PL207875B1 - Automatyczne urządzenie zabezpieczające i przełączające między obwodami - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiot wynalazku dotyczy automatycznych przełączników między obwodami. Zasadniczo niniejszy wynalazek dotyczy automatycznych przełączników między obwodami, mających integralne funkcje zabezpieczania.

Automatyczne przełączniki między obwodami stały się wspólne w wielu przemysłowych i domowych systemach rozdzielczych mocy. Automatyczne przełączniki między obwodami są zwykle stosowane do automatycznego przesyłania mocy rozdzielanej z dwóch lub więcej źródeł zasilania do obciążenia. Przy ustawieniu przemysłowym wiele urządzeń przemysłowych jest skonfigurowanych do odbioru mocy z dwóch lub więcej źródeł. Te źródła mogą być różnymi sieciami energetycznymi, różnymi punktami w tej samej sieci energetycznej, generatorem i dowolnymi kombinacjami powyższych. Zatem w przypadku, gdy moc jest nieosiągalna lub niewłaściwa z jednego ze źródeł, automatyczny przełącznik między obwodami może przełączyć system na pobór mocy z drugiego źródła.

Przy zastosowaniu domowym, niektóre domy są wyposażone w zapasowy generator elektryczny, taki jak ogniwo słoneczne, ogniwo paliwowe, generator gazowy, wiatrak i dowolną ich kombinację. Automatyczny przełącznik między obwodami został zastosowany do dostarczania mocy z generatora zapasowego w przypadku braku mocy od miejscowego zakładu energetycznego.

Znany jest ze stanu techniki, przedstawiony na fig. 1, system rozdzielczy mocy 10 mający typowy automatyczny przełącznik 12 między obwodami. Przełącznik 12 jest skonfigurowany dla dostarczania mocy z pierwszego źródła 14 lub drugiego źródła 16 do obciążenia 18. Obciążenie 18 może być dowolnym domowym lub przemysłowym urządzeniem pobierającym energię, takim jak, ale nie ograniczonym do światła, silnika, kompresora, komputera i innych urządzeń. Dla wyjaśnienia, system 10 jest pokazany jako mający dwa źródła zasilania i jedno obciążenie. Oczywiście rozważa się, że system 10 ma więcej niż dwa źródła zasilania i/lub więcej niż jedno obciążenie.

Przełącznik 12 jest skonfigurowany dla wybiórczego przyłączania pierwszego źródła 14 lub drugiego źródła 16 do obciążenia 18. Na przykład, pierwsze źródło 14 może być miejscowym źródłem użytkowym i drugie źródło 16 może być generatorem zapasowym. W tym przykładzie przełącznik 12 może dostarczać moc z pierwszego źródła 14 do obciążenia 18 w normalnych warunkach roboczych, lecz może dokonać przełączenia dla dostarczania mocy z drugiego źródła 16 do obciążenia w przypadku, gdy moc z pierwszego źródła staje się nieosiągalna i/lub niewłaściwa.

System 10 wymaga, żeby wielokrotne przerywacze zabezpieczały przełącznik między obwodami, źródła i/lub obciążenie jedno od drugiego. W przedstawionym przykładzie system 10 ma pierwszy przerywacz 20 do zabezpieczania między pierwszym źródłem 14 i przełącznikiem 12. System 10 ma także drugi przerywacz 22 do zabezpieczania między drugim źródłem 16 i przełącznikiem 12. Ponadto system 10 zawiera trzeci przerywacz 24 do zabezpieczania między przełącznikiem 12 i obciążeniem 18.

Przełącznik 12 może zawierać jeden lub więcej czujników 26 do wykrywania stanu mocy z pierwszego i drugiego źródła 14, 16. Czujniki 26 umożliwiają przełącznikowi 12 wykrywanie stanu mocy z pierwszego i drugiego źródła 14, 16. Czujniki 26 mogą być czujnikami takimi jak, ale nie ograniczonymi do transformatorów potencjału, transformatorów prądu i dowolnej ich kombinacji.

W oparciu o ten wykryty stan przełącznik 12 automatycznie przesyła moc dostarczaną do obciążenia 18 między pierwszym i drugim źródłem 14, 16 dla minimalizacji wyjściowego czasu przestoju i zapewnienia, żeby obciążenie było stale zasilane. Szczególnie przełącznik 12 ma styk 28, który jest ruchomy między pierwszym położeniem 30 i drugim położeniem 32 (przedstawionym w zarysie). W pierwszym położeniu 30 styk 28 wprowadza obciążenie 18 w połączenie elektryczne z pierwszym źródłem 14. Odwrotnie, styk 28 wprowadza obciążenie 18 w połączenie elektryczne z drugim źródłem 16, gdy styk jest w drugim położeniu 32.

Pierwszy przerywacz 20 może zawierać jeden lub więcej czujników 34 do wykrywania stanu mocy z pierwszego źródła 14. Podobnie drugi przerywacz 22 może zawierać jeden lub więcej czujników 36 do wykrywania stanu mocy z drugiego źródła 16. Ponadto trzeci przerywacz 24 może zawierać jeden lub więcej czujników 38 do wykrywania stanu mocy z przełącznika 12. Czujniki 34, 36 umożliwiają przerywaczom 20, 22, 24 wykrywanie stanu mocy z pierwszego i drugiego źródła 14, 16. Podobnie trzecie czujniki 38 umożliwiają trzeciemu przerywaczowi 24 zabezpieczanie obciążenia 18 przed mocą dostarczaną przez przełącznik 12. W oparciu o stan mocy wykrywanej przez czujniki 32, 34, 36 przerywacze 20, 22, 24 mogą automatycznie otwierać się w znany sposób, aby zabezpieczać różne elementy w systemie 10.

PL 207 875 B1

Niestety system 10 ma poziom złożoności i kosztu, które mogą być niepożądane w wielu zastosowaniach. Ponadto złożoność systemu 10 może zmniejszyć niezawodność rozdziału mocy do obciążenia 18. Występuje zatem potrzeba niższych kosztów, systemów mniej złożonych, mających zdolność automatycznego przełączania przesyłania i zabezpieczania.

Automatyczne urządzenie zabezpieczające i przełączające między obwodami, według wynalazku, charakteryzuje się tym, że zawiera sterownik podłączony do co najmniej jednego czujnika do wykrywania stanu mocy z pierwszego i drugiego źródła, z którego odbierany jest pierwszy sygnał wskazujący stan mocy w pierwszym źródle zasilania i drugim źródle zasilania. Wspomniany sterownik dostarcza drugi sygnał do zespołu napędowego, podłączonego do wspomnianego sterownika, który podłączony jest do styku do przesuwania między pierwszym, drugim i trzecim położeniem w odpowiedzi na pierwszy sygnał. Wspomniany styk łączy obciążenie z pierwszym źródłem w pierwszym położeniu, albo z drugim źródłem w drugim położeniu albo odłącza obciążenie zarówno od pierwszego jak i drugiego źródła w trzecim położeniu.

Korzystnie wspomniany sterownik podłączony jest ponadto do co najmniej jednego czujnika do wykrywania stanu mocy pobranej przez obciążenie, którego wartość jest przesyłana w pierwszym sygnale do wspomnianego sterownika.

Korzystnie automatyczne urządzenie zabezpieczające i przełączające zawiera czujnik do określania, czy styk jest w pierwszym położeniu, drugim położeniu lub trzecim położeniu, przy czym stan położenia jest przesyłany w pierwszym sygnale do wspomnianego sterownika.

Korzystnie wspomniany sterownik jest procesorem, obwodem, termiczno-magnetycznym urządzeniem wyłączającym i dowolną ich kombinacją.

Korzystnie wspomniany sterownik jest elektroniczną jednostką wyłączającą.

Korzystnie automatyczne urządzenie zabezpieczające i przełączające zawiera ponadto bezpiecznik wyczuwający obciążenie, wstawiony między styk i obciążenie.

Korzystnie wspomniany zespół napędowy jest urządzeniem wybranym z grupy składającej się z solenoidu, silnika i urządzenia ustawianego magnetycznie.

Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony w przykładach wykonania na rysunku, na którym:

Fig. 1 jest schematycznym przedstawieniem systemu rozdzielczego mocy znanego ze stanu techniki, mającego typowy automatyczny przełącznik między obwodami.

Fig. 2 jest schematycznym przedstawieniem systemu rozdzielczego mocy, mającego przykładowe wykonanie automatycznego urządzenia zabezpieczającego i przełącznika między obwodami według obecnego ujawnienia, oraz

Fig. 3 jest schematycznym przedstawieniem urządzenia z fig. 2.

Na fig. 2 i 3, przedstawiony jest system rozdzielczy mocy 110 mający przykładowe wykonanie automatycznego urządzenia zabezpieczającego 112 i przełącznika między obwodami. Tutaj części składowe spełniające podobne i/lub analogiczne funkcje są oznaczone wielokrotnościami stu.

Korzystnie urządzenie 112 działa zarówno jak przełącznik, jak i urządzenie zabezpieczające. Na przykład, urządzenie 112 jest skonfigurowane wybiórczo dla dostarczania mocy z pierwszego źródła 114 lub drugiego źródła 116 do obciążenia 118. Ponadto urządzenie 112 jest skonfigurowane dla zabezpieczania różnych elementów systemu 110 przez automatyczne otwarcie przy wykryciu stanu mocy powyżej określonej z góry wartości nastawczej.

Obciążenie 118 może być dowolnym urządzeniem pobierającym moc, takim jak, ale nieograniczonym do światła, silnika, komputera i innego urządzenia. Dla uproszczenia system 110 jest przedstawiony jako mający dwa źródła zasilania i jedno obciążenie. Oczywiście jest rozważane, że system 110 ma więcej niż dwa źródła zasilania i/lub więcej niż jedno obciążenie.

Urządzenie 112 ma styk 128, który jest ruchomy między pierwszym położeniem 130, drugim położeniem 132 (przedstawionym w zarysie) i trzecim położeniem 140. W pierwszym położeniu 130 styk 128 wprowadza obciążenie 118 w połączenie elektryczne z pierwszym źródłem 114. Podobnie styk 128 wprowadza obciążenia 118 w połączenie elektryczne z drugim źródłem 116, gdy styk jest w drugim położeniu 132. Trzecie położenie 140 jest położeniem otwartym lub zabezpieczenia. Gdy styk 128 jest w trzecim położeniu 140, urządzenie 112 izoluje obciążenie 118 od obu, pierwszego i drugiego źródła 114, 116. Szczególnie obciążenie 118 nie jest w połączeniu elektrycznym ani z pierwszym ani z drugim źródłem 114, 116, gdy urządzenie 112 przesuwa styk 128 do trzeciego położenia 140.

Urządzenie 112 zawiera sterownik 142 do sterowania działaniem styku 128. W przykładowym wykonaniu sterownik 142 jest procesorem, takim jak elektroniczna jednostka wyłącznika samoczynnego.

PL 207 875 B1

Alternatywnie jest rozważane przez obecne ujawnienie, że sterownik 142 zawiera obwód sterowania, procesor i termiczno-magnetyczne urządzenie wyłączające. Oczywiście jest rozważane przez obecne ujawnienie, że sterownik 142 zawiera dowolną kombinację jednej lub więcej spośród powyższych możliwości.

Urządzenie 112 zawiera jeden lub więcej czujników 126 do wykrywania stanu mocy z pierwszego i drugiego źródła 114, 116 (np. po obu stronach urządzenia 112). W kilku wykonaniach urządzenie112 zawiera także jeden lub więcej czujników 138 do wykrywania stanu mocy pobranej przez obciążenie 118 (np. strona urządzenia 112 od obciążenia). Czujniki 126, 138 mogą być czujnikami takimi jak, ale nie ograniczonymi do transformatorów napięcia, transformatorów prądu i dowolnej ich kombinacji.

Urządzenie 112 może także zawierać czujniki 150 do wykrywania położenia styku 128. Tutaj czujniki 150 mogą zapewniać, że urządzenie 112 wie, czy styk 128 jest w pierwszym położeniu 130, drugim położeniu 132 lub trzecim położeniu 140.

Czujniki 126, 138, 150 dostarczają jeden lub więcej pierwszych sygnałów 144 do sterownika142. W oparciu o pierwsze sygnały 144 sterownik 142 określa żądane położenie styku 128, mianowicie pierwsze położenie 130, drugie położenie 132 lub trzecie położenie 140. Sterownik 142 jest skonfigurowany do wysłania drugiego sygnału 146 odpowiadającego żądanemu położeniu styku 128. Sterownik 142 wysyła drugi sygnał 146 do zespołu napędowego 148. Zespół napędowy 148 jest skonfigurowany do przesuwania styku 128 między pierwszym położeniem 130, drugim położeniem 132 i trzecim położeniem 140. Zespół napędowy 148 może być napędem, takim jak, ale nie ograniczonym do, solenoidu, silnika, urządzenia stawianego magnetycznie i innych.

Podczas normalnej pracy sterownik 142 utrzymuje styk 128 w pierwszym położeniu 130 tak, że moc z pierwszego źródła 114 jest dostarczana do obciążenia 118. W przypadku, gdy moc z pierwszego źródła 114 jest nieosiągalna lub nie do przyjęcia przy wykrywaniu przez czujniki 126, sterownik 142 może przesunąć styk 128 do drugiego położenia 132 tak, że moc z drugiego źródła 116 jest dostarczana do obciążenia 118. W przypadku, gdy moc z drugiego źródła 116 staje się nieosiągalna lub nie do przyjęcia albo gdy moc z pierwszego źródła 114 jest przywracana do wykrywanej przez czujniki 126, sterownik 5 142 może przesunąć styk 128 z powrotem do pierwszego położenia 130 tak, że moc z pierwszego źródła jest dostarczana do obciążenia 118. W ten sposób urządzenie 112 może minimalizować wyjściowy czas przestoju i zapewniać, że obciążenie 118 jest stale zasilane.

W kilku wykonaniach może być pożądane opóźnianie przesyłania mocy między pierwszym i drugim źródłem 114, 116 do obciążenia 118. Na przykład obciążenie 118 może często zawierać duży silnik, którego obracanie się może wytwarzać szkodliwe wsteczne pola elektromagnetyczne (EMF) w systemie 110. W tym przykładzie może być pożądane umożliwienie krótkich opóźnień w dostarczaniu mocy do silnika, aby umożliwić bezwładności silnika zmniejszenie jego szybkości, ale nie zatrzymanie go. To może łagodzić skutki bezwładności silnika, a więc łagodzić szkodliwe skutki wstecznej siły elektromotorycznej. Szczególnie może być pożądane krótkie izolowanie obciążenia 118 od pierwszego i drugiego źródła 114, 116. Tutaj, gdy moc z pierwszego źródła 114 jest nieosiągalna lub nie do przyjęcia jak wykrywana przez czujniki 126, sterownik 142 może przesunąć styk 128 do trzeciego położenia 140 na określony z góry czas (np. opóźnienie) przed przesunięciem styku do drugiego położenia 132. Zakładane jest dla określonego z góry czasu lub opóźnienia, że wynosi między około zero (0) sekund i około trzydziestu (30) sekund. Na przykład zakłada się dla określonego z góry czasu lub opóźnienia, że wynosi do około pięciu (5) sekund.

W przypadku, gdy moc z obu, pierwszego i drugiego źródła 114, 116 jest nieosiągalna i/lub nie do przyjęcia jak wykrywana przez czujniki 126, sterownik 142 może przesunąć styk 128 do trzeciego położenia 140 tak, że obciążenie 118 jest izolowane zarówno od pierwszego, jak i drugiego źródła. Ponadto urządzenie 112 jest skonfigurowane tak, żeby przesuwać styk 128 do trzeciego położenia 140 tak, że obciążenie 118 jest izolowane zarówno od pierwszego, jak i drugiego źródła w przypadku, gdy moc pobrana przez obciążenie, jak wykrywana przez czujniki 138, jest powyżej określonej z góry wartości granicznej.

Odpowiednio urządzenie 112 odbiera pierwsze sygnały 144 z czujników 126, 138, 150 w systemie 110. W oparciu o pierwsze sygnały 144, sterownik 142 określa drugi sygnał 146 reprezentujący żądane położenie styku 128. Sterownik 142 dostarcza następnie drugie sygnały 146 do zespołu napędowego 148 dla przesunięcia styku 128 do żądanego położenia. W ten sposób urządzenie 112 może automatycznie i wybiórczo dostarczać moc do obciążenia 118 z pierwszego źródła 114 lub drugiego źródła 116. Ponadto urządzenie 112 może wybiórczo izolować obciążenie 118 od pierwszego i drugiego źródła 114, 116, gdy jest to potrzebne.

PL 207 875 B1

W kilku wykonaniach może być pożądane, aby zapewniać urządzenie 112 z dodatkowym urządzeniem zabezpieczającym 152 do zabezpieczania obciążenia 118. Na przykład dodatkowe urządzenie zabezpieczające 152 może być bezpiecznikiem wyczuwającym obciążenie, jak przedstawiony na fig. 3, wstawiony między stykiem 128 i obciążeniem 118. W innych wykonaniach system 110 może zawierać trzeci przerywacz 124 wstawiony między urządzeniem 112 i obciążeniem 118 dla dodania jeszcze innego poziomu zabezpieczenia.

Odpowiednio urządzenie 112 może łączyć typową funkcjonalność przełącznika między obwodami i 5 funkcjonalność elektronicznej jednostki wyłączającej z bezpiecznikami wyczuwającymi obciążenie dla utworzenia zintegrowanego, automatycznego urządzenia zabezpieczającego i przełączającego między obwodami, które zabezpiecza obciążenie 118 bez nakładów i złożoności 10 wymaganej przez tradycyjne systemy.

Należy również zaznaczyć, że terminy „pierwszy”, „drugi”, „trzeci”, „górny”, „dolny” i tym podobne mogą być stosowane tutaj do modyfikacji różnych elementów. Te modyfikacje nie sugerują przestrzennego, sekwencyjnego lub hierarchicznego porządku modyfikowanych elementów, o ile nie jest to szczególnie zaznaczone.

Chociaż obecny wynalazek został opisany w odniesieniu do jednego lub więcej przykładowych wykonań, będzie zrozumiałe dla specjalistów w tej dziedzinie, że mogą być dokonane różne zmiany i mogą być podane równoważniki elementów bez oddalania się od zakresu obecnego wynalazku. W dodatku wiele modyfikacji może być dokonanych, aby dostosować szczególną sytuację lub materiał do pouczeń ujawnienia bez oddalania się od jego zakresu. Dlatego jest zamierzeniem, żeby obecny wynalazek nie był ograniczony do szczególnego(ych) wykonania(ń) ujawnionego(ych) jako najlepszy tryb rozważany dla realizacji tego wynalazku, lecz żeby wynalazek obejmował wszystkie wykonania zawarte w zakresie załączonych zastrzeżeń.

Claims (7)

1. Automatyczne urządzenie zabezpieczające i przełączające między obwodami, zawierające styk ruchomy między pierwszym położeniem, drugim położeniem i trzecim położeniem, zespół napędowy do przesuwania styku między pierwszym, drugim i trzecim położeniem, znamienne tym, że zawiera ponadto sterownik (142) podłączony do co najmniej jednego czujnika (126) do wykrywania stanu mocy z pierwszego i drugiego źródła (114) (116), z którego odbierany jest pierwszy sygnał (144) wskazujący stan mocy w pierwszym źródle (114) zasilania i drugim źródle (116) zasilania, przy czym wspomniany sterownik (142) dostarcza drugi sygnał (146) do zespołu napędowego (148), podłączonego do wspomnianego sterownika, który podłączony jest do styku (128) do przesuwania między pierwszym (130), drugim (132) i trzecim (140) położeniem w odpowiedzi na pierwszy sygnał (144), przy czym styk (128) łączy obciążenie (118) z pierwszym źródłem (114) w pierwszym położeniu (130), albo z drugim źródłem (116) w drugim położeniu (132) albo odłącza obciążenie zarówno od pierwszego jak i drugiego źródła w trzecim położeniu (140).

2. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że sterownik (142) podłączony jest ponadto do co najmniej jednego czujnika (138) do wykrywania stanu mocy pobranej przez obciążenie (118), którego wartość jest przesyłana w pierwszym sygnale (144) do wspomnianego sterownika (142).

3. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że zawiera czujnik (150) do określania, czy styk (128) jest w pierwszym położeniu (130), drugim położeniu (132) lub trzecim położeniu (140), przy czym stan położenia jest przesyłany w pierwszym sygnale (144) do wspomnianego sterownika (142).

4. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że sterownik (142) jest procesorem, obwodem, termiczno-magnetycznym urządzeniem wyłączającym i dowolną ich kombinacją.

5. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że sterownik (142) jest elektroniczną jednostką wyłączającą.

6. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że ponadto zawiera bezpiecznik (152) wyczuwający obciążenie, wstawiony między styk (128) i obciążenie (118).

7. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że zespół napędowy (148) jest urządzeniem wybranym z grupy składającej się z solenoidu, silnika i urządzenia ustawianego magnetycznie.