RU156019U1 - Энергетический блок-модуль - Google Patents

Abstract

1. Энергетический блок-модуль, включающий размещенный в контейнере 1 дизель-генератор 2, щит 3 управления, нагреватель 4, устройство 5 вентиляции с электроприводом, блок 6 датчиков температуры воздуха, кондиционер 7, инвертор-зарядное устройство 8, низковольтную аккумуляторную батарею 9, шину 10 потребителей постоянного тока и фидер 17 подключения внешней сети переменного тока, при этом первый выход щита 3 управления соединен с первым входом дизель-генератора 2, а второй, третий и четвертый выходы щита 3 управления соединены соответственно с нагревателем 4, электроприводом устройства 5 вентиляции и кондиционером 7, выход блока 6 датчиков температуры воздуха подключен ко второму входу щита 3 управления, первый выход и второй вход инвертора-зарядного устройства 8 подключены к шине 10 потребителей постоянного тока, к которой также подключены вход и выход низковольтной аккумуляторной батареи 9, отличающийся тем, что дополнительно содержит блок 11 переключения питания, первое 12 и второе 13 вводно-распределительные устройства, блок 14 учета электроэнергии и токовой защиты, основной фидер 15 питания потребителей и аварийный фидер 16 питания потребителей, линию 23 дистанционного управления, соединенную со вторым входом блока 11 переключения питания, при этом второй выход инвертора-зарядного устройства 8 соединен со вторым входом дизель-генератора 2, третий вход которого соединен с линией 23 дистанционного управления, а его выход соединен с первым входом блока 11 переключения питания, первый выход которого соединен с фидером 16 аварийного питания потребителей, а второй его выход соединен со входом первого вводно-распределительного ус

Description

Полезная модель относится к электроснабжению различных объектов, в особенности ответственных потребителей, например, средств железнодорожной автоматики, телемеханики и связи.

Известны устройства для электроснабжения потребителей, на основе солнечных батарей, включающие в свой состав солнечную батарею, устройство отбора максимальной мощности, регулятор заряда-разряда аккумуляторной батареи, инвертор и аккумуляторную батарею, см. Д.С. Фалеев «Возобновляемые и ресурсосберегающие источники энергии» Хабаровск, 2001 год, с.с. 69-70. Устройство не содержит вводов от внешних электросетей или автономных источников электроснабжения, что крайне негативно влияет на электропитание ответственных потребителей при снижениях активности солнца (например, в зимний период) и разряде аккумуляторной батареи. Также данные устройства не могут доставляться на объект эксплуатации в высокой степени готовности к работе в виду раздельной поставки оборудования и необходимости выполнения в полном объеме монтажных работ на месте эксплуатации.

Известны устройства для электроснабжения потребителей, на основе ветроэнергетических установок (ВЭУ), включающие в свой состав ветрогенератор, выпрямитель, инвертор и аккумуляторную батарею, в состав ВЭУ также могут быть включены регулятор ветрогенератора и дизель-генератор, см. Д.С. Фалеев «Возобновляемые и ресурсосберегающие источники энергии» Хабаровск, 2001 год, с.с. 126-128. ВЭУ не содержит вводов от внешних электросетей, что крайне негативно влияет на электропитание ответственных потребителей при снижении скорости ветра, или его длительном отсутствии, разряде аккумуляторной батареи и израсходовании горючего для дизель-генератора. Также данные устройства не могут доставляться на объект эксплуатации в высокой степени готовности к работе в виду раздельной поставке оборудования и необходимости выполнения в полном объеме монтажных работ на месте эксплуатации.

Известно устройство для электроснабжения потребителей, представляющее собой энергетический блок-модуль, включающий размещенный в контейнере дизель-генератор, щит управления, нагреватель, устройство вентиляции с приводом, блок переключения источников электропитания, устройство бесперебойного питания (УБП), блок датчиков температуры воздуха, шины электропитания потребителей и дополнительную шину электропитания потребителей, также в состав блок-модуля могут быть включены кондиционер воздуха и вторая дополнительная шина электропитания потребителей. В данном блок-модуле гарантированно обеспечивается бесперебойное электропитание особо ответственных потребителей электроэнергии, перерыв в электропитании ответственных потребителей происходит только во время запуска дизель-генератора, RU 69340 U1, опубл. 10.12.2007.

Его недостатком является то обстоятельство, что при отключении внешних сетей и израсходовании горючего дизель-генератора, прекращается заряд аккумуляторной батареи УБП и после ее разряда прекращается снабжение электроэнергией потребителей, в том числе и особо ответственных потребителей первой категории, а также собственных нужд.

Известен энергетический блок-модуль, включающий размещенный в контейнере дизель-генератор, щит управления, нагреватель, устройство вентиляции с приводом, блок переключения источников электропитания, первую, вторую и третью шины электропитания потребителей переменного тока, блок датчиков температуры воздуха и кондиционер воздуха, при этом второй вход дизель-генератора и его выход соединены соответственно с первым выходом и третьим входом блока переключения источников электропитания, первый вход дизель-генератора соединен с первым выходом щита управления, первый и второй входы блока переключения источников электропитания подключены соответственно к основной и резервной внешним сетям переменного тока, а его второй и третий выходы - к третьей и первой шинам электропитания потребителей переменного тока, выход блока датчиков температуры воздуха подключен ко второму входу щита управления, второй, третий и четвертый выходы которого подключены, соответственно, к нагревателю, приводу устройства вентиляции и кондиционеру воздуха, первый вход щита управления подключен к третьей шине электропитания потребителей переменного тока, дополнительно содержит инвертор-зарядное устройство, низковольтную аккумуляторную батарею и шину электропитания потребителей постоянного тока, при этом первый вход инвертора-зарядного устройства подключен к третьей шине электропитания потребителей переменного тока, а его первый выход и второй вход соединены с шиной электропитания потребителей постоянного тока, к которой также подключен выход низковольтной аккумуляторной батареи постоянного тока и третий вход щита управления, второй выход инвертора-зарядного устройства подключен ко второй шине электропитания потребителей переменного тока; дополнительно включает солнечную батарею устройство отбора максимальной мощности и регулятор заряда-разряда, при этом выход солнечной батареи соединен с входом устройства отбора максимальной мощности, выход которого подключен ко входу регулятора, выход которого подключен к шине электропитания потребителей постоянного тока; дополнительно включает ветрогенератор и регулятор, при этом выход ветрогенератора соединен с входом регулятора, выход которого подключен к шине электропитания потребителей постоянного тока, RU 95189 U1, опубл. 10.06.2010.

Данное техническое решение принято в качестве прототипа настоящей полезной модели.

Его недостатком является низкая надежность аварийного электропитания потребителей вследствие:

- отсутствия возможности подачи аварийного электропитания от дизель-генератора к потребителям в случае выхода из строя инвертора -зарядного устройства;

- отсутствия возможности дистанционного запуска дизель-генератора потребителями в случае пропадания напряжения внешней сети, а также от возобновляемых источников электроэнергии (в случае их наличия).

Задачей настоящей полезной модели является повышение надежности аварийного электропитания потребителей.

Согласно полезной модели энергетический блок-модуль, включающий размещенный в контейнере дизель-генератор, щит управления, нагреватель, устройство вентиляции с электроприводом, блок датчиков температуры воздуха, кондиционер, инвертор-зарядное устройство, низковольтную аккумуляторную батарею, шину потребителей постоянного тока и фидер подключения внешней сети переменного тока, при этом первый выход щита управления соединен с первым входом дизель-генератора, а второй, третий и четвертый выходы щита управления соединены, соответственно, с нагревателем, электроприводом устройства вентиляции и кондиционером, выход блока датчиков температуры воздуха подключен ко второму входу щита управления, первый выход и второй вход инвертора-зарядного устройства подключены к шине потребителей постоянного тока, к которой также подключены вход и выход низковольтной аккумуляторной батареи, дополнительно содержит блок переключения питания, первое и второе вводно-распределительные устройства, блок учета электроэнергии и токовой защиты, основной фидер питания потребителей и аварийный фидер питания потребителей, линию дистанционного управления, соединенную со вторым входом блока переключения питания, при этом второй выход инвертора-зарядного устройства соединен со вторым входом дизель-генератора, третий вход которого соединен с линией дистанционного управления, а его выход соединен с первым входом блока переключения питания, первый выход которого соединен с фидером аварийного питания потребителей, а второй его выход соединен со входом первого вводно-распределительного устройства, первый выход которого соединен с первым входом щита управления, третий вход которого соединен с первым выходом второго вводно-распределительного устройства, второй выход которого соединен с третьим входом инвертора-зарядного устройства, первый вход которого соединен со вторым выходом вводно-распределительного устройства, а третий выход инвертора- зарядного устройства соединен со входом блока учета электроэнергии и токовой защиты, выход которого соединен с основным фидером питания потребителей, а фидер подключения внешней сети переменного тока соединен со входом второго вводно-распределительного устройства; дополнительно включает солнечную батарею, устройство отбора максимальной мощности и регулятор заряда-разряда, при этом выход солнечной батареи соединен с входом устройства отбора максимальной мощности, выход которого подключен ко входу регулятора заряда-разряда, выход которого подключен к шине электропитания потребителей постоянного тока; дополнительно включает ветроэлектрогенератор и регулятор заряда-разряда, при этом выход ветроэлектрогенератора соединен с входом регулятора заряда-разряда, выход которого подключен к шине электропитания потребителей постоянного тока.

Сущность полезной модели поясняется чертежом, на котором приведена блок-схема устройства.

Энергетический блок-модуль включает размещенный в контейнере 1 дизель-генератор 2, щит 3 управления, нагреватель 4, устройство 5 вентиляции с электроприводом, блок 6 датчиков температуры воздуха, кондиционер 7, инвертор-зарядное устройство 8, низковольтную аккумуляторную батарею 9, шину 10 потребителей постоянного тока и фидер 17 подключения внешней сети переменного тока; первый выход щита 3 управления соединен с первым входом дизель-генератора 2, а второй, третий и четвертый выходы щита 3 управления соединены, соответственно, с нагревателем 4, электроприводом устройства 5 вентиляции и кондиционером 7, выход блока 6 датчиков температуры воздуха подключен ко второму входу щита 3 управления, первый выход и второй вход инвертора-зарядного устройства 8 подключены к шине 10 потребителей постоянного тока, к которой также подключены вход и выход низковольтной аккумуляторной батареи 9. Устройство дополнительно содержит блок 11 переключения питания, первое 12 и второе 13 вводно-распределительные устройства, блок 14 учета электроэнергии и токовой защиты, основной фидер 15 питания потребителей и аварийный фидер 16 питания потребителей, линию 23 дистанционного управления, соединенную со вторым входом блока 11 переключения питания; второй выход инвертора-зарядного устройства 8 соединен со вторым входом дизель-генератора 2, третий вход которого соединен с линией 23 дистанционного управления, а его выход соединен с первым входом блока 11 переключения питания, первый выход которого соединен с фидером 16 аварийного питания потребителей, а второй его выход соединен со входом первого вводно-распределительного устройства 12, первый выход которого соединен с первым входом щита 3 управления, третий вход которого соединен с первым выходом второго вводно-распределительного устройства 13, второй выход которого соединен с третьим входом инвертора-зарядного устройства 8, первый вход которого соединен со вторым выходом вводно-распределительного устройства 12, а третий его выход соединен со входом блока 14 учета электроэнергии и токовой защиты, выход которого соединен с основным фидером 15 питания потребителей, а фидер 17 подключения внешней сети переменного тока соединен со входом второго вводно-распределительного устройства 13. Энергетический блок-модуль дополнительно включает солнечную батарею 18, устройство 19 отбора максимальной мощности и регулятор 20 заряда-разряда; выход солнечной батареи соединен с входом устройства 19 отбора максимальной мощности, выход которого подключен ко входу регулятора 20 заряда-разряда, выход которого подключен к шине 10 электропитания потребителей постоянного тока. Кроме того, энергетический блок-модуль дополнительно включает ветроэлектрогенератор 21 и регулятор 22 заряда-разряда, при этом выход ветроэлектрогенератора 21 соединен с входом регулятора 22 заряда-разряда, выход которого подключен к шине 10 электропитания потребителей постоянного тока.

В конкретном примере использован дизель-генератор 2 LG WILSON-13P1 производства фирмы General Elektric (США), щит 3 управления и блок датчиков температуры 6 производства ООО «Президент-Нева «Энергетический центр», Санкт-Петербург, Россия.

В качестве инвертора-зарядного устройства 8 в конкретном примере используется устройство SW4548E канадской фирмы Xantrex Technology.

Аккумуляторная батарея 9 представляет собой низковольтную батарею Rolls S-600 (Канада) на напряжение 12-60 В, состоящую из единичных 6 В аккумуляторов соединенных последовательно в группы (для получения напряжения 12, 24, или 60 В), которые в свою очередь включены параллельно друг другу. Количество групп последовательно соединенных единичных аккумуляторов определяется требуемой емкостью аккумуляторной батареи.

В качестве солнечной батареи использована батарея ФСМ 260-М фирмы Sunways, Россия. В качестве устройства 19 отбора максимальной мощности и регулятора 20 заряда-разряда использованы контроллеры «Xantrex XW» канадской фирмы Xantrex Technology.

В качестве ветроэлектрогенератора 21 использован ветроэлектрогенератор Antaris 4.5 фирмы Braun, Германия. Регулятор 22 заряда-разряда осуществляет преобразование переменного тока в постоянный и производится фирмой Braun, Германия.

Устройство работает следующим образом.

Через фидер 17 подключения внешней сети переменный ток поступает на вход второго вводно-распределительного устройства 13 и с его второго выхода подается на третий вход инвертора-зарядного устройства 8, в котором преобразуется в постоянный ток. С первого выхода инвертора-зарядного устройства 8 постоянный ток подается на шину 10. От шины 10 постоянный ток подается на вход низковольтной аккумуляторной батарее и 9 и заряжает ее. С выхода батареи 9 постоянный ток через шину 10 поступает на второй вход инвертора-зарядного устройства 8, в котором преобразуется в переменный ток. С третьего выхода инвертора-зарядного устройства 8 переменный ток поступает на вход блока 14 учета электроэнергии и токовой защиты. С выхода блока 14 учета электроэнергии и токовой защиты переменный ток по основному фидеру питания 15 поступает к потребителям. Блок 14 представляет собой электрический счетчик с трехфазным автоматическим выключателем. С первого выхода второго вводно-распределительного устройства 13 переменный ток поступает на третий вход щита 3 управления, со второго, третьего и четвертого выходов которого ток подается, соответственно, к нагревателю 4 для поддержания требуемой температуры в контейнере 1, к электроприводу устройства 5 вентиляции, обеспечивающего отвод тепла от дизель-генератора 2 и к кондиционеру 7, обеспечивающему снижение температуры воздуха в контейнере 1. Требуемая температура в контейнере 1 регулируется с помощью блока 6 датчиков температуры, подключенного ко второму входу щита 3 управления. Контроллер щита 3 управления определяет температуру воздуха по термосопротивлению датчика, сравнивает ее с установленными нижним и верхним пределами, а также при необходимости принимает решение на запуск дизель-генератора 2.

При отсутствии напряжения внешней сети на фидере 17 электропитание потребителей производится от заряженной низковольтной аккумуляторной батареи 9. При этом электропитание нагревателя 4, привода устройства вентиляции 5 и кондиционера 7 не производится. В этом случае с выхода батареи 9 постоянный ток через шину 10 электропитания поступает на второй вход инвертора-зарядного устройства 8, где преобразуется в переменный ток. С третьего выхода инвертора-зарядного устройства 8 переменный ток подается на вход блока 14 учета электроэнергии и токовой защиты. С выхода блока 14 учета электроэнергии и токовой защиты переменный ток по основному фидеру 15 поступает к потребителям. При снижении напряжения на батарее 9 до предельной величины, характеризующей окончание ее разряда и необходимость заряда, со второго выхода инвертора-зарядного устройства 8 на второй вход дизель-генератора 2 поступит сигнал на его запуск. При этом на втором выходе инвертора-зарядного устройства 8 замыкаются беспотенциальные контакты. Тогда потенциал на втором входе дизель-генератора 2, подаваемый через замкнутые беспотенциальные контакты второго выхода инвертора-зарядного устройства 8 служит сигналом для его запуска. После запуска дизель-генератора 2 с его выхода переменный ток поступает на первый вход блока 11 переключения питания. Со второго выхода блока 11 переключения питания переменный ток поступает на вход первого вводно-распределительного устройства 12. Со второго выхода первого вводно-распределительного устройства 12 переменный ток подается на первый вход инвертора-зарядного устройства 8, в котором преобразуется в постоянный ток. С первого выхода инвертора зарядного устройства 8 постоянный ток поступает на шину 10. От шины 10 постоянный ток подается на вход низковольтной аккумуляторной батареи 9 и заряжает ее. С выхода батареи 9 постоянный ток через шину 10 поступает на второй вход инвертора-зарядного устройства 8, в котором преобразуется в переменный ток. С третьего выхода инвертора-зарядного устройства 8 переменный ток поступает на вход блока 14 учета электроэнергии и токовой защиты. С выхода блока 14 учета электроэнергии и токовой защиты переменный ток по основному фидеру питания 15 поступает к потребителям. При этом с первого выхода первого вводно-распределительного устройства 12 на первый вход щита 3 управления поступает переменный ток, который с его второго, третьего и четвертого выходов обеспечивает электропитанием нагреватель 4, электропривод 5 устройства вентиляции и кондиционер 7 воздуха.

Если во время разряда батареи 9, при отсутствии напряжения внешней сети и выключенном дизель-генераторе 2, температура в контейнере 1 установится вне установленных пределов, тогда на первом выходе щита 3 управления замыкаются беспотенциальные контакты. В этом случае потенциал на первом входе дизель-генератора 2, подаваемый через замкнутые беспотенциальные контакты первого выхода щита 3 управления служит сигналом для его запуска. После запуска дизель-генератора 2 переменный ток с его выхода поступает на первый вход блока 11 переключения питания, со второго выхода которого поступает на вход первого вводно-распределительного устройства 12. Со второго выхода первого вводно-распределительного устройства 12 переменный ток подается на первый вход инвертора-зарядного устройства 8, в котором преобразуется в постоянный ток и поступает на шину 10. От шины 10 постоянный ток подается на вход низковольтной аккумуляторной батареи 9 и заряжает ее. С выхода батареи 9 постоянный ток через шину 10 поступает на второй вход инвертора-зарядного устройства 8, в котором преобразуется в переменный ток. С третьего выхода инвертора-зарядного устройства 8 переменный ток поступает на вход блока 14 учета электроэнергии и токовой защиты. С выхода блока 14 учета электроэнергии и токовой защиты переменный ток по основному фидеру питания 15 поступает к потребителям. При этом с первого выхода первого вводно-распределительного устройства 12 на первый вход щита 3 управления поступает переменный ток, который с его второго, третьего и четвертого выходов обеспечивает электропитанием нагреватель 4, электропривод 5 устройства вентиляции и кондиционер 7 воздуха.

При пропадании напряжения переменного тока на основном фидере 15 питания потребителей вследствие неисправности инвертора-зарядного устройства 8, или низковольтной аккумуляторной батареи 9, или второго вводного распределительного устройства 13, или блока 14 учета электроэнергии и токовой защиты, от потребителей по линии дистанционного управления 23 на третий вход дизель-генератора 2 поступает сигнал на его запуск. Одновременно по линии дистанционного управления 23 на второй вход блока 11 переключения питания поступает сигнал, который обеспечивает подключение к его первому выходу аварийного фидера 16 питания потребителей. После запуска дизель-генератора 2 переменный ток с его выхода поступает на первый вход блока 11 переключения питания, с первого выхода которого через аварийный фидер 16 обеспечивает электропитание потребителей. Со второго выхода блока 11 переключения питания переменный ток поступает на вход первого вводно-распределительного устройства 12. С первого выхода первого вводно-распределительного устройства 12 переменный ток поступает на первый вход щита 3 управления и с его второго, третьего и четвертого выхода обеспечивает электропитанием, соответственно, нагреватель 4, электропривод 5 устройства вентиляции и кондиционер воздуха 7.

При восстановлении напряжения переменного тока на основном фидере 15 питания потребителей, работающий дизель-генератор 2 не выключается до тех пор, пока выполняются все условия его запуска со второго выхода инвертора-зарядного устройства 8, с первого выхода щита 3 управления, по линии дистанционного управления 23 от потребителей.

При реализации п.п. 2,3 формулы полезной модели заряд низковольтной аккумуляторной батареи 9 может осуществляться от возобновляемых источников энергии - солнечной батареи 18 и/или ветроэлектрогенератора 21 через шину 10 электропитания потребителей постоянного тока. Выходы регуляторов 20 и 22 заряда-разряда настраиваются на напряжение выше, чем напряжение включения заряда аккумуляторной батареи 9 от инвертора-зарядного устройства 8. Таким образом заряд аккумуляторной батареи 9 от возобновляемых источников энергии является преобладающим, заряд от инвертора-зарядного устройства 8 осуществляется только при отсутствии или пониженном напряжении на выходах регуляторов 20 и 22. Устройство 19 отбора максимальной мощности обеспечивает подачу к регулятору 20 постоянного тока от солнечной батареи 18 не ниже заданного значения.

Заявленная полезная модель обеспечивает важный технический результат, состоящий в обеспечении возможности подачи аварийного электропитания от дизель-генератора к потребителям в случае выхода из строя инвертора-зарядного устройства; также обеспечивается возможность дистанционного запуска дизель-генератора потребителями в случае пропадания напряжения внешней сети, а также от возобновляемых источников электроэнергии. Таким образом, значительно повышается надежность аварийного электропитания потребителей.

Опытные образцы устройства изготовлены и испытаны ООО «Президент-Нева «Энергетический центр», Санкт-Петербург.

Для изготовления устройства использованы обычные конструкционные материалы и заводское оборудование. Это обстоятельство, по мнению заявителя, позволяет сделать вывод о том, что данная полезная модель соответствует условию патентоспособности «Промышленная применимость».

Claims (3)

1. Энергетический блок-модуль, включающий размещенный в контейнере 1 дизель-генератор 2, щит 3 управления, нагреватель 4, устройство 5 вентиляции с электроприводом, блок 6 датчиков температуры воздуха, кондиционер 7, инвертор-зарядное устройство 8, низковольтную аккумуляторную батарею 9, шину 10 потребителей постоянного тока и фидер 17 подключения внешней сети переменного тока, при этом первый выход щита 3 управления соединен с первым входом дизель-генератора 2, а второй, третий и четвертый выходы щита 3 управления соединены соответственно с нагревателем 4, электроприводом устройства 5 вентиляции и кондиционером 7, выход блока 6 датчиков температуры воздуха подключен ко второму входу щита 3 управления, первый выход и второй вход инвертора-зарядного устройства 8 подключены к шине 10 потребителей постоянного тока, к которой также подключены вход и выход низковольтной аккумуляторной батареи 9, отличающийся тем, что дополнительно содержит блок 11 переключения питания, первое 12 и второе 13 вводно-распределительные устройства, блок 14 учета электроэнергии и токовой защиты, основной фидер 15 питания потребителей и аварийный фидер 16 питания потребителей, линию 23 дистанционного управления, соединенную со вторым входом блока 11 переключения питания, при этом второй выход инвертора-зарядного устройства 8 соединен со вторым входом дизель-генератора 2, третий вход которого соединен с линией 23 дистанционного управления, а его выход соединен с первым входом блока 11 переключения питания, первый выход которого соединен с фидером 16 аварийного питания потребителей, а второй его выход соединен со входом первого вводно-распределительного устройства 12, первый выход которого соединен с первым входом щита 3 управления, третий вход которого соединен с первым выходом второго вводно-распределительного устройства 13, второй выход которого соединен с третьим входом инвертора-зарядного устройства 8, первый вход которого соединен со вторым выходом вводно-распределительного устройства 12, а третий его выход соединен со входом блока 14 учета электроэнергии и токовой защиты, выход которого соединен с основным фидером 15 питания потребителей, фидер 17 подключения внешней сети переменного тока соединен со входом вводно-распределительного устройства 13.

2. Энергетический блок-модуль по п. 1, отличающийся тем, что дополнительно включает солнечную батарею 18, устройство 19 отбора максимальной мощности и регулятор 20 заряда-разряда, при этом выход солнечной батареи соединен с входом устройства 19 отбора максимальной мощности, выход которого подключен ко входу регулятора 20 заряда-разряда, выход которого подключен к шине 10 электропитания потребителей постоянного тока.

3. Энергетический блок-модуль по п. 1, отличающийся тем, что дополнительно включает ветроэлектрогенератор 21 и регулятор 22 заряда-разряда, при этом выход ветроэлектрогенератора 21 соединен с входом регулятора 22 заряда-разряда, выход которого подключен к шине 10 электропитания потребителей постоянного тока.

Images