Быстродействующее устройство автоматического включения резервного питания

повой проект У9747/эл-б, Мрское свидетел46, кл. Н 02СТРОДЕЙСТВУЮЩЕИЧЕСКОГО ВКЛЮЧЕ 506-41/13979.ство СССР 9/06, 198 УСТРОЙСТ НИЯ РЕЗЕРОНОГО ок С ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕпО иЗОБРетениям и ОтнРытиямПРИ ПЕТ ССа АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(71) Киевский институт инженерагражданской авиации им.60-летияСССР(57) Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в устройствах автоматического пере" ключения нагрузки с основных источни" ков питания (ИП) на резервные. Цель изобретения - повышение наДежности, быстродействия н расширение функциональных возможностей устройства.Устройство обеспечивает питание двухсекций шин (СШ) 13 и 14 от трех ИП 1-3, подключенных к СШ через тиристор ные силовые выключатели (СВ) 7- 12. СЬ управляются по сигналам датчиков 4-6 и 5-18 напряженияконтролирующих качество напряжения ИП и на СШ, логической частью устройства через бл 25 коммутирующих реле. Логическая часть устройства содержит блок 21534636 контроля. работоспособности СВ, предназначенный для определения отказа ,СВ типа "обрыв", блок 22 управления СВ предназначенный для выработки сиг 95 налов на включение н отключение СВ, блок 23 блокировки, предназначенный ,для защиты от подключения на одну, СШ нескольких ИН, блок 24 контроля управления, предназначенный для выявле ния ситуаций, когда блок 22 управления СВ формирует управляющие сигналы на включение нескольких ИП на одну СШ, и блок 26 сигнализации и индика-, ции. В нормальном режиме, когда рабо Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в устройствах автоматического переключения нагрузки с основных источников питания (ИП) на резервные. 25Цель изобретения - повышение надежности, быстродействия и расширение функциональных возможностей устройства.На фиг.1 показана структурная схе ма быстродействующего устройства ав, томатического включения резервногопитания; на фиг.2 - функциональнаясхема логической части быстродейст"вующего устройства автоматического включения резервного питания; на фиг.Зтаблица истинности блока управления силовыми выключателями.Устройство (фиг.1) содержит .под, ключенные к источникам 1-3 питания(ИП) датчики 4-6 напряжения, силовые переключатели (СВ) 7-12, подключаю щие к секциям 13 и 4 шин (СШ) работоспособные ИП, датчики 15-18 напряжения, контролирующие напряжение на 45 соответствующих СШ, элементы ИЛИ 19 и 20, блок 21 контроля работоспособности СВ, блок 22 управления СВ,блок 23 блокировки, блок 24 контроля управления, блок 25 коммутнрукицих Реле, блок 26 сигнализации и индикации. Логическая часть устройства (фиг.2) функционально объединяет блоки 21-24 и 26 устройства. Блок 21 контроля работоспособности СВ содержит шесть аналогичных подблоков 27-32, каждый55 иэ которых содержит элемент И-НЕ 33, элемент ИЛИ-НЕ 34, линию 35 задержки, кнопку 36 возврата, элемент ИЛИ 37,тоспособны ИПи 2, СШ 13 получаетпитание от ИП 1 через СВ 9, а СШ 14 -от ИП 2 через СВ 11; ИП 3 (дизельгенератор) находится в резерве и запускается при необходимости автоматически или вручную. Когда работоспособны все три ИП, СШ 12 получает питание от ИП 3, при отказе которого СШ13 подключается к ИП 1, а СШ 14 получает питание от ИП 2, при отказе которого СШ 14 подключается к ИП 1. Принеработоспособных двух ИП питаниеобеих СШ осуществляется от третьегоИП через соответствующий СВ. 3 ил. Блок 22 управления СВ содержит двааналогичных подблока 38 и 39, каждыйиз которых содержит элементы НЕТ 40,ИЛИ-НЕ 41, И 42, ИЛИ-НЕ 43, НЕТ 44,И 45, и три линии 46-48 задержки.Блок 24 контроля управления содержитдва аналогичных подблока 49 и 50,каждый из которых содержит трн элементаИ 51-53. Блок 23 блокировки содержитдва аналогичных подблока 54 и 55,каждый из которых содержит три элемента ИЛИ-НЕ 56"58 и три элементаИ 59-61.Устройство работает следующим об"разом,В нормальном режиме, когда ИП 1 иИП 2 работоспособны, т.е. выдают качественную электроэнергию, СШ 13 получает питание от ИПчерез СВ 9,СШ 14 получает питание от ИП 2 черезСВ 11, ИП 3 находится в резерве, Вкачестве ИП 3 используется дизельгенератор, который запускается в случае отказа одного из ИП автоматическиили в случае необходимости вручную,Учитывая, что ИП 3 не может работатьв режиме холостого хода, и обеспечивая высокую надежность электроснабжения путем питания СШ 13 и 14 отразных ИП, в систему управления силовыми выключателями вводят следукнцнйприоритет подключения ИП,В случае, когда три ИП работоспособны, к СШ 13 подключается дизель"генератор (ИП 3), при отказе которогоили его отключении к СШ 13 подключа"ется ИП 1; при неработоспособных дизель-генераторе и ИП 1 СШ 13 получаетпитание от ИП 2.5 15346В случае, когда три ИП работоспособны, СШ 14 получает питание от ИП2, при отказе которого СШ 14 подключается к ИП 1; при отказе ИП 1 и 2СШ 14 получает питание от дизель-генератора.Контроль напряжения осуществляетсяс помощью датчиков 4-6, 15-18 напряжения, которые выдают навыходе логическую 1 , если контролируемое напряИжение находится в допустимых пределах.Если контролируемое напряжение выходит за допустимые пределы, то на выходе датчиков 4-6 и 15-18 напряженияформируется логический. "0".Включение и отключение СВ осуществляется блоком 25 коммутирующих релепо сигналам, поступающим с выходовлогической части устройства. СВ выполнены на тиристорах,Предположим, система находится внормальном режиме (работоспособны ИП1 и 2) и происходит отказ ИП 1. Навыходе датчиков 4, 15 и 16 напряжения 25формируется логической "01, которыйпоступает в логическую часть устройства, которая вырабатывает управляющие сигналы на отключение СВ 9 и включение СВ 8. Одновременно поступаеткоманда на запуск дизель-генератора,которая может формироваться по сигналам с датчиков 4 и 5 напряжения. Управление дизель-генератором не входитв функции устройства. Дизель-генератор запускается в течение 15-20 с.Как только на выходе датчика 6 напря"жения появится логическая, свидетельствующая о готовности дизель-генератора принять нагрузку, отключитсяСВ 8 и включится СВ 7. Дизель-генера 40тор будет работать до тех пор, покане восстановится напряжение на ИП 1,Когда появится качественное напряжение на ИП 1, на выходе датчика 4 на 45пряжения сформируется сигнал логической "1", который может быть использо-ван в качестве команды на остановкудизель-генератора. Как только на выходе датчика б напряжения сФормируется логический "0", логическая частьустройства выработает управляющиесигналы на отключение СВ 7 и включение СВ 8,36 Устройство работает аналогичнопри отказе ИП 2 и работоспособномИП 1. В случае, когда дизель"генератор запускается принудительно приработоспособных ИПи 2 и начинаах выдавать качественное напряжение, очем сигнализирует датчик 6 напряжения, логическое устройство вырабатывает управляющие сигналы на отключение СВ 9 и включение СВ 7. ИП 1 становится в резерв. При отказе дизельгенератора отключается СВ 7 и включается СВ 9,При неработоспособных двух ИП питание обеих СШ осуществляется от третьего ИП через соответствующий СВ.Укаэанные режимы работы устройстваимеют место при работоспособных СВ7-12. При отказах СВ логическая частьустройства не вырабатывает управляющие сигналы на включение отказавшихСВ, а СШ подключаются к ИП черезисправленные СВ.Блок 21 контроля работоспособности СВ (фиг.2) предназначен для определения отказа СВ типа "обрыв". Навходы этого блока поступают сигналыс датчиков 4-6 напряжения, элементовИЛИ 19 и 20 и блока 23 блокировки.Блок 21 контроля работоспособности СВ содержит шесть аналогичных под-блоков 27-32, контролирующих соответственно СВ 9, 8, 6, 10, 11 и 12. Подблок 27 выдает на выходе логическую единицу только в случае отказа СВ 9, которая появляется при следую" щих сигналах на входах: на первом входе элемента И-НЕ 33 логическая "1" поступает с выхода датчика 4 напряжения и свидетельствует, что ИП 1 исправен, на втором входе элемента И-НЕ 33 логическая "1" поступает с выхода элемента И 59 блока 23 блокировки и свидетельствует, что СВ 9 включен, при этом на выходе элемента И-НЕ 33 логический "0" поступает на первый вход элемента ИЛИ-НЕ 34, на втором входе элемента ИЛИ-НЕ 34 логический "0 поступает с выхода элемента ИЛИ 19, объединяющего сигналы с датчиков 15 и 1 б напряжения и пока" эывающего, что СШ 13 обесточена; при этом на выходе элемента ИЛИ-НЕ 34 находится логическая "1", которая поступает на вход линии задержки.Линия 35 задержки (ЛЗ) выполняет следующие функции. Если на ее входе появляется логическая "1" и сохраня" ется во времени дольше, чем время задержки на прохождение "1 ЬС, .то на выходе ЛЗ через время 1появится 3 . "1", которая будет сохраняться до тех пор, пока на входе ЛЗ будет "1"."0 и будет сохраняться во временидольше, чем время задержки на прохождение "0 дС, то на выходе ЛЗ черезвремя 1 й появится "0", причем11аЧерез время задержки дС на выходе ЛЗ 35,появится "1", которая поступит на первый вход элемента ИЛИ 37,выход которого соединен через размыкающий контакт кнопки 36 возврата свторым своим входом. При этом на выходе элемента ИЛИ 37 появится "1",которая будет удерживаться и при исчезновении "1" на первом входе элемента ИЛИ 37; "1" на выходе элементаИЛИ 37 свидетельствует об отказе СВ 9.Блок 22 управления СВ предназна чен для выработки управляющих сигналов на включение и отключение СВ 7"12 на основе сигналов, поступающих сдатчиков 4-6 напряжения и блока 21контроля работоспособности СВ. Блок22 управления СВ содержит два аналогичных подблока 38 и 39, которые осу, ществляют управление соответственноСВ 7-9 и СВ 10-12. Работа каждогоподблока описывается с помощью таблицы истинности (фиг.3),где рассмотрены случаи различных состояний ИП заисключением случаев отказа всех трехИП и отказа двух и более СВ как маловероятных событий. Первая цифра вобозначении входов и выходов относится к подблоку 38, а вторая - к подблоку 39, В таблице сигналы, поступающие на входы и вырабатывающиеся навыходах подблока 38, имеют следующиезначения,На первый " третий входы поступают 40сигналы с первого - третьего выходовблока 21, и "1" свидетельствует оботказе соответственно СВ 9, 8, 7, а0" - об исправном состоянии этих СВ,"На седьмой - девятый входы поступают сигналы с датчиков 4-6 напряжения, и "1" свидетельствует, что качество напряжения, поступающего с ИП,находится в допустимых пределах, а"О" - что оно вышло за пределы, установленные ГОСТом.На первом - третьем вых. формируются сигналы управления соответственно для СВ 9, 8, 7, "1" - сигнал вклю"чения СВ "0" - сигнал включения от 55сутствует,Для подблока 39 блока 22 входныеи выходные сигналы имеют аналогичныйсмысл. Сигнал на включение СВ 7 поступает в следующих случаях (строки 1-8 таблицы, фиг,3): отказ ИП 1 и ИП 2; отказ ИП 1; все ИП и СВ исправны; отказ СВ 8 и ИП 1; отказ СВ 8; отказ СВ 9; отказ ИП 2; отказ СВ 9 и ИП 2, Сигнал на включение СВ 8 поступает в следующих случаях (строки 9-11): отказ ИП 1 и ИП 3; отказ СВ 7 и ИП 1; отказ СВ 9 и ИП 3. Сигнал на включение СВ 9 поступает в следующих случаях (строки 12-16): отказ ИП 2 и ИП 3; отказ ИП 3; отказ СВ 9 и ИП 3; отказ СВ 7 и ИП 2; отказ СВ 7, Сигналы на включение всех СВ не подаются при отказе СВ 7 и ИП 1 и 2; отказе СВ 8 и ИП 1, 3; отказе СВ 9 и ИП 2, 3.Блок 24 контроля управления, состоящий из двух идентичных подблоков 49 и 50, предназначен для выявления ситуаций, когда блок 22 управления СВ формирует управляющие сигналы на включение нескольких ИП на одну СШ. Подблок 49 контролирует управление СВ 7-9, подблок 50 контролирует управление СВ 10-12. Например, на оба входа элемента И 51 приходят одно" временно "1" с первого и второго вы" ходов подблока 38, что соответствует команде на включение СВ 9 и СВ 8, т,е, подключение ИП 1 и ИП 2 на СШ 13. Тогда на выходе элемента И 51 по" является "1", которая сигнализирует об отказе подблока 38. Остальные элементы И блока 24 контроля управления работают аналогично.Блок 23 блокировки, состоящий из двух идентичных подблоков 54 и 55, выполняет функции защиты от подключе" ния на одну СШ нескольких ИП, Под" блок 54 осуществляет логическую блокировку включения нескольких СВ на СШ 13, подблок 55 блокирует включение нескольких СВ на СШ 14, Каждый подблок выдает "1" только на одном выходе, соответствующем входу, на который "1" поступает раньше, чем на другие два входа, При появлении "ф на любом из двух других входов или на обоих сразу комбинация сигналов на выходах подблока не меняется. Допустим, на второй вход элемента И 59 поступила "1", на входах элементов И 60 и 61 "0", С выходов элементов И 60 и 61 "0" поступает на вторые входы элементов ИЛИ-НЕ 57 и 58 и на оба входа элемента ИЛИ-НЕ 56, что приводит квыход которого соединен с входом линии задержки этого подблока, выход которой соединен с первым входом элемента ИЛИ этого нодблока, выход которого соединен с первым выходом блока5 контроля работоспособности силовых ва 1 ключателей и через размыкающий контакт кнопки возврата с вторым входом элемента ИЛИ этого подблока, первые входы второго, третьего, четвертого, пятого и шестого подблоков контроля работоспособности силовых выключателей соединены соответственно с вторым, третьим, первым, вторым, тРетьим входом этого блока, вторые входы второго, третьего, четвертого, пятого и шестого подблока блока контроля работоспособности силовых выключателейсоединены соответственно с седьмым,20восьмьм, девятым, десятым, одиннадцатым входами этого блока, третьи входы второго и третьего подблоков блока контроля работоспособности силовых выключателей соединены с чет вертым входом этого блока, третьи входы четвертого, пятого и шестого подблоков блока контроля работоспособности силовых выключателей соеди- . нены с пятым входом этого блока, вы ходы второго, третьего, четвертого, пятого и шестого подблоков блока контроля работоспособности силовых выключателей соединены с одноименными выходами этого блока, блок управления силовыми выключателями содержит два аналогичных подблока, каждый из которых содержит два элемента НЕТ, два элемента ИЛИ-НЕ, два элемента И, три линии задержки, причем первый вход 40 первого подблока блока управления силовыми выключателями, являющийся первым входом этого блока, соединен с первым входом первого элемента ИЛИ" НЕ этого подблока, второй вход перво го подблока блока управления силовыми выключателями, являющийся вторым входом этого блока, соединен с инверсным входом второго элемента НЕТ этого подблока, третий вход первого подблока блока управления силовыми выключателями, являющийся третьим входом этого блока, соединен с инверсным входом первого элемента НЕТ этого подблока, четвертый вход первого подблока блока управления силовыми выключателями, являющийся седьмым входом этого блока, соединен с первым входом первого элемента И этого подблока, пятый вход первого подблока блока управления силовыми выключате- ЛЯМИ у ЯВЛЯЮЩИЙСЯ ВОСЬМЫМ ВХОДОМ ЭТО го блока, соединен с первым входом второго элемента И этого подблока, шестой вход перяого подблока блока управления силовыми выключателями, являющийся девятым входом этого бло" ка, соединен с неинверсным входом первого элемента НЕТ этого подблока, выход которого соединен с вторым входом первого элемента ИЛИ-НЕ этого подблока, вторым входом второго элемента ИЛИ-НЕ этого подблока и с входом третьей линии задержки этого подблока, выход первого элемента ИЛИ-НЕ этого подблока соединен с вторым входом первого элемента И этого подбло" ка, выход которого соединен с первым входом второго элемента ИЛИ-НЕ этого подблока и входом первой линии задержки этого подблока, выход второго элемента ИЛИ-НЕ этого подблока соеди" нен с неинверсным входом второго элемента НЕТ этого подблока, выход которого соединен с вторым входом второго элемента И этого.подблока, выход которого соединен с входом второй линии задержки этого подблока, выходы первой, второй и третьей линий эа" держки первого подблока блока управления силовыми выключателями являются соответственно первым, вторым и третьим выходами этого блока, первый, второй, третий, четвертый, пятый и шестой входы второго подблока блока управления силовыми выключателями соединены соответственно с четвертым, шестым, пятым, седьмым, девятым, восьмым входами этого блока, выходы первой, второй и третьей линий задержки второго подблока блока управления силовыми выключателями являются соответственно четвертым, шестым и пятым выходами этого блока, блок контроля управления содержит шесть элементов И, причем первый вход первого, второго, третьего, четвертого, пятого и шестого элементов И этого блока соединен соответственно с первым, первым, третьим, четвертым, четвертым,Г шестым выходами блока управления силовыми выключателями, второй вход перВого, второго, третьего, четвертого, пятого и шестого элементов И этого блока соединен соответственно с треФтьим, вторым, вторым, шестым, пятым, пятым входами блока управления силовы 534636появлению на выходе этого элемента1 , которая по с туп ае т на первый вход элемента И 5 9 , на выходе которого фо рмиру етс я " 1 " . С выхода элемента И 5 951 поступает на первые входы элементов ИЛИ-НЕ 57 и 58, на выходах которых формируется "О". С выхода элемента ИЛИ-НЕ 57 "0" поступает на первый вход элемента И 60, на вьходе кото" рого формируется О. С выхода элемента ИЛИ-НЕ 58 "0" поступает на первый вход элемента И 61, на выходе ко" торого также формируется "О". Теперь независимо от того, появится "1" на вторых входах элементов И 60 и 61 или нет, на их выходах будет "О". Одновременное появление логической "1" на двух или трех входах каждого подблока 23 блокировки - событие ма 20 ловероятное. Формула изобретенияБыстродействующее устройство авто-. матического включения резервного пи тания, содержащее секцию шин, подключенную к первому, второму и третьему источникам питания через соответственно первый, второй и третий силовые выключатели, входы первого и второго 30 датчиков напряжения подключены соответственно к первому и второму источникам питания, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что, с целью повышения надежности, быстродействия, а также расширения функциональных возможностей устройства, в него дополнительно. введены вторая секция шин, три силовых выключателя, пять датчиков напряжения, два элемента ИЛИ, блок комму тируюших реле, блок контроля работоспособности силовых выключателей, блок управления силовыми выключателями, блок контроля управления, блок блокировки и блок сигнализации и ин Дикации, причем вторая секция шин подключена к первому, второму и третьему источникам питания через соот" ветственно четвертый, пятый и шестой силовые выключатели, вход третьего датчика напряжения подкпючен к тре" тьему источнику питания, выходы первого, второго и третьего датчиков Напряжения подключены соответственно к первому, второму и третьему входам блока контроля работоспособности сило" вых выключателей, седьмому, восьмому и девятому входам блока управления силовыми выключателями, входы четвертого н пятого датчиков напряжения подключены к первой секции шин, а их выходы - соответственно к первому и второму входам первого элемента ИЛИ, выход которого подключен к четвертому входу блока контроля работоспособности силовых выключателей, входы шестого и седьмого датчиков напряжения подключены к второй секции шин, а их выходы - соответственно к первому и. второму входам второго элемента ИЛИ, выход которого подключен к пятому входу блока контроля работоспособности силовых выключателей, шесть выходов которого подключены к одноимен" ным входам блока сигнализации и индикации и блока управления силовыми выключателями, щесть выходов блокаФ управления силовыми выключателями соединены с одноименными входами блока контроля управления и блока бло" кировки, выходы с первого по шестой которого соединены соответственно с шестым, седьмым, восьмым, девятым, десятым одиннадцатым входами блока. контроля работоспособности силовых выключателей и с входами блока ком-. мутирующих реле, одноименными с выходами блока блокировки, выходы с первого по шестой блока коммутирующих реле соединены с входами силовых выключателей с первого по шестой, а выход блока контроля управления соединен с седьмым входом блока сигнализации и индикации, причем блок контроля работоспособности силовых выключателей состоит из шести анало" гичных подблоков, каждый из которых содержит один элемент И-НЕ, один элемент ИЛИ"НЕ, линию задержки, кнопку возврата, один элемент ИЛИ, причем первый вход первого подблока блока контроля работоспособности силовых выключателей, являющийся первым входом этого блока, соединен с первым входом элемента И-НЕ этого подблока, второй вход первого подблока блока контроля работоспособности силовых выключателей, являющийся шестым входом этого блока, соединен с вторым входом элемента И-НЕ этого подблока, выход которого соединен с первым входом элемента ИЛИ-НЕ этого подблока, третий вход первого подблока блока контроля работоспособности силовых выключателей, являющийся четвертым входом этого блока, соединен с вторым входом элемента ИЛИ-НЕ этого подблока, 1534636 14ми выключателями, выходы всех шести элементов И блока контроля управления соединены между собой и являются выходом блока контроля управления, а блок блокировки состоит иэ двух аналогичных подблоков, каждый иэ которых содержит три элемента ИЛИ-НЕ и три элемента И, причем первый, второй и третий входы первого подблока блока10 блокировки, являющиеся соответственно первым, вторым и третьим входами этого блока, соединены соответственно с первым входом первого, второго и тре" тьего элементов И первого подблока этого блока, выход первого элемента И первого подблока является первым выходом этого подблока и соединен с первым входом второго и третьего элементов ИЛИ-НЕ этого подблока выходго второго элемента И этого подблока является вторым выходом первого подблока блока блокировки и соединен с первым входом первого элемента ИЛИ-НЕ этого подблока и вторым входом третьего элемента ИЛИ-НЕ этого подблока,выход третьего элемента И первогоподблока является третьим выходомэтого подблока и соединен с вторымвходом первого и второго элементовИЛИ-НЕ этого подблока, выход первого,второго и третьего элементов ИЛИ-НЕэтого подблока соединен соответственно с вторым входом первого, второгои третьего элементов И этого подблока, первый, второй и третий выходыпервого подблока блокаблокировки являются соответственно первым, вторыми третьим выходами, этого блока, первый, второй и третий входы второгоподблока блока блокировки являютсясоответственно четвертым, пятым ишестым входами этого блока, а первый,второй и третий выходы второго подблока блока блокировки являются соответственно четвертым, пятым и шестымвыходами этого блока.534636 Составитель В,СидоровРедактор А.Коэориз Техред Л.Сердюкова Корректор С.Ч Заказ 51 ТирВНИИПИ Государственного комитет при ГКНТ СС 113035, Москва,аж 417 Подписноеа по изобретениям и открьгтиям 3-35, Раушская наб д. 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент город, ул. Гагарина, 101