(54) (12) OPIS PATENTOWY (19) PL (11) PL B1 (13) B1 H02J 3/12

Transkrypt

1 (54) RZECZPOSPOLITA POLSKA Urząd Patentowy Rzeczypospolitej Polskiej (12) OPIS PATENTOWY (19) PL (11) (21) Numer zgłoszenia: (22) Data zgłoszenia: (86) Data i numer zgłoszenia międzynarodowego: , PCT/US96/07237 (87) Data i numer publikacji zgłoszenia międzynarodowego: , WO96/37940, PCT Gazette nr 52/96 Urządzenie do regulacji obciążenia wielofazowej sieci elektrycznej, zwłaszcza trójfazowej (13) B1 (51 ) IntCl7 H02J 3/12 (30) Pierwszeństwo: ,US,08/ (73) Uprawniony z patentu: TARGET - HI-TECH ELECTRONICS LTD., Netanya, IL (43) Zgłoszenie ogłoszono: BUP 10/98 (72) Twórcy wynalazku: David Yair, Ramat Hasharon, IL (45) O udzieleniu patentu ogłoszono: WUP 07/01 (74) Pełnomocnik: Kamiński Zbigniew, Kancelaria Patentowa PL B1 (57) 1. Urządzenie do regulacji obciążenia wielofazowej sieci elektrycznej, zwłaszcza trójfazowej, połączone na wejściu z fazami zasilającej sieci elektrycznej, zaś na wyjściu z obwodami odgałęźnymi, znamienne tym, że składa się z mierników prądu (16, 18, 20), z których każdy jest połączony na wejściu z jedną fazą ( ɸ1, ɸ 2, ɸ 3) sieci elektrycznej, z przełączników (22, 24, 26, 28, 30), z których każdy jest połączony na wejściu z każdą fazą (ɸ1, ɸ 2, ɸ 3) sieci elektrycznej, zaś na wyjściu z przyporządkowanym mu obwodem odgałęźnym (1, 2, 3, 4, 5), za pomocą włączonego szeregowo miernika prądu (42, 44, 46, 48, 50), oraz z procesora (12), połączonego na wejściu ze wszystkimi miernikami prądu (16, 18, 20, 42, 44, 46, 48, 50), zaś na wyjściu z wejściami sterującymi przełączników (22, 24, 26, 28, 30).

2 Urządzenie do regulacji obciążenia wielofazowej sieci elektrycznej, zwłaszcza trójfazowej Zastrzeżenia patentowe 1. Urządzenie do regulacji obciążenia wielofazowej sieci elektrycznej, zwłaszcza trójfazowej, połączone na wejściu z fazami zasilającej sieci elektrycznej, zaś na wyjściu z obwodami odgałęźnymi, znamienne tym, że składa się z mierników prądu (16, 18, 20), z których każdy jest połączony na wejściu z jedną fazą (ɸ1, ɸ 2, ɸ 3) sieci elektrycznej, z przełączników (22, 24, 26, 28, 30), z których każdy jest połączony na wejściu z każdą fazą ( ɸ1, ɸ 2, ɸ3) sieci elektrycznej, zaś na wyjściu z przyporządkowanym mu obwodem odgałęźnym (1, 2, 3, 4, 5), za pomocą włączonego szeregowo miernika prądu (42, 44, 46, 48, 50), oraz z procesora (12), połączonego na wejściu ze wszystkimi miernikami prądu (16, 18, 20, 42, 44, 46, 4 8, 50), zaś na wyjściu z wejściami sterującymi przełączników (22, 24, 26, 2 8, 30). 2. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że każdy przełącznik (22, 24, 26, 28, 30) jest przełącznikiem elektronicznym. 3. Urządzenie do regulacji obciążenia wielofazowej sieci elektrycznej, zwłaszcza trójfazowej, połączone na wejściu z fazami zasilającej sieci elektrycznej, zaś na wyjściu z obwodami odgałęźnymi, znamienne tym, że składa się z mierników prądu (16, 18, 20), z których każdy jest połączony na wejściu z jedną fazą ( ɸ1, ɸ2, ɸ3) sieci elektrycznej, za pomocą wyłącznika fazy (14), z przełączników (22, 24, 26, 28, 30), z których każdy jest połączony na wejściu z każdą fazą ( ɸ1, ɸ2, ɸ3) sieci elektrycznej, z wyłączników (32, 34, 36, 38, 40), z których każdy jest na wejściu połączony z jednym przełącznikiem (22, 24, 26, 28, 30), zaś na wyjściu z jednym przyporządkowanym mu obwodem odgałęźnym (1, 2, 3, 4, 5), za pomocą włączonego szeregowo miernika prądu (42, 44, 46, 48, 50), oraz z procesora (12), połączonego na wejściu ze wszystkimi miernikami prądu (16, 18, 20, 42, 44, 46, 48, 50), zaś na wyjściu z wejściami sterującymi przełączników (22, 24, 26, 28, 30). 4. Urządzenie według zastrz. 3, znamienne tym, że każdy przełącznik (22, 24, 26, 28, 30) jest przełącznikiem elektronicznym. * * * Przedmiotem wynalazku jest urządzenie do regulacji obciążania wielofazowej sieci elektrycznej, zwłaszcza trójfazowej, połączone na wejściu z fazami zasilającej sieci elektrycznej, zaś na wyjściu z obwodami odgałęźnymi. Trójfazowa sieć elektryczna jest wykorzystywana do zasilania w energię elektryczną budynków mieszkalnych i przemysłowych, przy czym każda z faz zasila przynajmniej jeden obwód odgałęźny. Jednakże, ze względu na różne obciążenie prądowe obwodów odgałęźnych, zasilających na przykład pomieszczenia mieszkalne i urządzenie grzewcze, lub przemysłowe o dużym poborze energii elektrycznej, powstaje nierównomierne obciążenie poszczególnych faz. To nierównomierne obciążenie faz sieci elektrycznej może również powstać po podłączeniu do jednej z faz dodatkowego urządzenia. Wyrównanie obciążenia sieci zasilającej wymaga więc zmiany połączeń przewodów łączących fazy sieci z obwodami odgałęźnymi, co wiąże się z dużymi kosztami, zwłaszcza jeżeli zmiany obciążenia poszczególnych faz są okresowe. Celem wynalazku jest opracowanie takiego urządzenia do równomiernego obciążania wielofazowej, zwłaszcza trójfazowej sieci elektrycznej, które zapewnią równe obciążania wszystkich faz sieci elektrycznej, oraz wyeliminują konieczność zmiany oprzewodowania po podłączeniu do sieci dodatkowego urządzenia elektrycznego o dużym poborze energii elektrycznej.

3 Cel ten, zrealizowano w konstrukcji urządzenia do równomiernego obciążania wielofazowej, zwłaszcza trójfazowej sieci elektrycznej według wynalazku, które charakteryzuje się tym, że składa się z mierników prądu, z których każdy jest połączony na wejściu z jedną fazą sieci elektrycznej, z przełączników, z których każdy jest połączony na wejściu z każdą fazą sieci elektrycznej, zaś na wyjściu z przyporządkowanym mu obwodem odgałęźnym, za pomocą włączonego szeregowo miernika prądu, oraz z procesora, połączonego na wejściu ze wszystkimi miernikami prądu, zaś na wyjściu z wejściami sterującymi przełączników. Każdy przełącznik jest korzystnie przełącznikiem elektronicznym. Cel wynalazku zrealizowano również w odmianie konstrukcyjnej urządzenia do równomiernego obciążania wielofazowej, zwłaszcza trójfazowej sieci elektrycznej, które charakteryzuje się tym, że składa się z mierników prądu, z których każdy jest połączony na wejściu z jedną fazą sieci elektrycznej, za pomocą wyłącznika fazy, z przełączników, z których każdy jest połączony na wejściu z każdą fazą sieci elektrycznej, z wyłączników, z których każdy jest na wejściu połączony z jednym przełącznikiem, zaś na wyjściu z jednym przyporządkowanym mu obwodem odgałęźnym, za pomocą włączonego szeregowo miernika prądu oraz z procesora, połączonego na wejściu ze wszystkimi miernikami prądu, zaś na wyjściu z wejściami sterującymi przełączników. Każdy przełącznik jest korzystnie przełącznikiem elektronicznym. Zaletą urządzenia do równomiernego obciążania wielofazowej, zwłaszcza trójfazowej sieci elektrycznej według wynalazku jest zapewnienie równego obciążania każdej fazy sieci elektrycznej, niezależnie od obciążania poszczególnych obwodów odgałęźnych. Każda zmiana obciążenia jednej z faz sieci jest natychmiast kompensowana rozdziałem tego obciążenia na pozostałe fazy. Urządzenie według wynalazku umożliwia również automatyczne odłączenie określonego obwodu odgałęźnego od sieci elektrycznej, jeżeli wartość płynącego w nim prądu przekroczy dopuszczalną maksymalną wartość. Urządzenie do równomiernego obciążania wielofazowej sieci elektrycznej według wynalazku opisane jest na przykładzie trójfazowej sieci elektrycznej. Przedstawione na rysunku urządzenie 10 do równomiernego obciążania wielofazowej sieci elektrycznej według wynalazku jest połączone na wejściu z trzema fazami ɸ1, ɸ2, ɸ3 prądu zmiennego zasilającej sieci elektrycznej, za pośrednictwem automatycznego wyłącznika 14 faz, połączonego szeregowo na swym wyjściu z miernikami prądu 16, 18 i 20, z których każdy służy do pomiaru prądu płynącego przez jedną z faz ɸ1, ɸ2, i ɸ3. Wyjścia mierników prądu 16, 18 i 20 są połączone z procesorem 12, na przykład z mikroprocesorem, mikrokontrolerem, lub komputerem osobistym, oraz równolegle z wielobiegunowymi przełącznikami 22, 24, 26, 28 i 30, dzięki czemu, każda faza ɸ1, ɸ2, i ɸ3 sieci elektrycznej jest połączona równolegle z każdym wielobiegunowym przełącznikiem 22, 24, 26, 28 i 30. Każdy z przełączników 22, 24, 26, 28 i 30, oprócz trzech wejść przyporządkowanych poszczególnym fazom ɸ1, ɸ2 i ɸ3,jest zaopatrzony w wolne wejście NC. Wyjście każdego przełącznika 22, 24, 26, 28 i 30 jest połączone z wejściem automatycznego wyłącznika 32, 34, 36, 38 i 40 obwodu odgałęźnego 1, 2, 3, 4 i 5. Położenie każdego przełącznika 22, 24, 26, 28 i 30 obwodu odgałęźnego jest ustanawiane za pomocą procesora 12, wysyłającego odpowiednie sygnały liniami sterującymi CONTI, CONT2, CONT3, CONT4 i CONT5, połączonymi z wejściami sterującymi przełączników 2 2, 2 4, 2 6, 28 i 30. Wyjście każdego wyłącznika 32, 3 4, 3 6, 38 i 40 obwodu odgałęźnego jest połączone szeregowo z jednym obwodem odgałęźnym 1, 2, 3, 4 i 5, za pośrednictwem miernika prądu 42, 44, 46, 48 i 50, połączonego na wyjściu z wejściem procesora 12. Każdy obwód odgałęźny 1, 2, 3, 4 i 5 jest wyposażony w linię neutralną N. Każdemu obwodowi odgałęźnemu 1, 2, 3, 4 i 5 jest więc przyporządkowany jeden przełącznik 22, 24, 2 6, 28 albo 30, jeden automatyczny wyłącznik 3 2, 34, 36, 38 albo 40, oraz jeden miernik prądu 42, 44, 46, 48 albo 50. Chociaż przedstawione na rysunku urządzenie 10 do równomiernego obciążania wielofazowej sieci elektrycznej jest przystosowane do zasilania pięciu obwodów odgałęźnych 1, 2, 3, 4 i 5, to ich liczba może być dowolna.

4 Działanie urządzenia do równomiernego obciążania wielofazowej sieci elektrycznej według wynalazku jest następujące: podczas obciążania sieci elektrycznej, procesor 12 sczytuje wskazania mierników prądu 16, 18 i 20 płynącego przez każdą fazę ɸ1, ɸ2 i ɸ3, oraz wskazania mierników prądu 42, 44, 46, 48 i 50 płynącego przez każdy obwód odgałęźny 1, 2, 3, 4 i 5. Okres czasu między kolejnymi odczytami wartości prądu przez procesor 12 z mierników prądu 16, 18 i 20, oraz 42, 44, 46, 48 i 50 zależy od oprogramowania procesora 12, i wynosi korzystnie od kilku do kilkudziesięciu milisekund. Ostatnie sczytane przez procesor 12 wartości prądów nie są kasowane, lecz pozostają zachowane w pamięci, która może być pamięcią wewnętrzną, lub zewnętrzną. Procesor 12 sczytuje dane z mierników prądu korzystnie cyklicznie, i na podstawie otrzymanych wartości steruje odpowiednio prądami poszczególnych faz ɸ1, ɸ2, ɸ3, oraz ich rozdziałem na poszczególne obwody odgałęźne 1, 2, 3, 4 i 5. Jeżeli wartość prądu obciążonej fazy ɸ1, ɸ2 lub ɸ3 przekroczy założoną górną graniczną wartość, na przykład wynosząca 90% maksymalnej dopuszczalnej wartości, wówczas procesor 12 wyrównuje obciążenie faz ɸ1, ɸ2 i ɸ3 sieci przez ustawienie przełączników 22, 24, 26, 28 i 30 w odpowiednim położeniu. Na podstawie wartości prądu płynącego przez obwody odgałęźne 1, 2, 3, 4 i 5, mierzonego przez mierniki prądu 42, 44, 46, 48 i 50, procesor 12 zmienia położenie przełączników 22, 24, 26, 28 i 30 za pomocą linii sterujących CONTI, CONT2, CONT3, CONT4 i CONT5, powodując tym samym zmianę obciążenia obwodów odgałęźnych 1, 2, 3, 4 i 5, i w rezultacie równomierne obciążenie faz ɸ1, ɸ2 i ɸ3 sieci elektrycznej. Jeżeli w czasie pracy urządzenia 10 wartość prądu w obwodzie odgałęźnym 1, 2, 3, 4 lub 5 przekroczy dopuszczalną maksymalną wartość, wówczas procesor 12 ustawia przyporządkowany mu przełącznik 22, 24, 26, 28 lub 30 w położeniu odcięcia, odcinając tym samym obwód odgałęźny od faz ɸ1, ɸ2 i ɸ3 sieci elektrycznej. Oprócz kontroli i ochrony obwodów odgałęźnych 1, 2, 3, 4 i 5 przed przeciążeniem prądowym, realizowanej przez procesor 12, ochrona ta, jest dodatkowo zrealizowana przez automatyczne wyłączniki 32, 34, 36, 38 i 40 obwodów odgałęźnych. Procesor 12 jest korzystnie tak zaprogramowany, że możliwe jest oszacowanie warunków przeciążenia napięciowego, zanim zostaną one określone na podstawie pomiarów wartości prądów płynących w obwodach odgałęźnych 1, 2, 3, 4 i 5, oraz w fazach ɸ1, ɸ2 i ɸ3, dzięki czemu przeciążenie prądowe zostaje wyeliminowane zanim pojawi się ono w poszczególnych fazach ɸ1, ɸ2 i ɸ3. Każdy przełącznik 22, 24, 26, 28 i 30 jest korzystnie wyposażony w przekaźnik, lub w przełączający obwód półprzewodnikowy, na przykład w triak, lub w sterowany prostownik. Każdy z tych przełączników 22, 24, 26, 28 i 30 dekoduje otrzymany z procesora 12 sygnał sterujący, a następnie łączy, albo odłącza swoje wejście z jedną, lub ze wszystkimi fazami ɸ1, ɸ2 i ɸ3 sieci elektrycznej. Przełączanie wejścia każdego przełącznika 22, 2 4, 26, 28 lub 30 jest bardzo szybkie, a przyporządkowany mu obwód odgałęźny 1, 2, 3, 4 lub 5 nie jest w żaden sposób zakłócany przez tę chwilową przerwę w zasilaniu. Procesor 12 steruje jednocześnie mocą wyjściową wszystkich faz ɸ1, ɸ2 i ɸ3 sieci elektrycznej, a maksymalne ograniczenie prądowe może być ustawione w tym procesorze 12 w dowolny sposób, na przykład za pomocą kodu zapisanego w pamięci ROM (tylko do odczytu), przełącznika zewnętrznego, lub komputera zewnętrznego.

5 Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 60 egz. Cena 2,00 zł.