СИЛОВОЕ И УПРАВЛЯЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО, ПРЕДНАЗНАЧЕННОЕ ДЛЯ СРЕДНЕВОЛЬТНОГО ОБОРУДОВАНИЯ, И СРЕДНЕВОЛЬТНОЕ ПЕРЕКЛЮЧАЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО
POWER AND CONTROL DEVICE INTENDED FOR MEDIUM-VOLTAGE EQUIPMENT, AND MEDIUM-VOLTAGE SWITCHING DEVICE

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение касается силового и управляющего устройства для средневольтного электрооборудования.
Уровень техники
В контексте настоящего изобретения термин «средневольтный» (medium voltage) означает напряжение от 1 кВ переменного напряжения и 1,5 кВ постоянного напряжения до нескольких десятков киловольт, например, до 72 кВ переменного напряжения и 100 кВ постоянного напряжения.
Силовое и управляющее устройство по изобретению в особенности пригодно для использования в средневольтных переключающих устройствах, например, в реле повторного включения (реклоузерах), разъединителях цепи, пускателях, разъединителях и т.п.
В соответствии с известными технологиями электронные устройства, выполняющие силовые и управляющие функции, широко используются в средневольтных устройствах (например, в реклоузерах, разъединителях цепи, пускателях, разъединителях) для управления их работой.
Например, средневольтное переключающее устройство обычно содержит электронное силовое и управляющее устройство для приведения в действие приводного механизма переключающего устройства и обеспечения необходимых функций управления работой приводного механизма, функций защиты от возможных скачков тока, протекающего в приводном механизме и/или функций диагностики для проверки работоспособности приводного механизма и/или внутренних контуров.
В соответствии с известными технологиями опеределенное средневольтное оборудование (как правило, используемое системах вне помещений) работает в экстремальных условиях окружающей среды и может быть подвержена воздействию чрезвычайно низких температур, достигающих уровня ниже -40°C.
Поскольку существующее промышленное электронное оборудование обычно спроектировано для работы при температурах, более высоких, чем паспортная минимальная температура, равная -40°C, силовое и управляющее устройство, предназначенное для использования в составе такого средневольтного оборудования, обычно оборудуют или соединяют в рабочем режиме с электрическим нагревателем, который запитывается для поддержания рабочей температуры на более высоком уровне.
Известные силовые и управляющие устройства вышеописанного типа обладают некоторыми недостатками.
В существующих решениях в случае отключения подачи электропитания по каким-либо причинам (например, вследствие неисправности) происходит выключение электрического и электронного оборудования силового и управляющего устройства (в том числе и электрического нагревателя).
Внутренняя температура силового и управляющего устройства может таким образом падать до значений, меньших паспортной минимальной рабочей температуры.
Таким образом, после восстановления подачи электропитания возможно возобновление работы электронного оборудования силового и управляющего устройства при температурах, находящихся вне номинального рабочего диапазона, в расчете на который оно было спроектировано (так называемый «холодный запуск»).
Такие обстоятельства легко могут привести к возникновению неисправностей и/или отклонениям от нормального режима работы силового и управляющего устройства.
С другой стороны, многие известные силовые и управляющие устройства не оборудованы средствами автоматического отключения электрического нагревателя в случае превышения внутренней температурой заданного порогового значения.
Таким образом, в случае повышения температуры окружающей среды, вызванного какими-либо причинами, определенное электронное оборудование силового и управляющего устройство может быть подвержено перегреву. Это может привести к возникновению неисправностей или к заметному сокращению срока его службы.
В других случаях может быть предусмотрен термостат для автоматического отключения электрического нагревателя.
Такое решение не обладает удовлетворительной эффективностью с точки зрения надежности.
Действительно, общедоступные в настоящее время промышленные термостаты иногда бывают подвержены влиянию ошибок конфигурации или неисправностей, которые могут снизить качество их работы.
Одно из возможных решений, обеспечивающих устранение большинства из вышеописанных недостатков, состоит в использовании в силовых и управляющих устройствах электронного оборудования военных стандартов.
Как известно, электронное оборудование этого типа обеспечивает высококачественную и надежную работу, причем оно обычно рассчитано на минимальную рабочую температуру, равную -55°C или ниже.
К сожалению, данное решение связано с высокой стоимостью промышленного производства силовых и управляющих устройств.
Раскрытие изобретения
Задача, на решение которой направлено настоящее изобретение, состоит в предложении силового и управляющего устройства для средневольтного оборудования, обеспечивающего устранение вышеуказанных недостатков.
В частности, задача, на решение которой направлено настоящее изобретение, состоит в предложении силового и управляющего устройства, обеспечивающего надежную работу с улучшенными показателями даже при чрезвычайно низких температурах (например, при температурах на уровне -40°C или ниже).
Другая задача, на решение которой направлено настоящее изобретение, состоит в предложении силового и управляющего устройства для средневольтного оборудования, простого в изготовлении при условии конкурентоспособной стоимости.
В соответствии с настоящим изобретением предлагается силовое и управляющее устройство для средневольтного оборудования по п. 1 и соответствующим зависимым пунктам формулы изобретения.
Краткое описание чертежей
Другие характеристики и преимущества изобретения станут ясны из описания предпочтительных, но не исчерпывающих, вариантов осуществления изобретения, не накладывающие каких-либо ограничений примеры которых представлены на прилагаемых чертежах, причем на фиг. 1-7 представлены блок-схемы некоторых из вариантов осуществления силового и управляющего устройства по изобретению.
Осуществление изобретения
На указанных чертежах представлено силовое и управляющее устройство 1 для средневольтного оборудования по настоящему изобретению.
Силовое и управляющее устройство 1 содержит корпус 1А, ограничивающий внутренний объем, в котором размещены его компоненты.
Например, в средневольтном переключающем устройстве корпус 1А может представлять собой корпус низковольтного отсека переключающего устройства.
Силовое и управляющее устройство 1 содержит силовой и управляющий модуль 2.
Силовой и управляющий модуль 2 содержит средства 25 управления, содержащие один или более компьютеризованных модулей, например, микропроцессоров или других устройств цифровой обработки сигналов.
Силовой и управляющий модуль 2 (а именно, средства 25 управления) выполнен с возможностью исполнения программных инструкций для формирования сигналов управления/данных для управления работой внутренних компонентов/устройств силового и управляющего устройства 1 и внешнего оборудования, связанного в рабочем режиме с указанным силовым и управляющим устройством.
В оптимальном варианте осуществления силовой и управляющий модуль 2 может быть выполнен с возможностью обеспечения функций управления, функций защиты и/или функций диагностики для обеспечения корректного управления эксплуатацией силового и управляющего устройства 1 и/или внешнего оборудования.
В оптимальном варианте осуществления силовой и управляющий модуль 2 может быть выполнен с возможностью выполнения функций приведения в действие электромагнитного, электрического и/или электронного оборудования.
Для этого силовой и управляющий модуль 2 может содержать один или более приводных контуров 26, при помощи которых он может обеспечивать подачу электропитания на приводимое в действие оборудование.
Например, приводные контуры 26 в составе средневольтного переключающего устройства электромагнитного типа могут быть выполнены с возможностью подачи соответствующих токов возбуждения в электромагнитный приводной механизм переключающего устройства.
В оптимальном варианте осуществления средства 25 управления осуществляют управление работой приводных контуров 26.
Силовой и управляющий модуль 2 предпочтительно изготовлен с использованием стандартных для промышленности электронных компонентов.
Силовой и управляющий модуль 2 выполнен с возможностью получения электропитания от источника 60 электропитания, который может представлять собой источник питания известного типа.
В общем случае источник 60 электропитания может содержать один или более модулей питания, выполненных с возможностью обеспечения питанием устройств средневольтного оборудования, в котором установлено силовое и управляющее устройство 1.
Например, в средневольтном переключающем устройстве источник 60 электропитания может содержать модуль питания (вспомогательный источник питания), выполненный с возможностью получения электропитания от силовой сети переменного тока, в которой установлено данное переключающее устройство, и обеспечения нескольких разных напряжений питания.
Силовой и управляющий модуль 2 оборудован первым портом 21 питания, выполненным с возможностью электрического соединения с источником 60 электропитания.
В соответствии с настоящим изобретением силовое и управляющее устройство 1 содержит первое управляющее устройство 3, электрически соединенное в рабочем режиме (т.е. при установленном силовом и управляющем устройстве 1) с первым портом 21 питания силового и управляющего модуля 2 и с источником 60 электропитания.
Управляющий модуль 3 выполнен с возможностью установления и прерывания электрического соединения между первым портом 21 питания и источником 60 электропитания в зависимости от рабочей температуры силового и управляющего устройства 1.
Именно, управляющий модуль 3 выполнен с возможностью предотвращения подачи электропитания на силовой и управляющий модуль 2 через порт 21 питания, если рабочая температура силового и управляющего устройства 1 ниже первого порогового значения ТН1.
Кроме того, управляющий модуль 3 выполнен с возможностью разрешения подачи электропитания на силовой и управляющий модуль 2 через порт 21 питания (разумеется, при наличии возможности подачи электропитания источником 60 электропитания), если рабочая температура силового и управляющего устройства 1 выше порогового значения ТН1.
Для большей ясности следует указать, что понятие «рабочей температуры силового и управляющего устройства» означает температуру в определенной точке внутреннего объема, ограниченного корпусом 1А силового и управляющего устройства 1, например, расположенной вблизи силового и управляющего модуля 2 или внутри него.
Пороговое значение ТН1 соответствует минимальной рабочей температуре, предусмотренной для силового и управляющего модуля 2.
Такая минимальная рабочая температура предпочтительно совпадает с паспортной минимальной рабочей температурой (например, равной -40°C), на которую рассчитана конструкция силового и управляющего модуля 2, (как правило, указанной в документации производителя).
В соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения минимальная рабочая температура, предусмотренная для силового и управляющего модуля 2, может быть выше паспортной минимальной рабочей температуры.
Например, такая минимальная рабочая температура может соответствовать температуре (например, равной -35°C), несколько превышающей паспортную минимальную рабочую температуру, чтобы обеспечить некоторый запас безопасности при работе силового и управляющего модуля 2.
Пороговое значение ТН1 легко может быть задано согласно требованиям в процессе настройки управляющего устройства 3.
По сути, управляющее устройство 3 имеет функцию предотвращения работы силового и управляющего модуля 2, если рабочая температура силового и управляющего устройства 1 является слишком низкой, и силовой и управляющий модуль 2 не может работать в номинальном рабочем диапазоне.
Управляющее устройство 3 допускает работу силового и управляющего модуля 2 только в случае наличия или восстановления (например, в результате нагревания внутреннего объема силового и управляющего устройства 1) условий, необходимых для нормальной работы (т.е. когда рабочая температура превышает пороговое значение ТН1).
Таким образом, предотвращаются отказы и неисправности силового и управляющего модуля 2, вызываемые чрезмерно низкой внутренней температурой силового и управляющего устройства 1.
Из вышесказанного очевидна важность обеспечения корректного срабатывания управляющего устройства 3 в случае наличия экстремальных рабочих температур.
Для этого управляющее устройство 3 предпочтительно изготавливается с использованием электронных компонентов, соответствующих военным стандартам.
Управляющее устройство 3 предпочтительно содержит первый термостат, имеющий в рабочем режиме соответствующее (например, выполненное по схеме электрического соединения последовательного типа) электрическое соединение с выводами порта 21 питания и/или источника 60 электропитания.
Термостат 3 выполнен с возможностью определения внутренней температуры силового и управляющего устройства 1, например, вблизи модуля 2 источника питания.
Термостат 3 выполнен с возможностью переключения между включенным (проводящим) состоянием ON и выключенным (закрытым) состоянием OFF в зависимости от определенного таким образом значения температуры.
В частности, термостат 3 выполнен с возможностью
- переключения в выключенное состояние OFF с прерыванием течения тока между источником 60 электропитания и силовым и управляющим модулем 2, если рабочая температура силового и управляющего устройства 1 меньше порогового значения ТН1;
- переключения во включенное состояние ON с разрешением течения тока между источником 60 электропитания и силовым и управляющим модулем 2, если рабочая температура силового и управляющего устройства 1 большей или равна пороговому значению ТН1.
Термостат 3 предпочтительно представляет собой термостат электронного типа, в оптимальном варианте осуществления оборудованный внутренней аккумуляторной батареей.
В соответствии с одним из аспектов изобретения силовой и управляющий модуль 2 может быть выполнен с возможностью получения электропитания от накопителя 10 электроэнергии, который может представлять собой накопитель известного типа.
Накопитель 10 может содержать одну или более аккумуляторных батарей или блоков конденсаторов.
Накопитель 10 предпочтительно предусмотрен в составе силового и управляющего устройства 1, как показано на фиг. 3, 5, 7.
Однако в соответствии с некоторыми из вариантов осуществления изобретения накопитель 10 может быть предусмотрен вне силового и управляющего устройства 1 (фиг. 4, 6). В таком случае он предпочтительно расположен вблизи силового и управляющего устройства 1.
Силовой и управляющий модуль 2 предпочтительно оборудован вторым портом 22 питания, выполненным с возможностью электрического соединения с накопителем 10.
В соответствии с одним из аспектов изобретения силовое и управляющее устройство 1 содержит второе управляющее устройство 4, электрически соединенное в рабочем режиме со вторым портом 22 питания и накопителем 10.
Управляющее устройство 4 выполнено с возможностью установления/прерывания электрического соединения между портом 22 питания и накопителем 10 в зависимости от рабочей температуры силового и управляющего устройства 1.
В частности, управляющее устройство 4 выполнено с возможностью предотвращения подачи электропитания на силовой и управляющий модуль 2 через порт 22 питания, если рабочая температура силового и управляющего устройства 1 ниже второго порогового значения ТН2.
Управляющее устройство 4 выполнено с возможностью разрешения подачи электропитания на силовой и управляющий модуль 2 через порт 22 питания (разумеется, при наличии возможности подачи электропитания накопителем 10), если рабочая температура силового и управляющего устройства 1 превышает второе пороговое значение ТН2.
Пороговое значение ТН2 соответствует максимальной температуре среди минимальной рабочей температуры, предусмотренной для силового и управляющего модуля 2, и минимальной рабочей температуры, предусмотренной для накопителя 10.
Как было разъяснено выше, указанные минимальные рабочие температуры предпочтительно совпадают с паспортными минимальными рабочими температурами, на которые рассчитаны силовой и управляющий модуль 2 и накопитель 10.
Однако в соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения указанные минимальные рабочие температуры могут быть выше, чем паспортные минимальные рабочие температуры для силового и управляющего модуля 2 и накопителя 10.
Пороговое значение ТН2 легко может быть заданно в соответствии с требованиями в процессе установки управляющего устройства 4.
По сути, управляющее устройство 4 имеет функцию предотвращения работы силового и управляющего модуля 2, если внутренняя температура силового и управляющего устройства 1 слишком низкая, и силовой и управляющий модуль 2 не может работать в своем номинальном температурном диапазоне.
Поскольку управляющее устройство 4 электрически отсоединяет силовой и управляющий модуль 2 от накопителя 10, оно также обладает функцией прекращения работы накопителя 10, если внутренняя температура силового и управляющего устройства 1 слишком низкая, и накопитель 10 не может работать в своем номинальном температурном диапазоне.
Управляющее устройство 2 разрешает работу силового и управляющего модуля 2 и накопителя 10 только в случае наличия или восстановления (например, в результате нагревания внутреннего объема силового и управляющего устройства 1) условий, необходимых для нормальной работы.
Таким образом предотвращаются отказы и неисправности силового и управляющего модуля 2 и накопителя 10, вызываемые чрезмерно низкой рабочей температурой силового и управляющего устройства 1.
Управляющее устройство 4 также предпочтительно изготавливается с использованием электронных компонентов, соответствующих военным стандартам.
Управляющее устройство 4 предпочтительно содержит второй термостат, имеющий в рабочем режиме соответствующее (например, выполненное по схеме электрического соединения последовательного типа) электрическое соединение с выводами порта 22 питания и/или накопителя 10.
Термостат 4 выполнен с возможностью определения внутренней температуры силового и управляющего устройства 1, например, вблизи модуля 2 источника питания.
Термостат 4 выполнен с возможностью переключения между включенным (проводящим) состоянием ON и выключенным (закрытым) состоянием OFF в зависимости от определенного таким образом значения температуры.
В частности, термостат 4 выполнен с возможностью:
- переключения в выключенное состояние OFF с прерыванием течения тока между накопителем 10 и силовым и управляющим модулем 2, если рабочая температура силового и управляющего устройства 1 меньше порогового значения ТН2;
- переключения во включенное состояние ON с разрешением течения тока между накопителем 10 и силовым и управляющим модулем 2, если рабочая температура силового и управляющего устройства 1 больше или равна пороговому значению ТН2.
Термостат 4 предпочтительно представляет собой термостат электронного типа, в оптимальном варианте осуществления оборудованный внутренней аккумуляторной батареей.
В соответствии с одним из аспектов изобретения для обеспечения нагревания силового и управляющего устройства 1 предусмотрен первый нагревательный модуль 5.
Нагревательный модуль 5 предпочтительно содержится в силовом и управляющем устройстве 1, как показано на фиг. 1, 3-7.
Однако в соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения нагревательный модуль 5 может быть предусмотрен вне силового и управляющего устройства 1 (фиг. 2). В таком случае он предпочтительно расположен вблизи корпуса 1А.
Нагревательный модуль 5 предпочтительно получает электропитание и содержит один или более электрических нагревателей.
Нагревательный модуль 5 предпочтительно получает электропитание от источника 60 электропитания, как показано на указанных чертежах.
Нагревательный модуль 5 оборудован третьим портом 51 питания, выполненным с возможностью электрического соединения с источником 60 электропитания.
В соответствии с одним из аспектов изобретения силовое и управляющее устройство 1 содержит третье управляющее устройство 6, электрически соединенное в рабочем режиме с портом 51 питания нагревательного модуля 5 и с источником 60 электропитания.
Управляющее устройство 6 выполнено с возможностью установления/прерывания электрического соединения между портом 51 питания и источником 60 электропитания в зависимости от температуры силового и управляющего устройства 1.
В частности, управляющее устройство 6 выполнено с возможностью предотвращения подачи электропитания на нагревательный модуль 5 через порт 51 питания, если рабочая температура силового и управляющего устройства 1 выше третьего порогового значения ТН3.
Управляющее устройство 6 выполнено с возможностью разрешения подачи электропитания на нагревательный модуль 5 через порт 51 питания (разумеется, при наличии возможности подачи электропитания источником 60 электропитания), если рабочая температура силового и управляющего устройства 1 ниже порогового значения ТН3.
Пороговое значение ТН3 соответствует номинальной рабочей температуре, предусмотренной для силового и управляющего модуля 2.
Такая номинальная рабочая температура предпочтительно совпадает с паспортной номинальной рабочей температурой (например, равной 25°C), предусмотренной конструкцией модуля 2 источника питания и его внутренних электронных компонентов.
В соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения такая номинальная рабочая температура может быть отлична от паспортной номинальной рабочей температуры.
Например, указанная номинальная рабочая температура может быть изменена в соответствии с другими параметрами окружающей среды, например, внутренней относительной влажностью силового и управляющего устройства 1.
Управление управляющим устройством 6 предпочтительно осуществляет силовой и управляющий модуль 2, соединенный в рабочем режиме (например, посредством соответствующих электрических соединений) с управляющим устройством 6.
В таком случае силовой и управляющий модуль 2 выполнен с возможностью выдачи соответствующих управляющих сигналов Т1 для обеспечения работы управляющего устройства 6 так, что:
- управляющее устройство 6 предотвращает подачу электропитания на нагревательный модуль 5 через порт 51 питания, если рабочая температура силового и управляющего устройства 1 выше порогового значения ТН3;
- управляющее устройство 6 разрешает подачу электропитания на нагревательный модуль 5 через порт 51 питания, если рабочая температура силового и управляющего устройства 1 ниже порогового значения ТН3.
Пороговое значение ТН3 легко может быть задано в соответствии с требованиями силовым и управляющим модулем 2.
Управляющее устройство 6 обеспечивает возможность предотвращения неисправностей и ускоренного старения компонентов силового и управляющего модуля 2, вызываемых явлениями перегрева.
Силовое и управляющее устройство 1 предпочтительно содержит первые средства S1 регистрации, выполненные с возможностью выдачи первых сигналов D1 регистрации, отражающих рабочую температуру силового и управляющего устройства.
Средства S1 регистрации могут содержать температурный датчик известного типа.
Средства S1 регистрации могут быть предусмотрены в составе силового и управляющего модуля 2.
В альтернативном варианте они могут быть расположены вблизи силового и управляющего модуля 2 и соединены с ним в рабочем режиме (например, посредством соответствующего электрического соединения).
Силовой и управляющий модуль 2 предпочтительно выполнен с возможностью управления работой управляющего устройства 6 на основании информации, обеспечиваемой сигналами D1 регистрации.
Силовой и управляющий модуль 2 предпочтительно выполнен с возможностью выполнения процедуры управления, включающей в себя следующие шаги:
- получение сигналов D1 регистрации;
- сравнение температурных данных, обеспеченных сигналами D1 регистрации, с пороговым значением ТН3;
- формирование соответствующих управляющих сигналов Т1 для управления работой управляющего устройства 6, так что управляющее устройство 6 предотвращает подачу электропитания на нагревательный модуль 5 через порт 51 питания, если рабочая температура силового и управляющего устройства 1 выше порогового значения ТН3.
Таким образом, становится ясно, что средства S1 регистрации в сочетании с силовым и управляющим модулем 2 образуют контур управления, который обеспечивает возможность управления работой управляющего устройства 6 в зависимости от рабочей температуры силового и управляющего устройства 1.
Такой контур управления обеспечивает надежное управление рабочей температурой силового и управляющего устройства 1 для предотвращения возникновения явлений перегрева.
Силовое и управляющее устройство 1 предпочтительно содержит вторые средства S2 регистрации, выполненные с возможностью выдачи вторых сигналов D2 регистрации, отражающих внутреннюю относительную влажность силового и управляющего устройства.
Вторые средства S2 регистрации могут содержать датчик относительной влажности известного типа.
Вторые средства S2 регистрации могут быть предусмотрены в составе силового и управляющего модуля 2.
В альтернативном варианте они могут быть расположены вблизи силового и управляющего модуля 2 и соединены с ним в рабочем режиме (например, посредством соответствующего электрического соединения).
Силовой и управляющий модуль 2 предпочтительно выполнен с возможностью управления работой управляющего устройства 6 на основании информации, обеспечиваемой сигналами D2 регистрации.
В частности, силовой и управляющий модуль 2 предпочтительно выполнен с возможностью задания порогового значения ТН3 на основании информации, обеспечиваемой сигналами D2 регистрации.
Силовой и управляющий модуль 2 предпочтительно выполнен с возможностью выполнения процедуры управления, включающей в себя следующие шаги:
- получение сигналов D2 регистрации;
- вычисление значения температуры точки росы на основе данных относительной влажности, обеспеченных сигналами D2 регистрации;
- задание порогового значения ТН3 на основании вычисленного значения температуры точки росы;
- получение сигналов D1 регистрации;
- сравнение определенных таким образом значений температуры, обеспеченных сигналами D1 регистрации, с заданным пороговым значением ТН3;
- формирование соответствующих управляющих сигналов Т1 для управления работой управляющего устройства 6, так что управляющее устройство 6 предотвращает подачу электропитания на нагревательный модуль 5 через порт 51 питания, если рабочая температура силового и управляющего устройства 1 выше порогового значения ТН3.
Из вышесказанного становится ясно, что средства S2 регистрации в сочетании с силовым и управляющим модулем 2 образуют контур управления, который обеспечивает возможность корректировки порогового значения ТН3 в зависимости от внутренней влажности силового и управляющего устройства 1.
Такой контур управления функционирует параллельно с вышеописанным контуром управления, в который входят средства S1 регистрации.
Данное решение позволяет поддерживать низкую рабочую температуру силового и управляющего устройства 1, если внутренняя влажность относительно мала, и постепенно увеличивать рабочую температуру при повышении относительной влажности.
Это позволяет увеличить длительность срока службы электронных компонентов силового и управляющего модуля 2 при сравнительно низкой внутренней влажности.
С другой стороны, это позволяет избежать возникновения явлений конденсации воды при сравнительно высокой внутренней влажности.
Управляющее устройство 6 также предпочтительно изготавливается с использованием электронных компонентов, соответствующих военным стандартам.
Управляющее устройство 6 предпочтительно содержит первое реле типа реле с нормально замкнутыми контактами (НЗ).
Поскольку реле 6 представляет собой реле типа НЗ, оно выполнено с возможностью переключения из состояния ON (проводящего) в состояние OFF (разомкнутое) в зависимости от получения от силового и управляющего модуля соответствующих переключающих сигналов Т1.
В частности, реле 6 выполнено с возможностью:
- нахождения в состоянии ON с разрешением течения тока между источником 60 питания и нагревательным модулем 5, если реле не получает от силового и управляющего модуля 2 переключающие сигналы Т1;
- переключения в состояние OFF, тем самым прекращая течение тока между источником 60 питания и нагревательным модулем 5, если реле получает от силового и управляющего модуля 2 переключающие сигналы Т1.
Поскольку реле 6 представляет собой реле типа НЗ, оно сохраняет состояние ON даже при выключенном силовом и управляющем модуле 2.
Таким образом, нагревательный модуль 5 может производить подачу тепла в силовое и управляющее устройство 1 независимо от действующего состояния (включенного или выключенного) силового и управляющего модуля 2.
Данная функция особенно важна в случае восстановления работы источника 60 питания после отказа. Действительно, в таком случае нагревательный модуль 5 может начать работу немедленно, даже если силовой и управляющий модуль 2 еще выключен, например, после срабатывания управляющих устройств 2 и/или 4, описанных выше.
В соответствии с одним из аспектов изобретения силовой и управляющий модуль 2 выполнен с возможностью приведения в действие одного или более электронных устройств 70, например, жидкокристаллического дисплея, дополнительных аккумуляторных батарей и т.п.
Электронные устройства 70 предпочтительно предусмотрены в составе силового и управляющего устройства 1, как показано на фиг. 5, 7.
Однако в соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения электронные устройства 70 могут быть установлены вне силового и управляющего устройства 1 (фиг. 6). В таком случае они предпочтительно расположены вблизи силового и управляющего устройства 1.
Силовой и управляющий модуль 2 выполнен с возможностью отключения электронных устройств 70, если рабочая температура силового и управляющего модуля 2 меньше одного или более соответствующих четвертых пороговых значений ТН4.
Пороговые значения ТН4 отражают соответствующие минимальные рабочие температуры, предусмотренные для электронных устройств 70.
Указанные минимальные рабочие температуры предпочтительно совпадают с паспортными минимальными рабочими температурами (например, равными -40°С), на которые рассчитана конструкция электронных устройств 70.
В соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения указанные минимальные рабочие температуры могут быть выше, чем паспортные минимальные рабочие температуры, предусмотренные для электронных устройств 70.
Пороговое значение ТН4 для каждого из электронных устройств 70 легко может быть задано в соответствии с требованиями силовым и управляющим модулем 2.
Силовой и управляющий модуль 2 предпочтительно выполнен с возможностью управления работой электронных устройств 70 на основании информации, обеспечиваемой сигналами D1 регистрации, поступающими от средств S1 регистрации.
Силовой и управляющий модуль 2 предпочтительно выполнен с возможностью выполнения процедуры управления, включающей в себя следующие шаги:
- получение сигналов D1 регистрации;
- сравнение температурных данных, обеспеченных сигналами D1 регистрации, с максимальным значением из указанных пороговых значений ТН4, причем каждое из пороговых значений ТН4 соответствует одному из электронных устройств 70;
- отключение указанных электронных устройств 70, если рабочая температура силового и управляющего устройства 1 ниже, чем максимальное из указанных пороговых значений ТН4.
Отключение электронных устройств 70 может быть произведено путем формирования соответствующих управляющих сигналов С или прекращения подачи электропитания на указанные электронные устройства, если их электропитание непосредственно обеспечивает силовой и управляющий модуль 2.
Из вышесказанного очевидно, что силовой и управляющий модуль 2 действует в данном случае в качестве управляющего устройства, имеющего функцию предотвращения работы электронных устройств 70 в случае чрезмерно низкой рабочей температуры и невозможности работы указанных устройств в пределах их нормальных температурных диапазонов.
Средства S1 регистрации в сочетании с силовым и управляющим модулем 2 образуют контур управления, обеспечивающий возможность управления работой электронных устройств 70 в соответствии с рабочей температурой силового и управляющего устройства, предположительно соответствующей (с точностью до пренебрежимо малых отклонений) рабочей температуре данных устройств.
В соответствии с одним из аспектов изобретения силовое и управляющее устройство 1 может быть выполнено с возможностью управления рабочей температурой по меньшей мере внешнего оборудования 80, которое может быть установлено в удаленном положении.
Оборудование 80 может представлять собой оборудование электромагнитного, электрического или электронного типа.
Например, в средневольтном переключающем устройстве оборудование 80 может представлять собой силовое оборудование (например, электромагнитный исполнительный механизм), установленный в высоковольтном отсеке переключающего устройства.
Для обеспечения подачи тепла в оборудование 80 предпочтительно предусмотрен второй нагревательный модуль 9.
Нагревательный модуль 9 предпочтительно обеспечивается электропитанием и содержит один или более электрических нагревателей.
Например, в средневольтном переключающем устройстве нагревательный модуль 9 может содержать электрический нагреватель, установленный в высоковольтном отсеке переключающего устройства.
Нагревательный модуль 9 предпочтительно получает электропитание от источника 60 электропитания, как показано на указанных чертежах.
Нагревательный модуль 9 оборудован четвертым портом 91 питания, выполненным с возможностью электрического соединения с источником 60 электропитания.
Силовое и управляющее устройство 1 предпочтительно содержит четвертое управляющее устройство 8, электрически соединенное в рабочем режиме с портом 91 и с источником 60 электропитания.
Управляющее устройство 8 выполнено с возможностью установления/прерывания электрического соединения между портом 91 питания и источником 60 электропитания в зависимости от рабочей температуры оборудования 80.
В частности, управляющее устройство 8 выполнено с возможностью предотвращения подачи электропитания на нагревательный модуль 9 через порт 91 питания, если рабочая температура оборудования 80 выше пятого порогового значения ТН5.
Управляющее устройство 8 выполнено с возможностью разрешения подачи электропитания на нагревательный модуль 9 через порт 91 питания (разумеется, при наличии возможности подачи электропитания источником 60 электропитания), если рабочая температура силового и управляющего устройства 1 ниже порогового значения ТН5.
Пороговое значение ТН5 соответствует номинальной рабочей температуре, предусмотренной для оборудования 80.
Такая номинальная рабочая температура предпочтительно совпадает с паспортной номинальной рабочей температурой (например, равной 25°С), предусмотренной конструкцией оборудования 80.
В соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения такая номинальная рабочая температура может быть отлична от паспортной номинальной рабочей температуры.
Например, указанная номинальная рабочая температура может быть изменена в соответствии с другими параметрами окружающей среды, например, с рабочей относительной влажностью оборудования 80.
Управление управляющим устройством 8 предпочтительно осуществляет силовой и управляющий модуль 2, соединенный в рабочем режиме (например, посредством соответствующих электрических соединений) с управляющим устройством 8.
В таком случае силовой и управляющий модуль 2 выполнен с возможностью выдачи соответствующих управляющих сигналов Т2 для обеспечения управления работой управляющего устройства 8 так, что:
- управляющее устройство 8 предотвращает подачу электропитания на нагревательный модуль 9 через порт 91 питания, если рабочая температура оборудования 80 выше порогового значения ТН5;
- управляющее устройство 8 разрешает подачу электропитания на нагревательный модуль 9 через порт 91 питания, если рабочая температура оборудования 80 ниже порогового значения ТН5.
Пороговое значение ТН5 легко может быть задано в соответствии с требованиями силовым и управляющим модулем 2.
Управляющее устройство 8 обеспечивает возможность предотвращения неисправностей и ускоренного старения компонентов оборудования 80, вызываемых явлениями перегрева.
Силовое и управляющее устройство 1 предпочтительно содержит третьи средства S3 регистрации, выполненные с возможностью выдачи третьих сигналов D3 регистрации, отражающих температуру оборудования 80.
Средства S3 регистрации могут содержать температурный датчик известного типа.
Средства S3 регистрации могут быть установлены на оборудовании 80 или размещены вблизи него.
Средства S3 регистрации соединены в рабочем режиме с силовым и управляющим модулем 2 (например, посредством соответствующего электрического соединения).
Силовой и управляющий модуль 2 предпочтительно выполнен с возможностью управления работой управляющего устройства 8 на основании информации, обеспечиваемой сигналами D3 регистрации.
Силовой и управляющий модуль 2 предпочтительно выполнен с возможностью выполнения процедуры управления, включающей в себя следующие шаги:
- получение сигналов D3 регистрации;
- сравнение температурных данных, обеспеченных сигналами D3 регистрации, с пороговым значением ТН5;
- формирование надлежащих управляющих сигналов T2 для управления работой управляющего устройства 8, так что управляющее устройство 8 предотвращает подачу электропитания на нагревательный модуль 9 через порт 91 питания, если температура оборудования 80 выше порогового значения ТН5.
Управляющее устройство 8 предпочтительно содержит второе реле типа реле с нормально замкнутыми контактами (НЗ).
Поскольку реле 8 представляет собой реле типа НЗ, оно выполнено с возможностью переключения из состояния ON (проводящего) в состояние OFF (разомкнутое) в случае получения от силового и управляющего модуля соответствующих переключающих сигналов T2.
В частности, реле 8 выполнено с возможностью:
- нахождения в состоянии ON с разрешением течения тока между источником 60 питания и нагревательным модулем 9, если реле не получает от силового и управляющего модуля 2 переключающие сигналы T2;
- переключения в состояние OFF, тем самым прекращая течение тока между источником 60 питания и нагревательным модулем 9, если реле получает от силового и управляющего модуля 2 переключающие сигналы T2.
Поскольку реле 8 представляет собой реле типа НЗ, оно сохраняет состояние ON даже при выключенном силовом и управляющем модуле 2.
Таким образом, нагревательный модуль 9 может производить подачу тепла в оборудование 80 независимо от действующего состояния (включенного или выключенного) силового и управляющего модуля 2.
Данная функция особенно важна в случае восстановления работы источника 60 питания после отказа.
Действительно, в таком случае нагревательный модуль 9 может начать работу немедленно, даже если силовой и управляющий модуль 2 еще выключен, например, после срабатывания управляющих устройств 2 и/или 4, описанных выше.
Силовой и управляющий модуль 2 предпочтительно выполнен с возможностью работы в качестве управляющего устройства, имеющего функцию предотвращения работы оборудования 80, если рабочая температура слишком низкая, и оборудование 80 не может работать в номинальном рабочем диапазоне.
В частности, силовой и управляющий модуль 2 выполнен с возможностью отключения оборудования 80, если рабочая температура указанного оборудования меньше шестого порогового значения ТН6.
Пороговое значение ТН6 отражает минимальную рабочую температуру, предусмотренную для оборудования 80.
Указанная минимальная рабочая температура предпочтительно совпадает с паспортной минимальной рабочей температурой (например, равной -40°С), на которую рассчитана конструкция оборудования 80.
В соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения указанная минимальная рабочая температура может быть выше, чем паспортная минимальная рабочая температура оборудования 80.
Пороговое значение ТН6 легко может быть задано в соответствии с требованиями силовым и управляющим модулем 2.
Силовой и управляющий модуль 2 предпочтительно выполнен с возможностью выполнения процедуры управления, включающей в себя следующие шаги:
- получение сигналов D3 регистрации;
- сравнение температурных данных, обеспеченных сигналами D3 регистрации, с пороговым значением ТН6;
- отключение оборудования 80, если рабочая температура оборудования 80 ниже, чем указанное пороговое значение ТН6.
Отключение электронных устройств 70 может быть произведено путем формирования надлежащих блокирующих сигналов INT (или других управляющих сигналов другого типа) или прекращения подачи электропитания на оборудование 80, если его электропитание непосредственно обеспечивает силовой и управляющий модуль 2.
Из вышесказанного очевидно, что средства S3 регистрации в сочетании с силовым и управляющим модулем 2 образуют контур управления, который обеспечивает возможность управления работой управляющего устройства 6 в зависимости от рабочей температуры оборудования 80.
Такой контур управления позволяет предотвратить возникновение явлений перегрева и обеспечивает возможность работы оборудования 80 только при нахождении рабочих температур в пределах его нормального рабочего диапазона.
В соответствии с одним из возможных вариантов осуществления изобретения, если оборудование 80 представляет собой электромагнитный исполнительный механизм средневольтного переключающего устройства, силовой и управляющий модуль 2 может осуществлять способы определения рабочего состояния средневольтного переключающего устройства для получения информации, касающейся рабочей температуры оборудования 80.
Например, силовой и управляющий модуль 2 может осуществлять способ определения рабочего состояния средневольтного переключающего устройства, аналогичный раскрытому в патентной заявке №ЕР141855817.
В таких случаях необходимость в использовании средств D3 регистрации отсутствует.
Ниже следует более подробное описание примера работы силового и управляющего устройства 1.
Предполагается наличие источника 60 электропитания и накопителя 10 электроэнергии, обеспечивающих электропитание силового и управляющего модуля 2.
Предполагается, что источник 60 электропитания возобновил работу после длительного перерыва.
Пусть исходная температура силового и управляющего устройства 1 ниже пороговых значений ТН1, ТН2, причем ТН2>ТН1.
Поскольку температура ниже пороговых значений ТН1, ТН2, термостаты 3, 4 предотвращают подачу электропитания на силовой и управляющий модуль 2.
В такой ситуации работа силового и управляющего модуля 2 и накопителя 10 невозможна, и они защищены от повреждений, вызываемых чрезмерно низкими температурами.
С другой стороны, в связи с наличием источника 60 электропитания и температурой, меньшей порогового значения ТН3, реле 6 разрешает подачу тепла нагревательным модулем 5 даже в отсутствие связи с силовым и управляющим модулем 2, по-прежнему отключенным.
Происходит постепенное повышение температуры силового и управляющего устройства.
По превышении температурой порогового значения ТН1 силовой и управляющий модуль 2 начинает получать питание от источника 60 электропитания, так как термостат 3 разрешает подачу электропитания на силовой и управляющий модуль 2 через порт 21 питания.
При этом температура силового и управляющего устройства 1 по-прежнему ниже порогового значения ТН2.
В такой ситуации работа накопителя 10 по-прежнему невозможна в связи с действием термостата 4.
С другой стороны, силовой и управляющий модуль 2 уже может работать несмотря на отсутствие резервного источника питания.
Температура силового и управляющего устройства продолжает постепенно возрастать.
После превышения температурой порогового значения ТН2 силовой и управляющий модуль 2 может получать питание также и от накопителя 10, так как термостат 4 разрешает подачу электропитания на силовой и управляющий модуль 2 через порт 22 питания.
После этого силовой и управляющий модуль 2 может работать в безопасных, в том числе и с точки зрения обеспечения электропитания, условиях (в связи с наличием теперь резервного источника питания).
Следует отметить, что возможность полноценной работы силового и управляющего модуля возникает с некоторой задержкой после момента появления в наличии источника питания.
Длительность такой задержки (обычно небольшая, как правило, порядка нескольких минут) в основном зависит от температуры окружающей среды, от тепловых характеристик силового и управляющего устройства 1 и от номинальной мощности нагревательного модуля 5.
Температура силового и управляющего устройства 1 продолжает постепенно возрастать.
На этом этапе управление нагревательным модулем 5 осуществляют контуры управления, содержащие силовой и управляющий модуль 2 и средства S1, S2 регистрации.
Таким образом, осуществляется управление температурой силового и управляющего устройства 1 и предотвращается возникновение явлений перегрева.
Силовое и управляющее устройство 1 по настоящему изобретению обладает заметными преимуществами по сравнению с решениями по известным технологиям.
Силовое и управляющее устройство 1 обладает устойчивыми и улучшенными характеристиками даже в случае работы при чрезвычайно низких температурах (например, около -40°C или ниже).
Наличие встроенного управляющего устройства 3 (и, возможно, 4) обеспечивает безопасность работы силового и управляющего модуля 2 в случае возникновения условий холодного запуска, что позволяет избежать повреждений, вызываемых чрезмерно низкими температурами.
Кроме того, наличие встроенного управляющего устройства 6 обеспечивает возможность непрерывного управления рабочей температурой силового и управляющего устройства 1 во время работы силового и управляющего модуля 2, что позволяет исключить явления перегрева.
Силовое и управляющее устройство 1 обеспечивает возможность безопасного управления работой накопителя 10 электроэнергии, электронных устройств 70 и/или внешнего оборудования 80, которые могут быть соединены с ним в рабочем режиме, в соответствии с их реальной рабочей температурой.
Силовое и управляющее устройство 1 особенно хорошо приспособлено для применения в составе средневольтного электрооборудования (например, средневольтного переключающего оборудования), используемого в наружных установках.
Сложность и стоимость промышленного производства силового и управляющего устройства 1 снижены по сравнению с решениями, соответствующими известным технологиям.