Мультиконтактная коммутационная система с шестью силовыми контактными группами, соединёнными по смешанной схеме
MULTICONTACT SWITCHING SYSTEM WITH SIX POWER CONTACT GROUPS CONNECTED IN MIXED CIRCUIT

Изобретение относится к области электротехники, в частности к устройствам секционирования и резервирования линий электропередачи, и предназначено для коммутации, защиты электрической сети от аварийных режимов работы и коммутационных и атмосферных перенапряжений, учета электроэнергии, контроля качества электроэнергии, контроля количества и времени отключения напряжения в распределительных электрических сетях трехфазного тока.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является мультиконтактная коммутационная система, имеющая независимое управление шестью силовыми контактными группами, соединенными по смешанной схеме, предназначенная для коммутации, защиты электрической сети, учета электроэнергии, контроля качества электроэнергии, контроля количества и времени отключения напряжения в распределительных электрических сетях трехфазного тока, включающая в себя выводные коммутационные элементы ручного управления, коммутационные элементы дистанционного управления, блоки управления коммутационными элементами дистанционного управления, блок управления мультиконтактной коммутационной системой, блок бесперебойного питания, блок передачи данных (патент РФ №2726856, МПК H02J 9/06, H02J 13/00. опубл. 16.07.2020, Бюл. №20).
Недостатком известной мультиконтактной коммутационной системы для линий электропередачи 0,4 кВ является невозможность защиты элементов мультиконтактной коммутационной системы, установленных и подключенных к первой, второй и третьей силовым цепям, от коммутационных и атмосферных перенапряжений.
Задачей предлагаемого изобретения является повышение функциональных возможностей и расширение области его применения для коммутации, защиты электрической сети и элементов мультиконтактной коммутационной системы от аварийных режимов работы и коммутационных и атмосферных перенапряжений, учета электроэнергии, контроля качества электроэнергии, контроля количества и времени отключения напряжения в распределительных сетях трехфазного тока с возможностью независимого управления шестью силовыми контактными группами, соединенными по мостовой схеме, для осуществления секционирования и резервирования трех силовых сетей (участков линий электропередачи).
В результате использования предлагаемого изобретения появляется и возможность осуществлять функции коммутации, защиты электрической сети и элементов мультиконтактной коммутационной системы от аварийных режимов работы и коммутационных и атмосферных перенапряжений, учета электроэнергии, контроля качества электроэнергии, контроля напряжения в распределительных сетях трехфазного тока с возможностью независимого управления шестью силовыми контактными группами, соединенными по смешанной схеме, для осуществления секционирования и резервирования трех силовых сетей (участков линий электропередачи), обеспечения бесперебойного питания узлов мультиконтактной коммутационной системы от блока бесперебойного питания при отключении линий электропередачи 0,4 кВ за счет независимого управления контактными группами мультиконтактной коммутационной системы и контроля режимов ее работы и режимов сети, в которой она установлена, установки ограничителей перенапряжения и блока бесперебойного питания. Применение изобретения позволяет повысить надежность мультиконтактной коммутационной системы, уменьшить недоотпуск электроэнергии потребителям, сократить убытки энергоснабжающих организаций и, таким образом, повысить надежность и эффективность систем электроснабжения потребителей.
Вышеуказанный технический результат достигаются тем, что предлагаемая мультиконтактная коммутационная система с шестью силовыми контактными группами, соединенными по смешанной схеме, включающая в себя коммутационный элемент и блок управления и защиты, согласно изобретению, содержит шесть коммутационных элементов дистанционного управления, представляющих собой силовые контактные группы с независимым управлением, три коммутационных элемента ручного управления, шесть блоков управления коммутационными элементами дистанционного управления, блок приема и передачи данных, блок бесперебойного питания, блок управления мультиконтактной коммутационной системой, соединенные так, что три коммутационных элемента дистанционного управления соединены по схеме треугольник, три остальных коммутационных элемента дистанционного управления установлены каждый на одном из выходов соединения в треугольник, образованной первыми тремя коммутационными элементами дистанционного управления, установлены коммутационные элементы ручного управления по одному на выход, соединенные каждый с одним из коммутационных элементов дистанционного управления, установленным на соответствующем выходе схемы соединения в треугольник и с внешней силовой сетью, блоки управления коммутационными элементами дистанционного управления соединены каждый с соответствующим коммутационным элементом дистанционного управления и блоком управления мультиконтактной коммутационной системой, блок приема и передачи данных соединен с блоком управления мультиконтактной коммутационной системой и блоком бесперебойного питания, блок управления мультиконтактной коммутационной системой соединен с каждым из коммутационных элементов дистанционного управления и контролирует их положение, соединен с каждым из блоков управления коммутационными элементами дистанционного управления и осуществляет передачу команд на них включения и отключения соответствующего коммутационного элемента дистанционного управления, соединен с силовыми цепями мультиконтактной системы между всеми коммутационными элементами дистанционного и ручного управления и контролирует ток и напряжение в данных силовых цепях, осуществляет учет потребления электроэнергии в данных цепях и контроль качества электроэнергии в них, соединен с блоком передачи данных и осуществляет передачу в него данных о работе мультиконтактной коммутационной системе и получает с него команды управления коммутационными элементами дистанционного управления, соединен с блоком бесперебойного питания для получения питания при отключении напряжения во всех силовых цепях, блок бесперебойного питания соединен с блоком управления мультиконтактной коммутационной системой и блоком приема и передачи данных для обеспечения их питания, три ограничителя перенапряжения, соединенных с силовыми сетями на выводах мультиконтактной коммутационной системы и осуществляющих их защиту от перенапряжений.
Сущность предлагаемого изобретения поясняется чертежом, на котором представлена структурная схема мультиконтактной коммутационной системы с шестью силовыми контактными группами, соединенными по смешанной схеме.
Мультиконтактная коммутационная система с шестью силовыми контактными группами, соединенными по смешанной схеме, содержит первый выводной коммутационный элемент ручного управления (ВыКЭРУ 1), первый коммутационный элемент дистанционного управления (КЭДУ 2), второй коммутационный элемент дистанционного управления (КЭДУ 3), третий коммутационный элемент дистанционного управления (КЭДУ 4), четвертый коммутационный элемент дистанционного управления (КЭДУ 5), пятый коммутационный элемент дистанционного управления (КЭДУ 6), шестой коммутационный элемент дистанционного управления (КЭДУ 7), второй выводной коммутационный элемент ручного управления (ВыКЭРУ 8), третий выводной коммутационный элемент ручного управления (ВыКЭРУ 9), блок управления первым коммутационным элементом дистанционного управления (БУКЭДУ 10), блок управления вторым коммутационным элементом дистанционного управления (БУКЭДУ 11), блок управления третьим коммутационным элементом дистанционного управления (БУКЭДУ 12), блок управления четвертым коммутационным элементом дистанционного управления (БУКЭДУ 13), блок управления пятым коммутационным элементом дистанционного управления (БУКЭДУ 14), блок управления шестым коммутационным элементом дистанционного управления (БУКЭДУ 15), блок управления мультиконтактной коммутационной системой (БУМКС 16), блок приема и передачи данных (БПД 17), блок бесперебойного питания (ББП 18), первый ограничитель перенапряжения (ОПН 19), второй ограничитель перенапряжения (ОПН 20), третий ограничитель перенапряжения (ОПН 21).
КЭДУ 5, КЭДУ 6, КЭДУ 7 соединены по схеме треугольник. КЭДУ 2, КЭДУ 3, КЭДУ 4 установлены каждый на одном из выходов соединения в треугольник, образованного КЭДУ 5, КЭДУ 6, КЭДУ 7. ВыКЭРУ 1, ВыКЭРУ 8, ВыКЭРУ 9 установлены по одному на выходах между, соответственно КЭДУ 2, КЭДУ 3, КЭДУ 4 и внешней силовой сетью. БУКЭДУ 10, БУКЭДУ 11, БУКЭДУ 12, БУКЭДУ 13, БУКЭДУ 14, БУКЭДУ 15 соединены, соответственно с КЭДУ 2, КЭДУ 3, КЭДУ 4, КЭДУ 5, КЭДУ 6, КЭДУ 7и каждый с БУМКС 16. БПД 17 соединен с БУМКС 16 и с ББП 18. БУМКС 16 соединен с КЭДУ 2, с КЭДУ 3, с КЭДУ 4, с КЭДУ 5, с КЭДУ 6, с КЭДУ 7, с ВыКЭРУ 1, с ВыКЭРУ 8, с ВыКЭРУ 9, соединен с БУКЭДУ 10, с БУКЭДУ 11, с БУКЭДУ 12, с БУКЭДУ 13, с БУКЭДУ 14, с БУКЭДУ 15, соединен с силовыми цепями мультиконтактной системы между всеми коммутационными элементами дистанционного и ручного управления, соединен с БПД 17, соединен с ББП 18. ББП 18 соединен с БУМКС 16 и с БПД 17. ОПН 19 соединен с первой силовой цепью до ВыКЭРУ 1 на первом выводе мультиконтактной коммутационной системы. ОПН 20 соединен со второй силовой цепью до ВыКЭРУ 6 на втором выводе мультиконтактной коммутационной системы. ОПН 21 соединен с третьей силовой цепью до ВыКЭРУ 7 на третьем выводе мультиконтактной коммутационной системы.
Устройство работает следующим образом.
Подача напряжения на силовые цепи мультиконтактной коммутационной системы осуществляется с помощью выводных коммутационных элементов ручного управления (ВыКЭРУ 1, ВыКЭРУ 8, ВыКЭРУ 9), установленных на выводах устройства. В нормальном режиме все выводные коммутационные элементы ручного управления включены. Их отключение и включение производится вручную. Блок управления мультиконтактной коммутационной системой (БУМКС 16) контролирует ток, напряжение в каждой из силовых цепей устройства и во внешних силовых сетях, к которым подключено устройство и осуществляет независимое управление каждым коммутационным элементом дистанционного управления (КЭДУ 2, КЭДУ 3, КЭДУ 4, КЭДУ 5, КЭДУ 6, КЭДУ 7) с помощью команд включения и отключения, передаваемых им на соответствующие блоки управления первым, вторым, третьим, четвертым, пятым и шестым коммутационными элементами дистанционного управления (БУКЭДУ 10, БУКЭДУ 11, БУКЭДУ 12, БУКЭДУ 13, БУКЭДУ 14, БУКЭДУ 15). Команды управления могут поступать на БУМКС 16 дистанционно с помощью блока приема и передачи данных БПД 17 или с помощью команд, вводимых на месте. Также команды могут формироваться автоматически при получении БУМКС 16 информации о изменении тока и напряжения в контролируемых им силовых цепях, например, при коротком замыкании или исчезновении напряжения в одной из цепей внутри устройства или во внешней сети. Эти команды формируются в соответствии с заложенными в БУМКС 16 алгоритмами работы. Также БУМКС 16 производит технический учет потребления электроэнергии в каждой силовой цепи, контролирует качество электроэнергии в данных силовых цепях. Блок приема и передачи данных БПД 17 осуществляет прием команд управления, поступающих дистанционно тем или иным способом, например через каналы связи, через силовую сеть), передает эти команды на БУМКС 16. Также БПД 17 выполняет функцию передачи данных от БУМКС 16 о режимах работы, состоянии коммутационных элементов МКС, потребленной электроэнергии и другую предусмотренную алгоритмами работы БУМКС 16 и БПД 17 информацию. Блок бесперебойного питания ББП 18 осуществляет питание БУМКС 16 и БПД 17 как от силовых сетей, так и от содержащегося в нем независимого источника питания, например, аккумулятора, конденсатора или другого источника. При возникновении в первой силовой цепи коммутационных или атмосферных перенапряжений первый ограничитель перенапряжения ОПН 19 обеспечивает снижение перенапряжения до уровня, безопасного для защищаемой линии электропередачи 0,4 кВ и оборудования мультиконтактной коммутационной системы. При возникновении во второй силовой цепи коммутационных или атмосферных перенапряжений второй ограничитель перенапряжения ОПН 20 обеспечивает снижение перенапряжения до уровня, безопасного для защищаемой линии электропередачи 0,4 кВ и оборудования мультиконтактной коммутационной системы. При возникновении в третьей силовой цепи коммутационных или атмосферных перенапряжений третий ограничитель перенапряжения ОПН 21 обеспечивает снижение перенапряжения до уровня, безопасного для защищаемой линии электропередачи 0,4 кВ и оборудования мультиконтактной коммутационной системы.
Силовые контактные группы (коммутационные элементы дистанционного управления) МКС могут принимать включенное и отключенное положение в зависимости от поступивших команд, благодаря чему формируются следующие состояния МКС, показанные в таблице состояний (Формирование таблицы состояний МКС производится следующим образом. Состояние контактных групп маркируется как 0-разомкнуто (отключено), 1- замкнуто (включено). В зависимости от состояния контактных групп формируется буквенный и двоичный код состояния МКС, так же указываются соединения между выводами МКС, точками соединения контактов).
Таблица состояний контактных групп мультиконтактной коммутационной системы с шестью силовыми контактными группами, соединенными по смешанной схеме
Код ситуации
№контакта
Примечание (соединение выводов)
КЭДУ2
КЭДУ3
КЭДУ4
КЭДУ5
КЭДУ6
КЭДУ7
А
0
0
0
0
0
0
Нет
В
1
0
0
0
0
0
B1-V1
С
1
1
0
0
0
0
B1-V1, B2-V2
Д
1
1
1
0
0
0
B1-V1, B2-V2, B3-V3
Е
1
1
1
1
0
0
В1-V1-V2-В2, B3-V3
F
1
1
1
0
1
0
В2-V2-V3-В3, B1-V1
G
1
1
1
0
0
1
В1-V1-V3-В3, B2-V2
H
1
1
1
1
1
0
В1-V1-V2-В2-V2-V3-В3
I
1
1
1
1
0
1
В2-V2-V1-В1-V1-V3-В3
J
1
1
1
0
1
1
В2-V2-V3-В3-V3-V1-В1
К
1
1
0
1
1
1
В1-V1-V2-В2-V2-V3-V1-B1
L
1
0
1
1
1
1
В1-V1-V3-В3-V3-V2-V1-B1
М
0
1
1
1
1
1
В2-V2-V3-В3-V3-V1-V2-B2
N
0
0
1
1
1
1
B3-V3-V1-V2
О
1
0
0
1
1
1
B1-V1-V2-V3
Р
0
1
0
1
1
1
B2-V2-V3-V1
Q
0
0
0
1
1
1
V1-V2-V3
R
1
1
1
1
1
1
В1-V1-V2-В2-V2-V3-В3-V3-V1-B1
S
1
1
0
1
0
0
B1-V1-V2-B2
T
1
0
1
0
0
1
B1-V1-V3-B3
U
0
1
1
0
1
0
B2-V2-V3-B3
Предлагаемое устройство позволяет осуществить коммутацию и защиту линий электропередачи и оборудования мультиконтактной коммутационной системы от аварийных режимов работы и коммутационных и атмосферных перенапряжений, учет электроэнергии, контроль качества электроэнергии, контроль напряжения одновременно в трех силовых сетях. При исчезновении напряжения в одной из силовых сетей и появлении его в другой устройство позволяет осуществлять функции автоматического включения резерва путем включения соответствующих КЭДУ. Также устройство позволяет секционировать электрическую сеть посредством ее деления на участки путем отключения соответствующих силовых контактных групп при повреждениях в силовых сетях, подключенных к мультиконтактной коммутационной системе. Его применение предотвращает развитие аварийной ситуации и позволяет уменьшить недоотпуск электроэнергии потребителям, сократить убытки энергоснабжающих организаций и, таким образом, повысить надежность и эффективность систем электроснабжения потребителей. При этом надежность и функциональность устройства выше, чем у прототипа за счет обеспечения бесперебойного питания узлов мультиконтактной коммутационной системы путем включения в ее схему блока бесперебойного питания, а также упрощения схемы устройства за счет выполнения большинства функций одним блоком управления мультиконтактной коммутационной системой, за счет защиты от коммутационных и атмосферных перенапряжений.