УСТРОЙСТВО ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ СОВМЕЩЕННОЕ УЭПС

Полезная модель относится к схемам аварийного или резервного электроснабжения с автоматическим переключением вводов электроснабжения (однофазных вводов переменного тока) для питания нагрузок различными напряжениями постоянного тока, однофазным или трехфазным напряжением переменного тока, и может быть использована в системах с повышенными и особыми требованиями к устойчивости электропитания, таких, как средства автоматики на железных дорогах, компьютерные центры и центры обработки и хранения данных, узлы связи, оборудование для управления производственными процессами, медицинское оборудование, системы вещания и спутниковой связи, системы передачи данных, аварийные системы освещения, системы безопасности, финансовые системы и услуги и другие низковольтные потребители электроэнергии от нескольких независимых однофазных вводов электроснабжения переменного тока.
Известна «Совмещенная питающая установка с шиной постоянного тока» [1 Патент РФ № RU 113088 от 27.01.2012 г.], содержащая однофазные/трехфазные источники энергоснабжения, вводные устройства фидеров, вводное устройство дизель-генераторного агрегата, щит аварийного отключения фидеров, пороговые устройства контроля превышения допустимого напряжения фидера, отдельные АС/DC преобразователи напряжения, отдельную аккумуляторную батарею (АКБ), отдельное устройство автоматического заряда АКБ, шину постоянного тока (ШПТ), отдельные несинхронизированные (синхронизированные) инверторы, генерирующие однофазное/трехфазное напряжение, устройства автоматического ввода резерва (в случае применения несинхронизированных инверторов), преобразователи переменного напряжения, отдельные DC/DC преобразователи напряжения, устройства защиты от импульсных и коммутационных перенапряжений (УЗИП), устройство сбора, обработки и отображения контрольной и диагностической информации о состоянии элементов установки, параметров входных фидеров и выходов установки, устройство управления и обмена информацией с системами диспетчеризации (СД), удаленного мониторинга (УМ) и управления.
Недостатком такой установки является отсутствие автоматического обхода по выходу бесперебойного электропитания переменного тока напряжением 220 В при отказе инверторов.
Известна совмещенная питающая установка бесперебойного электроснабжения [Патент РФ № RU 101280 от 10.01.2011], содержащая входные фидеры, вводные устройства фидеров с устройствами защиты от импульсных перенапряжений (по одному на каждый вход), которые дополнительно снабжены дистанционным управлением со щита аварийного отключения.
Первый блок контроля и коммутации фидера дополнительно снабжен защитой схем контроля состояния фидера от длительных перенапряжений и дополнительно имеет блок анализа и выбора приоритетного фидера с управлением от микро-ЭВМ, а также контактор и устройство гальванической развязки, резервированные устройства бесперебойного питания (УБП),
Второй блок контроля и коммутации УБП (выполнен на базе современных интелектуальных систем управления самих УБП, обладающих высочайшими техническими характеристиками).
Установка дополнительно снабжена блоком выбора внешней синхронизации резервированных УБП, при этом выходы первого и второго блоков контроля и коммутации источников питания являются входами для третьего блока контроля и коммутации источников питания,
блок распределения электроэнергии, устройства, блоков индикации текущего состояния фидеров, индикации статистики, задания приоритетов фидеров, задания задержки переключения фидеров, блоков ручного управления, дополнительно аппаратно-программный комплекс диагностики и управления СПУ с аппаратными средствами измерения и контроля состояния основных элементов и цепей установки.
Недостатком такой установки является построение схемы с применением УБП, что накладывает существенные ограничения на возможности и области ее применения:
- эксплуатация УБП возможна только при положительных температурах окружающей среды;
- УБП, в основном, предназначены для трехфазных вводов энергоснабжения, а производимые в настоящее время УБП с однофазным вводом имеют очень ограниченный выбор по
напряжениям, мощности и другим техническим характеристикам, не позволяющий покрывать возросшие потребности рынка электропотребления;
- отсутствие возможности подключения нагрузок непосредственно к шине постоянного тока УБП не позволяет организовать бесперебойное питание нагрузок различными напряжениями постоянного тока непосредственно от шины постоянного тока или полюсов АКБ;
- невозможность построения маломощных питающих установок с малыми габаритами;
Задачей полезной модели является создание устройства электропитания совмещенного УЭПС, предназначенного для обеспечения потребителей электроэнергии бесперебойным электропитанием.
Технический результат заключается в повышения надежности электропитания за счет обеспечения потребителей бесперебойным электропитанием постоянного и переменного тока высокого качества при электропитании УЭПС от двух однофазных вводов электроснабжения переменного тока, а в аварийных ситуациях - гарантированным электропитанием переменного тока с минимальным временем коммутации вводов (не более 1с) и бесперебойным электропитанием постоянного тока
Устройство электропитания совмещенное УЭПС, содержит однофазные основной и резервный вводы электроснабжения, первое, второе и третье устройства автоматического ввода резерва АВР, АС/DC преобразователи напряжения, автономную аккумуляторную батарею, устройство заряда аккумуляторной батареи, DC/DC преобразователи напряжения, DC/АС преобразователи напряжения, перекидной рубильник, устройство индикации состояния УЭПС, устройство диагностики УЭПС. Основной и резервный вводы электроснабжения подсоединены к первому устройству автоматического ввода резерва АВР, выход которого подключен к АС/DC преобразователям напряжения, выходы которых подсоединены к шине постоянного тока по схеме горячего резервирования, к устройствам заряда аккумуляторной батареи, к вводу третьего устройства автоматического ввода резерва АВР, к перекидному рубильнику, при этом выход устройства заряда аккумуляторной батареи подсоединен к аккумуляторной батарее, которая через разделительные диоды подсоединена к шине постоянного тока и DC/DC преобразователям напряжения, выходы которых подсоединены к нагрузкам постоянного тока УЭПС, DC/АС преобразователи напряжения подсоединены к полюсам шины постоянного тока, выходы DC/АС преобразователей напряжения подсоединены к вводам второго устройства автоматического ввода резерва АВР, выход которого подсоединен к первому вводу третьего устройства автоматического ввода резерва, второй ввод третьего устройства автоматического ввода резерва подсоединен к выходу первого устройства автоматического ввода резерва, выход третьего устройства автоматического ввода резерва подсоединен к перекидному рубильнику, выход которого подсоединен к нагрузке переменного тока УЭПС, устройство индикации состояния УЭПС своими входами подсоединено к датчикам состояния элементов УЭПС, его выходы подсоединены к входам устройства диагностики УЭПС, выходы которого подсоединены к каналам связи с системами диспетчерского контроля и мониторинга.
Устройство электропитания совмещенное УЭПС, содержащее однофазные вводы электроснабжения, первое устройство автоматического ввода резерва (АВР) с устройствами контроля качества электроэнергии вводов электроснабжения, схемой логики управления коммутацией вводов, коммутатором вводов, АС/DC преобразователи напряжения, автономную аккумуляторную батарею, автоматическое устройство заряда АКБ от однофазной сети или DC-UPS контроллер заряда АКБ, DC/DC преобразователи напряжения АКБ или шины постоянного тока, DC/АС преобразователи напряжения шины постоянного тока, второе устройство АВР, с устройствами контроля качества электроэнергии выходов DC/АС преобразователей напряжения, схемой логики управления коммутацией вводов, коммутатором вводов, третье устройство АВР с устройством защиты от грозовых и импульсных коммутационных помех (УЗИП), с устройствами контроля наличия выходов первого и второго устройств АВР, схемой логики управления коммутацией вводов, коммутатором вводов, выходным УЗИП, перекидной рубильник, устройство индикации состояния УЭПС, устройство диагностики УЭПС.
Устройство электропитания совмещенное УЭПС отличается следующими возможнастями:
- возможность подключения бесперебойных нагрузок постоянного тока через АС/DC преобразователи напряжения к шине гарантированного питания нагрузок переменного тока.
- возможность одновременного резервируемого электропитания нагрузок постоянного тока от АКБ, шины постоянного тока и шины гарантированного электропитания.
- возможность подключения бесперебойных нагрузок постоянного тока непосредственно или через DC/DC преобразователи напряжения к АКБ или к шине постоянного тока.
- возможность подключения УЗИП к бесперебойному выходу электропитания напряжением постоянного тока.
- возможность применения устройств заряда АКБ или DC контроллеров заряда АКБ необходимой мощности для автоматического заряда АКБ.
- возможность построения различных исполнений в соответствии с существующими потребностями рынка энергопотребления, отличающихся по мощности, по времени автономной работы, по устойчивости к воздействию механических и климатических факторов, по габаритам и конструктивному исполнению изделия.
Заявляемое устройство иллюстрируют следующие графические материалы:
На Фиг.1 приведена структурная схема устройства электропитания совмещенного УЭПС.
На Фиг.2 приведена структурная схема первого устройства автоматического ввода резерва.
На Фиг.3 приведена структурная схема второго устройства автоматического ввода резерва.
На Фиг.4 приведена структурная схема третьего устройства автоматического ввода резерва.
На Фиг.1-4 приняты следующие обозначения:
1. Основной однофазный ввод электроснабжения
2. Резервный, однофазный ввод электроснабжения
3. Первое устройство АВР.
4. АС/DC преобразователи напряжения первого канала.
5. АС/DC преобразователи напряжения второго канала.
6. Автономная аккумуляторная батарея АКБ.
7. Устройство автоматического заряда АКБ.
8. DC/DC преобразователи напряжения.
9. DC/АС преобразователи напряжения первого канала.
10. DC/АС преобразователи напряжения второго канала.
11. Второе устройство АВР.
12. Третье устройство АВР.
13. Перекидной рубильник.
14. Устройство индикации состояния УЭПС.
15. Устройство диагностики УЭПС.
16. УЗИП первого ввода.
17. УЗИП второго ввода.
18. Устройство контроля качества электроэнергии первого ввода.
19. Устройство контроля качества электроэнергии второго ввода.
20. Схема логики управления коммутацией вводов.
21. Коммутатор вводов.
22. УЗИП выхода переменного тока.
Вводы 1, 2 (Фиг.1) предназначены для первичного электроснабжения УЭПС. При этом ввод 1 является основным, а ввод 2 - резервным.
Первое устройство АВР 3 (Фиг.1) предназначено для защиты от грозовых и коммутационных импульсных перенапряжений со стороны вводов энергоснабжения с помощью УЗИП 16, 17 (Фиг.2), контроля качества электроэнергии вводов энергоснабжения с помощью устройств 18, 19 (Фиг.2), анализа результатов контроля качества электроэнергии с помощью схемы логики управления коммутацией вводов 20 (Фиг.2) и коммутации на выход устройства АВР ввода, соответствующего установленным требованиям качества электроэнергии с помощью коммутатора вводов 21 (Фиг.2). Схема логики управления коммутацией вводов 20 (Фиг.2) первого устройства автоматического ввода резерва имеет возможность установки следующих режимов работы первого устройства АВР:
- работа устройства АВР с приоритетом первого ввода;
- работа устройства АВР с равнозначными вводами.
АС/DC преобразователи напряжения 4, 5 (Фиг.1) предназначены для преобразования переменного напряжения выхода первого устройства АВР в постоянное напряжение шины постоянного тока Uшпт, обеспечения гальванической развязки шины постоянного тока от вводов энергоснабжения и создания горячего резерва электропитания шины постоянного тока. АС/DC преобразователи напряжения способны поддерживать уровень напряжения шины постоянного тока с высокой точностью даже при значительных отклонениях уровня переменного напряжения на входах.
Автономная АКБ 6 (Фиг.1) при наличии напряжения на выходе первого устройства АВР аккумулирует энергию питающего напряжения (через устройство заряда АКБ 7 (Фиг.1)) или энергию шины постоянного тока (через DC контроллер заряда АКБ). Возможно подключение АКБ к шине постоянного тока через диоды (и устройство коммутации, управляемое напряжением выхода первого устройства АВР).
DC/DC преобразователи напряжения 8 (Фиг.1) формируют из напряжения UАКБ или напряжения шины потоянного тока UШПТ необходимые напряжения и полюса постоянного тока, обеспечивая при этом гальваническую развязку АКБ или шины постоянного тока от выходов постоянного тока УЭПС, а так же могут обеспечивать резервирование электропитания нагрузок напряжением постоянного тока. Возможно так же подключение нагрузок постоянного тока непосредственно к выводам АКБ.
DC/АС преобразователи напряжения каналов 9, 10 (Фиг.1) предназначены для преобразования постоянного напряжения шины постоянного тока UШПТ в однофазные или трехфазные напряжения переменного тока, обеспечения гальванической развязки шины постоянного тока от выхода переменного тока УЭПС и создания резерва электропитания нагрузок напряжением переменного тока.
Второе устройство АВР 11 (Фиг.1) предназначено для контроля качества электроэнергии DC/АС преобразователей напряжения 9, 10 (Фиг.1) с помощью устройств контроля качества электроэнергии 18, 19 (Фиг.3), анализа результатов контроля качества электроэнергии с помощью схемы логики управления коммутацией вводов 20 (Фиг.3) и коммутации на выход устройства АВР ввода, соответствующего установленным требованиям качества электроэнергии с помощью коммутатора вводов 21 (Фиг.3).
Третье устройство АВР 12 (Фиг.1) предназначено для контроля качества электроэнергии на выходах первого 3 и второго 11 устройств АВР (Фиг.1) с помощью устройств контроля качества электроэнергии 18, 19 (Фиг.4), анализа результатов контроля качества электроэнергии с помощью схемы логики управления коммутацией вводов 20 (Фиг.4) и коммутации на выход устройства АВР ввода, соответствующего установленным требованиям качества электроэнергии с помощью коммутатора вводов 21 (Фиг.4), а так же защиты элементов схемы УЭПС от грозовых и коммутационных импульсных перенапряжений со стороны нагрузки с помощью УЗИП выхода УЭПС 22 (Фиг.4).
Третье устройство АВР 12 (Фиг.1) обеспечивает автоматический обход - автоматическое переключение нагрузки УЭПС с выхода второго устройства АВР 11 (Фиг.1), при отсутствии или недопустимом отклонении напряжения на его выходе, на выход первого устройства АВР 3 (Фиг.1).
Перекидной рубильник 13 (Фиг.1) предназначен для ручного переключения (ручного обхода) нагрузки с выхода третьго устройств АВР на выход первого устройства АВР и обесточивания элементов УЭПС при его сервисном обслуживании.
Устройство индикации состояния УЭПС 14 (Фиг.1) предназначено для сбора информации о состоянии УЭПС, его отдельных элементов и отражения этой информации на светодиодном табло или мониторе.
Устройство диагностики УЭПС 15 (Фиг.1) предназначено для получения диагностической информации о состоянии УЭПС и его отдельных элементов от устройства индикации состояния УЭПС, преобразования диагностической информации и передачи ее в системы диспетчерского контроля и мониторинга.
Существенными признаками заявляемой установки электропитания совмещенной являются:
1. Построение УЭПС на автономных устройствах электропитания (АС/DC преобразователи напряжения, АКБ, устройства заряда АКБ, DC/DC преобразователи напряжения, DC/АС преобразователи напряжения) без применения УБП.
2. Наличие третьего устройства АВР, обеспечивающего автоматический обход второго устройства АВР.
3. Возможность построения УЭПС различных исполнений в соответствии с существующими потребностями по мощности, по времени автономной работы, по устойчивости к механическому и климатическому воздействиям, по габаритам и конструтиву.
4. Питание УЭПС от однофазных вводов (фидеров) электроснабжения переменного тока.
5. Возможность построения УЭПС с однофазным или трехфазным выходным напряжением переменного тока.
6. Возможность подключения нагрузок постоянного тока непосредственно или через DC/DC преобразователи напряжения к АКБ или к шине постоянного тока.
7. Возможность применения устройств заряда АКБ или DC контроллеров заряда АКБ необходимой мощности для автоматического регулирования тока заряда АКБ.
Прототипы устройства электропитания совмещенного УЭПС поотдельности не имеют всей совокупности вышеперечисленных признаков.
Благодаря данным техническим решениям устройство электропитания совмещенное УЭПС позволяет обеспечивать широкий спектр потребителей бесперебойным электропитанием постоянного и переменного тока высокого качества при электропитании УЭПС от двух однофазных вводов электроснабжения переменного тока, а в аварийных ситуациях - гарантированным электропитанием переменного тока с минимальным временем коммутации вводов (не более 1с) и бесперебойным электропитанием постоянного тока.
Таким образом заявляемое устройство электропитания совмещенное УЭПС позволяет значительно расширить диапазон применения технических решений его прототипов и покрыть существующие потребности рынка электроснабжения, имеет очень высокую степень живучести в условиях отказов составляющих элементов и обеспечивает высокие характеристики электропитания самых взыскательных потребителей электроэнергии.