УСТРОЙСТВО ЛИМИТИРОВАНИЯ ПОТРЕБЛЯЕМОЙ МОЩНОСТИ, СПОСОБ ЛИМИТИРОВАНИЯ ПОТРЕБЛЯЕМОЙ МОЩНОСТИ Российский патент 2014 года по МПК H02H3/08 H02J3/14 

Изобретение относится к области электротехники и, в частности, к устройствам лимитирования потребляемой от сети электрической мощности с помощью автоматического отключения неприоритетных нагрузок.

Техническим результатом является создание трех вариантов устройства, лимитирующего общую нагрузку на питающую электросеть и позволяющего подключить больше оборудования, чем предписано лимитом установленной мощности. Другим результатом является создание трех вариантов Способа лимитирования потребляемой мощности.

Первый вариант устройства лимитирования потребляемой мощности, работающий в соответствии с первым вариантом Способа лимитирования потребляемой мощности, имеет значительные преимущества перед аналогами и прототипом, поскольку:

- не требует прокладки отдельных питающих линий для подключения неприоритетных нагрузок;

- позволяет формировать неприоритетные линии в любой точке сети;

- осуществляет адресное управление неприоритетными нагрузками в точках их подключения к электросети;

- не привязывает нагрузку к линиям и помещениям;

- позволяет перемещать нагрузку по помещениям.

Второй вариант устройства лимитирования потребляемой мощности, работающий в соответствии со вторым вариантом Способа лимитирования потребляемой мощности, имеет значительные преимущества перед аналогами и прототипом, поскольку:

- позволяет значительно увеличить суммарную мощность и количество дополнительных нагрузок, которые можно подключить к сети без ухудшения условий, эффективности и комфорта их эксплуатации;

- не требует прокладки отдельных питающих линий для подключения нагрузок;

- позволяет подключать как неприоритетные, так и приоритетные нагрузки;

- позволяет формировать линии для питания приоритетных или неприоритетных нагрузок в любой точке сети;

- осуществляет адресное управление нагрузками в точках их подключения к электросети;

- обеспечивает временное питание нагрузки в случае пропадания сетевого напряжения, что позволяет корректно завершить работу нагрузки.

Третий вариант устройства лимитирования потребляемой мощности, работающий в соответствии со Способом лимитирования потребляемой мощности, имеет значительные преимущества перед аналогами и прототипом, поскольку позволяет:

- значительно расширить возможности и эффективность использования традиционных проводных реле отключения неприоритетной нагрузки;

- значительно увеличить суммарную мощность и количество дополнительных нагрузок, подключаемых к сети с использованием традиционных реле отключения неприоритетной нагрузки без ухудшения условий, эффективности и комфорта их эксплуатации;

- использовать выходные неприоритетные линии традиционных проводных реле отключения неприоритетной нагрузки для управления как неприоритетными, так и приоритетными нагрузками;

- обеспечивать временное питание нагрузки в случае пропадания сетевого напряжения, что позволяет корректно завершить работу нагрузки;

- повышать мощность сети при пиковых потреблениях.

Техническая область

Настоящее изобретение относится к устройствам лимитирования общей (суммарной) потребляемой нагрузками электрической мощности в сетях с ограниченной выделенной мощностью за счет автоматического управления нагрузками.

Уровень техники

Одним из факторов, ограничивающим количество подключаемых к электросети потребителей, является недостаточная электрическая мощность, выделяемая на объект. При подключении дополнительных нагрузок с суммарной мощностью больше выделенной срабатывает вводной защитный автомат, обесточивая все здание или помещение.

Существуют устройства, позволяющие лимитировать потребляемую от электросети мощность и подключать больше нагрузок.

Известно устройство и способ, принятые за аналог. «Гибкая система управления электрической нагрузкой и способ ее работы» (Патент на изобретение РФ 2431172, 26.11.2006, опубл. 10.10.2011, МПК G05B 15/00, 2006.01).

Недостатки:

- невозможность использования без модернизации электропроводки;

- невозможность использования при отсутствии возможности прокладки новых проводов;

- невозможность адресного управления нагрузками, подключенными к конкретным розеткам, в конкретных помещениях;

- невозможность перемещения нагрузок и подключения их в новых местах;

- высокая стоимость работ по инсталляции.

Известно устройство, принятое за прототип, позволяющее увеличить количество подключаемого оборудования и лимитировать потребляемую от электросети мощность за счет отключения неприоритетных нагрузок.

Например:

- Реле отключения неприоритетных нагрузок фирмы LEGRAND, Е-каталог 2011, кат. №038 11, сайт www.legrand.ru.

- Реле отключения неприоритетных нагрузок CDS фирмы Schneider-electric, кат. №15908, http://www.schneider-electric.ru.

- Устройство управления нагрузкой LSS1/2 фирмы ABB, каталог «System pro M compact», код заказа 2CSM112500R1311, EAN 274407.

В упрощенном виде такое устройство, содержит: входную питающую линию, выходную приоритетную линию, выходную неприоритетную линию, датчик тока, пороговое устройство (например, компаратор с источником опорного напряжения), силовое реле с контактами в цепи выходной неприоритетной линии.

Способ работы устройства, принятый за прототип, заключается в следующем.

Напряжение с входной питающей линии беспрепятственно поступает на выходную приоритетную линию. К ней подключаются потребители с высоким приоритетом, которые не отключаются ни при каких условиях. Суммарный ток нагрузок измеряется датчиком тока, сигнал с которого постоянно поступает на компаратор и сравнивается с опорным напряжением, составляющим уставку реле, т.е. порог срабатывания.

Если ток во входной питающей линии превысит ток уставки, компаратор изменит состояние, что приведет к срабатыванию силового реле, контакты которого отключат неприоритетную линию на время, пока общий потребляемый ток не упадет ниже тока уставки. Если неприоритетных линий несколько, то они будут отключаться по-очереди, до тех пор, пока потребляемый нагрузками ток не снизится до установленной величины.

Как только это условие выполнится, начнется обратный процесс - компаратор изменит состояние и реле подключит неприоритетную линию (линии). Таким образом, все потребители снова окажутся подключенными к электропитанию.

Однако применение подобных устройств на объектах завершенного строительства затруднено и ограничено по следующим причинам:

- из-за ограниченной суммарной мощности дополнительных нагрузок, которые можно подключить к сети с помощью вышеупомянутых устройств без ухудшения условий, эффективности или комфорта их эксплуатации;

- из-за невозможности использования без модернизации электропроводки (сопровождаемой ремонтно-строительными работами);

- при отсутствии возможности прокладки новых неприоритетных линий (например, в недавно отремонтированных помещениях, в арендуемых помещениях, в памятниках архитектуры и т.п.).

- из-за невозможности адресного управления конкретными нагрузками, подключенными к конкретным розеткам, в конкретных помещениях или постройках (например, в загородной усадьбе с домом, сауной, баней, гаражом, другими отдельно-стоящими постройками);

- из-за высокой стоимости работ по их инсталляции;

- из-за жесткой привязки нагрузок к проложенным проводным неприоритетным линиям и невозможности перемещения нагрузок без перемещения питающих линий.

Техническая задача

Настоящее изобретение направлено на создание трех вариантов устройства, работающего в соответствии с тремя вариантами Способа лимитирования потребляемой мощности, свободного от недостатков аналогов и прототипа.

ПЕРВАЯ ЗАДАЧА

Ограничение общего потребляемого нагрузками тока в первом варианте устройства с помощью временного, дистанционного отключения конечных неприоритетных нагрузок, коммутируемых в точках их подключения к электросети (в отличие от аналогов и прототипа, где коммутация нагрузок происходит в электрощите, а неприоритетные нагрузки подключаются к отдельным питающим линиям).

ВТОРАЯ ЗАДАЧА

Ограничение общего потребляемого нагрузками тока во втором варианте устройства с помощью временного (дистанционного) переключения (перехвата) конечной нагрузки с питания от электросети на питание от инвертора с аккумулятором, тем самым, разгружая электросеть (вместо полного отключения неприоритетной нагрузки, как в аналогах и прототипе).

ТРЕТЬЯ ЗАДАЧА

Ограничение общего потребляемого нагрузками тока в третьем варианте устройства с помощью временного переключения (перехвата) нагрузки с питания от электросети на питание от инвертора с аккумулятором, разгружая электросеть (вместо отключения неприоритетной нагрузки, как в аналогах и прототипе).

Возможность использования традиционного проводного реле отключения неприоритетной нагрузки для управления устройством.

Другой задачей настоящего изобретения является создание трех Способов лимитирования потребляемой мощности - по одному для каждого варианта устройства.

Техническое решение

В соответствии с данным изобретением, первую задачу можно решить созданием первого варианта устройства лимитирования потребляемой мощности, работающего в соответствии с первым вариантом Способа лимитирования потребляемой мощности.

Устройство состоит из управляющего блока, контролирующего суммарное потребление тока всеми нагрузками и дистанционно управляющего распределенными по внутренней электросети одним или несколькими коммутирующими блоками, отключающими/включающими конечную неприоритетную нагрузку, с целью снижения суммарного потребляемого нагрузками тока при его превышении.

Управляющий блок устанавливается после вводного автомата, а его взаимодействие с локальными блоками осуществляется с помощью команд дистанционного управления, передаваемых по радиоканалу или по питающей электросети.

Управляющий блок содержит: корпус, входную питающую линию, выходную приоритетную линию, датчик тока с пороговым устройством для контроля максимального суммарного тока нагрузок, установленного пользователем; индикаторные светодиоды по числу дистанционно коммутируемых неприоритетных нагрузок или групп; процессорный модуль, формирующий сигналы и алгоритмы управления; передатчик команд дистанционного управления.

Коммутирующий блок размещается в точке подключения конечной неприоритетной нагрузки к электросети и осуществляет ее включение-отключение (коммутацию) в соответствии с командами управляющего блока с целью лимитирования общего потребляемого нагрузками тока при пиковых потреблениях.

Блок может быть выполнен, например, в виде мобильного розеточного адаптера, который можно включить в любую розетку, в любом помещении, или модуля для инсталляции в электросеть. При этом нагрузка, подключенная к любой точке электросети через коммутирующий блок, получает статус неприоритетной. В отличие от аналогов и прототипа.

Коммутирующий блок содержит: корпус, входную питающую линию, выходную неприоритетную линию, приемник команд дистанционного управления, силовой модуль с ключом, светодиодный индикатор состояния нагрузки.

Технический результат для первого варианта устройства

Реализация первого варианта устройства, работающего в соответствии с первым вариантом Способа лимитирования потребляемой мощности, позволяет получить следующие преимущества:

- возможность использовать устройство без модернизации электропроводки и без прокладки новых неприоритетных линий;

- возможность адресного управления конкретными неприоритетными нагрузками, подключенными, по желанию пользователя, к конкретным розеткам, в конкретных помещениях или строениях (например, в загородном доме с отдельными постройками);

- низкую стоимость работ по инсталляции устройства;

- отсутствие жесткой привязки нагрузок к неприоритетным линиям;

- возможность оперативного перемещения нагрузок без вызова электрика и без проведения ремонтно-строительных работ.

Вторую задачу можно решить созданием второго варианта устройства лимитирования потребляемой мощности, работающего в соответствии со вторым вариантом Способа лимитирования потребляемой мощности и состоящего из управляющего блока, контролирующего суммарное потребление тока всеми нагрузками и дистанционно управляющего распределенными по внутренней электросети инверторными блоками, временно переключающими питание конечной нагрузки с электросети на питание от инвертора с аккумулятором, с целью снижения суммарного потребляемого нагрузками тока при пиковых потреблениях.

Управляющий блок устанавливается после вводного автомата, а его взаимодействие с инверторным блоком/блоками осуществляется с помощью команд дистанционного управления, передаваемых по радиоканалу или по питающей электросети.

Управляющий блок содержит: корпус, входную питающую линию, выходную приоритетную линию, датчик тока с пороговым устройством для контроля величины тока нагрузок, установленной пользователем; индикаторные светодиоды по числу дистанционно коммутируемых нагрузок или групп; процессорный модуль, формирующий сигналы и алгоритмы управления; передатчик команд дистанционного управления.

Инверторный блок размещается в точке подключения к электросети конечной (приоритетной или неприоритетной) нагрузки и осуществляет переключение ее питания с электросети на питание от инвертора с аккумулятором, в соответствии с командами управляющего блока с целью снижения общего потребляемого нагрузками тока при пиковых потреблениях.

Инверторный блок содержит: корпус, входную питающую линию, зарядное устройство, аккумуляторную батарею, инвертор, быстродействующий переключатель, приемник команд дистанционного управления, схему управления, выходную линию для подключения нагрузки.

Технический результат для второго варианта устройства

Реализация второго варианта устройства, работающего в соответствии со вторым вариантом Способа лимитирования потребляемой мощности, позволяет получить следующие преимущества:

- возможность увеличения суммарной мощности и количества дополнительных нагрузок, которые можно подключить к сети без ухудшения условий, эффективности и комфорта их эксплуатации;

- возможность работы с приоритетными и неприоритетными нагрузками;

- реальное увеличение мощности электросети при пиковых потреблениях;

- возможность использовать устройство без модернизации электропроводки и без прокладки новых неприоритетных линий;

- возможность адресного управления конкретными неприоритетными нагрузками, подключенными к конкретным розеткам, в конкретных помещениях или строениях (например, в загородном доме с отдельными постройками);

- низкую стоимость работ по инсталляции устройства;

- отсутствие жесткой привязки нагрузок к неприоритетным линиям и возможность перемещения нагрузок.

Третью задачу можно решить созданием третьего варианта устройства лимитирования потребляемой мощности, работающего в соответствии с третьим вариантом Способа лимитирования потребляемой мощности, с использованием внешнего реле отключения неприоритетной нагрузки, контролирующего суммарное потребление тока всеми нагрузками. При его превышении вышеупомянутое реле отключает питание выходной неприоритетной линии, соединенной с входом управления устройства, что приводит к переключению нагрузки устройства с питания от электросети на питание от инвертора с аккумулятором, с целью снижения суммарного потребляемого тока на величину мощности нагрузки, подключенной к инвертору.

При этом нагрузка устройства может быть как приоритетной, так и неприоритетной. Это обусловлено тем, что при превышении суммарного тока нагрузок питание нагрузки устройства не отключается, и нагрузка продолжает работать от автономного источника тока, в отличии от неприоритетной нагрузки в аналогах и прототипе, которая была бы отключена.

Реле отключения неприоритетной нагрузки устанавливается стандартно, после вводного автомата, а его выходная неприоритетная линия подключается к управляющему входу устройства, по наличию/отсутствию напряжения в которой происходит переключение его нагрузки с питания от электросети на питание от инвертора с аккумулятором.

Питание устройства осуществляется от общей электросети - через входную линию. Однако питание может производиться и от выходной неприоритетной линии вышеупомянутого реле отключения неприоритетной нагрузки, если входная линия устройства будет связана логически или физически с входом управления.

В этом случае по наличию/отсутствию напряжения в выходной неприоритетной линии будет происходить переключение нагрузки устройства с питания от электросети на питание от инвертора с аккумулятором.

Таким образом, выходная неприоритетная линия реле отключения неприоритетной нагрузки может выполнять функции:

- управляющей линии (если питание устройства осуществляется от общей электросети - через входную линию);

- питающей и управляющей линии одновременно (если питание устройства осуществляется от выходной неприоритетной линии, через входную линию устройства, а переключение его нагрузки с питания от сети на работу от инвертора происходит при пропадании питания во входной линии).

Устройство содержит: корпус, входную питающую линию, зарядное устройство, аккумулятор, инвертор, быстродействующий переключатель, схему управления, выходную линию для подключения нагрузки, вход управления для подключения к реле отключения неприоритетной нагрузки или другим устройствам автоматики.

Устройство может размещаться в точке подключения конечной нагрузки к электросети.

Технический результат для третьего варианта устройства

Реализация третьего варианта устройства позволяет получить следующие преимущества:

- возможность увеличения суммарной мощности и количества дополнительных приоритетных и неприоритетных нагрузок, которые можно подключить к сети с ограниченной мощностью, без ухудшения условий, эффективности и комфорта их эксплуатации;

- реальное увеличение мощности электросети при пиковых потреблениях;

- возможность работы с традиционными реле отключения неприоритетной нагрузки;

- расширение функциональных возможностей традиционных реле отключения неприоритетной нагрузки.

Изобретение содержит совокупность существенных признаков, необходимую и достаточную для достижения указанного технического результата.

Из уровня техники не известны технические решения с заявленной совокупностью существенных признаков, что подтверждает соответствие изобретения условию патентоспособности - новизна.

Краткое описание чертежей

Устройство, работа и преимущества этого изобретения иллюстрируются приведенными чертежами. В связи с этим не делается попыток показать конструктивные и схемные особенности настоящего изобретения более детально, чем это необходимо для понимания принципов его работы.

Фиг.1 - Структурная схема первого варианта устройства;

Фиг.2 - Структурная схема второго варианта устройства;

Фиг.3 - Структурная схема третьего варианта устройства;

Фиг.4 - Вариант внешнего вида первого варианта устройства;

Фиг.5 - Вариант размещения и подключения блоков первого варианта устройства;

Фиг.6 - Вариант размещения и подключения блоков второго варианта устройства;

Фиг.7 - Вариант размещения и подключения третьего варианта устройства с питанием от электросети;

Фиг.8 - Вариант размещения и подключения третьего варианта устройства с питанием от выходной неприоритетной линии реле отключения неприоритетной нагрузки;

Осуществление изобретения

Это краткое описание не предназначено для определения ключевых признаков и объема защиты заявленного объекта изобретения, а необходимо для иллюстрации, в общем виде, его состава, принципов работы, логики взаимодействия блоков и различных вариантов исполнения.

Первый вариант Устройства лимитирования потребляемой мощности состоит из управляющего блока, контролирующего общее энергопотребление, и распределенных по внутренней электросети коммутирующих блоков отключающих/включающих подключенную к ним неприоритетную нагрузку, в соответствии с командами управляющего блока. Взаимодействие между управляющим и коммутирующими блоками - дистанционное: по радиоканалу или по питающей электросети.

Для примера, в описании и на чертежах представлен вариант устройства с передачей команд дистанционного управления по радиоканалу.

Второй вариант Устройства лимитирования потребляемой мощности состоит из управляющего блока, контролирующего общее энергопотребление, и одного и более инверторных блоков, распределенных по внутренней электросети, переключающих питание нагрузки с электросети на инвертор с аккумулятором (инвертор с питанием от аккумулятора), разгружая сеть и увеличивая общую мощность подключенных к ней нагрузок, в соответствии с командами управляющего блока. Взаимодействие между управляющим блоком и инверторными блоками - дистанционное: по радиоканалу или по питающей электросети.

Для примера, в описании и на чертежах представлен вариант устройства с передачей команд дистанционного управления по радиоканалу.

Для примера, в описании и на чертежах представлен вариант устройства с передачей команд дистанционного управления по радиоканалу.

Третий вариант Устройства лимитирования потребляемой мощности представляет собой инверторный блок, вход управления которого подключен к выходной неприоритетной линии любого традиционного реле отключения неприоритетной нагрузки, контролирующего общее энергопотребление. В соответствии с присутствием/отсутствием напряжения питания в выходной неприоритетной линии вышеупомянутого реле, устройство переключает свою нагрузку с питания от электросети на инвертор с аккумулятором, разгружая сеть и увеличивая ее мощность.

Взаимодействие между устройством и реле отключения неприоритетной нагрузки осуществляется через выходную неприоритетную линию вышеупомянутого реле.

Устройство лимитирования потребляемой мощности (первый вариант) и Способ лимитирования потребляемой мощности (первый вариант).

Устройство лимитирования потребляемой мощности (Фиг.1) состоит из Управляющего блока и коммутирующего блока (блоков).

Управляющий блок содержит: входную линию - 1; датчик тока - 2; пороговое устройство - 3; логический процессор - 4; индикаторные светодиоды - 5; передатчик - 6, корпус управляющего блока - 7; выходную линию - 8.

Входная и выходная линии управляющего блока могут представлять собой сплошной магистральный проводник, без разрыва пропущенный сквозь корпус блока со встроенным датчиком тока (например, трансформатором тока, датчиком Холла и т.п.). В таком случае, питание элементов схемы блока осуществляется по отдельным проводникам.

Датчик тока может быть как внутренним, так и внешним. Кроме того, управляющий блок может содержать модуль беспроводной связи с внешними устройствами для управления и обмена информацией о текущих настройках, параметрах энергопотребления и стоимости потребленной электроэнергии и т.д.

Коммутирующий блок содержит: входную линию - 9; приемник - 10; силовой модуль - 11; индикаторный светодиод - 12; силовой ключ - 13; корпус коммутирующего блока - 14; выходную неприоритетную линию - 15.

Работа устройства

Напряжение сети с входной линии - 1 управляющего блока (Фиг.1) поступает на выходную линию - 8, к которой подключается внутренняя электросеть со всеми потребителями.

Суммарный потребляемый ток нагрузок измеряется датчиком тока - 2, сигнал с которого постоянно поступает на пороговое устройство - 3 и сравнивается с порогом срабатывания, который устанавливается пользователем и составляет уставку устройства.

Если потребляемый нагрузками ток превысит ток уставки, то пороговое устройство - 3 выдаст сигнал на логический процессор - 4, который, в соответствии с заданным алгоритмом работы, выдаст сигнал на передатчик - 6, который передаст команду дистанционного управления на коммутирующий блок на выключение неприоритетной нагрузки. Команда будет принята приемником - 10, сигнал с которого поступит на силовой модуль - 11, который разомкнет силовой ключ - 13, отключив напряжение от выходной неприоритетной линии - 15 и подключенной к ней неприоритетной нагрузки. На коммутирующем блоке включится индикаторный светодиод - 12. На управляющем блоке включится светодиод - 5, сигнализирующий о выключении соответствующей неприоритетной нагрузки или группы.

Даже если сразу после этого общий ток снизится до величины уставки, то устройство не изменит состояние, за счет временной задержки на обратное переключение. Это предотвратит возникновение режима постоянного переключения (генерации) на границе порога срабатывания.

Через заданное время логический процессор - 4 управляющего блока, через передатчик - 6, соответствующей командой дистанционного управления включит отключенную ранее неприоритетную нагрузку коммутирующего блока.

При этом если суммарный ток потребления окажется равен или ниже заданного, то нагрузка останется включенной. Светодиод - 5 - погаснет, индицируя отключение этой неприоритетной нагрузки.

Если же общий ток потребления превысит заданное значение, то соответствующий сигнал с выхода порогового устройства - 3 снова поступит на логический процессор - 4, который выдаст управляющий сигнал на передатчик - 6, который, передаст дистанционную команду на локальный коммутирующий блок на выключение подключенной к нему неприоритетной нагрузки.

На управляющем блоке включится светодиод - 5, сигнализирующий о выключении соответствующей неприоритетной нагрузки (или группы).

Если и после этого общий ток будет превышать установленное значение, то логический процессор - 4 продолжит последовательное отключение неприоритетных нагрузок соответствующими сигналами на передатчик - 6, который, передаст команду дистанционного управления на следующий коммутирующий блок на выключение его неприоритетной нагрузки.

И так далее, по числу каналов управления и коммутирующих блоков.

Через заданное пользователем время или по другому алгоритму, учитывающему, например, изменение тока или другие параметры, начнется обратное подключение неприоритетных нагрузок с непрерывным контролем общего потребляемого тока.

Если превышения общего тока не будет, то все потребители окажутся подключенными к электропитанию.

В зависимости от специализации устройства алгоритм работы логического процессора - 4 управляющего блока может быть различным. Например, при работе только с электрическими системами отопления он может учитывать такие параметры, как температура воздуха внутри помещения и снаружи.

Коммутирующий блок работает следующим образом.

После включения блока в сеть напряжение через входную линию - 9, через замкнутый силовой ключ - 13, поступает в выходную линию - 15 и в подключенную к ней неприоритетную нагрузку, о чем сигнализирует светодиод - 12.

Если общий потребляемый нагрузками ток, контролируемый управляющим блоком, превысит установленную величину, то коммутирующий блок отключит «лишнюю» неприоритетную нагрузку в соответствии с командой управляющего блока, как было описании выше.

Вариант размещения и подключения блоков устройства.

На вводе в здание или помещение - 26 (Фиг.5), после вводного автомата, устанавливается управляющий блок - 27, выходная приоритетная линия которого соединена с внутренней электросетью - 28, к которой подключаются все нагрузки.

Таким образом, электросеть и все включенные непосредственно в нее нагрузки являются приоритетными и не отключаются ни при каких условиях.

Линии для подключения неприоритетных нагрузок организуются в любой точке электропроводки, путем подключения нагрузок через один или несколько коммутирующих блоков - 29, 30. Количество коммутирующих блоков определяет число неприоритетных линий.

Управление неприоритетными нагрузками осуществляет управляющий блок - 27 посредством передачи команд дистанционного управления на коммутирующие блоки - 29, 30.

Устройство лимитирования потребляемой мощности (второй вариант) и Способ лимитирования потребляемой мощности (второй вариант).

Устройство лимитирования потребляемой мощности (Фиг.2) состоит из Управляющего блока и инверторного блока (блоков).

Управляющий блок содержит: входную линию - 1; датчик тока - 2; пороговое устройство - 3; логический процессор - 4; индикаторные светодиоды - 5; передатчик - 6, корпус управляющего блока - 7; выходную линию - 8.

Входная и выходная линии управляющего блока могут представлять собой сплошной магистральный проводник, без разрыва пропущенный сквозь корпус блока со встроенным датчиком тока (например, трансформатором тока, датчиком Холла и т.п.). В таком случае, питание элементов схемы блока осуществляется по отдельным проводникам.

Датчик тока может быть как внешним, так и внутренним. Кроме того, управляющий блок может содержать модуль беспроводной связи с внешними устройствами для управления и обмена информацией о текущих настройках, параметрах энергопотребления и стоимости потребленной электроэнергии.

Линии для подключения нагрузок, которые могут быть неприоритетными или приоритетными, организуются путем подключения указанных нагрузок к любой точке электросети через инверторный блок - 32 (на Фиг.6), например, посредством розеточного адаптера - 31, содержащего штепсельную вилку для питания инверторного блока и розетку, для подключения нагрузки. Количество линий определяется количеством инверторных блоков.

Инверторный блок (Фиг.2) содержит: входную линию - 16; зарядное устройство -17; приемник команд дистанционного управления (на схеме представлен вариант радиоуправления) - 18; аккумулятор - 19; схему управления - 20; инвертор - 21; переключатель - 22; выходную линию - 23; корпус инверторного блока - 24.

Работа устройства

Напряжение сети с входной линии - 1 управляющего блока (Фиг.2) беспрепятственно поступает на выходную линию - 8, к которой подключается внутренняя электросеть со всеми потребителями.

Суммарный потребляемый ток нагрузок измеряется датчиком тока - 2, сигнал с которого постоянно поступает на пороговое устройство - 3 и сравнивается с порогом срабатывания, который устанавливается пользователем и составляет уставку устройства.

Если суммарный потребляемый нагрузками ток превысит ток уставки, то пороговое устройство - 3 выдаст сигнал на логический процессор - 4, который, в соответствии с заданным алгоритмом работы, выдаст сигнал на передатчик - 6, который передаст на инверторный блок команду дистанционного управления, соответствующую переключению питания нагрузки, с электросети на инвертор с аккумулятором. Команда будет принята приемником - 18, сигнал с которого поступит на схему управления - 20, запустит инвертор - 21, а быстродействующий переключатель - 22 подключит выходную линию - 23 к его выходу таким образом, чтобы фаза колебаний инвертора совпадала с фазой колебаний сети. На управляющем блоке включится светодиод - 5, сигнализирующий об активации соответствующего инверторного блока.

Аккумуляторная батарея будет поддерживать работу инвертора с нагрузкой в течение времени, которое зависит от мощности нагрузки, номинальной емкости батареи, и ее заряженности. Это время может быть больше или равно средней (статистической) длительности пикового превышения общей мощности.

Если сразу после этого общий ток снизится до величины уставки, то устройство все равно останется в таком состоянии за счет временной задержки на обратное переключение.

Через заданное время логический процессор - 4 управляющего блока, через передатчик - 6, соответствующей командой дистанционного управления переключит нагрузку инверторного блока с питания от инвертора на питание от электросети.

Если при этом суммарный ток потребления окажется равен или ниже заданного, то нагрузка останется подключенной к сети. Светодиод - 5 погаснет. Аккумулятор - 19 начнет подзаряжаться от зарядного устройства - 17, восстанавливая потраченную энергию.

Если же суммарный потребляемый нагрузками ток превысит заданное значение, то соответствующий сигнал с выхода порогового устройства - 3 снова поступит на логический процессор - 4, который выдаст управляющий сигнал на передатчик - 6, который передаст дистанционную команду на инверторный блок на переключение подключенной к нему нагрузки с питания от электросети на питание от инвертора.

На управляющем блоке включится светодиод - 5, сигнализирующий об активации инверторного блока и питании его нагрузки от инвертора с аккумулятором.

Если и после этого общий ток все еще будет превышать установленное значение, то логический процессор - 4 продолжит последовательное переключение нагрузок соответствующими сигналами на передатчик - 6, который передаст команду дистанционного управления на следующий инверторный блок на переключение его нагрузки с питания от сети на питание от инвертора с аккумулятором.

И так далее, по числу каналов управления и инверторных блоков.

Через заданное пользователем время или по другому алгоритму, учитывающему, например, изменение тока или другие параметры, начнется обратное подключение нагрузок с непрерывным контролем общего потребляемого тока.

Если превышения общего тока не будет, то все потребители снова окажутся подключенными к питанию от электросети, а аккумуляторы инверторных блоков будут подзаряжаться своими зарядными устройствами.

Инверторный блок (Фиг.2) работает следующим образом.

В обычном режиме питание его нагрузки осуществляется от электросети. Напряжение питания поступает на входную линию - 16 и через замкнутые контакты переключателя - 22 в выходную линию - 23 и нагрузку. Инвертор - 21 выключен. Напряжение сети поступает и на зарядное устройство - 17, осуществляющее заряд аккумулятора - 19.

В случае пиковой нагрузки на сеть, по дистанционной команде управляющего блока произойдет временный перевод нагрузки инверторного блока с питания от сети на питание от инвертора (перехват нагрузки).

Поскольку продолжительность пиковых перегрузок сети обычно невелика и прогнозируема, а инвертор используется для питания только одной нагрузки с известной мощностью, то для питания инвертора не требуется аккумулятор с экстремально-большой емкостью, а следовательно, и габаритами.

Таким образом, инверторный блок, в зависимости от мощности подключаемой к нему нагрузки и соответствующей этому емкости аккумулятора, может быть выполнен в виде переносного устройства относительно небольших размеров.

В момент обратного переключения питания нагрузки с инвертора - 21 на входную линию - 16 и сеть (при уменьшении общего потребления) может обеспечиваться синфазность выходного напряжения. Тогда схема управления - 20 переключит переключатель - 22 в момент, когда фазы напряжений инвертора и электросети совпадут.

Процесс контроля совпадения фаз при переключении не является предметом настоящего изобретения, поэтому подробно не рассматривается.

После подключения нагрузки к электросети схема управления - 20 отключит инвертор - 21. Зарядное устройство - 17 будет осуществлять заряд аккумулятора - 19.

Если во время питания нагрузки от инвертора - 21 заряд аккумуляторной батареи - 19 будет исчерпан, схема управления - 20 подаст команду на обратное переключение питания нагрузки с инвертора на сеть и выключение инвертора.

А при сохраняющемся превышении общего тока нагрузка может быть отключена и от сети (если она неприоритетная).

Вариант размещения и подключения блоков устройства.

На вводе в здание или помещение - 26 (Фиг.6), после вводного автомата, устанавливается управляющий блок - 27, выходная приоритетная линия которого соединена с внутренней электросетью - 28, к которой подключаются все нагрузки.

Таким образом, электросеть и все включенные непосредственно в нее нагрузки являются приоритетными и не отключаются ни при каких условиях.

Линии для подключения дополнительных нагрузок организуются в любой точке электропроводки, путем подключения этих нагрузок через инверторный блок - 32, которых может быть несколько.

Устройство лимитирования потребляемой мощности (третий вариант) и Способ лимитирования потребляемой мощности (третий вариант).

Устройство лимитирования потребляемой мощности (Фиг.3) содержит: входную линию - 16; зарядное устройство - 17; аккумулятор - 19; схему управления - 20; инвертор - 21; переключатель - 22; выходную линию - 23; корпус инверторного блока - 24; вход управления - 25.

Работа устройства

Напряжение питания поступает на входную линию - 16 (Фиг.3) и через замкнутые контакты переключателя - 22 в выходную линию - 23, к которой подключена нагрузка. Инвертор - 21 выключен. Напряжение сети поступает на зарядное устройство - 17, осуществляющее заряд аккумулятора - 19.

На вход управления - 25 поступает напряжение с выходной неприоритетной линии внешнего реле отключения неприоритетной нагрузки.

В случае пиковой нагрузки на сеть, вышеупомянутое реле отключит подачу питания в неприоритетную линию, соединенную со входом управления - 25. Схема управления - 20 запустит инвертор - 21, питаемый аккумулятором - 19, а быстродействующий переключатель - 22 переключит выходную линию - 23 с входной линии - 16 на выход инвертора - 21.

Аккумуляторная батарея будет поддерживать работу инвертора и его нагрузки в течение времени, зависящего от мощности нагрузки, емкости батареи и ее заряженности. Это время может быть больше или равно средней статистической длительности пикового превышения общей мощности.

При необходимости, схема управления - 20 может осуществлять точное переключение питания нагрузки таким образом, чтобы фаза колебаний инвертора совпадала с фазой колебаний сети.

Через заданное время, или по другому алгоритму работы внешнего реле отключения неприоритетной нагрузки, произойдет возобновление подачи напряжения сети в его неприоритетную линию и на вход управления - 25. Схема управления - 20 произведет обратное переключение нагрузки с инвертора - 21 на входную линию - 16. При этом может обеспечиваться синфазность выходного напряжения. Тогда схема управления - 20 переключит переключатель - 22 в тот момент, когда фазы напряжений инвертора и электросети совпадут. После подключения нагрузки к электросети схема управления - 20 отключит инвертор - 21. Зарядное устройство - 17 будет осуществлять заряд аккумулятора - 19.

Поскольку длительность пиковых перегрузок сети обычно невелика и прогнозируема, а инвертор устройства используется для питания только одной нагрузки с известной мощностью, то для питания устройства не требуется аккумулятор с экстремально-большой емкостью, а следовательно, и габаритами.

Вариант размещения и подключения устройства.

На вводе в здание или помещение - 26 (Фиг.7), после вводного автомата, устанавливается реле неприоритетной нагрузки - 33, выходная приоритетная линия которого соединена с внутренней электросетью - 28, а выходная неприоритетная линия - 34 соединена с входом управления устройства. Переключение питания нагрузки с электросети на инвертор и обратно происходит при пропадании-появлении напряжения сети в выходной неприоритетной линии - 34. Входная линия - 36 соединена с электросетью, а выходная линия - 35 соединена с нагрузкой.

Питание и управление устройства может осуществляться и от выходной неприоритетной линии - 34 реле неприоритетной нагрузки - 33 (Фиг.8), соединенной с входной линией - 36, связанной логически или физически со входом управления. Переключение питания нагрузки с электросети на инвертор и обратно происходит при пропадании-появлении напряжения сети в выходной неприоритетной линии - 34.

Перечень обозначений

1 - Входная линия;

2 - Датчик тока внутренней электросети с розетками;

3 - Пороговое устройство;

4 - Логический процессор;

5 - Индикаторные светодиоды;

6 - Передатчик команд дистанционного управления (вариант радиоуправления);

7 - Корпус управляющего блока;

8 - Выходная приоритетная линия;

9 - Входная линия;

10 - Приемник;

11 - Силовой модуль;

12 - Индикаторный светодиод;

13 - Силовой ключ;

14 - Корпус коммутирующего блока;

15 - Выходная неприоритетная линия;

16 - Входная линия;

17 - Зарядное устройство;

18 - Приемник команд дистанционного управления (вариант радиоуправления);

19 - Аккумулятор;

20 - Схема управления;

21 - Инвертор;

22 - Переключатель;

23 - Выходная линия;

24 - Корпус инверторного блока;

25 - Вход управления.

26 - Ввод в здание или помещение;

27 - Управляющий блок;

28 - Выходная приоритетная линия, соединенная с внутренней электросетью;

29 - Коммутирующий блок 1;

30 - Коммутирующий блок N;

31 - Розеточный адаптер инверторного блока;

32 - Инверторный блок;

33 - Внешнее реле неприоритетной нагрузки;

34 - Выходная неприоритетная линия;

35 - Выходная линия инверторного блока;

36 - Входная линия инверторного блока.

Использование: в области электротехники. Технический результат - обеспечение возможности подключения оборудования, превышающего лимит установленной мощности без модернизации электрической сети. Устройство лимитирования потребляемой мощности состоит из управляющего блока, содержащего: входную линию, выходную линию, датчик тока, расположенный на электрическом вводе в здание или помещение, пороговое устройство, логический процессор, передатчик команд дистанционного управления, индикаторные светодиоды, и одного или нескольких инверторных блоков, расположенных в точках подключения конечных нагрузок к внутренней электросети, каждый из которых содержит: входную линию, переключатель нагрузки, аккумулятор, зарядное устройство, инвертор, схему управления, приемник команд дистанционного управления, при этом взаимодействие управляющего блока с инверторными блоками осуществляется с помощью команд дистанционного управления. 3 н. и 10 з.п. ф-лы, 8 ил.

1. Устройство лимитирования потребляемой мощности, отличающееся тем, что состоит из управляющего блока, содержащего: входную линию, выходную линию, датчик тока, расположенный на электрическом вводе в здание или помещение, пороговое устройство, логический процессор, передатчик команд дистанционного управления, индикаторные светодиоды и одного или нескольких инверторных блоков, расположенных в точках подключения конечных нагрузок к внутренней электросети, каждый из которых содержит: входную линию, переключатель нагрузки, аккумулятор, зарядное устройство, инвертор, схему управления, приемник команд дистанционного управления, при этом взаимодействие управляющего блока с инверторными блоками осуществляется с помощью команд дистанционного управления.

2. Устройство лимитирования потребляемой мощности по п.1, отличающееся тем, что команды дистанционного управления могут передаваться по радиоканалу или по питающей электросети - в любом стандарте.

3. Устройство лимитирования потребляемой мощности по п.1, отличающееся тем, что датчик тока управляющего блока может быть как внешним, так и внутренним.

4. Устройство лимитирования потребляемой мощности по п.1, отличающееся тем, что управляющий блок может содержать модуль беспроводной связи с внешними устройствами для управления и обмена информацией.

5. Устройство лимитирования потребляемой мощности по п.1, отличающееся тем, что схема управления инверторного блока может содержать дополнительное устройство для управления переключателем таким образом, чтобы переключение нагрузки происходило с соблюдением синфазности напряжений инвертора и электросети.

6. Способ лимитирования потребляемой мощности, отличающийся тем, что предусматривает подключение нагрузок к электросети с ограниченной мощностью с помощью управляющего блока и одного или нескольких инверторных блоков, распределенных по электросети и коммутирующих подключенную к ним конечную электрическую нагрузку в соответствии с дистанционными командами управления управляющего блока, напряжение с входной линии которого поступает на выходную линию, соединенную с электросетью, к которой подключаются потребители с высоким приоритетом, а суммарный ток нагрузок электросети контролируется на ее вводе с помощью датчика тока, сигнал с которого поступает на пороговое устройство, где сравнивается с установленным порогом срабатывания - уставкой, и если при этом суммарный ток нагрузок электросети не превышает значение уставки устройства, то питание нагрузки инверторного блока осуществляется от электросети, при этом напряжение питания поступает на входную линию инверторного блока и через замкнутые контакты переключателя нагрузки - на выходную линию с нагрузкой, в это время инвертор выключен, а аккумулятор заряжается зарядным устройством, питающимся от входной линии, но если потребляемый нагрузками ток превысит ток уставки, то сигнал с датчика тока поступит на пороговое устройство управляющего блока, которое выдаст соответствующий сигнал на логический процессор, который посредством передатчика передаст на инверторный блок соответствующую команду дистанционного управления, где она будет принята приемником и передана на схему управления, которая запустит инвертор и, с помощью переключателя нагрузки, переключит нагрузку с входной линии на выход инвертора, тем самым разгрузив сеть, и если сразу после этого суммарный ток нагрузок электросети снизится до величины уставки, инверторный блок останется в таком же состоянии за счет временной задержки на обратное переключение, предусмотренной в логическом процессоре управляющего блока, но через заданное время, логический процессор, посредством передатчика, соответствующей командой дистанционного управления, принятой приемником инверторного блока, посредством схемы управления вновь переключит нагрузку с питания от инвертора на питание от электросети, и если при этом суммарный ток нагрузок окажется ниже или равным заданному, то эта нагрузка останется подключенной к электросети, инвертор выключится, зарядное устройство начнет заряд аккумулятора, но если суммарный ток нагрузок электросети превысит заданное значение, то процесс переключения нагрузки на питание от инвертора повторится, а если инверторных блоков несколько, то управляющий блок будет передавать команды дистанционного управления на последовательное переключение нагрузок этих блоков с сети на инверторы до тех пор, пока общий потребляемый нагрузками ток не снизится до установленной величины, тогда через заданное время начнется обратное переключение питания нагрузок с инверторов на электросеть с контролем суммарного тока нагрузок электросети, и если превышения уставки не будет, то все потребители окажутся подключенными к питанию от электросети, а зарядные устройства инверторных блоков начнут восстанавливать потраченную аккумуляторами энергию.

7. Способ лимитирования потребляемой мощности по п.6, отличающийся тем, что команды дистанционного управления могут передаваться по радиоканалу в разрешенных диапазонах волн или по питающей электросети в любом стандарте.

8. Способ лимитирования потребляемой мощности по п.6, отличающийся тем, что может использоваться в однофазном и 3-фазном вариантах устройства.

9. Способ лимитирования потребляемой мощности по п.6, отличающийся тем, что схема управления инверторного блока может содержать дополнительное устройство для управления переключателем таким образом, чтобы переключение нагрузки происходило с соблюдением синфазности напряжений инвертора и электросети.

10. Способ лимитирования потребляемой мощности предусматривает подключение нагрузки (нагрузок) к электросети с ограниченной мощностью с использованием реле отключения неприоритетной нагрузки, отличающийся тем, что выходная неприоритетная линия вышеупомянутого реле подключается к управляющему входу устройства, в котором при отсутствии превышения лимита потребляемой нагрузками мощности и уставки реле отключения неприоритетной нагрузки питание нагрузки устройства осуществляется от электросети, при этом напряжение питания поступает на его входную линию и через замкнутые контакты переключателя нагрузки - на выходную линию, к которой подключена нагрузка, в это время инвертор выключен, аккумулятор заряжается зарядным устройством, питающимся от входной линии; а при превышении лимита потребляемой нагрузками мощности реле отключения неприоритетной нагрузки временно отключит подачу питания в неприоритетную линию, соединенную через вход управления со схемой управления устройства, которая запустит инвертор и переключит нагрузку с входной линии на выход инвертора с помощью переключателя нагрузки, разгрузив электросеть при превышении допустимой суммарной мощности нагрузок.

11. Способ лимитирования потребляемой мощности по п.10, отличающийся тем, что схема управления устройства может осуществлять управление переключателем таким образом, чтобы переключение нагрузки происходило с соблюдением синфазности напряжений инвертора и электросети.

12. Способ лимитирования потребляемой мощности по п.10, отличающийся тем, что может применяться в однофазном или 3-фазном вариантах устройства.

13. Способ лимитирования потребляемой мощности по п.10, отличающийся тем, что питание инверторного блока может осуществляться от выходной неприоритетной линии реле управления неприоритетной нагрузкой, соединенной с входной линией устройства, связанной логически или физически с входом управления, при этом управление переключением и работой инверторного блока будет происходить по наличию или отсутствию напряжения питания на выходной неприоритетной линии реле отключения неприоритетной нагрузки.