Схема кольцевого многосекционного автоматического включения резерва энергоснабжения

Полезная модель относится к электротехнике и, в частности, к устройствам противоаварийной автоматики трансформаторных подстанций, дизель-генераторных установок и может быть использована для предотвращения нарушений нормального электроснабжения при любых видах повреждений в питающей сети непосредственно после их возникновения и осуществления быстродействующего переключения на резервные источники питания всех потребителей, подключенных к источнику трехфазного напряжения. Технический результат от использования полезной модели состоит в обеспечении возможности гибкого использования системы электроснабжения в зависимости требований важных потребителей: серверных, операционных, систем сигнализации, технологических систем непрерывного цикла и т.п.; экономия электроэнергии за счет обеспечения возможности отключения трансформаторов при низких нагрузках, а в целом в увеличении технических и экономических показателей, а так же надежности работы оборудования. Заявленный технический результат достигается тем, что система многосекционного кольцевого автоматического включения резерва энергоснабжения содержит не менее трех преобразователей тока (Tp 1, Tp 2, Tp 3 ), каждый из которых через узлы коммутации (K1, K2, K3 ) соединен с входами двух секций электропитания. Количество узлов определяется из условия Ns=Ntr=Nk, где Ns - количество секций электропитания, Ntr - количество преобразователей тока, Nk - количество узлов коммутации и защиты. Узлы коммутации и защиты имеют схемы соединения - треугольник и звезда.

Полезная модель относится к электротехнике и, в частности, к устройствам противоаварийной автоматики трансформаторных подстанций, дизель-генераторных установок и может быть использована для предотвращения нарушений нормального электроснабжения при любых видах повреждений в питающей сети непосредственно после их возникновения и осуществления быстродействующего переключения на резервные источники питания всех потребителей, подключенных к источнику трехфазного напряжения.

Стандартная схема трансформаторной подстанции состоит из двух секций и двух трансформаторов. В современных зданиях и сооружениях нагрузка превышает возможности одной трансформаторной подстанции, поэтому используют четыре или шесть трансформаторов, включенных по парам. Согласно требованиям, применяемых к особо важным потребителям, существует необходимость создания во внутренней сети дополнительных схем АВР. Примерами таких потребителей являются банковские системы, системы безопасности и связи, хирургические операционные, центры обработки информации, комнаты серверов, системы жизнеобеспечения. При использовании стандартной схемы, АВР для таких потребителей организуется на основе одной пары трансформаторов, входящих в подстанцию. Количество кабельных соединений при применении схемы кольцевого АВР сокращается в 2 раза, а оборудования - на 25% за счет объединения потребителей во второе кольцо. При этом надежность схемы электроснабжения повышается в несколько раз. В новой схеме многосекционного кольцевого АВР (на примере схемы с 4-мя трансформаторами) для поддержания электропитания особо важной нагрузки может работать хотя бы один трансформатор из 4-х.

Известно устройство автоматического включения резервного электропитания потребителей («Электроснабжение и электрооборудование зданий и сооружений» Учебник,"Высшее образование", Форум, НИЦ Инфра - М, 2012 Анчарова Т.В., Стебунова Е.Д., Рашевская М.А.) для автоматического включения резервного электропитания потребителей, содержащее основной и резервный источники питания. В частности, известна схема, при которой каждый вывод подключен к соответствующему вводу питания через контакторы (или автоматы защиты с электромоторным приводом). При пропадании питания на одном из вводов, включается секционный контактор, и секция нагрузки «A» подключается к противоположному вводу секция нагрузки «B». Для защиты вводов в схеме предусмотрены автоматические выключатели. Роль контакторов могут выполнять автоматы защиты с моторным приводом.

Известное устройство автоматического включения резервного электропитания потребителей обладает следующими недостатками: низкий коэффициент использования нагрузки каждого трансформатора. В применяемых схемах трансформатор используется на 50-60% от максимальной мощности, или резервный трансформатор, не подключенный к нагрузке.

Наиболее близким аналогом является патент РФ 133362 на полезную модель "Многосекционная схема автоматического включения резерва энергоснабжения", содержащая не менее трех преобразователей тока (Tp 1, Tp 2, Tp 3), каждый из которых через узлы коммутации (K1, K2, K3,) соединен со входами секций электропитания, количество которых определяется из условия Ns=Ntr-1, где Ns - количество секций электропитания, а Ntr - количество преобразователей тока или иных источников тока (трансформаторов, генераторов), при этом каждый узел коммутации имеет по меньшей мере одну дополнительную резервную связь с входом другого преобразователя тока.

Недостатком известного устройства является отсутствие возможности отключения трансформаторов при низких нагрузках, т.е. возможности исключения режима холостого трансформатора.

Технический результат от использования полезной модели состоит в обеспечении возможности гибкого использования системы электроснабжения в зависимости требований важных потребителей: серверных, операционных, систем сигнализации, технологических систем непрерывного цикла и т.п.; экономия электроэнергии за счет обеспечения возможности отключения трансформаторов при низких нагрузках, а в целом в увеличении технических и экономических показателей, а так же надежности работы оборудования.

Схема (электроустановка) кольцевого многосекционного автоматического включения резерва энергоснабжения может быть применена при наличии 3-х и более преобразователей 3-фазного тока (трансформаторов/генераторов)

Заявленный технический результат достигается тем, что схема (устройство) многосекционного кольцевого автоматического включения резерва энергоснабжения содержит не менее трех преобразователей тока (Tp 1, Tp 2, Tp 3 ), каждый из которых через узлы коммутации (K1, K2, K3 ) соединен с входами двух секций электропитания. Количество узлов определяется из условия Ns=Ntr=Nk, где Ns - количество секций электропитания, Ntr - количество преобразователей тока, Nk - количество узлов коммутации и защиты. Узлы коммутации и защиты имеют схемы соединения - треугольник и звезда

Схема (электроустановка) кольцевого многосекционного автоматического включения резерва электроснабжения может быть применена при наличии 3-х и более преобразователей (трансформаторов и генераторов) 3-х фазного тока. Количество источников переменного тока равно количеству секций электроснабжения в схеме. Подсоединение секций к преобразователям (трансформаторам и генераторам) 3-х фазного тока производиться через схему узла коммутации.

Предложенная схема узла коммутации и защиты позволяет создавать соединение между преобразователем и двумя секциями. При введении в конструкцию схемы узла коммутации и защиты третьего элемента создается возможность транзита электроснабжения через узел коммутации и защиты при отключенном трансформаторе или ином источнике 3-х фазного тока. Дополнительным элементом в узле коммутации и защиты может быть рубильник или автомат защиты, как с моторным приводом так и без него, могут применяться и электронные коммутационные приборы.

В конструкции узла коммутации и защиты, входящих в устройство, автоматы защиты подразделяются на основной и резервный.

На фиг 1. представлена схема узлов коммутации и защиты, вариант 1, 2 и 3; на фиг. 2 - схема многосекционного кольцевого АВР с 4-мя трансформаторами; на фиг. 3 - схема многосекционного кольцевого АВР с 3-мя трансформаторами;

Каждая секция электроснабжения включена к двум трансформаторам (или иным источникам переменного тока), через узлы коммутации и защиты, к трансформатору Tp(N), а второе соединение к трансформатору Tp(N+1). Следующая секция подключается к трансформатору Tp(N+1) и трансформатору Tp(N+2). Второе соединение последней секции производиться трансформатору Tp1, образуя кольцо. Таким образом количество секций электроснабжения в схеме равно количеству трансформаторов (или иных источников переменного тока) и узлов коммутации и защиты.

Схема может состоять из 3-х, 4-х, 5-ти 6-ти трансформаторов, объединенных в одну схему. Теоретически количество трансформаторов не ограничено. Создание транзита электроснабжения в коммутационных узлах создает в сочетании с автоматикой и диспетчеризацией новые возможности экономии электроэнергии. Как пример, при создании проекта офисного комплекса при использовании такого же оборудования, как и при стандартной схеме, на основе 4-х трансформаторов ТМГ 1250 kVA экономия составила более 20000 кВт/ч в год. Пиковые нагрузки в летний период создают холодильные машины, а в зимний период 80% отключены, все машины включены в одну секцию. При создании транзита в узле коммутации и отключении трансформатора на 7 месяцев экономия на потерях холостого хода около 90000 кВт/ч в год, с учетом суббот, воскресений и ночных нагрузок, не более 20%, еще около 120000 кВт/ч в год. После создания в схеме в двух узлов транзитного режима, электроснабжение осуществляется от одного трансформатора (по выбору диспетчера или программы). Схема управления может быть организована с использованием логических модулей (контроллеров), что позволяет полностью автоматизировать процесс управления переключением и контроля состояния схемы. Могут использоваться и обычные релейные схемы управления АВР. При данной схеме организации АВР дополнительного оборудования для организации работы с использованием резервного дизель генератора не требуется. Дополнительным положительным аспектом применения такой электроустановки - это унификация применяемых элементов, что дает неоспоримые преимущества при монтаже, эксплуатации и проведении ремонтных работ.

Схема многосекционного кольцевого автоматического включения резерва энергоснабжения, содержащая не менее трех преобразователей тока (Тр1, Тр2, Тр3...), каждый из которых через узлы коммутации (К1, К2, К3...) соединен с входами двух секций электропитания, количество которых определяется из условия Ns=Ntr=Nk, где Ns - количество секций электропитания, Ntr - количество преобразователей тока, Nk - количество узлов коммутации и защиты, узлы коммутации и защиты имеют схемы соединения - треугольник и звезда.