DE202019101113U1 - Protective device of the electrical device against voltage drop or power failure in the power distribution network - Google Patents

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Abstract

Die Anlage (1) zum Schutz eines Elektrogerätes (Stromverbrauchers) (10) vor Spannungsausfall oder Spannungsrückgang im Stromverteilungsnetz, geschaltet zwischen den Netzanschluss (3) und die Stromleitung (13) zum Elektrogerät (10), die als Einheit eine Reserve-Stromquelle (2) beinhaltet - ausgerüstet mit elektrischer Schaltungseinheit (8) mit Inverter (9), und mit einer Thyristorschalteinheit (5) zur Umschaltung der Stromversorgung des Elektrogerätes (10) vom Stromverteilungsnetz an die Einheit der Reserve-Stromquelle (2) und umgekehrt, eine Mess- und Auswertungseinheit (7) zur Messung des Ausfalls oder Rückgangs der Spannung/ oder des Stroms am Netzanschluss (3) und eine Steuereinheit (4), dadurch gekennzeichnet, dass die Einheit der Reserve-Stromquelle (2) aus einer Baugruppe von Superkondensatoren (12) besteht.

Figure DE202019101113U1_0000
The device (1) for protecting an electrical appliance (power consumer) (10) against power failure or voltage drop in the power distribution network, connected between the power connector (3) and the power line (13) to the electrical appliance (10), which as a unit a backup power source (2 ) - equipped with electrical circuit unit (8) with inverter (9), and with a Thyristorschalteinheit (5) for switching the power supply of the electrical device (10) from the power distribution network to the unit of the backup power source (2) and vice versa, a measuring and evaluation unit (7) for measuring the failure or reduction of the voltage / or the current at the mains connection (3) and a control unit (4), characterized in that the unit of the reserve current source (2) consists of an assembly of supercapacitors (12) consists.
Figure DE202019101113U1_0000

Description

Bereich der TechnikField of engineering

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

Aktueller Stand der TechnikCurrent state of the art

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 as well as electronics make it necessary to use increasingly better, faster and more sophisticated electronic control and regulation circuits for machines and plants, which are able to respond more flexibly to the commands of the operating personnel as well as to complicated operating algorithms. This electronics hand in hand with their development more vulnerable to damage due to fluctuations in the power network in the form of concatenation of random voltage spikes or vice versa, due to insufficient voltage. Therefore, it is necessary to stabilize the power network flows.

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 increase in energy flow, or stabilize the properties of the power supply at the output. These can, however, without existing reserve power the e.g. as a result of the increased power consumption by the end-users, will not eliminate the voltage drop. In order for power distribution companies and central power generators to be able to respond to the voltage drops in the grid at the moment of peak energy, special equipment is used for energy storage and immediate deployment to compensate for this decline. In times of still insufficiently efficient accumulators, where to cover the demand the construction of power supply systems with thousands of units was necessary, pump power plants were built instead. Nowadays even the use of old lithium car batteries is considered for the construction of the emergency power stations.

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 no power line is available, central power supply systems of various types are produced, which convert other types of energy into electrical energy. The most well-known central power systems have a dynamo driven by the engine, or more often an alternator. Nowadays, these power sources are combined with backup power sources, which store and then release the energy, as in the document CZ 22997 B1 described. This document shows a circuit for backup operation of a power source. The principle is that between the connection of the second output of the network source with the second input of the power supply source and the second output of the rechargeable battery is a resistance collector whose two terminals are connected in parallel to the first and second input of the current feedback of the network source. The purpose of this system is to replace the mains supply failures with power supply from the backup power sources, in this case from rechargeable batteries, which are charged at the same time in times of stable mains power supply. This is the case of direct storage of electrical energy. Another case is so-called indirect storage, for example by gas compression in the tank, from which then the compressed gas drives a gas turbine with a generator. At present, the principle of energy recovery through recuperation is considered as a modern system, ie use of the energy losses that arose earlier eg during braking, as in the document US 2003089557 described.

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 Windkraftanlage mit einem Energiespeicher sowie elektronischer Steuerung der Energieprozesse und Flüsse besteht.A combination of several backup power sources (backup power sources) is e.g. in document CZ 29878, where a combined plant is described as an energy source, which consists of a generator with an internal combustion engine, a solar collector and a wind turbine with an energy storage and electronic control of the energy processes and rivers.

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 backup system with elements of the network power supply and the classic backup power storage system with electronic detection of network operations and controlled power supply is in the document CZ 30903 U1 described. 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 power flow regulation.

Einen Durchbruch in längerfristiger stabiler Energiespeicherung bringen neue Lithium- oder 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 longer-term stable energy storage bring new lithium or nickel-cadmium rechargeable batteries in the order of magnitude higher capacity at the same size and longer life, replacing the old lead acid batteries. Disadvantage of the batteries lies in high energy density, relatively low power density and in the sensitivity to mains overvoltage. The associated pulse currents significantly reduce the life of the batteries. The disadvantages of the batteries therefore eliminate known capacitors for decades. Through their modernization, super and ultracapacitors have been developed, as in the document EP 2980818 is shown. This invention relates to a conventional cylindrical ultracapacitor and its structure. Compared to batteries, the capacitors have high power density but low energy density. The main thing is that they can store and at the same time release both stable energy and pulse energy without any significant effect on their lifespan. While a battery is designed for long-term delivery of stable and lower electrical power, a capacitor provides the power on the order of only milliseconds to seconds, but with high power.

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 Batterie- und 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 discusses a power system where the input power is less than the required output power. A separate power supply system for feeding a variable load uses a capacitor bank to supply power to the load during the period of high current load while maintaining the load voltage. The capacitor bank is recharged by the accumulator in the period with smaller impact, whose output power is below the value of the maximum load. The accumulator is recharged regularly from the single, temporarily available power source. This document thus presents the existence of a system that combines a battery and capacitor storage and effectively exploits the advantages of both of these power supply banks to achieve optimum output performance while allowing for relatively lower input charging power.

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. 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.Similar combination of the ultracapacitor with the battery also presents the document WO 2014116899 , It shows a system based on energy storage in batteries in combination with ultracapacitors. The system advantageously combines the characteristics of an ultra-capacitor (high power density, but relatively low energy density) with the battery (high power density with relatively low power density). This can reduce the high load of the battery system and significantly extend its service life. 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 such 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 a constant current of the rechargeable battery so that the coming impulse power does not load the rechargeable 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, thereby optimizing battery performance. If the load supplies the power to the hybrid system so that the value moves into the battery current flowing in the optimum operating range, a recharge of the battery from this power source is possible. This hybrid system maintains battery current in the most effective range of both discharge and charge (discharge and charge currents may have different values), thanks to the supercapacitor which regulates (absorbs) the pulse energy that would otherwise overload the rechargeable battery which, over time, could shorten the life of the battery and / or reduce its effective capacity.

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 mainly based on directly combining the use of network energy and a capacitor as an absorber of line fluctuations and high power source in combination with batteries for long-term storage of the recovered energy with the possibility of stable inverse operation, i. not only energy intake but also energy release. Everything is controlled and controlled by high-performance control, acquisition and evaluation electronics.

Prinzip der technischen LösungPrinciple of the technical solution

Die oben genannten Mängel beseitigt eine Anlage, die zum Schutz eines Elektrogerätes vor Spannungsausfall oder Spannungsrückgang im Stromverteilungsnetz entworfen wurde.The above shortcomings eliminate a device designed to protect an electrical appliance from power failure or voltage drop in the power distribution network.

Diese Anlage für den Schutz eines Elektrogerätes (Stromverbrauchers) vor dem Spannungsausfall oder Spannungsrückgang im Stromverteilungsnetz wird in die Speiseleitung installiert die vom Netzanschluss am Stromverteilungsnetz zum Elektrogerät führt. Die Anlage hat eine Reserve-Stromquelle, ausgerüstet mit einer Schalteinheit 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 Garnitur der Superkondensatoren zur Speicherung der elektrischen Energie besteht, die nicht in Kombination mit anderem Typ der Reserve-Stromquelle 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 appliance (power consumer) before the power failure or voltage drop in the power distribution network is installed in the feed line leading from the mains connection to the electrical distribution system on the power distribution network. The system has a backup power source, equipped with a switching unit with inverter, to control the flow of energy from the central power grid to the backup power source and vice versa, to control that power for an electrical appliance in the event of a voltage drop or failure of the central power grid, or in the event of fluctuations the power supply. The system is further equipped with a Thyristorschalteinheit for switching the power supply of the electrical appliance from the power distribution network to the reserve power source and vice versa. Part of the system also includes a measuring and evaluation unit. It records and evaluates the processes running in the network and provides information to the control unit, which controls the operation of the entire system. The most important part of the system is the reserve power source, which consists of a set of supercapacitors for storing the electrical Energy that does not occur in combination with other type of backup power source. In a preferred embodiment, the plant does not have the purpose to supply long-term and uninterrupted power, but only to compensate for energy to cover short-term voltage drops and power failures in the power system.

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 Schalteinheit, Inverters und Reserve-Stromquelle verbunden.In a preferred embodiment, the output of the measuring and evaluation unit is connected to the input of the control unit. Output of the evaluation unit is connected in this preferred embodiment to the input of the Thyristorschalteinheit, electrical switching unit, inverter and backup power source.

In anderer bevorzugten Ausführungsform ist die elektrische Schalteinheit 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 switching unit of the system for the protection of an electrical appliance against voltage failure or voltage drop in the power line from the mains connection to the electrical appliance is connected in parallel with the Thyristorschalteinheit.

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 the protection of the electrical device from the failure or decrease in the voltage in the power distribution network has a parallel installed with the Thyristorschalteinheit mechanical bypass.

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.

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.

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 objective of the facility is to eliminate the voltage drops in the power distribution grid and to ensure the end-user power supply in the form of high-power pulse deliveries for milliseconds to seconds. This is the main advantage of the system.

Figurenlistelist of figures

Die technische Lösung wird näher anhand der folgenden Zeichnung erklärt:

  • schematische Schaltung einzelner Elemente der Anlage in das Stromversorgungsnetz mit Darstellung der Energie- und Informationsflüsse.
The technical solution is explained in more detail with reference to the following drawing:
  • schematic circuit of individual elements of the system in the power grid with representation of the energy and information flows.

Beispiele der realisierten technischen LösungExamples of the realized technical solution

Die im 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 (Stromverbraucher) 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 im illustrated attachment 1 To protect an electrical appliance from power failure or voltage drop in the power distribution network, is in the power grid between the power supply 3 from the power distribution network and the supply line 11 this energy to the electrical appliance (electricity consumers) 10 switched on only in such cases, if it is necessary to protect the final consumers from the voltage fluctuation in the power distribution network. For the correct operation of the circuit, it is essential that the function of the system 1 is controlled by accurately measured network values and their variation, including the switching function between the operating mode of the direct power supply from the grid and indirect from the reserve power source.

Zur Notversorgung des Elektrogerätes 10 ist die Anlage 1 zum Schutz des Elektrogerätes vor Ausfall oder Rückgang der Spannung im Stromverteilungsnetz mit der Reserve-Stromquelle 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 Reserve-Stromquelle 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 Reservestromquelle 2 vermittelt.For emergency supply of the electrical appliance 10 is the plant 1 To protect the electrical appliance against failure or drop in voltage in the power distribution grid with the backup power source 2 fitted. This reserve power source 2 The task is to deliver high pulse power in the short term and thus to eliminate short-term power failures or voltage drops in the power distribution network lasting no longer than milliseconds to seconds. Therefore, the system consists of ultra-capacitors with suitable performance characteristics, designed as a mobile power source module. The following recharge of this reserve current source 2 is secured in periods of stable power supplies from the power grid. To control the charge and discharge intervals is an electrical circuit unit 8th with the inverter 9 available, both similar to the reserve power source 2 from the control unit 4 are controlled. This control is via a cable connection, which is the transmission of the control signals from the control unit 4 in electrical circuit unit 8th , Inverter 9 , Thyristor switching unit 5 and backup power source 2 taught.

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 the input and output parameters of electrical energy in accordance with the needs of the electrical appliance 10 and the reserve power source 2 to modulate so that the values of the output voltage, power and current move only within the specified range.

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 provides information about the processes running in the power distribution network 4 the measuring and evaluation unit 7 , This measuring and evaluation unit 7 uses sensors to record characteristics of the electrical energy and their fluctuations in the grid connection from the power distribution grid 3 , provides for their evaluation and sends corresponding information signals via a cable line to the input of the control unit 4 ,

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 plant is 1 to protect the electrical appliance against failure or drop in voltage in the power distribution network with a Thyristorschalteinheit 5 equipped. It ensures direct flow of current through the system 1 to the electrical appliance 10 without the need to intervene. Parallel is the thyristor switching unit 5 with a mechanical bypass 6 bridged. This allows the system 1 to deal electrically and to allow the power supply even if at the plant 1 Maintenance work is ongoing, or if at the plant 1 a malfunction occurs.

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 Thyristorschalteinheit 5, der elektrischen Schaltungseinheit 8 des Inverters 9, und der Reserve-Stromquelle 2.The electrical energy from the power distribution network flows through the power connection 3 in which the measuring and evaluation unit 7 which detects the characteristics and fluctuations of the incoming stream. These values are taken from the measuring and evaluation unit 7 then processed and the result is in the control unit 4 cleverly. It then generates and sends corresponding commands for further function of the thyristor switching unit 5 , the electrical circuit unit 8th of the inverter 9 , and the reserve power source 2 ,

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 Reservestromquelle 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 remains 5 continuously open and the energy from the power distribution network flows directly to the electrical appliance 10 , At the same time, the electrical switching unit opens 8th the circuit for the flow of energy through the inverter 9 to the reserve power source 2 , which is reloaded in this phase.

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 Reserve-Stromquelle 2 über den Inverter 9 zum Elektrogerät 10 fliessen. Das Elektrogerät wird somit aus der Reservestromquelle 2 eingespeist. Die Reservestromquelle 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.But if the parameters of the energy from the power distribution network are not stable and exceed the specified limits, the circuit is through the Thyristorschalteinheit 5 interrupted. The electrical energy then does not flow directly to the electrical appliance 10 but the electrical circuit unit 8th opens and the power can now from the reserve power source 2 over the inverter 9 to the electrical appliance 10 flow. The electrical appliance thus becomes the backup power source 2 fed. The reserve power source 2 in this case is able to supply the current for milliseconds to a few seconds. These cycles are during the entire life of the plant 1 repeatable.

Verwendbarkeit in der IndustrieAvailability in the industry

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 device for protecting an electrical appliance against voltage failure or voltage drop in the power distribution network is used especially in larger industrial companies with machines whose failure or damage caused by voltage fluctuations causes great damage to the machine complex and affects the production capacity.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
Anlage zum Schutz des ElektrogerätesPlant for the protection of the electrical appliance
22
Reserve-StromquelleBackup power source
33
Stromanschluss aus dem StromverteilungsnetzPower connection from the power distribution network
44
Steuereinheitcontrol unit
55
ThyristorschalteinheitThyristorschalteinheit
66
Mechanischer BypassMechanical bypass
77
Mess- und AuswertungseinheitMeasuring and evaluation unit
88th
Elektrische SchaltungseinheitElectrical circuit unit
99
Inverterinverter
1010
Elektrogerät (Stromverbraucher)Electrical appliance (electricity consumer)
1111
Versorgungsleitung zum ElektrogerätSupply line to the electrical appliance

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

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  • CZ 30903 U1 [0006]CZ 30903 U1 [0006]
  • EP 2980818 [0007]EP 2980818 [0007]
  • US 5572108 [0008]US 5572108 [0008]
  • WO 2014116899 [0009]WO 2014116899 [0009]
  • US 2018166892 [0009]US 2018166892 [0009]

Claims (5)

Die Anlage (1) zum Schutz eines Elektrogerätes (Stromverbrauchers) (10) vor Spannungsausfall oder Spannungsrückgang im Stromverteilungsnetz, geschaltet zwischen den Netzanschluss (3) und die Stromleitung (13) zum Elektrogerät (10), die als Einheit eine Reserve-Stromquelle (2) beinhaltet - ausgerüstet mit elektrischer Schaltungseinheit (8) mit Inverter (9), und mit einer Thyristorschalteinheit (5) zur Umschaltung der Stromversorgung des Elektrogerätes (10) vom Stromverteilungsnetz an die Einheit der Reserve-Stromquelle (2) und umgekehrt, eine Mess- und Auswertungseinheit (7) zur Messung des Ausfalls oder Rückgangs der Spannung/ oder des Stroms am Netzanschluss (3) und eine Steuereinheit (4), dadurch gekennzeichnet, dass die Einheit der Reserve-Stromquelle (2) aus einer Baugruppe von Superkondensatoren (12) besteht.The device (1) for protecting an electrical appliance (power consumer) (10) from power failure or voltage drop in the power distribution network, connected between the power connector (3) and the power line (13) to the electrical appliance (10), which as a unit a backup power source (2 ) - equipped with electrical circuit unit (8) with inverter (9), and with a Thyristorschalteinheit (5) for switching the power supply of the electrical device (10) from the power distribution network to the unit of the backup power source (2) and vice versa, a measuring and evaluation unit (7) for measuring the failure or reduction of the voltage / or the current at the mains connection (3) and a control unit (4), characterized in that the unit of the reserve current source (2) consists of an assembly of supercapacitors (12) consists. Anlage nach dem Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Ausgang aus der Mess- und Auswertungseinheit (7) mit dem Eingang der Steuereinheit (4) verbunden und der Ausgang aus der Steuereinheit (4) an den Eingang der Thyristorschalteinheit (5), elektrischer Schaltungseinheit (8), des Inverters (9) sowie der Einheit der Reserve-Stromquelle (2) angeschlossen sind.Plant after the Claim 1 , characterized in that the output from the measuring and evaluation unit (7) connected to the input of the control unit (4) and the output from the control unit (4) to the input of the Thyristorschalteinheit (5), electrical circuit unit (8), the Inverters (9) and the unit of the backup power source (2) are connected. Anlage nach dem Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Schaltungseinheit (8) zwischen den Netzanschluss (3) und die Stromleitung (11) zum Elektrogerät (10) und zwar parallel mit der Thyristorschalteinheit (5) geschaltet ist.Plant after the Claim 1 and 2 , characterized in that the electrical circuit unit (8) is connected between the mains connection (3) and the power line (11) to the electrical appliance (10) in parallel with the Thyristorschalteinheit (5). Anlage nach einem der Ansprüche 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Anlage (1) weiterhin einen mechanischen Bypass (6) umfasst, der parallel mit der Thyristorschalteinheit (5) verbunden ist.Plant according to one of the Claims 1 and 3 , characterized in that the system (1) further comprises a mechanical bypass (6) which is connected in parallel with the Thyristorschalteinheit (5). Anlage nach dem Anspruch 1 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Baugruppe von Superkondensatoren in einem mobilen Quellenmodul untergebracht ist.Plant after the Claim 1 or 4 , characterized in that the assembly of supercapacitors is housed in a mobile source module.
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