NO319398B1

NO319398B1 - Anordning og fremgangsmate til jevn fordeling av last pa et elektrisk trefaset fordelingsnett

Info

Publication number: NO319398B1
Application number: NO19975185A
Authority: NO
Inventors: David Yair
Original assignee: Target Hi Tech Electronics Ltd
Priority date: 1995-05-22
Filing date: 1997-11-11
Publication date: 2005-08-08
Also published as: BR9608829A; CA2222774C; ATE272908T1; TR199701407T1; HUP0002416A3; AU711943B2; NO975185L; NZ308811A; EP0886904A1; US5604385A; UA43410C2; JP2000514279A; KR100431793B1; PT886904E; ES2229273T3; PL181465B1; CA2222774A1; HUP0002416A2; PL324043A1; NO975185D0

Description

ANORDNING OG FREMGANGSMÅTE TIL JEVN FORDELING AV LAST PA ET ELEKTRISK TREFASET FORDELINGSNETT

Den herværende oppfinnelse vedrører en anordning og en fremgangsmåte til jevn fordeling av den elektriske belastning på et trefaset, elektrisk strømfordelingsnett.

Nå mottar mange boliger og forretningslokaler ved ho-vedinntaket alle tre faser i et trefaset strømforde-lingsnett levert av energiverket eller elektrisitets-verket. I et typisk trefaset fordelingsopplegg forsyner hver fase én eller flere kurser. Bestemmelsen om hvilken kurs eller hvilke kurser som skal koples til hver av de tre innkommende faser, tas vanligvis på det tids-punkt hvor lokalet utformes eller bygges opp, og er vanskelig å endre når lokalet først er ferdig. I et bo-lighus kan for eksempel forskjellige kurser forsyne kjøkken, stue, soverom osv. med elektrisitet. I forret-ningsbygg kan forskjellige kurser forsyne maskinparken, kontorer etc. Et problem som ofte oppstår, er hvordan elektrisk strøm levert av energiverket skal kunne for-deles jevnt fra de tre innkommende faser til alle kurser. Over tid vil ofte belastningstopologien i et bygg endres, noen ganger drastisk. Noen kurser blir sterkere belastet og andre mindre belastet på grunn av for eksempel flytting av maskiner på et fabrikkgulv, tillegg eller flytting av strømkrevende apparater (dvs. kjøle-skap, komfyr, mikrobølgeovn osv.) i en bolig. Belastningen på hver av de tre innkommende faser vil således også endres med den endrede belastning på kursene. Et trefaset nett som innledningsvis var jevnt balansert, kan over tid bli ubalansert.

Én løsning på dette problem er å tilordne hver kurs på ny til en innkommende fase for å oppnå en jevn belastning over alle tre faser ved fysisk å legge ledningene for hver kurs opp på nytt. En ulempe med denne løsning er at den eventuelt vil kreve dyr omlegging av led-ningsnettet i de elektriske skap og fordelingstavlér hver gang de tre faser kommer ut av balanse, noe som kan forekomme hyppig. En annen ulempe er at strekking av nye ledninger typisk krever strømavbrudd, hvilket eventuelt er et problem for energiverkskunden. I tillegg gir denne løsning bare en grov mekanisme til balansering av belastningen på de tre innkommende faser. Den sporer ikke strømforbruk for hver fase og kurs ved hyppige kontroller. De endringer som skjer i den elektriske belastning time for time og minutt for minutt, og som kan være store nok til å forårsake større ubalanse over de tre innkommende faser, går upå-aktet hen.

Den herværende oppfinnelse tilveiebringer en anordning og en fremgangsmåte til jevn fordeling av den elektriske belastning over alle tre faser i et trefaset strømfordelingsnett som overvinner ulempene med eldre løsninger. Ifølge den herværende oppfinnelses lære er det tilveiebrakt et trefaset belastningsfordelingssystem som omfatter en første, en andre og en tredje strømføler som ' er tilkoplet henholdsvis en første, en andre og eri tredje fase i et trefaset, elektrisk strømfordelings-nett, idet den første, andre og tredje føler anvendes' til måling av den elektriske strømflyt gjennom henholdsvis den første, andre og tredje fase; en flerhet av brytere, som hver er koplet til én av en flerhet av kurser, og som skal kople hvilken som helst av den første, andre eller tredje fase til én av en flerhet av kurser, en flerhet av strømfølere, som hver er koplet til én av flerheten av kurser, idet flerheten av strøm-følere skal måle den elektriske strømflyt gjennom hver kurs i flerheten av. kurser; og en prosessor koplet til den første, andre og tredje strømføler, flerheten av brytere og flerheten av strømfølere, idet prosessoren skal styre flerheten av brytere, slik at den elektriske strømflyt gjennom den første, andre og tredje fase ikke overskrider en forhåndsbestemt terskel.

Oppfinnelsen blir beskrevet i dette skrift bare som et eksempel med henvisning til de medfølgende tegninger, hvor: Fig. 1 er et blokkdiagram over en utførelse av den herværende oppfinnelse, og Fig. 2 er et blokkdiagram over en utførelse av den herværende oppfinnelse.

Den herværende oppfinnelses prinsipper og virkemåte kan forstås bedre ved gjennomgang av tegningene og den med-følgende beskrivelse.

Et blokkdiagram over en anordning 10 som utgjør en ut-førelse av den herværende oppfinnelse, er vist på fig. 1. Trefaset elektrisk strøm, vist med øl, 02, 03 blir levert av et elektrisitetsverk. Fasene øl, 02, 03 er overstrømbeskyttet av en fasestrømbryter 14. Fasestrøm-bryterens 14 uttak finnes ved en boligs eller et for-retningsbyggs hovedinntak'. Strømfølere 16, 18, 20 måler strømmen som strømmer gjennom henholdsvis fase øl, 02,

03. Utgangsverdiene fra strømfølerne 16, 18, 20 overvåkes av en prosessor 12. Prosessoren 12 kan være en hvilken som helst egnet datamaskininnretning, slik som en

mikroprosessor, mikrostyreenhet, ■ PC osv.

Hver av de tre fasers utgangsverdi fra fasestrømbryte-ren 14 er inngangsverdier til en rekke av flerpolede brytere 22, 24, 26, 28, 30. Hver bryter har fire inn-gangs terminaler . Det er sørget for tre terminaler, én til hver av de tre innkommende faser, i tillegg er det sørget for en fjerde terminal som er en nullterminal (dvs. ikke koplet til noen ting). Utgangsverdiene fra bryterne 22, 24, 26, 28, 30 er inngangsverdier til en rekke av kursbrytere henholdsvis 32, 34, 36, 38, 40. Styringssignaler CONT1, CONT2, CONT3, CONT4, CONT5 som er utgangssignaler fra prosessoren 12, bestemmer posi-sjonen for henholdsvis bryter 22, 24, 26, 28 og 30. Utgangsverdi en fra kursbryterne 32, 34, 36, 38, 40 passe-rer gjennom en rekke av strømfølere henholdsvis 42, 44, 46, 48, 50 før de forsyner hver av de fem kurser med strøm. Til hver av de fem kurser er knyttet en nøytral linje N. Strømmen målt av strømfølerne 42, 44, 46, 48, 50 overvåkes av prosessoren 12.

Anordningens 10 virkemåte dreier seg om de flerpolede bryterne 22, 24, 26, 28, 30. Ved bruk av anordningen 10 har hver kurs som skal dekkes, tilknyttet en bryter, en kursbryter og en strømføler. På fig. 1 er vist et last-balanserende system som dekker fem kurser. Den herværende oppfinnelse vil imidlertid lett kunne utformes til å kunne dekke et hvilket som helst antall kurser ved simpelthen at man sørger for nok komponenter.

Prosessoren 12 innhenter periodisk utgangsverdier fra strømfølerne 16, 18, 20 som måler strømmen gjennom hver fase av den tilførte trefasestrøm. Prosessoren 12 overvåker også utgangsverdiene fra strømfølerne 42, 44, 46, 48, 50 som måler strømflyten gjennom hver kurs. Tiden mellom suksessive innhentinger av strømfølerdata er i størrelsesorden millisekund eller ti millisekund og er en funksjon i programvaren som styrer prosessoren 12. Dataene som er innhentet i løpet av hver datainnhen-tingssyklus, blir ikke straks forkastet. Et begrenset antall av de sist innhentede datasett blir bevart i et minne som kan være enten internt eller eksternt for prosessoren 12. prosessoren 12 er hensiktsmessig programmert til periodisk å innhente data fra alle strøm-følerne for å kunne spore belastningen på hver fase i den innkommende trefasestrøm og på hver kurs. Når den målte strøm på hvilken som helst av fasene overstiger en bestemt prosentsats (f.eks. 90 %) av en innstilt øvre strømgrense, programmerer prosessoren 12 bryterne 22, 24, 26, 28, 30 slik at den samlede belastning blir ganske jevn over de tre innkommende faser. Siden belastningen på hver kurs er kjent, kan prosessoren 12 omfordele kursbelastningene, slik at belastningen på hver fase er omtrent lik. Straks de nye bryterinnstil-linger er bestemt, sender prosessoren 12 bryteromstil-lingskommandoer over styringslinjene CONTl, CONT2,

C0NT3, C0NT4, C0NT5 til henholdsvis bryter 22, 24, 26, 28, 30. "

Når anordningen 10 er i drift, er det mulig at belastningen på en enkelt kurs kan stige til et nivå som overskrider den tillatte maksimumsstrøm for kursen. Som svar på denne mulige overstrømsituasjon, kan prosessoren 12 programmere kursens respektive bryter til den-nes ikke tilkoplede posisjon. I denne posisjon er kursen elektrisk frakoplet alle de tre innkommende faser. I tillegg til pverbelastningsvernet tilveiebrakt gjennom prosessoren 12, gir-også tradisjonelle kursbrytere 32, 34, 36, 38, 40 overstrømvern for hver kurs. Anordningen 10 er også i stand til å tilveiebringe en funksjon som tradisjonelle strømbrytere i dag ikke er i stand til å gi. Prosessoren 12 kan være hensiktsmessig programmert til å forutsi mulige overbelastningssitua-sjoner før de oppstår ved å overvåke hastigheten i strømøkningen for hver kurs og for hver innkommende fase. Således kan potensielle strømbrudd på grunn av overskredne strømgrenser på en innkommende fase forut-sis .og unngås før de oppstår.

Bryterne 22, 24, 26, 28, 30 kan bruke releer eller halvlederbrytere (dvs. triacer, styrte likerettere av silikon osv.) som deres bryterkjerneelementer. Hver bryter dekoder sitt respektive styringssignal mottatt fra prosessoren 12 og enten forbinder sitt uttak med en av de tre innkommende faser, eller frakopler fullsten-dig sitt uttak fra alle tre faser. Bryterne 22, 24, 26, 28, 30 kan skifte sine utgangsterminaler til hvilken som helst innkommende fase hurtig nok til at anordning-er eller utstyr som er forbundet med deres respektive kurs, ikke registrerer noe merkbart opphold i strømtil-førselen, og således ikke blir uheldig påvirket. Prosessoren 12 avleder sin strøm fra <j)l og den nøytrale linje N i den innkommende trefasestrøm. Prosessoren 12 kan imidlertid avlede strøm fra hvilken som helst av de tre innkommende'faser. Innstilling av øvre strømgrehse kan legges inn i prosessoren 12 på en rekke forskjellige måter som alle er vel kjent innenfor fagområdet. For eksempel kan data for den øvre strømgrense være lagt inn som harddata på en leselager-innretning, de kan tilføres gjennom innstillinger av eksterne vippebrytere {dip switch), tilføres gjennom en ekstern datamaskininnretning osv. ■

En andre utførelse av den herværende oppfinnelse vist, på fig,- 2, virker til jevn fordeling av belastningen over hver fase i et trefaset strømfordelingsnett. Hver fase 01, 02, 03 i et trefaset strømfordelingsnett er innverdier til en elektrisk strømsummerende krets 52. Den summerende krets 52 virker til å motta hver innkommende fase og kombinere dens strøm og krafthåndterings-kapasitet og deretter danne en enkelt totalutgangs-verdi. Utgangsverdien fra den summerende krets 52 er en enkelt elektrisk vekselspenning som har en strømytelse omtrent lik summen av strømytelse fra de tre innkommende faser.

Utgangsverdien fra den summerende krets 52 er deretter en inngangsverdi til en likeretter 54. Likeretteren 54 likeretter den utgående vekselstrømverdi fra den summerende krets 52 til i det vesentlige et likestrømnivå. Likeretterens 54 strømføringsevne må være tilstrekkelig til å håndtere hele strømbehovet for alle kursene sam-let, hvilke skal dekkes av anordningen 10.

Likeretterens 54 utgangsverdi er inngangsverdi til en vekselstrømgenerator 56. Vekselstrømgeneratoren 56 pro-duserer en énfaset vekselspenning fra likespenningen utsendt av likeretteren 54.- Den korrekte spenning og frekvens (f.eks. 120 V, 60 Hz i USA) blir generert for det spesielle sted hvor anordningen 10 skal være i virksomhet.

Utgangsverdien fra vekselstrømgeneratoren 56 er inngangsverdi til kursbryterne 32, 34, 36, 38, 40 dekket av anordningen 10. Kursene får tilført strøm via utgangsverdiene fra kursbryterne 32, 34, 36, 38, 40. Selv om det er vist fem kurser på fig. 2, kan hvilket som helst antall kurser dekkes av anordningen 10, forutsatt at komponentene er av en kvalitet tilstrekkelig til å tåle den samlede belastning på alle kurser.

Selve belastningsfordelingen i anordningen 10 skjer i virkeligheten i den summerende krets 52. Uansett hvor mye belastningen på hver kurs øker eller minker, blir den automatisk fordelt jevnt på alle tre innkommende faser. For eksempel, dersom belastningen på en eller annen kurs eller gruppe av kurser øker med 30 %, vil den tilsvarende belastning på hver innkommende fase øke med 10 %. Siden hver innkommende fase kan representeres ved en likeverdig lavimpedans-strømkilde, hvor disse strømkilder er identiske, vil, dersom belastningen på den summerende krets 52 øker 30 %, økningen fremtre likt over hver av de innkommende faser.

Fordelen med denne andre utførelse fremfor den første utførelse er at den er mindre innviklet, men den er mu-ligens dyrere, fordi det må brukes dyre komponenter for den summerende krets 52, likeretteren 54 og veksel-strømgeneratoren 56, hvilke må være i stand til å håndtere de økte strømverdier.

Selv om. oppfinnelsen er blitt beskrevet i forhold til et begrenset, antall utførelser, skal det forstas at mange variasjoner, modifiseringer og andre anvendelses-måter- er mulig innenfor oppfinnelsens- ramme.-

Claims

1. Trefaset lastfordelingssystem til jevn fordeling av en elektrisk belastning, som forekommer på en flerhet av kurser, på et trefaset strømfordelingsnett hvor strømfordelingsnettet omfatter en første (16), en andre (18) og en tredje strømføler (20) som er koplet til henholdsvis en første (øl), en andre (02) og en tredje fase (03) i det trefasede, elektriske strømfordelingsnett, idet nevnte første, andre og tredje strømføler (16, 18, 20) skal måle den elektriske strømflyt gjennom henholdsvis nevnte første> andre og tredje fase (øl, 02, 03), karakterisert ved at lastfordelingssys-temet videre omfatter en flerhet av brytere (22, 24, 26, 28, 30), hvor hver av nevnte brytere (22, 24, 26, 28, 30) er koplet til én av flerheten av kurser (1, 2, 3, 4, 5) og hver av nevnte flerhet av brytere (22, 24, 26, 28, 30) skal kople hvilken som helst av nevnte første, andre eller tredje fase (øl, 02, 03) til én av flerheten av kurser; en flerhet av strømfølere (42, 44, 46, 48, 50) til måling av den elektriske strømflyt gjennom hver av nevnte flerhet av kurser, idet hver av nevnte strømfølere (42, 44, 46, 48, 50) er koplet til én av nevnte flerhet av kurser (1, 2, 3, 4, 5); og en prosessor (12) til styring av nevnte flerhet av brytere (22, 24, 26, 28, 30), slik at den elektriske strøm gjennom hver av nevnte første, andre og tredje fase (øl, 02, 03) ikke overskrider en forhåndsbestemt terskel, idet nevnte prosessor (12) er koplet til nevnte første, andre og tredje strømfø-ler (16, 18, 20), nevnte flerhet avbrytere (22, 24, 26, 28, 30) og nevnte flerhet av strømfølere (42, 44, 46, 48, 50).

2. System ifølge krav 1, karakterisert ved at hver av nevnte flerhet av brytere (22, 24, 26, 28,30) innbefatter i det minste én halvlederbryter.

3. System ifølge krav 1, karakterisert ved at hver- av nevnte flerhet av brytere (22, 24, 26, 28, 30) kan kople nevnte først, andre og tredje fase (øl, 02, 03) elektrisk fra flerheten av kurser.

4. System ifølge krav 1, karakterisert ved at systemet videre omfatter en fasestrøm-bryter (14) som er operativt koplet til det trefasede lastfordelingssystem; og en flerhet av kursbrytere (32, 34, 36, 38, 40), hvor hver av de nevnte kursbrytere er operativt koplet til en av flerheten av kurser (1, 2, 3, 4, 5).

5. System ifølge krav 4, karakterisert ved at hver av nevnte flerhet av brytere (22, 24, 26, 28, 30) innbefatter i det minste én halvlederbryter.

6. System ifølge krav 4, karakterisert ved at nevnte flerhet av brytere (22, 24, 26, 28, 3 0) kan kople nevnte første, andre og tredje fase (øl, 02, 03) elektrisk fra flerheten av kurser.

7. N-faset lastfordelingssystem til jevn fordeling av en elektrisk belastning som forekommer på en flerhet av kurser, over et N-faset strømfordelingsnett hvor lastfordelingsnettet omfatter en flerhet av strømfølere (16, 18) hvor hver av de nevnte strøm-følere er tilkoplet hver fase (øl, 02) i det N-fasede elektriske strømfordelingsnett, idet hver av nevnte følere (16, 18) skal måle den elektriske strømflyt gjennom en respektiv fase (øl, 02), karakterisert ved at lastfordelings-systemet videre omfatter en flerhet av brytere (22, 24, 26, 28, 30), hvor hver av nevnte brytere er koplet til én av en flerhet av kurser (1, 2, 3, 4, 5), og hvor hver av nevnte flerhet av brytere skal kople hvilken som helst av nevnte faser (øl, 02) til én av flerheten av kurser (1, 2, 3, 4, 5); en flerhet av strømfølere (42, 44, 46, 48, 50) til måling av elektrisk strømflyt gjennom hver av nevnte flerhet av kurser (1, 2, 3, 4, 5), hvor hver av nevnte strømfølere (42, 44, 46, 48, 50) er koplet til én av nevnte flerhet av kurser (1, 2, 3, 4, 5); og en prosessor (12) til styring av nevnte flerhet av brytere (22, 24, 26, 28, 30), slik at elektrisk strøm som går gjennom hver av nevnte faser (øl, 02), ikke overskrider en forhåndsbestemt terskel idet nevnte prosessor (12) er koplet til nevnte strømfølere (16, 18), nevnte flerhet av brytere (22, 24, 26, 28, 30) og nevnte flerhet av strømfø-lere (42, 44, 46, 48, 50).

8. System ifølge krav 7, karakterisert ved at hver av nevnte flerhet av brytere innbefatter i det minste en halvlederbryter.

9. ■ System ifølge krav 7, karakterisert ved at hver av nevnte flerhet av brytere elektrisk, kan kople nevnte faser fra flerheten av kurser.

10. System ifølge krav 7, karakterisert ■v ed at systemet videre omfatter en fasestrøm-bryter (14) som er operativt koplet til det N-fasede lastfordelingssystem.

11. System ifølge krav 10, karakterisert ved at hver av nevnte flerhet av brytere innbefatter i det minste én halvlederbryter.

12. System ifølge krav 10, karakterisert ved at hver av nevnte flerhet av brytere elektrisk kan kople nevnte faser fra flerheten av kurser.