ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ БЛОК-МОДУЛЬ

Полезная модель относится к электроснабжению различных объектов, в особенности ответственных потребителей, например, средств железнодорожной автоматики, телемеханики и связи.
Известны устройства для электроснабжения потребителей, на основе солнечных батарей, включающие в свой состав солнечную батарею, устройство отбора максимальной мощности, регулятор заряда-разряда аккумуляторной батареи, инвертор и аккумуляторную батарею, см. Д.С.Фалеев «Возобновляемые и ресурсосберегающие источники энергии» Хабаровск, 2001 год, с.с.69-70. Устройство не содержит вводов от внешних электросетей или автономных источников электроснабжения, что крайне негативно влияет на электропитание ответственных потребителей при снижениях активности солнца (например, в зимний период) и разряде аккумуляторной батареи. Также данные устройства не могут доставляться на объект эксплуатации в высокой степени готовности к работе в виду раздельной поставки оборудования и необходимости выполнения в полном объеме монтажных работ на месте эксплуатации.
Известны устройства для электроснабжения потребителей, на основе ветроэнергетических установок (ВЭУ), включающие в свой состав ветрогенератор, выпрямитель, инвертор и аккумуляторную батарею, в состав ВЭУ также могут быть включены регулятор ветрогенератора и дизель-генератор, см. Д.С.Фалеев «Возобновляемые и ресурсосберегающие источники энергии» Хабаровск, 2001 год, с.с.126-128. ВЭУ не содержит вводов от внешних электросетей, что крайне негативно влияет на электропитание ответственных потребителей при снижении скорости ветра, или его длительном отсутствии, разряде аккумуляторной батареи и израсходовании горючего для дизель-генератора. Также данные устройства не могут доставляться на объект эксплуатации в высокой степени готовности к работе в виду раздельной поставки оборудования и необходимости выполнения в полном объеме монтажных работ на месте эксплуатации.
Известно устройство для электроснабжения потребителей, представляющее собой энергетический блок-модуль, включающий размещенный в контейнере дизель-генератор, щит управления, нагреватель, устройство вентиляции с приводом, блок переключения источников электропитания, устройство бесперебойного питания (УБП), блок датчиков температуры воздуха, шины электропитания потребителей и дополнительную шину электропитания потребителей, также в состав блок-модуля могут быть включены кондиционер воздуха и вторая дополнительная шина электропитания потребителей. В данном блок-модуле гарантированно обеспечивается бесперебойное электропитание особо ответственных потребителей электроэнергии, перерыв в электропитании ответственных потребителей происходит только во время запуска дизель-генератора, см. патент на полезную модель №69340, заявка №2007130734, приоритет модели 3 августа 2007 года, зарегистрирована в государственном реестре полезных моделей Российской Федерации 10 декабря 2007 года.
Данное техническое решение принято в качестве прототипа настоящей полезной модели.
Его недостатком является то обстоятельство, что электропитание особо ответственных потребителей первой категории (согласно Правилам устройства электроустановок Министерства энергетики Российской Федерации, 7-ое издание, п.1.2.17) осуществляется только от невозобновляемых источников энергии (внешние сети переменного тока, дизель-генератор), в условиях ненадежных внешних сетей переменного тока и отсутствия возможности оперативного подвоза горючего для дизель-генератора, после разряда батареи УБП, электропитание потребителей будет прекращено, наличие же дополнительных каналов заряда батареи (от солнечной батареи или (и) от ветрогенератора) позволит повысить надежность электропитания потребителей.
Кроме того, можно отметить, что наличие в составе питающей установки солнечной батареи или (и) ветрогенератора позволит снизить расходы на оплату потребленной электроэнергии от внешних сетей переменного тока и дизельного топлива.
Также, в прототипе отсутствует возможность непосредственного питания потребителей постоянного тока (устройств связи и др.).
Наличие в составе УБП аккумуляторной батареи постоянного тока напряжением 200-500 В, состоящей из последовательно соединенных аккумуляторных элементов напряжением 12 В (18-42 штуки) снижает надежность устройства в целом, так как выход из строя хотя бы одного такого элемента приводит к прекращению функционирования УБП в целом и, соответственно, к нарушению электропитания потребителей первой категории.
Задачей настоящей полезной модели является повышение надежности электропитания ответственных потребителей и снижение затрат на оплату электроэнергии и дизельного топлива.
Согласно полезной модели энергетический блок-модуль, включающий размещенный в контейнере дизель-генератор, щит управления, нагреватель, устройство вентиляции с приводом, первый блок переключения источников электропитания, шину электропитания, дополнительную шину электропитания, блок датчиков температуры воздуха и кондиционер воздуха, при этом выход дизель-генератора соединен с третьим входом первого блока переключения источников электропитания, первый вход дизель-генератора (силовой) соединен с первым выходом щита управления, первый и второй входы первого блока переключения источников электропитания подключены соответственно к основной и резервной внешним сетям переменного тока, а его второй выход к шине электропитания, выход блока датчиков температуры воздуха подключен к второму входу щита управления, второй, третий и четвертый выходы которого подключены, соответственно, к нагревателю, приводу устройства вентиляции и кондиционеру воздуха, первый вход щита управления подключен к шине электропитания, дополнительно содержит инвертор-зарядное устройство, низковольтную аккумуляторную батарею, шину электропитания потребителей постоянного тока, второй блок переключения источников электропитания, первое и второе реле контроля напряжения, а также логическое устройство, при этом первый вход инвертора-зарядного устройства подключен к шине электропитания, а его первый выход и второй вход соединены с шиной электропитания потребителей постоянного тока, к которой также подключена низковольтная аккумуляторная батарея, второй выход инвертора-зарядного устройства подключен к первому входу второго блока переключения источников электропитания и входу второго реле контроля напряжения, выход которого и третий выход инвертора-зарядного устройства соответственно подключены к третьему и второму входам логического устройства, к первому входу которого подключен выход первого реле контроля напряжения, вход которого соединен с первым выходом первого блока переключения источников электропитания, выход логического устройства соединен со вторым входом дизель-генератора (управляющим), второй вход второго блока переключения источников электропитания подключен к шине электропитания, а его выход с дополнительной шиной электропитания; дополнительно включает солнечную батарею, устройство отбора максимальной мощности и регулятор заряда-разряда, при этом выход солнечной батареи соединен с входом устройства отбора максимальной мощности, выход которого подключен ко входу регулятора, выход которого подключен к шине электропитания потребителей постоянного тока; дополнительно включает ветрогенератор и регулятор, при этом выход ветрогенератора соединен с входом регулятора, выход которого подключен к шине электропитания потребителей постоянного тока.
Заявителем не выявлены технические решения, тождественные заявленной модели, что позволяет сделать вывод о ее соответствии критерию «Новизна».
Сущность полезной модели поясняется чертежом, на котором изображена блок-схема устройства.
Энергетический блок-модуль включает размещенные в контейнере 1 дизель-генератор 2, щит управления 3, нагреватель 4, устройство вентиляции с приводом 5, первый блок переключения источников электропитания 7, шину электропитания 6, дополнительную шину электропитания 9, блок датчиков температуры воздуха 13 и кондиционер воздуха 12, при этом выход дизель-генератора 2 соединен с третьим входом первого блока переключения источников электропитания 7, первый вход (силовой) дизель-генератора 2 соединен с первым выходом щита управления 3, первый и второй входы первого блока переключения источников электропитания 7 подключены соответственно к основной 10 и резервной 11 внешним сетям переменного тока, а его второй выход к шине электропитания 6, выход блока датчиков температуры воздуха 13 подключен к второму входу щита управления 3, второй, третий и четвертый выходы которого подключены, соответственно, к нагревателю 4, приводу устройства вентиляции 5 и кондиционеру воздуха 12, первый вход щита управления 3 подключен к шине электропитания 6.
Энергетический блок-модуль дополнительно содержит инвертор-зарядное устройство 15, низковольтную аккумуляторную батарею 14, шину электропитания потребителей постоянного тока 20, второй блок переключения источников электропитания 8, первое 22 и второе 24 реле контроля напряжения, а также логическое устройство 23, при этом первый вход инвертора-зарядного устройства 15 подключен к шине электропитания 6, а его первый выход и второй вход соединены с шиной электропитания потребителей постоянного тока 20, к которой также подключена низковольтная аккумуляторная батарея 14, второй выход инвертора-зарядного устройства 15 подключен к первому входу второго блока переключения источников электропитания 8 и входу второго реле контроля напряжения 24, выход которого и третий выход инвертора-зарядного устройства 15 соответственно подключены к третьему и второму входам логического устройства 23, к первому входу которого подключен выход первого реле контроля напряжения 22, вход которого соединен с первым выходом первого блока переключения источников электропитания 7, выход логического устройства 23 соединен с вторым входом (управляющим) дизель-генератора 2, второй вход второго блока переключения источников электропитания 8 подключен к шине электропитания 6, а его выход с дополнительной шиной электропитания 9.
Энергетический блок-модуль дополнительно содержит солнечную батарею 16 с устройством отбора максимальной мощности 21 и регулятором 17 заряда-разряда, выход солнечной батареи 16 подключен к входу устройства отбора максимальной мощности 21, выход которого подключен ко входу регулятора 17, выход регулятора 17 подключен к шине электропитания потребителей постоянного тока 20.
Энергетический блок-модуль дополнительно содержит ветрогенератор 18 с регулятором 19, выход ветрогенератора 18 подключен ко входу регулятора 19, а его выход подключен к шине электропитания потребителей постоянного тока 20.
В качестве инвертора-зарядного устройства 15 используется любое аналогичное известное устройство, например SW4548E канадской фирмы Xantrex Technology.
Аккумуляторная батарея 14 представляет собой низковольтную батарею на напряжение 12-60 В, состоящую из единичных 12 В аккумуляторов, или групп последовательно соединенных единичных 12 В аккумуляторов (для получения напряжения от 24 до 60 В). Количество единичных аккумуляторов или групп последовательно соединенных единичных аккумуляторов определяется требуемой емкостью аккумуляторной батареи при их параллельном соединении. В качестве единичных 12 В аккумуляторных батарей используются любые аналогичные известные устройства, например, герметизированные свинцово-кислотные батареи, (Таганова А.А., Бубнов Ю.И. «Герметичные химические источники тока» Спб.: Химиздат, 2002 г., с.123-136).
Энергетический блок-модуль работает следующим образом. При наличии напряжения в основной внешней электросети 10 первый блок переключения источников электропитания 7 подключает к ней вход первого реле контроля напряжения 22 и шину электропитания 6. При исчезновении или выходе параметров напряжения основной внешней электросети 10 первый блок переключения источников электропитания 7 отключает от реле контроля напряжения 22 и шины электропитания 6 электросеть 10 и подключает резервную внешнюю электросеть 11.
К шине 6 подключены инвертор-зарядное устройство 15, второй блок переключения источников электропитания 8 и щит управления 3. Щит управления 3 обеспечивает:
- подачу электропитания на первый вход дизель-генератора 2 для подзаряда его аккумуляторных батарей и электропитания подогревателя охлаждающей жидкости;
- подачу электропитания от шины 6 к нагревателю 4 и кондиционеру 12;
- управление электропитанием привода 5 устройства вентиляции по сигналам датчиков блока 13 датчиков температуры воздуха, установленных внутри контейнера 1.
При отсутствии напряжения, как в основной, так и в резервной электросетях 10 и 11 первое реле контроля напряжения 22 обесточивается и формирует управляющий сигнал, передаваемый на первый вход логического устройства 23.
При наличии напряжения на втором выходе инвертора-зарядного устройства 15 второй блок переключения источников электропитания 8 подключает к нему дополнительную шину электропитания 9.
При исчезновении или выходе параметров напряжения на втором выходе инвертора-зарядного устройства 15 второй блок переключения источников электропитания 8 отключает его от дополнительной шины электропитания 9 и подключает к ней шину электропитания 6. Шина 9 является шиной гарантированного электропитания и к ней подключены потребители первой категории.
При отсутствии напряжения на втором выходе инвертора-зарядного устройства 15 второе реле контроля напряжения 24 обесточивается и формирует управляющий сигнал, передаваемый на третий вход логического устройства 23.
При снижении напряжения на низковольтной аккумуляторной батарее 14 и необходимости ее заряда на третьем выходе инвертора-зарядного устройства 15 формируется управляющий сигнал, передаваемый на второй вход логического устройства 23.
При наличии управляющего сигнала на первом входе логического устройства 23 и выполнении одного из следующих условий - наличии управляющих сигналов на втором и (или) третьем его входах на выходе формируется управляющий сигнал на пуск дизель-генератора 2.
Заряд низковольтной аккумуляторной батареи 14 осуществляется с первого выхода инвертора-зарядного устройства 15 или от регуляторов 17 и 19 возобновляемых источников энергии через шину электропитания потребителей постоянного тока 20. Выходы регуляторов 17 и 19 настраиваются на напряжение выше, чем напряжение включения заряда аккумуляторной батареи от инвертора-зарядного устройства 15, таким образом, заряд аккумуляторной батареи от возобновляемых источников энергии является преобладающим, заряд от инвертора-зарядного устройства 15 осуществляется только при отсутствии или пониженном напряжении на выходах регуляторов 17 и 19.
К шине электропитания потребителей постоянного тока 20 могут подключаться внешние потребители постоянного тока, например устройства связи железнодорожного транспорта, относящиеся к особой группе электропотребителей первой категории (согласно Правилам устройства электроустановок Министерства энергетики Российской Федерации, 7-ое издание, п.1.2.17).
Заявленная полезная модель благодаря реализации ее признаков обеспечивает достижение важных технических результатов:
- повышение надежности обеспечения бесперебойным электропитанием особо ответственных потребителей электроэнергии (потребителей первой категории) за счет осуществления заряда аккумуляторной батареи как от возобновляемых источников электроэнергии (солнечной батареи и (или) ветроэнергетической установки), так и от внешних электросетей, или дизель-генератора;
- снижение затрат на оплату электроэнергии, потребляемой от внешних электросетей, и дизельного топлива;
- осуществление непосредственного питания (без дополнительных преобразований) внешних особо ответственных потребителей электроэнергии постоянного тока;
- повышение безопасности обслуживания аккумуляторной батареи и надежности за счет снижения ее напряжения до 12-60 В и последовательно-параллельного соединения единичных аккумуляторов.
Также заявленная полезная модель благодаря реализации ее признаков обеспечивает повышение экологичности применения блок-модуля за счет снижения выбросов в атмосферу двуокиси углерода от дизель-генератора вследствие уменьшения времени его работы.
Для реализации полезной модели использованы известные элементы, материалы и заводское оборудование. Данное обстоятельство, по мнению заявителя, свидетельствует о соответствии настоящего технического решения критерию «Промышленная применимость».