УНИВЕРСАЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО ВВОДА ДЛЯ ПЕРЕКЛЮЧАТЕЛЯ ОТВЕТВЛЕНИЙ
ALL-PURPOSE INPUT DEVICE FOR THE BRANCH-LINE SWITCH

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к системе преобразования сигнала для переключателя ответвлений, более конкретно изобретение относится к устройству преобразования электронного сигнала, выполненного с возможностью приема множества различающихся уровней сигналов с помощью одного оборудования.
Уровень техники
В мире высоковольтных технологий отсутствуют согласованные универсальные стандарты для различного используемого высоковольтного оборудования. Как результат, имеется относительно большое разнообразие национальных стандартов от страны к стране, представляющих реально проблему для производителей высоковольтного оборудования. Это особенно имеет место в области техники высоковольтного оборудования переключения ответвлений.
Переключатели ответвлений, применяемые, например, чтобы изменять установки ответвлений в промышленном трансформаторе, используют входные сигналы для управления и контроля. Известные переключатели ответвлений используют электромеханические контакты для управления.
Потребитель обычно подключает свое оборудование (например, трансформатор) к электроприводу переключателя ответвлений. Цифровые сигналы являются эффективным средством для управления и контроля функционирования переключателя ответвлений. В цифровом мире 1 и 0 описывают состояние полного напряжения (включено) или нулевого напряжения (отключено). В высоковольтных вариантах применения эти два состояния обычно описываются, например: переменный ток 50-60 Гц, 110-240 В ±15% номинального напряжения или постоянный ток 24-48 В ±10% номинального напряжения. В традиционном электроприводе это является выбором потребителя, где электропривод должен быть оснащен специальным аппаратом для взаимодействия с конкретным напряжением для переключения электромеханических контактов. Соответственно, различные аппараты необходимо использовать для различных уровней напряжения.
Каждый из вышеупомянутых уровней напряжения и конфигураций является по отдельности относительно простым в проектировании, но не в общей комбинации вариаций. Например, задача может быть описана следующим образом: активация (переключателя ответвлений) должна выполняться только при приеме допустимого сигнала, тем не менее, при таком широком диапазоне допустимых уровней сигнала, как описано выше, возмущающий сигнал для 220 В переменного тока с большой вероятностью будет допустимым уровнем сигнала, например, для других схем напряжения. Следовательно, точное распознавание сигнала является важной проблемой.
Помимо этого, если цифровой вход (DI) выполнен с возможностью функционирования для относительно низких уровней напряжения и потребляет несколько мА тока (при относительно низких уровнях напряжения), он должен соответствующим образом рассеивать относительно большое количество энергии на более высоких напряжениях. Более того, обычно DI должен быть изолирован и защищен от перенапряжения. Иногда системе может быть необходимо потреблять относительно большое количество в относительно короткий период времени. Это особенно имеет место для DI, который энергетически экономичен. Более высокий ток способствует сгоранию оксидов на цифровом выходе (DO) в случае, если он является реле.
Еще дополнительно, сигналы должны быть преобразованы в соответствующий цифровой сигнал с относительно высоким разрешением.
Помимо этого, обычные системы управления используют электромеханические контакты, которые ограничены по уровням напряжения, которые могут быть применены к ним, но также невыгодно подвержены механическому износу и разрыву.
Следовательно, желательно иметь систему и способ точной обработки общих изменений напряжения, как правило, встречающихся в распределительном устройстве для того же оборудования переключателя ответвлений.
Дополнительно желательно предусмотреть систему и способ, которые уменьшают и/или исключают применение электромеханических контактов для управления переключателем ответвлений.
Еще дополнительно желательно предусмотреть систему и способ, которые предусматривают гибкий подход к мониторингу и диагностике переключателя ответвлений даже из удаленного места.
Сущность изобретения
Эти и другие цели достигаются предоставлением системы, которая позволяет распознавать и принимать цифровые входные сигналы с различным напряжением (универсальные) для применения в качестве соединения между пользовательским оборудованием и электроприводом переключателя ответвлений. В одном преимущественном варианте осуществления система может принимать напряжения переменного или постоянного тока в диапазоне примерно 10-390 В. Помимо этого, питание для электронного оборудования получают из самого входного сигнала (решение с собственным питанием). Соответственно, поскольку система может принимать множество различных уровней напряжения, предшествующие разновидности аппаратов сводятся к одному решению.
Это обеспечивает явное преимущество как для производителя оборудования, так и для потребителя. Например, эта система универсального ввода позволяет производителю приобретать инструментальное оборудование для производства только одного типа блоков, а потребитель не должен хранить различные системы и части системы, патентованные для конкретных уровней напряжения.
Цели изобретения дополнительно достигаются посредством исключения электромеханических контактов, которые заменены при помощи электроники. Уменьшение и/или исключение ряда электромеханических контактов, которые подвержены механическим повреждениям, обеспечивает систему с более высокой надежностью.
Электроника дополнительно дает возможность в еще более усовершенствованном мониторинге и диагностике, в частности, по сетевому подключению из удаленного места. Помимо этого, программирование и настройки также могут быть дистанционно выполнены посредством электронной системы.
Например, входной канал использует электронику с изменениями напряжения, обрабатываемыми в программном обеспечении микропроцессора. Уровень для различия логического 0 или логической 1 устанавливается и управляется программным обеспечением.
Для данной заявки применимы следующие термины и определения.
Термин "данные" использован здесь как средство любых индексов, сигналов, меток, символов, областей, наборов символов, представлений и любой другой физической формы или форм, представляющих информацию постоянную или временную, видимую, слышимую, акустическую, электрическую, магнитную, электромагнитную или выраженную иным образом. Термин "данные" использован здесь для представления заранее определенной информации в одной физической форме, должен рассматриваться так, чтобы охватывать любые представления этой заранее определенной информации в другой физической форме или формах.
Термин "сеть", использованный здесь, включает в себя как сети, так и системы сетей всех типов, включая Интернет, и не ограничен какой-либо конкретной сетью или системой сетей.
Термины "соединен", "присоединен к" и "соединен с" использованы здесь как любое средство взаимосвязи между или среди двух или более устройств, аппаратов, файлов, программ, сред, составляющих, сетей, систем, подсистем и/или средств, составляющих любое одно или более (a) соединение, прямое или посредством одного или более других устройств, аппаратов, файлов, программ, сред, составляющих, сетей, систем, подсистем или средств, (b) связывающих взаимосвязей, прямых или посредством одного или более других устройств, аппаратов, файлов, программ, сред, составляющих, сетей, систем, подсистем или средств, и/или (c) функциональных взаимосвязей, в которых работа любого из одного или более устройств, аппаратов, файлов, программ, сред, составляющих, сетей, систем, подсистем или средств зависит, полностью или частично, от работы любого одного или более из них.
В одном преимущественном варианте осуществления предусмотрена система преобразования сигнала для переключателя ответвлений, содержащая входной сигнал для приведения в действие электропривода переключателя ответвлений и электронное устройство преобразования напряжения для приема входного сигнала и для вывода цифрового сигнала, соответствующего входному сигналу.
Система предусмотрена так, что выходной цифровой сигнал управляет электроприводом переключателя ответвлений, затем может перемещать подсоединенный переключатель ответвлений к выбору ответвления на основании входного сигнала или других стандартных задач управления, таких как запрещение работы электропривода, внешний аварийный останов электропривода или переход в n-ную позицию (выбор ответвления). Система дополнительно предусмотрена так, что электронное устройство преобразования напряжения выполнено с возможностью приема различающихся напряжений входного сигнала примерно от 10 В примерно до 390 В, с тем чтобы одно электронное устройство преобразования напряжения могло быть использовано с различными уровнями напряжения входного сигнала.
В другом преимущественном варианте осуществления предусмотрена система преобразования сигнала для переключателя ответвлений, содержащая входной сигнал для приведения в действие электропривода переключателя ответвлений и электронное устройство преобразования напряжения для приема входного сигнала и для вывода цифрового сигнала, соответствующего входному сигналу. Предусмотрено электронное устройство преобразования напряжения, имеющее защитное устройство напряжения и выпрямитель напряжения для обеспечения защиты от перенапряжения и выпрямления напряжения и контроллер тока для обеспечения токовой нагрузки при увеличении уровня напряжения входного сигнала. Электронное устройство преобразования напряжения дополнительно имеет регулятор напряжения, чтобы обеспечить опорное напряжение, и преобразователь напряжения в работу для преобразования частоты и рабочего цикла входного сигнала. Система дополнительно еще содержит блок обработки для обработки принимаемого сигнала. Система предусмотрена так, что выходной цифровой сигнал управляет электроприводом переключателя ответвлений, затем может перемещать подсоединенный переключатель ответвлений к выбору ответвлений на основании входного сигнала или других стандартных задач управления, таких как запрещение работы электропривода, внешний аварийный останов электропривода или переход в n-ную позицию (выбор ответвлений).
Другие цели изобретения и его конкретные признаки и преимущества должны стать более очевидными из рассмотрения следующих чертежей и прилагаемого подробного описания.
Краткое описание чертежей
Фиг.1 - это блок-схема одного преимущественного варианта осуществления настоящего изобретения.
Фиг.2 - это блок-схема по фиг.1.
Фиг.3 - это блок-схема по фиг.1.
Фиг.4 - это структурная схема по фиг.2.
Подробное описание изобретения
Обратимся теперь к чертежам, на которых аналогичные номера ссылок обозначают соответствующую структуру по всем представлениям.
Фиг.1 иллюстрирует, в общем, систему 10, которая включает в себя пользовательский входной сигнал 20, электронное устройство 100 преобразования напряжения, контроллер 30 и электропривод 40 переключателя ответвлений.
Пользовательский входной сигнал 20 может содержать практически любой стандартный промышленный входной сигнал, в пределах примерно от 10 В примерно до 390 В ± 10-15% переменного тока или постоянного тока и переменного тока от 50-60 Гц. Это является очень желательным, поскольку система 10 предусматривает устройство, которое включает в себя практически универсальный ввод, выполненный с возможностью приема всех стандартных промышленных уровней сигнала. Это позволяет потребителю знакомиться и иметь в наличии части только для одной системы, которая может быть использована для каждого из различающихся вариантов применения с переключением у потребителя.
Пользовательский входной сигнал 20 соединен с электронным устройством 100 преобразования напряжения, которое предусмотрено так, чтобы принимать и преобразовывать сигнал перед выводом сигнала в контроллер 30. Предусмотрено электронное устройство 100 преобразования напряжения, имеющее универсальную входную характеристику, имеющую возможность принимать и преобразовывать пользовательский входной сигнал 20 в диапазоне примерно от 10 В примерно до 390 В ±10-15% переменного тока или постоянного тока и переменного тока от 50-60 Гц, как указано выше. Электронное устройство 100 преобразования напряжения подробнее поясняется в связи с фиг.2 и 3.
Контроллер 30 подсоединен к электронному устройству 100 преобразования напряжения и принимает преобразованный выходной сигнал, который соответствует пользовательскому входному сигналу 20. Контроллер 30 затем "декодирует" или интерпретирует принятый сигнал, чтобы активировать электропривод 40 переключателя ответвлений так, чтобы, к примеру, изменить настройку ответвления на трансформаторе. Предполагается, что контроллер 30 может содержать, но не только, центральный блок обработки (CPU), программируемую вентильную матрицу (FPGA) и комбинации вышеозначенного.
Электропривод 40 переключателя ответвлений может содержать любой типичный блок электропривода, обычно используемый в промышленности, к примеру, для осуществления переключения ответвлений или других стандартных задач управления, таких как запрещение работы электропривода, внешний аварийный останов электропривода или переход в n-ную позицию (выбор ответвления).
Обращаясь теперь к фиг.2 и 3, электронное устройство 100 преобразования напряжения в данном преимущественном варианте осуществления, в общем, содержит защиту/выпрямление 110 напряжения, управление 120 по току, стабилизатор 130 напряжения, преобразователь 140 напряжения в работу и передающее устройство 150.
Защита/выпрямление 110 напряжения обеспечивает защиту от перенапряжения, а также выпрямление принимаемого входного пользовательского сигнала 20. Предполагается, что защита от перенапряжения может содержать, к примеру, варистор 112, предусмотренный для шунтирования любого избыточного напряжения на землю, чтобы предотвратить повреждения оборудования в случае режима перенапряжения.
Варистор 112 подсоединен к выпрямителю 114 напряжения (фиг.3), который может содержать практически любой промышленно предлагаемый выпрямитель для преобразования пользовательского входного сигнала 20. Следует отметить, что в то время как на этой стадии выпрямляется принимаемый сигнал, он не фильтруется.
Защита/выпрямление 110 напряжения подсоединена к управлению 120 по току. Управление 120 по току предусмотрено для защиты системы 10 от режима перегрузки по току. Например, поскольку пользовательский входной сигнал 20 может меняться примерно от 10 В примерно до 390 В ±10-15% переменного тока или постоянного тока и переменного тока от 50-60 Гц, чем выше уровень напряжения пользовательского входного сигнала 20, тем выше связанный с ним ток. Чтобы противостоять этому процессу, управление 120 по току контролирует токовую нагрузку, с тем чтобы, когда измеренный ток достигает примерно 0,4 мА, токовая нагрузка создавалась или вырабатывалась посредством управления 120 по току на несколько микросекунд, чтобы сохранить контроль над током всей цепи.
Управление 120 по току дополнительно подсоединено к стабилизатору 130 напряжения. Здесь напряжение сигнала обрабатывается и изменяется требуемым образом. Например, система 10 может быть описана как система с собственным питанием, поскольку энергия для работы электроники извлекается из принимаемого сигнала. Это является очень желательным, поскольку не всегда удобно иметь источник питания в оборудовании переключения ответвлений, размещенном в распределительном устройстве потребителя.
В данном конкретном варианте осуществления стабилизатор 130 напряжения принимает сигнал и генерирует опорное напряжение 160, которое дополнительно может быть использовано системой 10. Предполагается, что стабилизатор 130 напряжения может содержать в одном преимущественном варианте осуществления последовательный стабилизатор.
Стабилизатор 130 напряжения подсоединен к преобразователю 140 напряжения в работу. На этой стадии принимаемый сигнал дополнительно может быть преобразован в относительно низкочастотный сигнал, например, но не только, порядка 1,5 кГц. Сигнал дополнительно может иметь изменяющийся рабочий цикл примерно от 50% примерно до 99% и в типичном варианте, по меньшей мере, 8-битовое разрешение. Следует отметить, что постоянный ток является относительно низким, в типичном варианте в диапазоне примерно 40 мА.
Преобразователь 140 напряжения в работу в одном преимущественном варианте осуществления может быть подсоединен к передающему устройству 150. После того как принимаемый сигнал надлежащим образом модифицирован посредством электронного устройства 100 преобразования напряжения, сигнал может быть выведен посредством передающего устройства 150 в контроллер 30 для декодирования и обработки.
В конкретном преимущественном варианте осуществления передающее устройство 150 может содержать, к примеру, устройство оптопары, которое преимущественно имеет относительно низкое потребление тока. Выходной сигнал дополнительно может содержать сигнал с широтно-импульсной модуляцией (PWM), соответствующий пользовательскому входному сигналу 20. Таким образом, практически любой промышленно предлагаемый ввод может быть подсоединен к электронному устройству 100 преобразования напряжения без необходимости специального выбора устройства на основании конкретного входного сигнала напряжения. Помимо этого, система 10 является полностью электронной, практически исключающей электромеханические контакты, как правило, используемые в существующих системах, тем самым снижая вероятность системных сбоев, известных вследствие износа и разрыва электромеханических контактов.
Кроме того, поскольку система 10 является полностью электронной, это обеспечивает простоту мониторинга системы 10, например, по сетевому подключению (не показано).
Ссылаясь теперь на фиг.4, проиллюстрирована структурная схема преимущественного варианта осуществления, обсужденного в связи с фиг.1-3.
Первоначально система 10 принимает входной сигнал 202, который соответствует для требуемого включения переключателя ответвлений. Система 10 отслеживает принимаемый сигнал, чтобы определить, превышает ли принимаемый сигнал пороговый уровень 204 напряжения. Если принимаемый сигнал превышает пороговый уровень, защита от перенапряжения сбрасывает избыточное напряжение 204, чтобы предотвратить повреждения системы.
Как указывалось выше, защита от перенапряжения может содержать варистор, который шунтирует избыточное напряжение из системы. Предполагается, что защита от перенапряжения может включать в себя характеристики обратной задержки для того, чтобы при резком повышении напряжения защита от перенапряжения относительно быстро шунтировала избыточное напряжение из системы.
Если принимаемый сигнал не превышает порогового значения или все избыточное напряжение шунтировано из системы, оставшийся сигнал далее выпрямляется 208.
В таком случае система определяет, превышает ли ток принимаемого сигнала пороговое значение 210. Если да, то система генерирует токовую нагрузку, чтобы ограничить ток 212 сигнала. Как указано в связи с фиг.1-3, это пороговое значение может составлять примерно 0,4 мА. Если ток не превышает порогового значения или система ограничила ток посредством токовой нагрузки, то система предусматривает стабилизацию напряжения сигнала 214. В этом случае опорное напряжение может быть генерировано для использования системой так, чтобы внешний или отдельный источник питания для питания электроники был необязательным.
Далее система может преобразовать частоту принимаемого сигнала в требуемую частоту 216. Как упоминалось выше, в одном преимущественном варианте осуществления частота преобразовывается примерно в 1,5 кГц.
После того как частота сигнала преобразована, система может передавать измененный сигнал 218 в контроллер. Далее система может переводить или декодировать сигнал 220, чтобы определить требуемое действие, которое следует предпринять с оборудованием переключателя ответвлений. После того как оно определено, переключатель ответвлений включается 222, чтобы выполнить требуемое действие.
Хотя данное описание в первую очередь направлено на контроль оборудования переключения ответвлений, предполагается, что поскольку система является полностью электронной, возможен мониторинг оборудования переключения ответвлений, а также самого оборудования контроля. Таким образом, возможности мониторинга и диагностики в системе существенно повышаются и могут осуществляться, например, удаленно от оборудования по сетевому подключению.
Следует отметить, что хотя различные функции и способы описаны и представлены на фиг.4 как последовательность этапов, данная последовательность предусмотрена просто как иллюстрация одного преимущественного варианта осуществления, и необязательно выполнять эти функции в конкретном проиллюстрированном порядке. Дополнительно предполагается, что любые из этих этапов могут быть перемещены и/или скомбинированы относительно любых других этапов. Помимо этого, дополнительно предполагается, что может быть преимущественным, в зависимости от варианта применения, использовать все или некоторую часть функций, описанных в данном документе.
Система 10 в таком случае предусматривает полностью интегрированное единое решение для точной обработки всех стандартных изменений напряжения, как правило, встречающихся в распределительном устройстве для переключателя ответвлений. Дополнительно, система 10 эффективно исключает применение электромеханических контактов для управления переключателем ответвлений, тем самым повышая общую надежность системы. В завершение, система 10 предусматривает очень гибкий подход к мониторингу и диагностике переключателя ответвлений, даже из удаленного места.
Хотя изобретение описано со ссылкой на конкретные компоненты и формулировки и т.п., они не предназначены для того, чтобы исчерпывать все возможные устройства или признаки, а фактически множество других модификаций и вариантов должно быть очевидным для специалистов в данной области техники.