Результат интеллектуальной деятельности: Вводно-учётно-распределительное устройство

Изобретение относится к области электротехники, в частности, к вводно-учётно-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-учётно-распределительном устройстве, автоматического восстановления питания потребителя после отключений, предотвращения несанкционированной подачи напряжения от сети потребителя в общую сеть.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является вводно-учетное устройство, содержащее коммутационные аппараты, счётчик электроэнергии, контроллер, модем и предназначенное для контроля за потреблением электроэнергии и недопущением ее потребления сверхустановленных норм и лимитов, в том числе минуя приборы учета (http://www.elprom-rit.com/price/data/Vvodno-uchetnoe_ustroystvo.pdf). Также устройство выполняет функцию защиты сетей от перегрузок.

Недостатком известного вводно-учетного устройства является его ограниченная область применения, в том числе невозможность частичного ограничения потребления при превышении договорной потребляемой мощности, невозможность 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-учётно-распределительном устройстве, автоматического восстановления питания потребителя после отключений, предотвращения несанкционированной подачи напряжения от сети потребителя в общую сеть.

Задачей предлагаемого изобретения является расширение области применения за счёт 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-учётно-распределительном устройстве, автоматического восстановления питания потребителя после отключений, предотвращения несанкционированной подачи напряжения от сети потребителя в общую сеть.

В результате использования предлагаемого изобретения является обеспечение 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 показателей качества электроэнергии на вводе потребителя, выявления причин отключений коммутационных аппаратов, установленных в вводно-учётно-распределительном устройстве, автоматического восстановления питания потребителя после отключений, предотвращения несанкционированной подачи напряжения от сети потребителя в общую сеть.

Вышеуказанный технический результат достигается тем, что предлагаемое вводно-учётно-распределительное устройство, содержащее коммутационные аппараты, счётчик электроэнергии, контроллер, модем, предназначенное для контроля за потреблением электроэнергии и недопущением ее потребления сверх установленных норм и лимитов, согласно изобретению, содержит вводной коммутационный аппарат, предназначенный для ручной коммутации вводной силовой сети, электрический счётчик, предназначенный для учёта 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, первый коммутационный аппарат с возможностью дистанционного управления, установленный в первую силовую сеть между электрическим счетчиком и первым дифференциальным коммутационным аппаратом, предназначенный для коммутации первой силовой сети в точке его установки с использованием местных и дистанционных средств управления, второй коммутационный аппарат с возможностью дистанционного управления, установленный во вторую силовую сеть между электрическим счетчиком и вторым дифференциальным коммутационным аппаратом, предназначенный для коммутации второй силовой сети в точке его установки с использованием местных и дистанционных средств управления, первый дифференциальный коммутационный аппарат, установленный в силовой цепи между первым коммутационным аппаратом с возможностью дистанционного управления и нагрузкой, подключаемой к первой силовой сети, предназначенный для коммутации первой силовой сети в точке его установки и защиты первой силовой сети от перегрузок, коротких замыканий и токов утечки, второй дифференциальный коммутационный аппарат, установленный во второй силовой сети между вторым коммутационным аппаратом с возможностью дистанционного управления и нагрузкой, подключаемой ко второй силовой сети, предназначенный для коммутации второй силовой сети в точке его установки и защиты второй силовой сети 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, второй датчик напряжения, соединенный с первой силовой сетью между первым коммутационным аппаратом с возможностью дистанционного управления и первым дифференциальным коммутационным аппаратом, соединенный с контроллером, предназначенный для контроля напряжения в первой силовой сети и передачи информации в контроллер, третий датчик напряжения, соединенный со второй силовой сетью между вторым коммутационным аппаратом с возможностью дистанционного управления и вторым дифференциальным коммутационным аппаратом, соединенный с контроллером, предназначенный для контроля напряжения во второй силовой сети и передачи информации в контроллер, датчики положения каждого коммутационного аппарата, установленного в устройстве, соединённые с соответствующими коммутационными аппаратами и контроллером устройства, предназначенные для контроля положения коммутационных аппаратов и передачи информации о положении коммутационных аппаратов 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», 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, выполняющий контроль качества электроэнергии, контроль положения всех коммутационных аппаратов и выявление причин их отключения на основе обработки данных с датчиков напряжения, датчиков положения и значения тока в вводной силовой сети, блокирование возможности несанкционированной подачи напряжения в общую сеть от сети потребителя за счёт отключения коммутационных аппаратов с возможностью дистанционного управления, автоматическое включение коммутационных аппаратов с возможностью дистанционного управления после восстановления напряжения на вводе, 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, первую кнопку «Пуск», соединенную с контроллером, предназначенную для местного включения первого коммутационного аппарата с возможностью дистанционного управления, вторую кнопку «Пуск», соединенную с контроллером, предназначенную для местного включения второго коммутационного аппарата с возможностью дистанционного управления, первую кнопку «Стоп», соединенную с контроллером, предназначенную для местного отключения первого коммутационного аппарата с возможностью дистанционного управления, вторую кнопку «Стоп», соединенную с контроллером, предназначенную для местного отключения второго коммутационного аппарата с возможностью дистанционного управления.

Сущность предлагаемого изобретения поясняется чертежом, на котором представлена общая схема вводно-учетно-распределительного устройства.

Вводно-учетно-распределительное устройство 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.

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.

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 электросчётчика ЭС14 – напряжение и ток в точке его установки, а также потребление электроэнергии. Датчиками положения ДП9…ДП13 контролируется положение всех коммутационных аппаратов. 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 избежание отключений при кратковременных пиковых значениях мощности выше заданной) подаёт 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 подаёт 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 электроприёмники, отключение которых приведёт к ущербам (для бытовых электроприёмников, например, это холодильник, компьютер, цепи освещения), а к первой силовой сети (после КА2) – остальные электроприёмники.

Контроль количества и продолжительности перерывов в электроснабжении потребителя выполняется за счёт анализа сигналов, поступающих от датчика напряжения ДН6. При отсутствии сигнала с ДН6 делается вывод, что напряжение на вводе отсутствует и начинается отсчёт времени перерыва в электроснабжении. При восстановлении напряжения на вводе появится сигнал с ДН6, который остановит отсчёт продолжительности перерыва. Данные о перерыве сохраняются на съёмную карту памяти, установленную в КОНТРОЛЛЕР 15 с привязкой ко времени событий. Все продолжительности перерывов за отчётный период, например, за год, суммируются и хранятся на съёмной карте памяти (могут быть выведены на ЖК-экран 18) и передаются диспетчеру сети для осуществления контроля надёжности электроснабжения потребителей.

Контроль количества и продолжительности отклонений показателей качества электроэнергии (ПКЭ) на вводе потребителя выполняется с за счёт 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 отсчёт времени отклонения ПКЭ. При фиксации отклонения ПКЭ в пределах нормы отсчёт продолжительности отклонения останавливается. Данные об отклонениях сохраняются на съёмную карту памяти, установленную в КОНТРОЛЛЕР 15 с привязкой ко времени событий. Все продолжительности отклонений за отчётный период, например, за год, суммируются и хранятся на съёмной 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-учётно-распределительном устройстве, осуществляются за счёт 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 оснащён 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. 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 счёт того, что при исчезновении напряжения на вводе (отсутствует сигнал с ДН6), происходит отключение КА2 и КА3, за счёт 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 оснащён соответствующими средствами защиты). Защита от провалов напряжения и отклонения напряжения выше допустимого значения осуществляется за счёт отключения КА2 и КА3 по сигналу с КОНТРОЛЛЕРа 15, анализирующего данные с датчиков напряжения и ЭС14.

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 приёма 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-учётно-распределительном устройстве, автоматическое восстановление питания потребителя после отключений, предотвращения несанкционированной подачи напряжения от сети потребителя в общую сеть.