Toiteallikas (1)

TTÜ elektriajamite ja jõuelektroonika instituut Elektrivarustus Raivo Teemets
3. TOITEALLIKAD 3.1 Klassifikatsioon ja põhinõuded
Toiteallikad on ette nähtud tööstuslike elektriliste koormuste katmiseks. Kaasaegsete ratsionaalsete elektrivarustussüsteemide loomisel esitatakse toiteallikatele kindlad tehnilis - majanduskilud nõuded: · piisav võimsus ja töökindlus, · väljastatava elektrienergia nõutav kvaliteet (sageduse ja pinge stabiilsus, pinge siinuselisus, 3-faasilise süsteemi sümmeetria jne). · kõrge kasutegur ning madal elektrienergia maksumus.
Tähtsateks nõueteks võivad osutuda veel nende kiire sisselülitamine, automatiseerituse aste, vähesed kulutused hooldusele ning keskkonnasõbralikkus.
Olenevalt konkreetsetest asjaoludest võib toiteallikaks olla: 1) energiasüsteem, 2) tarbija oma elektrijaam , mis ttöötab paralleelselt ühtse võrkguga, 3) generaatorid ja elektrijaam, mis ei ole ette nähtud paralleeltööks ühtsesse võrguga, 4) elektrokeemilised, fotoelektrilised ja teised staatilised elektrienergia allikad, 5) kohalikud reaktiivvõimsuse allikad (kondensaatorbatareid, sünkroonmootorid ja-kompensaatorid).
Esimesed kaks moodustavad tsentraalse elektrivarustussüsteemi põhialuse, kus toodetakse ligikaudu 98% elektrienergiast.
ElVar 3. Toiteallikad.RT.hor.2006 doc Leht: 1 / 26 TTÜ elektriajamite ja jõuelektroonika instituut Elektrivarustus Raivo Teemets
ES ES ES
E K SEJ S E S E S E
EV EV EV a) b) c)
Joonis 3.1. Ettevõtte sooja- ja elektrivarustus a) ühtsest energiasüsteemist b) ettevõtte oma katlamaja kasutamisega, c) ettevõtte oma soojuselektrijaama kasutamisega ES ­ energiasüsteem, ­ katlamaja, SEJ ­ soojuselektrijaam , S ­ soojusenergia , E ­ elektrienergia, EV­ ettevõte
ElVar 3. Toiteallikad.RT.hor.2006 doc Leht: 2 / 26 TTÜ elektriajamite ja jõuelektroonika instituut Elektrivarustus Raivo Teemets
Tarbija oma elektrijaam, mis töötab paralleelsel ühtse võrguga, võib osutuda vajalikuks järgmistel juhtudel: 1) soojusenergia - kuuma vee ja auru - suure tarbimise korral, et paremini kütust ära kasutada, rakendades sel juhul elektrienergia ja soojuse koostootmist, 2) põlevate tööstusjääkide utiliseerimiseks, 3) kui uut elektrijaama on odavam ehitada olemasoleva energiasüsteemi laiendamisest, 4) ööpäevaste tippkoormuste katmiseks energiasüsteemi võimsuse dfitsiidi korral.
Kohalikud elektrijaamad , mida ei tööta paralleelselt ühtse energiasüsteemiga, võivad olla kasutusel 1) reservtoiteallikana, 2) katkematu elektrivarustuse koostisosana, 3) kui elektrijaama ehitamine osutub kasulikumaks uute liinide ehitamisest, 4) liikuvate ja ümberpaigaldavate tarbijate toiteks.
Seoses elektritarvitite arvu kasvuga, mis nõuavad elektrienergia kõrgendatud kvaliteeti, kasutatakse väikese võimsusega toiteallikatena akusid , galvaanielemente, fotoelemente ning päikesepatareisid. Näiteks arvutustehnikas UPS, mis sisaldab akut, raadio- ja telefoniside, meditsiinitehnika jt.
ElVar 3. Toiteallikad.RT.hor.2006 doc Leht: 3 / 26 TTÜ elektriajamite ja jõuelektroonika instituut Elektrivarustus Raivo Teemets
3.2 Ettevõtte toitmine energiasüsteemist
Tänu kõrgele tehnilisele tasemele, suurtele võimsustele ja reservtoite võimalusele on kaasaegsed energiasüsteemid põhiliseks toiteallikaks kogu tööstusele.
Energiasüsteemi kuuluvad erinevat tüüpi elektrijaamad, kus ühe elektrijaama võimsus ulatub mitmetesse tuhandetesse MW-desse (isegi üle 6000 MW). Kõige laialdasemalt kasutatase soojuselektrijaamu. Soojuselektrijaamades kasutatakse generaatorite käitamiseks kiirekäigulisi auruturbiine. Kütusena on kasutusel masuut , kivisüsi, gaas , põlevkivi jt. kütused.
Soojuselektrijaamad on ette nähtud kas ainult elektrienergia tootmiseks (kondensatsioon- elektrijaam) või elektri ja soojuse koostootmiseks (termofikatsioon-soojuselektrijaam).
Diiselelektrijaama kasutatakse laialdaselt laevadel (võimsused 20kW...2000kW ja rohkemgi).
MHD - elektrijaamad muudavad soojusenergia või keemilise energia vahetult elektrienergiaks (kasutusel põhiliselt katseeksemplarid, proovitud ka kosmosetehnikas).
Geotermilised elektrijaamad töötavad põhiliselt kuumaveeallikate energiat kasutades.
Hüdroakumulatsiooni elektrijaamades töötavad osa sünkroongeneraatorid minimaalse koormuse ajal pumba mootoritena ning pumpavad vett ülemisse veehoidlasse. Tippkoormuse ajal langeb vesi ülemisest veehoidlast ning paneb masinad tööle generaatoritena.
Lainete elektrijaamad töötavad merelainete energial (kasutatakse Norras, Bergenis 1MW).
ElVar 3. Toiteallikad.RT.hor.2006 doc Leht: 4 / 26 TTÜ elektriajamite ja jõuelektroonika instituut Elektrivarustus Raivo Teemets
Soojus- elektrijaa mad
Kütuse Tuuma- Geo- Päikese põletamisel termilised töötavad: jaamad maagaas, süsi, masuut
Auru- Diisel - Gaas- Magnet- Muud Auru- Konden- Termo - Auru- elektri- turbiin- hürdo- turbiiniga satsioon fikatsioon turbiin, turbiini - jaamad elektri- dünaami- konden- dega jaamad lised satsioon
Konden- satsioon
Termo- fika- tsioon
Joonis 3.2. Soojuselektrijaamade liigitus
ElVar 3. Toiteallikad.RT.hor.2006 doc Leht: 5 / 26 TTÜ elektriajamite ja jõuelektroonika instituut Elektrivarustus Raivo Teemets
Hüdroelektrijaamad
Jõe Hüdro- Laine akumulatsiooniga
Joonis 3.3. Hüdroelektrijaamade liigitus
3.3 Ettevõtte elektrijaamad ja generaatorid Ettevõtte elektrijaamade ja generaatorite kasutamise vajadus tuleneb asjaolust, mis on toodud punktis 3.1. Kohalikud elektrijaamad, mis ei tööta paralleelselt ühtse energiasüsteemiga on kasutusel: 1. Reservtoiteallikana 2. Katkematu elektrivarustuse koostisosana 3. Kui elektrijaama ehitamine osutub kasulikumaks uute liinide ehitamisest Sellised elektrijaamad vähendavad ka kadusid energiasüsteemis. Ettevõtte elektrijaama tüüp valitakse sõltuvalt nõutavast võimsusest, talitlusoludest ja kiire käivituse nõuetest. Näiteks: kui elektrijaam peab omama võimsust MW-des, olema arvestatud pidevale tööle ning omama kõrget töökindlust, on mõtekas valida auruturbiinelektrijaam (nende võimsus 10...200MW). Kui agregaatidelt nõutakse igapäevast käivitamist ja seiskamist, tuleb valida kiirestikäivituvad agregaadid. Väiksemate agregaatidena kasutatakse diisel- ja gaasiturbiinagregaate või karburaatormootoritega ehk bensiinimootoritega agregaate. ElVar 3. Toiteallikad.RT.hor.2006 doc Leht: 6 / 26 TTÜ elektriajamite ja jõuelektroonika instituut Elektrivarustus Raivo Teemets
3.4 Jõutrafode valik Trafo on elektromagnetiline seade, mis on ette nähtud vahelduvpinge muundamiseks jääval sagedusel. Elektrienergia muundamisel ja jaotamisel (elektrienergiat saadakse energiasüsteemist) tööstusettevõtete elektrivarustussüsteemides kasutatakse pinget madaldavaid pea- ja tsehhi alajaamasid. Peale eelnimetatute kasutatakse võimsate tarbijate toiteks spetsiaalseid alajaamu (näite. elektriahjude alajaam, elektrolüüsi alajaam, veoalajaam jt.). Kõikides alajaamades on kasutusel jõutrafod, mida toodetakse väga erinevatele nimivõimsustele ja pingetele.
Joonis 3.4. AS Harju Elekter poolt toodetavad betoonkorpusega komplektalajaamad HEKA
ElVar 3. Toiteallikad.RT.hor.2006 doc Leht: 7 / 26 TTÜ elektriajamite ja jõuelektroonika instituut Elektrivarustus Raivo Teemets
Jõutrafode valikul määratakse nende · vajalik arv, · tüüp, · nimipinge , · võimsus, · lülitusgrupp.
Alajaamades kasutatakse tavaliselt 1 või 2 trafot.
Ühetrafolisi alajaamu kasutatakse · III kategooria tarbijate toiteks - need on tarbijad, mis ei vaja reservtoidet. · kõigi kategooria tarbijate toiteks suletud võrkudes, mis on ühendatud ühe või mitme alajaamaga; · toitmiseks avatud võrkudes, kui on olemas reservliinid.
Et kahe trafoga oleks tagatud reserv , siis toidetakse neid sõltumatutest liinidest ning nad valitakse ühesuguse võimsusega. Ettevõtete peaalajaamad on alati kahe trafoga. Trafode suuremat arvu kasutatakse harva.
Ehituslikult jagunevad trafod : - õlitrafod, - kuivtrafod, - sünteetilise vedelikuga täidetud trafod.
Õlitrafod on hea soojaeralduvusega ehk jahutusega, aktiivosad (mähised, südamik) on hästi kaitstud väliskeskkonna mõju eest, nad on odavad, kuid tuleohtlikud. Neid kasutatakse väljas või spetsiaalses ruumis.
ElVar 3. Toiteallikad.RT.hor.2006 doc Leht: 8 / 26 TTÜ elektriajamite ja jõuelektroonika instituut Elektrivarustus Raivo Teemets
Kuivtrafod on kallid. Kasutatakse tsehhisiseselt. Nende jahutusvõimalused on halvemad ja lubatav voolutihedus väiksem, kuid tuleohtlikkus väiksem.
Sünteetiliste jahutusvedelikuga trafosid kasutatakse suurema tuleohutuse tagamiseks. Kasutatavad vedelikud on sovool (SRÜ-s), piranool (USA-s), askarüül (Saksamaa). Need on väga mürgised ja raskesti lagunevad ained. Nende põlemisel tekivad väga mürgised ained.
Trafo sekundaarpinge reguleerimisviisi järgi jaotatakse: - reguleeritavad primaarmähiste ümberlülitamisega trafo pingetus olekus, - koormuse all reguleeritavad.
Esimesel juhul on võimalik reguleerida ±5% nimipinge suhtes, astmete arv tavaliselt 5. Sekundaarmähise ümberlülitamisega on võimalik pinget reguleerida nt 17 astme puhul vahemikus ±12% nimipinge suhtes.
Trafode võimsus valitakse nende arvutusliku koormuse järgi, arvestades nõutud vastastikust reserveerimist ja lubatavat avariilist ülekoormust S m k 1+ 2 Sn ( n - 1) k a kus Sm - alajaama ruutkeskmine koguvõimsus ööpäevase maksimumi ajal, k1+2 - 1. ja 2. kategooria tarbijate osakaal , tavaliselt 0,8 ...1,0 ; n - vastastikku reserveeritud trafode arv, ka - lubatud suhteline koormus avariiolukorras
ElVar 3. Toiteallikad.RT.hor.2006 doc Leht: 9 / 26 TTÜ elektriajamite ja jõuelektroonika instituut Elektrivarustus Raivo Teemets
Sa ka = Sn kus Sa - trafo avariiaegne ülekoormus
Täpsemate andmete puudumisel Sm kohta, võib selle võtta võrdseks pooltunni maksimaalse võimsusega Smax . Trafo võimsuse määramise põhiliseks näitajaks on ka. ubatud ülekoormus sõltub suuresti ümbruskonna temperatuurist. Ülekoormusel tekib trafos soojuslik siirdeprotsess , mida ligilähedaselt loetakse eksponentsiaalseks. Selle protsessi ajakonstant on trafo ajakonstant, mis on näidatud trafo passis ja on tavaliselt 2...4 tundi.
Lühiajalised avariilised ülekoormuseld Sal võivad olla suuremad, mille määrab trafo lühiajaline ülekoormus suhtelistes ühikutes S al k al = Sn Mähiste lülitusgrupp valitakse nii, et trafod vastaksid järgmistele tingimustele: - et takistaksid kõrgemate harmooniliste teket elektrivõrgus, - et koormus primaarmähise faaside vahel oleks võimalikult võrdne trafo sekundaarkoormuste ebavõrdsuse korral, - et piiraks nulljärgnevustakistust ühefaasilisel lühisel neljajuhtmelise võrgu toitmisel. Esimese ja teise tingimuse täitmiseks ühendatakse trafo üks mähis tähte ja teine kolmnurka. Pingetel 35...220 kV ühendatakse tähte kõrgema pinge pool. Neljajuhtmelise võrgu toitmisel lülitatakse sekundaarahel maandatud neutraaliga tähte.
ElVar 3. Toiteallikad.RT.hor.2006 doc Leht: 10 / 26 TTÜ elektriajamite ja jõuelektroonika instituut Elektrivarustus Raivo Teemets
3.5 Elektrokeemilised energiaallikad
Tööstuses kasutatakse järgmisi keemilisi toiteallikaid: 1) galvaanielement ; 2) akud ; 3) kütuseelemendid;
Galvaanielemente (patareisid) kasutatakse kantavates või väikese võimsusega tarvitites. Neid toodetakse pingetele 1...100V ja mahtuvusele 0.1..100W/h. Parimad tehnilised näitajad on liitium ­ tionüülkloriid elementidel (Li - SOCl 2 - väike mass, suur mahtuvus jne.). Galvaanielementides sisalduvad kemikaalid on tavaliselt keskkonnaohtlikud.
Akud jagatakse mõõtude järgi kantavateks ja kohtkindlates (statsionaarseteks). Kantavad akud on tavaliselt pingega 6 V ja 12 V ning mahtuvusega 10..200 A/h. Kasutatakse autode starterite toiteks, elektritõstukites, elektrikärudes jne. Kohtkindlad akud on tavaliselt pingega 24... 220V , mahtuvusega 20A/h...10kA/h. Kasutatakse reeglina reservtoiteallikatena avariivalgustuse toites ja pidevtoite seadmetes.
ElVar 3. Toiteallikad.RT.hor.2006 doc Leht: 11 / 26 TTÜ elektriajamite ja jõuelektroonika instituut Elektrivarustus Raivo Teemets
3.6 Akud Akud on elektriseadmed, mis on ette nähtud elektrienergia salvestamiseks selle hilisema kasutamise eesmärgil. Elektrienergia salvestamist nimetatakse aku laadimiseks ja elektrienergia ära andmist välisahelasse nimetatakse aku tühjenemiseks. Aku laadimisel muundub elektrienergia keemiliseks energiaks, tühjenemisel aga vastupidi. Akudes toimuvaid muundusprotsesse nimetatakse elektrokeemilisteks protsessideks ja nendes protsessides osalevaid aineid aktiivaineteks.
Akude põhiparameetrid on: · Elektromotoorjõud ­ praktiliselt konstantne ja määratakse elektroodide potentsiaalide erinevusega avatud välisahela korral. E=U -U , + -
kus U + , U - on ,,+" ja ,,-" elektroodi potentsiaalid. · Sisetakistus on muutuv ja sõltub tööreziimist ( R t , R l ) · Pinge ­ eristatakse tühjenemispinget U t ja laadimispinget U l U =E­I R t t t , U =E+I R , l l l
Kus I t , R t , I l ja R l on tühjenemise ja laadimise voolutugevused ja sisetakistused. · Mahtuvus ­ eristatakse tühjenemismahtuvust C t ja laadimismahtuvust C l . Ct = It Tt , Cl = Il Tl , kus T t ja T l on tühjenemise ja laadimise aeg. · Viljakus ­ eristatakse mahtuvuslikku viljakust ja energia viljakust. C = I t T t / ( I l T l ) , W = U t I t T t / (U l I l T l ) ,
Elektrolüüdi tüübi järgi jagatakse akud kahte suurde rühma: happeakud ja leelisakud.
ElVar 3. Toiteallikad.RT.hor.2006 doc Leht: 12 / 26 TTÜ elektriajamite ja jõuelektroonika instituut Elektrivarustus Raivo Teemets
3.7 Happeakud
Ehituselt ja kasutusotstarbelt on happeakud väga erinevad. Neid valmistatakse üksikute elementidena ja akupatareidena.
Joonis 3.5 EXIDE Corpration happeakupatarei tootenäide autodele
ElVar 3. Toiteallikad.RT.hor.2006 doc Leht: 13 / 26 TTÜ elektriajamite ja jõuelektroonika instituut Elektrivarustus Raivo Teemets
Iga aku koosneb 3-st põhilisest osast: 1) plaatide plokk ; 2) elektrolüüt 3) paak (valmistatakse tavaliselt eboniidist).
Plaadid kujutavad endast võrku, kuhu on kantud aktiivaine. Negatiivsete plaatide aktiivaineks on seatina Pb, positiivsetel aga pliioksiid PbO 2 . Valmis positiivsed plaadid ühendatakse omavahel paralleelselt, samuti ühendatakse ka negatiivsed plaadid. Sellist elementi nimetatakse akupatareiks. Happeakudes kasutatakse elektrolüüdina väävelhappe vesilahust (kasutada destilleeritud vett!), mille tihedus muutub piirides 1,2...1,35 g/cm 3 . Elektrokeemiline reaktsioon aku laadimisel ja tühjenemisel:
(+) ( -) (+) ( -) Pb O + 2H SO + Pb Pb SO + 2H O + Pb SO 2 2 4 4 2 4
(aku laetud) (aku tühi)
Aku tühjenemisel pliioksiid Pb ( + ) O 2 muutub pliisulfaadiks Pb ( + ) SO 4 , aga puhas plii Pb ( -) oksüdeerub pliisulfaadiks Pb ( -) SO 4 . Selles reaktsioonis kulutatakse väävelhapet ja tekib vesi ning elektrolüüdi tihedus väheneb. Laadimisel toimub vastupidine protsess: Pb ( + ) SO 4 muutub Pb ( + ) O 2 , Pb ( -) SO 4 muutub metalliliseks pliiks Pb. Selle reaktsiooni käigus kulutatakse vett ja tekib väävelhape ning elektrolüüdi tihedus kasvab.
Keskmine tööpinge akuelemendil on 2 V, laadimisel kasvab see 2,7...2,8V. Tühjenemisel langeb pinge 1,7 V-ni. Happeakude isetühjenemine moodustab 1...1,5% ööpäevas.
ElVar 3. Toiteallikad.RT.hor.2006 doc Leht: 14 / 26 TTÜ elektriajamite ja jõuelektroonika instituut Elektrivarustus Raivo Teemets
Akut laetakse tavaliselt vooluga, mis on 5...10% aku mahtuvusest (60 Ah puhul 3...6 A). Algul tõuseb pinge tema klemmidel kiiresti 12,9 V-ni ja seejärel aeglaselt 14,1...14,4 V saavutades lõpuks väärtuse 15,0...16,2 V. Laadimise jätkudes pinge enam ei tõuse. Elektrolüüdi tihedus igas purgis on 1,28 g/cm 3 .
Happeakude rikked. Kui elektrolüüdi tihedus on eri punktides on alla 1,23 g/cm 3 , tuleb akut laadida . Kui tihedused eri punktides erinevad rohkem kui 0,05 g/cm 3 , on aku riknenud. Võimalikest riketest tähtsamad: 1) plaatide lühis; 2) plaatide sulfateerumine ­ kui alustame aku laadimist tõuseb tema pinge kiiresti; 3) aku elektrolüüt on pruunikas.
Temperetuur mõjutab akude energialoovutusvõimet. Näiteks: Aku mahtuvus Aku mahtuvus temperatuuril +25°C, % temperatuuril -18°C, % 40 50 100 35 70 25
Temperatuuri langedes elektrolüüdi tihedus tõuseb ja tõustes langeb.
ElVar 3. Toiteallikad.RT.hor.2006 doc Leht: 15 / 26 TTÜ elektriajamite ja jõuelektroonika instituut Elektrivarustus Raivo Teemets
3.8 Leelisakud Leelisakusid kasutatakse eelkõige rasketes tingimustes ( vibratsioon , tõuked, keskkonna temperatuuri suured kõikumised jms). Aktiivainete koostise järgi jagatakse leelisakud 3-e rühma: 1) kaadium- nikkel akud 2) raud-nikkel akud 3) hõbe-tsinkakud.
Laevadel kasutatakse põhiliselt kaadium-nikkel akusid. Aku koosneb teraspaagist, plaatide plokist elektrolüüdist. Positiivsete plaatide aktiivainena kasutatakse nikkelhüdroksiidi Ni(OH) 3 , negatiivsetel plaatidel aga kaadiumi Cd, segus raudoksiididega. Elektrolüüdiks kasutatakse kaaliumhüdroksiidi KOH vesilahust tihedusega 1,19..1,4 g/cm 3 .
Elektrokeemiline protsess leelisakus. 2Ni ( + ) (OH) 3 + KOH + Cd ( -) 2Ni ( + ) (OH) 2 + KOH + Cd ( -) (OH) 2 (aku laetud) (aku tühi)
Elektrolüüdi tihedus reaktsiooni käigus ei muutu. Elemendi keskmine tööpinge on 1,25 V. Laadimise lõpul võib pinge tõusta kuni 2,0...2,2 V-ni. Aku on lõplikult tühjenenud, kui tema pinge on 1 V. Nimimahtuvus garanteeritakse temperatuuril +25°C. Kaadmium -nikkel akusid toodetakse akupatareidena, mis on paigutatud puu- või metallkasti. Tähistus koosneb numbritest ja tähtedest. Tähtede ees olevad numbrid näitavad mitmest elemendist akupatarei koosneb, tähtede järel olevad numbrid näitavad mahtuvust. Tähed: A ­ anood , H ­ kütte, KA ­ kaadium-nikkel aku. Näiteks: 64AKH-2,25 80 V 3, 25 Ah laadimisvool 0,56 A. 32HK3T 40 V 3,0 Ah laadimisvool 0,75A. ElVar 3. Toiteallikad.RT.hor.2006 doc Leht: 16 / 26 TTÜ elektriajamite ja jõuelektroonika instituut Elektrivarustus Raivo Teemets
Leelisakude puhul kasutatakse normaalset-, tugevdatud-, ja kiirendartud laadimist.
Kütuseelemente kasutatakse elektrivarustussüsteemides harva, kuna nad on kallid ja nende valmistamisel kasutatakse väärismetalle näiteks plaatinat. Võimaldavad suuri voolutihedusi. Hapnik- vesinik kütuseelemendi ehitus on joonis 3.6. Vesinik ja hapnik juhitakse rõhu all gaasikambrisse 3 ja absorbeeritakse poorsete elektroodidega 2, mis on valmistatud katalüütilistest materjalidest (nikkel + grafiit + plaatina ). Elektroodidel moodustatakse ioonid H + ja OH - , mis läbivad ioonivahetusmembraani 1 või elektrolüüdi nt. KOH ja ühinevad ,,-" elektroodil veeks . Olenevalt elemendi temperatuurist eraldub vesi kas vedeliku või auruna. Kasutegur 60...80%, voolutihedus elektroodides 0,1...0,5 A/cm 2 (see on suur tihedus, happeakudel 0,01 A/cm 2 )
Joonis 3.6. Hapnik-vesinik kütuseelement. 1 ­ ioonidemuundamise kambrid, 2 ­ poorsed katalüüsi elektroodid, 3 ­ gaasi kambrid, 4 ­ korpus, 5 - isolatsioon .
ElVar 3. Toiteallikad.RT.hor.2006 doc Leht: 17 / 26 TTÜ elektriajamite ja jõuelektroonika instituut Elektrivarustus Raivo Teemets
3.9 Katkematu toitega elektritarbijate toide
Tööstuses esineb elektritarbijaid, millele ei ole lubatud isegi lühikesed voolukatkestused. Tüüpilised sellised tarbijad on: arvutid , mis töötlevad juhtimis- ja finantsinformatsiooni, arvutid, mis juhivad tehnoloogilisi protsesse. Nende korral võib juba mõne millisekundine pinge katkestus põhjustada vigu arvutustes ja juhtimises ning olulist materiaalset kahju. Seetõttu tuleb neid kaitsta lühimategi pingekatkestuste eest.
Lühiajalisi katkestusi elektrienergiaga varustamises tuleb elektrivarustussüsteemis ette küllalt sageli. Näiteks: automaatse korduslülituse rakendamisel või reservi automaatsel lülitamisel ( katkestused mõni sekund!).Seetõttu on vajalik lisaks võrgupinge toitele kasutada ka autonoomseid toiteallikaid. Kui on tegemist väikese võimsusega, võib pideva toite tagamiseks kasutada galvaanielemente või akusid. Suurte võimsuste korral kasutatakse nn. pidevtoite (lakkamatu toite) agregaate (esimesi selliseid agregaate kasutati juba aastal 1900 elektrijaamade operatiivseadmete ning abivalgususe toiteks). Esimesed pidevtoite agregaadid töötasid sisepõlemismootoritega (reeglina diiselmootor ). 1
2 3 4 5
M G M 6 7
8
Joon 3.7. Katkematu toite masinagregaadi skeem 1 ­ toide, 2 ­ diiselmootor, 3 ­ hooratas , 4 ­ generaator , 5 ­ sünkroonmootor või asünkroonmootor, 6 ­ sidur , 7 ­ sidur, 8 ­ tarbijate toiteliin
ElVar 3. Toiteallikad.RT.hor.2006 doc Leht: 18 / 26 TTÜ elektriajamite ja jõuelektroonika instituut Elektrivarustus Raivo Teemets
Normaaltalitluses toidetakse tarbijaid läbi sünkroon mootor-generaator süsteemi, mis on varustatud hoorattaga 3 käigu aeglustamiseks võrgupinge kadumisel. Pinge kestvamal kadumisel lülitub automaatselt tööle diiselmootor 2, lülitatakse sisse sidur 6 ning lahutatakse sidur 7. Diiselmootori käivitumise ajal tarbijate toide ei katke . Sünkroonmootori asemel võib kasutada ka asünkroonmootorit. Pöörlevate agregaatide puudusteks on müra ja vibratsioon.
Tänapäeval kasutatakse enamikus staatilisi pidevtoite agregaate (akud, galvaanielemendid).
1 3 6
5 7 2 8
4
Joon 3.8. katkematu toite staatilise agregaadi skeem 1, 2 ­ võrgu toide, 3 ­ alaldi , 4 ­ aku, 5 ­ elektrooniline lüliti, 6 ­ vaheldi , 7 ­ elektrooniline ümberlüliti, 8 ­ tarbijate toiteliin
Siin kasutatakse aladit 3 ja vaheldit 6 ning akut 4. Aladi laeb pidevalt akut ning pinge katkemisel toimub üleminek aku toitele.
Staatilised pidevtoite agregaadid on kõrge kasuteguriga (kuni 85%) ega põhjusta müra.
ElVar 3. Toiteallikad.RT.hor.2006 doc Leht: 19 / 26 TTÜ elektriajamite ja jõuelektroonika instituut Elektrivarustus Raivo Teemets
Võimsuse võib arvutada valemiga: Sa Snimi , Slub(n-1) Sn ­ seadme arvutuslik võimsus Slub ­ agregaadi lubatud suhteline koormus nimivõimsuse suhtes (staatilistel agregaatidel 1,1 ... 1,2 , masinagregaatide puhul 1,2 ... 1,4. n ­ paralleelsete plokkide või agregaatide arv.
3.10 Kohalikud reaktiivvõimsuse allikad Tööstuses on kasutusel järgmised kohaliku reaktiivvõimsuse tootmise seadmed : 1) pidevalt töötavad aktiiv - ja reaktiivenergia allikad; 2) elektritarvitid, mis tarbivad aktiivvõimsust, kuid teatud tingimustel toodavad reaktiivvõimsust; 3) spetsiaalsed reaktiivenergia allikad.
Esimesse gruppi kuuluvad sünkroongeneraatorid, cos = 0,8. Teise gruppi kuuluvad sünkroonkompensaatorid, võimsustegur mahtuvuslik -0.9. Kolmandasse gruppi kuuluvad kondensaatorid , kondensaatorbatareid, pooljuhtkompenseerimisseadmed ja pöörlevad sünkroonkompensaatorid.
Sünkroonkompensaatorid on tühijooksul töötavad sünkroonmootorid, mille võimsustegur cos = 0,9 mahtuvuslik. Üle kompenseerida ei tohi, siis muutub pinge liiga kõrgeks.
Kondensaatoreid valmistatakse pingetele 230 V...10 kV, võimsusega 5...300 kVAr , faaside arvuga 1 või 3.
ElVar 3. Toiteallikad.RT.hor.2006 doc Leht: 20 / 26 TTÜ elektriajamite ja jõuelektroonika instituut Elektrivarustus Raivo Teemets
Kondensaatoritest koosnevad kondensaatorpatareid ja nende juurde kuuluvad kommutatsiooni- ja kaitseaparatuur, automaatreguleerimise seadmed, mõõte- ja signalisatsiooniseadmed moodustavad kokku kompleksse kondensaatorseadme. Sõltuvalt võimsusest võidakse need valmistada ühe või mitme kapina, mis nähakse ette töötamiseks elektriruumides, tsehhides või vabalt juurdepääsetavates oludes.
Sünkroonmootorid on kas 380V või 6kV. Sünkroonkompensaatorid ja türistorkompensaatoreid nimivõimsusega üle 10MW kasutatakse tööstuse elektrivarustuses harva.
Ventiilkompensaatorid mitte ainult ei kompenseeri reaktiivvõimsust, vaid parandavad ka elektrienergia kvaliteeti. Nad kompenseerivad nii aeglaselt kui ka kiirest muutuvat reaktiivvõimsust. Kiirelt muutuva reaktiivvõimsuse korral kasutatakse tavaliselt palju lihtsamaid reaktorkompensaatorseadmeid.
3.11 Reaktiivvõimsuse allika võimsuse ja asukoha valik Reaktiivenergiaallikate asukoha ja võimsuse valik on tehnilis-majanduslik probleem. Need võib paigutada: 1) tarbijate vahetusse lähedusse või nende klemmidele, 2) võrgu sõlmedesse (näit. grupikilpidesse), 3) alajaamadesse madalpinge lattidele
Esimest moodust nimetatakse individuaalkompensatsiooniks, teist gruppikompensatsiooniks ja kolmandat tsentraalseks kopensatsiooniks.
Kompenseerimismoodus määratakse iga kord tehnilis-majandusliku arvutuse tulemust alusel!
ElVar 3. Toiteallikad.RT.hor.2006 doc Leht: 21 / 26 TTÜ elektriajamite ja jõuelektroonika instituut Elektrivarustus Raivo Teemets
Individuaalkompensatsioon 1 I
2
4 3
Joonis 3.9 Individuaalkompensatsiooni põhimõte 1 ­ toiteliin, 2 ­ lülitusaparatuur, 3 ­ elektritarviti , 4 - kondensaatorpatarei Puudused: · kondensaatorite lahtilülitumine koos tarbijaga, väike aastane kasutusaeg, reaktiivenergia genereerimise kulukus. · süsteemi väike töökindlus (kinnituskohad, kondensaatori kaitse lisajuhtmestik).
Väikese kasutusteguriga asünkroonsete elektriajamite korral kasutatakse individuaalset kompensatsiooni harva. Võimsate elektriseadmete korral varustatakse individuaalsekompensatsioon kommutatsiooni- ja kaitseaparaatuuri ning lahendus-ja automaatreguleerimisseadmetega.
Kasutusalad: Suurte elektrienergia kadude vähendamiseks toiteliinides ja muundurites , kui tarbijad on madala kasuteguriga ja pidevas töös ( nt gaaslahendislampidega valgustid).
ElVar 3. Toiteallikad.RT.hor.2006 doc Leht: 22 / 26 TTÜ elektriajamite ja jõuelektroonika instituut Elektrivarustus Raivo Teemets
Grupikompensatsioon 1
3 2
4 5
Joonis 3.10. Grupikompensatsiooni põhimõte 1 - toiteliin, 2 - elektritarviteid või nende gruppe toitvad liinid, 3 ­ lülitusaparatuur, 4 ­ kondensaatorpatarei, 5 - automaatjuhtimissüsteem (võib ka puududa !)
Grupiviisilisel kompenseerimisel võivad kondensaatorid olla vähemuutuva koormuse korral mittereguleeritavad ja nende mahtuvus valitakse koormusgraafiku miinimumi järgi, vältimaks ülekompenseerimist.
Alates 50 kVAr-st võib osutuda majanduslikult kasulikumaks kompensatsiooni automaatreguleerimine. Sel juhul valitakse kompenseerimisseadme nimivõimsus koormusgraafiku maksimumi järgi.
ElVar 3. Toiteallikad.RT.hor.2006 doc Leht: 23 / 26 TTÜ elektriajamite ja jõuelektroonika instituut Elektrivarustus Raivo Teemets
Tsentraalne kompensatstioon
1
2
2 3 u i 4 5
Joon 3.11. Tsentraalse kompesatsiooni põhimõte 1 - pinget madaldav trafo, 2 ­ lülitusaparatuur, 3 - väljuvad liinid, 4 ­ kondensaatorbatarei, 5 - automaatjuhtimissüsteem
Kondensaatorsede lülitatakse tsehhi- või peaalajaama madalpingelattidele.Kasutegur on grupikompensatsioonist kõrgem ja erimaksumus on väiksem. Seadmete hooldus lihtsamja töökindlus suurem.
Tsentraalsel kompenseerimisel võivad kondensaatorseadmed olla mittereguleeritavad, kui koormusgraafik on suhteliselt ühtlane.
ElVar 3. Toiteallikad.RT.hor.2006 doc Leht: 24 / 26 TTÜ elektriajamite ja jõuelektroonika instituut Elektrivarustus Raivo Teemets
Peaalajaamas oleva kompensatsiooniseadme võimsus:
Qc = Qa - Qo
kus Qa - arvutuslik reaktiivvõimsus koormusmaksimumi ajal ilma kompenseerimiseta, Qo ­ energiasüsteemi poolt ette antud tehnilis-majanduslikult optimaalne reaktiivvõimsuse suurus.
Reaktiivvõimsus kondensaatorite puhul
Q = Uc2 C Reaktiivvõimsus sünkroonkompensaatori puhul
Pnimi Pnimi 1 Qnimi = tan nimi = -1 nimi nimi cos nimi 2
ElVar 3. Toiteallikad.RT.hor.2006 doc Leht: 25 / 26