Мультиконтактная коммутационная система с четырьмя силовыми контактными группами, соединенными по мостовой схеме Российский патент 2021 года по МПК H02J13/00 H02J9/06 

Изобретение относится к области электротехники, в частности к устройствам секционирования и резервирования линий электропередачи, и предназначено для коммутации, защиты электрической сети от аварийных режимов работы и коммутационных и атмосферных перенапряжений, учета электроэнергии, контроля качества электроэнергии, контроля количества и времени отключения напряжения в распределительных электрических сетях трехфазного тока.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является мультиконтактная коммутационная система, имеющая независимое управление четырьмя силовыми контактными группами, соединенными по мостовой схеме, предназначенная для коммутации, защиты электрической сети, учета электроэнергии, контроля качества электроэнергии, контроля количества и времени отключения напряжения в распределительных электрических сетях трехфазного тока, включающая в себя выводные коммутационные элементы ручного управления, коммутационные элементы дистанционного управления, блоки управления коммутационными элементами дистанционного управления, блок дистанционного управления силовыми цепями мультиконтактной коммутационной системы, блок местного управления силовыми цепями мультиконтактной коммутационной системы, блок контроля тока, блок учета электроэнергии с функцией контроля качества электроэнергии, блок контроля положения коммутационных элементов, блок передачи данных, блок контроля напряжения (патент РФ №2726855, МПК H02J 13/00, H02J 9/06, опубл. 16.07.2020, бюл. № 20).

Недостатком известной мультиконтактной коммутационной системы для линий электропередачи 0,4 кВ является невозможность защиты элементов мультиконтактной коммутационной системы, установленных и подключенных к первой, второй, третьей и четвертой силовым цепям, от коммутационных и атмосферных перенапряжений, а также отсутствие блока бесперебойного питания, позволяющего обеспечить питание мультиконтактной коммутационной системы в случае отключения линии электропередачи 0,4 кВ и сложность схемы, содержащей отдельные блоки учёта электроэнергии, контроля тока и напряжения, контроля показателей качества электроэнергии и других.

Задачей предлагаемого изобретения является повышение функциональных возможностей и расширение области его применения для коммутации, защиты электрической сети и элементов мультиконтактной коммутационной системы от аварийных режимов работы и коммутационных и атмосферных перенапряжений, учета электроэнергии, контроля качества электроэнергии, контроля количества и времени отключения напряжения в распределительных сетях трехфазного тока с возможностью независимого управления четырьмя силовыми контактными группами, соединенными по мостовой схеме, для осуществления секционирования и резервирования четырех силовых сетей (участков линий электропередачи), с обеспечением бесперебойного питания узлов мультиконтактной коммутационной системы путём включения в её схему блока бесперебойного питания, а также упрощения схемы устройства.

В результате использования предлагаемого изобретения появляетсявозможность осуществлять функции коммутации, защиты электрической сети и элементов мультиконтактной коммутационной системы от аварийных режимов работы и коммутационных и атмосферных перенапряжений, учета электроэнергии, контроля качества электроэнергии, контроля напряжения в распределительных сетях трехфазного тока с возможностью независимого управления четырьмя силовыми контактными группами, соединенными по мостовой схеме, для осуществления секционирования и резервирования четырех силовых сетей (участков линий электропередачи), обеспечения бесперебойного питания узлов мультиконтактной коммутационной системы от блока бесперебойного питания при отключении линий электропередачи 0,4 кВ за счёт независимого управления контактными группами мультиконтактной коммутационной системы и контроля режимов её работы и режимов сети, в которой она установлена, установки ограничителей перенапряжения и блока бесперебойного питания. Применение изобретения позволяет повысить надёжность мультиконтактной коммутационной системы, уменьшить недоотпуск электроэнергии потребителям, сократить убытки энергоснабжающих организаций и, таким образом, повысить надежность и эффективность систем электроснабжения потребителей.

Вышеуказанный технический результат достигается тем, что предлагаемая мультиконтактная коммутационная система с четырьмя силовыми контактными группами, соединенными по мостовой схеме, включающая в себя коммутационный элемент и блок управления и защиты, согласно изобретению, содержит четыре выводных коммутационных элемента ручного управления, установленных в силовых цепях и предназначенных для их ручной коммутации на выводах мультиконтактной коммутационной системы, четыре коммутационных элемента дистанционного управления, представляющих собой силовые контактные группы с независимым управлением, установленные в силовые цепи между выводными коммутационными элементами ручного управления и предназначенных для коммутации силовых цепей с использованием дистанционных средств управления, четыре блока управления коммутационными элементами дистанционного управления, соединённых с соответствующими коммутационными элементами дистанционного управления и передающих на них команды включения и отключения, блок приёма и передачи данных, соединённый с блоком управления мультиконтактной коммутационной системой и блоком бесперебойного питания, блок управления мультиконтактной коммутационной системой, соединённый с каждым из коммутационных элементов ручного и дистанционного управления и контролирующий их положение, соединённый с каждым из блоков управления коммутационными элементами дистанционного управления и осуществляющий передачу команд включения и отключения соответствующего коммутационного элемента дистанционного управления, соединённый с силовыми цепями мультиконтактной системы между всеми коммутационными элементами дистанционного и ручного управления и контролирующий ток и напряжение в данных силовых цепях, осуществляющий учёт потребления электроэнергии в данных цепях и контроль качества электроэнергии в них, осуществляющий архивирование данных, соединённый с блоком передачи данных и осуществляющий передачу в него данных о работе мультиконтактной коммутационной системы и получающий с него команды дистанционного управления коммутационными элементами дистанционного управления, соединённый с блоком бесперебойного питания для получения питания при отключении напряжения во всех силовых цепях, блок бесперебойного питания, соединённый с блоком управления мультиконтактной коммутационной системой и блоком приёма и передачи данных для обеспечения их питания, четыре ограничителя перенапряжения, соединённых с силовыми цепями на выводах мультиконтактной коммутационной системы и осуществляющих их защиту от перенапряжений.

Сущность предлагаемого изобретения поясняется чертежом, на котором представлена структурная схема мультиконтактной коммутационной системы с четырьмя силовыми контактными группами, соединенными по мостовой схеме.

Мультиконтактная коммутационная система с четырьмя силовыми контактными группами, соединенными по мостовой схеме, содержит первый выводной коммутационный элемент ручного управления (ВыКЭРУ 1), первый коммутационный элемент дистанционного управления (КЭДУ 2), второй коммутационный элемент дистанционного управления (КЭДУ 3), третий коммутационный элемент дистанционного управления (КЭДУ 4), четвертый коммутационный элемент дистанционного управления (КЭДУ 5), второй выводной коммутационный элемент ручного управления (ВыКЭРУ 6), третий выводной коммутационный элемент ручного управления (ВыКЭРУ 7), четвертый выводной коммутационный элемент ручного управления (ВыКЭРУ 8), блок управления первым коммутационным элементом дистанционного управления (БУКЭДУ 9), блок управления вторым коммутационным элементом дистанционного управления (БУКЭДУ 10), блок управления третьим коммутационным элементом дистанционного управления (БУКЭДУ 11), блок управления четвертым коммутационным элементом дистанционного управления (БУКЭДУ 12), блок управления мультиконтактной коммутационной системой (БУМКС 13), блок приема и передачи данных (БПД 14), блок бесперебойного питания (ББП 15), первый ограничитель перенапряжения (ОПН 16), второй ограничитель перенапряжения (ОПН 17), третий ограничитель перенапряжения (ОПН 18), четвертый ограничитель перенапряжения (ОПН 19).

ВыКЭРУ 1 установлен в первой силовой цепи. ВыКЭРУ 6 установлен во второй силовой цепи. ВыКЭРУ 7 установлен в третьей силовой цепи. ВыКЭРУ 8 установлен в четвертой силовой цепи. КЭДУ 2 установлен в силовую цепь между ВыКЭРУ 1 и ВыКЭРУ 6. КЭДУ 3 установлен в силовую цепь между ВыКЭРУ 6 и ВыКЭРУ 7. КЭДУ 4 установлен в силовую цепь между ВыКЭРУ 7 и ВыКЭРУ 8. КЭДУ 5 установлен в силовую цепь между ВыКЭРУ 8 и ВыКЭРУ 1. БУКЭДУ 9 соединён с КЭДУ 2. БУКЭДУ 10 соединён с КЭДУ 3. БУКЭДУ 11 соединён с КЭДУ 4. БУКЭДУ 12 соединён с КЭДУ 5. БПД 14 соединён с БУМКС 13 и с ББП 15. БУМКС 13 соединён с КЭДУ 2, с КЭДУ 3, с КЭДУ 4, с КЭДУ 5, с ВыКЭРУ 1, с ВыКЭРУ 6, с ВыКЭРУ 7, с ВыКЭРУ 8, соединён с БУКЭДУ 9, с БУКЭДУ 10, с БУКЭДУ 11, с БУКЭДУ 12, соединён с силовыми цепями мультиконтактной системы между всеми коммутационными элементами дистанционного и ручного управления, соединён с БПД 14, соединён с ББП 15. ББП 15 соединён с БУМКС 13 и с БПД 14. ОПН 16 соединен с первой силовой цепью до ВыКЭРУ 1 на первом выводе мультиконтактной коммутационной системы. ОПН 17 соединен со второй силовой цепью до ВыКЭРУ 6 на втором выводе мультиконтактной коммутационной системы. ОПН 18 соединен с третьей силовой цепью до ВыКЭРУ 7 на третьем выводе мультиконтактной коммутационной системы. ОПН 19 соединен с четвертой силовой цепью до ВыКЭРУ 8 на четвертом выводе мультиконтактной коммутационной системы.

Устройство работает следующим образом.

Подача напряжения на силовую цепь мультиконтактной коммутационной системы осуществляется с помощью выводных коммутационных элементов ручного управления (ВыКЭРУ 1, ВыКЭРУ 6, ВыКЭРУ 7, ВыКЭРУ8), установленных в силовой цепи в зависимости от того, со стороны которой силовой сети расположен источник питания. При этом питание подаётся на блок управления мультиконтактной коммутационной системой (БУМКС 13), в результате чего им автоматически подаётся команда на блоки управления первым, вторым, третьим и четвертым коммутационными элементами дистанционного управления (БУКЭДУ 9, БУКЭДУ 10, БУКЭДУ 11, БУКЭДУ 12) на включение первого коммутационного элемента дистанционного управления (КЭДУ 2), второго коммутационного элемента дистанционного управления (КЭДУ 3), третьего коммутационного элемента дистанционного управления (КЭДУ 4), четвертого коммутационного элемента дистанционного управления (КЭДУ 5) соответственно. При включении первого выводного коммутационного элемента ручного управления (ВыКЭРУ 1) напряжение будет подано на первую силовую сеть за мультиконтактной коммутационной системой (если источник питания расположен не в первой силовой сети). При включении второго выводного коммутационного элемента ручного управления (ВыКЭРУ 6) напряжение будет подано на вторую силовую сеть за мультиконтактной коммутационной системой (если источник питания расположен не во второй силовой сети). При включении третьего выводного коммутационного элемента ручного управления (ВыКЭРУ 7) напряжение будет подано на третью силовую сеть за мультиконтактной коммутационной системой (если источник питания расположен не в третьей силовой сети). При включении четвертого выводного коммутационного элемента ручного управления (ВыКЭРУ 8) напряжение будет подано на четвертую силовую сеть за мультиконтактной коммутационной системой (если источник питания расположен не в четвертой силовой сети). При местном управлении мультиконтактной коммутационной системой команда на включение/отключение первой, второй, третьей и четвертой силовых цепей подаётся с помощью БУМКС 13. При этом команды отключения соответствующих силовых цепей подаются от БУМКС 13 на БУКЭДУ 9, БУКЭДУ 10, БУКЭДУ 11, БУКЭДУ 12,которые, в свою очередь, отключают КЭДУ 2, КЭДУ 3, КЭДУ 4 и КЭДУ 5 за счёт прекращения подачи питания на их электромагниты. Также отключение КЭДУ 2, КЭДУ 3, КЭДУ 4 и КЭДУ 5 мультиконтактной коммутационной системы можно осуществить с помощью команд, обработанных с помощью БУМКС 13, поданных на БУКЭДУ 9, БУКЭДУ 10, БУКЭДУ 11 и БУКЭДУ 12 от блока приема и передачи данных (БПД 14). БПД 14 получает команды на включение или отключение соответствующих КЭДУ мультиконтактной коммутационной системы с помощью кодированного сигнала, передаваемого по силовой сети с применением существующих технологий передачи сигналов по ней или с помощью кодированной последовательности включения и отключения напряжения в ней или получает команды на включение или отключение мультиконтактной коммутационной системы с помощью сигнала получаемого через канал связи, например JPS, JPRS, Глонасс, радио или другой канал. При возникновении в первой силовой цепи за мультиконтактной коммутационной системой перегрузки или короткого замыкания блок управления мультиконтактной коммутационной системой (БУМКС 13) подаст сигнал на БУКЭДУ 9 и БУКЭДУ 12 для отключения, соответственно, КЭДУ 2 и КЭДУ 5. В этом случае, если в логике работы БУКЭДУ 9, БУКЭДУ 12 заложен алгоритм осуществления автоматического повторного включения (АПВ), то будет произведено АПВ (при наличии питания на второй силовой сети КЭДУ 2, при наличии питания на четвёртой силовой сети – КЭДУ 5, при наличии питания на второй и четвёртой силовой цепи - сначала КЭДУ 2 и в случае его успешного АПВ – КЭДУ 5, в случае неуспешного АПВ КЭДУ 2 АПВ КЭДУ 5 не будет произведён и КЭДУ 2 будет отключен и заблокировано дистанционное включение КЭДУ 2 и КЭДУ 5 до устранения повреждения в первой силовой сети. При возникновении во второй силовой цепи за мультиконтактной коммутационной системой перегрузки или короткого замыкания блок управления мультиконтактной коммутационной системой (БУМКС 13) подаст сигнал на БУКЭДУ 9 и БУКЭДУ 10 для отключения соответственно КЭДУ 2 и КЭДУ 3. В этом случае, если в логике работы БУКЭДУ 9, БУКЭДУ 10 заложен алгоритм осуществления автоматического повторного включения (АПВ), то будет произведено АПВ (при наличии питания на первой силовой сети КЭДУ 2, при наличии питания на третьей силовой сети - КЭДУ 3, при наличии питания на первой и третьей силовой цепи - сначала КЭДУ 2 и в случае его успешного АПВ - КЭДУ 3, в случае неуспешного АПВ КЭДУ 2 АПВ КЭДУ 3 не будет произведён и КЭДУ 2 будет отключен и заблокировано дистанционное включение КЭДУ 2 и КЭДУ 3 до устранения повреждения во второй силовой сети. При возникновении в третьей силовой цепи за мультиконтактной коммутационной системой перегрузки или короткого замыкания блок управления мультиконтактной коммутационной системой (БУМКС 13) подаст сигнал на БУКЭДУ 10 и БУКЭДУ 11 для отключения соответственно КЭДУ 3 и КЭДУ 4. В этом случае, если в логике работы БУКЭДУ 10, БУКЭДУ 11 заложен алгоритм осуществления автоматического повторного включения (АПВ), то будет произведено АПВ (при наличии питания на второй силовой сети КЭДУ 3, при наличии питания на четвёртой силовой сети - КЭДУ 4, при наличии питания на второй и четвёртой силовой цепи - сначала КЭДУ 3 и в случае его успешного АПВ – КЭДУ 4, в случае неуспешного АПВ КЭДУ 3 АПВ КЭДУ 4 не будет произведён и КЭДУ 3 будет отключен и заблокировано дистанционное включение КЭДУ 3 и КЭДУ 4 до устранения повреждения в третьей силовой сети.

При возникновении в четвёртой силовой цепи за мультиконтактной коммутационной системой перегрузки или короткого замыкания блок управления мультиконтактной коммутационной системой (БУМКС 13) подаст сигнал на БУКЭДУ 11 и БУКЭДУ 12 для отключения соответственно КЭДУ 4 и КЭДУ 5. В этом случае, если в логике работы БУКЭДУ 11, БУКЭДУ 12 заложен алгоритм осуществления автоматического повторного включения (АПВ), то будет произведено АПВ (при наличии питания на третьей силовой сети КЭДУ 4, при наличии питания на первой силовой сети - КЭДУ 5, при наличии питания на третьей и первой силовой цепи - сначала КЭДУ 4 и в случае его успешного АПВ - КЭДУ 5, в случае неуспешного АПВ КЭДУ 4 АПВ КЭДУ 5 не будет произведён и КЭДУ 4 будет отключен и заблокировано дистанционное включение КЭДУ 4 и КЭДУ 5 до устранения повреждения в третьей силовой сети.

Положение коммутационных элементов мультиконтактной коммутационной системы контролируется с помощью блока управления мультиконтактной коммутационной системой (БУМКС 13), который при изменении положения коммутационных элементов КЭДУ 2, КЭДУ 3, КЭДУ 4, КЭДУ 5, ВыКЭРУ 1, ВыКЭРУ 6, ВыКЭРУ 7, ВыКЭРУ8 передаёт соответствующие данные в блок передачи данных (БПД 14). блок управления мультиконтактной коммутационной системой (БУМКС 13) осуществляет учёт электроэнергии, переданный в первую, вторую, третью и четвертую силовые сети, а также контролирует показатели качества электрической энергии в точках его подключения. Данные о потреблении электроэнергии и о качестве электрической энергии передаются в блок передачи данных и через него диспетчеру компании, обслуживающей оборудование мультиконтактной коммутационной системы. Блок управления мультиконтактной коммутационной системой (БУМКС 13) контролирует напряжение в силовых цепях мультиконтактной коммутационной системы между ВыКЭРУ 1 и КЭДУ 2, КЭДУ 5; между КЭДУ 2, КЭДУ 3 и ВыКЭРУ6, между КЭДУ 3, КЭДУ 4 и ВыКЭРУ 7, между КЭДУ 4, КЭДУ 5 и ВыКЭРУ 8 и передает информацию о наличии или отсутствии напряжения на БПД 14 и на БУКЭДУ 9, БУКЭДУ 10, БУКЭДУ 11, БУКЭДУ 12. Блок бесперебойного питания ББП 15 осуществляет питание БУМКС 13 и БПД 14 как от силовых сетей, так и от содержащегося в нём независимого источника питания, например, аккумулятора, конденсатора или другого источника. При возникновении в первой силовой цепи коммутационных или атмосферных перенапряжений первый ограничитель перенапряжения ОПН 16 обеспечивает снижение перенапряжения до уровня, безопасного для защищаемой линии электропередачи 0,4 кВ и оборудования мультиконтактной коммутационной системы. При возникновении во второй силовой цепи коммутационных или атмосферных перенапряжений второй ограничитель перенапряжения ОПН 17 обеспечивает снижение перенапряжения до уровня, безопасного для защищаемой линии электропередачи 0,4 кВ и оборудования мультиконтактной коммутационной системы. При возникновении в третьей силовой цепи коммутационных или атмосферных перенапряжений третий ограничитель перенапряжения ОПН 18 обеспечивает снижение перенапряжения до уровня, безопасного для защищаемой линии электропередачи 0,4 кВ и оборудования мультиконтактной коммутационной системы. При возникновении в четвертой силовой цепи коммутационных или атмосферных перенапряжений четвертый ограничитель перенапряжения ОПН 19 обеспечивает снижение перенапряжения до уровня, безопасного для защищаемой линии электропередачи 0,4 кВ и оборудования мультиконтактной коммутационной системы.

Предлагаемое устройство позволяет осуществить коммутацию и защиту линий электропередачи и оборудования мультиконтактной коммутационной системы от аварийных режимов работы и коммутационных и атмосферных перенапряжений, учет электроэнергии, контроль качества электроэнергии, контроль напряжения одновременно в четырех силовых сетях. При исчезновении напряжения в одной из силовых сетей и появлении его в другой устройство позволяет осуществлять функции автоматического включения резерва путём включения соответствующих КЭДУ. Также устройство позволяет секционировать электрическую сеть посредством её деления на участки путём отключения соответствующих силовых контактных групп при повреждениях в силовых сетях, подключенных к мультиконтактной коммутационной системе. Его применение предотвращает развитие аварийной ситуации и позволяет уменьшить недоотпуск электроэнергии потребителям, сократить убытки энергоснабжающих организаций и, таким образом, повысить надежность и эффективность систем электроснабжения потребителей. При этом надёжность и функциональность устройства выше, чем у прототипа за счёт обеспечения бесперебойного питания узлов мультиконтактной коммутационной системы путём включения в её схему блока бесперебойного питания, а также упрощения схемы устройства за счёт выполнения большинства функций одним блоком управления мультиконтактной коммутационной системой.

Изобретение относится к области электротехники, в частности к устройствам секционирования и резервирования электропередачи. Технический результат заключается в осуществлении функции коммутации, защите электрической сети и элементов мультиконтактной коммутационной системы от аварийных режимов работы и коммутационных и атмосферных перенапряжений, учете электроэнергии, контроле качества электроэнергии, контроле напряжения в распределительных сетях трехфазного тока, возможности независимого управления четырьмя силовыми контактными группами, соединенными по мостовой схеме, осуществлении секционирования и резервирования четырех силовых сетей, обеспечении бесперебойного питания узлов мультиконтактной коммутационной системы от блока бесперебойного питания при отключении линий электропередачи. Мультиконтактная коммутационная система с четырьмя силовыми контактными группами, соединенными по мостовой схеме, содержит четыре выводных коммутационных элемента ручного управления, четыре коммутационных элемента дистанционного управления, четыре блока управления коммутационными элементами дистанционного управления, блок приёма и передачи данных, блок управления мультиконтактной коммутационной системой, блок бесперебойного питания, четыре ограничителя перенапряжения. Предлагаемое устройство имеет повышенную надёжность и функциональность за счёт обеспечения бесперебойного питания его узлов путём включения в её схему блока бесперебойного питания, а также упрощения схемы устройства за счёт выполнения большинства функций одним блоком управления мультиконтактной коммутационной системой. 1 ил.

Мультиконтактная коммутационная система с четырьмя силовыми контактными группами, соединенными по мостовой схеме, включающая в себя коммутационные элементы и блок управления и защиты, отличающаяся тем, что содержит четыре выводных коммутационных элемента ручного управления, установленные в силовых цепях и предназначенные для их ручной коммутации на выводах мультиконтактной коммутационной системы, четыре коммутационных элемента дистанционного управления, представляющие собой силовые контактные группы с независимым управлением, установленные в силовые цепи между выводными коммутационными элементами ручного управления и предназначенные для коммутации силовых цепей с использованием дистанционных средств управления, четыре блока управления коммутационными элементами дистанционного управления, соединённые с соответствующими коммутационными элементами дистанционного управления и передающие на них команды включения и отключения, блок приёма и передачи данных, соединённый с блоком управления мультиконтактной коммутационной системой и блоком бесперебойного питания, блок управления мультиконтактной коммутационной системой, соединённый с каждым из коммутационных элементов ручного и дистанционного управления и контролирующий их положение, соединённый с каждым из блоков управления коммутационными элементами дистанционного управления и осуществляющий передачу команд включения и отключения соответствующего коммутационного элемента дистанционного управления, соединённый с силовыми цепями мультиконтактной системы между всеми коммутационными элементами дистанционного и ручного управления и контролирующий ток и напряжение в данных силовых цепях, осуществляющий учёт потребления электроэнергии в данных цепях и контроль качества электроэнергии в них, осуществляющий архивирование данных, соединённый с блоком передачи данных и осуществляющий передачу в него данных о работе мультиконтактной коммутационной системы и получающий с него команды дистанционного управления коммутационными элементами дистанционного управления, соединённый с блоком бесперебойного питания для получения питания при отключении напряжения во всех силовых цепях, блок бесперебойного питания, соединённый с блоком управления мультиконтактной коммутационной системой и блоком приёма и передачи данных для обеспечения их питания, четыре ограничителя перенапряжения, соединённые с силовыми цепями на выводах мультиконтактной коммутационной системы и осуществляющие их защиту от перенапряжений.