основные характеристики DVR
DVR в решениях СВЭЛ
СВЭЛ — один из лидеров российского рынка электротехнического оборудования. Компания выпускает различные системы для повышения качества и надежности электроснабжения, включая DVR на базе суперконденсаторных накопителей (рис. 8).
Преимущества DVR от СВЭЛ:
высокая надежность и отказоустойчивость;
совместимость с промышленными и энергетическими сетями;
модульное исполнение и простая интеграция в системы;
гарантийная и сервисная поддержка.
Компания подбирает решения под конкретные параметры сети и условия эксплуатации.
Рис. 8. Устройство динамического восстановления напряжения
Заключение
В эпоху цифровизации качество электроснабжения становится критически важным фактором. Провалы напряжения — одна из главных причин простоев и аварий, но их последствия можно предотвратить.
Технология динамического восстановления напряжения (DVR) обеспечивает мгновенное выравнивание параметров сети и стабильную работу оборудования.
Решения СВЭЛ на основе суперконденсаторов доказали эффективность на промышленных объектах. Они помогают снижать потери и поддерживать качество энергии на уровне мировых стандартов.
Динамический восстановитель (стабилизатор) напряжения (DVR) от СВЭЛ — это инвестиция в надежность, эффективность и устойчивость ваших энергосистем.
Обратитесь за подбором DVR в СВЭЛ и получите стабильное электроснабжение без простоев и потерь.
