УСТРОЙСТВО ЛИМИТИРОВАНИЯ ПОТРЕБЛЯЕМОЙ МОЩНОСТИ

Полезная модель относится к области электротехники и, в частности, к устройствам лимитирования потребляемой от сети электрической мощности с помощью автоматического отключения неприоритетных нагрузок.
Техническим результатом является создание устройства, лимитирующего общую нагрузку на питающую электросеть и позволяющего подключить больше оборудования, чем предписано лимитом установленной мощности, позволяет получить следующие преимущества:
- возможность увеличения суммарной мощности и количества дополнительных приоритетных и неприоритетных нагрузок, которые можно подключить к сети с ограниченной мощностью, без ухудшения условий, эффективности и комфорта их эксплуатации;
- реальное увеличение мощности электросети при пиковых потреблениях;
- возможность работы с традиционными реле отключения неприоритетной нагрузки;
- расширение функциональных возможностей традиционных реле отключения неприоритетной нагрузки.
Устройство лимитирования потребляемой мощности имеет значительные преимущества перед аналогами и прототипом, поскольку позволяет:
- позволяет увеличить суммарную мощность и количество дополнительных нагрузок, которые можно подключить к сети без ухудшения условий, эффективности и комфорта их эксплуатации;
- расширить возможности и эффективность использования традиционных проводных реле отключения неприоритетной нагрузки;
- увеличить суммарную мощность и количество дополнительных нагрузок, подключаемых к сети с использованием традиционных реле отключения неприоритетной нагрузки без ухудшения условий, эффективности и комфорта их эксплуатации;
- использовать выходные неприоритетные линии традиционных проводных реле отключения неприоритетной нагрузки для управления как неприоритетными, так и приоритетными нагрузками;
- обеспечивать временное питание нагрузки в случае пропадания сетевого напряжения;
- повышать мощность сети при пиковых потреблениях.
Техническая область
Настоящее техническое решение относится к устройствам лимитирования общей (суммарной) потребляемой нагрузками электрической мощности в сетях с ограниченной выделенной мощностью за счет автоматического управления нагрузками.
Уровень техники
Одним из факторов, ограничивающим количество подключаемых к электросети потребителей является недостаточная электрическая мощность, выделяемая на объект. При подключении дополнительных нагрузок с суммарной мощностью больше выделенной, срабатывает вводной защитный автомат, обесточивая все здание или помещение.
Существуют устройства, позволяющие лимитировать потребляемую от электросети мощность и подключать больше нагрузок.
Известно устройство и способ, принятые за аналог, «Гибкая система управления электрической нагрузкой и способ ее работы» (Патент на изобретение РФ 2431172, 26.11.2006, опубл. 10.10.2011, МПК G05B 15/00, 2006.01.
Недостатки:
- обесточивание неприоритетной нагрузки при превышении лимита потребляемой от электросети мощности.
Известно устройство, принятое за прототип, позволяющее увеличить количество подключаемого оборудования и лимитировать потребляемую от электросети мощность за счет отключения неприоритетных нагрузок.
Например:
- Реле отключения неприоритетных нагрузок фирмы LEGRAND, Е-каталог 2011, кат. №03811, сайт www.legrand.ru.
- Реле отключения неприоритетных нагрузок CDS фирмы Schneider-electric, кат. №15908, http://www.schneider-electric.ru.
- Устройство управления нагрузкой LSS1/2 фирмы ABB, каталог «System pro М compact», код заказа 2CSM112500R1311, EAN 274407.
В упрощенном виде такое устройство, содержит: входную питающую линию, выходную приоритетную линию, выходную неприоритетную линию, датчик тока, пороговое устройство (например, компаратор с источником опорного напряжения), силовое реле с контактами в цепи выходной неприоритетной линии.
Устройство, принятое за прототип, работает следующим образом.
Напряжение с входной питающей линии беспрепятственно поступает на выходную приоритетную линию. К ней подключаются потребители с высоким приоритетом, которые не отключаются ни при каких условиях. Суммарный ток нагрузок измеряется датчиком тока, сигнал с которого постоянно поступает на компаратор и сравнивается с опорным напряжением, составляющим уставку реле, т.е. порог срабатывания.
Если ток во входной питающей линии превысит ток уставки, компаратор изменит состояние, что приведет к срабатыванию силового реле, контакты которого отключат неприоритетную линию на время, пока общий потребляемый ток не упадет ниже тока уставки. Если неприоритетных линий несколько, то они будут отключаться по-очереди, до тех пор, пока потребляемый нагрузками ток не снизится до установленной величины.
Как только это условие выполнится, начнется обратный процесс - компаратор изменит состояние и реле подключит неприоритетную линию (линии). Таким образом, все потребители снова окажутся подключенными к электропитанию.
Однако, применение подобных устройств может быть ограничено в случаях, когда при превышении лимита потребляемой от электросети мощности полное или длительное отключение питания неприоритетной нагрузки нежелательно, а также при управлении разноприоритетной нагрузкой.
Настоящая полезная модель направлена на создание устройства, свободного от недостатков аналогов и прототипа.
ТЕХНИЧЕСКАЯ ЗАДАЧА
Ограничение общего потребляемого нагрузками тока с помощью временного переключения (перехвата) питания нагрузки с электросети, на питание от инвертора с аккумулятором, тем самым разгружая электросеть (вместо отключения неприоритетной нагрузки, как в аналогах и прототипе).
Возможность использования устройства на объектах с имеющимися реле отключения неприоритетной нагрузки с неприоритетными линиями для расширения их возможностей лимитирования потребляемого нагрузками тока.
Техническое решение
Задачу можно решить созданием устройства лимитирования потребляемой мощности, с использованием реле отключения неприоритетной нагрузки, контролирующего суммарное потребление тока всеми нагрузками. При его превышении вышеупомянутое реле отключает питание выходной неприоритетной линии, соединенной с входом управления устройства, что приводит к переключению нагрузки устройства с питания от электросети - на питание от инвертора с аккумулятором, с целью снижения суммарного потребляемого от электросети тока на величину мощности нагрузки, подключенной к инвертору.
При этом нагрузка устройства может быть как приоритетной, так и неприоритетной. Это обусловлено тем, что при превышении суммарного тока нагрузок питание нагрузки устройства не отключается, и нагрузка продолжает работать от автономного источника тока, в отличии от неприоритетной нагрузки в аналогах и прототипе, которая была бы отключена.
Реле отключения неприоритетной нагрузки устанавливается стандартно, после вводного автомата, а его выходная неприоритетная линия подключается к управляющему входу устройства, по наличию/отсутствию напряжения в которой происходит переключение его нагрузки с питания от электросети, на питание от инвертора с аккумулятором.
Питание устройства осуществляется от общей электросети - через входную линию. Однако, питание может производиться и от выходной неприоритетной линии вышеупомянутого реле отключения неприоритетной нагрузки, если входная линия устройства будет связана логически или физически с входом управления.
В этом случае по наличию/отсутствию напряжения в выходной неприоритетной линии будет происходить переключение нагрузки устройства с питания от электросети, на питание от инвертора с аккумулятором.
Таким образом, выходная неприоритетная линия реле отключения неприоритетной нагрузки может выполнять функции:
- управляющей линии (если питание устройства осуществляется от общей электросети - через входную линию);
- питающей и управляющей линии одновременно (если питание устройства осуществляется от выходной неприоритетной линии, через входную линию устройства, а переключение его нагрузки с питания от сети на работу от инвертора происходит при пропадании питания во входной линии).
Устройство содержит: корпус, входную питающую линию, зарядное устройство, аккумулятор, инвертор, быстродействующий переключатель, схему управления, выходную линию для подключения нагрузки, вход управления для подключения к реле отключения неприоритетной нагрузки или другим устройствам автоматики.
Устройство может размещаться в точке подключения конечной нагрузки к электросети.
Полезная модель содержит совокупность существенных признаков, необходимую и достаточную для достижения указанного технического результата.
Из уровня техники не известны технические решения с заявленной совокупностью существенных признаков, что подтверждает соответствие полезной модели условию патентоспособности - новизна.
Краткое описание чертежей
Устройство, работа и преимущества этого технического решения иллюстрируются приведенными чертежами. В связи с этим не делается попыток показать конструктивные и схемные особенности настоящей полезной модели более детально, чем это необходимо для понимания принципов его работы.
Фиг.1 - Структурная схема устройства;
Фиг.2 - Вариант подключения устройства с отдельным кабелем питания;
Фиг.3 - Вариант подключения устройства с питанием от (по) выходной неприоритетной линии реле отключения неприоритетной нагрузки;
Осуществление полезной модели
Это краткое описание не предназначено для определения ключевых признаков и объема защиты заявленного объекта, а необходимо для иллюстрации, в общем виде, его состава, принципов работы, логики взаимодействия блоков и различных вариантов исполнения.
Устройство лимитирования потребляемой мощности представляет собой инверторный блок, вход управления которого подключен к выходной неприоритетной линии любого традиционного реле отключения неприоритетной нагрузки, контролирующего общее энергопотребление. В соответствии с присутствием/отсутствием напряжения питания в выходной неприоритетной линии вышеупомянутого реле, устройство переключает свою нагрузку с питания от электросети на инвертор с аккумулятором, разгружая сеть и увеличивая ее мощность.
Взаимодействие между устройством и реле отключения неприоритетной нагрузки осуществляется через выходную неприоритетную линию вышеупомянутого реле.
Устройство лимитирования потребляемой мощности (Фиг.1) содержит: входную линию - 1; зарядное устройство - 2; аккумулятор - 3; схему управления - 4; инвертор - 5; переключатель - 6; выходную линию - 7; корпус инверторного блока - 8; вход управления - 9.
Работа устройства
Напряжение питания поступает на входную линию - 1 (Фиг.1) и через замкнутые контакты переключателя - 6 в выходную линию - 7, к которой подключена нагрузка. Инвертор - 5 выключен. Напряжение сети поступает на зарядное устройство - 2, осуществляющее заряд аккумулятора - 3.
На вход управления - 9 поступает напряжение с выходной неприоритетной линии внешнего реле отключения неприоритетной нагрузки.
В случае пиковой нагрузки на сеть, вышеупомянутое реле отключит подачу питания в неприоритетную линию, соединенную со входом управления - 9. Схема управления - 4 запустит инвертор - 5, питаемый аккумулятором - 3, а быстродействующий переключатель - 6 переключит выходную линию - 7 с входной линии - 1, на выход инвертора - 5.
Аккумуляторная батарея будет поддерживать работу инвертора и его нагрузки в течение времени, зависящего от мощности нагрузки, емкости батареи, и ее заряженности. Это время может быть больше или равно средней статистической длительности пикового превышения общей мощности.
При необходимости, схема управления - 4 может осуществлять точное переключение питания нагрузки таким образом, чтобы фаза колебаний инвертора совпадала с фазой колебаний сети.
Через заданное время, или по другому алгоритму работы внешнего реле отключения неприоритетной нагрузки, произойдет возобновление подачи напряжения сети в его неприоритетную линию и на вход управления - 9. Схема управления - 4 произведет обратное переключение нагрузки с инвертора - 5 на входную линию - 1. При этом может обеспечиваться синфазность выходного напряжения. Тогда схема управления - 4 переключит переключатель - 6 в тот момент, когда фазы напряжений инвертора и электросети совпадут. После подключения нагрузки к электросети схема управления - 4 отключит инвертор - 5. Зарядное устройство - 2 будет осуществлять заряд аккумулятора - 3.
Поскольку длительность пиковых перегрузок сети обычно невелика и прогнозируема, а инвертор устройства используется для питания только одной нагрузки с известной мощностью, то для питания устройства не требуется аккумулятор с экстремально-большой емкостью, а следовательно, и габаритами.
Вариант подключения устройства.
На электрическом вводе в здание или помещение - 10 (Фиг.2), после вводного автомата, устанавливается Реле отключения неприоритетной нагрузки - 11, выходная приоритетная линия которого соединена с внутренней электросетью - 12, а выходная неприоритетная линия - 13 соединена с входом управления устройства. Переключение питания нагрузки с электросети на инвертор и обратно происходит при пропадании-появлении напряжения сети в выходной неприоритетной линии - 13. Входная линия - 1 соединена с электросетью, а выходная линия - 15 соединена с нагрузкой.
Питание и управление устройством может осуществляться и от выходной неприоритетной линии - 13 Реле отключения неприоритетной нагрузки - 11 (Фиг.3), соединенной с входной линией - 1, связанной логически или физически со входом управления. Переключение питания нагрузки с электросети на инвертор и обратно происходит при пропадании-появлении напряжения сети в выходной неприоритетной линии - 13.
Перечень обозначений
1 - Входная линия;
2 - Зарядное устройство;
3 - Аккумулятор;
4 - Схема управления;
5 - Инвертор;
6 - Переключатель;
7 - Выходная линия;
8 - Корпус инверторного блока;
9 - Вход управления.
10 - Ввод в здание или помещение;
11 - Реле отключения неприоритетной нагрузки;
12 - Выходная приоритетная линия, соединенная с внутренней электросетью;
13 - Выходная неприоритетная линия (от реле отключения неприоритетной нагрузки);
14 - Инверторный блок;
15 - Выходная линия инверторного блока.