Устройство для электроснабжения потребителей

Полезная модель относится к области электроснабжения, а именно к устройствам для снабжения электроэнергией потребителей (в первую очередь, модулей УСО (устройств связи с объектами) различных ПТК (программно-технических комплексов) автоматизированных систем контроля и управления и ассоциируемых с ними промышленных элементов, например контактной части промежуточных реле, с возможностью индивидуальной защиты потребителя плавкой вставкой с визуальным контролем состояния, подключения резервирующих питающих цепей, индивидуального оперативного отключения потребителя, возможностью масштабирования в зависимости от количества потребителей (нагрузки).
Из уровня техники известен патент Германии DE 19600997, который описывает клеммные блоки на DIN-рейке. Несколько клеммных блоков образуют абонент шины, который включает в себя блок обработки, передатчики и приемники для соединения между собой нескольких абонентов шины.
Однако недостатком данного решения является то, что оно некомпактное и не обеспечивает в должной мере надежность безопасного снабжения электроэнергией потребителей.
Задачей полезной модели является преодоление недостатков прототипа путем создания устройства передачи электроэнергии, обеспечивающего надежную работу.
Техническим результатом полезной модели является повышение надежности безопасного снабжения электроэнергией с одновременной возможностью оперативного восстановления электроснабжения потребителей.
Технический результат достигается за счет следующих особенностей устройства для электроснабжения потребителей. Устройство для электроснабжения потребителей состоит из металлического профиля, на котором установлены с шагом группы элементов, каждая из которых состоит из клеммного блока с размыкателем в виде штекерного держателя для плавкой вставки и разъема со штекером. В каждой группе элементов вход клеммного блока выполнен с возможностью соединения с положительным потенциалом линии питания, а выход клеммного блока через плавкую вставку в штекерном держателе соединен со входом разъема, причем другой вход разъема выполнен с возможностью соединения с отрицательным потенциалом линии питания, а выводы штекера выполнены с возможностью подключения к потребителю. Все входы клеммных блоков соединяются между собой перемычками от одного клеммного блока к другому, а все входы разъемов, соединенные с отрицательным потенциалом, соединяются между собой перемычками. Также предусмотрено, что штекерный держатель содержит светоиндикатор, загорающийся в случае выхода из строя плавкой вставки в штекерном держателе, при этом держатель выполнен с возможностью замены плавкой вставки. Дополнительно устройство может включать в себя П-образный стальной кронштейн, причем металлический профиль выполнен с возможностью установки на данный кронштейн путем болтового соединения крепления заклепками или самонарезающими шурупами. Также устройство может включать в себя диодную сборку с двумя диодами, объединенными на выходах по катоду, и выполненную с возможностью подключения положительного потенциала первого источника питания к аноду первого диода, а положительного потенциала второго источника питания – к аноду второго диода, и далее через выход диодной сборки положительный потенциал используется для подключения к входу клеммного блока, который через плавкую вставку в штекерном держателе соединен со входом разъема, при этом отрицательные потенциалы источников питания объединяются на внешнем клеммном модуле, и отрицательный потенциал используется при подключении к другому входу разъема.
Полезная модель поясняется чертежами:
фиг. 1 - устройство для электроснабжения потребителей с кронштейном вид спереди;
фиг. 2 - устройство для электроснабжения потребителей с кронштейном вид сбоку;
фиг. 3 - устройство для электроснабжения потребителей с кронштейном вид сверху;
фиг. 4 - вариант размещения устройства для электроснабжения потребителей с диодным модулем;
фиг. 5 - схема устройства для электроснабжения потребителей с диодным модулем.
Краткие обозначения:
1 - кронштейн (П-образный стальной профиль, может иметь толщину от 1,5 мм. и больше, оптимально 2-3 мм.);
2 - диодная сборка (VD). На фиг. 3 показан как VD;
3 - рейка (может использоваться DIN-рейка);
4 - клеммный блок (на фиг. 4 и 5 и в тексте показан как ХТ1....XTN исходя из количества);
5 - штекерный держатель плавкой вставки (на фиг. 4 и 5 и в тексте показан как XF1…XFN исходя из количества);
6 - разъем (на фиг. 4 и 5 и в тексте показан как XS1…XSN исходя из количества);
7 - штекер (на фиг. 4 и 5 и в тексте показан как XP1…XPN исходя из количества);
8 - крышка клеммного блока;
9 - плавкая вставка F (предохранитель);
М', М'' - отрицательные потенциалы от источников питания;
L', L'' - положительные потенциалы от источников питания;
1M-NM - порядковый номер отрицательного потенциала М;
1L-NL - порядковый номер положительного потенциала L.
Устройство служит для снабжения электроэнергией (в первую очередь постоянным напряжением 24 В, также может использоваться и для другого напряжения в зависимости от нужд потребителя). Устройство выполнено конструктивно-единым, и все элементы устройства имеют связь между собой, а также с рейкой и соединены функционально. Кроме этого, устройство собирается и тестируется на заводе-изготовителе, а размещение элементов устройства электроснабжения и связи между ними выполнено таким образом, что обеспечивают: безошибочность и точность подключения/отключения потребителя за счет расположения устройства в непосредственной близости от нагрузки и размещения соответствующего разъема устройства таким образом, что он визуально ассоциируется с подключаемой к нему нагрузкой; организацию индивидуальной защиты каждого потребителя плавкой вставкой с возможностью ее оперативной замены, а также визуальный контроль выхода из строя плавкой вставки и, соответственно, наличие/отсутствие напряжения на потребителе; организацию (резервированного) электроснабжения потребителей как минимум от двух источников электропитания при применении варианта устройства с диодной сборкой; возможность оперативного восстановления электроснабжения потребителя за счет применения разъемных держателей и плавких вставок общепромышленного стандарта 5×20.
Устройство состоит из металлического профиля (DIN-рейки общепромышленного стандарта), на котором размещены клеммные блоки (XT) с размыкателями в виде штекерных держателей (XF) с плавкой вставкой и штекеры (ХР) с разъемами (XS). Указанные элементы соединяются с рейкой либо посредством защелкивания (быстросъемного соединения, такого как для стандартных автоматов или УЗО), либо прикручиваются элементами крепления (метизами). Элементы устройства размещаются на DIN-рейке группами (XT, XF, XS, ХР) (см. фиг. 4). Причем шаг размещения групп элементов зависит от габаритных размеров потребителей (в первую очередь от ширины), которые, как правило, размещаются над или под устройством. Шаг рассчитывается таким образом, чтобы клемма, разъем и штекер можно было однозначно визуально сопоставить с нагрузкой (потребителем), которая к ней подключается (фиг. 4). Обеспечивается универсальность применения за счет возможности масштабирования количества элементов (сборных групп XT, XF, XS, ХР) в зависимости от количества потребителей (нагрузки). Устройство может быть установлено как горизонтально, так и вертикально. По умолчанию в качестве профиля для размещения элементов используется DIN-рейка типа NS15. DIN-рейка выполнена с возможностью монтажа на монтажной поверхности/кронштейне посредством болтового соединения, крепления заклепками или самонарезающими шурупами. Также может быть предусмотрен и другой тип соединения: сварка, склеивание или быстросъемное соединение. Обычно в качестве клеммных блоков (XT) используются электротехнические одноярусные клеммы общепромышленного исполнения с креплением на DIN-рейку и возможностью размыкания цепи при помощи держателя (XF) для плавких вставок стандарта 5×20 (F). Плавкие вставки (предохранители) могут выбираться в зависимости от подключенной нагрузки и могут быть заменены в случае их выхода из строя. Держатель устанавливается в клемму посредством соединения вилка-розетка. Штекерный держатель содержит светоиндикаторную группу (например, группу светодиодов или один светодиод). В случае выхода из строя плавкой вставки на штекерном держателе загорается светоиндикаторная группа или светодиод. Плавкая вставка обеспечивает защиту цепи электропитания каждого из потребителей. Номинал плавкой вставки выбирается исходя из рекомендуемых производителем потребителю параметров, при этом существует возможность выбора параметров защитного устройства (плавкой вставки) как на этапе заказа устройства, так и при тестировании оборудования на заводе-изготовителе, а также и на сборочной площадке или при наладке оборудования на объекте за счет применения разъемных держателей и плавких вставок общепромышленного стандарта 5×20. По умолчанию используется плавкая вставка номиналом 2А, но могут применяться и другие от 0,032А до 6,3А.
В случае использования открытого исполнения корпуса клеммного блока (XT) его боковая поверхность выполнена с возможностью закрытия крышкой для клеммного блока. Обычно справа от клеммного блока (XT) устанавливается двухполюсный разъем (XS) с двухполюсным штекером (ХР). Разъем крепится в штекере на пластиковых защелках (быстросъемное соединение) и служит для оперативного отключения потребителя посредством его демонтажа. По умолчанию используется штекерный держатель с номинальным током 6,3А, клеммный блок с максимальным током нагрузки до 16А, штекер, разъем с максимальным током нагрузки до 12А, диодная сборка (в случае если используется) с номинальным током 15А. Таким образом, к каждой группе (XT, XF, XS, ХР) может быть подключена нагрузка с номинальным током до 6,3А.
На фиг. 4 показан пример размещения устройства с диодной сборкой для 12 потребителей без кронштейна над потребителями, в качестве которых выступают модули УСО в крейте промышленных контроллеров системы автоматизации.
При необходимости подключения электропитания от двух (резервирующих) источников электропитания может быть задействована диодная сборка (VD) с двумя диодами, объединенными на выходах (по катоду). Внешний(-е) источник(-и) электропитания постоянного тока подключается(-ются) к устройству: в случае использования с диодным модулем VD положительные потенциалы подсоединяются к клеммам диодной сборки: положительный потенциал первого источника - к аноду одного диода, а положительный потенциал второго источника - к аноду другого диода. При этом отрицательные потенциалы источников питания объединяются либо на внешнем по отношению к устройству клеммном модуле и подключаются к разъему XS1, либо подключаются непосредственно к разъему XS1 (фиг. 5). В качестве диодной сборки может использоваться мостовой выпрямитель типа GBPC. Диодная сборка закрепляется на монтажной поверхности/кронштейне посредством болтового соединения, крепления заклепками или самонарезающими шурупами. В случае использования без диодного модуля VD положительный потенциал подключается непосредственно ко входу клеммного блока (ХТ1) со штекерным держателем плавкой вставки. Отрицательный потенциал - к разъему XS1. При этом входы клеммных блоков (XT) (положительный потенциал от источника(-ков) электропитания) в пределах устройства соединяются между собой проводными перемычками от одного клеммного блока к другому (см. фиг. 5: ХТ1 к ХТ2, ХТ2 к ХТ3 и т.д.). Выход клеммного блока (XT) (цепь проходит через плавкую вставку в штекерном держателе) подключается к рядом стоящему входу разъема проводными перемычками, а далее соответственно в один вход штекера (ХТ1 ко входу XS1, XTN ко входу XSN и т.п., XS1 к ХР1 и т.д. XSN ко входу XPN). В штекерном держателе параллельно предохранителю включена цепь из подключенных встречно-параллельных двух светодиодов, общий вход которых подключен через резистор (фиг. 5).
Другие входы разъемов (XS) (отрицательный потенциал от источника(-ков) электропитания) в пределах устройства соединяются между собой проводными перемычками, а далее соответственно в другой вход штекера (XS1 ко входу XS2 и т.д. к XSN, а далее XS1 к ХР1 и т.д. XSN ко входу XPN). При этом потребители подключаются проводными перемычками к штекерам (ХР), устанавливаемым в разъемы (XS) обычно посредством соединения вилка-розетка, а могут использоваться и другие быстросъемные соединения. Клеммы каждого штекера (ХР) для легкой идентификации маркируются пластиковой табличкой на клеевой основе. Табличка для клемм положительного потенциала содержит порядковый номер разъема и букву «L», отрицательного - порядковый номер разъема и букву «М». Устройство может включать в себя П-образный стальной кронштейн, который позволяет дистанцировать компоненты устройства (несущую DIN-рейку, а также диодную сборку) от монтажной поверхности. Кронштейн выбирается в случае если это обуславливают габаритные размеры (глубина) подключаемых к устройству потребителей. Также с помощью кронштейна можно избежать перегиба проводников при подключении электропитания от заявленного устройства. Кронштейн может быть выполнен из стали толщиной не менее 2 мм. Вспомогательной функцией кронштейна является возможность размещения кабельного канала над DIN-рейкой устройства для прокладки проводников как к устройству, так и к потребителям. Кронштейн может иметь по меньшей мере 4 круглых отверстия для крепления и может быть выполнен с возможностью закрепления его на монтажной поверхности посредством болтового соединения, крепления заклепками или самонарезающими шурупами, сваркой, приклеивания и т.д.
Таким образом, достигается повышение надежности безопасного снабжения электроэнергией с одновременной возможностью оперативного восстановления электроснабжения потребителей.
Пример предпочтительной последовательности сборки устройства для электроснабжения потребителей:
1. Ha DIN-рейку (DIN) устанавливаются клеммные блоки (XT) и разъемы (XS). Каждый клеммный блок (XT) и разъем (XS) имеют специальные пазы в корпусе для фиксации посредством защелкивания на DIN-рейке.
2. Плавкие вставки (F) устанавливаются в штекерные держатели плавких вставок (XF):
2.1. Боковая крышка штекерного держателя (XF), крепящаяся на пластиковых защелках в пазах корпуса, откидывается;
2.2. Плавкая вставка (F) устанавливается (защелкивается) в держатель-клипсу штекерного держателя;
2.3. Боковая крышка штекерного держателя (XF) фиксируется пазами в корпусе.
3. Штекерные держатели плавких вставок (XF) вводятся контактной частью (штырями) в специальные (для установки штекерных держателей) отверстия клеммных блоков (XT) до фиксации защелкиванием.
4. Штекеры (ХР) вводятся контактной частью в специальные (для установки штекеров) отверстия разъемов (XS) до фиксации защелкиванием.
5. DIN-рейка с установленным оборудованием закрепляется на кронштейне (при исполнении устройства с кронштейном) вытяжной заклепкой. В сквозные предварительно подготовленные и совпадающие между собой по диаметру отверстия в кронштейне и DIN-рейке (DIN) вставляется заклепка и фиксируется заклепочником или пневмопистолетом. Для крепления одной DIN-рейки (DIN) достаточно 3 заклепок: по 1 по краям DIN-рейки и 1 в центре монтажной поверхности в зависимости от типа поверхности. При незначительной толщине поверхности, преимущественно стальной заклепкой, аналогично способу крепления на кронштейне. При значительной толщине поверхности - самонарезающим шурупом. Тип шурупа и необходимость использования дюбеля под самонарезающий шуруп определяется типом поверхности. Центры отверстий в поверхности и отверстий в DIN-рейке (DIN) совмещаются, DIN-рейка (DIN) притягивается (завинчивается) шурупом. Для крепления одной DIN-рейки достаточно 3 заклепок/самонарезающих шурупов: по 1 по краям DIN-рейки (DIN) и 1 в центре.
6. Кронштейн (при исполнении устройства с кронштейном) закрепляется на монтажной поверхности в зависимости от типа поверхности. При незначительной толщине поверхности, преимущественно, стальной заклепкой. При значительной толщине поверхности - самонарезающим шурупом. Тип шурупа и необходимость использования дюбеля под самонарезающий шуруп определяется типом поверхности (крепление аналогично описанному в п. 5). Для крепления одного кронштейна достаточно 4 заклепок/самонарезающих шурупов: по 1 по углам кронштейна.
7. Элементы устройства соединяются между собой проводными перемычками в соответствии со схемой. Способ подключения проводников к клеммным блокам (XT), разъемам (XS), штекерам (ХР) зависит от исполнения клеммной части компонента:
- фиксация (прижим) контактной пластиной винтовой клеммы;
- фиксация (прижим) подпружиненной контактной пластиной пружинной клеммы.