Устройство управления разъединителем

Предполагаемая  полезная модель  относится к электротехнике  и  может  быть  использована  в  области  управления электрическими разъединителями, оснащёнными электроприводами.
Из уровня техники известны разъединители различного типа,  управление которыми осуществляется механическим способом посредством металлических штанг. В различных исполнениях разъединителей количество штанг может быть от одной до трех длиной 6-8 метров. Для предотвращения ошибочного или самопроизвольного включения предусмотрена механическая блокировка. Разъединители, управление которыми осуществляется механическим способом, применяются на линиях электропередачи напряжением 6-10 кВ.  Например,  горизонтально-поворотный разъединитель, содержащий раму с изоляционными колонками, на которых установлены контактные ножи главной токоведущей системы (Полезная модель РФ № 29403 МПК H01H 31/20, опубл.10.05.2003). Известен, также, разъединитель линейный качающегося типа (Полезная модель РФ № 130450, МПК H01H 31/00, опубл. 20.07.2013), оснащённый ручным механическим приводом.
В разъединителе (полезная модель №187271, МПК H01H31/20 опубл.28.02.2019) в качестве привода непосредственно разъединителя и заземляющих ножей (ЗН) применены линейные электроприводы. Подобные электроприводы могут быть установлены на существующие разъединители 6-10 кВ, заменив ручное управление механического привода на электрическое. Но данный разъединитель не имеет средства управления приводами, а существующие устройства управления приводами разъединителей не подходят для управления электроприводами, т.к. общей особенностью известных приводов является применение их в закрытых или открытых распределительных устройствах (ЗРУ), которые характеризуются наличием источника питания низкого напряжения переменным током (до1кВ), что определяет их локальное применение.
Применение электродвигательных приводов разъединителей на линиях электропередачи 6-10 кВ в настоящее время невозможно, так как для известных электродвигательных приводов отсутствует питание переменным током низкого напряжения (до 1000 В), в связи с удаленностью стационарных источников питания (до нескольких сотен километров).
Наиболее близким по технической сущности решением является  устройство управления разъединителем (полезная модель (СЭЩ), по патенту №125765, МПК H01H3/26, опубл.10.03.2013г.), содержащее источник питания, переключатель управления, блок-контакты привода, катушки пускателей включения и отключения, группу контактов подачи напряжения на электродвигатель, в котором переключатель управления выполнен трехпозиционным, его два контакта через блок-контакты привода подключены к катушкам пускателей включения и отключения, а третий контакт переключателя управления подключен параллельно двум первым и через два контакта также подключен к блок-контактам привода.
Недостатком данного устройства управления является то, что оно может работать только при наличии переменного тока низкого напряжения (до 1000 В), и является стационарным.
Задачей предлагаемой полезной модели является создание устройства, обеспечивающего возможность управления разъединителями, установленными на линиях электропередачи, размещённых на расстоянии, удаленном от источников тока.
Поставленная задача решается за счет того, что устройство управления разъединителем снабжено исполнительным блоком, в корпусе которого размещено обеспечивающее управление приводом разъединителя программируемое реле, непосредственно связанное с размещённым в корпусе исполнительного блока, источником питания постоянного тока, который, в свою очередь, электрически связан с линейными электроприводами, а также связан с контактами положения разъединителя и заземляющих ножей, размещёнными на дополнительной стойке и монтажных планках, закреплённых на основании рамы разъединителя.
Технический результат от использования полезной модели  заключается в обеспечении возможности управления разъединителем и заземляющими ножами при отсутствии стационарного питания переменным током низкого напряжения.
На фиг.1 изображена схема разъединителя с устройством его управления  – фронтальный вид;
На фиг.2 изображена схема разъединителя – вид сбоку;
На фиг.3 изображена компоновочная схема исполнительного блока;
На фиг.4 изображена передняя панель корпуса исполнительного блока.
На основании рамы 1 разъединителя закреплена дополнительная стойка 2, на которой закреплён  датчик  положения «включено»  3 разъединителя (Р) и датчик положения «отключено»  4 разъединителя (Р);
реверсивный электродвигательный привод разъединителя 5, на корпусе которого размещён магнит 6 (фиг.1). На основании рамы 1 смонтированы: монтажная планка 7, на которой закреплён датчик положения «включено» 8 заземляющих ножей (ЗН) и монтажная планка 9, на которой закреплён датчик положения «выключено» 10 заземляющих ножей (ЗН). На валу   11 заземляющих ножей, управляемый электродвигательным приводом 12 закреплён магнит 13.  (фиг.2).
Исполнительный блок 14 размещён на опоре линии электропередачи (на фигуре не показана).
Исполнительный блок 14   содержит,  размещённые в корпусе  блока :
программируемое реле 15 (фиг.3), кнопку разъединителя (Р) «включить» 16, кнопку разъединителя (Р) «отключить» 17; лампу «отключено»  18 разъединителя (Р); лампу «положение не определено» 19 разъединителя (Р); лампу  «включено»  разъединителя (Р) 20; кнопку «включить» 21 заземляющих ножей (ЗН); кнопку «отключить» 22 (ЗН); лампу «отключено» 23 заземляющих ножей (ЗН); лампу «положение не определено» 24 заземляющих ножей (ЗН);  лампу «включено»  25 заземляющих ножей (ЗН) (фиг.3); и источник питания - аккумуляторную батарею 26. (фиг.3). Кабель от датчиков и приводов, смонтированных на разъединителе (на фигуре не показано), оканчивается вилкой штекерного разъема 27. С электродвигательными приводами и датчиками положения разъединителя исполнительный блок соединяется розеткой 28 штекерного разъема.
Устройство управления разъединителем, установленным на линии электропередачи, размещённой на расстоянии, удаленном от источника тока работает следующим образом.
В исходном состоянии исполнительный блок 14, со встроенным источником питания (аккумулятором) 26, подключен  к кабелю электроприводов разъединителя посредством штекерного  разъема (вилка разъема 27 и розетка 28) .  При необходимости оперативных переключений, прибывший на место установки разъединителя персонал посредством воздействия на кнопки управления ножами разъединителя или заземляющих ножей производит необходимые включения или отключения.  Устройство управления, при включении, определяет текущее положение разъединителя и заземляющих ножей по состоянию датчиков положения 3, 4, 8, 10. Возможные положения разъединителя и заземляющих ножей и разрешенные переключения приведены в таблице.
Требуемая команда подаётся кнопками 16, 17, 21, 22 исполнительного блока 14 на перевод разъединителя или заземляющих ножей в положение включено или отключено. Программируемое реле 15 обеспечивает прием команд на переключение с кнопок 16,17,21,22 и проверку корректности запрашиваемого переключения (фиг.3,4). Когда команда на переключение запрещена (см. таблицу) в текущем положении разъединителя, - никаких действий не производится. Когда команда разрешена, - программируемое реле включает соответствующий привод (5 или 12) на фиксированное время, необходимое для гарантированного перемещения контактов в требуемое положение. При срабатывании соответствующего датчика положения (3,4,8,10) привод отключается (останавливается).
Если за время, гарантированно достаточное для перевода ножей разъединителя или заземляющих ножей, не происходит срабатывания датчика, подтверждающего их перевод в крайнее положение, то соответствующий привод останавливается, и блок управления индицирует ошибку переключения разъединителя (лампа 19) или заземляющих ножей (лампа 24). Лампы 18,19,20 индицируют положение контактов  разъединителя, лампы 23,24,25 индицируют положение контактов заземляющих ножей (фиг. 4). Для удобства пользования (для уверенного различения сигналов управления), индикаторы обозначены, соответственно: индикатор положения в режиме отключения (лампа 18) - зелёным цветом; индикатор отказа (лампа 19) - желтым; индикатор положения разъединителя во включенном состоянии (лампа 20) красным цветом. Аналогично отмечены индикаторы положения заземляющих ножей (ЗН) – отключенный (лампа 23) – зелёный, отказ (лампа 24) – жёлтый; включенный (лампа 25) – красный.
Устройство управления разъединителем, в возможных конкретных ситуациях, работает следующим образом.
Пример 1
Исходное положение – разъединитель включен, а положение заземляющих ножей – отключены. Посредством штекерного разъема: вилки 27 и розетки 28 блок управления подключен к разъединителю с заземляющими ножами. Выключателем питания (на схеме не показан) включают исполнительный блок 14. После автоматической загрузки программного обеспечения из внутренней энергонезависимой памяти программируемого реле 15 (фиг.3) и опроса состояния датчиков положения разъединителя с заземляющими ножами, исполнительный блок индицирует текущее положение контактов: лампы 20 и 23  светятся, лампы 18, 19, 24, 25 погашены (фиг.4). Система управления готова к принятию команд оператора. Оператор нажимает на кнопку 17 «разъединитель отключить», программируемое реле получает указанную команду на соответствующий дискретный вход (датчик 3), проверяет на допустимость полученную команду. Указанная команда разрешена (лампа 20). Программируемое реле 15 подает напряжение на реверсивный электродвигательный привод разъединителя 5, подвижные контакты разъединителя приходят в движение, датчик положения разъединителя 3 («включено») размыкается. Программируемое реле гасит лампу разъединителя 20 («включено»), а лампу 19  «положение не определено» разъединителя, переводит в прерывистый режим действия и включает программный таймер на время, необходимое для перемещения контактов разъединителя в положение «отключено» (лампа 18). Когда за время работы таймера контакты разъединителя переместились в положение «отключено» (лампа 18), срабатывает датчик разъединителя 4 «отключено»,  программное реле останавливает реверсивный электродвигательный привод разъединителя 5, гасит лампу 19  («положение не определено») разъединителя и зажигает лампу 18 («отключено») разъединителя. Система управления готова к принятию следующей команды, например: «включить заземляющие ножи» или «завершить работу».
Если за время работы таймера контакты разъединителя не переместились в положение «отключено» - датчик положения «отключено» разъединителя 4 не сработал, то программное реле останавливает реверсивный электродвигательный привод 5 разъединителя, переводит лампу 19  («положение не определено») разъединителя в режим постоянного горения. Когда положение контактов разъединителя не определено,  все операции запрещены. В таком случае,
блок управления выключают и разъединяют штекерный разъём (вилку 27 от  розетки 28 разъединителя). Управление разъединителем становится невозможным (блокируется) до выяснения и устранения неисправности.
Пример 2.
Исходное положение – разъединитель отключен, положение заземляющих ножей – отключены. Посредством штекерного разъема: вилки 27 и розетки 28, блок управления подключен к разъединителю с заземляющими ножами. Выключателем питания (на схеме не показан) включают исполнительный блок 14. После автоматической загрузки программного обеспечения из внутренней энергонезависимой памяти программируемого реле 15 и опроса состояния датчиков положения разъединителя с заземляющими ножами, исполнительный блок индицирует текущее положение контактов: лампы 18 и 23 светятся, лампы  19,20, 24, 25 погашены. Система управления готова к принятию команд оператора. Оператор нажимает на кнопку 21 «заземляющие ножи включить», программируемое реле получает указанную команду на соответствующий дискретный вход (датчик 10), проверяет на допустимость полученную команду. Указанная команда разрешена (лампа 23). Программируемое реле подает напряжение на реверсивный электродвигательный привод заземляющих ножей 12, подвижные контакты заземляющих ножей приходят в движение, датчик положения заземляющих ножей 10 («отключено») размыкается (фиг.2). Программируемое реле гасит лампу заземляющих ножей 20 («отключено»), а лампу 24  заземляющих ножей («положение не определено»), переводит в прерывистый режим и взводит программный таймер на время, необходимое для перемещения контактов заземляющих ножей в положение «включено» (лампа 25). Когда за время работы таймера контакты заземляющих ножей переместились в положение «включено» (лампа 25),  срабатывает датчик разъединителя 8 («включено»), программное реле останавливает реверсивный электродвигательный привод заземляющих ножей 12, гасит лампу 24  («положение не определено») заземляющих ножей и зажигает лампу 25 («включено») заземляющих ножей. Система управления готова к принятию следующей команды, например: «отключить заземляющие ножи» или «завершить работу».
Пример 3
Исходное положение - разъединитель отключен, положение заземляющих ножей – отключены. Посредством штекерного разъема: (вилки 27 и розетки 28) блок управления подключен к разъединителю с заземляющими ножами. Выключателем питания (на схеме не показан) включают исполнительный блок 14. После автоматической загрузки программного обеспечения из внутренней энергонезависимой памяти программируемого реле 15 и опроса состояния датчиков положения разъединителя с заземляющими ножами, исполнительный блок индицирует текущее положение контактов: лампы 18 и 23 светятся, лампы 19, 20, 24, 25 погашены. Система управления готова к принятию команд оператора. Оператор нажимает на кнопку 16 «разъединитель включить», программируемое реле получает указанную команду на соответствующий дискретный вход (датчик 4), проверяет на допустимость полученную команду. Указанная команда разрешена (горит лампа 18). Программируемое реле подает напряжение на реверсивный электродвигательный привод разъединителя 5, подвижные контакты разъединителя приходят в движение, датчик положения разъединителя 4 («отключено») размыкается. Программируемое реле гасит лампу 18 разъединителя («включено»), а лампу 19  («положение не определено») разъединителя, переводит в прерывистый режим и взводит программный таймер на время, необходимое для перемещения контактов разъединителя в положение «включено» (лампа  20). Когда за время работы таймера контакты разъединителя переместились в положение «включено» (лампа 20), срабатывает датчик разъединителя 3 («включено»), программное реле останавливает реверсивный электродвигательный привод разъединителя 5, гасит лампу 19  («положение не определено») разъединителя и зажигает лампу 20 («включено») разъединителя. Система управления готова к принятию следующей команды, например: «отключить разъединитель» или «завершить работу».
Если за время работы таймера контакты разъединителя не переместились в положение «включено» - датчик положения «включено» разъединителя (3) не сработал, то программное реле останавливает реверсивный электродвигательный привод (5) разъединителя, переводит лампу 19  («положение не определено») разъединителя в режим постоянного горения. Когда положение контактов разъединителя не определено,  все операции запрещены. В таком случае, блок управления выключают и рассоединяют штекерный разъём: вилка 27 выходит из контакта с розеткой 28 разъединителя. Управление разъединителем становится невозможным (блокируется) до выяснения и устранения неисправности.
Пример 4
Исходное положение разъединителя – отключен, положение заземляющих ножей – включены. Посредством штекерного разъема: вилки 27 и розетки 28 блок управления подключен к разъединителю с заземляющими ножами. Выключателем питания (на схеме не показан) включают исполнительный блок. После автоматической загрузки программного обеспечения из внутренней энергонезависимой памяти программируемого реле 15 и опроса состояния датчиков положения разъединителя с заземляющими ножами, исполнительный блок индицирует текущее положение контактов: лампы 18 и 25 светятся, лампы 19, 20, 23, 24 погашены (фиг.4) Система управления готова к принятию команд оператора. Оператор нажимает на кнопку 22 («заземляющие ножи отключить»), программируемое реле получает указанную команду на соответствующий дискретный вход (датчик 8), проверяет на допустимость полученную команду. Указанная команда разрешена (лампа 25). Программируемое реле подает напряжение на реверсивный электродвигательный привод заземляющих ножей 12, подвижные контакты заземляющих ножей приходят в движение, датчик положения заземляющих ножей 8 («включено») размыкается (фиг.1). Программируемое реле гасит лампу 25 заземляющих ножей  («включено»), а лампу 24  («положение не определено») заземляющих ножей, переводит в прерывистый режим и взводит программный таймер на время, необходимое для перемещения контактов заземляющих ножей в положение «отключено» (лампа 23) (фиг.4). Когда контакты заземляющих ножей переместились в положение «отключено» (лампа 23),  срабатывает датчик разъединителя 10 («отключено»), программное реле останавливает реверсивный электродвигательный привод заземляющих ножей 12, гасит лампу 24  заземляющих ножей («положение не определено») и зажигает лампу 23 заземляющих ножей («отключено») (фиг.4). Система управления готова к принятию следующей команды, например: «включить заземляющие ножи» или «включить разъединитель» или «завершить работу».
Технический результат от использования полезной модели  заключается в обеспечении управления разъединителем и заземляющими ножами при отсутствии стационарного питания переменным током низкого напряжения. При этом, достигается снижение материалоемкости и снижение стоимости «совокупности» изделия (разъединитель + устройство управления) за счет возможности управления несколькими разъединителями при помощи одного устройства управления.
Таким образом, задача, стоящая перед полезной моделью решена.
Кроме того, предлагаемое устройство управления может быть выполнено в мобильном исполнении, для обеспечения вандалоустойчивости. А с учётом того, что влияние атмосферных воздействий на разъединитель и датчики могут приводить к нештатным ситуациям (заклинивание движущихся частей разъединителя и датчиков положения) в качестве датчиков положения предлагается применить герконовые датчики, не имеющие подвижных частей, и в алгоритм схемы управления введена функция временного контроля операции – в случае превышения времени перехода разъединителя из одного положения в другое, система управления диагностирует нештатную ситуацию и запрещает манипуляции с разъединителем до устранения причин нештатной ситуации.