RU162345U1

RU162345U1 - POWER SUPPLY

Info

Publication number: RU162345U1
Application number: RU2015146793/28U
Authority: RU
Inventors: Альберт Гарифуллович Калимуллин; Олег Вениаминович Кислов; Виталий Валерьевич Кузнецов; Алексей Юрьевич Солдатов
Original assignee: Федеральное государственное унитарное предприятие "Приборостроительный завод"
Priority date: 2015-10-29
Filing date: 2015-10-29
Publication date: 2016-06-10

Abstract

Устройство питания, предназначенное для преобразования входного электропитания переменного тока с номинальными значениями напряжения ~220 В и частоты 50 Гц в выходное электропитание постоянного тока с номинальным напряжением 48 В, состоящее из металлического шкафа с размещенными в нем источниками бесперебойного питания, преобразователями напряжения, блоком распределения питания, который непрерывно измеряет потребляемый нагрузкой ток по каждому выходу, отличающееся тем, что блок распределения питания содержит схему управления защитой от перегрузок, которая обеспечивает частичное отключение выходов с наименьшим приоритетом, заданным при конфигурировании устройства питания, путем принудительного выключения автоматических выключателей в случаях превышения потребляемого тока предельного значения оборудованием, подключенного к данному входу, или в случаях нехватки выдаваемой устройством питания выходной мощности вследствие выхода из строя источников бесперебойного питания или преобразователей напряжения с целью поддержания максимально возможного времени стабильного электропитания оборудования.A power device designed to convert the input AC power supply with nominal voltage values of ~ 220 V and frequency of 50 Hz to the output DC power supply with a nominal voltage of 48 V, consisting of a metal cabinet with uninterruptible power supplies, voltage converters, power distribution unit , which continuously measures the current consumed by the load at each output, characterized in that the power distribution unit contains a protection control circuit t overloads, which provides partial shutdown of the outputs with the lowest priority specified when configuring the power supply device by forcibly turning off the circuit breakers in cases when the current consumption exceeds the limit value of the equipment connected to this input, or in cases of insufficient output power output from the power supply device due to failure uninterruptible power supplies or voltage converters in order to maintain the maximum possible time stable Foot power equipment.

Description

Полезная модель относится к области ядерного приборостроения, а именно к средствам для обеспечения бесперебойным низковольтным электропитанием постоянного тока с номинальным напряжением 48 В оборудования для АСУ ТП на объектах использования атомной энергии, но может применяться для питания любого оборудования с соответствующим напряжением питания и потребляемой мощностью.The utility model relates to the field of nuclear instrument engineering, and in particular, to means for providing uninterrupted low-voltage direct current power with a nominal voltage of 48 V to equipment for industrial control systems at nuclear facilities, but can be used to power any equipment with the appropriate supply voltage and power consumption.

Известны устройства отечественных и зарубежных производителей, относящиеся к различным классам устройств питания: устройства бесперебойного питания УБП для АСУ ТП PS220-14/48-40 группы компаний «Штиль» (каталог оборудования. Описание на сайте представительства по адресу www.shtyl.ru); источник бесперебойного питания Форпост ИБЭП-220/48 ООО «Системы промавтоматики» (каталог оборудования. Описание на сайте представительства по адресу www.vorpost.ru).There are devices of domestic and foreign manufacturers that belong to different classes of power devices: UPS uninterruptible power supply for process control systems PS220-14 / 48-40 of the Shtil group of companies (equipment catalog. Description on the website of the representative office at www.shtyl.ru); Forpost IBEP-220/48 uninterruptible power supply unit, Promavtomatiki LLC LLC (equipment catalog. Description on the website of the representative office at www.vorpost.ru).

Приведенные устройства являются устройствами питания и работают по следующему принципу: выполняют преобразование входного электропитания переменного тока с номинальными значениями напряжения ~220 В и частоты 50 Гц в выходное электропитание постоянного тока с номинальным напряжением 48 В и обеспечивают непрерывное электроснабжение подключенного к выходам оборудования при нарушении электроснабжения за счет использования аккумуляторных батарей.The above devices are power devices and operate according to the following principle: they convert the input AC power supply with nominal voltage values of ~ 220 V and frequency 50 Hz to the output DC power supply with a nominal voltage of 48 V and provide continuous power supply to the equipment connected to the outputs in case of power failure expense of using batteries.

В качестве наиболее близкого аналога полезной модели рассмотрим устройство бесперебойного питания УБП для АСУ ТП PS220-14/48-40 группы компаний «Штиль». Устройство состоит из шкафа и размещенного в нем аккумуляторных батарей для обеспечения необходимого времени автономной работы, выпрямительно-зарядных модулей для обеспечения аккумуляторных батарей необходимым током заряда, модулей преобразования напряжения для преобразования входного электропитания переменного тока с номинальными значениями напряжения ~220 В и частоты 50 Гц в выходное электропитание постоянного тока с номинальным напряжением 48 В, достаточного количества клеммных полей для подвода входного электропитания и отведения выходного электропитания; центрального контроллера для управления.As the closest analogue of the utility model, let us consider the UPS uninterruptible power supply unit for process control system PS220-14 / 48-40 of the Shtil group of companies. The device consists of a cabinet and batteries located in it to provide the necessary battery life, rectifier-charging modules to provide batteries with the necessary charge current, voltage conversion modules for converting the input AC power supply with rated voltage values of ~ 220 V and frequency of 50 Hz to output DC power supply with a nominal voltage of 48 V, a sufficient number of terminal fields for supplying input power and I output power; central controller to control.

Недостатком приведенного аналога, ограничивающим его функциональные возможности, являются отсутствие функции частичного отключения выходов с меньшим приоритетом для поддержания работоспособности выходов с более приоритетной нагрузкой максимально возможное время в случаях уменьшения выдаваемой устройством питания выходной мощности вследствие выхода из строя источников бесперебойного питания, преобразователей напряжения или длительного отсутствия входного электропитания и переключения на работу от аккумуляторных батарей.The disadvantage of this analogue, limiting its functionality, is the lack of a function of partially disabling outputs with a lower priority to maintain the operability of outputs with a higher priority load for the maximum possible time in cases where the output power output by the device decreases due to failure of uninterruptible power supplies, voltage converters, or a long absence input power and switching to battery operation.

Задачей, решаемой данной полезной моделью, является поддержание максимально возможного времени стабильного электропитания оборудования с более приоритетной нагрузкой за счет частичного отключения оборудования с менее приоритетной нагрузкой в случаях уменьшения выдаваемой устройством питания выходной мощности вследствие выхода из строя источников бесперебойного питания, преобразователей напряжения или длительного отсутствия входного электропитания и переключения на работу от аккумуляторных батарей.The task solved by this utility model is to maintain the maximum possible time of stable power supply of equipment with a higher priority load due to partial disconnection of equipment with a lower priority load in cases of reduction of the output power supplied by the device due to failure of uninterruptible power supplies, voltage converters, or a long absence of input power supply and switching to battery operation.

Поставленная задача решается совокупностью технических и программных средств. Устройство питания содержит источники бесперебойного питания с аккумуляторными батареями, которые обеспечивают стабилизированным электропитанием преобразователи напряжения при нормальной подаче напряжения сети ~220 В, а также в случае пропадания напряжения в сети ~220 В, преобразователи напряжения, которые преобразовывают переменное напряжение сети ~220 В в постоянное гальванически изолированное напряжение 48 В, и блок распределения питания, который обеспечивает контроль состояния источников бесперебойного питания и преобразователей напряжения, индикацию состояния с помощью светодиодных индикаторов, формирует архив значений параметров электропитания и состояний устройства питания, организует работу с оператором для ручного управления устройством питания посредством встроенной панели управления и индикации, поддерживает обмен данными для удаленного управления устройством питания по последовательным каналам связи RS-485, отличающееся тем, что предлагаемое устройство питания обеспечивает частичное отключение выходов с наименьшим приоритетом, заданным при конфигурировании устройства питания, путем принудительного выключения автоматического выключателя для защиты выходной цепи в случаях превышения потребляемого тока оборудованием, подключенного к данному выходу, или в случаях нехватки выдаваемой устройством питания выходной мощности вследствие выхода из строя источников бесперебойного питания или преобразователей напряжения.The problem is solved by a combination of hardware and software. The power device contains uninterruptible power supplies with rechargeable batteries that provide stabilized power to voltage converters during normal supply of ~ 220 V mains voltage, and also in the event of a ~ 220 V mains failure, voltage converters that convert ~ 220 V AC to DC 48 V galvanically isolated voltage, and a power distribution unit that provides status monitoring of uninterruptible power supplies and converters voltage, status indication using LED indicators, generates an archive of the values of power parameters and the status of the power device, organizes work with the operator to manually control the power device using the built-in control and display panel, supports data exchange for remote control of the power device via serial RS-485 communication channels , characterized in that the proposed power device provides a partial shutdown of the outputs with the lowest priority specified in the configuration tion supply device by forced off the circuit breaker to protect the output circuit in the case of excess current consumption equipment connected to this output, or in case of shortage issued device output power due to failure of the uninterruptible power supply or voltage source converters.

Техническим результатом от применения полезной модели является решение задачи поддержания максимального времени электропитания для работоспособности оборудования систем важных для безопасности объекта автоматизации за счет отключения от электропитания оборудования, систем нормальной эксплуатации, не влияющих на безопасность объекта автоматизации.The technical result from the application of the utility model is to solve the problem of maintaining the maximum power supply time for the operability of the equipment of systems important to the safety of the automation object by disconnecting equipment from the power supply, normal operation systems that do not affect the safety of the automation object.

Указанный технический результат полезной модели достигается за счет применения в блоке распределения питания устройства схемы управления защитой от перегрузки, заключающейся в управлении автоматическими выключателями по настраиваемым правилам приоритетов отключения нагрузки. Блок распределения питания непрерывно оценивает состояние подключенных источников бесперебойного питания и преобразователей напряжения по цифровым и дискретным сигналам и в случаях нехватки выдаваемой выходной мощности выдает сигнал автоматическому выключателю на отключение выхода с наименьшим приоритетом.The indicated technical result of the utility model is achieved through the application of an overload protection control circuit in the power distribution unit of the device, which consists in controlling circuit breakers according to customizable load disconnection priority rules. The power distribution unit continuously evaluates the status of connected uninterruptible power supplies and voltage converters using digital and discrete signals and, in cases of insufficient output power, gives a signal to the circuit breaker to turn off the output with the lowest priority.

Сущность предлагаемой полезной модели поясняется рисунком:The essence of the proposed utility model is illustrated by the figure:

фиг. 1 - структурная схема устройства питания.FIG. 1 is a block diagram of a power device.

Устройство питания конструктивно представляет собой металлический шкаф с размещенными в нем источниками бесперебойного питания (ИБП1-ИБП3), преобразователями напряжения (ПН1-ПН8), питающимися от источников бесперебойного питания, и блоком распределения питания. Подключение устройства питания к сети ~220 В осуществляется через клеммы. Для равномерного распределения нагрузки на сеть электропитания переменного тока подключение источников бесперебойного питания выполняется к отдельным фазам трехфазной сети ~380 В (клеммы с 1 по 6). Предусмотрено подключение источников бесперебойного питания от одного источника переменного тока от одной фазы сети ~220 В (клеммы 7 и 8).The power device is structurally a metal cabinet with uninterruptible power supplies (UPS1-IBP3) located in it, voltage converters (PN1-PN8) powered by uninterruptible power supplies, and a power distribution unit. The power device is connected to the ~ 220 V network via the terminals. To evenly distribute the load on the AC power network, uninterruptible power supplies are connected to the individual phases of a three-phase ~ 380 V network (terminals 1 to 6). The connection of uninterruptible power supplies from one AC source from one phase of the ~ 220 V network is provided (terminals 7 and 8).

Источники бесперебойного питания (ИБП1-ИБП3) с аккумуляторными батареями обеспечивают стабилизированным электропитанием преобразователи напряжения при нормальной подаче напряжения сети ~220 В, а также в случае пропадания напряжения в сети ~220 В. Источники бесперебойного питания переключается в режим работы от аккумуляторных батарей в случаях пропадания напряжения сети ~220 В или когда напряжение сети ~220 В выходит за границы допустимого рабочего диапазона.Uninterruptible power supplies (UPS1-UPS3) with rechargeable batteries provide stabilized power to voltage converters with a normal supply voltage of ~ 220 V, as well as in the event of a power failure of ~ 220 V. Uninterruptible power supplies switches to battery operation in the event of a failure mains voltage ~ 220 V or when the mains voltage ~ 220 V is outside the permissible operating range.

Напряжение питания сети ~220 В с клемм 1 и 2 подается на блок розеток, для возможного подключения дополнительного оборудования внутри шкафа. Напряжение питания от источников бесперебойного питания поступает на шасси (шасси 1 - шасси 3) с установленными в них преобразователями напряжения (ПН 1 - ПН 8). Шасси обеспечивают параллельное подключение выходов установленных преобразователей напряжения для объединения по выходной мощности трех преобразователей напряжения и имеют объединенный суммированный по мощности выход «48 В» постоянного тока. С выходов трех шасси напряжение 48 В подается на отдельные шины «+48 В» и «-48 В» блока распределения питания.Mains voltage ~ 220 V from terminals 1 and 2 is supplied to the outlet block, for possible connection of additional equipment inside the cabinet. The supply voltage from uninterruptible power supplies is supplied to the chassis (chassis 1 - chassis 3) with voltage converters installed in them (PN 1 - PN 8). The chassis provides parallel connection of the outputs of the installed voltage converters for combining the output power of the three voltage converters and have a combined output “48 V” of direct current summed in power. From the outputs of the three chassis, a voltage of 48 V is supplied to the separate +48 V and -48 V buses of the power distribution unit.

Блок распределения питания обеспечивает контроль состояния источников бесперебойного питания и преобразователей напряжения, индикацию состояния с помощью светодиодных индикаторов, формирует архив значений параметров электропитания и состояний устройства питания, организует работу с оператором для ручного управления устройством питания посредством встроенной панели управления и индикации, поддерживает обмен данными для удаленного управления устройством питания по последовательным каналам связи RS-485.The power distribution unit provides status monitoring of uninterruptible power supplies and voltage converters, status indication using LED indicators, generates an archive of the values of power parameters and the status of the power device, organizes work with the operator to manually control the power device via the built-in control and display panel, supports data exchange for remote control of the power device via serial RS-485 communication channels.

Устройство питания функционирует под управлением центрального контроллера, установленного в блок распределения питания.The power device operates under the control of a central controller installed in the power distribution unit.

Для выдачи постоянного гальванического изолированного напряжение 48 В на внешние электропотребители устройство питания содержит клеммы «+48 В» и «-48 В» отдельно на каждый выход.To provide a constant galvanic isolated voltage of 48 V to external electrical consumers, the power device contains the terminals “+48 V” and “-48 V” separately for each output.

Блок распределения питания содержит схему управления защитой от перегрузок. Схема управления защитой от перегрузок обеспечивает частичное отключение нагрузки путем принудительного выключения автоматического выключателя (QF1-QF8) в случае превышения предельного значения тока, потребляемого нагрузкой или при пропадании питания или отказе источника бесперебойного питания (ИБП1-ИБП3) или преобразователя напряжения (ПН1-ПН8).The power distribution unit comprises an overload protection control circuit. The overload protection control circuit provides partial load disconnection by forcibly turning off the circuit breaker (QF1-QF8) in case of exceeding the limit value of the current consumed by the load or in case of power failure or uninterruptible power supply (UPS1-UPS3) or voltage converter (PN1-PN8) .

Блок распределения питания непрерывно измеряет потребляемый нагрузкой ток по каждому выходу. Значения потребляемого тока измеряется с установленных датчиков тока (датчик тока 1 - датчик тока 8) с помощью аналого-цифровых преобразователей (АЦП1-АЦП8). При превышении потребляемого нагрузкой тока заданного при конфигурировании устройства питания предельного значения производит отключение соответствующего выхода. Отключение соответствующего выхода производится подачей сигнала (Упр1-Упр8) на расцепитель (QS1-QS8), который выключает автоматический выключатель (QF1-QF8).The power distribution unit continuously measures the current drawn by the load across each output. The values of current consumption are measured from installed current sensors (current sensor 1 - current sensor 8) using analog-to-digital converters (ADC1-ADC8). If the current consumed by the load exceeds the limit set when configuring the power supply device, the corresponding output is disabled. The corresponding output is switched off by applying a signal (Upr1-Upr8) to the release (QS1-QS8), which turns off the circuit breaker (QF1-QF8).

В основу схемы управления защитой от перегрузок при пропадании питания или отказе источника бесперебойного питания (ИБП1-ИБП3) или преобразователя напряжения (ПН1-ПН8) заложена оценка достаточности вырабатываемой мощности объединенными преобразователями напряжения (ПН1-ПН8) и источниками бесперебойного питания (ИБП1-ИБП3) для обеспечения энергией подключенной к ним части системы. Для этого каждому выходу сопоставлен конфигурационный параметр «Расчетная мощность», равный сумме максимальных потребляемых мощностей всех потребителей, подключенных к выходу, с учетом потерь напряжения на проводах длинных линий питания.The control circuit for overload protection in the event of a power failure or uninterruptible power supply (UPS1-UPS3) or voltage converter (PN1-PN8) is based on the assessment of the sufficiency of the generated power by the combined voltage converters (PN1-PN8) and uninterruptible power supplies (UPS1-UPS3) to provide energy to the connected part of the system. To this end, the configuration parameter “Designed Power” is assigned to each output, which is equal to the sum of the maximum power consumption of all consumers connected to the output, taking into account voltage losses on the wires of long power lines.

Для каждой группы объединенных преобразователей напряжения (ПН1-ПН8) вычисляется максимальная расчетная потребляемая мощность P_гр, равная сумме расчетных мощностей всех нагрузок, подключенных к объединенным выходам.For each group of combined voltage converters (PN1-PN8), the maximum calculated power consumption P _{gr is} calculated, equal to the sum of the calculated powers of all the loads connected to the combined outputs.

По сигналам состояния определяется количество исправно работающих источников бесперебойного питания (ИБП1-ИБП3) и преобразователей напряжения (ПН1-ПН8), и вычисляются обеспечиваемые ими выходные мощности P_макс для каждой группы объединенных преобразователей напряжения (ПН1-ПН8).Based on the status signals, the number of correctly working uninterruptible power supplies (UPS1-UPS3) and voltage converters (PN1-PN8) is determined, and the output power P _max provided by them for each group of combined voltage converters (PN1-PN8) is calculated.

Блок распределения питания производит сравнение полученных значений и, если выдаваемая на группу выходов мощность P_гр оказывается меньше расчетной максимальной Р_макс, то выдается сигнал на отключение одного выхода с наименьшим приоритетом. Отключение соответствующего выхода производится подачей сигнала (Упр1-Упр8) на расцепитель (QS1-QS8), который выключает автоматический выключатель (QF1-QF8). Далее оценка производится снова для оставшихся в работе выходов.Power distribution unit produces the values obtained are compared and if the power P _c to output a group is less than the rated maximum F _max, then a signal is output to turn off one of the lowest priority. The corresponding output is switched off by applying a signal (Upr1-Upr8) to the release (QS1-QS8), which turns off the circuit breaker (QF1-QF8). Further, the assessment is made again for the remaining outputs.

Включить соответствующий выход можно после устранения причины перегрузки по выходу путем перевода автоматического выключателя (QF1-QF8) во включенное состояние вручную.You can enable the corresponding output after eliminating the cause of the output overload by manually switching the circuit breaker (QF1-QF8).

Устройство питания поддерживает «горячую» замену всех базовых узлов, а именно источников бесперебойного питания, преобразователей напряжения и блока распределения питания, без обесточивания питания ответственных электропотребителей.The power supply device supports hot swapping of all basic units, namely uninterruptible power supplies, voltage converters and a power distribution unit, without powering off the power supply for critical consumers.

При применении полезной модели в составе различных автоматизированных систем обеспечивается повышение надежности электроснабжения приоритетных потребителей, например оборудования систем важных для безопасности объекта автоматизации.When applying the utility model as part of various automated systems, it is possible to increase the reliability of power supply to priority consumers, for example, equipment of systems important to the safety of the automation object.

Claims

A power device designed to convert the input AC power supply with nominal voltage values of ~ 220 V and frequency of 50 Hz to the output DC power supply with a nominal voltage of 48 V, consisting of a metal cabinet with uninterruptible power supplies, voltage converters, power distribution unit , which continuously measures the current consumed by the load at each output, characterized in that the power distribution unit contains a protection control circuit t overloads, which provides partial shutdown of the outputs with the lowest priority specified when configuring the power supply device by forcibly turning off the circuit breakers in cases when the current consumption exceeds the limit value of the equipment connected to this input, or in cases of insufficient output power output from the power supply device due to failure uninterruptible power supplies or voltage converters in order to maintain the maximum possible time stable Foot power equipment.