ОГРАНИЧИТЕЛЬ НАГРУЗКИ

Полезная модель относится к области электротехники, к устройствам защиты аппаратуры от электрических перегрузок.
Использование полезной модели: в электрических сетях для защиты одно- и трехфазных Сетей общего назначения и Сетей технологических объектов, а также для защиты Генерирующих электроустановок от перегрузок по мощности, отдаваемой приемникам электрической энергии.
Устройства аналогичного назначения (см. соответствующие источники информации):
1) Устройство БКСТ-17 - автоматический тепловой выключатель (индивидуальный токоограничитель). Устройство предназначено для автоматического ограничения потребления электроэнергии (индивидуальный тепловой токоограничитель) в электрических сетях 220 В. В устройстве совмещены функции датчика тока и силового элемента. В устройстве использован принцип потери магнитных свойств некоторых сплавов при достижении определенной температуры (точки Кюри). Отключение происходит вследствие нагрева сплава при его нагреве током контролируемой цепи.
Очевидным недостатком устройства БКСТ-17 является зависимость времени и порога отключения нагрузок потребителя от условий окружающей среды (температуры и условий теплоотдачи).
2) Устройство защитное релейное ПЗР2-3-1. Устройство предназначено для автоматического ограничения потребления электроэнергии в электрических сетях 220 В. Устройство переключает потребителя в периодический режим, состоящий из промежутка времени в состоянии включения и промежутка времени в состоянии отключения. Исполнительным устройством является электромагнитный контактор. В случае возникновения в сети тока короткого замыкания или тока, превышающего в 3 раза максимальный рабочий ток, срабатывает плавкий предохранитель. Устройство является многофункциональной микропроцессорной системой, элементы которой могут монтироваться на панели или в металлическом шкафу из отдельных узлов, с возможностью эксплуатации при температурах от минус 10 до 40 С.
К недостаткам этого устройства следует отнести: значительное собственное потребление энергии в режиме ожидания, что вытекает из требуемого вычислительного ресурса для осуществления многочисленных функций; значительное потребление энергии исполнительным устройством (контактором, мощность срабатывания которого 60-200 В-А, а мощность удержания 7-20 В-А); необходимость сборки устройства на объекте управления из отдельных узлов, что требует высокой квалификации исполнителя.
3) Известно также устройство, содержащее автоматический выключатель, ограничитель напряжения и узел формирования сигнала отключения нагрузки и ограничителя напряжения от источника питания при условии превышения проходящим по ограничителю напряжения током заданного порогового значения.
Однако, устройство функционально ограничено, предназначено для защиты радиоэлектронной аппаратуры от перенапряжений.
4) Ограничитель мощности микропроцессорный многофункциональный ОМ-630. Ограничитель ОМ-630 предназначен для автоматического ограничения потребления электроэнергии в электрических сетях 220 В. Ограничитель ОМ-630 является многофункциональной микропроцессорной системой, предназначенной для непрерывного контроля величины потребляемой мощности и отключения нагрузки, при превышении ее свыше установленного уровня. Ограничитель ОМ-630 контролирует величину напряжения и величину потребляемого тока нагрузки встроенными трансформаторами тока, вычисляет действующее значение потребляемой мощности отдельно в каждой фазе. При повышении значения мощности свыше установленного значения ограничитель ОМ-630 временно отключает нагрузку. Нагрузка подключается к сети питания через трехфазный контактор. Ограничитель ОМ-630 имеет функцию реле напряжения; защиту от повышения напряжения более 260 В и падения напряжения ниже 160 В. Ограничитель ОМ-630 выполнен в пластмассовом корпусе (IP20) и монтируется на DIN рейку, шириной 35 мм. Ограничитель ОМ-630 по совокупности функций следует признать ближайшим аналогом описываемой полезной модели, т.е. прототипом - функционально сходны следующие элементы (признаки): ограничитель нагрузки, содержащий электромеханическое реле, соединенное с измерительной схемой, с встроенным трансформатором тока для измерения величины тока в фазном проводе и узлом формирования сигнала отключения нагрузки (при условии превышения протекающего по ограничителю нагрузки тока заданного порогового значения).
К недостаткам этого изделия следует отнести: значительную собственную непрерывно потребляемую мощность в режиме ожидания 0,85 Вт; необходимость установки внешнего исполнительного устройства (контактора); значительное потребление энергии внешним исполнительным устройством (потребляемая мощность срабатывания контактора 60-200 В·А, а мощность удержания контактора 7-20 В·А; низкую степень защиты (IP20).
Задачей полезной модели является разработка малогабаритного, необслуживаемого и неэнергоемкого ограничителя нагрузки, обеспечивающего предотвращение сбоев в работе энергосистем, вызванных превышением потребителем лимита мощности нагрузки свыше значения, установленного в договоре на присоединение, предназначенного для эксплуатации в любых климатических условиях. Техническим результатом является то, что, благодаря компактному исполнению и малому собственному потреблению электроэнергии, значительно снижаются эксплуатационные расходы энергоснабжающих организаций, а также то, что ограничитель нагрузки может быть использован как в закрытых помещениях, так и на открытом пространстве, без дополнительной защиты во всех климатических зонах, признанных пригодными для проживания.
Заявляется ограничитель нагрузки, содержащий электромеханическое реле, соединенное с измерительной схемой, с встроенным трансформатором тока для измерения величины тока в фазном проводе и узлом формирования сигнала отключения нагрузки (при условии превышения протекающего по ограничителю нагрузки тока заданного порогового значения), характеризующийся тем, что электромеханическое реле с достаточной коммутационной способностью для цели обеспечения регулирования нагрузок нерегулируемой группы потребителей (население, торговые киоски, офисы, гостиницы, бары, индивидуальные и коллективные садовые и гаражные кооперативы и др.) размещено совместно со средствами измерения и исполнительным устройством. В составе исполнительного устройства применено бистабильное (поляризованное) реле, не потребляющее энергии в обоих устойчивых состояниях и управляемое электронным счетно-решающим устройством, которое оценивает сигнал от встроенного трансформатора тока.
Ограничитель нагрузки характеризуется тем, что имеет фотоприемник для дистанционного принудительного отключения и включения потребителя с помощью пульта дистанционного управления, а также светодиод для индикации состояния «ОТКЛЮЧЕНО».
Ограничитель нагрузки характеризуется тем, что в качестве силового коммутационного элемента применено бистабильное (поляризованное) реле, не потребляющее энергии в обоих устойчивых состояниях.
Ограничитель нагрузки характеризуется тем, что вычисление величины тока ограничения осуществляется программно, путем измерения тока встроенными трансформаторами тока в фазных проводах, подключенных через кабельные вводы с винтовыми соединениями к бистабильному (поляризованному) электромеханическому реле, при этом нижние провода соединены с источником тока, а верхние провода - с нагрузкой потребителя.
Ограничитель нагрузки характеризуется тем, что в случае превышения потребления мощности свыше установленного значения, в течение установленного времени, происходит отключение нагрузки; блокировка ее включения на заданный промежуток времени с последующим автоматическим повторным включением нагрузки потребителя.
Ограничитель нагрузки характеризуется тем, что электромеханическое реле может быть трехфазным или однофазным.
Ограничитель нагрузки характеризуется тем, что он имеет крепежную рейку, для крепления к опоре или стене при помощи шурупов или анкерных болтов.
Ограничитель нагрузки характеризуется тем, что за пределы его корпуса выведены провода достаточной длины (СИП сечением не более 25 мм2), благодаря чему монтаж установка ограничителя нагрузки выполняется с применением стандартной арматуры для СИП (самонесущий изолированный провод).
Ограничитель нагрузки представляет собой электромеханическое устройство, выполненное на основе не потребляющего энергии в состоянии ожидания бистабильного электромеханического реле, управляемого электронным счетно-решающим устройством, которое оценивает сигнал от встроенного трансформатора тока. Контроль величины электрической нагрузки осуществляется путем измерения тока встроенным токовым трансформатором в фазном проводе (проводах). В случае превышения величины тока в проводе (или суммы токов в проводах) установленного порога ограничения происходит отключение электрической нагрузки с задержкой времени Тогр. и блокировка ее включения на заданный промежуток времени Тапв с последующим автоматическим включением нагрузки. Ограничитель нагрузки пропорционально сокращает время отключения Тогр. в случае значительного превышения номинального тока (свыше 30% Iном. до Iкз.). Нагрузка может быть также выключена/включена безусловно с помощью ИК пульта. Под средствами измерения и исполнительным устройством понимается микроконтроллер в составе счетно-решающего устройства, содержащий в себе аналого-цифровой преобразователь.
Ограничитель нагрузки выполнен в стальном корпусе. Корпус изделия состоит из основания 2 и съемной крышки 1 с уплотнителем (фиг.1).
Съемная крышка 1 крепится к основанию корпуса изделия 2 четырьмя винтами 3 (два из которых являются также пломбировочными). В основании корпуса 2 фиг.1 вид А размещены:
- 6 - бистабильное электромеханическое реле, с печатной платой электронного счетно-решающего устройства 6а с токовым трансформатором 6б (фиг.2, вид А по фиг.1);
- 4 - герметичные кабельные вводы для подключения проводов к бистабильному электромеханическому реле 6 через винтовые соединения 7 (фиг.1). Подключения уже произведены на заводе-изготовителе. За пределы корпуса устройства выведены провода для монтажа стандартными инструментами для СИП (самонесущий изолированный провод). Нижние провода предназначены для подключения к источнику электрической энергии, а верхние провода для подключения к приемнику электрической энергии - см. фиг.3, вид Б по фиг 1.
- 5 - светодиод-индикатор состояния «ОТКЛЮЧЕНО»;
- 5а - фотоприемник для дистанционного принудительного отключения потребителя с помощью ИК-порта 11 пульта дистанционного управления (ДУ) - 12 (фиг.3). На этой фигуре обозначены также каналы А, В, С.
С нижней стороны основания установлена крепежная рейка 8 (фиг.1) с двумя отверстиями 9 для крепления на стену или опору линии электропередач (ЛЭП) и двумя отверстиями 10 (фиг.1 вид Б по фиг.1) под болт заземления (зануления) М8 или M10 в зависимости от сечения нулевого провода.
Крепежная рейка крепится к опоре или стене при помощи шурупов или анкерных болтов.
Описание работы заявляемого изделия.
Провода, выведенные наружу корпуса ограничителя нагрузки, включаются в разрыв электрической цепи питающей приемник электрической энергии. Ток при прохождении через ограничитель нагрузки создает в установленном на токоведущем проводе трансформаторе сигнал пропорциональной величины. Электронное счетно-решающее устройство выполняет оценку электрического сигнала пропорционального току, путем вычисления эффективного значения сигнала по выборке мгновенных значений. В зависимости от величины эффективного значения переменного тока принимается решение о необходимости отключения и задержке отключения Тогр. приемника электрической энергии. При превышении потребителем заявленной нагрузки ограничитель нагрузки в течение времени - Тогр осуществит отключение нагрузки потребителя (светодиод «ОТКЛЮЧЕНО» при отключенной нагрузке периодически вспыхивает) с последующим автоматическим повторным включением через фиксированный интервал времени - Тапв (светодиод «ОТКЛЮЧЕНО» пассивен). Если нагрузка после автоматического повторного включения по-прежнему выше установленного значения, то через время Тогр. произойдет новое отключение и т.д. В случае значительного превышения тока (от 30% Iном. до Iкз.) время отключения пропорционально сокращается. Преимущества заявленного изделия перед аналогами:
- компактный, защищенный (IP42) моноблок, включающий в себя как измерительное и счетно-решающее устройство, так и исполнительное устройство;
- простота монтажа и отсутствие эксплуатационных расходов;
- низкое собственное электропотребление (в зависимости от исполнения от 0,00002 В·А до 0,38 В·А);
- широкий диапазон измеряемых и коммутируемых токов (от 0,05 А до 100 А);
- дистанционное управление;
- применимость в однофазных и трех фазных сетях.
- широкий диапазон рабочих температур окружающего воздуха от минус 45 до плюс 70°С;
- применимость в сетях переменного тока промышленной частоты - сети 0,4кВ.
Ограничитель нагрузки имеет дополнительные преимущества перед аналогами:
- благодаря компактному исполнению и малому собственному потреблению электроэнергии значительно снижает эксплуатационные расходы энергоснабжающих организаций;
- может быть использован как в закрытых помещениях, так и на открытом пространстве, без дополнительной защиты во всех климатических зонах, признанных пригодными для проживания.
Источники информации:
1.0 Устройство «БКСТ-17» для автоматического управления потреблением электроэнергии (индивидуальный токоограничитель). Производитель: НПП «Кристалл-Сервис+» (Украина)
2. Устройства защитные релейные ПЗР2-3-1-(6-16)А-6 Модель (однофазное), производитель: ООО "Индаст", 300028, г.Тула, ул. Филимоновская д.24, кор.2.
3. Патент на изобретение РФ №2408121, МПК Н02Н 9/04, G05F 1/569, опубл. 27.12.2010
4. Ограничитель мощности ОМ-630-6|15-2-О-Т. Ссылка: http://ieprof.ru/shop/UID_322.html