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

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 грозовых 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, имеющими общую точку соединения, 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 №2726852 Российская Федерация, МПК H02J 9/06, H02J 13/00. Мультиконтактная коммутационная система, имеющая независимое управление четырьмя силовыми контактами, имеющими общую точку соединения / Виноградов А.В., Лансберг А.А., Виноградова А.В., Большее В.Е. // Заявитель и патентообладатель ФГБНУ ФНАЦ ВИМ. - Заявка 2020103465, заявлено 28.01.2020; 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 грозовых перенапряжений, а также отсутствие блока бесперебойного питания, позволяющего обеспечить питание мультиконтаткной коммутационной системы в случае отключения линии электропередачи 0,4 кВ и сложность схемы, содержащей отдельные блоки учета электроэнергии, контроля тока и напряжения, контроля показателей качества электроэнергии и других.

Задачей предлагаемого изобретения является повышение функциональных возможностей и области его использования за счет применения для коммутации, защиты электрической сети и элементов мультиконтактной коммутационной системы от аварийных режимов работы и коммутационных и грозовых 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, имеющими общую точку соединения, для осуществления секционирования и резервирования четырех силовых сетей (участков линий электропередачи), с обеспечением бесперебойного питания узлов мультиконтактной коммутационной системы путем включения в ее схему блока бесперебойного питания, а также упрощения схемы устройства за счет выполнения большинства функций одним блоком управления мультиконтактной коммутационной системой.

Технический результат изобретения заключается в обеспечении возможности осуществлять функции коммутации, защиты электрической сети и элементов мультиконтактной коммутационной системы от аварийных режимов работы и коммутационных и грозовых перенапряжений, учета электроэнергии, контроля качества электроэнергии, контроля напряжения в распределительных сетях трехфазного тока с возможностью независимого управления четырьмя силовыми контактными группами, имеющими общую точку соединения (общая точка мультиконтактной коммутационной системы), 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. Это достигается за счет независимого управления контактными группами мультиконтактной коммутационной системы и контроля режимов ее работы и режимов сети, в которой она установлена, за счет установки ограничителей перенапряжения и блока бесперебойного питания. Применение изобретения позволяет повысить надежность 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 в общую точку, включающая в себя коммутационные элементы и блок управления и защиты, согласно изобретения, 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 общей точкой мультиконтактной коммутационной системы и предназначенных для коммутации силовых цепей с использованием дистанционных средств управления, четыре блока управления коммутационными элементами дистанционного управления, соединенных с соответствующими коммутационными элементами дистанционного управления и передающих на них команды включения и отключения, блок приема и передачи данных, соединенный с блоком управления мультиконтактной коммутационной системой и блоком бесперебойного питания, блок управления мультиконтактной коммутационной системой соединенный с каждым из коммутационных элементов ручного и дистанционного управления и контролирующий их положение, соединенный с каждым из блоков управления коммутационными элементами дистанционного управления и осуществляющий передачу команд включения и отключения соответствующего коммутационного элемента дистанционного управления, соединенный с силовыми цепями мультиконтактной системы между всеми коммутационными элементами дистанционного и ручного управления и контролирующий ток и напряжение в данных силовых цепях, осуществляющий учет потребления электроэнергии в данных цепях и контроль качества электроэнергии в них, осуществляющий архивирование данных, соединенный с блоком передачи данных и осуществляющий передачу в него данных о работе мультиконтактной коммутационной системе и получающий с него команды дистанционного управления коммутационными элементами дистанционного управления, соединенный с блоком бесперебойного питания для получения питания при отключении напряжения во всех силовых цепях, блок бесперебойного питания, соединенный с блоком управления мультиконтактной коммутационной системой и блоком приема и передачи данных для обеспечения их питания, четыре ограничителя перенапряжения, соединенных с силовыми сетями 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 в общую точку.

Мультиконтактная коммутационная система с четырьмя силовыми контактными группами, соединенными в общую точку 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. КЭДУ 2 установлен в первую силовую цепь между ВыКЭРУ 1 и общей точкой мультиконтактной коммутационной системы. ВыКЭРУ 6 установлен во второй силовой цепи. КЭДУ 3 установлен во вторую силовую цепь между ВыКЭРУ 6 и общей точкой мультиконтактной коммутационной системы. ВыКЭРУ 7 установлен в третьей силовой цепи. КЭДУ 4 установлен в третью силовую цепь между ВыКЭРУ 7 и общей точкой мультиконтактной коммутационной системы. ВыКЭРУ 8 установлен в четвертой силовой цепи. КЭДУ 5 установлен в четвертую силовую цепь между ВыКЭРУ 8 и общей точкой мультиконтактной коммутационной системы. БУКЭДУ 9 соединен с КЭДУ 2. БУКЭДУ 10 соединен с КЭДУ 3. БУКЭДУ 11 соединен с КЭДУ 4. БУКЭДУ 12 соединен с КЭДУ 5. БПД 14 соединен с БУМКС 13 и с ББП 15. БУМКС 13 соединен с КЭДУ 2, с КЭДУ 3, с КЭДУ 4, с КЭДУ 5, с ВыКЭРУ 1, с ВыКЭРУ 6, с ВыКЭРУ 7, с ВыКЭРУ 8, соединен с БУКЭДУ 9, с БУКЭДУ 10, с БУКЭДУ 11, с БУКЭДУ 12, соединен с силовыми цепями мультиконтактной системы между всеми коммутационными элементами дистанционного и ручного управления, соединен с БПД 14, соединен с ББП 15. ББП 15 соединен с БУМКС 13 и с БПД 17. 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, ВыКЭРУ 8), установленных в силовой цепи в зависимости от того, со стороны которой силовой сети расположен источник питания. При этом питание подается на блок управления мультиконтактной коммутационной системой (БУМКС 13). В зависимости от заложенного алгоритма работы, БУМКС 13 формирует сигналы управления, передаваемые на блоки управления первым, вторым, третьим и четвертым коммутационными элементами дистанционного управления (БУКЭДУ 9, БУКЭДУ 10, БУКЭДУ 11, БУКЭДУ 12) на включение, отключение 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 подается 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 счет прекращения подачи питания на их электромагниты. Также отключение/включение КЭДУ 2, КЭДУ 3, КЭДУ 4 и КЭДУ 5 мультиконтактной коммутационной системы можно осуществить с помощью команд, поданных на БУКЭДУ 9, БУКЭДУ 10, БУКЭДУ 11 и БУКЭДУ 12 от блока приема и передачи данных (БПД 14), обработанных с помощью БУМКС 13. 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 силовой цепи за мультиконтактной коммутационной системой до КЭДУ 2, КЭДУ 3, КЭДУ 4 или КЭДУ 5 тока перегрузки или тока короткого замыкания блок управления мультиконтактной коммутационной системой (БУМКС 13) подаст сигнал на определенный БУКЭДУ 9, БУКЭДУ 10, БУКЭДУ 11, БУКЭДУ 12 соответственно на отключение КЭДУ 2, КЭДУ 3, КЭДУ 4 или КЭДУ 5. В этом случае, если в логике работы устройства заложен алгоритм осуществления автоматического повторного включения (АПВ) КЭДУ 2 (КЭДУ 3, КЭДУ 4, КЭДУ 5), то после выдержки времени будет осуществлено соответствующее АПВ КЭДУ 2, АПВ КЭДУ 3, АПВ КЭДУ 4 или АПВ КЭДУ 5 и, если оно будет неуспешным, то есть в первой, во второй, в третьей или соответственно в четвертой силовых сетях за мультиконтактной коммутационной системой до КЭДУ 2, КЭДУ 3, КЭДУ 4 или КЭДУ 5, повторно появится ток перегрузки или ток короткого замыкания, то БУМКС 13 повторно подаст сигнал на БУКЭДУ 9, БУКЭДУ 10, БУКЭДУ 11, БУКЭДУ 12 на отключение КЭДУ 2, КЭДУ 3, КЭДУ 4, КЭДУ 5. При этом будет заблокирована возможность дистанционного включения мультиконтактной коммутационной системы до устранения повреждений в силовой цепи за КЭДУ 2, КЭДУ 3, КЭДУ 4, КЭДУ 5. Также при этом будет отправлено сообщение о повреждении за КЭДУ 2, КЭДУ 3, КЭДУ4, КЭДУ 5. Если АПВ будет успешным, то мультиконтактная коммутационная система продолжит работу в нормальном режиме. 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, ВыКЭРУ 8 передает соответствующие данные в блок передачи данных (БПД 14). БУМКС 13 осуществляет учет электроэнергии, переданный через первую, вторую, третью и четвертую силовые цепи мультиконтактной коммутационной системы, а также контролирует показатели качества электрической энергии в точке их 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. БУМКС 13 контролирует напряжение в силовых цепях мультиконтактной коммутационной системы между ВыКЭРУ 1 и КЭДУ 2, между КЭДУ 3 и ВыКЭРУ 6, между КЭДУ 4 и ВыКЭРУ 7, между 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 нем независимого источника питания, например, аккумулятора, конденсатора или другого источника. При возникновении в первой силовой цепи коммутационных или грозовых 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 грозовых 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 грозовых 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 грозовых 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 грозовых 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 путем включения соответствующих КЭДУ. Также устройство позволяет секционировать электрическую сеть посредством ее деления на участки путем 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 надежность и функциональность устройства выше, чем у прототипа за счет обеспечения бесперебойного питания узлов мультиконтактной коммутационной системы путем включения в ее схему блока бесперебойного питания, а также упрощения схемы устройства за счет выполнения большинства функций одним блоком управления мультиконтактной коммутационной системой.

Изобретение относится к области электротехники, в частности к устройствам секционирования и резервирования линий электропередачи, и предназначено для коммутации, защиты электрической сети и оборудования мультиконтактной коммутационной системы от аварийных режимов работы и коммутационных и грозовых перенапряжений, учета электроэнергии, контроля качества электроэнергии, контроля количества и времени отключения напряжения в распределительных электрических сетях трехфазного тока. Технический результат заключается в повышении надежности и функциональности за счет обеспечения бесперебойного питания его узлов путем включения в ее схему блока бесперебойного питания, а также упрощении схемы устройства за счет выполнения большинства функций одним блоком управления мультиконтактной коммутационной системой. Мультиконтактная коммутационная система с четырьмя силовыми контактными группами, соединенными в общую точку, содержит четыре выводных коммутационных элемента ручного управления, четыре коммутационных элемента дистанционного управления, четыре блока управления коммутационными элементами дистанционного управления, блок приема и передачи данных, блок управления мультиконтактной коммутационной системой, блок бесперебойного питания, четыре ограничителя перенапряжения. 1 ил.

Мультиконтактная коммутационная система с четырьмя силовыми контактными группами, соединенными в общую точку, включающая в себя коммутационные элементы и блок управления и защиты, отличающаяся тем, что 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 общей точкой мультиконтактной коммутационной системы и предназначенные для коммутации силовых цепей с использованием дистанционных средств управления, четыре блока управления коммутационными элементами дистанционного управления, соединенных с соответствующими коммутационными элементами дистанционного управления и передающих на них команды включения и отключения, блок приема и передачи данных, соединенный с блоком управления мультиконтактной коммутационной системой и блоком бесперебойного питания, блок управления мультиконтактной коммутационной системой, соединенный с каждым из коммутационных элементов ручного и дистанционного управления и контролирующий их положение, соединенный с каждым из блоков управления коммутационными элементами дистанционного управления и осуществляющий передачу команд включения и отключения соответствующего коммутационного элемента дистанционного управления, соединенный с силовыми цепями мультиконтактной системы между всеми коммутационными элементами дистанционного и ручного управления и контролирующий ток и напряжение в данных силовых цепях, осуществляющий учет потребления электроэнергии в данных цепях и контроль качества электроэнергии в них, осуществляющий архивирование данных, соединенный с блоком передачи данных, осуществляющий передачу в него данных о работе мультиконтактной коммутационной системы и получающий с него команды дистанционного управления коммутационными элементами дистанционного управления, соединенный с блоком бесперебойного питания для получения питания при отключении напряжения во всех силовых цепях, блок бесперебойного питания, соединенный с блоком управления мультиконтактной коммутационной системой и блоком приема и передачи данных для обеспечения их питания, четыре ограничителя перенапряжения, соединенных с силовыми сетями на выводах мультиконтактной коммутационной системы и осуществляющих их защиту от перенапряжений.