Цифровые оптимизаторы энергопотребления ОЭП
Назначение и область применения
Оптимизатор предназначен для применения в электрических сетях систем электроснабжения общего назначения переменного трехфазного тока с номинальным напряжением 380/220 В и частотой 50 Гц с целью нормализации напряжения.
Изделие обеспечивает сохранение на нагрузке напряжения в заданном диапазоне, при его выходе за пределы этого диапазона в подводящей питающей сети до 5% (одноступенчатый), 10% (двухступенчатый) или до 20% (четырехступенчатый) относительно значения соответствующей границы. Границы диапазона устанавливаются оператором, в зависимости от характера нагрузки, с целью обеспечения оптимального режима работы.
Изделие обеспечивает сохранение на нагрузке напряжения в заданном диапазоне, при его выходе за пределы этого диапазона в подводящей питающей сети до 5% (одноступенчатый), 10% (двухступенчатый) или до 20% (четырехступенчатый) относительно значения соответствующей границы. Границы диапазона устанавливаются оператором, в зависимости от характера нагрузки, с целью обеспечения оптимального режима работы.
Для многих видов оборудования (в частности мощные электродвигатели), особенно зарубежного производства, номинальным является напряжение 230 В. В этом случае, оператор может установить границы диапазона на уровне 218 – 242 В, что будет соответствовать общеевропейским требованиям к диапазону нормально допустимых значений.
Устройство может так же использоваться как средство некоммерческого учета потребляемой энергии и поставщика статистической информации (профили напряжений, токов, мощностей и т.п.) для систем АСУ верхнего уровня. Интеграция может осуществляться с использованием интерфейсов RS-232, RS-485 или Ethernet по протоколу MODBUS, а так же с использованием GSM модемов..
Оптимизатор, при установке его в конкретное место энергосистемы, настраивается таким образом, чтобы обеспечить эти оптимальные условия для работы подключенного после него электрооборудования.
Функциональные возможности и режимы работы
- Нормализация напряжения, т.е. удержание выходного напряжения на нагрузке в заданном диапазоне, при выходе входного напряжения подводящей питающей сети за границы этого диапазона до 5% (одноступенчатый), 10% (двухступенчатый) или до 20% (четырехступенчатый) относительно значения соответствующей границы. Необходимый диапазон устанавливается с панели оператора. Ширина диапазона должна быть не менее 13 В.
- Управление оптимизатором в диалоговом режиме через сенсорную графическую панель, включая:
- Управление режимами работы оптимизатора;
- Установку границ диапазона нормализации;
- Задание параметров для встроенных алгоритмов измерения и принятия решений;
- Настройку конфигурации устройства;
- Запуск «Экспресс-теста» для получения текущих значений процента экономии, обеспечиваемого функционалом устройства, при текущей нагрузке и текущих значениях питающего напряжения.
- Измерение, индикация и архивирование с дискретностью от 1 секунды следующих параметров:
- Напряжение, ток и cosФ по каждой фазе отдельно;
- Полная, активная и реактивная мощность по каждой фазе отдельно и суммарно по трем фазам;
- Информации о режимах работы , состоянии устройства и возникновении аварийных ситуаций.
- Интеграция в системы АСКУЭ и системы дистанционного мониторингас использованием интерфейсов RS-232, RS-485 или Ethernet по протоколу MODBUS, а так же с использованием GSM модемов. Интеграция позволяет использовать Оптимизатор как поставщика информации о качестве электроэнергии и/или как устройство некоммерческого учета потребления электроэнергии;
- Опционально (по отдельному ТЗ) предусмотрена возможность построения на базе Оптимизатора цифровых локальных (внутриобъектных) Smart Grid , как с подключением уже существующих устройств по интерфейсу PLC («умные» розетки, датчики тока, выключатели нагрузки и т.п.), так и устройств собственной разработки.
Режим «Транзит». Включается, если входное напряжение в пределах заданного с панели оператора диапазона. В этом режиме электрическая мощность передается в нагрузку напрямую через силовую обмотку без изменения напряжения;
Режим «Вольтодобавка». Включается, если выходное напряжение становится ниже нижней границы установленного диапазона. В этом режиме в силовой обмотке индуцируется дополнительная ЭДС синфазно основной, и напряжение на нагрузке повышается на 5% Uвых, При дальнейшем снижении входного напряжения включается следующая ступень вольтодобавки.
Режим «Вольтоограничение». Включается, если выходное напряжение становится больше верхней границы установленного диапазона. В этом режиме в силовой обмотке индуцируется дополнительная ЭДС, в противофазе основной, и напряжение на нагрузке снижается на 5% Uвых .
Руководство по эксплуатации
Здесь вы можете просмотреть или скачать Руководство по эксплуатации на серийные оптимизаторы напряжения ОЭП.
Источники экономии при использовании оптимизаторов
При нормализации повышенного напряжения, за счет снижения потребляемой мощности на нагрузках с относительно постоянным активным сопротивлением (освещение, нерегулируемые нагревательные элементы и т.п.).
За счет увеличения срока службы оборудования.
В общем случае, за счет более высокого КПД оборудования при его работе в номинальных режимах.
За счет уменьшения количества сбоев станков с ЧПУ и другого оборудования, приводящих к необходимости повторения отдельных операций или всей технологической программы.
Краткое описание принципа работы
Для регулирования напряжения используется всего лишь одна силовая обмотка, постоянно включенная последовательно с нагрузкой. Электрическая мощность проходит через нее напрямую. Упрощенная схема, демонстрирующая принцип работы представлена на рис.1.
Рис.1. Схема, демонстрирующая принцип работы оптимизатора.
При необходимости понизить напряжение, подключается вольтодобавочная обмотка таким образом, чтобы в силовой обмотке (выделена жирным) индуцировалась ЭДС, направленная встречно генератору сети, как бы «возвращая» в сеть «ненужное» напряжение. Для того, чтобы, наоборот, повысить напряжение, индуцируемая ЭДС меняет направление на противоположное. Изменение направления ЭДС происходит путем перекомутации выводов вольтодобавочной обмотки. Если напряжение изменять не требуется, то ЭДС не индуцируется.
При таком методе регулирования требуемые размеры трансформатора, а это наиболее габаритный и дорогой элемент практически любого стабилизатора, уменьшаются примерно в 2-6 раз по сравнению с традиционными конструкциями.
Габариты определяются той частью мощности, в пределах которой происходит регулирование. Например, при регулировании напряжения 220В в интервале +/- 12 В, максимально индуцируемая мощность составляет около 10% от мощности, потребляемой нагрузкой (учитывая возможность изменения знака).
Важно отметить, что при переключении режимов отсутствуют размыкания в силовой цепи, что исключает появление дополнительных помех. Вся коммутация проводится в цепях, не связанных с нагрузкой, и на уровне мощностей, не превышающих 10% от мощности, передаваемой в нагрузку. (Это также существенно снижает габариты и стоимость коммутационных комплектующих.)
Кроме этого, с той же целью уменьшения габаритов и стоимости, был оптимизирован функционал. Анализ статистических данных показал, что основной проблемой, порождаемой «плохой» сетью является проблема относительно длительного выхода питающего напряжения за рамки, установленные ГОСТ 13109-97 (220+-5%), до уровней 220 +/- 10%. Учитывая, что подавляющее большинство современных электроприемников оптимально работают в диапазоне 220 +/- 5% и не требуют точной стабилизации около 220В, было принято решение ограничиться одной ступенью регулирования в 12 В, использование которой позволило возвращать напряжение в оптимальный диапазон при отклонениях 220 +/-10%.
Оптимизатор, с точки зрения регулирования напряжения – это Стабилизатор с одной ступенью регулирования и задачей нормализовать напряжение до уровней, соответствующих ГОСТ 13109 — 97 .
Другие функциональные возможности, обычные для стабилизаторов: подавление высокочастотных помех; сглаживание скачков напряжения; защита от напряжения выше или ниже критического и др. сохранены в полном объеме.
В результате удалось добиться уникальных удельных характеристик веса и стоимости на один кВА полезной мощности, при сохранении функционала, достаточного для решения основных проблем «плохой» сети.
Энергосбережение
Кроме малых габаритов, веса и стоимости, оптимизатор ОЭП имеет еще одно важнейшее преимущество перед любыми другими стабилизаторами: энергия, потребляемая для собственных нужд составляет лишь доли процента от энергии, передаваемой в нагрузку. То есть его КПД не менее 99,7% в отличие, например, от стабилизаторов с электронной или релейной ступенчатой коммутацией, КПД которых обычно в районе от 95 до 97%.
Значение этого показателя позволяет говорить об оптимизаторе ОЭП, как об устройстве с функцией энергосбережения.
Общеизвестно, что нормализация напряжения, уже сама по себе, обеспечивает определенную экономию потребляемой энергии. В общем случае это связано с тем, что электроприемники рассчитываются так, чтобы именно в этом диапазоне работать с максимальным КПД. Выход напряжения за пределы интервала приводит, как правило, к снижению КПД, чаще всего на несколько, а иногда и на десятки процентов. Оптимизатор ОЭП, за счет своего почти 100% КПД, практически полностью сохраняет эту экономию, в то время как другие стабилизаторы «съедают» большую ее часть или даже сами становятся дополнительными потребителями.
Помимо экономии за счет более высокого КПД в «нормальных» режимах, возможна и прямая экономия электроэнергии при нормализации напряжения сети с повышенных уровней (223В и выше).
В простейших случаях, например с системами освещения, снижение напряжения с 223В до 211В даст снижение потребляемой мощности более чем на 10%.
Сертификация
Меры безопасности
Обслуживающий персонал, связанный с подключением, эксплуатацией и техническим обслуживанием изделия должен иметь не ниже IV группы допуска по электробезопасности для работ с напряжением до 1000 В.
Для подключения изделия сетевая проводка потребителя должна иметь устройство для разрыва цепей фазных и нулевого проводников питания.
ВНИМАНИЕ! В рабочем состоянии к оптимизатору подводится опасное для жизни напряжение от электросети. Монтаж, демонтаж изделия производить только при отключенном питании.
ЗАПРЕЩАЕТСЯ:
- установка изделия в помещениях с взрывоопасной или химически активной средой, разрушающей изоляцию и металлы;
- подключение и эксплуатация незаземленного изделия;
- использование одного и того же провода для заземления и в качестве нулевого;
- эксплуатация изделия при наличии деформации элементов корпуса, которая может привести к их соприкосновению с токоведущими компонентами изделия;
- эксплуатация при нечеткой работе автоматического выключателя; появлении дыма или запаха, характерного для горящей изоляции; появлении повышенного шума или вибрации;
- Накрывать изделие, размещать на нем приборы и предметы, закрывать вентиляционные отверстия.
Цифровые оптимизаторы ОЭП выпускаются серийно в России, на базе трансформаторов российского производства и комплектующих как собственного производства, так и производства компаний «ABB», «PHOENIX CONTACT», «Schneider electric», «ОВЕН». Устройства имеют два вида исполнения — одно- и двухступенчатое исполнение. Это позволяет наиболее правильно подобрать и настроить регулирование оптимизации напряжения.
Трехфазный одноступенчатый с контролем напряжения по каждой фазе
| Тип | Номинальный ток, А | Максимальная мощность нагрузки, кВА | Диапазон входящего напряжения сети, В | Габариты, мм | Вес, кг |
|---|---|---|---|---|---|
| ОЭП 3-100-01 | 100 | 66 | 85 ÷ 264 | 910 х 770 х 400 | 90 |
| ОЭП 3-130-01 | 130 | 90 | 85 ÷ 264 | 910 х 770 х 400 | 105 |
| ОЭП 3-160-01 | 160 | 105 | 85 ÷ 264 | 910 х 770 х 400 | 120 |
| ОЭП 3-200-01 | 200 | 132 | 85 ÷ 264 | 910 х 770 х 400 | 125 |
| ОЭП 3-250-01 | 250 | 165 | 85 ÷ 264 | 910 х 770 х 400 | 140 |
| ОЭП 3-320-01 | 320 | 210 | 85 ÷ 264 | 1110 х 970 х 500 | 185 |
| ОЭП 3-410-01 | 410 | 270 | 85 ÷ 264 | 1110 х 970 х 500 | 210 |
| ОЭП 3-500-01 | 500 | 330 | 85 ÷ 264 | 1110 х 970 х 500 | 230 |
| ОЭП 3-635-01 | 635 | 420 | 85 ÷ 261 | 1110 х 970 х 500 | 290 |
Трехфазный двухступенчатый с контролем напряжения по каждой фазе
| Тип | Номинальный ток, А | Максимальная мощность нагрузки, кВА | Диапазон входящего напряжения сети, В | Габариты, мм | Вес, кг |
|---|---|---|---|---|---|
| ОЭП 3-060-02 | 60 | 40 | 85 ÷ 264 | 910 х 770 х 400 | 100 |
| ОЭП 3-100-02 | 100 | 66 | 85 ÷ 264 | 910 х 770 х 400 | 130 |
| ОЭП 3-130-02 | 130 | 90 | 85 ÷ 264 | 910 х 770 х 400 | 160 |
| ОЭП 3-160-02 | 160 | 105 | 85 ÷ 264 | 910 х 770 х 400 | 185 |
| ОЭП 3-200-02 | 200 | 132 | 85 ÷ 264 | 1110 х 970 х 500 | 200 |
| ОЭП 3-250-02 | 250 | 165 | 85 ÷ 264 | 1110 х 970 х 500 | 230 |
| ОЭП 3-320-02 | 320 | 210 | 85 ÷ 264 | 1110 х 970 х 500 | 295 |