CZ2002398A3 - Zařízení pro centralizované snižování spotřeby elektrické energie - Google Patents

Abstract

Zařízení pro centralizované snižování spotřeby elektrické energie, zejména pro osvětlení, které zahrnujejednu nebo více fází, kde v každé fázi zdroje napětí je zapojena přesytka jejíž pracovní vinutí (16)je zapojeno v sérii k zátěži (10) pro změnu napětí na zátěži. Pracovní vinutí (16)je upraveno na magnetickémjádru (18), jehož magnetické poleje řízené proudem, který prochází řídícím vinutím (20), které je rovněž navinuto na magnetickém jádru (18) aje určeno pro řízení proudu, procházejícího pracovním vinutím (16). V sérii s přesytkou je zapojen autotransformátor (22) opatřený více regulačními odbočkami pro regulování proudu. Autotransformátor (22)je připojen spínači (24), zejména relé aje napojen na ovládání logickou mikroprocesorovou jednotkou (26).

Description

Zařízení pro centralizované snižování spotřeby elektrické energie

Oblast techniky

Tento vynález pojednává zařízení pro centralizované snižování odběru elektrické energie, zvláště pro osvětleni.

Dosavadní stav techniky

Veřejné osvětlení, osvětlení silnic a nebo osvětlení, používaná pro velké průmyslové nebo sportovní oblasti zahrnuje potřebu schopnosti měnit intenzitu osvětlení podle v závislosti na skutečných požadavcích tak, aby bylo možné uskutečnit znatelnou úsporu elektrické energie a aby se prodloužila životnost lamp.

Bylo zjištěno, že intenzita osvětlení u veřejného osvětlení, která je požadovaná a nezbytně nutná v nočních hodinách, je po určité době nadbytečná a jestliže se nesníží, představuje nadbytečnou spotřebu elektrické energie. Navíc se v noční době, v důsledku snížení výrobních aktivit, zvyšuje napětí v síti nad jmenovité napětí a snižuje tak životnost lamp.

Známé systémy pro snižování intenzity světla veřejného osvětlení jsou obecně spojeny s užitím autotransformátorů pro změnu napětí na zátěži (lampě). U prvních známých provedení zahrnovalo primární vinutí autotransformátorů paralelní bočniky, kterými se, pomocí příslušně zapojených spínačů, napětí na zátěži diskrétně mění podle změn hodnot. Nevýhodou tohoto řešení je, že lampy jsou podrobeny řadě změn, které napadají její životnost. Druhé známé řešeni poskytuje průběžné změny elektrické energie, dodávané do lamp, nicméně použitím zařízení s pohyblivými a stíracími kontaktními uspořádáními, např. VARIAC, má sklon k opotřebovávání a úbytku a dalším typickým nevýhodám, spojených s pohyblivými částmi, které zahrnují periodické kontroly tak, aby bylo zjištěno opotřebení kluzných částí, které mají k opotřebení sklon, a rovněž patřičné vyrovnání pohyblivých částí.

- 2 ·· to · to to to toto·· • ····* ·· · • *··« ···· · · · * to· · · ♦ ··· to·· ··«· ·· · toto to···

Podstata vynálezu

Cílem současného vynálezu je poskytnutí zařízení pro snížení spotřeby elektrické energie, které by kombinovalo výhody obou výše uvedených uspořádání, a to zejména aby pracovalo diskrétním způsobem avšak aby bylo v důsledku přesné kalibrace intervenujících kroků, progresivně redukovat nebo zvyšovat elektrickou energii, dodávanou do lamp osvětlovacích zařízení bez náhlých změn napětí, a to jak při počátečním zapínání, tak i při konečném vypínání osvětlení, při udržení jednoduché a spolehlivé konstrukce, čímž by splňovala ekonomickou konstrukci a servis.

Dalším cílem tohoto vynálezu je poskytnout zařízeni pro snižování elektrické energie, které by bylo schopno být ovládáno na dálku.

Vynález poskytuje centralizované zařízeni pro snižování spotřeby elektrické energie, zejména pro osvětlení, které zahrnuje na každé fázi zdroje napájení vinutí, které je v sérii se zátěži, navinuté na magnetickém jádru, jímž proud, který je dodáván do zátěže, druhé vinuti navinuté také na uvedeném magnetickém jádru, kterým protéká řídící nebo kontrolní proud, prostředky pro změnu řídícího proudu kterými je ustanoven rozsah řízení řídícího proudu v sekundárním vinutí, zahrnující několika odbočkový autotransformátor, kde spojování odboček autotransformátoru je provedeno prostřednictvím relé, ovládaných logickou jednotkou.

Ve výhodném provedeni má zařízení logickou mikroprocesorovou jednotku zahrnující nejméně jeden komunikační port. Tento komunikační port je výhodné spojen s modemem pro modulování/demodulování komunikace s externím procesorem pro řízení vzdálených operačních funkcí obousměrnou komunikací se vzdáleným řídícím centrem.

Zařízení má podle výhodného provedeni modem je upraven pro komunikaci s mobilním telefonem SMS zprávami.

Ve výhodném provedení má zařízení logickou mikroprocesorovou jednotku napojenu na spínače a upravenu pro sepnutí vícenásobných odboček bez elektrického oblouku.

- 3 • ••to toto· ··«« to · · · · to · to · « · to · to to··· · · to · ·· · · · ·«» • toto ···· toto « n ···*

Zařízeni má podle dalšího výhodného provedení logickou mikroprocesorovou jednotku zahrnující prostředky pro postupný nárůst operací spínačů pro dosažení požadovaného nárůstu nebo snížení vzrůstu napětí, dodávaného na zátěž(10) a udržovat je stabilní v rámci nastavených hodnot i při proměnlivém vstupním napětí.

Logická mikroprocesorová jednotka je výhodně programovatelná.

Zařízení má podle dalšího výhodného provedení logickou mikroprocesorovou jednotku napojenu na převodníky pro získávání signálů z nich, přičemž převodníkem je např sonda osvětlení, mlhová sonda, sonda hustoty provozu, pro ovládání relé.

Zařízení podle ještě dalšího výhodného provedení obsahuje přemosťovací podobvod pro přemostění autotransformátoru uspořádaným pro vložení logickou mikroprocesorovou jednotkou.

Zařízení podle ještě jiného výhodného provedení má zapojovací odbočky autotransformátoru pohyblivé pro připojení zařízení na elektrické rozvodné zařízení s odlišnými hodnotami napětí.

V jednom výhodném provedení zařízení je spínač relé a zahrnuje sekci pro invertování výstupního napětí autotransformátoru před jeho přidáním k pevné redukci vstupního napětí, kde napětí na řídícím vinutí je měnitelné vzhledem k vstupnímu napětí zařízení v rozmezí od redukce rovné součtu této pevné redukce a záporného maximálního výstupního napětí autotransformátoru, až do zvětšení rovné rozdílu mezi kladným maximálním výstupním napětím autotransformátoru a pevnou redukcí.

V jiném výhodném provedení zařízení je spínač relé a zahrnuje sekci pro invertování výstupního napětí autotransformátoru před jeho přidáním k pevné redukci vstupního napětí, kde napětí na řídícím vinutí je měnitelné vzhledem k vstupnímu napětí zařízení v rozmezí od redukce rovné součtu této pevné redukce a záporného maximálního výstupního napětí autotransformátoru, až do zvětšení rovné rozdílu mezi kladným maximálním výstupním napětím « · · · • *·«·♦ · · · « · · «·····« * · • · · 9 9 ··· »·· ···· · « ·· ··«·

- 4 autotransformátoru a pevnou redukcí napětí, přičemž pevná redukce napětí byla vytvořena v přemosfovacím podobvodu autotransformátoru.

Přehled obrázků na výkresech

Charakteristiky, předmět a výhody tohoto vynálezu budou zřejmé z následujícího popisu a z připojených výkresů, popisujících příklad provedení, který však není zamýšlen jako omezující. Ekvivalentní části jsou i na jednotlivých obrázcích označeny stejnými vztahovými značkami.

Obr. 1 je schematické znázornění osvětlovacího systému se zařízením pro centralizované snižování odběru, na kterém je aplikován tento vynález,

Obr. 2 schematické znázornění zapojení relé z obr. 1, a

Obr. 3 je schematické znázornění řídícího obvodu zařízení z obr. 1.

Přiklad provedení vynálezu

Na obr. 1 je představen osvětlovací systém, představovaný žárovkou 10, napájený jednofázovým střídavým proudem, který je odebírán mezí fází 12. třífázového proudového obvodu a nulovou fází 14 tohoto obvodu.

V sérii se zátěží 10 je uspořádáno vinutí 16, jehož impedance ovlivňuje napětí, poskytované zátěži. Vinutí 16 je navinuto na magnetickém jádru 18, druhé vinutí nebo řídící vinutí 20 je na něm rovněž navinuto.

Nastavení elektrické energie dodávané do zátěže 10 je založeno na nastavování impedance vinutí 16 jako funkce proudu, procházejícího řídícím vinutím 20. Ve skutečnosti impedance vinutí 16 bude nula, když jádro 18 dosáhne magnetické saturace pomocí řídicího vinutí 20, kde tato situace vyvstane tehdy, když určitý řídicí proud bude procházet řídícím vinutím 20, právě odpovídajícím magnetické saturaci jádra. V této situaci bude pokles napětí napřič vinutím 16. nula. Pro nižší hodnoty řídícího proudu směrem k nule se saturace magnetického jádra 18 odpovídajícím způsobem snižuje a impedance vinutí 16 se odpovídajícím

9 9 9 9 9

9 · 9 · 99 9

9 99 999*9 99 9 ·

999 990

99* 9999 *9 · 9* 9999

- 5 způsobem zvyšuje, až k maximální hodnotě, která odpovídá maximálnímu poklesu napětí napojenému na zátěž.

Podle tohoto vynálezu je řídící proud dodáván do řídícího vinutí 20 prostřednictvím autotransformátoru 22, který má vícenásobné regulační odbočky, vedoucí k reléové řídící desce 24. Příslušnou kombinací otevřených a zavřených poloh jednotlivých relé na řídící desce 24 je možné provést změnu magnetizačního proudu, procházejícího řídícím vinutím 20 a tím provést snížení nebo zvýšení napětí, dodávaného na zátěž 10, oproti jmenovité hodnotě sítě. To je rovněž opatřeno přemosťovacím podobvodem, takže v případě poruchy spínacích relé nebo při intervenci vnitřních ochran, systém automaticky nastaví na premosťovací polohu, aniž by byly zapotřebí externí přepínací prvky.

Je zřejmé, že řídící deska 24 může také ovládat výkonové obvody v pevné fázi namísto relé.

U vícefázových uspořádání, které zde není již tak detailně popsáno, protože se v podstatě sestává z aplikace identického zařízení mezi každou z jednotlivých fází a nulovou fází, může být dosaženo premosťovací polohy pouze jednou fází, zatímco ostatní budou pracovat normálním způsobem podle toho, jak to byly naprogramovány dále popsaným způsobem. Fáze, která byla přemostěna, udržuje v každém případě pevné snížení o 25V tak, aby bylo zabráněno, že i při té nejméně nevýhodné situaci, napětí na lampě nepřesáhne nominální napětí lampy. Tímto způsobem pracuje zařízení logikou „bezpečného selhání“.

Dalším zvláštním aspektem zařízení podle vynálezu je možnost, aby prostřednictvím odboček autotransformátoru 22, bylo vsunuto do uspořádání dodávek elektrické energie s odlišnými jmenovitými napětími, např. 277-220-208120 V a s frekvencí 50/60 Hz jednoduchým vnitřním zapojením.

Výhody zařízeni podle vynálezu je několik:

digitální komunikace snížená disipační energie nízká potřeba servisu «44 9 · 9 · 4 4 4

4 4 4 4 4449 9 4 4 4

994 444

444 4444 44 4 44 ««44

- 6 velmi krátká doba reakce tolerance výstupních napětí je definovatelná jako funkce počtu kódových přepínacích prvků nemá žádné harmonické zkreslení.

Funkční řízení přepínacích relé řídící desky 24 je provedeno mikroprocesorovou jednotkou 26, která reaguje na vnější situace přijaté vhodnými signálními převodníky, např. sondou 52 svítivosti na obr. 3, fotoelektrickým článkem, mlhovou sondou nebo sondou dopravy apod.

Obr. 2 schematicky ukazuje výhodné provedení řídící desky 24, umožňující snížit počet odboček autotransformátoru 22 potřebných pro pokrytí pole použití. Tato řídící deska 24 zahrnuje spínací sekci 242, která výhodně pracuje bez vytváření elektrického oblouku, a sekce 244 pro invertování napětí na řídícím vinutí 20. Tak může být pevné napěťové snížení o 25 V, které je také používáno pro výše popsanou přemosťovací funkci, přidáno nebo odečteno od změn, které se obdrží prostřednictvím odboček autotransformátoru 22, např. nejvýše 45 V. Následně se operativní napěťový výstup regulátoru mění v rozmezí od +20 V do 70V vzhledem k vstupnímu napětí.

Uvedená mikroprocesorová jednotka 26 také zahrnuje prostředky pro vystupňování funkce autotransformátoru 22 pro určení takových vhodných nárůstů nebo snížených vzestupů napětí, dodávaného na zátěž 10, že druhé zmíněné je chráněno před příliš náhlými změnami napětí. Stejné prostředky jsou používány pro udržení stabilního výstupního napětí při proměnlivém vstupním napětí.

Navíc mohou být výhodně použity takové prostředky pro nulování operačního programu celého systému, takže v případě výpadku elektrického proudu začne systém znovu od situace, vztahující se k prvnímu zapnutí lampy, které působí s příslušným stupňováním podle toho, jaká je polohy převodníku.

Blokový diagram kontrolní části zařízení podle vynálezu je zobrazeno na obr. 3, kde jsou zobrazeny různé moduly, mikroprocesorová jednotka 26, paměť 28 s náhodným přístupem typu RAM, paměť 30 pouze pro čtení typu ROM, nulovatelná programovatelná paměť 32 typu EPROM, hodiny/kalendář 34, * * * * t * * * * *

- 7 * * * * * · t * ***** • » * komunikační port 36. modem 38, druhý komunikační port 40, zejména pro připojení k rozšiřovacím modulům pro vícefázová provedení, displej 42, vstupní datovou jednotku 44. analogovou převodní jednotku 52, např. s 4/20 mA výstupem, jednou nebo více sběrnicí spojených řídících desek 24, vstup 46 pro zvyšující se napětí, vstup 48 pro snižující se napětí a vstup 50 proudu ve vedení.

Prostřednictvím datové vstupní jednotky 44 je paměť 28 počítače, připojeného na komunikační port 36 nebo pomocí modemu 38, naprogramována na uživatelsky upravené operační cykly s ohledem na standardní operační cykly, založené na hodinách/kalendáři 34 a je postupně ovládána mikroprocesorem 26. Zejména je možné, aby pomocí modulátoru/demodulátoru modemem 38 vykonával řídící funkce tím, že se zařízení podle vynálezu uspořádá do obousměrné komunikace se vzdáleným řídícím centrem, kterému zařízení podle vynálezu může dodávat historické informace, týkající se napětí, proudu a fází, které jsou uchovávány např. v paměti 32 EPROM.

Zařízení podle vynálezu je schopno zahrnout takové vzdálené řídící pracoviště v případě poplachu.

Vzdálené řídící pracoviště bude, je-li na řadě, schopno komunikovat s se zařízením podle vynálezu tak, aby bylo možno upravovat jeho parametry a operační cykly.

Displej 42 může být např. typu LCD se schopností zobrazovat nárůst napětí a snížení napětí regulátorem, kde proud je odebírán zátěží, aktivní energetické a měsíční statistické informace jako např. počet hodin provozních vedení nebo přemostění, počet vykonaných napěťových kroků apod.

Jako komunikační port 36 je výhodně zvolen port typu RS-232pro spojení s modemem nebo s osobním počítačem. Tento osobní počítač, který by mohl nebo nemusel odpovídat vzdálenému řídícímu centru, může vykonávat po té měření napětí a proudu.

« · 4 4 4 «

4 4 4 4 4 44 4 « 4 44 4 4444 44 4 4

44« 444 • 4« 44*4 *4 > «· 444*

- 8 Ve zvláště výhodném provedeni je modem 38 schopen zajistit komunikaci s telefonní mobilní sítí, jak je např. provedeno GSM modemem, tak aby bylo možné volat operátory také prostřednictvím SMS zpráv.

Je zřejmé, že popsané zařízení může obsáhnout různé úpravy, adaptace, integrace, změny, nebo i náhrady,které je zamýšleno jen jako ilustrativní v nijak neomezujícím smyslu, aniž by se nějak vzdálilo od rozsahu ochrany dále uvedených nároků.

Průmyslové využiti

Vynález je využitelný zejména pro veřejná osvětlení, osvětlení silnic apod., kde je možné měnit napětí v popsaném smyslu.

Claims (12)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Zařízení pro centralizované snižování spotřeby elektrické energie, zejména pro osvětlení, které zahrnuje jednu nebo více fází, obsahující autotransformátor, vyznačující se t í m, že v každé fázi zdroje napětí je upraveno vinutí (16), které je v sérii k zátěži (10) pro změnu napětí na zátěži, vinutí (16) je upraveno na magnetickém jádru (18), které má magnetické pole řízené proudem, který jím prochází, druhé řídící vinutí, které je rovněž navinuto na magnetickém jádru (18) pro řízení proudu, procházejícího magnetickým jádrem (18), autotransformátor (22) je opatřen více regulačními odbočkami pro regulování proudu, tento autotransformátor (22) je připojen spínači (24) , zejména relé s je napojen na ovládání logickou mikroprocesorovou jednotkou (26),
2. 2. Zařízení podle nároku 1, vyznačující se tím, že logická mikroprocesorová jednotka (28) zahrnuje nejméně jeden komunikační port (36).
3. 3. Zařízení podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že komunikační port (36) je spojen s modemem (38) pro modulování/demodulováni komunikace s externím procesorem pro řízení vzdálených operačních funkcí obousměrnou komunikací se vzdáleným řídícím centrem.
4. 4. Zařízení podle alespoň jednoho z nároků 1 až 3, v y z n a č u j í c í se tím, že modem (38) je upraven pro komunikaci s mobilním telefonem SMS zprávami.
5. 5. Zřízení podle nároku 1, vyznačující se tím, že logická mikroprocesorová jednotka (26) je napojena na spínače (24) a je upravena pro sepnutí vícenásobných odboček bez elektrického oblouku.
6. 6. Zařízení podle nároku 1, vyznačující se tím, že logická mikroprocesorová jednotka (26) zahrnuje prostředky pro postupný nárůst operací spínačů (24) pro dosažení požadovaného nárůstu nebo sníženi vzrůstu napětí, dodávaného na zátěž(10) a udržovat je stabilní v rámci nastavených hodnot i při proměnlivém vstupním napětí.

   • fa 4 fa fafafa fafafafa fa fa · · · fa fafa fa • fafafafa fafafafa fafafa fa ·· fafafa fafafa >·> ·»·* ·« fa fafa fafafafa

   - 10
7. 7. Zařízení podle nároku 1, vyznačující se tím, že logická mikroprocesorová jednotka (26) je programovatelná.
8. 8. Zařízení podle nároku 1, vyznačující se tím, že logická mikroprocesorová jednotka (26) je napojena na převodníky pro získávání signálů z nich, přičemž převodníkem je např. sonda (52) osvětlení, mlhová sonda, sonda hustoty provozu, pro ovládání relé (24).
9. 9. Zařízeni podle nároku 1, vyznačující se tím, že obsahuje přemosťovací podobvod pro přemostění autotransformátoru (22) uspořádaným pro vložení logickou mikroprocesorovou jednotkou (26).
10. 10. Zařízení podle nároku 1, v y z n a č u j i c í se t í m, že zapojovací odbočky autotransformátoru (22) jsou pohyblivé pro připojení zařízení na elektrické rozvodné zařízení s odlišnými hodnotami napětí.
11. 11. Zařízení podle nároku 1,vyznačující se tím, že spínač (24) je relé a zahrnuje sekci (244) pro invertování výstupního napětí autotransformátoru (22) před jeho přidáním k pevné redukci vstupního napětí, kde napětí na řídícím vinutí (20) je měnitelné vzhledem k vstupnímu napětí zařízení v rozmezí od redukce rovné součtu této pevné redukce a záporného maximálního výstupního napětí autotransformátoru (22) , až do zvětšeni rovné rozdílu mezi kladným maximálním výstupním napětím autotransformátoru (22) a pevnou redukcí.
12. 12. Zařízení podle nároku 9, vyznačující se tím, že spínač (24) je relé a zahrnuje sekci (244) pro invertování výstupního napětí autotransformátoru (22) před jeho přidáním k pevné redukci vstupního napětí, kde napětí na řídícím vinutí (20) je měnitelné vzhledem k vstupnímu napětí zařízení v rozmezí od redukce rovné součtu této pevné redukce a záporného maximálního výstupního napětí autotransformátoru (22) , až do zvětšení rovné rozdílu mezi kladným maximálním výstupním napětím autotransformátoru (22) a pevnou redukci napětí, přičemž pevná redukce napětí byla vytvořena v přemosťovacím podobvodu autotransformátoru (22).