УСТРОЙСТВО АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ РАБОЧИМ И АВАРИЙНЫМ ОСВЕЩЕНИЕМ

Полезная модель относится к электротехнике и предназначена для обеспечения бесперебойного освещения в помещениях с энерготеплогенерирующими установками, - например, в помещениях электростанций контейнерного типа - при нахождении в них обслуживающего персонала.
Электростанции контейнерного типа широко используются в народном хозяйстве, - например, в качестве основных источников электропитания в тех географических районах, где его нет совсем (буровые, геолого-разведочные экспедиции, пограничные посты и т.п.), или в качестве резервных источников электропитания для обеспечения бесперебойного функционирования какого-либо оборудования или объекта (заводы, жилые дома, больницы и т.д.).
Стандартная эксплуатация таких электростанций не предусматривает присутствия внутри контейнера обслуживающего персонала. Это обстоятельство исключает необходимость наличия постоянного освещения в помещении станции. Однако при проведении профилактических осмотров, плановых или аварийных ремонтных работ человек находится внутри контейнера, и там необходим свет.
Известны разные устройства и схемы, обеспечивающие автоматическое либо ручное включение/переключение/отключение основного и аварийного освещения помещений. Так, например, еще в 1957 г. была предложена
схема аварийного освещения машинного зала электростанции, автоматически переключающая зал на аварийное освещение от основного генератора при условии, что генератор остался возбужденным (прилагается копия соответствующего источника информации).
Особенностью схемы является необходимость ежедневной проверки работы аварийного освещения путем ручного отключения рубильника. Кроме того, при аварии на самом генераторе машинный зал остается без всякого освещения.
Известно «Устройство для аварийного освещения с автоматическим переключением на батарейное питание» (патент Великобритании № GB 2387723 В2, МПК H02J 9/06 от 15.04.2002 г.), которое переключает источники питания в зависимости от состояния электрической сети. Схема автоматического переключения содержит устройство для обнаружения отсутствия или снижения до 60% от нормального напряжения в электрической сети. Когда это происходит, переключающая схема соединяет лампу с батареей.
Устройство предусматривает режим бесперебойной подачи напряжения питания на лампу, - основного или аварийного. Поэтому область его использования определяется объектами, на которых освещение должно иметься постоянно.
Наиболее близким к предлагаемому является «Устройство для независимого управления включением ламп освещения из разных мест» по заявке №93015407 А от 24.03.1993 г., МПК Н05В 39/04.
Устройство содержит лампы освещения, переключатели, рассредоточенные по разным местам освещаемого пространства, триггер, реле времени, логический элемент «ИЛИ» и коммутационный элемент, через который лампы подключены к шинам источника питания. При нечетных нажатиях на один из переключателей происходит включение ламп освещения, при четных - выключение. Через заранее заданное время, при нажатии на один из переключателей, лампы автоматически выключаются.
Недостатками прототипа следует считать:
- отсутствие резервного источника питания; это может привести к отсутствию освещения вообще в случае исчезновения напряжения питания основного источника;
- в случае использования данной схемы для управления рабочим и аварийным освещением потребовались бы две отдельные схемы, одинаковые по функциям: одна - для управления рабочим освещением, другая - аварийным освещением;
- невозможность автоматического включения/выключения аварийного освещения при исчезновении/восстановлении напряжения питания ламп рабочего освещения;
- невозможность автоматического выключения рабочего освещения и включения аварийного в случае возникновения нештатной ситуации, - например, пожара.
Поэтому применение данного устройства не удовлетворяет требованиям по надежности системы освещения в целом и по обеспечению безопасности обслуживающего персонала при проведении ремонтно-восстановительных работ, что ограничивает область применения данной схемы.
Задачей предлагаемого решения является повышение надежности энергогенерирующего оборудования за счет повышения безопасности его обслуживания и эксплуатации.
Для решения поставленной задачи устройство автоматического управления рабочим и аварийным освещением, подключенное к источнику рабочего питания и содержащее лампы рабочего освещения, выносные кнопки для включения/выключения освещения, которые расположены в разных местах помещения электростанции, и блок управления освещением, который, в свою очередь, содержит триггер, таймер в качестве реле времени, логический элемент и первый коммутационный элемент, при этом лампы рабочего освещения подключены к выходу первого коммутационного элемента, выходные контакты выносных кнопок соединены с входами триггера, выход
триггера соединен с управляющим входом первого коммутационного элемента, дополнено источником аварийного питания, лампами аварийного освещения и датчиком пожарной ситуации. Кроме того, в блок управления освещением введены реле контроля наличия рабочего напряжения, схема сравнения напряжений, преобразователь напряжения для питания цепей автоматического управления и второй и третий коммутационные элементы. При этом лампы аварийного освещения соединены с выходом источника аварийного питания через второй коммутационный элемент, а датчик пожарной ситуации соединен с управляющим входом третьего коммутационного элемента, который включен между источником рабочего питания и силовым входом первого коммутационного элемента.
Вход реле контроля наличия рабочего напряжения подключен к выходу третьего коммутационного элемента, а выход - к первому входу логического элемента, второй вход которой соединен с выходом триггера, выход логического элемента подключен ко входу таймера, выход которого соединен с управляющим входом второго коммутационного элемента, включающего/выключающего лампы аварийного освещения.
Введенная в блок управления освещением схема сравнения напряжений реализует функцию переключения с одного источника питания на другой без перерыва питания на выходе схемы. Для этого схема сравнения первым входом связана с источником аварийного питания, вторым входом - с выходом преобразователя напряжения, который своим входом подключен к выходу третьего коммутационного элемента. Выход схемы сравнения соединен с входными контактами выносных кнопок, включающих или выключающих освещение, и одновременно со входом триггера для подачи питания на триггер.
Реализация функции переключения с одного источника питания на другой без перерыва питания на выходе схемы сравнения напряжений позволит обеспечить непрерывную подачу напряжения на элементы автоматики блока управления.
В качестве источника аварийного питания могут служить аккумуляторные батареи. При этом таймер как реле времени обеспечивает ограничение продолжительности работы ламп аварийного освещения, что позволит сохранить заряд аккумуляторных батарей.
В качестве коммутационных элементов можно использовать электромеханические реле или современные силовые полупроводниковые ключи.
Введение дополнительных элементов и связей в устройство управления рабочим и аварийным освещением позволит:
- управлять работой ламп рабочего и аварийного освещения с любого места в помещении контейнерной электростанции и с учетом наличия либо отсутствия напряжения питания ламп рабочего освещения;
- автоматически включать/отключать лампы аварийного освещения при исчезновении/восстановлении напряжения питания ламп рабочего освещения;
- контролировать время работы ламп аварийного освещения за счет программируемого на определенную длительность включения таймера (например, на 30 минут) и их отключение для обеспечения сохранности заряда аккумуляторных батарей;
- автоматически отключать лампы рабочего освещения и включать лампы аварийного освещения при возникновении пожарной ситуации;
- обеспечить непрерывную подачу напряжения на лампы рабочего или аварийного освещения и обратно и таким образом, предотвратить даже кратковременное отсутствие освещения в помещении электростанции при нахождении в нем обслуживающего персонала.
Все перечисленное значительно улучшает условия обслуживания электростанции персоналом, гарантированно обеспечивая требования по его безопасности. Тем самым повышается надежность энергогенерирующего оборудования самой электростанции как источника основного или резервного питания какого-либо оборудования или объекта.
Состав и схема заявляемого устройства представлены на фиг.1.
Устройство управляет бесперебойной подачей напряжения на лампы рабочего освещения 1 и/или лампы аварийного освещения 2. С этой целью устройство подключено к двум источникам питания - источнику питания переменным током 3 (источник рабочего питания) для ламп рабочего освещения 1 и источнику питания постоянным током 4 (источник аварийного питания) для ламп аварийного освещения 2.
Для подачи команд на включение или отключение ламп 1 и 2 устройство содержит выносные кнопочные посты 5 с кнопками включения/ отключения освещения, датчик пожарной ситуации 6 и собственно блок управления освещением 7. Кнопки 5 расположены по периметру контейнера, и их количество зависит от габаритов контейнера и внутренней компоновки его агрегатов.
Блок управления освещением 7 содержит триггер 8, таймер 9, логическую схему 10, реле контроля напряжения источника рабочего питания 11, схему сравнения напряжений 12 с функцией переключения с одного источника питания на другой без перерыва питания на выходе, преобразователь напряжения 13 для питания цепей автоматики блока 7 и три коммутационных элемента (или реле коммутации): 14 и 15 - для коммутации рабочего питания и 16 - для аварийного.
Подача напряжения на лампы рабочего освещения 1 производится с выхода источника рабочего питания 3 через первый 15 и третий 14 коммутационные элементы, а подача напряжения на лампы аварийного освещения 2 - с выхода источника аварийного питания 4 через второй коммутационный элемент 16.
Триггер 8 по входам соединен с выходными контактами кнопок 5, а по выходу подключен к одному из входов логической схемы 10 для управления ее работой и к управляющему входу первого реле коммутации 15. Одновременно один из входов триггера 8 и входные контакты кнопок 5 подключены
к выходу схемы сравнения напряжений 12. При этом первый вход схемы 12 соединен с выходом источника аварийного питания 4, второй вход схемы 12 подключен к выходу преобразователя напряжения 13.
Вход преобразователя напряжения 13 подключен к выходу третьего коммутационного элемента 14, силовой вход которого соединен с выходными контактами источника рабочего питания 3. Ко второму, управляющему входу реле 14 подключен датчик пожарной ситуации 6.
Цепочка блоков 9, 10 и 11, соединенных последовательно, включена между входными контактами двух реле коммутации напряжений - рабочего 15 и аварийного 16. Причем, входом цепочки являются входные контакты реле контроля наличия напряжения 11, которые подключены к выходу коммутационного элемента 14, через который проходит напряжение рабочего питания. Выходом цепочки служит выход таймера 9, соединенный с управляющим входом реле коммутации аварийного питания 16.
Устройство управления освещением работает следующим образом.
Схема устройства срабатывает при любых потенциально возможных ситуациях внутри помещения контейнера:
- наличие или отсутствие напряжения питания на выходах блоков 3 или 4;
- внезапное исчезновение питания ламп рабочего освещения 1;
- длительное время работы ламп аварийного освещения 2;
- поступление сигнала о пожаре с датчика 6;
- профилактические мероприятия обслуживающего станцию персонала внутри контейнера, когда необходимо отключить источник высокого (рабочего) напряжения. Команда на включение/отключение подается вручную с любой кнопки выносных постов 5.
В исходном состоянии на выходах источников питания 3 и 4 присутствуют соответствующие напряжения. Лампы освещения 1 и 2 обесточены (выключены). Напряжение на выходе триггера 8 равно нулю, а на выходе
схемы сравнения напряжений 12 присутствует постоянное напряжение, которое поступает от преобразователя напряжения 13. На второй вход схемы сравнения 12 поступает также постоянное напряжение непосредственно от источника 4. Питание на преобразователь напряжения 13 поступает с выхода источника 3 через реле коммутации 14.
В условиях, когда в помещении контейнера все в норме, датчик пожарной ситуации 6 формирует сигнал об отсутствии пожара, который передается на второй - управляющий - вход реле коммутации 14 и разрешает его замыкание.
При нажатии любой из кнопок выносных постов 5 триггер 8 изменяет свое состояние, в результате чего на его выходе появляется напряжение постоянного тока. Это напряжение поступает на управляющий вход реле коммутации 15, реле замыкается и подает напряжение рабочего питания от выхода источника 3 через замкнутое реле 14 на лампы рабочего освещения 1.
Одновременно напряжение постоянного тока с выхода триггера 8 поступает на вход логического элемента 10. На другой вход элемента 10 сигнал с выхода реле контроля рабочего напряжения 11 в это время не поступает. Поэтому на выходе логического элемента 10 устанавливается нулевое напряжение, таймер 9 остается в обесточенном состоянии, и напряжение на входе реле коммутации 16 также устанавливается равным нулю. При этом реле коммутации 16 остается разомкнутым, и лампы аварийного освещения 2 не включаются.
При исчезновении напряжения от источника рабочего питания 3, на выходе реле коммутации 14 и на входе реле контроля напряжения 11 напряжение также исчезает. Это приводит к тому, что на выходе реле контроля напряжения 11 формируется сигнал, поступающий на вход логической схемы 10. В результате на выходе схемы 10 образуется постоянное напряжение. Это напряжение запускает таймер 8 на заданное время (например, на 30 минут) и далее передается на управляющий вход реле коммутации 16. Реле 16
замыкается и подает постоянное напряжение от источника аварийного питания 4 на линии питания ламп аварийного освещения 2.
После истечения времени отсчета таймера 9 линии питания ламп аварийного освещения 2 обесточиваются. Одновременно прекращается подача питания на элементы автоматического управления блока управления освещением 7.
При восстановлении напряжения от источника 3, восстанавливается его подача на вход блока 14. Соответственно появляется напряжение на выходе блока 14 и на входе блока 11, а на выходе блока 11 сигнал снимается. При этом на вход логического блока 10 сигнал не поступает, в результате чего на его выходе устанавливается нулевое напряжение. Таймер 9 отключается, реле коммутации 16 размыкается и снимает постоянное (аварийное) напряжение с линии питания ламп аварийного освещения 2.
Переключение цепей питания выносных кнопочных постов 5 и триггера 8 (при исчезновении/восстановлении напряжения на выходе источника 3) происходит без перерыва подачи напряжения на лампы 1 или 2. Это обеспечивается блоком сравнения напряжений 12, в котором реализована функция переключения с одного источника питания (рабочего) на другой (резервный) без исчезновения напряжения на выходе самого блока 12. Если бы такой перерыв произошел, то напряжение на выходе триггера 8 приняло бы нулевое значение, что привело бы к отключению освещения контейнера вообще. Благодаря наличию блока 12 становится возможным применять указанную схему даже при наличии только одного источника питания.
При возникновении пожара срабатывает датчик пожарной ситуации 6, реле коммутации 14 размыкается, и лампы рабочего освещения 1 обесточиваются и, согласно приведенному выше алгоритму, происходит включение ламп аварийного освещения 2.
При повторном нажатии любой из кнопок 5, триггер 8 изменяет свое состояние, в результате напряжение на его выходе принимает нулевое значение. При этом реле 15 размыкается, и лампы рабочего освещения 1
обесточиваются. Если же присутствовало только напряжение от источника питания 4, то за счет снятия управляющего сигнала с входа логической схемы 10 произойдет отключение реле коммутации 16, что обесточит линии питания ламп аварийного освещения 2.
Предлагаемые изменения, дополнения и усовершенствования схемного решения устройства автоматического управления рабочим и аварийным освещением способствуют решению поставленной задачи повышения надежности оборудования электростанции за счет улучшения условий обслуживания электростанции персоналом, отключения высокого напряжения при пожаре и, таким образом, повышения безопасности ее функционирования и эксплуатации.
Реализация предлагаемого решения устройства основана на применении доступных электронных и электротехнических элементов, в нем отсутствуют крупно габаритные моточные изделия, часто используемые в схемах, в которых присутствует регулирование и переключение источников питания. Описанный алгоритм работы заявляемой схемы может быть реализован, например, на базе микроконтроллера «LOGO» производства компании «Siemens» и нескольких дополнительных реле. Это позволит разработать компактную конструкцию надежного и недорогого устройства и сделать подобное решение привлекательным для производителей других видов электротехнического оборудования аналогичного назначения.