СОЕДИНИТЕЛЬНЫЙ БЛОК И СЕТЬ ДЛЯ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ЭНЕРГИИ Российский патент 2019 года по МПК H02H3/02 H01H89/00 H01H7/00 

Изобретение относится к способу для отключения выхода соединительного блока.

Такие соединительные блоки и способы необходимы, чтобы обеспечивать машины в промышленной среде электрической энергией.

ПРЕДШЕСТВУЮШИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

В предшествующем уровне техники существуют многочисленные подходы и способы, чтобы осуществлять распределение энергии эффективным и удобным в использовании образом.

Так, публикация DE 10 2004 021 380 А1 раскрывает устройство для электроснабжения, которое имеет множество компонентов электроснабжения. Компоненты электроснабжения снабжены, соответственно, интерфейсом связи и соединены через этот интерфейс связи и канал связи с общим блоком анализа и управления. Блок анализа и управления осуществляет управление распределением нагрузки и компонентами электроснабжения.

Публикация DE 101 55 189 А1 раскрывает способ регулирования электроснабжения множества полевых устройств, которые соединены посредством шины данных и снабжаются током через шину данных. При этом определяется потребление тока отдельных полевых устройств, и потребление тока полевых устройств устанавливается с помощью соответствующих управляющих сигналов. Таким образом, потребление тока отдельных полевых устройств может устанавливаться централизованным образом и тем самым адаптироваться к условиям процесса.

Публикация US 7,058,482 В2 раскрывает модуль выборки и передачи данных для системы распределения энергии. Модуль имеет микропроцессор и сетевое подключение. Микропроцессор принимает один или несколько первых сигналов в качестве указания для состояния энергии в системе распределения энергии. Через сетевой интерфейс, микропроцессор осуществляет связь с сетью передачи данных.

Публикация WO 2009/127817 A1 описывает самоорганизующуюся сеть распределения энергии для областей большой площади. При этом раскрывается, что параллельно сети распределения энергии включается сеть связи, и посредством переключателей и измерительных устройств определяется по меньшей мере часть топологии, причем сеть распределения энергии разделяется на зоны, которые затем могут отключаться отдельно одна от другой.

Публикация ЕР 2 692 066 А2, как и WO 2015/043663, раскрывает энергосеть с функцией передачи данных для распределения электрической энергии в промышленной сфере. Эта энергосеть располагает специальными соединительными блоками и связанным с ними способом эксплуатации и оценки, который позволяет после сооружения и кабельной разводки автоматически определять и воспроизводить топологию распределения энергии. На этой основе, можно затем определять потребление энергии в отдельных ветвях, например, также при древовидной или кольцеобразной сетевой структуре. В частности, при этом можно распознавать и локализовать отклонения от номинального значения, например, несоразмерно высокое потребление тока, так что в результате некоторые потребители и/или целые сегменты энергосети могут подключаться и отключаться. Для анализа, соответствующие значения релевантных электрических параметров могут непрерывно наблюдаться, сохраняться в базе данных, храниться в течение произвольного периода времени и представляться графически. Ошибки подключения, разрыв провода и перегрузка, а также низкое напряжение могут обнаруживаться путем анализа значений соответствующих электрических параметров и корректироваться. В частности, раскрыто использование встроенного в соединительные блоки силового переключателя.

Кроме того, публикация ЕР 0 886 878 А1 раскрывает переключающее устройство с подвижным контактным элементом для создания разделяющего участка и со встроенным в контактный элемент переключающим элементом, причем переключающий элемент представляет собой полупроводниковый переключающий элемент.

В документе WO 2015/04663 A1 раскрывается коробка для объединения n проводов или m массивов DC-части PV-системы, содержащая множество n входов постоянного тока для электрического соединения с n проводами, или несколько m входов постоянного тока для электрического подключения с m-массивами, по меньшей мере, n или m датчиков постоянного тока для определения направления постоянных токов, проводимых в n или m входах постоянного тока, и блок управления объединение. Датчики направления постоянного тока передают свои выходные сигналы в блок управления объединением. Блок управления объединением передает первый сигнал запуска первым блокам коммутации, связанным с датчиками направления токов, для открытия n-1 или m-1 пар n или m первых коммутационных блоков для подачи постоянных токов между каждым из n-1 или m-1 входом постоянного тока и двумя сборными шинами, если в остальном одном из входов постоянного тока постоянный ток осуществляет переход от прямого направления тока к первому току обратного направления. Это позволяет быстро размещать и удалять неисправную цепь или массив без значительного перерыва в системе PV и с небольшими коммутационными блоками, как правило, с гибридными переключателями. Таким образом, система PV характеризуется высокой результативностью и высокой надежностью и может быть установлена и эксплуатироваться с высокой эффективностью с точки зрения затрат.

Недостаток в предшествующем уровне техники состоит в том, что вышеупомянутые энергосети являются либо слишком дорогостоящими, либо слишком негибкими для многих применений, например, промышленного использования. Кроме того, существуют высокие требования к эксплуатационной надежности, в частности, касающиеся процессов включения и выключения.

ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ

Задача настоящего изобретения состоит в том, чтобы Особое процессы переключения могли выполняться безопасным и экономичным образом.

Эта задача решается признаками независимого пункта формулы изобретения.

Предпочтительные варианты осуществления настоящего изобретения приведены в зависимых пунктах формулы изобретения.

Особое преимущество заключается в том, что процессы переключения могут выполняться безопасным и экономичным образом.

Кроме того, особенно предпочтительно, что по меньшей мере часть административных задач сети выполняется самим соединительным блоком, то есть децентрализованным образом. Например, техническая ошибка может своевременно обнаруживаться блоком оценки, и может выполняться соответствующее действие, например, отключаться выход.

Соединительный блок для распределения энергии имеет по меньшей мере один вход и по меньшей мере один выход, а также электронный переключатель и соединенный последовательно с ним механический разъединитель, например реле, через который вход соединяется с выходом для передачи энергии, и отличается тем, что соединительный блок имеет внутренний блок оценки с по меньшей мере одним процессором и память данных, причем в памяти данных сохранена программа оценки, которая для предназначена для исполнения процессором.

Внутренний блок оценки может представлять собой отдельный модуль с собственным процессором и собственной памятью данных.

Однако соединительный блок может предпочтительно иметь так называемый ʺпереключатель данныхʺ, который соединен через шину данных с переключателем и разделителем и который с блоком оценки объединен в центральный блок оценки и управления.

Программа оценки может, в частности, характеризоваться следующими особенно предпочтительными признаками:

Программа оценки может включать в себя устанавливаемый избирательный режим безопасности в форме избирательной защиты. Программа оценки включает в себя, в частности, регулируемый режим перегрузки.

Кроме того, программа оценки может включать в себя режим обучения для высоких пусковых токов.

Программа оценки может включать в себя средство для идентификации подключенных устройств.

Кроме того, программа оценки может включать в себя средство для построения сети с дополнительными соединительными блоками.

Программа оценки может быть конфигурируемой децентрализованным или централизованным образом.

Программа оценки может включать в себя средства для установления данных энергопотребления.

Программа оценки может включать в себя средства для идентификации подключенных устройств.

Соединительный блок может содержать механический разъединитель для гальванической развязки. Для этого особенно предпочтительно, если программа оценки включает в себя счетчик для подсчета гальванических разъединений с помощью механического разъединителя, в частности, тех разъединений, которые происходят под нагрузкой. А именно, если разъединитель временами все-таки должен нежелательным образом разъединяться под нагрузкой, это связанно с износом разъединителя. Тогда с помощью счетчика можно определить, сколько таких разъединений уже испытал разъединитель. После заданного числа разъединений может выдаваться сигнал тревоги/соответствующее сообщение или т.п., которые указывают, что разъединитель должен быть заменен.

Тем самым могут использоваться также экономичные разъединители и, в частности, разъединители более компактной конструкции, что обеспечивает возможность особенно выгодной, плоской конструкции соединительного блока 2, которая является особенно предпочтительной для многих применений, например, в железнодорожной области. В частности, эти разъединители могут быть выполнены экономичными образом, так как разъединение под нагрузкой едва ли происходит, и, в принципе, частого разъединения под нагрузкой посредством того же самого разъединителя можно избежать, в частности, за счет использования счетчика.

Разъединитель может представлять собой так называемое известное специалисту ʺрелеʺ, т.е. механический, электронным способом управляемый переключатель, который в зависимости от электронного сигнала вызывает гальваническое разъединение.

Соединительный блок может включать в себя несколько отдельных выводов, которые предпочтительно могут отключаться независимо друг от друга. В частности, каждый выход может иметь гальванический элемент развязки, в частности, такой разъединитель. Это имеет преимущество, состоящее в том, что каждый соединительный блок образует малый независимый блок, к которому могут быть подключено множество потребителей, и который может анализироваться и управляться с помощью собственной программы оценки, причем каждый из потребителей может отключаться по отдельности и надежным образом.

Энергосеть с несколькими такими соединительными блоками может, например, также выполнять оценку энергопотребления, причем средства для оценки энергопотребления расположены децентрализованным образом в соединительном блоке, т.е. на месте, где происходит энергопотребление. Кроме того, энергосеть включает в себя средства для передачи данных, так что результаты могут определяться централизованным образом.

Расположенные в соединительных блоках средства для оценки могут включать в себя, например, устройства измерения тока, напряжения и/или электрической мощности, а также децентрализованное программное обеспечение оценки.

Кроме того, как уже было описано, предусмотрены средства для отключения отдельных выходов.

Децентрализованное программное обеспечение оценки может хранить измеренные данные в течение предопределенного временного интервала, затем оценивать эти данные и сравнивать оценку, например, с текущими данными. Это особенно выгодно, чтобы локализовать необычно высокое энергопотребление в конкретной ветви распределения энергии.

Децентрализованное программное обеспечение оценки может вызвать в зависимости от результата этого сравнения сигнал тревоги, то есть, например, вывести сообщение, включить лампу тревожной сигнализации красного цвета и/или отключить соответствующий выход.

Электронный переключатель может представлять собой, например, транзисторную схему. Разъединитель представляет собой гальванический, т.е. механический разъединитель, например, реле переключения. Под размыканием/выключением переключателя/ разъединителя следует понимать, что электрически проводящее соединение между входом и выходом переключателя/разъединителя прерывается. Под замыканием/включением переключателя/ разъединителя следует понимать, что электрически проводящее соединение устанавливается между его входом и его выходом.

Отключение такого вывода может осуществляться следующим образом:

- размыкание электронного переключателя с помощью программы оценки;

- ожидание в течение определенного временного интервала Δt;

- измерение потенциала на выходе электронного переключателя с помощью программы оценки и соответствующего устройства измерения напряжения;

- сравнение измеренного потенциала с заранее заданным значением;

- установка параметра деблокирования в зависимости от падения измеренного потенциала ниже заранее заданного значения;

- размыкание разъединителя в зависимости от параметра деблокирования.

Параметр деблокирования предпочтительно может иметь два значения, например, положительное или отрицательное. Значения параметра деблокирования определяются в зависимости от приложения рабочего напряжения на разъединителе. Если параметр деблокирования является положительным, то разъединение может быть осуществлено без проблем. Если параметр деблокирования является отрицательным, то разъединение может предотвращаться, например, с помощью программного обеспечения. Кроме того, таким же образом может осуществляться процесс включения, т.е. замыкание разъединителя, чтобы предотвратить включение под нагрузкой.

При таком способе, при необходимости, выполняется нормативно предписываемое гальваническое разъединение для определенных выходов/напряжений и т.д., и одновременно разъединитель, например реле, защищается от переключения под нагрузкой, так что его износ является крайне низким.

Однако отключение гальванического разъединителя, которое осуществляется исключительно в зависимости от ранее выполненного электронного отключения, может рассматриваться как по меньшей мере спорная интерпретация соответствующих предписаний.

Поэтому, этот способ может быть дополнен присвоением уровня приоритета для предусмотренного процесса отключения, а именно, путем выполнения процесса отключения в зависимости от уровня приоритета. Если уровень приоритета высок, то отключение должно осуществляться в любом случае.

При осуществленном процессе отключения при одновременно отрицательном параметре деблокирования, осуществляется увеличение содержимого внутреннего счетчика.

Как уже описано выше, при достижении определенного состояния счетчика может выдаваться сигнал тревоги, так что разъединитель, после обусловленного этим износа, заменяется. В частности, разъединитель может оставаться до его замены в разомкнутом состоянии, чтобы вызвать его замену, например, пользователем или по меньшей мере чтобы воспрепятствовать его эксплуатации.

Кроме того, с помощью этой схемы можно также избежать ʺвставки под нагрузкойʺ. Деблокирование блокировки разъема (штекерного соединителя), подключенного к соответствующему выходу, осуществляется тогда в зависимости от процесса отключения. Таким образом, штекер может быть вставлен и/или удален только тогда, когда осуществляется относящееся к этому деблокирование с помощью параметра деблокирования.

ПРИМЕР ВЫПОЛНЕНИЯ

Пример выполнения изобретения показан на чертежах и будет объяснен более подробно ниже. На чертежах представлено следующее:

Фиг. 1 - транспортировочная установка с энергосетью.

Фиг. 2 - соединительный блок с четырьмя каналами.

Фиг. 3 - канал соединительного блока;

Фиг. 4 - блок-схема последовательности операций процесса отключения.

Фигуры содержат частично упрощенное схематичное представление. Частично, для подобных, но, при обстоятельствах, не идентичных элементов используются идентичные ссылочные позиции. Различные виды одинаковых элементов могут быть по-разному масштабированными.

Фиг. 1 показывает транспортировочную (конвейерную) установку, содержащую несколько модулей 3, 3', 3ʺ,… с энергосетью, включающей в себя электрическое устройство 1 энергоснабжения и соединительные блоки 2, 2', 2ʺ,….

Первый соединительный блок 2 снабжает энергией первый модуль 3. Второй соединительный блок 2ʺ снабжает энергией два других соединительных блока, а именно, третий 2ʺ и пятый соединительный блок 2ʺʺ. Тем самым возникает разветвление энергосети.

Третий соединительный блок 2ʺ снабжает энергией два модуля, а именно, второй 3' и третий модуль 3ʺ, и четвертый соединительный блок 2ʺʺ. Четвертый соединительный блок 2'ʺ снабжает энергией четвертый модуль 3'ʺ.

Пятый соединительный блок 2ʺʺ снабжает энергией пятый модуль 3ʺʺ и шестой соединительный блок 2ʺʺ'.

Шестой соединительный блок 2ʺʺ' снабжает энергией шестой модуль 3ʺʺ'.

Фиг. 2 показывает в качестве примера соединительный блок 2 с входом 21, четырьмя каналами 24, 24',… каждый из которых имеет соответствующий блок 23, 23',… переключения и соответствующий выход 22, 22',….

Фиг. 3 показывает пример структуры отдельного канала 24.

Блок 23 переключения включает в себя электронный переключатель 231, подключенное к нему электрическое измерительное устройство 232, в частности, вольтметр, и последующий гальванический разъединитель 233, в частности, реле. Этот блок переключения со стороны входа подключен к входу 21 и через выходное сопротивление 27 к выходу 22 канала. Электронный переключатель имеет выход управления, который через линию данных соединен со схемой 234 задержки (ʺΔtʺ) и оттуда через вход логического звена соединен с разделителем 233. Кроме того, электронный переключатель 231 осуществляет двунаправленный обмен данными с блоком 26 оценки, который содержит программу оценки и может дополнительно включать в себя переключатель. Кроме того, блок 26 оценки имеет внешний вход 25 управления. Электрическое измерительное устройство 232 имеет интерфейс данных, который подключен к блоку 26 оценки и, таким образом, снабжает блок 26 оценки соответствующими измеренными данными. Блок 26 обработки имеет выход 261 управления, который может управлять электронным переключателем 231. Кроме того, блок 26 оценки имеет другой выход 262 управления, который соединен с логическим звеном 235 и через него вместе с задержанным сигналом электронного переключателя 231 управляет разъединителем 233.

В частности, блок 26 оценки имеет счетчик Z, который может быть предпочтительно выполнен в виде программного компонента.

С помощью такого схемного устройства может быть реализован следующий процесс отключения:

- размыкание электронного переключателя 231 с помощью блока 26 оценки;

- ожидание в течение определенного временного интервала Δt;

- измерение потенциала на выходе электронного выхода с помощью электрического измерительного устройства 232;

- сравнение измеренного потенциала с предопределенным значением с помощью блока 26 оценки;

- установка параметра деблокирования, как только измеренный потенциал спадает ниже заранее заданного значения;

- размыкание механического разъединителя 233 в зависимости от параметра деблокирования.

Параметр деблокирования предпочтительно может принимать два значения, например, положительное или отрицательное, в зависимости от приложения рабочего напряжения к разъединителю 233. Когда параметр деблокирования является положительным, то разъединение может выполняться без каких-либо проблем. Если параметр деблокирования является отрицательным, то разъединение может предотвращаться.

Подобным образом, может также осуществляться процесс включения, при этом разъединитель 233 замыкается без нагрузки, прежде чем электрический переключатель 231 замыкается.

Кроме того, в частности, процесс выключения может осуществляться в зависимости от уровня приоритета. Если уровень приоритета высок, то выключение должно осуществляться в любом случае. Если уровень приоритета низкий, то выключение может осуществляться в зависимости от состояния переключения электронного переключателя 231, в частности, с задержкой с помощью звена задержки 234 и/или измеренного значения электронного измерительного устройства 232. Опорное значение Prio_Ref может быть заранее задано или установлено вручную. Таким образом, могут быть определены различные уровни приоритета, например, защита человеческой жизни, защита устройства, безопасность эксплуатации и т.п.

Поэтому, при выполненном процессе отключения при одновременно отрицательном параметре деблокирования, осуществляется увеличение содержимого внутреннего счетчика Z, который может быть составной частью программы оценки.

Таким образом, получается блок-схема последовательности операций, показанная на фиг. 4:

A.) Запуск процесса выключения;

В.) Размыкание (выключение) электронного переключателя 231 с помощью блока 26 обработки;

- (не показано) Ожидание определенного временного интервала Δt;

С.) Измерение потенциала на выходе электронного выхода с помощью электрического измерительного устройства 232;

D.) Сравнение измеренного потенциала U с заранее заданным значением U_Ref с помощью блока 26 оценки;

Если U<U_Ref, то выключить/разомкнуть разъединитель 233;

Если U>U_Ref, то

Е.) Опрос приоритета процесса выключения, если Prio>Prio_Ref, то

F.) Счетчик:=Счетчик+1 (приращение) и

G.) Разъединитель 233 разомкнуть (выключить).

Как описано выше, при определенном состоянии счетчика может последовать сигнал тревоги, так что разъединитель 233, ввиду обусловленного этим износа, заменяется. В частности, разъединитель 233 может оставаться до его замены в разомкнутом состоянии, чтобы вынудить, например, пользователя произвести его замену или по меньшей мере воспрепятствовать его эксплуатации.

Перечень ссылочных позиций

1 электрическое устройство энергоснабжения

2, 2',… соединительные блоки

21 вход

22, 22',… выходы

23, 23',… блоки переключения

231 электронный переключатель

232 электрическое измерительное устройство

233 механический/гальванический разъединитель/реле

234 звено задержки

235 логическая схема

24, 24',… каналы

25 внешний вход управления

26 блок оценки

27 выходное сопротивление

3, 3',… модули транспортировочной системы

А запустить процесс выключения

В выключить электронный переключатель

С измерить потенциал ʺUʺ

D опрос U>U_Ref

E опрос Prio>Prio_Ref

F выполнить приращение счетчика

G выключить разъединитель

Prio>Prio_Ref приоритет процесса выключения/относящееся к этому пороговое значение

Z счетчик

1. Способ отключения выхода соединительного блока для распределения энергии, имеющего вход (21) и по меньшей мере один выход (22), а также электронный переключатель (231) и соединенный последовательно с ним механический разъединитель (233), с помощью которого вход (21) соединен с выходом (22) для передачи энергии, причем соединительный блок (2) имеет внутренний блок (26) оценки с по меньшей мере процессором и памятью данных, причем в памяти данных сохранена программа оценки, которая предназначена для исполнения процессором,

содержащий следующие этапы:

- размыкание электронного переключателя (231) с помощью блока оценки;

- ожидание в течение определенного временного интервала (Δt);

- измерение потенциала (U) на выходе электронного переключателя (231) с помощью блока (26) оценки и электрического измерительного устройства (232);

- сравнение измеренного потенциала (U) с заранее заданным значением (U_Ref);

- установка параметра деблокирования в зависимости от падения измеренного потенциала (U) ниже заранее заданного значения (U_Ref);

- размыкание механического разъединителя (233) в зависимости от параметра деблокирования.

2. Способ по п. 1, дополнительно содержащий следующие этапы:

- создание уровня приоритета (Prio) для предусмотренного процесса отключения;

- выполнение процесса отключения в зависимости от уровня приоритета (Prio);

- при выполненном процессе отключения и не установленном параметре деблокирования увеличение содержимого счетчика (Z).

3. Способ по любому из пп. 1, 2, дополнительно содержащий следующие этапы:

- деблокирование блокировки подключенного к соответствующему выходу (22) штекерного соединителя в зависимости от процесса отключения;

- изъятие штекерного соединителя из отключенного выхода.