Вводно-распределительное устройство ответственных электроприёмников Российский патент 2021 года по МПК H02J9/04 

Изобретение относится к области электротехники, а именно к производству, преобразованию и распределению электроэнергии, и может быть использовано для организации питания ответственных электроприемников электрической энергией от двух независимых взаиморезервированных трехфазных вводов сети с изолированной нейтралью.

Известно вводно-распределительное устройство (ВРУ) ответственных электроприемников, содержащее блоки, обеспечивающие возможность ввода, распределения электрической энергии, а также управления и защиты отходящих групповых электрических цепей, которые размещаются в виде соответствующих функциональных модулей: ввода, автоматического включения резерва, распределения и т.д. [1].

Такое ВРУ, при возникновении нарушений электроснабжения по рабочему вводу осуществляет автоматический перевод питания ответственных электроприемников на резервный ввод. В то же время, нарушения электроснабжения, как правило, связаны с воздействием на элементы системы электроснабжения (СЭС) атмосферных разрядов, коммутаций в энергетических системах и т.д., которые сопровождаются перенапряжениями и импульсными электромагнитными помехами, распространяющимися по СЭС и вызывающими сбои и (или) отказы электронных устройств автоматики [2]. Поэтому недостатками рассматриваемого ВРУ, с одной стороны, является отсутствие на входах устройства элементов защиты от перенапряжений и электромагнитных помех, что приводит к отказу в автоматическом переключении источников, а с другой, невозможностью дистанционного контроля и управления процессом функционирования.

Из известных технических решений наиболее близким к предлагаемому устройству является вводно-распределительное устройство [3], включающее модуль ввода, содержащий два канала ввода, каждый из которых содержит последовательно соединенные вводные шины, трехфазные аппараты защиты и управления, модуль распределения, снабженный аппаратами защиты и управления, который также имеет цепи дистанционного управления и сигнализации.

Недостатком этого устройства, принятого нами за прототип, является то, что, с одной стороны, для обеспечения защиты от аварийных режимов используются автоматические выключатели, имеющие ограниченные возможности по защите сетей с изолированной нейтралью, а с другой, отсутствие средств локализации перенапряжений и электромагнитных помех, что приводит к снижению устойчивости электроснабжения ответственных электроприемников при деструктивных воздействиях. Кроме того, применение вводных шин для присоединения независимых источников затрудняет замену источников электроэнергии в процессе эксплуатации.

Целью изобретения является повышение устойчивости электроснабжения ответственных электроприемников при воздействии перенапряжений и импульсных электромагнитных помех, упрощение замены источников электроэнергии, а также расширение области применения ВРУ.

Указанная цель достигается тем, что в вводно-распределительное устройство, имеющее модуль ввода, содержащий два канала ввода с трехфазным аппаратом защиты и управления в каждом, модуль распределения, снабженный аппаратами защиты и управления с цепями дистанционного управления и сигнализации, включаются блоки контроля сопротивления изоляции и ограничителей перенапряжений, а цепи автоматики выполняются с линейными модулями защиты от импульсных помех на основе составного двунаправленного ограничительного диода, изолирующего трансформатора с экраном и конденсатора. Кроме того, вместо вводных шин применены блоки присоединения вводов на основе герметизированных разъемов, что позволяет упростить замену источников электроэнергии.

Применение блоков контроля сопротивления изоляции в цепи питания каждого ввода позволяет использовать вводно-распределительное устройство в сетях не только с глухозаземленной нейтралью, но и с изолированной нейтралью, т.е. расширяет область применения устройства.

На фиг. 1-2 изображена схема предлагаемого устройства.

Оно содержит:

1 - первый независимый ввод трехфазного переменного напряжения;

2 - второй независимый ввод трехфазного переменного напряжения;

3 - модуль ввода;

4 - модуль автоматического включения резерва;

5 - модуль распределения;

6.1, 6.2 - ответственные электроприемники;

7 - канал связи с автоматизированной системой управления;

8.1, 8.2 - блок присоединения;

9.1, 9.2 - блок ограничителей перенапряжений;

10.1, 10.2 - блок контроля изоляции;

11.1, 11.2 - блок защиты от импульсных помех;

12.1, 12.2 - блок контроля напряжения ввода;

13 - блок питания;

14 - блок автоматики;

15.1, 15.2 - вводной силовой защитно-коммутационный аппарат;

16 - шины гарантированного питания;

17.1, 17.2 - групповой силовой защитно-коммутационный аппарат;

18.1, 18.2, 18.3 - линейный модуль защиты от импульсных помех;

19 - составной двунаправленный ограничительный диод;

20 - предохранитель;

21 - изолирующий трансформатор с экраном;

22 - конденсатор.

Устройство работает следующим образом.

Питание блока автоматики 14 осуществляется от блока питания 13, который подключен по двум параллельным (взаиморезервированным) каналам, соответственно к первому независимому вводу трехфазного переменного напряжения 1, через блок присоединения 8.1, блок ограничителей перенапряжения 9.1, блок контроля сопротивления изоляции

10.1 и блок защиты от импульсных помех 11.1, а также к второму независимому вводу трехфазного переменного напряжения 2, через блок присоединения 8.2, блок ограничителей перенапряжений 9.2, блок контроля сопротивления изоляции 10.2 и блок защиты от импульсных помех 11.2.

Параллельно с первым и вторым входом блока питания напряжение с первого независимого ввода трехфазного переменного напряжения 1 и второго независимого ввода трехфазного переменного напряжения 2 поступает соответственно на входы блоков контроля напряжения ввода 12.1 и 12.2. Сигналы о наличии напряжения с требуемыми ответственным электроприемникам параметрами с блоков контроля напряжения ввода 12.1 и 12.2 поступают в блок автоматики 14.

При наличии сигналов с двух блоков контроля напряжения ввода 12.1 и 12.2 блок автоматики 14 выдает сигнал на включение вводного силового защитно-коммутационного аппарата 15.1.

Питание ответственных электроприемников 6.1 и 6.2 осуществляется от первого независимого ввода трехфазного переменного напряжения 1 через блок присоединения 8.1, блок ограничителей перенапряжения 9.1, блок контроля сопротивления изоляции, вводной силовой защитно-коммутационный аппарат 15.1, шины гарантированного питания 16 и соответствующие групповые силовые защитно-коммутационные аппараты 17.1, 17.2.

При воздействии молнии на первом независимом вводе трехфазного переменного напряжения 1 возникает перенапряжение, которое поступает через блок присоединения 8.1 в блок ограничителей перенапряжения 9.1, где оно ограничивается до уровня напряжения, допустимого для изоляции электроустановки. В блоке защиты от импульсных помех 11.1 происходит дальнейшее снижение уровня напряжения, до допустимого для электронных устройств автоматики, при помощи трех линейных модулей защиты от импульсных помех 18.1, 18.2 и 18.3, включенных на три междуфазных напряжения U_ab, U_bc, U_ca соответственно. На первом этапе снижение уровня напряжения осуществляется с помощью составного двунаправленный ограничительного диода 19, на втором с помощью изолирующего трансформатора с экраном 21 и конденсаторе 22 на заключительном этапе. Использование изолирующих трансформаторов 21 с экраном из фольги или проволоки, соединенным с корпусом, позволяет минимизировать емкостную связь между первичной и вторичной обмоткой трансформатора и соответственно ослабляет уровень передаваемого импульса перенапряжения. Применение конденсатора 22 позволяет выполнить поглощение энергии импульса на выходе трансформатора 14. При этом перенапряжения не поступают в блок контроля напряжения ввода 12.1, блок питания 13 и блок автоматики 14, а соответственно не вызывают сбоев как в их собственной работе, так и работе управляемого оборудования, и следовательно не нарушают устойчивость электроснабжения ответственных электроприемников.

При воздействии импульсных электромагнитных помех, характеризуемых большой крутизной фронта, по первому независимому вводу трехфазного переменного напряжения 1 они поступают через блок присоединения 8.1 в блок ограничителей перенапряжения 9.1, однако из-за относительно большого времени срабатывания ограничителей перенапряжения они на первой стадии, до момента их срабатывания, распространяются далее. В блоке защиты от импульсных помех 11.1 происходит снижение уровня напряжения при помощи трех линейных модулей защиты от импульсных помех 18.1, 18.2 и 18.3, включенных на три междуфазных напряжения U_ab, U_bc, U_ca соответственно. На первом этапе снижение уровня напряжения осуществляется с помощью составного двунаправленный ограничительного диода 19, на втором с помощью изолирующего трансформатора с экраном 21 и конденсаторе 22 на заключительном этапе, а ограничение аварийных значений импульсных токов выполняется с помощью предохранителя 20. Использование изолирующих трансформаторов 21 с экраном из фольги или проволоки, соединенным с корпусом, позволяет минимизировать емкостную связь между первичной и вторичной обмоткой трансформатора и соответственно ослабляет уровень передаваемой импульсной электромагнитной помехи. Применение конденсатора 22 позволяет выполнить поглощение энергии импульсной помехи на выходе трансформатора 14. При этом импульсные электромагнитные помехи не поступают в блок контроля напряжения ввода 12.1, блок питания 13 и блок автоматики 14, а соответственно не вызывают сбоев как в их собственной работе, так и работе управляемого оборудования, и следовательно не нарушают устойчивость электроснабжения ответственных электроприемников.

При пропадании напряжения на первом независимом вводе трехфазного переменного напряжения 1 или отклонении его значения больше заданного уровня, блок контроля напряжения ввода 12.1 выдает соответствующий сигнал в блок автоматики 14, по которому происходит отключение вводного силового защитно-коммутационный аппарат 15.1 и включение вводного силового защитно-коммутационного аппарата 15.2. В этом случае питание ответственных электроприемников 6.1 и 6.2 осуществляется от второго независимого ввода трехфазного переменного напряжения 2 через блок присоединения 8.2, блок ограничителей перенапряжения 9.2, блок контроля сопротивления изоляции, вводной силовой защитно-коммутационный аппарат 15.2, шины гарантированного питания 16 и соответствующие групповые силовые защитно-коммутационные аппараты 17.1, 17.2. Питание блока автоматики 14 продолжает осуществляться от блока питания 13, который подключен к второму независимому вводу трехфазного переменного напряжения 2, через блок присоединения 8.2, блок ограничителей перенапряжения 9.2, блок контроля сопротивления изоляции 10.2 и блок защиты от импульсных помех 11.2.

При воздействии молнии или импульсных электромагнитных помех по второму независимому вводу трехфазного переменного напряжения устройство работает аналогично, как и при воздействии по первому независимому вводу трехфазного переменного напряжения.

В случае необходимости выполнить замену независимых источников трехфазного переменного напряжения электроэнергии она проводится оперативно, без сложных монтажных операций, путем перестыковки вводов 1 или 2 на герметизированных разъемах 8.1 или 8.2 соответственно.

По каналу связи с автоматизированной системой управления 7 данные о состоянии устройства и наличия напряжения на вводах передаются в автоматизированную систему управления технологическим процессом, а также происходит дистанционное изменение положения силовых защитно-коммутационных аппаратов и параметров устройства.

Таким образом, использование блоков ограничителей перенапряжений и блоков защиты от импульсных помех в составе трех линейных модулей защиты от импульсных помех на основе составных двунаправленных ограничительных диодов, изолирующих трансформаторов с экраном и конденсаторов, позволяет повысить устойчивость электроснабжения ответственных электроприемников при воздействии перенапряжений и импульсных электромагнитных помех, организация двух каналов питания блока автоматики от разных вводов дополнительно повышает устойчивость при нарушениях электроснабжения от одного из вводов, применение блоков контроля сопротивления изоляции в цепи питания каждого ввода расширяет область применения устройства на сети с изолированной нейтралью, выполнение блоков присоединения вводов в виде герметизированных разъемов позволяет упростить замену источников электроэнергии, а введение в устройство канала связи с автоматизированной системой управления позволяет дистанционно изменять параметры устройства и осуществлять контроль за его работой.

Заявителям не известен путь решения поставленной задачи с приведенной совокупностью существенных признаков, что говорит об "изобретательском уровне" технического решения.

Авторами испытано вводно-распределительное устройство с ограничителями перенапряжений и блоками защиты от импульсных помех на основе составных двунаправленных ограничительных диодов, изолирующих трансформаторов с экраном и конденсаторов, которое обеспечило устойчивое электроснабжение ответственных электроприемников при воздействии перенапряжений и импульсных электромагнитных помех.

Приведенные данные и сведения подтверждают возможность промышленного осуществления предлагаемого изобретения.

Источники информации

1. Тульчин И.К., Нудлер Г.И. Электрические сети и электрооборудование жилых и общественных зданий. - М.: Энергоиздат, 1990. - 480 с.

2. Электромагнитная совместимость и молниезащита в электроэнергетике. / А.Ф. Дьяков, Б.К. Максимов, Р.К. Борисов и др.; под ред. А.Ф. Дьякова. - М.: Изд. дом МЭИ, 2011. - 544 с.

3. Патент РФ №2279746 С1, кл. Н02В 1/00, Н02В 7/00, опубл. 10.07.2006.

Использование: в области электротехники для организации питания ответственных электроприемников электрической энергией от двух независимых взаиморезервированных трехфазных вводов сети с изолированной нейтралью. Технический результат заключается в повышении устойчивости электроснабжения ответственных электроприемников при воздействии перенапряжений и импульсных электромагнитных помех. Устройство содержит модули ввода, автоматического включения резерва и распределения. Каждый из двух каналов модуля ввода включает блоки присоединения ввода на основе герметизированного разъема, ограничителей перенапряжений, контроля изоляции и вводной силовой защитно-коммутационный аппарат. Модуль автоматического включения резерва подключается к каждому из двух каналов модуля ввода до вводных силовых защитно-коммутационных аппаратов через блоки защиты от импульсных помех, выполненные в виде трех линейных модулей защиты от импульсных помех, присоединенных на междуфазные напряжения трехфазной системы, причем каждый из модулей состоит из составного двунаправленного ограничительного диода, предохранителя, изолирующего трансформатора с экраном и конденсатора. Модуль распределения снабжен групповыми силовыми защитно-коммутационными аппаратами. Канал связи с автоматизированной системой управления обеспечивает передачу в автоматизированную систему управления технологическим процессом данных о состоянии устройства и наличии напряжения на вводах, а также дистанционное изменение положения силовых защитно-коммутационных аппаратов и параметров устройства. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Вводно-распределительное устройство ответственных электроприемников, содержащее последовательно включенные модуль ввода, состоящий из двух каналов с вводным силовым защитно-коммутационным аппаратом в каждом, и модуль распределения, снабженный групповыми силовыми защитно-коммутационными аппаратами с цепями дистанционного управления и сигнализации, отличающееся тем, что в каждый канал модуля ввода дополнительно включены блоки ограничителей перенапряжений и контроля изоляции, а модуль автоматического включения резерва, входящий в модуль ввода, подключен к каждому его каналу до вводного силового защитно-коммутационного аппарата через блоки защиты от импульсных помех, выполненные в виде трех линейных модулей защиты от импульсных помех, присоединенных на междуфазные напряжения трехфазной системы, причем каждый из модулей состоит из составного двунаправленного ограничительного диода, включенного на соответствующее междуфазное напряжение, подключенного параллельно к нему через предохранитель первой обмоткой изолирующего трансформатора с экраном, вторая обмотка которого с параллельно подключенным конденсатором соединена с соответствующим входным междуфазным напряжением, входом блока контроля ввода и блока питания, блока автоматики.

2. Вводно-распределительное устройство ответственных электроприемников по п. 1, отличающееся тем, что в каждом из двух каналов модуля ввода применены блоки присоединения вводов на основе герметизированных разъемов для упрощения замены источников электроэнергии.

3. Вводно-распределительное устройство ответственных электроприемников по п. 1, отличающееся тем, что, включает канал связи с автоматизированной системой управления для дистанционного изменения параметров устройства и осуществления контроля за его работой.