Вводно-распределительное устройство ответственных электроприёмников
INPUT AND DISTRIBUTION DEVICE FOR CRITICAL ELECTRICAL RECEIVERS

Изобретение относится к области электротехники, а именно к производству, преобразованию и распределению электроэнергии, и может быть использовано для организации питания ответственных электроприемников электрической энергией от двух независимых взаиморезервированных трехфазных вводов сети с изолированной нейтралью.
Известно вводно-распределительное устройство (ВРУ) ответственных электроприемников, содержащее блоки, обеспечивающие возможность ввода, распределения электрической энергии, а также управления и защиты отходящих групповых электрических цепей, которые размещаются в виде соответствующих функциональных модулей: ввода, автоматического включения резерва, распределения и т.д. [1].
Такое ВРУ, при возникновении нарушений электроснабжения по рабочему вводу осуществляет автоматический перевод питания ответственных электроприемников на резервный ввод. В то же время, нарушения электроснабжения, как правило, связаны с воздействием на элементы системы электроснабжения (СЭС) атмосферных разрядов, коммутаций в энергетических системах и т.д., которые сопровождаются перенапряжениями и импульсными электромагнитными помехами, распространяющимися по СЭС и вызывающими сбои и (или) отказы электронных устройств автоматики [2]. Поэтому недостатками рассматриваемого ВРУ, с одной стороны, является отсутствие на входах устройства элементов защиты от перенапряжений и электромагнитных помех, что приводит к отказу в автоматическом переключении источников, а с другой, невозможностью дистанционного контроля и управления процессом функционирования.
Из известных технических решений наиболее близким к предлагаемому устройству является вводно-распределительное устройство [3], включающее модуль ввода, содержащий два канала ввода, каждый из которых содержит последовательно соединенные вводные шины, трехфазные аппараты защиты и управления, модуль распределения, снабженный аппаратами защиты и управления, который также имеет цепи дистанционного управления и сигнализации.
Недостатком этого устройства, принятого нами за прототип, является то, что, с одной стороны, для обеспечения защиты от аварийных режимов используются автоматические выключатели, имеющие ограниченные возможности по защите сетей с изолированной нейтралью, а с другой, отсутствие средств локализации перенапряжений и электромагнитных помех, что приводит к снижению устойчивости электроснабжения ответственных электроприемников при деструктивных воздействиях. Кроме того, применение вводных шин для присоединения независимых источников затрудняет замену источников электроэнергии в процессе эксплуатации.
Целью изобретения является повышение устойчивости электроснабжения ответственных электроприемников при воздействии перенапряжений и импульсных электромагнитных помех, упрощение замены источников электроэнергии, а также расширение области применения ВРУ.
Указанная цель достигается тем, что в вводно-распределительное устройство, имеющее модуль ввода, содержащий два канала ввода с трехфазным аппаратом защиты и управления в каждом, модуль распределения, снабженный аппаратами защиты и управления с цепями дистанционного управления и сигнализации, включаются блоки контроля сопротивления изоляции и ограничителей перенапряжений, а цепи автоматики выполняются с линейными модулями защиты от импульсных помех на основе составного двунаправленного ограничительного диода, изолирующего трансформатора с экраном и конденсатора. Кроме того, вместо вводных шин применены блоки присоединения вводов на основе герметизированных разъемов, что позволяет упростить замену источников электроэнергии.
Применение блоков контроля сопротивления изоляции в цепи питания каждого ввода позволяет использовать вводно-распределительное устройство в сетях не только с глухозаземленной нейтралью, но и с изолированной нейтралью, т.е. расширяет область применения устройства.
На фиг. 1-2 изображена схема предлагаемого устройства.
Оно содержит:
1 - первый независимый ввод трехфазного переменного напряжения;
2 - второй независимый ввод трехфазного переменного напряжения;
3 - модуль ввода;
4 - модуль автоматического включения резерва;
5 - модуль распределения;
6.1, 6.2 - ответственные электроприемники;
7 - канал связи с автоматизированной системой управления;
8.1, 8.2 - блок присоединения;
9.1, 9.2 - блок ограничителей перенапряжений;
10.1, 10.2 - блок контроля изоляции;
11.1, 11.2 - блок защиты от импульсных помех;
12.1, 12.2 - блок контроля напряжения ввода;
13 - блок питания;
14 - блок автоматики;
15.1, 15.2 - вводной силовой защитно-коммутационный аппарат;
16 - шины гарантированного питания;
17.1, 17.2 - групповой силовой защитно-коммутационный аппарат;
18.1, 18.2, 18.3 - линейный модуль защиты от импульсных помех;
19 - составной двунаправленный ограничительный диод;
20 - предохранитель;
21 - изолирующий трансформатор с экраном;
22 - конденсатор.
Устройство работает следующим образом.
Питание блока автоматики 14 осуществляется от блока питания 13, который подключен по двум параллельным (взаиморезервированным) каналам, соответственно к первому независимому вводу трехфазного переменного напряжения 1, через блок присоединения 8.1, блок ограничителей перенапряжения 9.1, блок контроля сопротивления изоляции
10.1 и блок защиты от импульсных помех 11.1, а также к второму независимому вводу трехфазного переменного напряжения 2, через блок присоединения 8.2, блок ограничителей перенапряжений 9.2, блок контроля сопротивления изоляции 10.2 и блок защиты от импульсных помех 11.2.
Параллельно с первым и вторым входом блока питания напряжение с первого независимого ввода трехфазного переменного напряжения 1 и второго независимого ввода трехфазного переменного напряжения 2 поступает соответственно на входы блоков контроля напряжения ввода 12.1 и 12.2. Сигналы о наличии напряжения с требуемыми ответственным электроприемникам параметрами с блоков контроля напряжения ввода 12.1 и 12.2 поступают в блок автоматики 14.
При наличии сигналов с двух блоков контроля напряжения ввода 12.1 и 12.2 блок автоматики 14 выдает сигнал на включение вводного силового защитно-коммутационного аппарата 15.1.
Питание ответственных электроприемников 6.1 и 6.2 осуществляется от первого независимого ввода трехфазного переменного напряжения 1 через блок присоединения 8.1, блок ограничителей перенапряжения 9.1, блок контроля сопротивления изоляции, вводной силовой защитно-коммутационный аппарат 15.1, шины гарантированного питания 16 и соответствующие групповые силовые защитно-коммутационные аппараты 17.1, 17.2.
ab
bc
ca
При воздействии молнии на первом независимом вводе трехфазного переменного напряжения 1 возникает перенапряжение, которое поступает через блок присоединения 8.1 в блок ограничителей перенапряжения 9.1, где оно ограничивается до уровня напряжения, допустимого для изоляции электроустановки. В блоке защиты от импульсных помех 11.1 происходит дальнейшее снижение уровня напряжения, до допустимого для электронных устройств автоматики, при помощи трех линейных модулей защиты от импульсных помех 18.1, 18.2 и 18.3, включенных на три междуфазных напряжения U, U, U соответственно. На первом этапе снижение уровня напряжения осуществляется с помощью составного двунаправленный ограничительного диода 19, на втором с помощью изолирующего трансформатора с экраном 21 и конденсаторе 22 на заключительном этапе. Использование изолирующих трансформаторов 21 с экраном из фольги или проволоки, соединенным с корпусом, позволяет минимизировать емкостную связь между первичной и вторичной обмоткой трансформатора и соответственно ослабляет уровень передаваемого импульса перенапряжения. Применение конденсатора 22 позволяет выполнить поглощение энергии импульса на выходе трансформатора 14. При этом перенапряжения не поступают в блок контроля напряжения ввода 12.1, блок питания 13 и блок автоматики 14, а соответственно не вызывают сбоев как в их собственной работе, так и работе управляемого оборудования, и следовательно не нарушают устойчивость электроснабжения ответственных электроприемников.
ab
bc
ca
При воздействии импульсных электромагнитных помех, характеризуемых большой крутизной фронта, по первому независимому вводу трехфазного переменного напряжения 1 они поступают через блок присоединения 8.1 в блок ограничителей перенапряжения 9.1, однако из-за относительно большого времени срабатывания ограничителей перенапряжения они на первой стадии, до момента их срабатывания, распространяются далее. В блоке защиты от импульсных помех 11.1 происходит снижение уровня напряжения при помощи трех линейных модулей защиты от импульсных помех 18.1, 18.2 и 18.3, включенных на три междуфазных напряжения U, U, U соответственно. На первом этапе снижение уровня напряжения осуществляется с помощью составного двунаправленный ограничительного диода 19, на втором с помощью изолирующего трансформатора с экраном 21 и конденсаторе 22 на заключительном этапе, а ограничение аварийных значений импульсных токов выполняется с помощью предохранителя 20. Использование изолирующих трансформаторов 21 с экраном из фольги или проволоки, соединенным с корпусом, позволяет минимизировать емкостную связь между первичной и вторичной обмоткой трансформатора и соответственно ослабляет уровень передаваемой импульсной электромагнитной помехи. Применение конденсатора 22 позволяет выполнить поглощение энергии импульсной помехи на выходе трансформатора 14. При этом импульсные электромагнитные помехи не поступают в блок контроля напряжения ввода 12.1, блок питания 13 и блок автоматики 14, а соответственно не вызывают сбоев как в их собственной работе, так и работе управляемого оборудования, и следовательно не нарушают устойчивость электроснабжения ответственных электроприемников.
При пропадании напряжения на первом независимом вводе трехфазного переменного напряжения 1 или отклонении его значения больше заданного уровня, блок контроля напряжения ввода 12.1 выдает соответствующий сигнал в блок автоматики 14, по которому происходит отключение вводного силового защитно-коммутационный аппарат 15.1 и включение вводного силового защитно-коммутационного аппарата 15.2. В этом случае питание ответственных электроприемников 6.1 и 6.2 осуществляется от второго независимого ввода трехфазного переменного напряжения 2 через блок присоединения 8.2, блок ограничителей перенапряжения 9.2, блок контроля сопротивления изоляции, вводной силовой защитно-коммутационный аппарат 15.2, шины гарантированного питания 16 и соответствующие групповые силовые защитно-коммутационные аппараты 17.1, 17.2. Питание блока автоматики 14 продолжает осуществляться от блока питания 13, который подключен к второму независимому вводу трехфазного переменного напряжения 2, через блок присоединения 8.2, блок ограничителей перенапряжения 9.2, блок контроля сопротивления изоляции 10.2 и блок защиты от импульсных помех 11.2.
При воздействии молнии или импульсных электромагнитных помех по второму независимому вводу трехфазного переменного напряжения устройство работает аналогично, как и при воздействии по первому независимому вводу трехфазного переменного напряжения.
В случае необходимости выполнить замену независимых источников трехфазного переменного напряжения электроэнергии она проводится оперативно, без сложных монтажных операций, путем перестыковки вводов 1 или 2 на герметизированных разъемах 8.1 или 8.2 соответственно.
По каналу связи с автоматизированной системой управления 7 данные о состоянии устройства и наличия напряжения на вводах передаются в автоматизированную систему управления технологическим процессом, а также происходит дистанционное изменение положения силовых защитно-коммутационных аппаратов и параметров устройства.
Таким образом, использование блоков ограничителей перенапряжений и блоков защиты от импульсных помех в составе трех линейных модулей защиты от импульсных помех на основе составных двунаправленных ограничительных диодов, изолирующих трансформаторов с экраном и конденсаторов, позволяет повысить устойчивость электроснабжения ответственных электроприемников при воздействии перенапряжений и импульсных электромагнитных помех, организация двух каналов питания блока автоматики от разных вводов дополнительно повышает устойчивость при нарушениях электроснабжения от одного из вводов, применение блоков контроля сопротивления изоляции в цепи питания каждого ввода расширяет область применения устройства на сети с изолированной нейтралью, выполнение блоков присоединения вводов в виде герметизированных разъемов позволяет упростить замену источников электроэнергии, а введение в устройство канала связи с автоматизированной системой управления позволяет дистанционно изменять параметры устройства и осуществлять контроль за его работой.
Заявителям не известен путь решения поставленной задачи с приведенной совокупностью существенных признаков, что говорит об "изобретательском уровне" технического решения.
Авторами испытано вводно-распределительное устройство с ограничителями перенапряжений и блоками защиты от импульсных помех на основе составных двунаправленных ограничительных диодов, изолирующих трансформаторов с экраном и конденсаторов, которое обеспечило устойчивое электроснабжение ответственных электроприемников при воздействии перенапряжений и импульсных электромагнитных помех.
Приведенные данные и сведения подтверждают возможность промышленного осуществления предлагаемого изобретения.
Источники информации
1. Тульчин И.К., Нудлер Г.И. Электрические сети и электрооборудование жилых и общественных зданий. - М.: Энергоиздат, 1990. - 480 с.
2. Электромагнитная совместимость и молниезащита в электроэнергетике. / А.Ф. Дьяков, Б.К. Максимов, Р.К. Борисов и др.; под ред. А.Ф. Дьякова. - М.: Изд. дом МЭИ, 2011. - 544 с.
3. Патент РФ №2279746 С1, кл. Н02В 1/00, Н02В 7/00, опубл. 10.07.2006.