Мультиконтактная коммутационная система с двумя силовыми контактными группами, соединенными в общую точку
MULTI-CONTACT SWITCHING SYSTEM WITH TWO POWER CONTACT GROUPS CONNECTED TO COMMON POINT

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 двумя 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 вводной и выводные коммутационные элементы ручного управления, коммутационные элементы дистанционного управления, блоки управления коммутационными элементами дистанционного управления, блок дистанционного управления силовыми цепями мультиконтактной коммутационной системы, блоки местного управления силовыми цепями мультиконтактной коммутационной системы, блоки контроля тока, блоки учета электроэнергии с функцией контроля качества электроэнергии, блок контроля положения коммутационных элементов, блок передачи данных, блок контроля напряжения (патент РФ №2728768, МПК H02B 13/00, опубл. 31.07.2020, Бюл. № 22.).
Недостатком известной мультиконтактной коммутационной системы для линий электропередачи 0,4 кВ является невозможность защиты элементов мультиконтактной коммутационной системы, установленных и подключенных к вводной, первой и второй силовым цепям, от коммутационных и атмосферных 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 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 двумя силовыми контактными группами, имеющими общую точку соединения, для осуществления секционирования и резервирования двух 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, выполнения большинства функций одним блоком управления мультиконтактной коммутационной системой.
В результате использования предлагаемого изобретения появляется возможность 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 двумя силовыми контактными группами, имеющими общую точку соединения (общая точка мультиконтактной коммутационной системы), для осуществления секционирования и резервирования двух 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, за счёт 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 двумя силовыми контактными группами, соединенными в общую точку, включающая в себя коммутационные элементы и блок управления и защиты, согласно изобретению, содержит один вводной и два выводных коммутационных элемента ручного управления, установленных в силовых цепях и предназначенных для их ручной коммутации на вводе а выводе мультиконтактной коммутационной системы, два 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, два 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 системе 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, три ограничителя перенапряжения, соединённых с силовыми сетями на вводе и выводах мультиконтактной коммутационной системы и осуществляющих их защиту от перенапряжений.
Сущность предлагаемого изобретения поясняется чертежом, на котором представлена структурная схема мультиконтактной коммутационной системы с двумя силовыми контактными группами, соединенными в общую точку.
Мультиконтактная коммутационная система с двумя силовыми контактными группами, соединенными в общую точку, содержит вводной коммутационный элемент ручного управления (ВКЭРУ 1), первый коммутационный элемент дистанционного управления (КЭДУ 2), второй коммутационный элемент дистанционного управления (КЭДУ 3), первый выводной коммутационный элемент ручного управления (ВыКЭРУ 4), второй выводной коммутационный элемент ручного управления (ВыКЭРУ 5), блок управления первым коммутационным элементом дистанционного управления (БУКЭДУ 6), блок управления вторым коммутационным элементом дистанционного управления (БУКЭДУ 7), блок управления мультиконтактной коммутационной системой (БУМКС 8), блок приема и передачи данных (БПД 9), блок бесперебойного питания (ББП 10), первый ограничитель перенапряжения (ОПН 11), второй ограничитель перенапряжения (ОПН 12), третий ограничитель перенапряжения (ОПН 13).
ВКЭРУ 1 установлен в силовой цепи. КЭДУ 2 установлен в силовую цепь после ВКЭРУ 1. КЭДУ 3 установлен во вторую силовую цепь после ВКЭРУ 1. ВыКЭРУ 4, подключен к силовой цепи после КЭДУ 2. ВыКЭРУ 5, подключен к силовой цепи после КЭДУ 3. БУКЭДУ 6 соединён с КЭДУ 2. БУКЭДУ 7 соединён с КЭДУ 3. БПД 9 соединён с БУМКС 8 и с ББП 9. БУМКС 8 соединён с КЭДУ 2, с КЭДУ 3, с ВКЭРУ 1, с ВыКЭРУ 4, с ВыКЭРУ 5, соединён с БУКЭДУ 6, с БУКЭДУ 7, соединён с силовыми цепями мультиконтактной системы между всеми коммутационными элементами дистанционного и ручного управления, соединён с БПД 9, соединён с ББП 10. ББП 10 соединён с БУМКС 8 и с БПД 9. ОПН 11 соединен с вводной силовой цепью до ВКЭРУ 1 на вводе мультиконтактной коммутационной системы. ОПН 12 соединен с первой силовой цепью до ВыКЭРУ 4 на первом выводе мультиконтактной коммутационной системы. ОПН 13 соединен со второй силовой цепью до ВыКЭРУ 5 на втором выводе мультиконтактной коммутационной системы.
Устройство работает следующим образом.
Подача напряжения на силовую цепь мультиконтактной коммутационной системы осуществляется с помощью вводного коммутационного элемента ручного управления (ВКЭРУ 1), установленного в силовой цепи. При этом питание подаётся на блок управления мультиконтактной коммутационной системой (БУМКС 8) в результате чего им автоматически подаётся команда на блоки управления первым и вторым коммутационными элементами  дистанционного управления (БУКЭДУ 6 и БУКЭДУ 7) на включение первого коммутационного элемента дистанционного управления (КЭДУ 2) и второго коммутационного элемента дистанционного управления (КЭДУ 3) соответственно. КЭДУ 2 и КЭДУ 3 включаются и подают питание на первую и вторую силовую цепь мультиконтактной коммутационной системы. При включении первого выводного коммутационного элемента ручного управления (ВыКЭРУ 4) напряжение будет подано на первую силовую сеть за мультиконтактной коммутационной системой. При включении второго выводного коммутационного элемента ручного управления (ВыКЭРУ 5) напряжение будет подано на вторую силовую сеть за мультиконтактной коммутационной системой. При местном управлении мультиконтактной коммутационной системой команда на отключение первой силовой цепи подаётся также с помощью БУМКС 8. При этом команды отключения соответствующих силовых цепей подаются от БУМКС 8 на БУКЭДУ 6 и БУКЭДУ 7, которые, в свою очередь, отключают КЭДУ 2 и КЭДУ 3 за счёт прекращения подачи питания на их электромагниты. Также отключение мультиконтактной коммутационной системы можно осуществить с помощью команд, поданных на БУКЭДУ 6 и БУКЭДУ 7 от блока приема и передачи данных (БПД 9), обработанных с помощью БУМКС 8. С помощью данного блока можно осуществить дистанционное включение мультиконтактной коммутационной системы. БПД 9 получает команды на включение или отключение 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, или внутри неё после КЭДУ 2 или КЭДУ 3, тока перегрузки или тока короткого замыкания, то БУМКС 8 подаст сигнал на БУКЭДУ 6 или на БУКЭДУ 7 соответственно на отключение КЭДУ 2 или КЭДУ 3. В этом случае, если в логике работы БУКЭДУ 6 и БУКЭДУ 7 заложен алгоритм осуществления автоматического повторного включения (АПВ) КЭДУ 2 (КЭДУ 3), то после выдержки времени будет осуществлено АПВ КЭДУ 2 или  АПВ КЭДУ 3 и, если оно будет неуспешным, то есть в первой или соответственно во второй силовой сети за мультиконтактной коммутационной системой, или внутри неё после КЭДУ 2 или после КЭДУ 3, повторно появится ток перегрузки или ток короткого замыкания, то БУМКС 8 повторно подаст сигнал на БУКЭДУ 6 или БУКЭДУ 7 на отключение КЭДУ 2 или КЭДУ 3. При этом будет заблокирована возможность дистанционного включения мультиконтактной коммутационной системы до устранения повреждений в силовой цепи за КЭДУ 2 или КЭДУ 3. Также при этом будет отправлено сообщение о повреждении за КЭДУ 2 или КЭДУ 3. 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 8), который при изменении положения коммутационных элементов КЭДУ 2, КЭДУ 3, ВКЭРУ 1, ВыКЭРУ 4, ВЫКЭРУ 5 передаёт соответствующие данные в блок передачи данных (БПД 9). БУМКС 8 также осуществляет учёт электроэнергии, переданный через первую и вторую силовую цепь мультиконтактной коммутационной системы, а также контролируют 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 8 контролирует напряжение в силовых цепях мультиконтактной коммутационной системы между ВКЭРУ 1 и КЭДУ 2 и КЭДУ 3, между КЭДУ 2 и ВыКЭРУ 4 и между КЭДУ 3 и ВыКЭРУ 5 и передает информацию о наличии или отсутствии напряжения на БПД 9 и на БУКЭДУ 6 и БУКЭДУ 7. При возникновении во вводной силовой цепи коммутационных или атмосферных перенапряжений первый ограничитель перенапряжения ОПН 11 обеспечивает снижение перенапряжения до уровня, безопасного для защищаемой линии электропередачи 0,4 кВ и оборудования мультиконтактной коммутационной системы. При возникновении в первой силовой цепи коммутационных или атмосферных перенапряжений второй ограничитель перенапряжения ОПН 12 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 третий ограничитель перенапряжения ОПН 13 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 трех 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.