AT16740U1

AT16740U1 - Protection device of the electrical device against voltage drop or power failure in the power distribution network

Info

Publication number: AT16740U1
Application number: ATGM50146/2019U
Authority: AT
Inventors: Renc Josef
Original assignee: Local Energies A S
Priority date: 2018-11-02
Filing date: 2019-08-08
Publication date: 2020-07-15
Also published as: DE202019101113U1; SK500262019U1; SK8769Y1; CZ32721U1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Anlage (1) zum Schutz eines Elektrogerätes (10) vor Spannungsausfall oder Spannungsrückgang im Stromverteilungsnetz, die zwischen den Netzanschluss (3) und die Stromleitung (11) zum Elektrogerät (10) geschaltet ist, und eine Reserve-Stromquelle (2) beinhaltet, wobei die Anlage weiter eine elektrische Schaltungseinheit (8) mit einem Inverter (9), eine Thyristorschalteinheit (5) zur Umschaltung der Stromversorgung des Elektrogerätes (10) vom Stromverteilungsnetz an die Reserve- Stromquelle (2) und umgekehrt, eine Mess- und Auswertungseinheit (7) zur Messung des Ausfalls oder Rückgangs der Spannung und/oder des Stroms am Netzanschluss (3), und eine Steuereinheit (4), umfasst, und wobei die Reserve-Stromquelle (2) aus einer Baugruppe von Superkondensatoren (12) besteht.The invention relates to a system (1) for protecting an electrical device (10) from a power failure or voltage drop in the power distribution network, which is connected between the mains connection (3) and the power line (11) to the electrical device (10), and a reserve power source (2 ), the system further comprising an electrical circuit unit (8) with an inverter (9), a thyristor switching unit (5) for switching the power supply of the electrical device (10) from the power distribution network to the reserve power source (2) and vice versa, a measuring and evaluation unit (7) for measuring the failure or decline of the voltage and / or the current at the mains connection (3), and a control unit (4), and wherein the reserve current source (2) consists of an assembly of supercapacitors (12) consists.

Description

description

SCHUTZEINRICHTUNG DES ELEKTROGERÄTES VOR SPANNUNGSRÜCKGANG ODER STROMAUSFALL IM STROMVERTEILUNGSNETZ PROTECTIVE DEVICE OF THE ELECTRICAL DEVICE AGAINST VOLTAGE RETURN OR POWER FAILURE IN THE POWER DISTRIBUTION NETWORK

BEREICH DER TECHNIK TECHNICAL AREA

[0001] Die beschriebene technische Lösung bezieht sich auf eine Einrichtung zum Schutz des Elektrogerätes vor Stromausfall oder Spannungsrückgang im Verteilungsnetz. The technical solution described relates to a device for protecting the electrical device against power failure or voltage drop in the distribution network.

AKTUELLER STAND DER TECHNIK STATE OF THE ART

[0002] Die Entwicklung der Technik sowie Elektronik macht es notwendig, für Maschinen und Anlagen immer bessere, schnellere und anspruchsvollere elektronische Steuer- und Regelschaltungen zu verwenden, die imstande sind, immer flexibler auf die Befehle des Bedienungspersonals sowie auf komplizierte Bedienungsalgorithmen zu reagieren. Diese Elektronik wird Hand in Hand mit ihrer Entwicklung mehr anfällig auf Schäden infolge Schwankungen im Stromnetz in Form von Verkettung zufälliger Spannungsspitzen oder umgekehrt, wegen unzureichender Spannung. Deswegen ist es notwendig, die Stromnetzflüsse zu stabilisieren. The development of technology and electronics makes it necessary to use ever better, faster and more sophisticated electronic control and regulating circuits for machines and systems, which are able to respond ever more flexibly to the commands of the operating personnel and to complicated operating algorithms. This electronics, hand in hand with its development, is more susceptible to damage due to fluctuations in the power grid in the form of concatenation of random voltage peaks or vice versa, due to insufficient voltage. Therefore it is necessary to stabilize the electricity grid flows.

[0003] Im Prinzip bestehen für solche Stabilisierung zwei Alternativen. Netzstabilisierung mit elektronischen Modulen und Elementen, welche die ev. Erhöhung des Energieflusses absorbieren oder reduzieren, oder Stabilisierung der Eigenschaften der Stromversorgung am Ausgang. Diese können allerdings ohne vorhandene Reserveleistung den z.B. infolge des erhöhten Leistungsverbrauchs seitens der Endstromverbraucher verursachten Spannungsrückgang nicht eliminieren. Damit die Stromverteilungsunternehmen und zentrale Stromerzeuger auf die Spannungsrückgänge im Netz im Moment der Energiespitzen reagieren können, werden für Energiespeicherung und für unmittelbaren Einsatz zwecks Kompensierung dieses Rückganges spezielle Anlagen verwendet. In Zeiten noch ungenügend leistungsfähiger Akkumulatoren, wo für die Deckung des Bedarfs der Bau von Stromversorgungssystemen mit Tausenden von Einheiten notwendig war, wurden stattdessen Pumpenkraftwerke gebaut. Heutzutage wird für den Aufbau der Notstromversorgungsstationen schon sogar die Nutzung von alten Lithium-Autobatterien in Erwägung gezogen. In principle, there are two alternatives for such stabilization. Network stabilization with electronic modules and elements that absorb or reduce the possible increase in energy flow, or stabilization of the properties of the power supply at the output. These can, however, without the reserve power available e.g. do not eliminate the voltage drop caused by the final power consumers due to the increased power consumption. In order that the power distribution companies and central power generators can react to the voltage drops in the grid at the moment of the energy peaks, special systems are used for energy storage and for immediate use to compensate for this drop. In times of still insufficiently powerful accumulators, where it was necessary to build power supply systems with thousands of units to meet the demand, pump power plants were built instead. Nowadays, the use of old lithium car batteries is even being considered for the construction of the emergency power supply stations.

[0004] Um die Energie auch dort zu sichern, wo keine Stromleitung zur Verfügung steht, werden zentrale Stromversorgungsanlagen verschiedener Art hergestellt, die andere Energiearten in elektrische Energie umwandeln. Die meistbekannten zentralen Stromversorgungsanlagen haben einen vom Verbrennungsmotor angetriebenen Dynamo, oder öfters einen Alternator. Heutzutage werden diese Stromquellen mit Reserve-Stromquellen kombiniert, welche die Energie speichern und anschliessend abgeben, wie im Dokument CZ 22997 B1 beschrieben. In diesem Dokument ist eine Schaltung für Reservebetrieb einer Stromversorgungsquelle dargestellt. Das Prinzip besteht darin, dass sich zwischen der Verbindung des zweiten Ausgangs der Netzwerkquelle mit zweitem Eingang der Stromversorgungsquelle und dem zweiten Ausgang der Akkubatterie ein Widerstandsabnehmer befindet, dessen zwei Klemmen parallel an den ersten und zweiten Eingang der Stromrückkopplung der Netzwerkquelle angeschlossen sind. Der Zweck dieses Systems besteht darin, die Ausfälle der Netzstromversorgung mit Stromlieferung aus den Reserve-Stromquellen zu ersetzen, in diesem Fall aus Akkubatterien, die gleichzeitig in Zeiten stabiler Netzstromversorgung reguliert aufgeladen werden. Dies ist der Fall direkter Speicherung der elektrischen Energie. Ein anderer Fall ist sog. indirekte Speicherung, z.B. durch Gaskompression im Tank, aus dem anschliessend das komprimierte Gas eine Gasturbine mit Generator antreibt. Zurzeit wird als ein modernes System das Prinzip der Energiegewinnung durch Rekuperation betrachtet, d.h. Nutzung der Energieverluste, die früher z.B. beim Bremsvorgang entstanden, wie im Dokument US 2003089557 beschrieben. In order to secure the energy even where there is no power line available, central power supply systems of various types are manufactured that convert other types of energy into electrical energy. The most well-known central power supply systems have a dynamo driven by the internal combustion engine, or more often an alternator. Nowadays, these power sources are combined with reserve power sources, which store the energy and then release it, as described in document CZ 22997 B1. This document shows a circuit for backup operation of a power supply source. The principle is that between the connection of the second output of the network source to the second input of the power supply source and the second output of the battery, there is a resistance consumer, the two terminals of which are connected in parallel to the first and second inputs of the current feedback of the network source. The purpose of this system is to replace the failures of the mains power supply with power supply from the reserve power sources, in this case from rechargeable batteries, which are charged at the same time in a regulated mains power supply. This is the case for direct storage of electrical energy. Another case is so-called indirect storage, e.g. by gas compression in the tank, from which the compressed gas then drives a gas turbine with a generator. The principle of energy recovery through recuperation is currently considered a modern system, i.e. Use of the energy losses that used to be e.g. emerged during the braking process, as described in document US 2003089557.

[0005] Eine Kombination mehrerer Reserve-Stromquellen (Backup-Stromquellen) ist z.B. im Dokument CZ 29878 behandelt, wo eine kombinierte Anlage als Energiequelle beschrieben ist, welche aus einem Generator mit Verbrennungsmotor, einem Sonnenkollektor und einer Wind-A combination of several backup power sources (backup power sources) is e.g. treated in document CZ 29878, where a combined system is described as an energy source, which consists of a generator with an internal combustion engine, a solar collector and a wind

kraftanlage mit einem Energiespeicher sowie elektronischer Steuerung der Energieprozesse und Flüsse besteht. Power plant with an energy storage and electronic control of energy processes and rivers.

[0006] Allgemeines Bild eines klassischen Reservesystems (Backup System) mit Elementen der Netzwerkstromversorgung sowie des klassischen Backup-Stromspeichersystems mit elektronischer Erfassung der Netzwerkvorgänge und gesteuerter Stromversorgung ist im Dokument CZ 30903 U1 beschrieben. Dieses Bild wird hier spezifiziert als Kombination wenigstens einer Stromquelle und mindestens einer Quasi-Stromquelle dargestellt, wo die Energie akkumuliert und gespeichert wird, inklusive Kontroll- und Netzwerksteuermechanismen für Regelung der Energieflüsse. General picture of a classic reserve system (backup system) with elements of the network power supply and the classic backup power storage system with electronic detection of the network processes and controlled power supply is described in document CZ 30903 U1. This image is specified here as a combination of at least one power source and at least one quasi-power source where the energy is accumulated and stored, including control and network control mechanisms for regulating the energy flows.

[0007] Einen Durchbruch in längerfristiger stabiler Energiespeicherung bringen neue Lithiumoder Nickel-Cadmium-Akkubatterien mit in Grössenordnung wesentlich höherer Kapazität bei gleicher Grösse und längerer Lebensdauer, welche die alten Bleibatterien ersetzen. Nachteil der Batterien liegt in grosser Energiedichte, relativ niedriger Leistungsdichte sowie in der Empfindlichkeit gegen Netzüberspannung. Die damit zusammenhängenden Impulsströme reduzieren nämlich deutlich die Lebensdauer der Batterien. Die Nachteile der Batterien eliminieren daher schon seit Jahrzehnten bekannte Kondensatoren. Durch ihre Modernisierung wurden Super- und Ultrakondensatoren entwickelt, wie im Dokument EP 2980818 dargestellt ist. Diese Erfindung betrifft einen herkömmlichen zylindrischen Ultrakondensator und seinen Aufbau. Im Vergleich zu Akkumulatoren haben die Kondensatoren hohe Leistungsdichte, aber niedrige Energiedichte. Hauptsache ist, dass sie sowohl stabile Energie als auch Impulsenergie ohne nennenswerte Auswirkung auf ihre Lebensdauer speichern und zugleich abgeben können. Während eine Batterie für langfristige Lieferung einer stabilen und niedrigeren elektrischen Leistung vorgesehen ist, liefert ein Kondensator die Energie stossweise für in Grössenordnung nur Millisekunden bis Sekunden, allerdings mit hoher Leistungsstärke. A breakthrough in long-term stable energy storage bring new lithium or nickel-cadmium batteries with an order of magnitude much higher capacity with the same size and longer life, which replace the old lead batteries. The disadvantage of batteries is their high energy density, relatively low power density and their sensitivity to mains overvoltage. The associated pulse currents significantly reduce the lifespan of the batteries. The disadvantages of batteries have therefore been eliminated by capacitors that have been known for decades. Due to their modernization, super and ultra capacitors have been developed, as shown in document EP 2980818. This invention relates to a conventional cylindrical ultracapacitor and its structure. Compared to accumulators, the capacitors have a high power density but a low energy density. The main thing is that they can store and deliver both stable energy and impulse energy without any significant impact on their lifespan. While a battery is intended for long-term delivery of stable and lower electrical power, a capacitor delivers the energy intermittently for only milliseconds to seconds, but with high power.

[0008] US 5572108 stellt Verwendung eines Superkondensators in Kombination mit einem Batteriespeicher dar. Dieses Patent behandelt ein Stromversorgungssystem wo die Eingangsleistung geringer ist, als die erforderliche Ausgangsleistung. Separates Stromversorgungssystem für Einspeisung einer veränderlichen Last verwendet eine Kondensatorbatterie zur Stromversorgung der Last während der Periode hoher Strombelastung bei gleichbleibender Lastspannung. Die Kondensatorbank wird in der Periode mit kleinerer Auswirkung vom Akkumulator nachgeladen, dessen Ausgangsleistung unter dem Wert der maximalen Belastung liegt. Der Akkumulator wird wieder aus der einzigen, zeitweise verfügbaren Stromquelle regelmässig nachgeladen. Dieses Dokument präsentiert damit Existenz einer Anlage, welche einen Batterieund Kondensatorspeicher kombiniert und effektiv die Vorteile beider dieser Stromversorgungsbanken ausnutzt, um eine optimale Ausgangsleistung bei Berücksichtigung relativ geringerer Eingangsladeleistung zu erzielen. US 5572108 illustrates use of a supercapacitor in combination with a battery storage. This patent deals with a power supply system where the input power is less than the required output power. Separate power supply system for feeding a variable load uses a capacitor bank to power the load during the period of high current load with constant load voltage. The capacitor bank is recharged in the period with less impact by the accumulator, whose output power is below the value of the maximum load. The accumulator is regularly recharged from the only temporarily available power source. This document thus presents the existence of a system that combines a battery and capacitor storage and effectively takes advantage of both of these power supply banks in order to achieve an optimal output power while taking relatively lower input charging power into account.

[0009] Ähnliche Kombination des Ultrakondensators mit der Batterie präsentiert auch das Dokument WO 2014116899. Es zeigt ein System, basierend auf der Energiespeicherung in Batterien in Kombination mit Ultrakondensatoren. Das System kombiniert vorteilhaft die Charakteristik eines Ultrakondensators (hohe Leistungsdichte, aber relativ niedrige Energiedichte) mit der Batterie (hohe Energiedichte mit relativ niedriger Leistungsdichte). Damit kann man hohe Last des Batteriesystems reduzieren und seine Lebensdauer deutlich verlängern. Das System basiert auf der Fuzzy-Logik und wird durch ein funktionsstarkes Steuersystem mit Stromregelung und Umschaltung gesteuert. Dokument US 2018166892 zeigt ein Hybrid-System, welches den Steueralgorithmus derart modifiziert, dass der Superkondensator nicht nur eine Impulsleistung erzeugt, sondern kann jetzt ebenfalls die Impulsleistung aus der Rekuperation absorbieren. Gleichzeitig sorgt er für Aufrechterhaltung eines konstanten Stroms der Akkubatterie so, dass die kommende Impulsleistung die Akkubatterie nicht belastet und ihre Lebensdauer nicht verkürzt. Die absorbierte Energie wird im Kondensator gespeichert und der Steueralgorithmus funktioniert dann über einen DC/DC Wandler, um die Batterie mit der Energie aus dem Kondensator nachzuladen und dadurch die Batterieleistung zu optimieren. Falls die Last die Energie dem Hybrid-System so zuführt, dass sich der Wert in die Batterie fliessenden Stroms im optimalen Betriebsbereich bewegt, ist eine Nachladung der Batterie aus dieser Stromquelle möglich. Document WO 2014116899 also presents a similar combination of the ultracapacitor with the battery. It shows a system based on the energy storage in batteries in combination with ultracapacitors. The system advantageously combines the characteristics of an ultracapacitor (high power density, but relatively low energy density) with the battery (high energy density with relatively low power density). This can reduce the high load on the battery system and significantly extend its lifespan. The system is based on fuzzy logic and is controlled by a powerful control system with current regulation and switching. Document US 2018166892 shows a hybrid system which modifies the control algorithm in such a way that the supercapacitor not only generates a pulse power, but can now also absorb the pulse power from the recuperation. At the same time, it ensures that the battery battery maintains a constant current in such a way that the coming pulse power does not load the battery and does not shorten its lifespan. The absorbed energy is stored in the capacitor and the control algorithm then works via a DC / DC converter to recharge the battery with the energy from the capacitor and thereby optimize the battery performance. If the load supplies the energy to the hybrid system so that the value of the current flowing into the battery is in the optimal operating range, the battery can be recharged from this power source.

Dieses Hybrid-System sorgt für Aufrechterhaltung des Batteriestroms im effektivsten Wertbereich sowohl bei Entladung als auch bei Aufladung (Entlade- und Ladestrom können unterschiedliche Werte haben) gerade dank dem Superkondensator, der die Impulsenergie reguliert (absorbiert), die sonst die wieder aufladbare Batterie überlasten würde, was im Laufe der Zeit zur Verkürzung der Lebensdauer der Batterie und/oder zur Verringerung der effektiven Kapazität führen könnte. This hybrid system ensures that the battery current is maintained in the most effective range of values for both discharging and charging (discharge and charging current can have different values) thanks to the supercapacitor, which regulates (absorbs) the pulse energy that would otherwise overload the rechargeable battery , which could shorten the life of the battery and / or reduce the effective capacity over time.

[0010] Alle bisherigen Methoden basieren vor allem auf direkter Kombination der Nutzung der Netzwerkenergie und eines Kondensators als Absorbers der Netzschwankungen und Quelle hoher Leistung in Kombination mit Batterien für langfristige Speicherung der gewonnenen Energie mit der Möglichkeit eines stabilen Inversbetriebs, d.h. nicht nur Energieaufnahme sondern auch Energieabgabe. Alles wird mit einer leistungsstarken Steuer-, Erfassungs- und Auswertungselektronik kontrolliert und gesteuert. All previous methods are based primarily on the direct combination of the use of network energy and a capacitor as an absorber of the network fluctuations and source of high power in combination with batteries for long-term storage of the energy obtained with the possibility of stable inverse operation, i.e. not only energy consumption but also energy delivery. Everything is checked and controlled with powerful control, recording and evaluation electronics.

PRINZIP DER TECHNISCHEN LÖSUNG PRINCIPLE OF THE TECHNICAL SOLUTION

[0011] Die oben genannten Mängel beseitigt eine Anlage, die zum Schutz eines Elektrogerätes vor Spannungsausfall oder Spannungsrückgang im Stromverteilungsnetz entworfen wurde. The abovementioned shortcomings are eliminated by a system which has been designed to protect an electrical device against voltage failure or voltage drop in the power distribution network.

[0012] Diese Anlage für den Schutz eines Elektrogerätes vor dem Spannungsausfall oder Spannungsrückgang im Stromverteilungsnetz wird in die Stromleitung installiert die vom Netzanschluss am Stromverteilungsnetz zum Elektrogerät führt. Die Anlage hat eine ReserveStromquelle, ausgerüstet mit einer elektrischen Schaltungseinheit mit Inverter, zwecks Steuerung der Energieflüsse vom zentralen Stromnetz in die Reserve-Stromquelle und umgekehrt zur Steuerung dieser Energie für ein Elektrogerät im Falle eines Spannungsrückgangs oder Ausfalls des zentralen Stromversorgungsnetzes, oder auch bei Schwankungen der Stromversorgung. Die Anlage ist weiterhin mit einer Thyristorschalteinheit zur Umschaltung der Stromversorgung des Elektrogerätes aus dem Stromverteilungsnetz auf die Reserve-Stromquelle und umgekehrt ausgerüstet. Zum Bestandteil der Anlage gehört ebenfalls eine Mess- und Auswertungseinheit. Sie erfasst und auswertet die im Netz laufenden Prozesse und liefert Informationen der Steuereinheit, die den Betrieb der ganzen Anlage steuert. Wichtigster Teil der Anlage ist die Reserve-Stromquelle, die aus einer Baugruppe der Superkondensatoren zur Speicherung der elektrischen Energie besteht, die nicht in Kombination mit anderem Typ der ReserveStromquelle vorkommt. In bevorzugter Ausführungsform hat die Anlage nicht den Zweck langfristig und ununterbrochen Strom zu liefern, sondern nur Energie zur Deckung kurzzeitiger Spannungsrückgänge und Spannungsausfälle im Stromversorgungssystem zu kompensieren. This system for the protection of an electrical device from the voltage failure or voltage drop in the power distribution network is installed in the power line leading from the power connection to the power distribution network to the electrical device. The system has a reserve power source, equipped with an electrical circuit unit with an inverter, to control the energy flows from the central power supply to the reserve power source and vice versa to control this energy for an electrical device in the event of a voltage drop or failure of the central power supply network, or in the event of fluctuations in the Power supply. The system is also equipped with a thyristor switching unit for switching the power supply of the electrical device from the power distribution network to the reserve power source and vice versa. A component of the system also includes a measuring and evaluation unit. It records and evaluates the processes running in the network and supplies information to the control unit that controls the operation of the entire system. The most important part of the system is the reserve power source, which consists of an assembly of supercapacitors for storing the electrical energy that does not appear in combination with another type of reserve power source. In a preferred embodiment, the system does not have the purpose of supplying electricity continuously and continuously, but only to compensate for energy to cover short-term voltage drops and voltage failures in the power supply system.

[0013] In bevorzugter Ausführungsform ist der Ausgang der Mess- und Auswertungseinheit an den Eingang der Steuereinheit angeschlossen. Ausgang der Auswertungseinheit ist in dieser bevorzugten Ausführungsform mit dem Eingang der Thyristorschalteinheit, elektrischer Schaltungseinheit, Inverter und Reserve-Stromquelle verbunden. [0013] In a preferred embodiment, the output of the measuring and evaluation unit is connected to the input of the control unit. In this preferred embodiment, the output of the evaluation unit is connected to the input of the thyristor switching unit, electrical circuit unit, inverter and reserve current source.

[0014] In anderer bevorzugten Ausführungsform ist die elektrische Schaltungseinheit der Anlage zum Schutzeines Elektrogerätes vor Spannungsausfall oder Spannungsrückgang in die Stromleitung vom Netzanschluss zum Elektrogerät parallel mit der Thyristorschalteinheit geschaltet. In another preferred embodiment, the electrical circuit unit of the system for protecting an electrical device against voltage failure or voltage drop in the power line from the mains connection to the electrical device is connected in parallel with the thyristor switching unit.

[0015] Weitere bevorzugte Ausführung der Anlage zum Schutz des Elektrogerätes vor dem Ausfall oder Rückgang der Spannung im Stromverteilungsnetz hat einen parallel mit der Thyristorschalteinheit installierten mechanischen Bypass. Another preferred embodiment of the system for protecting the electrical device from the failure or drop in voltage in the power distribution network has a mechanical bypass installed in parallel with the thyristor switching unit.

[0016] In der nächsten bevorzugten Ausführungsform bilden die Superkondensatoren eine Baugruppe, die ein mobiles Stromquellenmodul bildet. In the next preferred embodiment, the supercapacitors form an assembly that forms a mobile power source module.

[0017] Übertragung der Signale zwischen den Elementen der Anlage findet elektrisch über ein Kabel statt. Transmission of the signals between the elements of the system takes place electrically via a cable.

[0018] Hauptziel der Anlage ist die Eliminierung der Spannungsrückgänge im Stromverteilungsnetz und fehlende Leistung dem Endverbraucher in Form von Impulslieferungen hoher Leistung für Millisekunden bis Sekunden zu sichern. Darin besteht der Hauptvorteil der Anlage. The main aim of the system is to eliminate the voltage drops in the power distribution network and lack of power to secure the end user in the form of pulse deliveries of high power for milliseconds to seconds. This is the main advantage of the system.

KOMMENTAR ZU DEN ZEICHNUNGEN [0019] Die technische Lösung wird näher anhand der folgenden Zeichnung erklärt: COMMENTARY ON THE DRAWINGS [0019] The technical solution is explained in more detail with reference to the following drawing:

[0020] Abb. 1 schematische Schaltung einzelner Elemente der Anlage in das Stromversorgungsnetz mit Darstellung der Energie- und Informationsflüsse. Fig. 1 schematic circuit of individual elements of the system in the power supply network with representation of the energy and information flows.

BEISPIELE DER REALISIERTEN TECHNISCHEN LÖSUNG EXAMPLES OF THE REALIZED TECHNICAL SOLUTION

[0021] Die im Abb. 1 dargestellte Anlage 1 zum Schutz eines Elektrogerätes vor dem Spannungsausfall oder Spannungsrückgang im Stromverteilungsnetz, ist im Stromversorgungsnetz zwischen den Stromanschluss 3 aus dem Stromverteilungsnetz und die Versorgungsleitung 11 dieser Energie zum Elektrogerät 10 nur in solchen Fällen eingeschaltet, wenn es notwendig ist, die Endstromverbraucher vor der Spannungsschwankung im Stromverteilungsnetz zu schützen. Für den richtigen Betrieb der Schaltung ist es unerlässlich, dass die Funktion der Anlage 1 aufgrund genau gemessener Netzwerte und deren Schwankung gesteuert wird, inklusive der Umschaltfunktion zwischen dem Betriebsmodus der direkten Stromversorgung aus dem Netz sowie indirekten aus der Reserve-Stromquelle. The system 1 shown in Fig. 1 for protecting an electrical device from the power failure or voltage drop in the power distribution network is only switched on in the power supply network between the power connection 3 from the power distribution network and the supply line 11 of this energy to the electrical device 10 when it is it is necessary to protect the final power consumers from the voltage fluctuation in the power distribution network. For the correct operation of the circuit, it is essential that the function of system 1 is controlled on the basis of precisely measured network values and their fluctuation, including the switchover function between the operating mode of the direct power supply from the network and indirect from the reserve power source.

[0022] Zur Notversorgung des Elektrogerätes 10 ist die Anlage 1 zum Schutz des Elektrogerätes vor Ausfall oder Rückgang der Spannung im Stromverteilungsnetz mit der ReserveStromquelle 2 ausgestattet. Diese Reserve-Stromquelle 2 hat die Aufgabe, kurzfristig hohe Impulsleistung zu liefern und damit kurzzeitige, nicht länger als Millisekunden bis Sekunden dauernde Spannungsausfälle oder Spannungsrückgänge im Stromverteilungsnetz zu eliminieren. Daher besteht die Anlage aus Ultrakondensatoren mit geeigneten Leistungseigenschaften, die als mobiler Stromquellemodul konzipiert sind. Folgende Nachladung dieser ReserveStromquelle 2 ist in Perioden stabiler Stromlieferungen aus dem Stromversorgungsnetz gesichert. Zur Steuerung der Ladung- und Entladungsintervallen steht eine elektrische Schaltungseinheit 8 mit dem Inverter 9 zur Verfügung, wobei beide ähnlich wie die Reserve-Stromquelle 2 von der Steuereinheit 4 gesteuert sind. Diese Steuerung erfolgt über eine Kabelverbindung, welche die Übertragung der Steuersignale aus der Steuereinheit 4 in elektrische Schaltungseinheit 8, Inverter 9, Thyristorschalteinheit 5 und Reserve-Stromquelle 2 vermittelt. For emergency supply of the electrical device 10, the system 1 for protecting the electrical device against failure or drop in the voltage in the power distribution network is equipped with the reserve power source 2. This reserve current source 2 has the task of delivering high pulse power for a short time and thus eliminating brief voltage failures or voltage drops in the power distribution network that do not last longer than milliseconds to seconds. Therefore, the system consists of ultracapacitors with suitable performance characteristics, which are designed as a mobile power source module. The following recharging of this reserve power source 2 is ensured in periods of stable power supplies from the power supply network. To control the charge and discharge intervals, an electrical circuit unit 8 with the inverter 9 is available, both of which are controlled by the control unit 4 in a manner similar to the reserve current source 2. This control takes place via a cable connection which conveys the transmission of the control signals from the control unit 4 to the electrical circuit unit 8, inverter 9, thyristor switching unit 5 and reserve current source 2.

[0023] Der Inverter 9 hat die Aufgabe, die Eingangs- sowie Ausgangsparameter der elektrischen Energie im Einklang mit dem Bedarf des Elektrogerätes 10 und der Reserve-Stromquelle 2 so zu modulieren, damit sich die Werte der Ausgangsspannung, Leistung und Stroms nur im vorgegebenen Bereich bewegen. The inverter 9 has the task of modulating the input and output parameters of the electrical energy in accordance with the needs of the electrical device 10 and the reserve power source 2 so that the values of the output voltage, power and current are only in the predetermined range move.

[0024] Mit Informationen über die im Stromverteilungsnetz laufenden Prozesse versorgt die Steuereinheit 4 die Mess- und Auswertungseinheit 7. Diese Mess- und Auswertungseinheit 7 erfasst anhand Sensoren charakteristische Merkmale der elektrischen Energie und ihre Schwankungen am Netzanschluss aus dem Stromverteilungsnetz 3, sorgt für deren Auswertung und schickt entsprechende Informationssignale über eine Kabelleitung an den Eingang der Steuereinheit 4. The control unit 4 supplies the measurement and evaluation unit 7 with information about the processes running in the power distribution network. This measurement and evaluation unit 7 uses sensors to record characteristic features of the electrical energy and their fluctuations in the network connection from the power distribution network 3, and ensures their evaluation and sends corresponding information signals via a cable line to the input of the control unit 4.

[0025] In Fällen, wo die charakteristischen Merkmale der elektrischen Energie im Stromverteilungsnetz stabil sind, ist die Anlage 1 zum Schutz des Elektrogerätes vor Ausfall oder Rückgang der Spannung im Stromverteilungsnetz mit einer Thyristorschalteinheit 5 ausgerüstet. Sie sorgt für direkten Stromfluss durch die Anlage 1 zum Elektrogerät 10 ohne die Notwendigkeit irgendwie einzugreifen. Parallel ist die Thyristorschalteinheit 5 mit einem mechanischen Bypass 6 überbrückt. Das ermöglicht die Anlage 1 elektrisch umzugehen und die Stromversorgung auch dann zu ermöglichen, wenn an der Anlage 1 Wartungsarbeiten laufen, oder wenn an der Anlage 1 eine Betriebsstörung auftaucht. In cases where the characteristic features of the electrical energy in the power distribution network are stable, the system 1 is equipped with a thyristor switching unit 5 to protect the electrical device against failure or drop in the voltage in the power distribution network. It ensures direct current flow through the system 1 to the electrical device 10 without the need to intervene in any way. In parallel, the thyristor switching unit 5 is bridged with a mechanical bypass 6. This enables the system 1 to be bypassed electrically and to enable the power supply even if maintenance work is in progress on the system 1 or if an operational fault occurs in the system 1.

[0026] Die elektrische Energie aus dem Stromverteilungsnetz fliesst über den Stromanschluss 3 in dem sich die Mess- und Auswertungseinheit 7 befindet, welche die Merkmale und Schwankungen des zufliessenden Stroms erfasst. Diese Werte werden von der Mess- und Auswertungseinheit 7 anschliessend verarbeitet und das Ergebnis wird in die Steuereinheit 4 geschickt. Sie generiert und sendet dann entsprechende Befehle für weitere Funktion der Thyristorschalt-The electrical energy from the power distribution network flows through the power connection 3 in which the measuring and evaluation unit 7 is located, which detects the characteristics and fluctuations of the incoming current. These values are then processed by the measuring and evaluation unit 7 and the result is sent to the control unit 4. It then generates and sends appropriate commands for further function of the thyristor switching

einheit 5, der elektrischen Schaltungseinheit 8, des Inverters 9, und der Reserve-Stromquelle 2. Unit 5, the electrical circuit unit 8, the inverter 9, and the reserve power source 2nd

[0027] Sind die Parameter des Stromverteilungsnetzes stabil und im gewünschten Bereich, bleibt die Thyristorschalteinheit 5 durchgehend offen und die Energie aus dem Stromverteilungsnetz fliesst direkt zum Elektrogerät 10. Gleichzeitig öffnet die elektrische Schalteinheit 8 den Stromkreis für den Energiefluss über den Inverter 9 zur Reserve-Stromquelle 2, welche in dieser Phase nachgeladen wird. If the parameters of the power distribution network are stable and in the desired range, the thyristor switching unit 5 remains open throughout and the energy from the power distribution network flows directly to the electrical device 10. At the same time, the electrical switching unit 8 opens the circuit for the energy flow via the inverter 9 to the reserve Power source 2, which is recharged in this phase.

[0028] Sind aber die Parameter der Energie aus dem Stromverteilungsnetz nicht stabil und überschreiten die vorgegebenen Grenzwerte, wird der Stromkreis durch die Thyristorschalteinheit 5 unterbrochen. Die elektrische Energie fliesst dann nicht direkt zum Elektrogerät 10, sondern die elektrische Schaltungseinheit 8 öffnet und der Strom kann jetzt von der ReserveStromquelle 2 über den Inverter 9 zum Elektrogerät 10 fliessen. Das Elektrogerät wird somit aus der Reserve-Stromquelle 2 eingespeist. Die Reserve-Stromquelle 2 ist in diesem Fall imstande, den Strom für Millisekunden bis einige Sekunden zu liefern. Diese Zyklen sind während der ganzen Lebensdauer der Anlage 1 wiederholbar. However, if the parameters of the energy from the power distribution network are not stable and exceed the predetermined limit values, the circuit is interrupted by the thyristor switching unit 5. The electrical energy then does not flow directly to the electrical device 10, but the electrical circuit unit 8 opens and the current can now flow from the reserve current source 2 via the inverter 9 to the electrical device 10. The electrical device is thus fed from the reserve power source 2. The backup power source 2 is in this case able to supply the power for milliseconds to a few seconds. These cycles can be repeated over the entire life of the system 1.

VERWENDBARKEIT IN DER INDUSTRIE APPLICABILITY IN INDUSTRY

[0029] Die Anlage zum Schutz eines Elektrogerätes vor Spannungsausfall oder Spannungsrückgang im Stromverteilungsnetz findet Verwendung vor allem in grösseren Industriebetrieben mit Maschinen, deren Ausfall oder Beschädigung durch Spannungsschwankungen eine grossen Schaden am Maschinenkomplex verursacht und die Produktionskapazität beeinträchtigt. The system for protecting an electrical device against power failure or voltage drop in the power distribution network is used above all in larger industrial companies with machines, the failure or damage of which causes large damage to the machine complex due to voltage fluctuations and affects the production capacity.

ÜBERSICHT VON IN DEN ZEICHNUNGEN VERWENDETEN REFERENZZEICHEN OVERVIEW OF REFERENCE SIGNS USED IN THE DRAWINGS

1 Anlage zum Schutz des Elektrogerätes 1 system to protect the electrical device

2 Reserve-Stromquelle 2 reserve power source

3 Stromanschluss aus dem Stromverteilungsnetz 4 Steuereinheit 3 Power connection from the power distribution network 4 control unit

5 Thyristorschalteinheit 5 thyristor switching unit

6 Mechanischer Bypass 6 Mechanical bypass

7 Mess- und Auswertungseinheit 8 Elektrische Schaltungseinheit 7 Measuring and evaluation unit 8 Electrical circuit unit

9 Inverter 9 inverters

10 Elektrogerät 10 electrical appliance

11 Versorgungsleitung zum Elektrogerät 11 Supply line to the electrical device

Claims

Expectations

1. System (1) for protecting an electrical device (10) against voltage failure or voltage drop in the power distribution network, which is connected between the power connector (3) and the power line (11) to the electrical device (10), and contains a reserve power source (2) , wherein the system further - an electrical circuit unit (8) with an inverter (9),

- a thyristor switching unit (5) for switching the power supply of the electrical device (10) from the power distribution network to the reserve power source (2) and vice versa,

- a measuring and evaluation unit (7) for measuring the failure or decline of the voltage and / or the current at the mains connection (3),

- And a control unit (4),

characterized in that the reserve power source (2) from an assembly of

Supercapacitors (12).

2. System according to claim 1, characterized in that - the output of the measuring and evaluation unit (7) is connected to the input of the control unit (4), - and that the output of the control unit (4) to the input of the thyristor switching unit ( 5), the electrical circuit unit (8), the inverter (9) and the reserve power source (2) is connected.

3. Installation according to claim 2, characterized in that the electrical circuit unit (8) between the mains connection (3) and the power line (11) to the electrical device (10) is connected in parallel with the thyristor switching unit (5).

4. Plant according to claim 3, characterized in that the plant (1) further comprises a mechanical bypass (6) which is connected in parallel to the thyristor switching unit (5).

5. Plant according to claim 4, characterized in that the assembly of supercapacitors is accommodated in a mobile source module.

1 sheet of drawings