интеллектуальное устройство управления коммутационными аппаратами электрической сети

Формула изобретения

Интеллектуальное устройство управления коммутационными аппаратами электрической сети, содержащее блок питания и блоки датчиков напряжения и тока с питающей сетью, микроконтроллер, подключенный через аналого-цифровой преобразователь к блокам датчиков напряжения и тока и соединенный с интерфейсом RS-485, оптическим портом, резервным источником питания текущего времени встроенных в микроконтроллер часов и блоком питания, светодиодным индикатором работы устройства, блоком кнопок управления, радиоблоком, соединенным с блоком питания и поддерживающим, но не ограничивающимся стандартами передачи данных GSM, CDMA и IEE 802.11, энергонезависимой памятью, имеющей дополнительный регистр памяти, содержащий географические координаты и оперативное наименования места установки устройства, резервным источником питания, представляющим собой аккумуляторную батарею с возможностью замены, подключенным к блоку питания и питающим микроконтроллер и радиоблок, отличающееся тем, что устройство непосредственно встраивается или устанавливается на корпус коммутационного аппарата, используя подключение к питающей сети с помощью контактного разъема, к микроконтроллеру дополнительно подключен блок реле, запитанный от блока питания и резервного источника питания, подающий команды клеммам управления коммутационным аппаратом, позволяющим производить, используя дополнительное оборудование, управление контактами коммутационного аппарата, и к независимым клеммам управления резерва, позволяющим произвести включение резервного источника или запуск генератора, а к аналого-цифровому преобразователю подключен дополнительный блок датчиков напряжения, снимающий параметры после контактов коммутационного аппарата, в энергонезависимой памяти содержится второй дополнительный регистр памяти, содержащий параметры работы блока реле в случае нештатной ситуации.

Описание изобретения к патенту

Настоящие изобретение относится к области электроизмерительной техники, управления коммутацией и сигнализации состояния трехфазной электрической сети, а именно, к многофункциональным многотарифным приборам учета электрической энергии, предназначенным для оперативного производства переключения электрической сети, технического учета электрической энергии, мощности и контроля за состоянием электрической сети в системах электроснабжения на энергетических объектах, с возможностью передачи информации по радиоканалу.

Известен ближайший аналог мобильное устройство мониторинга и сигнализации состояния электрической сети (RU 123169 G01R 11/25, G01R 22/00), которое содержит клеммную колодку, соединяющую блок питания и блок датчиков напряжения с зажимными устройствами, подключенными к питающей сети, микроконтроллер, подключенный через аналого-цифровой преобразователь к блоку датчиков напряжения и соединенный с интерфейсом RS-485, оптическим портом, резервным источником питания встроенных в микроконтроллер часов, светодиодным индикатором работы устройства, радиоблоком, соединенным с блоком мигания, энергонезависимой памятью, имеющей дополнительный регистр памяти, содержащий географические координаты и оперативное наименование места установки устройства, блоком питания, и резервным источником питания (аккумуляторная батарея с возможностью замены), связанным с микроконтроллером и радиоблоком, устройство дополнительно содержи) подключенные к аналого-цифровому преобразователю токовые клещи с механическими замками, снимающие параметры с питающей сети.

Недостатками устройства является отсутствие возможности непосредственно производить коммутацию в электрической сети, а так же большое количество соединительных проводов.

Наиболее близким но технической сущности является электросчетчик Энергомера CE303-S31-743-JAVQ (http://www.energomera.ru), состоящий из микроконтроллера, ЖК экрана, энергонезависимой памяти, блока кнопок управления, реле управления, интерфейса RS-485, клеммной колодки, а так же аналогово-цифрового преобразования, блока датчиков тока и напряжения.

Недостаток устройства заключается в том, что при необходимости управления электрической сетью свыше 100 A используются коммутационные аппараты (автоматические выключатели, магнитные пускатели/контакторы), расположенные в не корпуса электросчетчика, для чего используются дополнительные соединительные провода. Повлияв па эти провода или из-за неосторожного обращения с ними можно произвести ложное срабатывание устройства. Так же устройство теряет полную функциональность при отключении электросчетчика от электросети, отсутствует возможность производить самостоятельное аварийное восстановление электрической сети с сигнализацией произведенных коммутаций электрической сети с указанием точного места нештатной ситуации, дорогая конструкция.

Задачей данного патента является создание дешевого устройства. защищенного от внешнего влияния при производстве коммутаций, способного учитывать активную (кВт*ч) и реактивную (кВар*ч) энергию, отслеживать режимы работы электросети в реальном времени и при отклонении их от заданных величин, включая случаи отсутствия напряжения в контролируемой электросети, восстанавливать нормальное электроснабжение за счет включения резервного источника питания и сигнализировать об этом с указанием географических координат устройства.

Технический результат создание устройства, которое можно присоединить к коммутационному аппарату без внешних проводов, в отсутствии напряжения самостоятельно восстанавливать электроснабжение и сигнализировать о неполадках в электросетях но радио каналу с указанием географических координат места нештатной ситуации.

Технический результат достигается тем, что устройство, содержащее, блок питания и блоки датчиков напряжения и тока с питающей сетью, микроконтроллер, подключенный через аналого-цифровой преобразователь к блокам датчиков напряжения и тока и соединенный с интерфейсом RS-485, оптическим портом, резервным источником питания текущего времени встроенных в микроконтроллер часов и блоком питания, светодиодным индикатором работы устройства, блоком кнопок управления, радиоблоком, соединенным с блоком питания и поддерживающим, но не ограничивающимся стандартами передачи данных GSM, СDМА и IEE 802.11, энергонезависимой памятью, имеющей дополнительный регистр памяти, содержащий географические координаты и оперативное наименования места установки устройства, резервным источником питания, представляющего собой аккумуляторную батарею с возможностью замены, подключенным к блоку питания и питающим микроконтроллер и радиоблок, дополнительно снабжено подключенным к микроконтроллеру блоком реле, записанным от блока питания и резервного источника питания, и подключенного к клеммам управления коммутационным аппаратом позволяющего производить, используя дополнительное оборудование управление контактами коммутационного аппарата и к независимым клеммам управления резерва позволяющие произвести включение резерва или запуск генератора, а к аналого-цифровому преобразователю подключен дополнительный блок датчиков напряжения снимающий параметры после контактов комму рационного аппарата, в энергонезависимой памяти содержится второй дополнительный регистр памяти, содержащий параметры работы блока реле в случае нештатной ситуации.

Устройство непосредственно встраивается или устанавливается на корпус коммутационного аппарата используя подключение к питающей сети с помощью контактного разъема.

Такая минимальная конструкция позволяет без особых трудозатрат вмонтировать устройство внутрь или установить на корпус коммутационного аппарата, самостоятельно без участия диспетчера восстанавливать электроснабжение используя второй дополнительный регистр памяти и блок реле с независимыми выходами, (фиксировать параметры работы электросети в реальном времени и передавать полученную информацию с указанием географических координат но каналам радиосвязи диспетчеру за счет установленного радиомодуля и энергонезависимой памяти с дополнительным регистром памяти содержащего географические координаты, поддерживать работоспособность устройства при отключении питания за счет резервного источника питания (аккумуляторной батареи), а так же позволяет снизить стоимость изделия благодаря установке вместо жидкокристаллического дисплея светодиодного индикатора работы устройства.

По сравнению с прототипом заявляемая конструкция имеет отличительную особенность в совокупности элементов и их взаимном расположении.

Схема интеллектуального устройства управления коммутационными аппаратами электрической сети показана на фиг. 1. Устройство содержит блок датчиков тока 1 и напряжения 2, первичные обмотки которых подключены к питающей сети 3 через калеммный разъем 4, при этом первичная обмотка блока датчиков тока 2 подключена к питающей сети через измерительные транс4юрматоры тока 5, а вторичные обмотки соединены с аналого-цифровым преобразователем 6, который передает преобразованный сигнал микроконтроллеру 7, соединенному с энергонезависимой памятью 8 с дополнительным регистрами памяти 9 и 10, резервным источником питания текущего времени 11, блоком кнопок управления 12, оптическим портом 13, служащим для считывания информации и программирования параметров пользователя и интерфейсом RS-48514, который служит для внешней связи с микроконтроллером 7, а так же для подключения дополнительных устройств, не оснащенных радиомодулем, внешнего дисплея или подключения дополнительного исполнительного устройства. Питание микроконтроллера 7, блока реле 15 и радиоблока 16 обеспечивает Блок питания 17, основанный на понижающем трехфазном выпрямителе и стабилизаторе выходного напряжения. Микроконтроллер 7 дополнительно соединен со светодиодным индикатором работы 18, блоком реле 15 снабженного клеммами управления коммутационным аппаратом 19 которые, используя дополнительное оборудование (электропривод, электромагнитную катушку), производят управление контактами коммутационного аппарата 20 и независимыми клеммами управления резерва 21, радиоблоком 16, передающим информацию по каналам радиосвязи в стандартах GSМ, CDMA, IEE802.11 но не ограничивающийся ими, и резервным источником питания 22 для обеспечения автономного режима работы. К аналого-цифровому преобразователю дополнительно подключен второй блок датчиков напряжения 23 снимающий параметры после контактов коммутационного аппарата 20.

Работа интеллектуального устройства управления коммутационными аппаратами электрической сети осуществляется следующим образом:

Устройство, используя клеммный разъем 4, монтируется внутрь или устанавливается на корпус коммутационного аппарата.

Блоки датчиков напряжения 2 и 23 преобразовывают напряжение питающей сети 3 по каждой фазе в аналоговые сигналы пригодные для измерения, поступающие в аналого-цифровой преобразователь 6. Измерительные трансформаторы тока 5 преобразовывают ток питающей сети 3 до значения, удобного для измерения. Токовые сигналы по каждой фазе в Блоке датчиков тока 1, преобразуются с помощью токовых трансформаторов и резисторов в сигналы напряжения, поступающие па вход аналого-цифрового преобразователя 6. Аналого-цифровой преобразователь 6 передает сигналы тока и напряжения в питающей сети в цифровом виде па соответствующие входы микроконтроллера 7, который, в свою очередь, производит расчет среднеквадратичных значений токов и напряжений, полной, активной, реактивной мощностей и энергий, ведет накопление данных, поступающих па его вход, их тарификацию в соответствии с действующим тарифной программой и текущем временем, учет которого ведется во встроенных в микроконтроллер часах. Энергетические параметры электрической сети сохраняются в энергонезависимой памяти 8 в реальном времени, при этом дополнительный регистр памяти 9, после внесения изменений через оптический 13 порт или интерфейс RS-48514, содержит информацию о координатах места расположения (широта, долгота), и оперативного наименования места установки устройства ( № трансформаторной подстанции, № секции шин, оперативное название присоединения). Дополнительный регистр памяти 10 после внесения изменений через оптический 13 порт или интерфейс RS-48514, содержит команды управления блоком реле 15, которые задействуются микроконтроллером 7 в случае неполадок в электрической сети. Светодиодный индикатор 18 работы устройства преобразует, сигналы микроконтроллера в световые импульсы с частотой пропорциональной измеренной электроэнергии за единицу времени, показывает наличие всех трех фаз (А, В, С). Через заданные промежутки времени, но запросу диспетчера или автоматически в аварийном режиме (при питании от резервного источника питания 22) микроконтроллер 7 отправляет информацию через радиоблок 16 о расходе электроэнергии, параметры качества, состояния электрической сети отправляет географические координаты, оперативное наименование место установки устройства в случае возникновения нештатной ситуации но беспроводному каналу через радиоблок 16. Питание микроконтроллера 7, блока реле 15 и радиоблока 14 в штатном режиме осуществляется от блока питания 17, а в аварийном режиме от резервного источника питания 22.

При возникновении аварии в электрических сетях данные качества питающей сети 3 или ее отсутствия фиксируются блоком датчиков тока 1 и блоком датчиков напряжения 2 через аналого-цифровой преобразователь 6 передаются на микроконтроллер 7 который опрашивает дополнительный регистр памяти 10 и через блок реле 15, используя дополнительное оборудование (электропривод, электромагнитная катушка), подключенного к клеммам управления коммутационным аппаратом 19 производит отключение контактов коммутационного аппарата 20, после чего клеммы управления резерва 21 производят запуск генератора или включение резервного источника питания. После устранения аварии но истечении заданного времени устройство может перейти на нормальный режим работы, отключив при этом резервный источник питания, используя клеммы управления резервом 21 и включив основные контакты коммутационного аппарата 20 используя клеммы управления коммутационным аппаратом 19.

Для контроля работы переключений в коммутационном аппарате и включения резервного источника в устройстве предусмотрен второй блок датчиков напряжения 23 показатели сети, на который снимаются после контактов коммутационного аппарата 20.

Устройством можно управлять непосредственно в ручную используя блок кнопок управления 20 или с отдаленного рабочего места через радиоблок 16.

Преимуществом предлагаемого технического решения являются дешевизна конструкции, многофункциональность, возможность применения данного устройства в автоматизированных системах контроля и учета электроэнергии (АСКУЭ) и для производства автоматизированных коммутаций электрической сети.

Предлагаемое устройство может быть реализовано на базе многофункционального прибора учета фиксирующего число часов использования мощности.

Устройство может найти применение в сфере электроэнергетики, учета электроэнергии для оперативно-диспетчерского управления и скорого автоматического устранения аварий в электрических сетях.