Система распределения трехфазной нагрузки

1 Область техники и предпосылки создания изобретения Настоящее изобретение относится к системе равномерного распределения электрической нагрузки в схеме разводки трхфазного электропитания. В настоящее время многие жилые дома и производственные помещения в своих точках ввода электропитания получают все три фазы в схеме разводки трхфазного электропитания,получаемого от электростанций общего пользования или электрических компаний. В обычных условиях распределения трхфазного тока каждая фаза питает одну или более ответвлнных цепей. Как правило, определение, какая ответвлнная цепь или цепи будут монтажно подсоединяться к каждой из трх входящих фаз, осуществляется на стадии проектирования или сооружения производственного помещения и после завершения сооружения предприятия будет трудно что-либо изменить. Например, в жилом помещении различные ответвлнные цепи могут питать электроэнергией кухню, жилые комнаты,ванны и т.д. Что касается производственных предприятий, то различные ответвлнные цепи могут подавать электроэнергию к машинному оборудованию, офисам и т.д. В связи с этим часто возникает проблема, как добиться равномерного распределения электроэнергии от трх входящих фаз, подаваемых от электростанции общего пользования, среди всех ответвлнных цепей. Довольно часто по истечению времени происходит изменение топологии нагрузки какого-то оборудования, иногда в очень значительной степени. Некоторые ответвлнные цепи становятся более нагруженными, а другие менее нагруженными, например, из-за перемещения оборудования по полу производственного помещения, из-за добавления или изменения местонахождения бытовых электроприборов с высоким потреблением мощности в ваттах в пределах жилого дома (например, холодильников,электрических печей, микроволновых печей и т.д.). Следовательно, в зависимости от изменения нагрузки на ответвлнные цепи будет также изменяться нагрузка на каждую из трх входящих фаз. Таким образом, первоначально равномерно сбалансированная трхфазная схема может со временем стать разбалансированной. Одним из решений этой проблемы является перераспределение каждой ответвлнной цепи относительно входящей фазы для достижения равномерной нагрузки через все три фазы за счт физической модернизации монтажной проводки каждой ответвленной цепи. Недостатком этого решения является то, что оно потенциально предусматривает обязательную дорогостоящую модернизацию проводки электрических стенных шкафов и распределительных щитков каждый раз, когда происходит разбалансирование трх фаз, что может происходить довольно часто. Другим недостатком является то, что 2 модернизация монтажной проводки, как правило, сопровождается обязательным нарушением электропитания, создавая тем самым потенциальную проблему для потребителей коммунальных услуг, например, электростанции общего пользования. Кроме того, подобное решение проблемы представляет собой лишь "грубый" механизм балансировки нагрузки по всем трм входящим фазам. Оно не дат возможности на регулярной основе проследить за потреблением электроэнергии по каждой фазе и по ответвлнной цепи. Оно не дат возможности поминутно и по часам фиксировать происходящие в электрической нагрузке изменения, которые могут оказаться достаточно значительными, чтобы вызвать довольно значительную разбалансировку по трм входящим фазам. Краткое изложение сущности изменения Настоящее изобретение предусматривает создание системы распределения трехфазной нагрузки для равномерного распределения электрической нагрузки, присутствующей во множестве ответвленных цепей, через систему разводки трехфазного электропитания, которая способна устранить отмеченные выше недостатки прежних решений. По настоящему изобретению предусматривается создание системы распределения трехфазной нагрузки, содержащей первый, второй и третий датчики тока, соединенные соответственно с первой, второй и третьей фазами схемы разводки трехфазного электропитания,причем первый, второй и третий датчики тока измеряют электрический ток через первую, вторую и третью фазы соответственно, множество переключателей, каждый переключатель соединен с одной из множества ответвленных цепей,каждый из множества переключателей для соединения любой одной из первой, второй и третьей фаз с одной из множества ответвленных цепей, множество датчиков тока для измерения электрических токов через каждую из множества ответвленных цепей, при этом каждый из датчиков тока соединен с одной из множества ответвленных цепей, и процессор для регулирования множества переключателей, чтобы электрические токи через каждую из первой, второй и третьей фаз были меньше заданного порога; процессор соединен с первым, вторым и третьим датчиками тока, с множеством переключателей и множеством датчиков тока. Желательно, чтобы каждый из множества переключателей включал, по меньшей мере,один полупроводниковый переключатель. Желательно, чтобы каждый из множества переключателей был выполнен с возможностью электрического отсоединения первой, второй и третьей фазы от множества ответвленных цепей. Согласно другому варианту настоящего изобретения предложена система распределения трехфазной нагрузки для равномерного распределения электрической нагрузки, присутствую 3 щей во множестве ответвленных цепей, через схему разводки трехфазного электропитания,содержащая первый, второй и третий датчики тока, соединенные соответственно с первой,второй и третьей фазами схемы разводки трехфазного электропитания, причем первый, второй и третий датчики тока измеряют электрические токи, проходящие соответственно через первую, вторую и третью фазы, первый, второй и третий автоматические выключатели, соединенные с первой, второй и третьей фазами соответственно, множество переключателей, каждый из которых соединен с одной из множества ответвленных цепей, каждый из множества переключателей выполнен с возможностью соединения одной из первой, второй или третьей фаз с одной из множества ответвленных цепей,множество выключателей, каждый из которых соединен с одной из множества ответвленных цепей, множество датчиков тока для измерения электрических токов, проходящих через каждую из множества ответвленных цепей, при этом каждый из датчиков тока соединен с одной из множества ответвленных цепей, и процессор для управления множеством переключателей таким образом, чтобы электрические токи, проходящие через одну из первой, второй и третьей фаз, были меньше заданного порога; процессор соединен с первым, вторым и третьим датчиками тока, с множеством переключателей и с множеством датчиков тока. Желательно, чтобы каждый из множества переключателей включал, по меньшей мере,один полупроводниковый переключатель. Желательно, чтобы каждый из множества переключателей был выполнен с возможностью электрического отсоединения первой, второй и третьей фазы от множества ответвленных цепей. Краткое описание чертежей Фиг. 1 изображает блок-схему одного из вариантов настоящего изобретения; фиг. 2 - блок-схему одного из вариантов настоящего изобретения. Описание предпочтительного варианта Ссылки на чертежи и нижеследующее описание помогут лучше понять основные принципы и функционирование настоящего изобретения. На фиг. 1 изображена блок-схема устройства 10, в котором реализованы принципы настоящего изобретения. Трехфазная электрическая мощность, обозначенная через 1, 2, 3,подается от электростанции общего пользования. Фазы 1, 2, 3 защищены от сверхтока коммунальным автоматическим выключателем 14. Выходной сигнал коммунального автоматического выключателя 14 подается на ввод электропитания жилого дома или производственного помещения. Датчики тока 16, 18, 20 измеряют ток, проходящий через фазы 1, 2, 3 соответственно. Выход от датчиков тока 16, 18, 20 4 находится под постоянным контролем процессора 12. В качестве процессора 12 можно использовать любое подходящее для этого вычислительное устройство, например, микропроцессор, микроконтроллер, персональный компьютер и т.д. Каждый выходной сигнал трех фаз от коммунального автоматического выключателя 14 вводится в матрицу мультипольных переключателей 22, 24, 26, 28, 30. Каждый переключатель имеет четыре входные клеммы. Три клеммы предназначены для каждой из трех входящих фаз. Кроме того, четвертая клемма не является соединительной клеммой (т.е. она не предназначена для соединения с каким-либо другим компонентом). Выходной сигнал переключателей 22, 24, 26, 28, 30 выводится в матрицу выключателей ответвлнных цепей 32, 34,36, 38, 40 соответственно. Сигналы управленияCONT1, СONT2, СОNT3, CONT4, СОNT5 от процессора 12 определяют положение переключателей 22, 24, 26, 28, 30 соответственно. Выходной сигнал от выключателей цепей 32, 34,36, 38, 40 проходит через матрицу датчиков тока 42, 44, 46, 48, 50 соответственно и только после этого обеспечивают подачу электропитания в каждую из пяти ответвлнных цепей. Каждая из пяти ответвлнных цепей имеет нулевую линиюN, связанную с ними. Измеренный датчиками тока 42, 44, 46, 48, 50 ток находится под наблюдением со стороны процессора 12. Работа устройства 10 центрируется вокруг многопольных переключателей 22, 24, 26, 28,30. При практическом использовании устройства 10 каждая предназначенная для защиты ответвлнная цепь связана с переключателем, автоматическим выключателем ответвлнной цепи и датчиком тока. Показанная на фиг. 1 система уравновешивания нагрузки обеспечивает защиту всех пяти ответвлнных цепей. Однако настоящее изобретение можно легко использовать для защиты любого количества ответвлнных цепей просто за счт введения достаточного количества соответствующих компонентов. На периодической основе процессор 12 получает выходной сигнал от датчиков тока 16,18, 20, которые измеряют электроток, проходящий через каждую фазу подаваемого трхфазного электропитания. Процессор 12 также постоянно контролирует выход датчиков тока 42,44, 46, 48, 50, которые измеряют ток, проходящий через каждую ответвлнную цепь. Интервал времени между последовательными сборами данных от датчика тока равен порядку миллисекунд или десятков миллисекунд и является функцией процессора с программным управлением 12. Полученные в течение каждого цикла сбора данных данные тут же не сбрасываются. Ограниченное количество самых последних комплектов полученных данных хранится в памяти, которая может быть либо внутренней,либо внешней по отношению к процессору 12. 5 Процессор 12 соответствующим образом запрограммирован, чтобы периодически получать данные от всех датчиков тока, чтобы быть в состоянии прослеживать нагрузку в каждой фазе входящего трехфазного электропитания и на каждой ответвлнной цепи. Если измеренный в какой-либо одной фазе ток превышает фиксированный процент (например, 90%) верхнего установленного предела тока, тогда процессор 12 программирует работу переключателей 22, 24,26, 28, 30 так, чтобы общая нагрузка была равномерно распределена по всем трм входящим фазам. Поскольку нагрузка в каждой ответвлнной цепи известна, то процессор 12 может повторно распределить нагрузки ответвлнных цепей так, чтобы нагрузка в каждой фазе была приблизительно равной. После неоднократного определения новых позиций переключателя процессор 12 выдат в переключатели 22, 24, 26,28, 30 по линиям управления CONT1, CONT2,CONT3, CONT4, CONT5 соответственно команды на изменение положения переключателя. В процессе функционирования устройства 10 возможна ситуация, когда нагрузка в одиночной ответвлнной цепи повышается до уровня, который превышает максимально допустимый ток в этой цепи. В ответ на это возможное состояние сверхтока процессор 12 может запрограммировать установку соответствующего переключателя ответвленной цепи в его позицию исключения вероятности выполнения функций соединения. В этой позиции ответвлнная цепь в электрическом плане отсоединяется от всех входящих фаз. Помимо защиты от сверхнагрузки, которую обеспечивает процессор 12, обычные автоматические выключатели ответвлнной цепи 32, 34, 36, 38, 40 также обеспечивают для каждой ответвлнной цепи защиту от сверхтока. Устройство 10 может также придать обычным автоматическим выключателям функцию, которую они в настоящее время просто не способны выполнять. Процессор 12 можно соответствующим образом запрограммировать на прогнозирование потенциальных перегрузочных ситуаций ещ до момента из возможного возникновения на основе постоянного контролирования скорости повышения потребления тока каждой ответвлнной цепью и на основе каждой входящей фазы. Следовательно, потенциальные нарушения в подаче электроэнергии из-за превышения токовых пределов во входящей фазе можно будет предвидеть и избежать заранее. Переключатели 22, 24, 26, 28, 30 могут использовать реле или полупроводниковые переключатели (т.е. триаки, кремниевые управляемые выпрямители и т.д.) в качестве их элементов переключения сердечника. Каждый переключатель декодирует свой соответствующий управляющий сигнал, полученный от процессора 12, и либо соединяет свой выход с одной из трх входящих фаз, либо вообще отсоединяет 6 свой выход от всех трх фаз. Переключатели 22,24, 26, 28, 30 могут переключать свои выходные клеммы на любую входящую фазу с такой быстротой, что устройства или оборудование, соединнное со своей соответствующей ответвлнной цепью, просто не заметят какого-либо поддающегося оценке перерыва в подаваемой электроэнергии, а следовательно они не будут испытывать от этого никакого вреда. Процессор 12 выводит свою электроэнергию из 1 и нулевой линии N входящего трхфазного электропитания. Однако процессор 12 может выводить электроэнергию из любой из трх входящих фаз. Установку верхнего токового предела можно вводить в процессор 12 многими путями, хорошо известными специалистам в данной области. Например, данные о верхнем токовом пределе можно аппаратно закодировать в устройстве с постоянной памятью, выдавать их через специальные регулировки внешнего переключателя в корпусе DIP, выдавать их с помощью внешнего вычислительного устройства и т.д. На фиг. 2 изображн второй вариант настоящего изобретения, основной функцией которого является равномерное распределение нагрузки через каждую фазу схемы разводки трхфазного электропитания. Каждая фаза 1,2, 3 схемы разводки трхфазного электропитания вводится в схему суммирования электроэнергии 52. Функции схемы суммирования 52 заключаются в приме каждой входящей фазы и объединение е нагрузочной способности по току и мощности с последующим образованием одиночного суммированного выхода. Выход от схемы суммирования 52 представлен одиночным электрическим напряжением переменного тока, обладающего токовой мощностью, примерно равной сумме токовых мощностей трх входящих фаз. Затем выход схемы суммирования 52 податся в выпрямитель 54. Выпрямитель 54 выпрямляет выходной сигнал переменного тока схемы суммирования 52 по существу до уровня постоянного тока. Токонесущая способность выпрямителя 54 должна быть достаточной для обработки общих потребностей в токе всех ответвлнных цепей, объединнных с целью их защиты устройством 10. Выходной сигнал выпрямителя 54 вводится в генератор переменного тока 56. Генератор переменного тока 56 образует напряжение переменного тока одиночной фазы на основе выходного напряжения постоянного тока с помощью выпрямителя 54. Для специфически расположенного устройства 10 генерируется соответствующее напряжение и частота (например 120 В, 60 Гц для США), чтобы устройство могло работать. Выходной сигнал генератора 56 податся в автоматические выключатели ответвлнных 7 цепей 32, 34, 36, 38, 40, которые защищены устройством 10. Ответвлнные цепи снабжаются электроэнергией через выходной сигнал автоматических выключателей ответвлнных цепей 32,34, 36, 38, 40. Хотя на фиг. 2 показаны пять ответвлнных цепей, однако устройство 10 может включать любое количество ответвлений, но при условии, что компоненты обладают достаточными номинальными токами для объединнной нагрузки всех ответвлнных цепей. Фактическое распределение нагрузки в устройстве 10 происходит в схеме суммирования 52. Независимо от того, будет ли нагрузка в каждой ответвлнной цепи повышаться или понижаться, она будет вс равно автоматически распределяться равномерно по всем трм входящим фазам. Например, если нагрузка в любом одном ответвлении или в группе ответвлений повышается на 30%, то соответствующая нагрузка в каждой входящей фазе повышается на 10%. Поскольку каждая входящая фаза может быть представлена эквивалентным низкоимпедансным источником тока, которые будут идентичны друг другу, то в случае увеличения нагрузки в схеме суммирования 52 на 30% это же повышение будет равномерно появляться через каждую из трх входящих фаз. Преимущество этого второго варианта перед первым вариантом заключается в том, что он менее сложен, но возможно более дорогостоящий, поскольку для схемы суммирования 52, выпрямителя 54 и генератора переменного тока 56 потребуется использование дорогостоящих компонентов, чтобы перечисленные выше устройства были способны нормально работать с повышенными уровнями электротока. Хотя настоящее изобретение было описано относительно ограниченного количества вариантов, однако совершенно очевидно, что в них можно вносить многочисленные изменения,модификации и находить изобретению другие области практического применения. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Система распределения трехфазной нагрузки для равномерного распределения электрической нагрузки, присутствующей во множестве ответвленных цепей, через схему разводки трехфазного электропитания, содержащая- первый, второй и третий датчики тока,соединенные соответственно с первой, второй и третьей фазами схемы разводки трехфазного электропитания; первый, второй и третий датчики тока для измерения электрических токов,проходящих через первую, вторую и третью фазы соответственно;- множество переключателей, каждый из которых соединен с одной из множества ответвленных цепей, причем каждый из множества переключателей выполнен с возможностью соединения любой одной из первой, второй или 8 третьей фаз с одной из множества ответвленных цепей;- множество датчиков тока для измерения электрических токов, проходящих через каждую из множества ответвленных цепей; каждый из датчиков тока соединен с одной из множества ответвленных цепей; и- процессор для управления множеством переключателей таким образом, чтобы проходящие через каждую из первой, второй и третьей фаз электрические токи были меньше заданного порога, при этом процессор соединен с первым, вторым и третьим датчиками тока, с множеством переключателей и с множеством датчиков тока. 2. Система по п.1, отличающаяся тем, что каждый из множества переключателей включает, по меньшей мере, один полупроводниковый переключатель. 3. Система по п.1, отличающаяся тем, что каждый из множества переключателей выполнен с возможностью электрического отсоединения первой, второй и третьей фазы от множества ответвленных цепей. 4. Система распределения трехфазной нагрузки для равномерного распределения электрической нагрузки, присутствующей во множестве ответвленных цепей, через схему разводки трехфазного электропитания, содержащая- первый, второй и третий датчики тока,соединенные соответственно с первой, второй и третьей фазами схемы разводки трехфазного электропитания, причем первый, второй и третий датчики тока измеряют электрические токи,проходящие соответственно через первую, вторую и третью фазы;- множество переключателей, каждый из которых соединен с одной из множества ответвленных цепей, каждый из множества переключателей выполнен с возможностью соединения одной из первой, второй или третьей фаз с одной из множества ответвленных цепей;- множество выключателей, каждый из которых соединен с одной из множества ответвленных цепей;- множество датчиков тока для измерения электрических токов, проходящих через каждую из множества ответвленных цепей, при этом каждый из датчиков тока соединен с одной из множества ответвленных цепей; и- процессор для управления множеством переключателей таким образом, чтобы электрические токи, проходящие через одну из первой,второй и третьей фаз, были меньше заданного порога; процессор соединен с первым, вторым и третьим датчиками тока, с множеством переключателей и с множеством датчиков тока. 5. Система по п.4, отличающаяся тем, что каждый из множества переключателей включа 9 ет, по меньшей мере, один полупроводниковый переключатель. 6. Система по п.4, отличающаяся тем, что каждый из множества переключателей выпол 10 нен с возможностью электрического отсоединения первой, второй и третьей фазы от множества ответвленных цепей.