Способ и система гарантированного электроснабжения постоянного тока с аккумуляторными батареями



Способ и система гарантированного электроснабжения постоянного тока с аккумуляторными батареями
Способ и система гарантированного электроснабжения постоянного тока с аккумуляторными батареями
Способ и система гарантированного электроснабжения постоянного тока с аккумуляторными батареями

 


Владельцы патента RU 2548012:

Городилов Сергей Васильевич (RU)

Использование: в области электротехники. Технический результат - увеличение ресурса работы АБ при эксплуатации систем гарантированного электроснабжения постоянного тока и повышение надежности системы гарантированного электроснабжения. Согласно способу эксплуатацию системы гарантированного электроснабжения осуществляют при непрерывном контроле напряжения на АБ и нагрузке и передаче блоком управления управляющих сигналов на ключ по фиксируемым отклонениям измеренных значений напряжения, причем в режиме питания нагрузки от основного источника эксплуатацию АБ осуществляют в режиме хранения при разомкнутом ключе и стабильном поддержании тока в цепи АБ равным нулю, переход в режим заряда АБ осуществляют при подаче управляющего сигнала от блока управления на замыкание ключа при фиксации блоком управления значения напряжения на аккумуляторной батарее ниже предустановленного порога, а разряд аккумуляторной батареи на нагрузку осуществляют на первом этапе через диод, обеспечивая бескоммутационное переключение нагрузки на питание от источника питания к питанию от АБ с последующим шунтированием диода при передаче управляющего сигнала от блока управления на замыкание ключа. 2 н. и 4 з.п. ф-лы, 3 ил.

 

Изобретение относится к электротехнике, в частности к способу и схемам эксплуатации аварийного или резервного энергоснабжения систем гарантированного электроснабжения постоянного тока с аккумуляторными батареями (АБ), предназначенных для использования в системах связи, телекоммуникационных, телефонных системах и сетях, источниках бесперебойного питания охранных и пожарных системах.

В настоящее время среди наиболее известных способов эксплуатации и схем для эксплуатации систем гарантированного питания постоянного тока наиболее часто используемыми являются схемы, обеспечивающие параллельно-резервный или буферный способ эксплуатации систем гарантированного питания постоянного тока [1], а также схемы и способ эксплуатации с переключением [2].

Схемы для эксплуатации систем гарантированного электроснабжения постоянного тока с параллельно-резервным или буферным способом эксплуатации (фиг.1) характеризуются постоянным подключением нагрузки к выходу основного источника питания и подключением АБ параллельно нагрузке. Основной источник питания в такой схеме должен обладать достаточным запасом мощности для обеспечения максимального тока нагрузки и заряда аккумуляторной батареи в любой момент времени, т.к. для поддержания напряжения на АБ постоянным и обеспечения работоспособности данной схемы АБ должна постоянно находиться в режиме подзарядки. При этом напряжение на выходе выпрямителя основного источника питания, являющееся одновременно и напряжением питания цепей нагрузки, определяется величиной напряжения поддерживающего заряда аккумуляторной батареи. Регулятор, производящий стабилизацию и регулирование напряжения АБ, в том числе в зависимости от температуры АБ, встроен в источник питания. Поддержание заряженного состояния АБ при этом обеспечивается небольшим зарядным током, называемым остаточным. Данный ток, а также нестабильность напряжения на выходе источника питания, вызванная нестабильностью тока нагрузки или напряжением питающей сети, вызывают постоянное изменение протекающего тока в цепи АБ, что приводит к постоянному протеканию химических процессов в АБ. Это вызывает так называемую «сульфатацию пластин» АБ, приводящую к уменьшению ресурса службы АБ, что следует отнести к числу существенных недостатков данной схемы и вышеуказанного способа эксплуатации. Остаточный зарядный ток складывается из нескольких составляющих, таких как ток компенсации саморазряда, тока коррозии положительных электродов, тока рекомбинации, тока разложения воды, и других параметров, определяемых типом АБ. В данном способе температурную компенсацию напряжения АБ обеспечивают изменением напряжения на выходе источника питания.

Способ и схема для эксплуатации систем гарантированного электроснабжения постоянного тока с переключением (фиг.2) отличается от буферного тем, что последовательно с АБ подключен ключ таким образом, что после заряда АБ отключается от источника и нагрузки. Данные схема и способ эксплуатации системы не обеспечивают гарантированного снабжения нагрузки, так как при пропадании напряжения на выходе источника требуется время на подключение нагрузки к АБ. Такая схема работы применима лишь в системах, где перерыв в питании во время переключения является допустимым.

Известны также и другие способы эксплуатации и схемы построения для эксплуатации систем гарантированного электроснабжения постоянного тока, целью которых является увеличение ресурса АБ. Например, такие, которые обеспечивают протекание тока, переменного или импульсного, с определенными параметрами в цепи АБ для уменьшения «сульфатации». Однако пульсации напряжения в цепи нагрузки, вызванные данными токами, делают как невозможным их использование в ответственных системах, так и вызывают неправильную работу систем стабилизации напряжения на выходе источника питания. Данные способы являются эмпирическими и, в связи с вышеуказанными недостатками, их использование не разрешается производителями АБ и производителями систем питания.

Наиболее близким по совокупности существенных признаков аналогом, выбранным в качестве прототипа заявляемого изобретения, является способ эксплуатации и схема системы электропитания АТС по авторскому свидетельству на изобретение №495789 (кл. Н04М 19/00, опубл. 15.12.1975) [8], содержащая основной и резервный источники питания, подключенные к нагрузке и связанные между собой посредством разделительного диода и размыкающего контакта реле времени, а также цепочку из последовательно соединенных тиристора и нелинейного элемента, расширитель импульсов, первый и второй чувствительные элементы, при этом один из концов цепочки подключен к нагрузке, а другой - к полюсу резервного источника питания, управляющий электрод тиристора соединен с входом второго чувствительного элемента и расширителя импульсов, замыкающий контакт которого подключен параллельно тиристору, первый и второй чувствительные элементы включены между катодом и разделительного диода и общим проводом, а расширитель импульса - между анодом разделительного диода и общим проводом, причем выход первого чувствительного элемента соединен со входом реле времени, размыкающий контакт которого подключен параллельно нелинейному элементу, сокращающие время перерыва питания при переходе с одного источника на другой. При этом при номинальном значении напряжения основного источника питания ключ нелинейного элемента замкнут, а тиристора разомкнут, тиристор закрывается, минусовой полюс АБ отключается от нагрузки и питание нагрузки осуществляется от основного источника. При пропадании напряжения поступает сигнал на управляющий электрод тиристора и на вход расширителя импульсов. Тиристор включается, минусовой полюс резервного источника питания подключается к нагрузке. К числу существенных недостатков данного решения следует отнести малый ресурс работы АБ, сложность системы управления тиристором при пропадании питания основного источника и, как следствие, наличие перерывов питания при переходе с одного источника на другой, соответствующее времени необходимого для переключение тиристора из закрытого состояния в открытое и наоборот; наличие скачка тока при переключении питания с одного источника на другой, а также невысокая надежность схемного решения и способа эксплуатации, вызванные разными физико-техническими характеристиками элементов и сложностью их согласования в режиме перегрузок.

Технической задачей, решаемой изобретением, является расширение арсенала средств, обеспечение гарантированного бесперебойного снабжения электроэнергией при автоматическом переключении с основного источника питания на АБ и упрощение схемы контроля и управления.

Технический результат, достигаемый заявленным изобретением, заключается в увеличении ресурса работы АБ при эксплуатации систем гарантированного электроснабжения постоянного тока, в повышении безотказности функционирования и надежности систем гарантированного электроснабжения, в том числе за счет обеспечения контроля за состоянием АБ при циклах заряда, саморазряда и разряда на нагрузку, смена которых производится в зависимости от состояния АБ, способов эксплуатации, температуры АБ при эксплуатации, частоты и длительности пропадания питающей сети, приводящей к разряду АБ.

Вышеуказанный технический результат достигается тем, что схема для эксплуатации системы гарантированного электроснабжения постоянным током содержит параллельно подключенные основной источник питания, резервный, выполненный в виде аккумуляторной батареи, и нагрузку, и в отличие от прототипа дополнительно содержит диод, включенный в обратном направлении таким образом, что анод соединен с отрицательным выходом аккумуляторной батареи и одним из выходов параллельно подключенного ключа, а катод и второй выход ключа соединены с общей линией, соединяющей выход основного источника питания и нагрузку, и дополнительно снабжена программно-аппаратным блоком управления, функционально соединенным с АБ и нагрузкой, с обеспечением возможности контроля напряжения на них и переключения АБ в режим заряда или разряда, а также функционально соединенным с ключом с обеспечением возможности управления им и автоматического переключения питания нагрузки между источниками питания.

Вышеуказанный технический результат достигается также тем, что способ эксплуатации системы гарантированного электроснабжения, включающий питание нагрузки от основного источника питания, контроль напряжения на нагрузке и включенном параллельно к основному резервном источнике питания, выполненном в виде аккумуляторной батареи, заряд аккумуляторной батареи при снижении напряжения на АБ ниже установленного предела, переключение нагрузки с основного источника на резервный при фиксации отсутствия или выхода за установленные границы контролируемых значений напряжения на нагрузке и разряд аккумуляторной батареи на нагрузку до восстановления рабочего напряжения на выходе основного источника, отличается от прототипа тем, что последовательно с аккумуляторной батареей подключают соединенные параллельно между собой ключ и диод в обратном направлении, а контроль напряжения и управление режимами переключения питания нагрузки и эксплуатации АБ осуществляют программно-аппаратным образом при измерении напряжения на АБ и нагрузке с помощью блокам управления и передаче блоком управления управляющих сигналов на ключ по фиксируемым отклонениям измеренных значений напряжения, причем в режиме питания нагрузки от основного источника эксплуатацию АБ осуществляют в режиме хранения при стабильном поддержании тока в цепи АБ равным нулю, который, при фиксации блоком управления рабочего напряжения на нагрузке, обеспечивают передачей управляющего сигнала от блока управления на размыкание ключа, размыканием ключа и запиранием диода при превышении значения напряжения на основном источнике питания над напряжением в цепи АБ; при этом режим заряда АБ осуществляют при замкнутом ключе, коммутацию которого обеспечивают при передаче на ключ управляющего сигнала от блока управления при фиксации им значения напряжения на аккумуляторной батарее ниже предустановленного порога или достижения предустановленного в памяти блока управления максимального срока нахождения АБ в режиме хранения, отсчет которого осуществляют после размыкания ключа, а разряд аккумуляторной батареи на нагрузку при пропадании напряжения на основном источнике питания или выхода значений напряжения за установленные границы осуществляют на первом этапе через диод с последующим шунтированием диода при передаче управляющего сигнала от блока управления на замыкание ключа при фиксации значения напряжения на АБ большим значения напряжения на нагрузке.

В предлагаемом способе эксплуатации системы гарантированного электроснабжения можно выделить 3 цикла эксплуатации АБ. Данные циклы могут чередоваться в зависимости от наличия напряжения на выходе основного источника, состояния АБ, длительности и глубины саморазряда АБ или разряда на нагрузку. При этом соблюдают следующие обязательные правила чередования: цикл заряда обязательно предшествует циклу хранения, а после циклов хранения и разряда АБ на нагрузку следует цикл заряда.

Кроме того, предлагаемые способ эксплуатации и схема для эксплуатации систем гарантированного электроснабжения постоянного тока могут быть выполнены с обеспечением возможности контроля температуры на АБ, осуществляемым как основным источником питания любым известным из уровня техники способом, так и с помощью блока управления, в состав которого дополнительно включают устройство для измерения температуры, например температурный датчик как внешний, так и реализованный программно-аппаратно, позволяющий осуществлять контроль температурного режима АБ, с обеспечением возможности изменения длительности и очередности циклов эксплуатации АБ в зависимости от температуры на АБ путем формирования и передачи соответствующих управляющих сигналов на ключ при выходе контролируемых параметров температуры на АБ за предустановленные пределы.

Перечень чертежей

На фиг.1 представлена схема построения систем гарантированного электроснабжения постоянного тока с параллельно-резервным или буферным способом эксплуатации. Фиг. 2 представляет схему построения системы гарантированного электроснабжения постоянного тока с переключением. На фиг.1, 2 использованы следующие обозначения: 1 - основной источник питания; 2 - аккумуляторная батарея (АБ); 3 - нагрузка; 4 - ключ.

Осуществление изобретения поясняется на примере, представленном на фиг.3.

Фиг.3 - схема для эксплуатации системы гарантированного электроснабжения постоянного тока согласно изобретению, представляющая собой комбинированную функциональную схему с элементами принципиальной схемы построения системы гарантированного электроснабжения постоянным током и поясняющая работу по предлагаемому способу.

Схема для эксплуатации системы гарантированного электроснабжения постоянного тока согласно изобретению содержит параллельно подключенные основной источник 1 питания и аккумуляторную батарею 2, являющуюся резервным источником питания, соединенные с нагрузкой 3, параллельно соединенные между собой ключ 4 и диод 5, включенный в обратном направлении, последовательно соединенные с аккумуляторной батареей 2 таким образом, что анод диода 5 соединен с отрицательным выводом аккумуляторной батареи 2, а также функционально связанный с аккумуляторной батареей 2, ключом 4 и нагрузкой 3 блок 6 управления, реализованный, например, на основе микропроцессора 7. Основной источник 1 питания содержит источник переменного напряжения и выпрямитель, в качестве которого может быть использовано известное оборудование данного назначения, например УЭПС-3, ВБВ 48/60-2, ELTEK FP2, выполненные с возможностью контроля температуры на подключаемом резервном источнике питания в виде аккумуляторной батареи. В качестве резервного источника питания - аккумуляторной батареи - используются свинцово-кислотные или никель-кадмиевые аккумуляторы, например Sonnenschein А400/165, MARATHON M12V155FT, НКГ-70кл. Блок 6 управления может быть выполнен как в виде автономного устройства, так и в виде встроенного модуля в систему основного источника 1 питания, реализованного на базе широко используемых для данной области техники микропроцессоров, например Intel 8051, Atmel Atmega 16.

При этом схема работает следующим образом. Блок 6 управления, программно-аппаратным образом функционально связанный с аккумуляторной батареей 2 и нагрузкой 3, постоянно осуществляет измерение напряжения на них и температуру на аккумуляторной батарее 2. При этом в модуле памяти блока 6 управления предустановленны предельные значения температуры и нижнего порога допустимого напряжения на аккумуляторной батарее 2, устанавливаемый с учетом типа АБ, возможностей основного источника 1 питания, а также условий эксплуатации системы электроснабжения в целом, и значение номинального напряжения на нагрузке 3 в допустимых пределах. При этом нижний порог допустимого напряжения на АБ устанавливает предел допустимого разряда АБ, который не влечет за собой уменьшение ниже допустимого порога степени заряженности АБ или необратимых изменений в химической структуре АБ, например сульфатация пластин, или ее технических характеристик, например снижение емкости в результате глубокого разряда. Контроль напряжения на АБ осуществляется блоком управления путем измерения значений напряжения на АБ в целом и их сравнения программно-аппаратным способом с установленными пороговыми значениями для АБ. При достижении нижнего порогового значения напряжения на АБ блок управления подает управляющий сигнал на ключ, изменение коммутации которого переключает схему в режим заряда АБ. Переключение схемы в режим разряда АБ на нагрузку осуществляется при фиксации факта протекания разрядного тока через диод и, как следствие, уменьшение напряжения на нагрузке ниже, чем на АБ из-за падения напряжения на диоде, после чего блок управления подает управляющий сигнала на выключение ключа.

Для реализации способа производят измерение напряжений U на АБ 2 и UH на нагрузке 3, а также, при необходимости, температуры на АБ 2, которые поступают на входы 8 и 9 АЦП-1 и АЦП-2 микропроцессора 7 соответственно и далее на микропроцессор 7 программно-аппаратным способом, в зависимости от соотношения этих напряжений между собой и с предустановленными пороговыми значениями, значениями предыдущих циклов, глубины разряда АБ, температуры АБ, измеренной непосредственно или введенной по результатам дополнительных измерений, формирует и подает цифровой сигнал на ключ 4 и управляет коммутацией ключа 4 для реализации соответствующего цикла эксплуатации. Ключ 4 может быть выполнен, в случае мощных систем с током, например, более 20 А, в виде силового контактора, а в случае небольших нагрузок - в виде транзисторного ключа.

При этом способ эксплуатации согласно изобретению осуществляется циклически, в виде чередования по меньшей мере трех циклов эксплуатации АБ, следующим образом.

Первый цикл - цикл заряда АБ. Источник питания находится в рабочем состоянии и подключен к нагрузке. При фиксации блоком управления на нагрузке номинального рабочего напряжения, а на АБ значения напряжения ниже нижнего предустановленного порога допустимого напряжения на АБ, блок управления формирует и подает управляющий сигнал на запирание ключа. При замыкании ключа аккумуляторная батарея подключается к основному источнику питания, который осуществляет заряд АБ. При окончании заряда АБ, который определяется исходя из используемого метода заряда АБ, предыдущего состояния АБ и времени заряда АБ, блок управления подает сигнал на отключение ключа и заряд прекращается. Заряд АБ при этом может быть осуществлен любым допустимым методом для АБ с учетом возможностей основного источника питания. Например, в соответствии со стандартом DIN 41772 [7] заряд может осуществляться методом «постоянный ток / постоянное напряжение (IU, UOI)», «управляемого сопротивления (W)», постоянный ток (I) и другими. Выбор метода заряда учитывает состояние АБ до данного периода, т.е. нахождение аккумуляторной батареи в режиме хранения или разряда на нагрузку. При этом длительность цикла заряда определяется типом АБ и условиями эксплуатации системы в целом и может длиться от нескольких часов до нескольких суток. Выбор метода заряда и длительность цикла заряда, в частности, может осуществляться автоматически, программно-аппаратным способом, на основе параметров предустановленных в источнике основного питания для используемого типа АБ и условий эксплуатации системы электропитания.

Второй цикл - цикл активного хранения при поддержании тока в цепи АБ равным нулю, осуществляют после окончания цикла заряда. При фиксации блоком управления номинального, рабочего напряжения на нагрузке и аккумуляторной батарее, блок управления передает управляющий сигнал на размыкание ключа Ключ размыкают, при этом напряжение на выходе выпрямителя остается прежним, а на АБ уменьшается на 1-2 В (например, для 12-вольтовой АБ), таким образом, диод оказывается запертым, а ток в цепи АБ становится равным нулю. Продолжительность данного цикла определяется допустимым уровнем саморазряда АБ, зависящего от многих факторов, например, таких как тип АБ, температура, старение АБ, условия эксплуатации, и контролируемого по напряжению на АБ, или наступлением следующего цикла - разряда АБ. Окончание цикла активного хранения в процессе эксплуатации системы гарантированного электроснабжения постоянным током определяют по значению напряжения на АБ, фиксируемому в процессе непрерывного контроля напряжения на АБ по уровню нижнего порога допустимого напряжения на АБ, не допуская существенной потери емкости, как правило, не более 80-90% от номинальной емкости АБ. Определение емкости при этом производят косвенно, по известным из уровня техники правилам [6], по контролируемому напряжению на АБ. Данный цикл может иметь длительность 1-12 месяцев. Контроль уровня саморазряда АБ и длительности цикла активного хранения также может быть осуществлен в результате измерения напряжения на каждом аккумуляторе в АБ и на АБ в целом квазинепрерывно, с постоянным временным интервалом дискретизации, при этом по измеренным значениям напряжения решение об уровне саморазряда принимают по худшему по данному параметру аккумулятору в группе АБ, а не по напряжению на АБ в целом. Цикл активного хранения может быть также прерван при пропадании напряжения на выходе источника питания.

Третий цикл - цикл разряда АБ на нагрузку осуществляют при пропадании напряжения на выходе основного источника питания, например при отсутствии напряжения на входе основного источника или при его неисправности, или выхода параметров напряжения за установленные предельные значения. Разряд АБ на нагрузку осуществляют следующим образом: при пропадании напряжения на выходе основного источника питания напряжение в цепи АБ становится большим, чем в цепи от основного источника, и нагрузка автоматически начинает питаться от АБ через диод, включенный в обратном направлении, обеспечивая бескоммутационное переключение нагрузки на питание от источника питания к питанию от АБ. При этом блок управления в процессе непрерывного измерения напряжения на АБ и нагрузке фиксирует значение напряжение на АБ большее, чем напряжение на нагрузке из-за падения напряжения на диоде, формирует и передает управляющий сигнал на замыкание ключа, ключ замыкают и диод шунтируется. Время коммутации ключа, как правило, менее 1 секунды, и только этот промежуток нагрузка питается через диод, а затем через замкнутый ключ. Таким образом, при переключении питания нагрузки с основного источника питания на АБ не происходит даже кратковременных перерывов в питании нагрузки. Так как падение напряжения на диоде небольшое 0,4-1,6 В, а время до шунтирования диода составляет менее 1 секунды, то и потери мощности на диоде из-за нагрева незначительны. По окончании данного цикла требуется проведение цикла заряда АБ вышеописанным способом.

Предлагаемый способ эксплуатации систем гарантированного электроснабжения постоянного тока является циклическим, т.е. АБ не находится постоянно, как, например, при буферном способе, в режиме постоянного подзаряда, а с цикличностью 1-12 месяцев производится саморазряд, т.е. АБ находится в режиме активного хранения, или при пропадании питания от источника производится разряд с последующим циклом заряда АБ. Таким образом, полностью заряженная АБ длительное время находится в режиме хранения, в процессе которого химические процессы, протекающие в АБ, зависят только от процесса саморазряда, обусловленного типом АБ, ее состоянием и условиями внешней среды, основным критерием которых влияющим на работоспособность АБ, является температурный режим. Существенное замедление химических процессов в АБ в течение длительного периода позволяет избежать так называемой «сульфатации пластин» и увеличить тем самым ресурс АБ при эксплуатации схемы и способа согласно изобретению.

При чередовании циклов эксплуатации в соответствии со способом эксплуатации согласно изобретению возможно одновременно осуществлять контроль состояния и выбраковку отдельных аккумуляторов, из которых состоит АБ. Так как ток в цепи всех аккумуляторов АБ одинаков, то анализируя в процессе эксплуатации значения напряжения на отдельных аккумуляторах, можно определять их работоспособность.

Предлагаемый способ обеспечивает работоспособность системы в целом и АБ в частности при эксплуатации системы гарантированного электроснабжения в более широком диапазоне температур. Ограничение работоспособности систем гарантированного электроснабжения постоянного тока по температурному диапазону вызвано в значительной степени тем, что в АБ протекают химические процессы под действием остаточного тока заряда, приводящие к разогреву АБ. Поэтому при известных способах эксплуатации, например буферном, данная система электропитания нуждается в системе охлаждения для аккумуляторной батареи и постоянном регулировании напряжения на АБ в зависимости от температуры в соответствии с так называемой температурной компенсацией для обеспечения оптимальных рабочих характеристик АБ. Несоблюдение температурных режимов приводит к сокращению срока службы АБ. Например, ресурс АБ при превышении рекомендованной температуры эксплуатации с 25°С до 30°С падает вдвое, так как остаточный ток заряда возрастает в 100 раз, что приводит к экспоненциальному увеличению скорости протекания процессов и саморазогреву АБ [6]. Согласно изобретению АБ в предлагаемом способе эксплуатации длительное время находится в режиме хранения и тепловые процессы, протекающие в АБ, обусловлены только процессом саморазряда, не сопряженного со значительным выделением теплоты и не оказывающего существенного влияния на работоспособность АБ. Температурный режим АБ оказывает влияние на скорость протекания саморазряда, но не требует дополнительной регулировки напряжения на АБ, а может только привести к сокращению длительности цикла хранения, что учитывается блоком управления непосредственно в результате контроля температуры и напряжения на АБ, или это может привести к ускоренному саморазряду, что также диагностируется блоком управления по уменьшению напряжения на АБ. Контроль температуры на АБ осуществляется как основным источником питания для определения предустановленных режимов заряда-разряда АБ, так и блоком управления для управления длительностью и очередностью циклов эксплуатации, в зависимости от условий эксплуатации. Таким образом, использование режима хранения АБ позволяет сохранить оптимальные рабочие характеристики АБ и увеличить срок ее службы в более широком диапазоне температур, существенно превосходящем температурный диапазон известных из уровня техники схем и способов эксплуатации систем гарантированного электроснабжения постоянного тока, например буферного режима, и не требует регулирования напряжения на выходе источник питания для температурной компенсации [6]. В свою очередь, очевидно, что увеличение ресурса срока службы АБ при снижении зависимости ее работоспособности от температурного режима эксплуатации существенно повышает работоспособность и надежность системы гарантированного электроснабжения постоянным током в целом.

Очевидно, что режим хранения в заряженном состоянии является оптимальным для ресурса АБ, он достаточно длителен и составляет 1-12 месяцев, Так как при этом цикл заряда АБ, который может выполняться любым из допустимых методов, имеет длительность от нескольких часов до нескольких дней, а разряд АБ на нагрузку, как правило, составляет менее 1 дня, соответственно эксплуатация системы гарантированного электроснабжения постоянным током в предлагаемом способе большую часть времени соответствует режиму хранения, что увеличивает ресурс АБ и повышает надежность гарантированного питания нагрузки при аварийных отключениях основного источника питания.

Таким образом, предложенное техническое решение, включающее способ и схему для эксплуатации системы гарантированного электроснабжения, может быть реализовано промышленным способом с использованием известных устройств и позволяет обеспечить:

- бесперебойность электроснабжения при переключении питания нагрузки между источниками питания;

- увеличение ресурса АБ при эксплуатации систем гарантированного электроснабжения постоянного тока;

- снижение зависимости ресурса АБ при эксплуатации от температуры;

- повышение надежности системы гарантированного электроснабжения постоянного тока за счет увеличения ресурса АБ, осуществления непрерывного контроля за состоянием АБ при циклах заряда, саморазряда и разряда, смена которых производится циклически в зависимости от состояния АБ, способов эксплуатации, температуры эксплуатации и качества питающее сеть, а также безкоммутационного переключения нагрузки на питание от источника питания к питанию от АБ при аварийном отключении питания;

- уплощение схемы контроля и управления системой гарантированного электроснабжения постоянного тока.

Литература

1. ГОСТ Р МЭК 60896-2-99. Свинцово-кислотные стационарные батареи. Общие требования и методы испытаний. Часть 2. Закрытые типы.

2. Гусев Ю.П., Дороватовский Н.М, Поляков А.М. Оценка технического состояния аккумуляторных батарей электростанций и подстанций в процессе эксплуатации. Электро, 2002, №5. с.34-38.

3. Таганова А.А., Бубнов Ю.И., Орлов С.Б. Герметичные химические источники тока: элементы и аккумуляторы, оборудование для испытаний и эксплуатации. СПб: Химиздат. 2005.

4. www.vestniksviazy.ru/t/e107_plugins/content/content.php?content.156.

5. "РД 45.120-2000 (НТП 112-2000). Нормы технологического проектирования, городские и сельские телефонные сети" (утв. Минсвязи РФ 12.10.2000).

6. [http://www.Industrialenergy.exide.com ЕХIDЕ Distributionscenter Berlin ELEKTRO.TEC GmbH Eichborndamm 129-139 D-13403 Berlin http://www.elektrotec-berlin.de. Handbook (part 1) Industrial Energy, Product Application Edition 3, December 2008] [ЭКСПЛУАТАЦИОННАЯ ДОКУМЕНТАЦИЯ Стационарные свинцово-кислотные аккумуляторные батареи].

7. DIN 41772 Beiblatt 2-1979 Static power convertors; semiconductor rectifier equipment, examples of characteristic curves for equipment operating in parallel with batteries. (Выпрямители полупроводниковые, примеры характеристических кривых для приборов, работающих параллельно с батареями).

8. Авторское свидетельство СССР №495789 (кл. Н04М 19/00, опубл. 15.12.1975).

1. Схема для эксплуатации системы гарантированного электроснабжения постоянным током, содержащая параллельно подключенные основной источник питания, резервный, выполненный в виде аккумуляторной батареи, и нагрузку, отличающаяся тем, что дополнительно содержит диод, включенный в обратном направлении таким образом, что анод соединен с отрицательным выходом аккумуляторной батареи и одним из выходов параллельно подключенного ключа, а катод и второй выход ключа соединены с общей линией, соединяющей выход основного источника питания и нагрузку, и дополнительно снабжен программно-аппаратным блоком управления, функционально соединенным с АБ и нагрузкой, с обеспечением возможности контроля напряжения на них и переключения АБ в режим заряда или разряда, а также функционально соединенным с ключом с обеспечением возможности управления им и автоматического переключения питания нагрузки между источниками питания.

2. Способ эксплуатации системы гарантированного электроснабжения, включающий питание нагрузки от основного источника питания, контроль напряжения на нагрузке и включенном параллельно к основному резервном источнике питания, выполненном в виде аккумуляторной батареи, заряд аккумуляторной батареи при снижении напряжения на АБ ниже установленного предела, переключение нагрузки с основного источника на резервный при фиксации отсутствия или выхода за установленные границы контролируемых значений напряжения на нагрузке и разряд аккумуляторной батареи на нагрузку до восстановления рабочего напряжения на выходе основного источника, отличающийся тем, что последовательно с аккумуляторной батареей подключают соединенные параллельно между собой ключ и диод в обратном направлении, а контроль напряжения и управление режимами переключения питания нагрузки и эксплуатации АБ осуществляют программно-аппаратным образом при измерении напряжения на АБ и нагрузке с помощью блока управления и передаче блоком управления управляющих сигналов на ключ по фиксируемым отклонениям измеренных значений напряжения, причем в режиме питания нагрузки от основного источника эксплуатацию АБ осуществляют в режиме хранения при стабильном поддержании тока в цепи АБ равным нулю, который при фиксации блоком управлением рабочего напряжения на нагрузке обеспечивают передачей управляющего сигнала от блока управления на размыкание ключа, размыканием ключа и запиранием диода при превышении значения напряжения на основном источнике питания над напряжением в цепи АБ; при этом режим заряда АБ осуществляют при замкнутом ключе, коммутацию которого обеспечивают при передаче на ключ управляющего сигнала от блока управления при фиксации им значения напряжения на аккумуляторной батарее ниже предустановленного порога или достижения предустановленного в памяти блока управления максимального срока нахождения АБ в режиме хранения, отсчет которого осуществляют после размыкания ключа, а разряд аккумуляторной батареи на нагрузку при пропадании напряжения на основном источнике питания или выходе значений напряжения за установленные границы осуществляют на первом этапе через диод с последующим шунтированием диода при передаче управляющего сигнала от блока управления на замыкание ключа при фиксации значения напряжения на АБ, большим значения напряжения на нагрузке.

3. Способ по п.2, отличающийся тем, что эксплуатацию АБ осуществляют с чередованием циклов заряда, хранения и разряда на нагрузку.

4. Способ по п.3, отличающийся тем, что цикл заряда осуществляют перед циклом хранения, а также после цикла хранения и/или разряда АБ на нагрузку.

5. Способ по п.2, отличающийся тем, что осуществляют дополнительно непрерывный контроль температуры на АБ с обеспечением возможности управления длительностью и очередностью циклов эксплуатации по фиксируемым отклонениям измеренных значений температуры от предустановленных в блоке управления и/или основном источнике питания номинальных значений температур.

6. Способ по любому из пп.2-5, отличающийся тем, что осуществляют измерения напряжения на каждом аккумуляторе в АБ и на АБ в целом квазинепрерывно с постоянным временным интервалом дискретизации, а уровень саморазряда АБ определяют по значениям напряжения худшего по данному параметру аккумулятора в группе АБ.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области электротехники. Технический результат заключается в повышении мощности устройства.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в статических преобразователях для бесперебойного питания ответственных потребителей трехфазного переменного тока.

Использование: в области электротехники. Система бесперебойной подачи электроэнергии включает в себя выпрямитель, имеющий транзистор и индуктор, контроллер, датчик тока, первый и второй транзисторы, образующие часть схемы первого и второго вольтодобавочного преобразователей соответственно.

Использование: в области электротехники. Технический результат - расширение функциональных возможностей способа.

Изобретение относится к электротехнике, а именно к устройствам для питания цепей постоянного оперативного тока подстанций. Технический результат - уменьшение количества аппаратов с механической коммутацией, повышение быстродействия ввода резерва, улучшение энергетических показателей оперативного постоянного тока.

Изобретение относится к области электротехники и предназначено для обеспечения стабилизированного бесперебойного питания важного оборудования от двух, или более независимых источников.

Изобретение относится к трехфазному источнику бесперебойного питания. Технический результат заключается в осуществлении заявленного изобретения без использования ступенчатого изменения в работе двух преобразователей электроэнергии так, чтобы на нагрузку могла подаваться стандартная трехфазная электроэнергия.

Устройство относится к области электротехники и может быть использовано в качестве устройства симметрирования напряжений кабеля при обрыве любой его фазы. Технический результат заключается в повышении быстродействия устройства.

Использование: в области электроэнергетики. Технический результат - обеспечение последовательного или параллельного питания нескольких потребителей постоянного и переменного тока различных напряжений без применения дополнительного трансформаторного оборудования.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в системах БП и обратных преобразователях Технический результат - повышение надежности и эффективности для пользователей и поставщиков.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для дистанционного электропитания привязных летательных аппаратов или привязных подводных робототехнических объектов. Технический результат заключается в снижении габаритно-массовых характеристик, увеличении надежности, повышении суммарного КПД. В способе удаленного проводного электропитания объектов выпрямляют промышленное напряжение, которое через управляемый конвертер постоянного напряжения подают на вход силового коммутирующего моста, нагруженного на LC-гиратор, формирующий высокочастотный энергетический сигнал, подаваемый на вход проводной линии. Выход проводной линии подключают к входу удаленного LC-гиратора, который, в свою очередь, подключают к выпрямителю высокочастотного напряжения, нагрузкой которого является питаемый объект. С помощью LC-гиратора коммутирующего моста ограничивают рабочий ток силовых транзисторов моста, согласуют выходное сопротивление формирователя высокочастотного напряжения с волновым сопротивлением проводной линии, одновременно изменяя амплитуду выходного напряжения, поступающего в линию. Дополнительно обеспечивают совпадение реактансов согласуемых элементов, при этом cosφ в линии близок к единице. Вход удаленного LC-гиратора подключают к выходу проводной линии, а выход гиратора - к выпрямителю высокочастотного напряжения, причем LC-гиратор согласует волновое сопротивление проводной линии с входным сопротивлением выпрямителя высокочастотного напряжения. Высокочастотный выпрямитель по схеме удвоения токов дополняют конденсатором, соединяющим дроссели удвоения и обеспечивающим резонанс токов в режиме холостого хода для получения монотонности нарастания активной составляющей входного сопротивления выпрямителя при уменьшении потребляемой от выпрямителя мощности; для поддержания постоянной величины напряжения на нагрузке. Выходной выпрямитель подключают дополнительно к схеме сравнения напряжения с эталонным, которая вырабатывает управляющий сигнал отклонения, передаваемый по оптоволоконной или проводной линии в блок управления формирователем высокочастотного напряжения. 1 ил.

Изобретение относится к области электротехники. Технический результат заключается в возможности задания требуемого времени восстановления напряжения. Для этого заявленное устройство содержит клеммы кабеля А, В, С, три реле постоянного тока контроля фаз, каждое из которых содержит источник питания, составленный из однофазного двухобмоточного трансформатора, однофазного мостового выпрямителя, емкостного фильтра и электромагнита постоянного тока, содержащего последовательно соединенные добавочный резистор и обмотку, размещенную на сердечнике, причем указанный резистор шунтирован конденсатором, при этом каждое реле снабжено одним размыкающим и замыкающими контактами, которые управляют тиристорными ключами с тремя фазовосстанавливающими конденсаторами и тремя фазосдвигающими дросселями, и три выходные клеммы. Первичные обмотки указанных трансформаторов включены на линейные напряжения соответствующих фаз, а вторичные обмотки включены в диагонали собственных выпрямителей. Положительные выводы выпрямителей соединены с положительными выводами емкостных фильтров, шунтирующего конденсатора и добавочного резистора, а отрицательные выводы - с отрицательными выводами емкостных фильтров и свободными выводами обмоток электромагнитов. Тиристорные ключи с фазовосстанавливающими конденсаторами включены параллельно названным трансформаторам, а тиристорные ключи с фазосдвигающими дросселями включены последовательно между клеммами кабеля и соответствующими выходными клеммами. Все тиристорные ключи идентичны и каждый из них содержит три параллельные цепи: первая и третья цепь образованы тиристорами прямого и обратного включения, а вторая цепь образована последовательно соединенными диодом прямого включения, контактной группой, резистором и диодом обратного включения, причем контактная группа тиристорных ключей содержит последовательно соединенные замыкающий контакт отстающей фазы и размыкающий контакт собственной фазы, контактная группа второй цепи шунтирующих тиристорных ключей образована замыкающим контактом отстающей фазы. 1 ил.
Наверх