Вводно-учётно-распределительное устройство с функцией автоматической частотной разгрузки
INPUT-METERING-DISTRIBUTING DEVICE WITH AUTOMATIC FREQUENCY UNLOADING FUNCTION

Изобретение относится к области электротехники, в частности, к вводно-учетно-распределительным устройствам и предназначено для коммутации, защиты электрической сети потребителя, учета электроэнергии, частичного и полного ограничения потребления при превышении договорной потребляемой мощности, контроля количества и продолжительности перерывов в электроснабжении потребителя, контроля количества и продолжительности отклонений напряжения на вводе потребителя, выявления причин отключений коммутационных аппаратов, установленных в вводно-учетно-распределительном устройстве, автоматического восстановления питания потребителя после отключений, предотвращения несанкционированной подачи напряжения от сети потребителя в общую сеть, осуществления функций автоматической частотной разгрузки при снижении частоты напряжения.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является вводно-учетно-распределительное устройство, содержащее вводной коммутационный аппарат, электрический счетчик, коммутационные аппараты с возможностью дистанционного управления, дифференциальные коммутационные аппараты, датчики напряжения, датчики положения коммутационных аппаратов, контроллер, блок бесперебойного питания, устройство сбора, приема и передачи данных, жидкокристаллический экран, блок индикации, кнопки «Пуск», кнопки «Стоп», предназначенное для обеспечения возможности частичного или полного ограничения потребления при превышении договорной потребляемой мощности, контроля количества и продолжительности перерывов в электроснабжении потребителя, контроля количества и продолжительности отклонений показателей качества электроэнергии на вводе потребителя, выявления причин отключений коммутационных аппаратов, установленных в вводно-учетно-распределительном устройстве, автоматического восстановления питания потребителя после отключений, предотвращения несанкционированной подачи напряжения от сети потребителя в общую сеть (патент РФ №2740076, МПК G01R 11/00, Н02J 13/00, опубл. 11.01.2021, Бюл. №2).
Недостатком известного вводно-учетно-распределительного устройства является его недостаточная функциональность, в том числе невозможность осуществления функций автоматической частотной разгрузки, защиты сети потребителя от искрения, а также ограниченность разделения нагрузки только на две группы.
Задачей предлагаемого изобретения является расширение функциональных возможностей, за счет обеспечения возможности автоматической частотной разгрузки, защиты сети потребителя от искрения, обеспечения возможности разделения нагрузки на две и более групп.
В результате использования предлагаемого изобретения расширяются функциональные возможности вводно-учетно-распределительного устройства за счет осуществления функций автоматической частотной разгрузки, защиты сети потребителя от искрения, обеспечения возможности разделения нагрузки на две и более групп.
Вышеуказанный технический результат достигается тем, что предлагаемое вводно-учетно-распределительное устройство с функцией автоматической частотной разгрузки, содержащее вводной коммутационный аппарат, электрический счетчик, коммутационные аппараты с возможностью дистанционного управления, дифференциальные коммутационные аппараты, датчики напряжения, датчики положения коммутационных аппаратов, контроллер, блок бесперебойного питания, устройство сбора, приема и передачи данных, жидкокристаллический экран, блок индикации, кнопки «Пуск», кнопки «Стоп», согласно изобретению, содержит вводной коммутационный аппарат, предназначенный для ручной коммутации вводной силовой сети, электрический счетчик, предназначенный для учета электроэнергии, контроля качества электроэнергии, контроля тока и напряжения в вводной силовой сети, передачи данных о потреблении электроэнергии, значении тока и напряжения в вводной силовой сети в контроллер устройства, коммутационные аппараты с возможностью дистанционного управления, установленные в силовые сети между электрическим счетчиком и дифференциальными коммутационными аппаратами, предназначенные для коммутации силовых сетей в точке их установки с использованием местных и дистанционных средств управления, дифференциальные коммутационные аппараты, установленные в силовой цепи между коммутационными аппаратами с возможностью дистанционного управления и нагрузкой, подключаемой к силовым сетям, предназначенные для коммутации силовых сетей в точке их установки и защиты силовых сетей от перегрузок, коротких замыканий и токов утечки, первый датчик напряжения, соединенный с вводной силовой сетью перед вводным коммутационным аппаратом, соединенный с контроллером и предназначенный для контроля напряжения в вводной силовой сети на вводе вводно-учетно-распределительного устройства и передачи информации в контроллер, датчики напряжения, соединенные с силовыми сетями между коммутационными аппаратами с возможностью дистанционного управления и дифференциальными коммутационными аппаратами, соединенные с контроллером, предназначенные для контроля напряжения в силовых сетях и передачи информации в контроллер, датчики положения каждого коммутационного аппарата, установленного в устройстве, соединенные с соответствующими коммутационными аппаратами и контроллером устройства, предназначенные для контроля положения коммутационных аппаратов и передачи информации о положении коммутационных аппаратов в контроллер, датчик частоты, соединенный с вводной силовой сетью и контроллером, предназначенный для контроля частоты напряжения во вводной силовой сети и передачи информации о значении частоты в контроллер, контроллер, соединенный с датчиками положения, датчиками напряжения, первым и вторым коммутационными аппаратами с возможностью дистанционного управления, блоком бесперебойного питания, устройством сбора, приема и передачи данных, жидкокристаллическим экраном, блоком индикации, кнопками «Пуск» и кнопками «Стоп», датчиком частоты, осуществляющий функции включения и отключения первого и второго коммутационных аппаратов с возможностью дистанционного управления с помощью местного и дистанционного управления, а также автоматически в соответствии с заложенным алгоритмом, в частности для частичного или полного ограничения потребления при превышении потребляемой мощности согласно договорным условиям, автоматической частотной нагрузки, выполняющий контроль качества электроэнергии, контроль положения всех коммутационных аппаратов и выявление причин их отключения на основе обработки данных с датчиков напряжения, датчиков положения, датчиков частоты и значения тока в вводной силовой сети, блокирование возможности несанкционированной подачи напряжения в общую сеть от сети потребителя за счет отключения коммутационных аппаратов с возможностью дистанционного управления, автоматическое включение коммутационных аппаратов с возможностью дистанционного управления после восстановления напряжения на вводе, автоматическую частотную разгрузку при снижении частоты напряжения во вводной силовой сети ниже установленного значения, осуществления функций отключения питания нагрузок при фиксации искрения в электропроводке потребителя, блок бесперебойного питания, соединенный с контроллером, осуществляющий питание контроллера при отсутствии напряжения во всех силовых сетях вводно-учетно-распределительного устройства, устройство сбора, приема и передачи данных, соединенное с контроллером, осуществляющее прием и передачу данных, команд управления работой вводно-учетно-распределительного устройства, жидкокристаллический экран, соединенный с контроллером, осуществляющий местный вывод информации на дисплей, блок индикации, соединенный с контроллером, осуществляющий местную индикацию режимов работы вводно-учетно-распределительного устройства, кнопки «Пуск», соединенные с контроллером, предназначенные для местного включения соответствующих коммутационных аппаратов с возможностью дистанционного управления, кнопки «Стоп», соединенные с контроллером, предназначенные для местного отключения соответствующих коммутационных аппаратов с возможностью дистанционного управления.
Сущность предлагаемого изобретения поясняется чертежом, на котором представлена общая схема вводно-учетно-распределительного устройства с функцией автоматической частотной разгрузки, предполагающая разделение нагрузок на две группы. Аналогично выполняется схема при разделении нагрузок на большее количество групп.
Вводно-учетно-распределительное устройство с функцией автоматической частотной разгрузки содержит вводной коммутационный аппарат ВКА 1, коммутационный аппарат с возможностью дистанционного управления КА 2, коммутационный аппарат с возможностью дистанционного управления КА 3, дифференциальный коммутационный аппарат ДА 4, дифференциальный коммутационный аппарат ДА 5, датчик напряжения ДН 6, датчик напряжения ДН 7, датчик напряжения ДН 8, датчик положения ДП 9, датчик положения ДП 10, датчик положения ДП 11, датчик положения ДП 12, датчик положения ДП 13, электрический счетчик ЭС 14, контроллер КОНТРОЛЛЕР 15, блок бесперебойного питания ББП 16, устройство сбора, приема и передачи данных УСППД 17, жидкокристаллический экран ЖК-экран 18, блок индикации Блок Индикации 19, кнопка «ПУСК» КП 20, кнопка «ПУСК» КП 21, кнопка «СТОП» КС 22, вторая кнопка «СТОП» КС 23, датчик частоты напряжения ДЧ 24. При разделении нагрузки на большее, чем две количестве групп в соответствующие силовые сети также устанавливаются коммутационные аппараты с возможностью дистанционного управления, дифференциальные коммутационные аппараты, а также подключаются датчики тока, напряжения.
ВКА 1 установлен в вводной силовой сети. КА 2 установлен в первую силовую сеть между ЭС 14 и ДА 4. КА 3 установлен во вторую силовую сеть между ЭС 14 и ДА 5. ДА 4 установлен в первую силовую сеть после КА 2. ДА 5 установлен во вторую силовую сеть после КА 3. ДН 6 соединен с КОНТРОЛЛЕР 15 и с вводной силовой сетью перед ВКА1. ДН 7 соединен с КОНТРОЛЛЕР 15 и с первой силовой сетью между КА 2 и ДА 4. ДН 8 соединен с КОНТРОЛЛЕР 15 и со второй силовой сетью между КА 3 и ДА 5. ДП 9 соединен с ВКА 1 и с КОНТРОЛЛЕР 15. ДП 10 соединен с КА 2 и с КОНТРОЛЛЕР 15. ДП 11 соединен с КА 3 и с КОНТРОЛЛЕР 15. ДП 12 соединен с ДА 4 и с КОНТРОЛЛЕР 15. ДП 13 соединен с ДА 5 и с КОНТРОЛЛЕР 15. ЭС 14 установлен в вводной силовой сети между ВКА 1 и КА 2, КА 3. КОНТРОЛЛЕР 15 соединен с КА 2, КА 3, ДН 6, ДН 7, ДН 8, ДП 9, ДП 10, ДП 11, ДП 12, ДП 13, ЭС 14, ББП 16, УСППД 17, ЖК-экран 18, Блок индикации 19, КА 20, КП 21, КС 22, КС 23. ББП 16 соединен с КОНТРОЛЛЕР 15. УСППД 17 соединен с КОНТРОЛЛЕР 15. ЖК-экран 18 соединен с КОНТРОЛЛЕР 15. Блок индикации 19 соединен с КОНТРОЛЛЕР 15. КП 20 соединена с КОНТРОЛЛЕР 15. КП 21 соединена с КОНТРОЛЛЕР 15. КС 22 соединена с КОНТРОЛЛЕР 15. КС 23 соединена с КОНТРОЛЛЕР 15. Датчик частоты напряжения ДЧ 24 соединен с вводной силовой сетью и с КОНТРОЛЛЕР 15.
Устройство работает следующим образом.
С помощью датчика напряжения ДН 6 контролируется напряжение на вводе перед ВКА1 для получения информации о наличии, или отсутствии напряжения на вводе со стороны питающей линии электропередачи (ЛЭП). С помощью ДН7 и ДН8 контролируется напряжение на цепях, питающих нагрузку потребителя, а с помощью электросчетчика ЭС14 - напряжение и ток в точке его установки, а также потребление электроэнергии. Датчиками положения ДП9…ДП13 контролируется положение всех коммутационных аппаратов. Датчиком ДЧ 24 контролируется частота напряжения в точке его установки. Наличие указанной выше информации позволяет запрограммировать КОНТРОЛЛЕР 15 таким образом, чтобы он мог выявлять разные режимы работы сети потребителя и управлять ими.
Включение и выключение силовых сетей питания нагрузок потребителя осуществляется с помощью местного (кнопками КП 20, КП 21 и КС22, КС23) и дистанционного (с помощью команд, подаваемых через УСППД 17 диспетчером сети) управления, а также автоматически при исчезновении напряжения на вводе (в этом случае КА2 и КА3 отключаются, а при появлении напряжения снова автоматически включаются по команде, сформированной КОНТРОЛЛЕРом 15);
Ограничение потребляемой мощности выполняется следующим образом. При превышении потребляемой мощности заданного значения (договорного значения потребляемой мощности) КОНТРОЛЛЕР 15 с выдержкой времени (для избежания отключений при кратковременных пиковых значениях мощности выше заданной) подает команду на отключение КА2, через который подключена часть нагрузки потребителя. Этим достигается частичное ограничение потребления. Если и после этого потребляемая нагрузка выше заданной, КОНТРОЛЛЕР 15 подает команду на отключение КА3. Этим обеспечивается полное ограничение потребления. При распределении нагрузки, подключаемой к первой и второй силовым сетям, питаемым через КА2 и КА3, следует ко второй силовой сети (после КА3) подключать наиболее важные электроприемники, отключение которых приведет к ущербам (для бытовых электроприемников, например, это холодильник, компьютер, цепи освещения), а к первой силовой сети (после КА2) - остальные электроприемники.
Контроль количества и продолжительности перерывов в электроснабжении потребителя выполняется за счет анализа сигналов, поступающих от датчика напряжения ДН6. При отсутствии сигнала с ДН6 делается вывод, что напряжение на вводе отсутствует и начинается отсчет времени перерыва в электроснабжении. При восстановлении напряжения на вводе появится сигнал с ДН6, который остановит отсчет продолжительности перерыва. Данные о перерыве сохраняются на съемную карту памяти, установленную в КОНТРОЛЛЕР 15 с привязкой ко времени событий. Все продолжительности перерывов за отчетный период, например, за год, суммируются и хранятся на съемной карте памяти (могут быть выведены на ЖК-экран 18) и передаются диспетчеру сети для осуществления контроля надежности электроснабжения потребителей.
Контроль количества и продолжительности отклонений показателей качества электроэнергии (ПКЭ) на вводе потребителя выполняется с за счет анализа значений напряжения, переданных ЭС 14 в КОНТРОЛЛЕР15. При значении отклонения того или иного ПКЭ выше нормативного делается вывод, что данный ПКЭ отклоняется выше допустимого значения в ту или иную сторону и начинается отсчет времени отклонения ПКЭ. При фиксации отклонения ПКЭ в пределах нормы отсчет продолжительности отклонения останавливается. Данные об отклонениях сохраняются на съемную карту памяти, установленную в КОНТРОЛЛЕР 15 с привязкой ко времени событий. Все продолжительности отклонений за отчетный период, например, за год, суммируются и хранятся на съемной карте памяти (могут быть выведены на ЖК-экран 18) и передаются диспетчеру сети для осуществления контроля качества электроэнергии, поставляемой потребителям.
Выявление причин отключений коммутационных аппаратов, установленных в вводно-учетно-распределительном устройстве, осуществляются за счет сопоставления фактов отключения данных аппаратов, контролируемых с помощью датчиков положения ДП 9…ДП13 и значений тока и напряжения, получаемых от ЭС14 и ДН6…ДН8. При появлении тока в вводной силовой сети выше заданного значения срабатывания коммутационного аппарата ДА 4, ДА5, или ВКА1 (если ВКА1 оснащен средствами защиты от токов короткого замыкания и перегрузок) по току перегрузки или короткого замыкания, и последующем отключении одного из данных аппаратов делается вывод, что отключение данного аппарата произошло вследствие перегрузки, или короткого замыкания в сети потребителя. Если аппарат отключается, но при этом токи короткого замыкания, или перегрузки отсутствовали, делается вывод, что отключение было ручным. При отключении с помощью кнопок КС22, КС23 коммутационных аппаратов КА2 и КА3 делается вывод об их ручном отключении. При исчезновении или провале напряжения в вводной силовой сети фиксируется отключение КА2 и КА3 вследствие перерыва в электроснабжении. При отключении КА2, КА 3 вследствие превышения договорного уровня потребляемой мощности фиксируется данная причина отключения. При отключении КА 2, КА 3 в соответствии с функцией автоматической частотной разгрузки фиксируется данная причина отключения. Если зафиксировано отключение КА2 или КА 3 не по указанным выше причинам фиксируется их ложное отключение или отключение вследствие выхода из строя.
Автоматическое восстановление питания потребителя после отключений выполняется в следующих случаях. После перерыва в электроснабжении автоматически включаются КА2 и КА3 и подают напряжение в первую и вторую силовую сети. После полного ограничения потребления включение производится автоматически после выдержки заданного времени сначала КА 3, если при этом нет превышения значения потребляемой мощности, то затем, также с выдержкой времени, КА2. Если будет повторно при автоматическом включении КА2 или КА3 зафиксировано превышение значения потребляемой мощности, то данные коммутационные аппараты отключаются и повторно могут быть включены только вручную с помощью кнопок КП20, КП21.
Предотвращение несанкционированной подачи напряжения от сети потребителя в общую сеть достигается за счет того, что при исчезновении напряжения на вводе (отсутствует сигнал с ДН6), происходит отключение КА2 и КА3, за счет чего связь между сетью потребителя и общей сетью разрывается. Включение КА2 и КА3 при отсутствии сигнала с ДН6 и при наличии сигналов с ДН7 и ДН8 блокируется КОНТРОЛЛЕРом15.
Защита сети потребителя от перегрузок, коротких замыканий и токов утечки осуществляется коммутационными аппаратами ДА2 и ДА5, а также ВКА1 (если он оснащен соответствующими средствами защиты). Защита от провалов напряжения и отклонения напряжения выше допустимого значения осуществляется за счет отключения КА2 и КА3 по сигналу с КОНТРОЛЛЕРа 15, анализирующего данные с датчиков напряжения и ЭС14.
Автоматическая частотная разгрузка осуществляется при снижении частоты напряжения во вводной сети ниже допустимого значения. При этом датчик ДЧ 24 фиксирует снижение частоты, передают информацию об этом в КОНТРОЛЛЕР 15. КОНТРОЛЛЕР 15 осуществляет отключение вначале части нагрузок, формируя команду на отключение КА 2, а затем, если частота не восстанавливает допустимые значения за заданный промежуток времени, осуществляет отключение остальных нагрузок, отключая КА 3 и последовательно по сходному алгоритму другие коммутационные аппараты дистанционного управления, если нагрузка делится на более чем две группы. Через заданный промежуток времени КОНТРОЛЛЕР 15 осуществляет повторное включение вначале КА 3, и, если частота находится в допустимых значениях, то и КА 2, восстанавливая, таким образом, питание нагрузок потребителя.
Защита от искрения в электропроводке потребителя осуществляется за счет обработки информации с датчиков тока и напряжения, установленных в устройстве и выявления высших гармоник, других признаков, характерных для искрения. При выявлении искрения КОНТРОЛЛЕР 15 формирует сигнал на отключение соответствующего коммутационного аппарата с возможностью дистанционного управления.
Дистанционное управление предполагает передачу команд диспетчером на отключение КА2 и (или) КА3 при необходимости ограничения потребления, при необходимости отключения сети потребителя от общей сети, например, при выполнении на ней регламентных работ, в других необходимых случаях. При этом вводится блокировка на самостоятельное включение КА2 и КА3 потребителем. Снятие блокировки производится диспетчером сети.
Блок индикации 19 служит для отображения следующей информации: наличие напряжения на вводе; наличие блокировки включения КА2, КА3; положение КА2, КА3; наличие ограничений по мощности.
Блок бесперебойного питания обеспечивает питание контроллера при отключениях напряжения в силовой сети. УСППД 17 служит для передачи и приема информации и команд диспетчера сети. ЖК-экран 18 служит для выведения информации о режимах работы устройства.
Предлагаемое устройство позволяет осуществить ручную и дистанционную коммутацию сети потребителя, защиту электрической сети потребителя, учет электроэнергии, частичное и полное ограничение потребления при превышении договорной потребляемой мощности, контроль количества и продолжительности перерывов в электроснабжении потребителя, контроль количества и продолжительности отклонений показателей качества электроэнергии на вводе потребителя, выявление причин отключений коммутационных аппаратов, установленных в вводно-учетно-распределительном устройстве, автоматическое восстановление питания потребителя после отключений, предотвращения несанкционированной подачи напряжения от сети потребителя в общую сеть, осуществляет функции автоматической частотной разгрузки, защиты от искрения, позволяет делить нагрузки на две и более группы.