Отсек коммутации электротехнического устройства

Техническое решение относится к области электроэнергетики и электротехники, а именно к устройствам высоковольтной автоматики и служит для коммутации электропитания высоковольтных электрических машин, например, высоковольтных синхронных и асинхронных электродвигателей, рассчитанных на номинальное напряжение 6 кВ или 10 кВ.
Согласно известному уровню техники коммутацию электропитания осуществляют путем управляемого включения/отключения высоковольтных вакуумных или тиристорных контакторов, размещенных внутри корпуса, выполненного с возможностью двухстороннего обслуживания. При этом управление включением/отключением осуществляют как дистанционно, при помощи автоматизированной системы управления, автоматикой высоковольтных преобразователей частоты, так и вручную, при помощи органов местного управления. Техническое решение может быть использовано как в виде самостоятельного изделия, так и в составе распределительных устройств и преобразователей частоты с рабочим напряжением от 6 до 10 кВ.
Из патента на полезную модель RU82946 от 12.11.2008, МПК H02B 1/36 известна камера сборная одностороннего обслуживания, содержащая высоковольтный и релейный отсеки, которые выполнены на единой металлоконструкции - выдвижном моноблоке, способном занимать рабочее
положение, при котором главные цепи замкнуты. Моноблок выдвинут из камеры и зафиксирован, а доступ в отсеки сборных шин и присоединений закрыт защитными изоляционными крышками, шинный и линейный разъединители выполнены с возможностью синхронного управления ключом, воздействующим на единый привод с редуктором. Окна приводов шинного и линейного разъединителей и линейного заземлителя оборудованы шторками, разрешающими и запрещающими доступ ключа управления к приводам в соответствии с логикой построения блокировок шкафа. При этом в положении, запрещающем доступ, шторки могут запираться навесным замком.
К недостаткам описанного технического решения можно отнести возможные трудности в эксплуатации, связанные ограниченным доступом к оборудованию.
Также из патента на изобретение RU 2550810 от 13.08.2013 известно высоковольтное комплектное распределительное устройство, выполненное с
возможностью использования в качестве отдельного распределительного устройства с односторонним и двухсторонним обслуживанием. Содержащее два высоковольтных вакуумных или тиристорных контактора, с возможностью дистанционного управления их включением/отключением, микропроцессорную защиту и защиту сборных шин главных цепей, выполненную в виде устройства дуговой защиты и разгрузочных клапанов.
Электрические цепи ввода/ввода, оборудованы каждая своим разъединителем с видимым разрывом и заземлителем. Высоковольтные контактора и все разъединители выполнены с возможностью прохождения по ним равных номинальных токов, причем оба высоковольтных контактора выполнены с возможностью их защиты от одновременного включения в виде электрической и/или механической блокировки.
Принимаем описанное техническое решение за ближайший аналог.
Технической задачей, на решение которой направлено заявляемое техническое решение является создание унифицированного отсека коммутации средневольтного преобразователя с возможностью его конфигурирования в зависимости от условий эксплуатации.
Технический результат, достигаемый от реализации заявляемой полезной модели, заключается в повышении эргономичности отсека коммутации силовых подключений электротехнического устройства.
Сущность заявляемого технического решения заключается в том, что отсек коммутации электротехнического устройства выполнен модульным, по меньшей мере, один из модулей содержит блоки вводной и/или выводной коммутации. В схему между блоками вводной и/или выводной коммутации включен узел «байпаса» электротехнического устройства, содержащий разъединитель с контактором, связанным с блоком автоматизированной системы управления через блоки расширений, установленные в каждом из модулей отсека. Блоки расширений, выполненные с возможностью контроля состояния связанных с ними устройств и передачи данных в блок автоматизированной системы управления. Защита от одновременного включения разъединителя и/или заземлителя одного блока, выполнена двухступенчатой и содержит блокирующий механизм, а также электромеханический замок, управляемый посредством автоматизированной системы управления, связанный с механическим приводом включения/выключения, каждый механический привод кинематический связан с соответствующим ему узлом блоков коммутации.
Блоки вводной/выводной коммутации содержат узлы разъединителя и заземлителя, которые связанные с высоковольтным контактором.
Упомянутый блок автоматизированной системы управления, в одном из возможных вариантов реализации, включает микропроцессорный
контроллер, связанный с блоками расширений посредством оптической линии связи и отдельной линии питания.
Элементы связи механического привода включения/выключения с узлами блоков вводной/выводной коммутации выполнены в виде тяги с возможностью корректировки длинны, причем элементы связей установлены под прямым углом к осям вращения узла блока коммутации и механического привода.
Также, согласно одному из возможных вариантов реализации, элементы связи механического привода включения/выключения с узлами блоков вводной/выводной коммутации выполнены в виде зубчатой рейки и зубчатого колеса.
Электромеханический замок выполнен с возможностью удержания механического привода включения/выключения в закрытом положении до момента полного снятия напряжения на силовой части электротехнического устройства.
Сущность заявляемого технического решения поясняется, но не ограничивается следующими графическими материалами:
фиг.1 – общий вид электротехнического устройства;
фиг.2 – отсек коммутации электротехнического устройства;
фиг.3 – модуль отсека коммутаций, общий вид;
фиг.4 – блок вводной и/или выводной коммутации;
фиг.5 – блок схема системы управления;
фиг.6 – механический привод включения/выключения.
Согласно заявляемому техническому решению, модульный отсек  коммутации 1 (фиг.1) электротехнического устройства, такого как средневольный/высоковольтный преобразователь частоты 2, содержит, по меньшей мере, один модуль 3 (фиг.2) с несущей рамой, которая выполнена с возможностью двухстороннего доступа. По меньшей мере, один из модулей 3 содержит блоки 4 (фиг.4) вводной 5 и/или выводной 6 коммутации с коммутационными устройствами – разъединителем 7 и заземлителем 8 с механическими приводами 9 включения/выключения, оснащенными защитой от одновременного включения разъединителя 7 на включенный заземлитель 8, обеспечивающими видимый разрыв и безопасность для персонала во время производства ремонтных и других видов работ. Модуль коммутации содержит, высоковольтные вакуумные контакторы 10, также возможны варианты реализации технического решения и с другими типами контакторов, например, тиристорными. Использование контакторов обеспечивает возможность дистанционного автоматизированного управления коммутацией.
1
В схему, (фиг.5) между блоками вводной и/или выводной коммутации включен узел «байпаса» 11 электротехнического устройства, содержащий разъединитель 12 с контактором 10, связанным с блоком 13 автоматизированной системы управления через блоки расширений 14, установленные в каждом из модулей отсека 3. Данное техническое решение позволяет управлять автоматическим включением/выключением преобразователя частоты 2 из схемы управления электродвигателем (ЭД) и использовать его как устройство плавного пуска для вывода ЭД на заданный режим работы.
Блоки расширений 14, выполнены с возможностью контроля состояния связанных с ними устройств и передачи данных в блок 13 автоматизированной системы управления. Блок автоматизированной системы управления, в одном из возможных вариантов реализации, включает микропроцессорный контроллер 15 (фиг.5), связанный с блоками расширений 14 посредством оптической линии связи 16 и отдельной линии 17 питания 24/220 В.
Защита от одновременного включения разъединителя и/или заземлителя одного блока, выполнена двухступенчатой и содержит блокирующий механизм, а также электромеханический замок 18, управляемый посредством автоматизированной системы управления, связанный с механическим приводом 9 включения/выключения. Электромеханический замок 18 установлен на элементах механического привода связанных с рукоятью 19 и обеспечивает удержание механического привода 9 включения/выключения в закрытом положении до момента полного снятия напряжения на силовой части электротехнического устройства. Таким образом, обеспечивается дополнительная защита обслуживающего персонала и безопасность работы электротехнического устройства в целом.
При этом механическая блокировка включения заземлителя 8 на включенный разъединитель 7 реализована в каждом блоке вводной/выводной коммутации и представлена в виде кулачков 20 жестко закрепленных на валах механизмов включения/выключения и подвижной полосы 21, установленной между ними на боковой поверхности блока 4.
Каждый механический привод 9 включения/выключения кинематический связан с соответствующим ему узлом блоков вводной/выводной коммутации.
Блоки вводной/выводной коммутации содержат узлы разъединителя 7 и заземлителя 8, которые могут быть связанные с высоковольтным контактором.
Элементы связи механического привода включения/выключения с узлами блоков вводной/выводной коммутации выполнены в виде тяги 23 (фиг.6), с предусмотренной возможностью корректировки длинны, например, посредством муфты 26, установленной на тяге 23. Элементы связей установлены под прямым углом к осям 24 вращения узла блока коммутации и механического привода. Такое выполнение, позволяет существенно снизить усилие, прилагаемое к рукояти привода включения/выключения.
Также, возможен вариант реализации, при котором, элементы связи механического привода включения/выключения с узлами блоков вводной/выводной коммутации выполнены в виде зубчатой рейки и зубчатого колеса (на изображениях не показан).
Заявляемое техническое решение, согласно одному из возможных вариантов реализации работает следующим образом. Отсек коммутации 1 устанавливают в корпусе преобразователя частоты 2 и формируют из отдельных модулей 3. Первый модуль формируют из блоков вводной и выводной коммутации, а также установленного в схему блока байпаса 10 с управляемым контактором. Каждый следующий модуль в отсеке набирают из блоков необходимого назначения, это могут быть варианты выполнения, включающие только блоки выводной коммутации либо вариант с блоком байпаса для байпасирования управляемых устройств с переводом на работу от резервного источника питания или сети.
Отсек коммутации в свою очередь связан или содержит блок автоматизированной системы управления, в частности каждый модуль через блок расширений подключен к управляющему контроллеру посредством оптической линии связи и отдельной лини питания 24/220 В. Блок расширений 14 содержит дискретные входы/выходы и обеспечивает сбор и передачу данных о состоянии управляемых устройств (таких как контакторы, электромагнитные замки и др.), а также передачу сигналов обратной связи из управляющего контроллера системы управления. Сигнальные цепи пользователя, обеспечивающие передачу сигналов управления, а также сигналов с датчиков управляемых устройств, подключаются непосредственно к клеммам блока расширений. Такое выполнение позволяет упростить коммутацию, устройств пользователя.
Блоки, устанавливаемые в модули отсека коммутации, оснащают системами блокировки от включения разъединителя на включенный заземлитель.
В одном из вариантов эксплуатации преобразователь частоты может работать как устройство плавного пуска электродвигателя. При эксплуатации в таком режиме разъединители блоков вводной и выводной коммутации включены, подаваемое напряжение, проходя через трансформатор и блок ячеек инвертора, подается на электродвигатель до момента выхода двигателя на частоту сети. После чего, выполняют перекоммутацию с переходом на байпас и питание электродвигателя от сети, переход в режим байпас выполняют посредством управляемого контактора.
В блоках каждого модуля предусмотрены каналы 25 для прокладки линий связи управляемых контакторов, электромеханических замков и др. элементов системы управления с блоками расширения 14.
Реализация описанного техническое решение обеспечивает достижение завяленного технического результата, позволяя сконфигурировать отсек коммутации силовых подключений электротехнического устройства в зависимости от условий эксплуатации, с повышенными эргономическими характеристиками обеспечивая удобство и безопасность эксплуатации в соответствии с современными требованиями.