УСТРОЙСТВО ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ СОВМЕЩЁННОЕ УЭПС С УНИВЕРСАЛЬНЫМ ВХОДОМ

Полезная модель относится к схемам аварийного или резервного электроснабжения с электропитанием от одного или нескольких однофазных и/или трехфазных вводов электроснабжения переменного тока и автоматическим переключением вводов, предназначена для электропитания нагрузок различными напряжениями постоянного тока, различными однофазными и/или трехфазными напряжениями переменного тока, может быть использована автономно и в составе электропитающих установок, в системах электроснабжения 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 и телекоммуникаций, 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.
Известна «Совмещенная питающая установка с шиной постоянного тока» [Патент РФ № RU 113088], содержащая вводные устройства фидеров, вводное устройство дизель-генераторного агрегата, щит аварийного отключения фидеров, пороговые устройства контроля превышения допустимого напряжения фидера, отдельные AC/DC преобразователи напряжения, отдельную аккумуляторную батарею (АКБ), отдельное устройство автоматического заряда аккумуляторной батареи, расцепитель постоянного тока, разделительные диоды, шину постоянного тока (ШПТ), отдельные несинхронизированные (синхронизированные) DC/AC преобразователи напряжения, генерирующие однофазное/трехфазное напряжение, устройства автоматического ввода резерва (в случае применения несинхронизированных DC/AC преобразователей напряжения), 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 DC/AC преобразователей напряжения.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является устройство электропитания совмещенное УЭПС [Патент РФ № RU 131249], содержащее однофазные основной и резервный вводы электроснабжения, первое, второе и третье устройства автоматического ввода резерва (АВР), AC/DC преобразователи напряжения, автономную аккумуляторную батарею, автоматическое устройство заряда аккумуляторной батареи, DC/DC преобразователи напряжения, DC/AC преобразователи напряжения, устройство индикации состояния УЭПС, устройство диагностики УЭПС.
Недостатком данного устройства является электропитание исключительно от однофазных вводов электроснабжения.
Задачей полезной модели является создание надежного универсального устройства электропитания с электропитанием от одного или нескольких однофазных и/или трехфазных вводов электроснабжения переменного тока с возможностью электропитания от альтернативных источников электроэнергии.
Разработанное устройство позволяет обеспечить настройку конфигурации на месте установки и возможностью подключения щитка дистанционного аварийного отключения устройства.
Технический результат заключается в улучшении технических характеристик устройства электропитания с электропитанием от одного или нескольких однофазных и/или трехфазных вводов электроснабжения переменного тока для обеспечения потребителей электроэнергии высококачественным бесперебойным электропитанием.
Устройство электропитания совмещенное УЭПС с универсальным входом (УЭПС-УВ), характеризующееся наличием первого, второго, третьего, четвертого устройства автоматического ввода резерва АВР, AC/DC преобразователями напряжения, автономной аккумуляторной батареей, устройством автоматического заряда аккумуляторной батареи, DC/DC преобразователями напряжения, DC/AC преобразователями напряжения, устройством индикации состояния УЭПС-УВ, устройством диагностики УЭПС-УВ, Устройство УЭПС-УВ снабжено основным и резервным однофазными и/или трехфазными вводами электроснабжения, подсоединенными к первому устройству автоматического ввода резерва АВР с универсальным входом, выход которого подключен к первым вводам второго, третьего и четвертого устройств автоматического ввода резерва АВР, к входам устройств автоматического заряда аккумуляторной батареи, к входам AC/DC преобразователей напряжения, выходы которых подсоединены к шине постоянного тока, к входам AC/DC1 преобразователей напряжения, выходы которых подсоединены к нагрузкам постоянного тока бесперебойного электропитания, к входам второго, третьего и четвертого АВР, шина постоянного тока подсоединена к выходам устройств автоматического заряда аккумуляторной батареи и аккумуляторной батарее через разделительные диоды, к входам DC/DC преобразователей напряжения, выходы которых подсоединены к нагрузкам постоянного тока бесперебойного электропитания, к DC/AC1 преобразователям напряжения, выходы которых подсоединены ко второму вводу второго устройства автоматического ввода резерва, к DC/AC преобразователям напряжения, выходы которых подсоединены ко второму вводу третьего устройства автоматического ввода резерва, к DC/AC преобразователям напряжения, выходы которых подсоединены ко второму вводу четвертого устройства автоматического ввода резерва, выход первого устройства автоматического ввода резерва с универсальным входом АВР подсоединен к нагрузке переменного тока гарантированного электропитания, выход второго устройства автоматического ввода резерва подсоединен к нагрузке переменного тока бесперебойного электропитания, выход третьего устройства автоматического ввода резерва подсоединен к нагрузке переменного тока бесперебойного электропитания, выход четвертого устройства автоматического ввода резерва подсоединен к нагрузке переменного тока бесперебойного электропитания, шина постоянного тока подсоединена к нагрузкам постоянного тока бесперебойного электропитания, устройство индикации состояния УЭПС-УВ своими входами подсоединено к датчикам состояния элементов УЭПС-УВ, его выходы подсоединены к входам устройства диагностики УЭПС-УВ, выходы которого подсоединены к устройствам дистанционного оповещения и к каналам связи с системами диспетчерского контроля и мониторинга.
Устройство электропитания совмещенное УЭПС с универсальным входом может быть выполнено как в моноблочном виде, так и в виде блочной конструкции и дополнительно имеет возможность подключения щитка дистанционного аварийного отключения УЭПС-УВ. Устройство может обеспечивать равномерную токовую нагрузку по трем полюсам выхода первого устройства автоматического ввода резерва с универсальным входом, дополнительно может содержать второе устройство автоматического ввода резерва, автоматически определяющее тип напряжения на ШГП (однофазное/трехфазное). Устройство дополнительно может содержать перемычки и/или переключатели для настройки конфигурации устройства непосредственно на месте установки.
Заявляемое устройство иллюстрируют следующие графические материалы:
На Фиг. 1 приведена структурная схема устройства электропитания совмещенного УЭПС с универсальным входом;
На Фиг. 2 приведена структурная схема первого устройства автоматического ввода резерва с универсальным входом;
На Фиг. 3 приведена структурная схема второго устройства автоматического ввода резерва;
На Фиг. 4 приведена структурная схема третьего (четвертого) устройства автоматического ввода резерва.
На Фиг. 1-4 приняты следующие обозначения:
I - Ввод основной;
II - Ввод резервный;
1 - Первое устройство АВР с универсальным входом;
2 - AC/DC преобразователи напряжения;
3 - DC/AC преобразователи напряжения;
1
4 - DC/AC преобразователи напряжения;
5 - Устройства автоматического заряда АКБ;
6 - АКБ;
1
7 - AC/DC преобразователи напряжения;
8 - DC/DC преобразователи напряжения;
9 - Второе устройство АВР;
10 - Третье (четвертое) устройство АВР;
11 - Устройство индикации состояния УЭПС-УВ;
12 - Устройство диагностики УЭПС-УВ;
13 - УЗИП основного (резервного) ввода;
14 - Универсальное устройство контроля качества электроэнергии основного (резервного) ввода;
15 - Схема логики управления коммутацией вводов первого устройства АВР;
16 - Коммутатор вводов первого устройства АВР;
17 - Устройство контроля качества электроэнергии;
18 - Схема логики управления коммутацией вводов второго устройства АВР;
19 - Коммутатор вводов второго устройства АВР;
20 - УЗИП выхода переменного тока;
21 - Схема логики управления коммутацией вводов третьего (четвертого) устройства АВР;
22 - Коммутатор вводов третьего (четвертого) устройства АВР;
23 - УЗИП выхода переменного тока.
«N» - нейтральный полюс питания выхода АВР 1(1)
Вводы основной и резервный (Фиг. 1) предназначены для первичного электроснабжения УЭПС-УВ однофазным и/или трехфазным напряжением переменного тока. При этом Ввод I является основным, а Ввод II - резервным.
УЭПС-УВ может иметь третий ввод с электропитанием от альтернативного источника электроэнергии.
При наличии только одного ввода первичного электроснабжения, отвечающего действующим стандартам качества электроэнергии, он может быть подсоединен непосредственно к шине гарантированного электропитания (ШГП).
Первое устройство АВР с универсальным входом 1 и фазными полюсами питания выхода «a», «b» «c» (Фиг. 1) предназначено для защиты от грозовых и коммутационных импульсных перенапряжений со стороны вводов энергоснабжения с помощью УЗИП 13 (Фиг. 2), контроля качества электроэнергии однофазных и/или трехфазных вводов энергоснабжения с помощью устройств контроля качества электроэнергии 14 (Фиг. 2), анализа результатов контроля качества электроэнергии с помощью схемы логики управления коммутацией вводов первого устройства АВР 15 (Фиг. 2) и коммутации на выход первого устройства АВР с универсальным входом ввода, соответствующего установленным требованиям качества электроэнергии с помощью коммутатора вводов первого устройства АВР 16 (Фиг. 2) - время коммутации не более 1 с. Первое устройство АВР с универсальным входом имеет органы настройки конфигурации (перемычки и/или переключатели) для настройки типов напряжений (однофазного и/или трехфазного) по каждому из вводов энергоснабжения. На выходе первого устройства АВР с универсальным входом формируется напряжение шины гарантированного питания, при работе от трехфазного ввода полюса ШГП разделенные - трехфазные, при работе от однофазного ввода полюса ШГП объединенные - однофазные. Схема логики управления коммутацией вводов первого устройства АВР 15 (Фиг. 2) обеспечивает установку следующих режимов работы первого устройства АВР с универсальным входом:
- работа с приоритетом первого ввода;
- работа с равнозначными вводами;
- работа только от ввода I (при наличии только одного ввода электроснабжения).
AC/DC преобразователи напряжения 2 (Фиг. 1) предназначены для преобразования переменного напряжения выхода первого устройства АВР в постоянное напряжение шины постоянного тока (ШПТ), обеспечения гальванической развязки шины постоянного тока от вводов энергоснабжения и создания горячего резерва электропитания шины постоянного тока. AC/DC преобразователи напряжения обеспечивают резервированное электропитание ШПТ и поддерживают заданный уровень напряжения шины постоянного тока с высокой точностью даже при значительных отклонениях входного напряжения.
Автономная АКБ 6 (Фиг. 1) при наличии напряжения ШГП аккумулирует энергию питающего напряжения с помощью устройств автоматического заряда АКБ 5 (Фиг. 1). Устройства автоматического заряда АКБ 5 (Фиг. 1) могут получать электропитание как от одного, так и от трех полюсов ШГП. Возможно подключение АКБ к шине постоянного тока через диоды (и устройство коммутации, управляемое напряжением выхода первого устройства АВР).
При аварии (пропадании напряжений) двух вводов одновременно АКБ обеспечивает автономное электропитание всех нагрузок бесперебойного электропитания в течение времени автономии (или до запуска альтернативного источника электроэнергии).
1
AC/DC преобразователи напряжения 7 (Фиг. 1) формируют из напряжения ШГП необходимые напряжения полюсов постоянного тока, обеспечивая при этом гальваническую развязку ШГП от выходов постоянного тока УЭПС, а так же могут обеспечивать резервирование электропитания нагрузок постоянного тока.
DC/DC преобразователи напряжения 8 (Фиг. 1) формируют из напряжения АКБ или напряжения ШПТ необходимые напряжения полюсов 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 постоянного тока. Возможно так же подключение нагрузок постоянного тока непосредственно к выводам АКБ.
DC/AC преобразователи напряжения 3 (Фиг. 1) предназначены для преобразования напряжения ШПТ в однофазные напряжения переменного тока, обеспечения гальванической развязки ШПТ от выходов переменного тока УЭПС-УВ и создания резерва электропитания нагрузок переменного тока.
1
DC/AC преобразователи напряжения 4 (Фиг. 1) предназначены для преобразования напряжения ШПТ в трехфазное напряжение переменного тока, обеспечения гальванической развязки входного напряжения от выходов переменного тока УЭПС-УВ и создания резерва электропитания нагрузок переменного тока.
1
Допускается применение вместо DC/AC преобразователей напряжения 4 (Фиг. 1) AC/AC преобразователей напряжения с преобразованием однофазного переменного напряжения в трехфазное переменное напряжение. В этом случае входы данных преобразователей подсоединяют к одному из полюсов ШГП.
Схема подключения вышеперечисленных устройств обеспечивает равномерную нагрузку на полюса ШГП для исключения перекоса фаз при трехфазном напряжении ШГП.
1
1
Второе устройство АВР 9 (Фиг. 1) предназначено для контроля качества напряжения DC/AC преобразователей напряжения 4 (Фиг. 1) и напряжения ШГП с помощью устройств контроля качества электроэнергии 17 (Фиг. 3), анализа результатов контроля качества электроэнергии с помощью схемы логики управления коммутацией вводов 18 (Фиг. 3) и коммутации на выход второго устройства АВР ввода, соответствующего установленным требованиям качества электроэнергии с помощью коммутатора вводов второго устройства АВР 19 (Фиг. 3) - время коммутации не более 1 с, а так же защиты элементов схемы УЭПС-УВ от грозовых и коммутационных импульсных перенапряжений со стороны нагрузки с помощью УЗИП выхода переменного тока 20 (Фиг. 3). Схема логики управления коммутацией вводов 19 (Фиг. 3) автоматически определяет тип напряжения ШГП (однофазное/трехфазное) и при наличии трехфазного напряжения питает им нагрузки переменного тока бесперебойного электропитания. При однофазном напряжении ШГП второе устройство АВР питает нагрузки переменного тока выходным напряжением DC/AC преобразователей напряжения 4 (Фиг. 1).
Третье (четвертое) устройство АВР 10 (Фиг. 1) предназначено для контроля наличия напряжения на выходах DC/AC преобразователей напряжения 3 (Фиг. 1), анализа результатов контроля наличия напряжения с помощью схемы логики управления коммутацией вводов 21 (Фиг. 4) и коммутации на выход третьего (четвертого) устройства АВР напряжения исправного ввода с помощью коммутатора вводов 22 (Фиг. 4) - время коммутации не более 1 с, а так же защиты элементов схемы УЭПС от грозовых и коммутационных импульсных перенапряжений со стороны нагрузки с помощью УЗИП выхода переменного тока 23 (Фиг. 4).
Устройство индикации состояния УЭПС-УВ И (Фиг. 1) предназначено для сбора информации о состоянии УЭПС-УВ, его отдельных элементов и отражения этой информации на светодиодном табло или мониторе.
Устройство диагностики УЭПС-УВ 12 (Фиг. 1) предназначено для получения диагностической информации о состоянии УЭПС-УВ и его отдельных элементов от устройства индикации состояния УЭПС-УВ, преобразования диагностической информации и передачи ее в системы диспетчерского контроля и мониторинга, а также в устройства дистанционного оповещения.
УЭПС-УВ имеет возможность подключения щитка дистанционного аварийного отключения для отключения вводов электроснабжения, АКБ и обесточивания всех нагрузок УЭПС-УВ.
Существенными признаками заявляемого устройства электропитания совмещенного УЭПС с универсальным входом являются:
1. Универсальность электропитания УЭПС-УВ от нескольких однофазных и/или трехфазных источников электроснабжения.
2. Возможность настройки конфигурации УЭПС-УВ непосредственно на месте установки с помощью встроенных органов настройки.
3. Применение в качестве второго устройства автоматического ввода резерва АВР, автоматически определяющего тип напряжения на ШГП (однофазное/трехфазное).
4. Построение схемы, обеспечивающей равномерную токовую нагрузку по трем полюсам ШГП.
5. Резервирование преобразователей напряжения и автоматический обход резервированных преобразователей при их одновременном отказе по каждому из выходов переменного тока бесперебойного электропитания.
6. Возможность применения щитка дистанционного аварийного отключения УЭПС-УВ для аварийного отключения всех источников напряжений УЭПС-УВ и обесточивания всех нагрузок.
7. Возможность построения изделия УЭПС-УВ как в моноблочном виде, так и в виде блочной конструкции.
8. Возможность построения широкого спектра более надежных питающих установок на базе УЭПС-УВ.
Технические решения, примененные в схеме устройства электропитания совмещенного УЭПС с универсальным входом, позволят создавать универсальные устройства электропитания с настройкой конфигурации устройства непосредственно на месте установки с помощью перемычек и/или переключателей, обеспечивающие более широкий спектр потребителей бесперебойным электропитанием постоянного и переменного тока высокого качества при электропитании УЭПС с универсальным входом от однофазных и/или трехфазных вводов электроснабжения переменного тока.
Таким образом заявляемое устройство электропитания совмещенное УЭПС с универсальным входом позволит создавать более надежные универсальные устройства электропитания, имеющие более высокие технические характеристики, для удовлетворения потребностей рынка энергопотребления.