CZ369897A3 - Zařízení a způsob rovnoměrného rozdělování třífázového elektrického zatížení - Google Patents

Description

(57) Anotace:

Zařízení pro rovnoměrné rozdělování třífázového elektrického zatížení, existujícího na odbočných obvodech /1-5/, na třífázovou rozvodnou síť obsahuje první čidlo /16/ proudu, druhé čidlo /18/ proudu a třetí čidlo /20/ proudu připojené k první, druhé a třetí fázi / Ůl, Ů2, Ů3/ rozvodné sítě třífázového elektrického proudu, a určené pro měření průtoku elektrického proudu první, druhou a třetí fází / Ůl, Ů2, Ů3/, dále přepínače /2230/, z nichž každý je připojen k jednomu z odbočných obvodů /1-5/ a je určen pro připojení jedné z fází / Ůl, Ů2, Ů3/ k jednomu odbočnému obvodu /1-5/, čidla /16-20, 42-50/ proudu pro měření průtoku elektrického proudu každým odbočným obvodem /1-5/. Každé čidlo /16-20, 42-50/ proudu je připojeno k jednomu odbočnému obvodu /1-5/, a procesor /12/ pro ovládání přepínačů /2230/ tak, že průtok elektrického proudu každou z fází / Ůl, Ů2, Ů3/ nepřekročí předem stanovenou prahovou hodnotu, přičemž procesor /12/ je připojen k prvnímu, druhému a třetímu čidlu /16, 18, 20/ proudu, k přepínačům /22-30/ a k čidlům /42-50/ proudu. Při

• · · · • · · · • ··· · · · · · ··· • · · · · · · ···· · ··· · · ······· · · · ·· ·· · · · · · ··

01-2634-97-Če

Zařízení a způsob rovnoměrného rozdělování třífázového elektrického zatížení

Oblast techniky

Vynález se týká zařízení pro rovnoměrné rozdělování třífázového elektrického zatížení, existujícího na odbočných obvodech, na třífázovou rozvodnou sít. Vynález se dále týká způsobu rovnoměrného rozdělování elektrického zatížení v zařízení pro rozvádění třífázového elektrického proudu.

Dosavadní stav techniky

V současné době odebírá mnoho obytných domů a komerčních zařízení svými přípojkami všechny tři fáze rozvodné sítě třífázového elektrického proudu, dodávaného elektrickými podniky nebo výrobci elektrické energie. U typického rozvádění třífázového elektrického proudu napájí každá fáze jeden nebo více odbočných obvodů. Rozhodnutí, který odbočný obvod nebo obvody se připojí ke každé ze tří vstupních fází, se obvykle provede v průběhu návrhu nebo výstavby určitého podniku, takže jakmile je stavba dokončena, je obtížné provádět nějaké změny. Například u obytného objektu mohou různé odbočné obvody přivádět elektrickou energii do kuchyně, obývacího pokoje, ložnic atd. V komerční oblasti mohou různé odbočné obvody zásobovat strojní zařízení, kanceláře atd. Častým problémem, který při tom vzniká, je, jak rovnoměrně rozvádět elektrickou energii, dodávanou elektrickými podniky, ze tří vstupních fází, do všech odbočných obvodů. Často se v průběhu času typologie zatížení určitého podniku mění, někdy zásadně. Některé odbočné obvody budou více zatížené a jiné zase méně zatížené, například vzhledem k přemístování strojního zařízení na podlaze továrny nebo v domácnostech nárůstem spotřebičů • · · · · ··· · · · · • · · · · · ······ ··· · · • · · · · · · · · · ·· · · ·· · · · · · s vysokým výkonem, jako je lednička, elektrický sporák, mikrovlnná trouba atd. To znamená, že zatížení na každé ze tří vstupních fází se se změnou zatížení odbočných obvodů rovněž změní. Třífázová sít, která byla z počátku rovnoměrně vyvážená, se v průběhu času stane nevyváženou.

Jedním řešením tohoto problému je přidělit každý odbočný obvod jedné vstupní fázi pro dosažení rovnoměrného zatížení všech tří fází fyzickým zapojením každého odbočného obvodu. Nevýhoda tohoto řešení spočívá v tom, že je zapotřebí nákladného přepojení elektrických skříní a rozváděčích panelů pokaždé, když dojde k nerovnováze mezi všemi třemi fázemi, k čemuž může docházet často. Další nevýhoda spočívá v tom, že přepojení obvykle vyžaduje přerušení přívodu elektrické energie, což přináší problémy uživatelům. Navíc představuje toto řešení pouze hrubý mechanismus vyrovnávání zatížení všech tří vstupních fází. Není možno opakovaně sledovat spotřebu elektrické energie na každé fázi a odbočném obvodu. Změny elektrického zatížení, k nimž dochází od hodiny k hodině a od minuty k minutě, mohou být dosti vysoké, aby vyvolaly velký nerovnovážný stav mezi všemi třemi vstupními fázemi, však zůstanou nezjištěny.

Podstata vynálezu

Výše uvedené nevýhody odstraňuje zařízení pro rovnoměrné rozdělování třífázového elektrického zatížení, existujícího na odbočných obvodech, na třífázovou rozvodnou sít, podle vynálezu, jehož podstatou je, že obsahuje první čidlo proudu, druhé čidlo proudu a třetí čidlo proudu připojené k první fázi, druhé fázi a třetí fázi rozvodné sítě třífázového elektrického proudu, přičemž první čidlo proudu, druhé čidlo proudu a třetí čidlo proudu jsou určena pro měření průtoku elektrického proudu první fází, druhou fází a třetí fází, dále přepínače, z nichž každý je připojen k jednomu z odbočných • » • · • · 4 • · · • · · · I obvodů, přičemž každý přepínač je určen pro připojení jedné z fází, to jest první fáze, druhé fáze nebo třetí fáze, k jednomu odbočnému obvodu, dále čidla proudu pro měření průtoku elektrického proudu každým odbočným obvodem, přičemž každé čidlo proudu je připojeno k jednomu odbočnému obvodu, a procesor pro ovládání přepínačů tak, že průtok elektrického proudu každou z fází, to jest první fází, druhou fází a třetí fází, nepřekročí předem stanovenou prahovou hodnotu, přičemž procesor je připojen k prvnímu čidlu proudu, druhému čidlu proudu a třetímu čidlu proudu, k přepínačům a k čidlům proudu.

Výše uvedené nedostatky dále odstraňuje způsob rovnoměrného rozdělování elektrického zatížení v zařízení pro rozvádění třífázového elektrického proudu, podle vynálezu, jehož podstatou je, že se sečte elektrická energie přiváděná každou fází rozvodné sítě třífázového elektrického proudu, čímž se vytvoří celkový výstup, tento celkový výstup se usměrní, aby vzniklo v podstatě stejnosměrné napětí, a z tohoto stejnosměrného napětí se vytvoří v podstatě střídavé napětí.

Přehled obrázků na výkresech

Vynález bude dále blíže objasněn na příkladném provedení podle přiložených výkresů, na nichž obr. 1 znázorňuje blokové schéma prvního provedení podle vynálezu a obr. 2 blokové schéma druhého provedení podle vynálezu.

Příklady provedení vynálezu

Princip činnosti řešení podle vynálezu vyplyne z popisu obrázků.

Na obr. 1 je znázorněno blokové schéma prvního provedení • · · · · ···· · · · · · · · • · · · · ··· · ··· • · · ··· ····«· ··· · · ······· · · · • · ·· » · · · · · · zařízení 10 podle vynálezu. Elektrickými podniky je dodáván třífázový elektrický proud s fázemi ¢1, ¢2. ¢3. Tyto fáze φΐ, Φ2, Φ3 jsou chráněny před nadměrným proudem hlavním jističem

14. Výstup z hlavního jističe 14 je upraven u kabelové přípojky do obytného nebo komerčního objektu. Čidla 16., 18, 20 proudu měří proud protékající fázemi ¢1, ¢2. ¢3 ♦ Výstupy čidel

16. 18, 20 proudu jsou monitorovány procesorem 12. Procesorem 12 může být jakékoli vhodné výpočetní zařízení, například mikroprocesor, mikrořadič, osobní počítač atd.

Výstup každé ze tří fází ¢1, ¢2. Φ3 z hlavního jističe 14 je vstupem do řady přepínačů 22, 24, 26. 28, 30, které jsou vícepólové. Každý přepínač 22, 24, 26, 28, 30 má čtyři vstupní svorky. Pro každou ze tří vstupních fází ¢1, ¢2, ¢3 jsou upraveny tři vstupní svorky. Navíc je zde upravena čtvrtá svorka, která není připojovací svorkou, to znamená, že není připojena k ničemu. Výstup přepínačů 22, 24, 26, 28, 30 ie vstupem do řady vedlejších jističů 32, 34, 36., 38., 40. Řídicí signály CONT.1. CONT.2, CONT.3, CONT.4. CONT.5, to jest výstup z procesoru 12, určují polohu přepínačů 22, 24, 26, 28, 30. Výstup z vedlejších jističů 32, 34, 36, 38, 40, předtím, než je přiveden do každého z pěti odbočných obvodů 1, 2, 3, 4, 5, projde řadou čidel 42, 44, 46, 48, 50 proudu. Každý z pěti odbočných obvodů 1, 2, 3, 4, 5 má neutrální vedení N. Proud změřený čidly 42, 44. 46. 48, 50 proudu je monitorován procesorem 12.

Činnost zařízení 10 je soustředěna kolem přepínačů

22. 24. 26. 28. 30. Při použití zařízení 10 se každý odbočný obvod 1, 2, 3, 4, 5, který má být pokryt, spojí s příslušným přepínačem 22, 24, 26, 28. 30, vedlejším jističem 32, 34., 36. 38. 40 a čidlem 42, 44, 46, 48. 50 proudu. Na obr. 1 je znázorněn systém pro vyrovnávání zatížení, pokrývající pět odbočných obvodů 1, 2, 3, 4, 5. Řešení podle vynálezu však může být snadno použito i pro pokrytí jakéhokoli počtu • 4 4 · 44 4 444 44 44 44 · 44 ·· odbočných obvodů jednoduchým přidáním dostatečného počtu komponent.

Procesor 12 periodicky přijímá výstup z čidel 16, 18, 20 proudu, která měří proud protékající každou fází φΐ, Φ2, Φ3 přiváděného třífázového elektrického proudu. Procesor 12 rovněž monitoruje výstup z čidel 42, 44. 46., 48, 50 proudu, která měří proud protékající každým odbočným obvodem 1, 2, 3,

4, 5. Doba mezi postupně přijímanými daty z čidel 16, 18, 20.

42, 44, 46. 48. 50 proudu je řádově v milisekundách nebo v desetinách milisekund a je funkcí softwaru řídicího procesor

12. Data přijmutí v každém cyklu nejsou ihned vyřazena. Omezený počet většiny posledních sad přijmutých dat se uchová v paměti, která může být vůči procesoru 12 upravena jako interní nebo externí. Procesor 12 je vhodně naprogramován pro periodický příjem dat ze všech čidel 16, 18, 20, 42, 44. 46,

48, 50 proudu, aby byl schopen sledovat zatížení každé ze tří vstupních fází φΐ, φ2, ¢3 a na každém odbočném obvodu 1, 2, 3,

4, 5. Když změřený proud na jakékoli fázi φΐ, ¢2 , Φ3 překročí pevně stanovenou procentovou hodnotu, například 90 %, z nastavené horní mezní hodnoty, procesor 12 naprogramuje přepínače 22, 24, 26, 28, 30 tak, že celkové zatížení je rovnoměrně rozloženo na všechny tři vstupní fáze φΐ, φ2, Φ3. Protože zatížení na každém odbočném obvodu 1, 2, 3, 4, 5 je známé, procesor 12 může přerozdělovat zatížení na odbočné obvody 1, 2, 3, 4, 5 tak, že zatížení každé fáze φΐ, ¢2., Φ3 je přibližně stejné. Jakmile se provede nové nastavení přepínačů 22, 24. 26. 28, 30. vyšle procesor 12 řídicími vedeními CONT.1. CONT.2. CONT.3. CONT.4, CONT.5 povely do přepínačů 22, 24, 26, 28, 30 pro jejich přepnutí.

Při činnosti zařízení 10 je možné, že zatížení na jediném odbočném obvodu 1, 2, 3_, 4, 5 se zvýší na úroveň, která překročí maximálně povolený proud. Procesor 12 reaguje na tento stav překročení maximálně povoleného proudu tím, že přeprogramuje přepínač 22. 24, 26, 28., 30 odpovídající tomuto odbočnému obvodu 1, 2, 3, 4, 5 do jeho rozepnuté polohy. V této poloze je tento odbočný obvod 1, 2, 3_, 4, 5 elektricky odpojen od všech tří vstupních fází £1, <f>2. φ3. Navíc k ochraně proti přetížení, zajištěné procesorem 12, jsou pro ochranu před nadměrným proudem pro každý odbočný obvod 1, 2., 3, 4, 5 rovněž upraveny běžné vedlejší jističe 32, 34., 36, 38. 40. Zařízení 10 může rovněž vykonávat funkci, kterou běžné jističe nemohou zajistit. Procesor 12 může být vhodně naprogramován pro předvídání potenciálního přetížení ještě předtím, než nastane, monitorováním rychlosti vzrůstu proudu v každém odbočném obvodu 1, 2,3, 4, 5 a v každé vstupní fázi Φ1. φ2, Φ3. To znamená, že potenciální přerušení elektrické energie v důsledku překročení mezní hodnoty proudu na vstupní fázi £1, £2, Φ3 je možno předvídat a zamezit mu ještě předtím, než nastane.

Přepínače 22, 24, 26, 28, 30 mohou jako své základní přepínací elementy používat relé nebo polovodičové přepínače, například obousměrné triodové tyristory, křemíkové usměrňovače atd. Každý přepínač 22, 24., 26, 28, 30 dekóduje svůj odpovídající řídicí signál přijmutý z procesoru 12 a buď připojí svůj výstup k jedné ze tří vstupních fází φΐ, ¢2 , Φ3 nebo úplně odpojí svůj výstup od všech tří fází ¢1, £2, Φ3. Přepínače 22, 24, 26, 28, 30 mohou připojit své výstupní svorky k jakékoli vstupní fázi él. ¢2. Φ3 dostatečně rychle, takže zařízení nebo spotřebič připojený k odpovídajícímu odbočnému obvodu 1, 2, 3, 4, 5 nepostřehnou jakékoli znatelné přerušení v přívodu elektrické energie, takže nejsou nežádoucím způsobem ovlivňovány.

Procesor 12 je napájen fází ¢1 a neutrálním vedením N ze vstupního třífázového elektrického proudu. Procesor 12 však může být napájen jakoukoli ze tří vstupních fází é>l, <j>2. Φ3. Nastavení horní mezní hodnoty proudu může být přivedeno do ·· · · 4 4 · ·· ··

4 4 4 · 4 · 4 4 4 4

4 4 4 4 · 4 4 4 4 4 4 4 ^Μ 4 ·· 4 4 4 4444444444 · ···· 4 4 · 4 4 4 • · ·· 4 4 4 44 44 procesoru 12 mnoha běžně známými způsoby. Horní mezní hodnota proudu může být například pevně zakódována v paměti s režimem přístupu pouze pro čtení a může být nastavena externím přepínačem, externím výpočetním zařízením atd.

Na obr. 2 je znázorněno druhé provedení řešení podle vynálezu, určené pro rovnoměrné rozdělování zatížení na každou fázi ¢1. ¢2, ¢3 rozvodné sítě třífázového elektrického proudu. Každá fáze ¢1, ¢2, ¢3 rozvodné sítě třífázového elektrického proudu je vstupem do sčítacího obvodu 52 pro sčítání elektrické energie. Sčítací obvod 52 přijímá každou vstupní fázi ¢1, ¢2, ¢3 a kombinuje její proud a výkonnost a následně vytvoří jediný součtový celkový výstup. Výstup ze sčítacího obvodu 52 je jediným střídavým elektrickým napětím, jehož velikost proudu se přibližně rovná součtu velikostí proudů všech tří vstupních fází ¢1, ¢2, ¢3.

Výstup sčítacího obvodu 52 se potom stane vstupem do usměrňovače 54. Usměrňovač 54 usměrní střídavý výstup sčítacího obvodu 52 na v podstatě stejnosměrnou úroveň. Schopnost usměrňovače 54 pro usměrňování proudu musí být dostatečná, aby pokryla všechny potřeby všech odbočných obvodů 1, 2, 3, 4, 5, které mají být pokryty zařízením 10.

Výstup z usměrňovače 54 je vstupem do generátoru 56 střídavého proudu. Generátor 56 střídavého proudu vytváří jediné střídavé napětí ze stejnosměrného napětového výstupu dodávaného usměrňovačem 54. Vhodné napětí a frekvence, například 120 V, 60 Hz pro Spojené státy, se přizpůsobí příslušné lokalitě, v níž má být zařízení 10 v činnosti.

Výstup z generátoru 56 střídavého napětí je vstupem do vedlejších jističů 32, 34, 36., 38., 40, pokrytých zařízením 10. Odbočné obvody 1, 2, 3, 4, 5 jsou napájeny elektrickou energií z výstupů vedlejších jističů 32., 34., 36., 38. 40.. Ačkoli je na obr. 2 znázorněno pět odbočných obvodů 1, 2, 3.» A, 5, je možno zařízením 10 pokrýt jakýkoli jejich počet za předpokladu, že komponenty mají dostatečné hodnoty proudu pro zkombinované zatížení všech odbočných obvodů.

Skutečné rozdělování zatížení v zařízení 10 nastává ve sčítacím obvodu 52. Bez ohledu na to, jak se zatížení v každém odbočném obvodu 1, 2, 3, 4, 5 zvětšuje nebo zmenšuje, automaticky se rozkládá rovnoměrně na všechny tři vstupní fáze ¢1, č2, č3. Jestliže se například zatížení na jedné odbočce nebo skupině odboček zvětší o 30 %, odpovídající zatížení na každé vstupní fázi se zvětší o 10 %. Protože vstupní fáze ¢1. ¢2, Φ3 mohou být představovány vždy ekvivalentním nízkým impedančním zdrojem proudu, které jsou navzájem shodné, potom, když se zatížení na součtovém obvodu 52 zvýší o 30 %, toto zvýšení se objeví rovnoměrně na všech třech vstupních fázích ¢1, <f>2 , <j>3 .

Výhoda tohoto druhého provedení oproti prvnímu provedení spočívá v tom, že je méně složité, avšak může být dražší, protože musí být použity nákladné komponenty pro součtový obvod 52. usměrňovač 54 a generátor 56 střídavého proudu, aby byly schopny zpracovávat vyšší proud.

I když byl vynález popsán na omezeném počtu provedení, je zřejmé, že v rámci vynálezu je možno provádět mnohé změny, modifikace a jiné aplikace.

Claims (10)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Zařízení pro rovnoměrné rozdělování třífázového elektrického zatížení, existujícího na odbočných obvodech, na třífázovou rozvodnou sí£, které obsahuje první čidlo proudu, druhé čidlo proudu a třetí čidlo proudu připojené k první fázi, druhé fázi a třetí fázi rozvodné sítě třífázového elektrického proudu, přičemž první čidlo proudu, druhé čidlo proudu a třetí čidlo proudu jsou určena pro měření průtoku elektrického proudu první fází, druhou fází a třetí fází, přepínače, z nichž každý je připojen k jednomu z odbočných obvodů, přičemž každý přepínač je určen pro připojení jedné z fází, to jest první fáze, druhé fáze nebo třetí fáze, k jednomu odbočnému obvodu, čidla proudu pro měření průtoku elektrického proudu každým odbočným obvodem, přičemž každé čidlo proudu je připojeno k jednomu odbočnému obvodu, a procesor pro ovládání přepínačů tak, že průtok elektrického proudu každou z fází, to jest první fází, druhou fází a třetí fází, nepřekročí předem stanovenou prahovou hodnotu, přičemž procesor je připojen k prvnímu čidlu proudu, druhému čidlu proudu a třetímu čidlu proudu, k přepínačům a k čidlům proudu.
2. 2. Zařízení podle nároku 1,vyznačující se tím, že každý přepínač obsahuje alespoň jeden polovodičový přepínač.
3. 3. Zařízení podle nároku 1,vyznačující se tím, že každý přepínač může elektricky odpojit první fázi, druhou fázi a třetí fázi od odbočných obvodů.
4. 4. Zařízení pro rovnoměrné rozdělování třífázového elektrického zatížení, existujícího na odbočných obvodech, ♦ · ·· • · • · na třífázovou rozvodnou sít, které obsahuje první čidlo proudu, druhé čidlo proudu a třetí čidlo proudu připojené k první fázi, druhé fázi a třetí fázi rozvodné sítě třífázového elektrického proudu, přičemž první čidlo proudu, druhé čidlo proudu a třetí čidlo proudu jsou určena pro měření průtoku elektrického proudu první fází, druhou fází a třetí fází, první jistič, druhý jistič a třetí jistič, připojené k první fázi, druhé fázi a třetí fázi, přepínače, z nichž každý je připojen k jednomu z odbočných obvodů, přičemž každý přepínač je určen pro připojení jedné z fází, to jest první fáze, druhé fáze nebo třetí fáze, k jednomu odbočnému obvodu, vedlejší jističe, z nichž každý je připojen k jednomu z odbočných obvodů, čidla proudu pro měření průtoku elektrického proudu každým odbočným obvodem, přičemž každé čidlo proudu je připojeno k jednomu odbočnému obvodu, a procesor pro ovládání přepínačů tak, že průtok elektrického proudu každou z fází, to jest první fází, druhou fází a třetí fází, nepřekročí předem stanovenou prahovou hodnotu, přičemž procesor je připojen k prvnímu čidlu proudu, druhému čidlu proudu a třetímu čidlu proudu, k přepínačům a k čidlům proudu.
5. 5. Zařízení podle nároku 4,vyznačující se tím, že každý přepínač obsahuje alespoň jeden polovodičový přepínač.
6. 6. Zařízení podle nároku 4,vyznačující se tím, že každý přepínač může elektricky odpojit první fázi, druhou fázi a třetí fázi od odbočných obvodů.
7. 7. Zařízení pro rovnoměrné rozdělování elektrického zatížení, které obsahuje třífázového φφ sčítací fázi, druhé elektrického obvod elektrického proudu, připojený k první fázi a třetí fázi rozvodné sítě třífázového proudu, přičemž sčítací obvod je určen pro vytváření součtového celkového výstupu, který má velikost proudu rovnající se součtu velikostí proudu první fáze, druhé fáze a třetí fáze, usměrňovači obvod, připojený k sčítacímu obvodu, přičemž usměrňovači obvod je určen pro usměrňování součtového celkového výstupu na v podstatě stejnosměrné napětí, a generátor pro přeměnu stejnosměrného napětí na v podstatě střídavé napětí.
8. 8. Zařízení podle nároku 7,vyznačující se tím, že střídavé napětí má jedinou fázi a má předem stanovené napětí a frekvenci.
9. 9. Způsob rovnoměrného rozdělování elektrického zatížení v zařízení pro rozvádění třífázového elektrického proudu, že se sečte elektrická energie přiváděná každou fází rozvodné sítě třífázového elektrického proudu, čímž se vytvoří celkový výstup, tento celkový výstup se usměrní, aby vzniklo v podstatě stejnosměrné napětí, a z tohoto stejnosměrného napětí se vytvoří v podstatě střídavé napětí.
10. 10. Způsob podle nároku 9, vyznačující se tím, že střídavé napětí má jedinou fázi a má předem stanovené napětí a frekvenci.