УСТРОЙСТВО АВТОМАТИЧЕСКОГО ПЕРЕКЛЮЧЕНИЯ ИСТОЧНИКОВ ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ

Заявляемая полезная модель относится к электроснабжению промышленных предприятий, объектов нефтегазовой отрасли, медицинских учреждений, коммунального хозяйства, в частности потребителей первой категории.
Известно устройство автоматического включения резерва (авторское свидетельство на изобретение SU 1474760, дата приоритета 23.07.087 г., МПК H02J 9/06) содержащее контактор включения основного источника питания, его размыкающий блок контакт, реле контроля исправности основного контактора, его замыкающий и размыкающий контакты, первое реле напряжения и его замыкающий контакт, второе реле напряжения и его замыкающие контакты, промежуточное реле и его размыкающий контакт.
Недостатком этого устройства является осуществление электроснабжения потребителя только от двух источников: сетевого ввода и ввода резервного источника питания, в то время как для некоторых особо ответственных потребителей, требуются два сетевых ввода и ввод от резервной электростанции. Кроме того, отсутствует индикация параметров и режимов, дистанционной контроль работы устройства, возможность приема и выдачи дискретных сигналов дистанционного управления, возможность работы при повышении напряжения питающей сети более чем на 30-50%, возможность сохранения всех рабочих событий за определенный промежуток времени в энергонезависимой памяти.
Наиболее близким к заявляемой полезной модели (прототипом) является устройство (патент на полезную модель RU 69343, дата приоритета 31.07.07 г. МПК H02J9/06) для автоматического переключения источников электропитания: первого фидера, второго фидера и резервного источника электропитания, содержащее первый контактор, второй контактор, первый выходной выключатель, второй выходной выключатель и шину гарантированного электропитания потребителей, при этом выход первого контактора соединен со входом первого выходного выключателя, выход которого соединен с шиной гарантированного электропитания, которая соединена с выходом второго выходного выключателя, вход которого соединен с выходом второго контактора, отличающееся тем, что дополнительно содержит первый, второй и третий входные выключатели, первый, второй, третий блоки индикации, первый, второй, третий блоки управления, третий контактор, третий выходной выключатель и блок обмена данными, при этом первый фидер подключен ко входу первого входного выключателя, второй фидер подключен ко входу второго входного выключателя, резервный источник электропитания подключен первым выходом ко входу третьего входного выключателя, первый выход которого подключен к первому входу третьего контактора, первый выход которого соединен со входом третьего выходного выключателя, первый выход которого соединен с шиной гарантированного электропитания потребителей, а второй его выход соединен с пятым входом третьего блока управления, первый вход которого соединен со вторым выходом третьего входного выключателя, второй вход третьего блока управления соединен с первым входом третьего контактора, третий вход третьего блока управления соединен со вторым выходом третьего контактора, первый выход которого соединен с четвертым входом третьего блока управления, первый выход которого соединен со вторым входом третьего контактора, второй его выход соединен со входом третьего блока индикации, первый выход первого входного выключателя соединен с первым входом первого контактора и вторым входом первого блока управления, первый выход которого соединен со вторым входом первого контактора, второй выход которого соединен с третьим входом первого блока управления, четвертый вход которого соединен с первым выходом первого контактора, а его пятый вход соединен со вторым выходом первого выходного выключателя, второй выход первого входного выключателя соединен с первым входом первого блока управления, второй выход которого соединен со входом первого блока индикации, а его третий выход соединен с первым входом блока обмена данными, первый выход которого соединен с шестым входом первого блока управления, второй его выход соединен с шестым входом второго блока управления, третий выход которого соединен со вторым входом блока обмена данными, третий выход которого соединен с шестым входом третьего блока управления, третий выход которого соединен с третьим входом блока обмена данными, первый выход второго входного выключателя соединен с первым входом второго контактора, который соединен со вторым входом второго блока управления, первый вход которого соединен со вторым выходом второго входного выключателя, его второй выход соединен со входом второго блока индикации, а его первый выход соединен со вторым входом второго контактора, второй выход которого соединен с третьим входом второго блока управления, четвертый вход которого соединен с первым выходом второго контактора, а его пятый вход соединен со вторым выходом второго выходного выключателя, второй выход резервного источника электропитания подключен к седьмому входу третьего блока управления, пятый выход которого подключен ко входу резервного источника электропитания.
Недостатком этого устройства является сложность схемы, в частности, большое количество элементов с множеством связей, что снижает надежность работы устройства. Кроме того, устройство не работоспособно в случае, когда все три источника питания не исправны и нет возможности собирать информацию об аварийных ситуациях для последующего анализа.
Задачей заявляемой полезной модели является уменьшение числа функциональных узлов и связанное с этим упрощение схемы, повышение надежности, расширение рабочего диапазона напряжений, сохранение всех рабочих событий за определенный промежуток времени в энергонезависимой памяти, расширение арсенала технических средств.
Технический результат достигают тем, что устройство автоматического переключения источников электропитания, включающее первый ввод электропитания, второй ввод электропитания и резервный источник электропитания, содержащее первый входной автоматический выключатель, выход которого соединен с входом первого контактора, выход которого соединен с шиной гарантированного питания, второй входной автоматический выключатель, выход которого соединен с входом второго контактора, выход которого соединен с шиной гарантированного питания, третий входной автоматический выключатель, выход которого соединен с входом третьего контактора, выход которого соединен с шиной гарантированного питания, при этом выход первого входного автоматического выключателя соединен с первым блоком защиты от мощных импульсных перенапряжений, выход второго входного автоматического выключателя соединен со вторым блоком защиты от мощных импульсных перенапряжений, согласно предложенному решению выход третьего входного автоматического выключателя соединен с третьим блоком защиты от мощных импульсных перенапряжений, а выходы первого, второго и третьего контакторов соединены с дополнительно введенным блоком датчиков напряжения, выход которого соединен с микропроцессорной системой управления, один выход которой соединен с блоком индикации, второй выход соединен с блоком интерфейсов, третий выход соединен с энергонезависимым информационным модулем; дополнительно введена клавиатура, выход которой соединен с микропроцессорной системой управления.
Кроме того, устройство дополнительно введен источник бесперебойного питания, вход которого соединен с шиной гарантированного питания, а выход источника бесперебойного питания соединен с входом источника питания, выход которого соединен с входом блока датчиков напряжения, с входом микропроцессорной системы управления, с входом блока индикации, с входом блока интерфейсов, с входом энергонезависимого информационного модуля.
Кроме того, блок датчиков напряжения, микропроцессорная система управления (МСУ), блок индикации, клавиатура, блок интерфейсов, энергонезависимый информационный модуль и внутренний источник питания размещены в одном корпусе.
Сущность полезной модели поясняет схема, приведенная на фиг., где
1 -первый ввод электропитания;
2 - второй ввод электропитания;
3 - резервный ввод электропитания;
4 - первый входной автоматический выключатель;
5 - второй входной автоматический выключатель;
6 - третий входной автоматический выключатель;
7 - первый контактор;
8 - второй контактор;
9 - третий контактор;
10 - шина гарантированного питания;
11 - первый блок защиты от мощных импульсных перенапряжений;
12 - второй блок защиты от мощных импульсных перенапряжений;
13 - третий блок защиты от мощных импульсных перенапряжений;
14 - блок датчиков напряжения;
15 - микропроцессорная система управления (МСУ);
16 - блок индикации;
17 - клавиатура;
18 - блок интерфейсов;
19 - энергонезависимый информационный модуль;
20 - источник бесперебойного питания;
21 - внутренний источник питания;
22-корпус.
Устройство работает следующим образом.
Перед началом работы оператор задает основной ввод электропитания. Основным вводом может выступать первый ввод 1 электропитания или второй ввод 2.
Работа может осуществляться в следующих режимах:
- при выборе основным вводом первого ввода 1, при этом исправны второй ввод 2 и резервный ввод 3 электропитания, происходит включение первого ввода 1, если параметры электропитания на первом вводе 1 будут в норме;
- при выборе основным вводом первого ввода 2, при этом исправны первый ввод 1 и резервный ввод 3 электропитания, происходит включение второго ввода 2, если параметры электропитания на втором вводе 2 будут в норме;
- при неисправности первого 1 и второго 2 вводов, а также, если параметры электропитания на первом 1 и втором 2 вводах не соответствуют допустимым значениям, происходит автоматическое включение резервного ввода 3 электропитания.
При подготовке к работе входные 4, 5, 6 автоматические выключатели переводятся во включенное состояние. В режиме включения первого ввода 1 при наличии напряжения с допустимыми параметрами на первом 1 и втором 2 вводах МСУ 15 выдает команду на включение первого 7 контактора. Напряжение с первого 1 и второго 2 вводов, а также с резервного 3 ввода электропитания поступает на блок датчиков напряжения 14, осуществляющий гальваническую развязку напряжений на вводах электропитания от напряжений МСУ 15 и преобразование уровней напряжений на вводах электропитания к рабочим уровням МСУ 15. Блок датчиков напряжения имеет расширенный диапазон входного напряжения и позволяет измерять напряжения, превышающие номинальное значение трехфазной сети в 2 раза. При включении первого контактора 7, напряжение питания от первого ввода 1 через замкнутые силовые контакты первого 4 входного автоматического выключателя, первого 7 контактора поступает на шину 10 гарантированного электропитания и далее к потребителям. На блоке индикации 16 горят светодиоды группы первого 1 ввода "Сеть" и "Работа". На МСУ 15 поступают сигналы о включенном состоянии первого 7 контактора, на дисплее блока индикации 16 отображается величина линейных напряжений, частота питающего напряжения, коэффициент несимметрии питающего напряжения, дата, число и время. МСУ 15 обеспечивает поступление запрещающего сигнала (блокировки) на включение второго 8 и третьего 9 контакторов. Для исключения одновременного включения первого 7 и второго 8 контакторов дополнительно применена электрическая блокировка. При этом МСУ 15 измеряет параметры напряжения второго 2 и резервного 3 вводов электропитания. МСУ 15 постоянно осуществляет обработку состояния дополнительных контактных групп, установленных на контакторах 7, 8, 9, что позволяет проводить непрерывную диагностику состояния (включенное или выключенное) контакторов и оценивать целесообразность их дальнейшего использования. При исчезновении, недопустимом провале или превышении напряжения? на выходе первого ввода 1 за допустимые пределы, изменении частоты питающего напряжения, увеличении коэффициента несимметрии питающего напряжения первого ввода 1, неисправности контактора 7 МСУ 15 отключает первый 7 контактор, снимая при этом запрет на включение второго 8 и третьего 9 контакторов, после чего выдает команду на включение второго 8 контактора.
При включении второго 8 контактора, питание потребителей происходит от второго 2 ввода электропитания. На блоке индикации 16 погасают светодиоды группы первого 1 ввода "Сеть" и "Работа". При этом, в случае превышения напряжения выше нормы на первом блоке индикации 16 загорается светодиод группы первого 1 ввода "Повышенное напряжение", а в случае понижения напряжения ниже нормы на первом блоке индикации 16 загорается светодиод группы первого 1 ввода "Пониженное напряжение". Измерение параметров питающего напряжения, а также индикация состояния устройства происходит аналогично, как и в случае питания потребителей от первого 1 ввода. При отсутствии или выходе за допустимые пределы параметров напряжения на обоих вводах 1, 2 МСУ 15 выдает команду на включение контактора 9 резервного ввода 3 электропитания.
При включении третьего 9 контактора, питание потребителей происходит от резервного 3 ввода электропитания. Измерение параметров питающего напряжения, а также индикация состояния устройства происходит аналогично, как и в случае питания потребителей от первого 1 ввода электропитания. При наличии питающего напряжения резервного ввода 3 электропитания на блоке индикации 16 загорается светодиод "Сеть" в группе резервного ввода
При восстановлении напряжения на любом из вводов электропитания на блоке индикации 16 загорается светодиод "Сеть", гаснут светодиоды "Повышенное напряжение" и "Пониженное напряжение", если они загорались, блок управления выдает команду на отключение контактора 9 резервного ввода электропитания, а также выдает команду на включение соответствующего контактора первого 1 или второго 2 вводов, после чего питание потребителей происходит от первого 1 или второго 2 вводов.
При однократном кратковременном прерывании или выходе параметров питающего напряжения за допустимые пределы, если время нарушения электропитания меньше заданного времени, переключение вводов электропитания не происходит. В случае многократных кратковременных прерываний (задается программно) электропитания либо в случае однократного долговременного прерывания заявляемое устройство переключает питание потребителей на исправный ввод электропитания. Действие заявляемого устройства в случае многократных кратковременных выходах параметров питающего напряжения за допустимые нормы, либо в случае однократного долговременного выхода параметров питающего напряжения за допустимые нормы, аналогично действию устройства при прерываниях электропитания.
В случае возникновения неисправности контактора любого из вводов электропитания соответствующие сигналы с контактных групп контакторов 7, 8, 9 поступают на МСУ 15. При возникновении неисправности контактора 7 ввода 1 электропитания происходит автоматическое переключение на питание от ввода 2 электропитания, если напряжение на втором 2 вводе электропитания в норме, и на блоке индикации загорается светодиод "Неисправность контактора" в группе первого ввода. В случае возникновения неисправности контактора 8 ввода 2 электропитания происходит автоматическое переключение на питание от первого 1 ввода электропитания, если напряжение на втором 1 вводе электропитания в норме, и на блоке индикации загорается светодиод "Неисправность контактора" в группе второго ввода. Если питание не может осуществляться ни от первого 1 ввода электропитания, ни от второго 2 ввода электропитания, то происходит автоматическое переключение на питание от резервного 3 ввода электропитания. При возникновении неисправности контактора 9 резервного 3 ввода электропитания на блоке индикации загорается светодиод "Неисправность контактора" в группе резервного ввода.
При воздействии мощной импульсной помехи по любому из вводов электропитания блоки 11, 12, 13 защиты от мощных импульсных помех срабатывают и шунтируют входы контакторов 7, 8, 9 и блок датчиков напряжения 14, предотвращая тем самым влияние помех на указанные блоки и на шину гарантированного электропитания, предотвращая возможность выхода из строя блока датчиков напряжения 14, МСУ 15 и потребителей. После прекращения действия помехи блоки 11, 12, 13 автоматически отключают шунтирование входов контакторов 7, 8, 9 и блока датчиков напряжения 14, и устройство продолжает работать в нормальном режиме.
С помощью клавиатуры 17 либо с помощью дискретных входов блока интерфейсов 18 оператор может осуществлять принудительную подачу питающего напряжения с первого 1 или второго 2 вводов электропитания на шину гарантированного электропитания 10. В режиме принудительной подачи напряжения с первого 1 ввода электропитания подачу электропитания на шину гарантированного электропитания 10 осуществляют независимо от параметров напряжения первого 1 ввода электропитания. Аналогично происходит принудительная подача напряжения со второго 2 ввода электропитания.
Блок интерфейсов 18 позволяет осуществлять удаленный мониторинг устройства с помощью персонального компьютера по гальванически развязанному от МСУ 15 интерфейсу RS-485, сопряжение с системой телемеханики с помощью гальванически развязанных от МСУ 15 дискретных входов и выходов, а также считывание информации с информационного модуля 19 с помощью персонального компьютера по гальванически развязанному от МСУ 15 интерфейсу USB. При этом происходит контроль текущих параметров электропитания потребителей (напряжение, частота, коэффициент несимметрии) и текущее состояние устройства. При считывании информации с помощью персонального компьютера имеется возможность просмотра и сохранения в памяти персонального компьютера данных обо всех произошедших событиях за последние несколько месяцев. Данные за последние несколько месяцев сохраняются в энергонезависимом информационном модуле 19 с меткой времени и содержат информацию о перенапряжениях, пониженных напряжениях, провалах напряжения, частоте напряжения, коэффициента несимметрии, ситуациях обрыва фаз на вводах электропитания, включениях и выключениях контакторов 7, 8, 9, принудительных включениях вводов электропитания, авариях, режимах настройки устройства и других рабочих параметрах. Интерфейсы RS-485 и USB поддерживают протокол передачи данных ModBus RTU.
Питание микропроцессорной системы управления 15, блока индикации 16, клавиатуры 17, блока интерфейсов 18 обеспечивает внутренний источник питания 21. Для обеспечения работоспособности внутреннего источника питания 21 и питания обмоток контакторов 7, 8, 9 в случае, когда разомкнуты все контакторы 7, 8, 9 и напряжение на шине гарантированного электропитания 10 отсутствует, используют источник бесперебойного питания 20, вход которого соединен с шиной гарантированного электропитания 10, а выход соединен с внутренним источником питания 21. В том случае, когда напряжение на шине гарантированного электропитания присутствует, то источник бесперебойного питания 20 работает в режиме заряда внутренних аккумуляторных батарей и выдает требуемое выходное напряжение. В том случае, когда напряжение на шине гарантированного электропитания отсутствует, то источник бесперебойного питания 20 работает в режиме разряда внутренних аккумуляторных батарей, за счет которых поддерживают требуемое выходное напряжение.
Заявленная полезная модель благодаря реализации ее признаков обеспечивает достижение важных технических результатов:
- повышение надежности устройства и упрощение его технического обслуживания, благодаря уменьшению числа блоков управления, блоков индикации, блоков интерфейса, отсутствию блока обмена данными;
наличие гарантированного электропитания устройства за счет источника бесперебойного питания, который поддерживает работоспособность микропроцессорной системы управления, блока индикации, клавиатуры, блока интерфейса и обмоток контакторов, в случае отсутствия напряжения на шине гарантированного электропитания;
- расширение возможностей и повышение надежности дистанционного контроля благодаря наличию дискретных управляющих входов и выходов;
- введение дополнительной функции регистрации всех рабочих событий устройства с временными метками за последние несколько месяцев в энергонезависимом информационном модуле;
- введение дополнительной возможности подключения персонального компьютера по интерфейсу USB с возможностью просмотра и сохранения в памяти персонального компьютера данных обо всех произошедших событиях за последние несколько месяцев, а также с возможностью визуализации всех текущих рабочих параметров устройства;
- расширение диапазона входного напряжения блока датчиков напряжения.