Трифазна система для рівномірного розподілення електричного навантаження в трифазній мережі розподілення електроенергії

1 Трифазна система для рівномірного розподілення елеісгричного навантаження, наявного на множині відгалужених кіл, в трифазній мережі розподілення електроенергії, що має першу, другу і третю фази, яка включає в себе щонайменше один автоматичний вимикач енергосистеми, підключений до зазначеної трифазної мережі розподілення електроенергії, множину автоматичних вимикачів відгалужених кіл, кожний із яких підключений до одного з множини відгалужених кіл, яка відрізняється тим, що вона також включає в себе перший, другий та третій датчики струму, підключені, ВІДПОВІДНО, до зазначених першої, другої та третьої фаз мережі розподілення електроенергії, причому зазначені перший, другий та третій датчики струму виконані з можливістю вимірювання електричних струмів, що протікають через, ВІДПОВІДНО, зазначені першу, другу та третю фази, множину перемикачів, кожний з яких підключений до одного з зазначеної множини відгалужених кіл, причому кожний з зазначеної множини перемикачів виконаний з можливістю підключення будь-якої з зазначених першої, другої або третьої фаз до одного з зазначеної множини відгалужених кіл, множину датчиків струму для вимірювання електричних струмів, що протікають через кожне з зазначеної множини відгалужених кіл, причому кожний з зазначених датчиків струму є підключеним до одного з зазначеної множини відгалужених кіл, та процесор для керування зазначеною множиною перемикачів, так що електричні струми, що протікають через кожну з зазначених першої, другої та третьої фаз, не перевищують певне заздалегідь задане порогове значення, причому зазначений процесор є підключеним до зазначених першого, другого та третього датчиків струму, до зазначеної множини перемикачів і до зазначеної множини датчиків струму Цей винахід стосується способу рівномірного розподілення електричного навантаження у трифазній мережі розподілення електроенергії і пристрою для цього Зараз багато житлових будинків та комерційних закладів приймають на своїх входах усі три фази у трифазній мережі розподілення електроенергії, що пропонують енергетичні компанії або компанм-виробники електроенергії У типових трифазних розподільних системах кожна фаза живить одне або декілька відгалужених кіл Визначання, яке відгалужене коло або кола треба підключити до якої із трьох вхідних фаз, звичайно відбуваєть ся під час проектування або спорудження будівлі, і його важко змінити після завершення будівництва Наприклад, у житловій споруді різні відгалужені кола можуть живити електрикою кухні, вггальні, відпочивальні і т ш У комерційному закладі різні відгалужені кола можуть живити машинне обладнання, офісні приміщення і т ш Часто стає проблема рівномірного розподілення електроенергії, що надається енергетичною компанією, між трьома вхідними фазами для живлення усіх відгалужених кіл Нерідко через певний час розподіл навантаження у будівлі змінюється, і інколи - радикально Деякі відгалужені кола стають більш навантаженими, а Зоя 2 Система за п 1, яка відрізняється тим, що кожний із зазначеної множини перемикачів має щонайменше один напівпровідниковий перемикач 3 Система за п 1, яка відрізняється тим, що кожний із зазначеної множини перемикачів виконаний з можливістю електричного від'єднання відповідної однієї з зазначених першої, другої та третьої фаз від зазначеної множини відгалужених кіл о О ГО 43410 ІНШІ - навпаки, через, наприклад, переміщення машин до місцерозташування робітників, або підключення або переміщення в домі обладнання з високим споживанням електроенергії (наприклад, холодильника, електричної печі, мікрохвильової печі і т п ) Таким чином, навантаження на кожній з трьох вхідних фаз буде змінюватися при ЗМІНІ навантаження на відгалужених колах Трифазна мережа, яка первісно була рівномірно збалансованою, може стати розбалансованою через деякий час Одне рішення цієї проблеми - змінювання належності кожного відгалуженого кола до тієї чи іншої вхідної фази, щоб досягти однакового навантаження усіх трьох фаз, шляхом фізичного перепідключення кожного відгалуженого кола Недоліком такого рішення є те, що воно потенційно потребує переключення електричних шаф та розподільних панелей у кожному випадку розбалансування трьох фаз, що може відбуватися часто, це буде економічно неефективним Другий недолік полягає в тому, що перепідключення, звичайно, вимагає переривати енергопостачання, що утворює потенційні проблеми для споживачів Крім того, таке рішення пропонує лише загальний механізм збалансовування навантаження між трьома вхідними фазами Воно не забезпечує регулярного відстежування споживання енергії на кожній фазі та відгалуженому колі Кожної години і навіть кожної хвилини в електричному навантаженні відбуваються зміни, які можуть бути достатньо великими, щоб викликати значне розбалансування трьох вхідних фаз, і які минають непоміченими та процесор для керування зазначеною множиною перемикачів, так що електричні струми, що протікають через кожну з зазначених першої, другої та третьої фаз, не перевищують певне заздалегідь задане порогове значення, причому зазначений процесор є підключеним до зазначених першого, другого та третього датчиків струму, до зазначеної множини перемикачів і до зазначеної множини датчиків струму Винахід в цьому тексті описаний з використанням виключно ілюстративного прикладу, з посиланням на супровідні креслення, на яких фіг 1 - це функціональна схема одного з варіантів втілення даного винаходу, та фіг 2 - це функціональна схема ще одного з варіантів втілення даного винаходу Принципи та дія даного винаходу можна краще зрозуміти із посиланням на креслення та наведений нижче опис Функціональна схема пристрою 10, що втілює даний винахід, зображена на фіг 1 Трифазна електроенергія, представлена як Ф1, Ф2, ФЗ, постачається енергетичною компанією Фази Ф1, Ф2, ФЗ захищені від надструмів автоматичним вимикачем 14 енергосистеми Вихід вимикача 14 є абонентським входом житлової або комерційної будівлі Датчики струму 16, 18, 20 вимірюють струм, що Даний винахід пропонує спосіб рівномірного розподілення електричного навантаження між усіма трьома фазами трифазної мережі розподілення електроенергії, що долає недоліки попередніх рішень, та пристрій для цього Даним винаходом пропонується трифазна система розподілення навантаження для рівномірного розподілення електричного навантаження, наявного на множині відгалужених кіл, в трифазній мережі розподілення електроенергії, яка має першу, другу і третю фази, яка включає в себе щонайменше один автоматичний вимикач енергосистеми, підключений до зазначеної трифазної мережі розподілення електроенергії, множину автоматичних вимикачів відгалужених кіл, кожний із яких підключений до одного з множини відгалужених кіл, перший, другий та третій датчики струму, підключені, ВІДПОВІДНО, до зазначених першої, другої та третьої фаз мережі розподілення електроенергії, причому зазначені перший, другий та третій датчики струму виконані з можливістю вимірювання електричних струмів, що протікають через, ВІДПОВІДНО, зазначені першу, другу та третю фази, множину перемикачів, кожний з яких підключений до одного з зазначеної множини відгалужених кіл, причому кожний з зазначеної множини перемикачів виконаний з можливістю підключення будь-якої з зазначених першої, другої або третьої фаз до одного з зазначеної множини відгалужених кіл, множину датчиків струму для вимірювання електричних струмів, що протікають через кожне з зазначеної множини відгалужених кіл, причому кожний з зазначених датчиків струму є підключеним до одного з зазначеної множини відгалужених кіл, Кожний з виходів трьох фаз з вимикача 14 підключений до входів групи багатополюсних перемикачів 22, 24, 26, 28, ЗО Кожний перемикач має чотири вхідних виводи Три виводи кожного перемикача призначені для кожної з трьох вхідних фаз Додатковий четвертий вивід не має клеми для з'єднання (тобто він не підключений нікуди) Виходи перемикачів 22, 24, 26, 28, ЗО підключені, ВІДПОВІДНО, до входів групи вимикачів 32, 34, 36, 38, 40 відгалужених кіл Керівні сигнали CONT1, CONT2, CONT3, CONT4, CONT5, які надходять від процесора 12, визначають стан перемикачів 22, 24, 26, 28, ЗО, ВІДПОВІДНО Виходи вимикачів 32, 34, 36, 38, 40 відгалужених кіл проходять через ряд датчиків струму 42, 44, 46, 48, 50, ВІДПОВІДНО, перед тим, як надати електроенергію у кожне з п'яти відгалужених кіл Кожне з п'яти відгалужених кіл має асоційовану з ним нейтральну ЛІНІЮ N Струми, які вимірюють датчики 42, 44, 46, 48, 50 струму, контролюються процесором 12 тече по фазах Ф1, Ф2, ФЗ, ВІДПОВІДНО ВИХОДИ дат чиків струму 16, 18, 20 контролюються процесором 12 Процесор 12 може бути будь-яким зручним обчислювальним пристроєм, таким як мікропроцесор, мікроконтролер, персональний комп'ютер і Т ІН Основні ДМ В пристрої 10 здійснюють багатополюсні перемикачі 22, 24, 26, 28, ЗО У пристрої 10 кожне відгалужене коло, що має бути охоплено системою, має асоційовані з ним перемикач, вимикач відгалуженого кола та датчик струму Зображене на фіг 1 є системою збалансовування навантаження, що охоплює п'ять відгалужених кіл Проте даний винахід може бути легко адаптований до того, щоб охопити будь-яку КІЛЬКІСТЬ відгалужених кіл, простим введенням достатньої КІЛЬКОСТІ компонентів Процесор 12 періодично отримує ВИХІДНІ сигнали датчиків 16, 18, 20 струму, які вимірюють струм, що тече у кожній із фаз, що постачають три 43410 фазну енергію Процесор 12 також контролює ВИХІДНІ сигнали датчиків 42, 44, 46, 48, 50 струму, які вимірюють струми у кожному з відгалужених кіл Час між послідовними прийомами даних від датчиків струму має порядок мілісекунд або десятків мілісекунд, і регулюється програмним забезпеченням, що керує процесором 12 Дані, зібрані протягом кожного циклу збору даних, не відкидаються негайно Певна кінцева КІЛЬКІСТЬ останніх наборів зібраних даних утримується у пам'яті, яка може бути або внутрішньою, або зовнішньою відносно процесора 12 Процесор 12 ВІДПОВІДНО запрограмовано на періодичне збирання даних від усіх датчиків струму, щоб він був здатний відстежувати навантаження кожної із фаз підведеної трифазної енергії та кожного відгалуженого кола Коли виміряне значення струму будь-якої однієї фази перевищує певний заданий відсоток (наприклад, 90%) верхнього граничного значення струму, процесор 12 скеровує перемикачі 22, 24, 26, 28, ЗО таким чином, щоб повне навантаження було практично порівну розподілене між трьома вхідними фазами Оскільки навантаження кожного відгалуженого кола є відомим, процесор 12 може перерозподіляти навантаження відгалужень так, щоб навантаження кожної фази було приблизно однаковим Як тільки визначені нові установки перемикачів, процесор 12 подає команди змінювання конфігурації перемикачів по ЛІНІЯХ керування CONT1, CONT2, CONT3, CONT4, CONT5 перемикачам 22, 24, 26, 28, ЗО, ВІДПОВІДНО При функціонуванні пристрою 10 є можливою ситуація, при якій навантаження на одному з відгалужених кіл збільшується до рівня, що перевищує максимально дозволений для відгалуження рівень струму У ВІДПОВІДЬ на виникнення такого перевантаження по струму процесор 12 може скерувати ВІДПОВІДНИЙ даному відгалуженому колу перемикач так, щоб він перейшов у стан роз'єднання У цьому стані дане відгалужене коло є електрично від'єднаним від усіх трьох вхідних фаз Додатково до захисту від перевантаження, що його забезпечує процесор 12, звичайні вимикачі 32, 34, 36, 38, 40 відгалужених кіл також забезпечують захист від надструмів для кожного відгалуженого кола Пристрій 10 також здатний забезпечити функцію, яку звичайні автоматичні вимикачі на сьогодні забезпечити не можуть Процесор 12 може бути легко запрограмований на передбачання ситуацій потенціального перенавантаження, до того, як вони виникнуть, шляхом відстежування швидкості підвищення рівня струму, що споживає кожне відгалужене коло або кожна вхідна фаза Таким чином, є можливим передбачати та запобігати збої в енергопостачанні, обумовлені перевищенням граничних значень рівня струму, до того, як вони виникають Перемикачі 22, 24, 26, 28, ЗО можуть використовувати реле або напівпровідникові перемикачі (такі як тиристори, кремнієві керовані вентилі і т ш ) як свої основні перемикальні елементи Кожний перемикач декодує свій ВІДПОВІДНИЙ сигнал керування, отримуваний від процесора 12, і або з'єднує свій вихід з однією з трьох вхідних фаз, або зовсім від'єднує свій вихід від усіх трьох фаз Перемикачі 22, 24, 26, 28, ЗО можуть перемикати свої ВИХІДНІ клеми на будь-яку із трьох вхідних фаз нас тільки швидко, що пристрої або обладнання, підключені до їхніх ВІДПОВІДНИХ відгалужених кіл, не відчують скільки-небудь помітної перерви у постачанні електроенергії, і, отже, не зазнають шкідливого впливу Процесор 12 живиться від Ф1 та нейтральної лінії вхідної трифазної електроенергії, проте процесор 12 може живитися від будь-якої зтрьох вхідних фаз Граничне значення максимального струму може бути введене у процесор 12 будь-яким з численних шляхів, добре відомих фахівцям у цій галузі Наприклад, дані, що репрезентують граничне значення максимального струму можуть бути жорстко закодовані у постійному запам'ятовувальному пристрої, можуть надаватися положеннями DIP-мікроперемикачів, ЗОВНІШНІМ обчислювальним пристроєм і т ш Другий приклад втілення даного винаходу, зображений на фіг 2, здійснює рівномірне розподілення навантаження між усіма фазами трифазної мережі розподілення електроенергії Кожна з фаз Ф1, Ф2, ФЗ трифазної мережі розподілення електроенергії підключена до входу схеми 52 підсумовування електроенергії Схема 52 підсумовування приймає кожну вхідну фазу, об'єднує їхні струми та потужності і згодом формує один сумарний вихідний сигнал Вихід від схеми 52 підсумовування - однофазна електрична напруга змінного струму, що має струмову спроможність приблизно однакову із сумою струмових спроможностей трьох вхідних фаз Вихід схеми 52 підсумовування з'єднаний із входом випрямляча 54 Випрямляч 54 випрямляє вихідну напругу змінного струму схеми 52 підсумовування у напругу суттєвою мірою постійного струму Струмова спроможність випрямляча 54 повинна бути достатньою для того, щоб нести загальний струм, необхідний усім відгалуженим колам, що їх охоплює пристрій 10 Вихід випрямляча 54 є підключений до входу генератора 56 змінного струму Генератор 56 змінного струму виробляє однофазну напругу змінного струму із напруги постійного струму, що є на виході випрямляча 54 ВІДПОВІДНІ значення напруги та частоти (наприклад, 120 В, 60 Гц для Сполучених Штатів Америки) генеруються для тієї конкретної місцевості, де має використовуватися пристрій 10 Вихід генератора 56 змінного струму підключений до входу вимикачів 32, 34, 36, 38, 40 відгалужених кіл, охоплених пристроєм 10 Відгалужені кола отримують електроенергію з виходів вимикачів 32, 34, 36, 38, 40 відгалужених кіл Хоч на фіг 2 зображені п'ять відгалужених кіл, пристроєм 10 може обслуговуватися будь-яка КІЛЬКІСТЬ відгалужень, за умови, що використані компоненти відповідають ВІДПОВІДНИМ вимогам по номінальному струму для об'єднаного навантаження усіх відгалужених кіл Фактичне розподілення навантаження у пристрої 10 відбувається у схемі 52 підсумовування Незалежно від того, як збільшується чи зменшується навантаження на кожному відгалуженому колі, навантаження автоматично розподілюється рівномірно між всіма трьома вхідними фазами Наприклад, якщо навантаження на одній або декількох відгалуженнях збільшується на 30%, відпо 43410 відне навантаження на кожній із вхідних фаз збільшується на 10% Оскільки усі ВХІДНІ фази можуть бути представлені еквівалентними низькоімпедансними джерелами струму, однаковими між собою, у разі збільшення навантаження схеми 52 підсумовування на 30% це збільшення рівномірно розподілюватиметься між трьома вхідними фазами Перевагою цього другого варіанту втілення у порівнянні з першим є його менша складність, про те, можливо, він буде більш дорогим, оскільки у схемі 52 підсумовування, випрямлячі 54 та у генераторі 56 змінного струму мають бути використані дорогі компоненти, які здатні витримувати високі рівні струму Хоч винахід є описаний з посиланням на обмежену КІЛЬКІСТЬ варіантів втілення, зрозуміло, що можуть бути здійснені численні варіанти, модифікації та ІНШІ застосування даного винаходу 10 42 \ 14 16 ВИМИКАЧ ВІДГАЛУЖЕНОГО КОЛА 24 АВТОМАТИЧНИЙ ВИМИКАЧ ЕНЕРГОСИСТЕМИ 18 20 36 46 ВЩГАЯУЖЕНВ " ШЛО З ВИМИКАЧ ВІДГАЛУЖЕНОГО КОЛА ПЕРЕМИ КАЧ 28 48 38 ВИМИКАЧ ВІДГАЛУЖЕНОГО КОЛА ПЕРЕМИКАЧ ЗО 12 ВІДГАЛУЖЕНЕ КОЛО-2 34 ПЕРЕМИ КАЧ 26 ВІДГАЛУЖЕНЕ -КОЛО-1 ВИМИКАЧ ВЩГАЯУ ЖЕНОГО КОЛА ПЕРЕМИКАЧ ПЕРЕМИ КАЧ ПРОЦЕСОР ВЕРХНЄ ГРАНИЧНЕ. ЗНАЧЕННЯ СТРУМУ ФІГ. 1 Л ВІДГАЛУЖЕНЕ " К.ОЛО-4 50 40 ВИМИКАЧ ВЩГАЯУ ЖЕНОГО КОЛА ВІДГАЛУЖЕНЕ "КОЛО-5 43410 ВІДГАЛУЖЕНЕ КОЛО-1 52 Фі Ф2 Фз СХБМА ПЩСУМОІВУВАННЯ ВІДГАЛУЖЕНЕ КОЛО-2 54 ВИПРЯМЛЯЧ ГЕНЕРАТОР змінного СТРУМУ ВЩГАЛУЖЕНЕ КОЛО-3 NВІДГАЛУЖЕНЕ КОЛО-4 ВІДГАЛУЖЕНЕ КОЛО-5 N Фіг. 2 Тираж 50 екз Відкрите акціонерне товариство «Патент» Україна, 88000, м Ужгород, вул Гагаріна, 101 (03122) 3-72-89 (03122) 2-57-03