Выключатель со встроенным датчиком тока и/или напряжения

Изобретение относится к высоковольтному выключателю, имеющему первичный выключатель, задействующий силовую линию, и расположенное на плате выключателя электронное устройство, которое получает от функционально встроенного устройства измерения тока и/или устройства измерения напряжения сигналы и посылает управляющие команды и команды действия первичному выключателю для реализации функций измерения, обработки и защиты в целом. Устройство для измерения напряжения выполняет измерение первичного напряжения посредством устройства емкостной связи, содержащего устройство измерения тока, причем устройство емкостной связи принимает устройство измерения тока в качестве электрода с плавающим потенциалом. Технический результат - повышение степени интеграции в случае электронного устройства, располагаемого на плате. 4 з.п. ф-лы, 3 ил.

 

Настоящее изобретение относится к электрическому выключателю, в частности высоковольтному выключателю, имеющему, по меньшей мере, один встроенный в него датчик тока и/или напряжения.

Реализуемое решение в виде распределительного устройства для измерения первичного напряжения и тока хорошо известно и представлено в виде единой принципиальной схемы на фиг. 1.

В соответствии с обычной системой измерение тока, в частности, для удовлетворения требований защиты, проводят на каждой панели посредством трансформатора тока или датчика тока. Измерение напряжения является необязательной особенностью, реализуемой на панели ячейки в случае необходимости посредством трансформатора напряжения или датчиков напряжения. Это обычно требуется главным образом для измерения напряжения сборных шин по обе стороны от выключателей и/или во входящих фидерах.

Какая бы технология ни использовалась для измерения тока и напряжения, необходимые устройства устанавливают на панели и передают сигнал, отображающий первичный ток и/или первичное напряжение, по проводам в устройство защиты и регулирования для выполнения необходимых функций защиты, регулирования и измерения. На фиг. 2 приведен пример обычной системы.

На рынке представлены различные решения, в частности по вторичному распределению, предусматривающие встраивание датчика тока на плате выключателя. В этих изделиях в качестве объекта, физически установленного на контактном плече выключателя, предусмотрены трансформаторы тока или - в общем случае датчики тока, и достигается некая разновидность функционального встраивания (функциональной интеграции).

Вместе с тем, требуется обеспечение соответствия устройств для измерения тока и напряжения требованиям заказчика, зависящее от конкретных особенностей монтажа и от количества и топологии устройств защиты и регулирования. Это требует инженерной проработки распределительного щита, что является делом длительным и трудоемким.

В частности, необходимо задать следующие признаки и параметры:

тип и количество измерительных устройств;

их номинальные параметры (номинальный ток, номинальную мощность, точность выходных сигналов);

панельные и межпанельные кабели для передачи выходных сигналов измерений (показаний) во все устройства защиты и регулирования.

Требуется учитывать и расположение измерительных устройств внутри панели. Хотя это расположение обычно оказывается заранее обусловленным различными конфигурациями, может потребоваться исследование на предмет специального монтажа в случае конкретного количества и конкретной характеристики измерительных устройств.

Задачи изобретения состоят в обеспечении физического и функционального встраивания (физической и функциональной интеграции) датчика тока и/или напряжения на плате выключателя как в неразъемном, так и в разъемном исполнении.

Такое решение позволяет достичь высокой степени интеграции в случае электронного устройства, располагаемого на плате, уменьшая тем самым затраты средств на дополнительную инженерную проработку и обеспечение соответствия требованиям заказчика.

Выключатель согласно настоящему изобретению отличается тем, что в него функционально и физически встроен, по меньшей мере, датчик тока и/или напряжения.

Функциональное встраивание (функциональная интеграция) датчика тока и/или напряжения осуществляется на плате выключателя, в котором электронное устройство (ЭУ) принимает показания (замеры) и обрабатывает информацию. Как подробно показано на фиг. 3, все функции измерения, обработки, принятия решения о защите, регулирования первичного оборудования и выключения первичной мощности целиком выполняются тремя функциональными блоками, а именно блоком измерительного устройства, блоком электронного устройства и блоком выключателя.

За счет такой реализации как единого целого систему можно оптимизировать, реализуя уникальное аппаратное решение, так что все необходимые работы по обеспечению соответствия требованиям заказчика для адаптации к специальным вариантам монтажа осуществляются посредством конфигурирования программного обеспечения электронного устройства.

Такой этап гарантирует воплощение желаемых функциональных возможностей независимо от физического встраивания (физической интеграции).

Физическое встраивание (физическая интеграция) датчиков тока и/или напряжения в выключатель достигается, например, посредством встраивания датчика напряжения и/или тока на соединительных плечах выключателя или в отливке полюса выключателя.

Такое физическое встраивание гарантирует поддержание физических размеров, сравнимых с существующим выключателем, что обеспечивает взаимозаменяемость при проведении монтажа в целях переоборудования. Кроме того, проводка, ведущая к электронному устройству, уменьшается до минимума ввиду компактности, что гарантирует лучшее отношение «сигнал - шум» и меньшие проблемы электромагнитных помех. Помимо этого физическое встраивание гарантирует снижение затрат в целом.

Выключатели, соответствующие настоящему изобретению, обладают несколькими преимуществами. С функциональной точки зрения аппаратное обеспечение всей системы в целом, т.е. измерительное и электронное устройства и выключатель, задано заранее, так что обеспечение соответствия требованиям заказчика не требуется.

Кроме того, аппаратное обеспечение измерительных датчиков является одним и тем же, охватывая весь диапазон токов и напряжений. Не требуется отдельное задание технических требований к номинальным значениям, что упрощает процесс разработки технических требований, инженерной проработки и покупки.

В дополнение к этому электронное устройство получает сигналы, отображающие токи и/или напряжения, и использует их для выполнения всех ожидаемых функций защиты и регулирования, а дополнительные или специальные измерительные устройства при этом не требуются.

С физической точки зрения благодаря встраиванию на плате выключателя становятся меньше размеры, а также уменьшается длина кабелей. Кроме того, длина и расположение кабелей всегда одинаковы, что можно учесть в предварительной инженерной проработке. Можно также предусмотреть одну отливку для обоих компонентов.

Обращаясь к фиг. 3, отмечаем, что здесь подробно описаны характеристики выключателя согласно изобретению.

Интегральный выключатель 100 защищает и/или задействует силовую линию 10 посредством первичного выключателя 40 электропитания. Интегральный выключатель, который, по выбору, можно реализовать в отменяемой последовательности 60 исполнения, отличается встраиванием устройства 20 для измерения тока и/или устройства 30 для измерения напряжения внутри функционального блока самого выключателя 100.

Такие устройства для измерения тока и напряжения выдают в выполненный на плате блок 50 электронного устройства выключателя сигналы 200 и 300, отображающие первичные ток и напряжение. Блок 50 электронного устройства получает и обрабатывает эти сигналы для выполнения функций защиты, регулирования, измерения, взаимоблокировки, придания надежности и других функций на локальном уровне путем выдачи рабочих команд 400 в первичный выключатель 40. В альтернативном варианте необходимую информацию можно также пересылать в другие интеллектуальные блоки регулирования и защиты.

Посредством физического и функционального встраивания (физической и функциональной интеграции) датчиков напряжения и тока на плате цепочка функций «измерение-обработка-защита» встраивается в единственный функциональный блок. Таким образом, все интерфейсы между первоначально разделенными функциональными блоками, т.е. блоками 20-30 и блоком 50, становятся внутренним интерфейсом в предварительно определенном, предварительно изготовленном объекте. Следовательно, такие интерфейсы можно оптимизировать по типу сигнала и физического соединения, гарантируя необходимое соответствие требованиям заказчика, обеспечивающее выполнение требований заказчика, посредством настроек программного обеспечения вместо достижения соответствия аппаратного обеспечения требованиям заказчика.

Чтобы гарантировать функциональное встраивание (функциональную интеграцию) измерительных устройств на плате выключателя, предпочтительно реализовать решение, предусматривающее наличие катушки Роговского, поскольку это позволяет реализовать меньший датчик тока по сравнению с традиционным измерительным трансформатором со стальным сердечником. В качестве альтернативы можно воспользоваться другими методами измерения тока, например реализовать матрицу таких датчиков тока, как датчики Холла.

Такие методы измерения тока предпочтительны для физического встраивания (физической интеграции) измерительного устройства внутри выключателя. Поскольку такие методы обуславливают значительную компактность, они гарантируют приемлемые решения по встраиванию датчика тока внутри функциональных частей самого выключателя, таких как полюс, путем введения устройства для измерения тока в качестве вкладыша в отливку полюса. В альтернативном варианте аналогичного физического встраивания в выключатель можно достичь, встраивая измерительное устройство внутрь контактного плеча, используемого для соединения самого выключателя с распределительной системой. В таком случае измерительное устройство можно встроить на контактном плече, например отливая его на этом плече или используя изоляционную оплетку (трубчатую изоляцию).

Для физического встраивания (физической интеграции) внутри выключателя устройства для измерения напряжения предпочтительным является решение об использовании самого устройства для измерения тока в качестве электрода с плавающим потенциалом. Этот путь дает возможность подключиться к первичному напряжению и выдать сигнал, отображающий это напряжение. Сигнал напряжения, обеспечиваемый путем реализации адекватного емкостного делителя, согласуется посредством специально выделенных входов электронного устройства.

Путем функционального встраивания (функциональной интеграции) измерительных устройств на плате выключателя можно оптимизировать входы электронного устройства для обеспечения согласования таких характеристик сигналов в их ожидаемом диапазоне, как амплитуда, динамическая составляющая, постоянная времени, частота и т.п.

Помимо этого такое встраивание гарантирует использование одного и того же физического измерительного устройства для всех первичных параметров, т.е. тока и напряжения, в диапазоне их изменения, а также потребность обеспечить соответствие только электронного устройства требованиям заказчика.

1. Выключатель, отличающийся тем, что он содержит первичный выключатель, задействующий силовую линию, и электронное устройство, которое получает от устройства измерения тока и устройства измерения напряжения сигналы, указывающие значения первичного тока и первичного напряжения в силовой линии, и которое посылает соответствующие управляющие команды и команды действия первичному выключателю, при этом устройства измерения тока и напряжения встроены в выключатель таким образом, что устройство измерения напряжения выполняет измерение первичного напряжения посредством устройства емкостной связи, содержащего устройство измерения тока, причем устройство емкостной связи принимает устройство измерения тока в качестве электрода с плавающим потенциалом.

2. Выключатель по п.1, отличающийся тем, что физическое встраивание устройства для измерения тока и/или напряжения реализовано путем встраивания упомянутого устройства в сам полюс.

3. Выключатель по п.1, отличающийся тем, что физическое встраивание устройства для измерения тока и/или напряжения реализовано путем встраивания упомянутого устройства на контактном плече полюса.

4. Выключатель по п.1, отличающийся тем, что устройство для измерения тока реализовано в виде катушки Роговского.

5. Выключатель по п.1, отличающийся тем, что устройство для измерения тока реализовано в виде матрицы таких датчиков тока, как датчики Холла.