ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫЙ ЩИТ И ПОДСТАНЦИЯ СРЕДНЕГО НАПРЯЖЕНИЯ, СОДЕРЖАЩАЯ РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫЙ ЩИТ Российский патент 2011 года по МПК H02B1/30 H02B7/06 

Настоящее изобретение относится к электрическому распределительному щиту и к подстанции среднего напряжения, содержащей один или несколько таких распределительных щитов и имеющей улучшенные функциональные свойства и характеристики.

Определение “подстанция среднего напряжения” здесь означает подстанцию, рассчитанную на потребителей с номинальным напряжением от 1 кВ до 70 кВ.

Как известно, подстанции представляют собой комплекс электрической аппаратуры, широко используемой для распределения электрической энергии; в частности, одна из задач подстанции среднего напряжения состоит в надежном и безопасном понижении напряжения распределяемой энергии до уровней, которые могут использоваться широким кругом потребителей, таких как коммунальные предприятия, различные типы заводов, например сталепрокатные, нефтехимические и т.п.

В настоящее время в подстанциях среднего напряжения используется некоторое количество электрических распределительных щитов, оперативно связанных друг с другом; каждый распределительный щит имеет металлический кожух, обычно в виде параллелепипеда, внутри которого предусмотрено пространство для размещения различного оборудования, необходимого для выполнения функций системы, требующихся для распределения электрической энергии. В технической области эти функции обычно подразделяются на две категории, которые, как правило, называют первичными и вторичными функциями; первичными являются функции, связанные с напряжением сети, током и распределением мощности, а вторичными - вспомогательные функции и функции управления.

Вот некоторые примеры первичных функций: включение и выключение, передача номинального тока, выдерживание короткого замыкания в течение определенного времени, разъединение, заземление, изоляция токоведущих частей от операторов.

Примеры вторичных функций: защита, блокировка, местный или дистанционный контроль, местное или дистанционное управление, автоматизация, измерения, диагностика, связь.

Примеры оборудования, применяемого для выполнения различных функций: выключатели, разъединители, различные измерительные и электронные приборы, защитные реле, шины, предохранители и т.д.

При современном уровне техники, хотя известные подстанции среднего напряжения удовлетворительно выполняют свои задачи, они все же имеют ряд недостатков и технических несовершенств, которые требую дальнейшего улучшения и оптимизации.

В частности, один из существенных недостатков заключается в том, что различные компоненты каждого распределительного щита соединены между собой кабелями; например, необходимо присоединять вспомогательные контакты к клеммным колодкам, устанавливать и подключать кабелями измерительные устройства, соединять все входы и выходы с блоками защиты и управления, соединять датчики положения контактов, например, для блокировок, с соответствующими клеммными колодками или реле.

При изготовлении подстанции необходимо правильно осуществлять монтажные соединения функциональных блоков различных распределительных щитов, чтобы обеспечить необходимую координацию их функций и взаимозависимость. Понятно, что это приводит к необходимости выполнения большого количества операций, то есть к большим затратам денег и времени: кроме того, в результате большого количества кабельных и проводных соединений внутренняя конструкция каждого распределительного щита получается громоздкой, что делает подстанцию в целом более сложной. Ситуация ухудшается еще тем, что компоновка каждой подстанции проектируется индивидуально, в соответствии с конкретными техническими условиями заказчика, и необходимо провести ее испытания перед монтажом; фактически требуется провести сборку и испытания каждой подстанции в ее рабочей конфигурации на предприятии-изготовителе, затем разобрать ее и перевезти на место использования, где ее снова собирают. Следовательно, требуется большое количество технических и наладочных операций, что негативно влияет на общую себестоимость подстанции.

Следовательно, основная цель настоящего изобретения - создать электрический распределительный щит и соответствующую подстанцию среднего напряжения, содержащую такой щит, которые позволят преодолеть отмеченные выше недостатки, в частности которые смогут быть реализованы с оптимизированной конструкцией и более простым образом, чем решения предшествующего уровня техники, и в то же время будут иметь улучшенные функциональные свойства и характеристики.

Эта цель достигается в электрическом распределительном щите, содержащем кожух, имеющий дверь и множество стенок, которые совместно ограничивают внутренний объем, в котором размещаются внутренние компоненты распределительного щита, отличающемся тем, что распределительный щит содержит отсек, имеющий такую форму, которая позволяет обеспечить беспроводную передачу сигналов между, по крайней мере, одним из внутренних компонентов и еще одним компонентом.

Эта цель достигается также в подстанции среднего напряжения, определяемой в соответствующих пунктах формулы изобретения.

Другие характеристики и преимущества изобретения будут очевидны из описания некоторых предпочтительных, но не единственных вариантов осуществления изобретения, которые иллюстрируются примерами, не носящими ограничивающего характера, и прилагаемыми чертежами, на которых:

Фиг.1 - схематическое перспективное изображение электрического распределительного щита, соответствующего предпочтительному варианту осуществления изобретения.

Фиг.2 - перспективное изображение волноводного устройства, используемого в распределительном щите, соответствующем изобретению.

Фиг.3 - схематический вид спереди подстанции среднего напряжения, содержащей множество распределительных щитов типа, показанного на фиг.1.

Электрический распределительный щит, показанный на фиг.1, в целом обозначен позицией 1; как показано, распределительный щит 1 содержит кожух, имеющий одну (или более) дверь 2 на его передней стороне и множество стенок, а именно стенку основания 3, верхнюю стенку 4, заднюю стенку 5 и две боковые стенки 6, которые совместно ограничивают внутренний объем 7, пригодный для размещения внутренних компонентов распределительного щита 1; согласно техническим решениям, которые хорошо известны специалистам и потому не описываются здесь подробнее, внутренние компоненты обычно представляют собой электрические и/или электронные устройства, такие как один или несколько выключателей 8, измерительные устройства и/или датчики тока 9, например датчики или измерительные трансформаторы, программируемые электронные устройства 10, например, для диагностики, защиты, контроля, управления, цифровые интерфейсы и т.д.

Распределительный щит 1 содержит специальный отсек связи 100, имеющий форму, которая позволяет осуществлять беспроводную передачу сигналов 50 между, по крайней мере, одним из внутренних компонентов и еще одним компонентом; этот еще один компонент может быть внешним по отношению к распределительному щиту 1, например один (или более) компонент, относящийся к другому распределительному щиту, к блоку дистанционного управления, или же он может быть другим внутренним компонентом того же распределительного щита 1.

В соответствии с более предпочтительным вариантом осуществления изобретения отсек 100 расположен во внутреннем объеме 7 и имеет множество периметральных стенок 101, имеющих такую конфигурацию, что они ограничивают внутреннюю выделенную среду 102, в которой происходит распространение сигналов 50; конкретнее, периметральные стенки 101 отсека 100 имеют такую конфигурацию, что внутренняя выделенная среда 102 отделена от остальной части внутреннего объема 7, а именно они ограничивают внутренний субобъем, отделенный от остальной части внутреннего объема 7, где происходит и которым ограничивается распространение сигналов 50.

Соответствующие приемопередающие средства, содержащие антенну 103, соединены, по крайней мере, с одной из периметральных стенок 101 и проходят сквозь нее.

По крайней мере, одна из периметральных стенок 101 отсека 100, а предпочтительно все стенки, имеют экранирующий слой для защиты от помех, т.е. слой, способный оказывать противодействие возможным помехам и/или возмущениям, которые могут влиять на качество и надежность передачи сигналов, например электромагнитному шуму, генерируемому различными источниками, сигналам радиопомех и т.п.; предпочтительно периметральные стенки 101 имеют слой электропроводного материала, по крайней мере, частично окружающий выделенную среду 102 и обладающий хорошими свойствами электромагнитного экранирования. Этот электропроводный слой выполняет функцию экранирования и облегчает распространение сигналов 50 внутри отсека 100.

В соответствии с возможным вариантом осуществления изобретения, представленным на чертежах, отсек 100 имеет туннелеобразную конфигурацию и проходит в поперечном направлении, в основном прямолинейно, между двумя противоположными боковыми стенками 6 кожуха, который может иметь отверстия с одной или обеих сторон, соответствующие торцевым частям отсека 100.

Предпочтительно туннелеобразный отсек 100 имеет прямоугольное поперечное сечение, причем длины сторон (a, b) поперечного сечения относятся друг к другу, как 1:2; такое решение позволяет улучшить качество распространения сигналов, в особенности высокочастотных, т.е. в диапазоне гигагерц; например, при частоте передачи 5 ГГц сторона (a) может иметь длину 0,05 м, а сторона (b) имеет длину 0,025 м.

Как показано на фиг.1, предусмотрен также, по крайней мере, один поглощающий сигнал элемент 11, например торцевой колпак соответствующей формы, соединенный с туннелеобразным отсеком 100 на его конце; предпочтительно поглощающий элемент 11 содержит проводящий пенистый материал, например вспененный полиуретан с примесью электропроводных частиц, который имеется на рынке.

В предпочтительном варианте осуществления изобретения, который крайне прост с конструктивной точки зрения и функционально эффективен, отсек 100 выполнен с использованием металлического волноводного устройства, показанного на фиг.2 также под номером 100; устройство 100 выполнено в виде единого тела из алюминия или меди соответствующей толщины. Таким образом, периметральные стенки 101 состоят только из выбранного электропроводного материала, который используется одновременно в качестве разделительных элементов и в качестве слоя, защищающего от помех, а также делает возможным распространение сигналов внутри самого отсека.

Металлическое волноводное устройство 100 располагается во внутреннем объеме 7 и соединено с кожухом с возможностью его демонтирования, например, с помощью системы типа выдвижного ящика, или с помощью защелочного соединения, или с использованием других подходящих типов механических соединений; это существенно облегчает операции по техническому обслуживанию, замене и т.д.

В другом варианте устройство 100 может быть постоянно прикреплено к кожуху, например с помощью соответствующих крепежных средств.

В соответствии с другим вариантом изобретения, который схематически показан пунктиром на фиг.1, отсек 100 может быть расположен снаружи распределительного щита 1 и соединен с его кожухом.

Распределительный щит 1, соответствующий изобретению, можно использовать как для среднего, так и для низкого напряжения, но он особенно полезен для реализации подстанции среднего напряжения; поэтому еще одна цель изобретения относится к подстанции среднего напряжения, содержащей, по крайней мере, один распределительный щит 1 описанного выше типа.

Пример подстанции среднего напряжения, соответствующей изобретению, схематически показан на фиг.3 в позиции 200; подстанция 200 предпочтительно содержит, по крайней мере, два распределительных щита 1, расположенные рядом так, что их соответственные отсеки 100 расположены друг против друга и слегка смещены друг от друга. Конкретнее, распределительные щиты 1 расположены рядом друг с другом, и их соответственные отсеки 100 оперативно связаны, так что образуется разделенный на секции прямоугольный туннель 300, который на практике представляет собой тракт беспроводной связи, по которому идут сигналы. На двух внешних концах секционного тракта беспроводной связи 300 находятся два поглощающих сигналы элемента 11, которые соединены каждый с соответствующей торцевой частью отсека.

Для простоты на фиг.3 показаны только два распределительных щита 1, но понятно, что подстанция 200 может быть составлена из желаемого количества распределительных щитов 1, которые могут быть размещены рядом друг с другом, предпочтительно в ряд. В особо предпочтительном варианте изобретения подстанция 200 содержит множество распределительных щитов 1, каждый из которых имеет соответствующий кожух, имеющий, по крайней мере, одну дверь 2 и множество стенок, которые все вместе ограничивают внутренний объем 7, где размещаются внутренние компоненты; каждый распределительный щит 1 имеет собственный отсек 100, который расположен во внутреннем объеме 7, и имеет форму, обеспечивающую беспроводную передачу сигналов; отсеки 100 расположены так, что образуют разделенный на секции прямоугольный тракт беспроводной связи 300, проходящий через множество внутренних объемов 7 распределительных щитов 1.

Далее, в конфигурации, где подстанция содержит множество распределительных щитов 1, на двух противоположных внешних концах секционного тракта 300 расположены два поглощающих элемента 11.

Следовательно, на практике сигналы 50, исходящие от компонента первого распределительного щита 1, предпочтительно в форме радиочастотных волн, соответственно модулированных так, что они несут нужные данные, передаются в выделенную среду 102 с помощью антенны приемопередающих средств 103; там они оказываются ограниченными тактом 300, образованного различными отсеками 100, и передаются в этом защищенном и экранированном пространстве на антенну 103 другого отсека 100; в свою очередь, эта антенна обеспечивает передачу сигналов 50 на компонент второго распределительного щита 1, предназначенный для их приема. Элементы 11 на конце тракта 300 позволяют исключить или, по крайней мере, существенно снизить риск отражения сигналов.

На практике установлено, что распределительный щит, соответствующий изобретению, а также содержащая такой щит подстанция среднего напряжения позволяют полностью достичь поставленной цели и имеют ряд преимуществ по сравнению с известными техническими решениями.

Фактически, как описывалось выше, предлагаемое решение, благодаря тому что оно позволяет передавать сигналы беспроводным способом и в защищенной среде, специально и исключительно выделенной для связи, существенно упрощает конструктивную компоновку каждого распределительного щита и, более того, общую компоновку подстанций, которые состоят из функционально взаимозависимых, но конструктивно/механически независимых модулей.

Фактически распределительные щиты нужно просто разместить близко друг к другу без прокладки каких-либо кабелей или обеспечения электрического/механического соединения между ними, таким образом, чтобы их отсеки 100 располагались друг против друга; это намного упрощает работы по изготовлению, наладке и техническому обслуживанию, так как, например, проводя сборку на заводе перед испытаниями, а затем окончательную установку на объекте, не нужно выполнять последовательно монтаж, демонтаж и повторный монтаж, что было обязательным при прежних технических решениях. Кроме того, при необходимости можно очень просто и быстро менять компоновку подстанции, добавляя, исключая или заменяя один или несколько распределительных щитов.

Далее, сигналы передаются надежным и защищенным образом, причем передача данных может производиться практически с любой желаемой скоростью, высокой или низкой, и на желаемой одной частоте или даже на нескольких частотах; например можно передавать технологические данные, такие как аналоговые данные напряжения, в реальном времени.

Следует также подчеркнуть, что такие результаты достигаются благодаря новому техническому решению, которое является конструктивно простым и может быть реализовано посредством чрезвычайно упрощенных производственных операций, что позволяет получить существенную экономию материалов, времени и производственных издержек; в частности, когда отсек 100 размещается внутри кожуха, он составляет на практике еще один компонент распределительного щита и оказывается автоматически защищенным от воздействий среды, внешней по отношению к самому распределительному щиту 1.

Возможны модификации и изменения предлагаемого распределительного щита и подстанции среднего напряжения, все из которых входят в объем идеи изобретения; более того, все детали могут быть заменены технически эквивалентными элементами. Например, отсек 100 может быть выполнен из отдельных деталей, например из множества листов пригодных для этой цели материалов, которые могут быть прикреплены к кожуху один за другим или сначала соединены друг с другом, а затем прикреплены к кожуху как единое целое; форма отсека 100 также может быть другой; периметральные стенки могут быть выполнены из большего количества слоев различного типа и материала. Более того, если это необходимо или требуется для конкретного случая применения, можно использовать соединительные элементы, например механические соединительные детали, которые могут находиться между соседними отсеками и быть соединены с ними для обеспечения правильного совмещения положений отсеков. Кроме того, используемые материалы, если они соответствуют своему использованию и назначению, а также размеры могут быть любыми согласно требованиям и современному техническому уровню.

Изобретение относится к электротехнике и подстанциям среднего напряжения. Технический результат состоит в улучшении функциональных свойств и характеристик. Электрический распределительный щит содержит кожух, дверь и множество стенок, которые вместе ограничивают внутренний объем, пригодный для размещения внутренних компонентов распределительного щита. Он содержит специальный выделенный отсек, форма которого позволяет осуществлять беспроводную передачу сигналов между, по крайней мере, одним из внутренних компонентов щита и еще одним компонентом. Изобретение относится также к подстанции среднего напряжения, содержащей такой распределительный щит. 3 н. и 15 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Электрический распределительный щит, содержащий кожух, имеющий дверь и множество стенок, которые вместе ограничивают внутренний объем, пригодный для размещения внутренних компонентов распределительного щита, отличающийся тем, что распределительный щит содержит отсек, выполненный в виде волновода, форма которого позволяет осуществлять беспроводную передачу сигналов между, по крайней мере, одним внутренним компонентом и еще одним внутренним или внешним компонентом щита, причем отсек имеет множество периметральных стенок, ограничивающих выделенную им внутреннюю среду, в которой происходит и которой ограничивается распространение сигналов.

2. Электрический распределительный щит по п.1, отличающийся тем, что отсек, выполненный в виде волновода, проходит поперечно, в основном прямолинейно, между двумя противоположными стенками кожуха и имеет туннелеобразную конфигурацию и в основном прямоугольное поперечное сечение, при этом волновод снабжен приемопередающими средствами, которые соединены, по крайней мере, с одной из периметральных стенок волновода и проходят сквозь нее.

3. Электрический распределительный щит по п.1, отличающийся тем, что отсек выполнен в виде металлического волноводного устройства, постоянно прикрепленного к кожуху.

4. Электрический распределительный щит по п.1, отличающийся тем, что отсек выполнен в виде металлического волноводного устройства, съемным образом прикрепленного к кожуху.

5. Электрический распределительный щит по п.3 или 4, отличающийся тем, что металлическое волноводное устройство выполнено в виде единого тела из алюминия или меди.

6. Электрический распределительный щит по п.1, отличающийся тем, что отсек, выполненный в виде волновода, расположен снаружи кожуха.

7. Электрический распределительный щит по п.1, отличающийся тем, что отсек, выполненный в виде волновода, расположен внутри внутреннего объема распределительного щита.

8. Электрический распределительный щит по п.7, отличающийся тем, что периметральные стенки отсека, выполненного в виде волновода, имеют такую конфигурацию, что выделенная им внутренняя среда отделена от остальной части внутреннего объема.

9. Электрический распределительный щит по п.7, отличающийся тем, что, по крайней мере, некоторые из периметральных стенок волновода имеют экранирующий слой для защиты от помех.

10. Электрический распределительный щит п.7, отличающийся тем, что, по крайней мере, некоторые из периметральных стенок (101) имеют слой из электропроводного материала.

11. Электрический распределительный щит п.7, отличающийся тем, что туннелеобразный отсек, выполненный в виде волновода, имеет в основном прямоугольное поперечное сечение, причем длины его сторон (а, b) имеют соотношение 1:2.

12. Электрический распределительный щит по п.7, отличающийся тем, что он содержит, по крайней мере, один поглощающий сигнал элемент, соединенный с туннелеобразным отсеком в его конечной части.

13. Электрический распределительный щит по п.12, отличающийся тем, что поглощающий сигнал элемент содержит электропроводный пенистый материал.

14. Подстанция среднего напряжения, отличающаяся тем, что она содержит, по крайней мере, первый распределительный щит по п.1.

15. Подстанция среднего напряжения по п.14, отличающаяся тем, что она содержит второй распределительный щит по п.1, причем первый и второй распределительные щиты имеют такое взаимное расположение, что их соответственные отсеки, выполненные в виде волноводов, находятся напротив друг друга.

16. Подстанция среднего напряжения по п.15, отличающаяся тем, что первый и второй распределительные щиты расположены рядом друг с другом, и их соответственные отсеки, выполненные в виде волноводов, образуют разделенный на секции, в основном прямолинейный тракт беспроводной связи.

17. Подстанция среднего напряжения по п.16, отличающаяся тем, что она содержит первый и второй поглощающие сигнал элементы, каждый из которых соединен с соответственной конечной частью разделенного на секции тракта беспроводной связи.

18. Подстанция среднего напряжения, содержащая множество распределительных щитов, имеющих кожух, который содержит дверь и множество стенок, которые вместе ограничивают внутренний объем, пригодный для размещения внутренних компонентов распределительного щита, отличающаяся тем, что каждый распределительный щит содержит отсек, выполненный в виде волновода, который расположен внутри соответственного внутреннего объема и форма которого позволяет осуществлять беспроводную передачу сигналов, причем отсеки расположены так, что они образуют разделенный на секции, в основном прямолинейный тракт беспроводной связи, проходящий через множество внутренних объемов, образованных распределительными щитами.