СИСТЕМА ДЛЯ ОРГАНИЗАЦИИ СТАБИЛИЗИРОВАННОГО ПИТАНИЯ ПОСТОЯННЫМ ТОКОМ

Техническое решение относится к электротехнике, к системам оперативного постоянного тока подстанций и электростанций, а именно к способам и системам организации стабилизированного питания постоянным током.
Потребителями постоянного тока в аварийных режимах с наибольшими толчковыми токами являются масляные выключатели и электродвигатели маслонасосов. Толчки потребителей сопровождаются снижением напряжения на аккумуляторной батарее.
Диапазон рабочих напряжений масляных выключателей определяется РД 34.45-51.300-97 «Объем и нормы испытаний электрооборудования», согласно которым диапазон срабатывания выключателей составляет 187…242 В.
Максимальную толчковую нагрузку маслонасосов следует принимать в переходном режиме, как сумму установившихся токов аварийных маслонасосов и пускового тока одного наиболее крупного насоса.
Рабочий диапазон напряжений электродвигателей резервных маслонасосов может быть определен на основании данных заводов-изготовителей.
Для нормального запуска маслонасосов в аварийном режиме на шинах постоянного тока должно быть напряжение (-10%) от номинального напряжения 220 В, т.е. 198 В, т.е. это то напряжение, при котором электродвигатель маслонасоса гарантированно запустится.
Известно техническое решение, выбранное в качестве прототипа, в котором для организации стабилизированного питания постоянным током используют основную и дополнительную части АБ, выпрямительное устройство, мотор-генератор, и элементный коммутатор, представляющий собой переключатель, при помощи которого осуществляют подключение отдельных элементов дополнительной части АБ к нагрузке для поддержания напряжения питания нагрузки в рабочих пределах в аварийном режиме. (http://leg.co.ua/knigi/oborudovanie/obsluzhivanie-istochnikov-operativnogo-toka-4.html, http://www.rza.org.ua/elteh/a-208.html)
Элементный коммутатор состоит из изолирующей плиты с расположенными на ней контактными пластинами. Переключения осуществляют щетками, скользящими по пластинам, к которым присоединяют отдельные элементы дополнительной части АБ. Для регулирования напряжения на шинах служит разрядная щетка, которую перемещают вручную или небольшим электродвигателем, управляемым устройством регулирования напряжения или устройством дистанционного управления. Во время заряда АБ используют зарядную щетку.
В известной системе, выбранной в качестве прототипа, в нормальном режиме переменное напряжение преобразуется в постоянное напряжение при помощи выпрямительного устройства. Выпрямительное устройство осуществляет постоянный подзаряд только основной части АБ и обеспечивает питанием всю постоянно включенную нагрузку. Дополнительная часть АБ в нормальном режиме не подзаряжается, и элементы дополнительной части подвергаются саморазряду. Саморазряд дополнительной части АБ приводит к уменьшению срока службы АБ.
В аварийном режиме (при отсутствии переменного напряжения или отказе выпрямительного устройства), пропадает выходное постоянное напряжение выпрямительных устройств, и питание нагрузки осуществляют от АБ, которая начинает разряжаться. При помощи элементного коммутатора постепенно подключают отдельные элементы дополнительной части АБ, тем самым поддерживают нормальное напряжение на нагрузке. При таком способе подключения отдельные элементы дополнительной части АБ начинают разряжаться в различные моменты времени (по мере их подключения коммутатором к нагрузке), т.е. разряд происходит неравномерно, в результате чего возможны глубокие разряды отдельных элементов АБ и их сульфатация, что существенно снижает срок службы АБ.
При восстановлении переменного напряжения заряд дополнительной и основной частей АБ осуществляют зарядным мотор-генератором, заряд отдельных элементов дополнительной части АБ происходит так же неравномерно, так как отдельные элементы АБ разрядились неодинаково, в результате чего возможны недозаряды или перезаряды отдельных элементов дополнительной части АБ. Перезаряды так же приводят к снижению срока службы АБ.
Недостатками известного технического решения является то, что дополнительная и основная часть АБ находятся в различных условиях в режиме разряда, заряда и нормальной работы, вследствие чего возможны глубокие разряды и заряды отдельных элементов АБ, что снижает срок службы АБ.
Так же недостатками известного технического решений являются:
- невысокая надежность;
- сложность системы;
- сложность в обслуживании из-за наличия подвижных контактов;
- нехватка максимального выходного тока выпрямительного устройства, обеспечивающего подзаряд основной части АБ в нормальном режиме, его величины начинает не хватать из-за увеличения нагрузок нормального режима.
Перед авторами ставилась задача разработать недорогую и простую в эксплуатации систему для организации стабилизированного питания постоянным током, увеличивающую срок службы аккумуляторных батарей, обеспечивающую высокую надежность работы в устройствах оперативного постоянного тока.
Поставленная задача решается тем, что система для организации питания постоянным током, включающая хотя бы одно основное ВУ, основную часть АБ, дополнительную часть АБ, первый ключ, соединенный с основным ВУ и основной частью АБ, дополнительно снабжена автоматически коммутируемыми вторым и третьим ключами, хотя бы одним дополнительным ВУ, соединенным через нормально замкнутый второй ключ с дополнительной частью АБ, выполненным осуществляющим заряд дополнительной части АБ в режиме заряда и подзаряд дополнительной части АБ в нормальном режиме, блоком управления, соединенным с первым, вторым, третьим ключами, выполненным управляющим последовательностью включения и выключения последних, полупроводниковым прибором с односторонней проводимостью, соединенным с основной частью АБ, дополнительной частью АБ и нагрузкой. Основное ВУ выполнено дополнительно осуществляющим заряд АБ в режиме заряда и подзаряда основной части АБ в нормальном режиме. Кроме того второй ключ соединен с дополнительным ВУ, дополнительной частью АБ и блоком управления. Третий ключ соединен с дополнительной частью АБ, блоком управления, полупроводниковым прибором с односторонней проводимостью, нагрузкой. А первый ключ соединен с блоком управления и выполнен автоматически коммутируемым последним. В качестве первого ключа используется либо автоматический выключатель с мотор-редуктором, либо рубильник с мотор-редуктором, либо контактор, либо полупроводниковый прибор. В качестве второго и третьего ключа используются автоматические выключатели с мотор-редуктором, в качестве блока управления используется логическая схема, устанавливаемая в выпрямительном устройстве, выполненная на реле контроля, в качестве полупроводникового прибора с односторонней проводимостью используется силовой диод.
Технический эффект заявляемой полезной модели заключается в увеличении срока службы аккумуляторной батареи, увеличении надежности, упрощении схемы и снижении себестоимости организации питания постоянным током, что ведет к увеличению эффективности.
На фиг.1 приведена блок-схема, поясняющая работу системы для организации стабилизированного питания постоянным током, где 1 - первый ключ; 2 - второй ключ; 3 - третий ключ; 4 - основное ВУ; 5 - дополнительное ВУ; 6 - основная часть АБ; 7 - дополнительная часть АБ; 8 - блок управления; 9 - полупроводниковый прибор с односторонней проводимостью; 10 - нагрузка.
Заявляемая полезная модель работает следующим образом
В нормальном режиме работы присутствует переменное напряжение, питающее основное ВУ 4 и дополнительное 5 ВУ. Основное ВУ 4 и дополнительное ВУ 5 преобразуют переменное напряжение в постоянное напряжение, которым постоянно подзаряжают одновременно основную часть АБ 6 и дополнительную часть АБ 7, при этом обеспечивает нагрузку 10 питанием от основной части ВУ 6 в рабочем диапазоне (третий ключ 3 в разомкнутом состоянии).
При помощи блока управления 8 контролируется наличие выходного напряжения основного ВУ 4 и дополнительного ВУ 5 и подается команды первому ключу 1 и второму ключу 2 на включение, а третьему ключу 3 на выключение.
В нормальном режиме через полупроводниковый прибор с односторонней проводимостью 9, который соединен с основной частью АБ 6 и дополнительной частью АБ 7, третьим ключом 3 и нагрузкой 10, течет ток нагрузки.
В аварийном режиме (при отсутствии переменного напряжения или отказе ВУ), пропадает выходное постоянное напряжение ВУ. Блоком управления 8 обнаруживается момент пропадания напряжения. Блок управления 8 выдает команду на включение третьего ключа 3, и питание нагрузки осуществляется одновременно от основной части АБ 6 и дополнительной части АБ 7, что позволяет поддерживать нормальное напряжение на нагрузке. При этом происходит одновременный равномерный разряд основной части АБ 6 и дополнительной части АБ 7. Разряд может продолжаться до достижения напряжением основной части АБ 6 и дополнительной части АБ 7 порогового значения разряда.
При аварийном режиме к полупроводниковому прибору с односторонней проводимостью 9 прикладывается обратное напряжение дополнительной части АБ 7, что защищает дополнительную часть АБ 7 от токов короткого замыкания.
При восстановлении переменного напряжения блок управления 8 подает команду на отключение дополнительной части АБ 7 от нагрузки, и только после этого замыкается ключ 1 и ключ 2, таким образом, предотвращают превышение напряжения на нагрузке. Основное ВУ 4 и дополнительное 5 ВУ начинают заряжать основную часть АБ 6 и дополнительную часть АБ 7 в режиме заряда.
Таким образом, в нормальном режиме обеспечивается равномерный подзаряд всех элементов основной части АБ 6 и дополнительной части АБ 7, в аварийном режиме происходит равномерный разряд всех элементов основной части АБ 6 и дополнительной части АБ 7, в режиме заряда - равномерный ускоренный заряд всех элементов основной части АБ 6 и дополнительной части АБ 7, т.е. исключается возможность глубоких зарядов и разрядов, что предотвращает сульфатацию и увеличивает срок службы основной части АБ 6 и дополнительной части АБ 7.
При этом во всех режимах осуществляется поддержание напряжения питания на нагрузке в требуемых рабочих диапазонах.
Преимущества заявляемого системы для организации стабилизированного питания постоянным током:
- простота и надежность системы ввиду малого количества дополнительных элементов и полной автоматизации способа;
- значительное снижение стоимости в сравнении с УТСП М и ЩПТ-С;
- увеличение срока службы АБ;
- выдержаны требуемые диапазоны напряжения на нагрузке согласно действующим в РФ нормам и правилам.