Конструктивное расположение элементов в конструкции ВЗУ ШУОТ-2405.

В нижней части изделия расположены:

  • Силовой трехфазный трансформатор T1; (три однофазных Т1.1, Т1.2, Т1.3)
  • Коммутирующее устройство АВР (электромагнитные пускатели)
  • Выключатель-разъединитель-QS1
  • Контактор

В средней части изделия установлены:

  • Автоматические выключатели, реактор, конденсатор.
  • В верхней части установлены:
  • 2 выпрямительных моста, выпрямители питания системы управления, печатные платы
  • На двери - плата контроля и индикации (ПКИ).

ШУОТ имеет 2 ввода с автоматическим вводом резерва (АВР) – ввод 1 и ввод 2. ШУОТ имеет 12 выходов, которые конструктивно выполнены в виде двухполюсных автоматических выключателей расположенных в шкафу ВЗУ.

Номинальные токи выходов указаны в таблице 2. Номиналы, тип и другое количество отходящих линий по согласованию с Заказчиком.

Электрические параметры и эксплуатационные характеристики ШУОТ

КомпонентыСниппеты
Выходы 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
Номинальный ток, А 6 6 6 6 6 6 10 10 10 10 10 10

*Номиналы, тип и другое количество отходящих линий по согласованию с Заказчиком. Аккумуляторные батареи (АБ) расположены в отдельном шкафу АКБ.

Функциональные параметры

Каждый выход ШУОТ оснащен селективной защитой от коротких замыканий и перегрузок в нагрузке. ШУОТ допускают работу в следующих режимах:

  • Питание нагрузки при подключенной аккумуляторной батарее (АБ), когда входное напряжение подано на один вход (ввод) или на оба входа (ввода) одновременно
  • Питание нагрузки энергией АБ, когда входное напряжение на обоих входах (вводах) отсутствует
  • Питание нагрузки при отключенной АБ, когда входное напряжение подано на один из входов или на оба входа одновременно

ШУОТ оснащены защитой АБ от глубокого разряда, отключающей нагрузку от АБ. Уставка срабатывания защиты регулируется.

ШУОТ обеспечивает питание нагрузки и подзаряд АБ (буферный режим), заряд АБ током 0,1С. Уставка тока зарядки регулируется. (режим формовки АБ)

ШУОТ имеют следующие виды световой индикации на передней панели:

  • Мост 1 включен или мост 2 включен
  • Питание от ввода 1
  • Питание от ввода 2
  • Аккумуляторная батарея подключена
  • Отсутствие импульсов управления
  • Выходное напряжение выпрямителя максимальное
  • Выходное напряжение выпрямителя минимальное
  • Ограничение выходного тока выпрямителя
  • Выходной ток выпрямителя максимальный
  • Обрыв фазы в цепи питания системы управления выпрямителем
  • Снижение сопротивления изоляции на отходящих линиях

Виды внешней сигнализации «сухими» контактами:

  • Состояние выпрямителя
  • Ввод 1, ввод 2 отключены
  • Аккумуляторная батарея отключена
  • Мост 1,мост 2 отключены

Степень защиты – IР20 по ГОСТ 14254.
Механическая прочность – М 1 по ГОСТ 17516.1.
Климатическое исполнение и категория размещения – УХЛ 4 по ГОСТ 15150
Рабочее положение – вертикальное.
Охлаждение изделия естественное воздушное.

ШУОТ оснащены регулируемым устройством контроля изоляции отходящих линий индикация, внешняя сигнализация). Устройство срабатывает при снижении сопротивления изоляции до значения установленного регулируемой уставкой в пределах 15-100 кОм для ШУОТ с выходным напряжением соответственно 230 B. Сброс индикации «  R изол » осуществляется кнопкой «Сброс R изоляции» (на двери изделия).

На передней панели ШУОТ установлен измерительный прибор, измеряющий выходное напряжение или суммарный выходной ток. ШУОТ оснащены защитой от внутренних коротких замыканий, отключающей соответствующий вход (ввод). ШУОТ автоматически включается при восстановлении напряжения хотя бы на одном входе (вводе). При перегрузках в цепи выхода выпрямителя его ток ограничивается до величины, указанной в таблице 1. При коротких замыканиях в цепи выхода выпрямителя в случае, если ток достигает значения отсечки выпрямитель отключается. Уровень радиопомех ШУОТ соответствует требованиям ГОСТ Р 51318.14.1-99.

Конструктивно ШУОТ 380/230-30- 1 состоит из 2-х шкафов:

  • Шкаф ВЗУ с размерами (Ш,В,Г), мм – 600х1600х500
  • Шкаф АКБ с размерами (Ш,В,Г), мм – 1000х1600х500

*При увеличении емкости аккумуляторной батареи, количество шкафов увеличивается.

Требование по безопасности

ШУОТ соответствует требованиям ГОСТ 12.2.007.0, ГОСТ 22789, ГОСТ 26830-86. Пожарная безопасность ШУОТ соответствует требованиям ГОСТ 22789, ГОСТ 12.1.004, ГОСТ 12.1.044. ШУОТ имеет внутренние зажимы заземления и знаки заземления по ГОСТ 21130. Запрещается эксплуатировать ШУОТ без заземления. Запрещается производить ремонт изделия под напряжением. Во время работы изделие должно быть закрыто.

Эксплуатационные ограничения

Не рекомендуется:

  • Эксплуатировать ШУОТ при температуре окружающего воздуха ниже +1 0 С и выше + 35 0 С, в ограниченных объемах и в других условиях, препятствующих нормальной работе системы охлаждения
  • Оставлять выпрямитель включенным длительное время в режиме перегрузки

Устройство и принцип работы ШУОТ

Изделие ШУОТ с выходным напряжением 230B, 30А предназначено для питания потребителей постоянным током и подзаряда АБ (буферный режим), заряда АБ током 0,1С.
В состав выпрямителя ШУОТ входят:
  • Трехфазный силовой трансформатор Т1;
    (три однофазных Т1.1,Т1.2,Т1.3)
  • Трехфазный трансформатор собственных нужд T2;
    (три однофазных Т2.1,Т2.2,Т2.3)
  • Коммутирующее устройство
  • 2 управляемых выпрямительных моста
  • Коммутационные устройства
  • А1 - Модуль ключей
  • А2 - Модуль центрального контроллера
  • А3 - Модуль контроллера ПЗУ
  • А4 - Модуль индикации;
  • А5, А15 - Модули драйверов тиристоров
  • А6 - А9 Датчики напряжения ДНХ-01
  • А10, А11 Датчики тока ДТХ-100
  • А12 Блок питания БПС60Е
  • А13 Блок питания БПС30А
  • А14 Блок питания БПС30СС
Расположение элементов в конструкции ШУОТ В нижней част изделия расположены:
  • Силовой трехфазный трансформатор Т1
  • Контакторы КМ1-КМ4
  • Блок предохранителей FU**
  • Датчики фазного напряжения А6-А8 (типа ДНХ-01)
В средней части расположены:
  • Однофазный трансформатор собственных нужд Т2
  • Дроссель (ФНЧ) L1
  • Конденсатор (ФНЧ) С1
  • Датчик выходного напряжения ПЗУ А9 (типа ДНХ-01)
  • Датчик выходного тока ПЗУ А10 (типа ДТХ-100)
  • Датчик тока зарядки/разрядки аккумуляторной батареи А11 (типа ДТХ-100)
  • Контактор постоянного тока КМ5
  • Блок предохранителей FU**
В верхней части установлены:
  • Резисторы ФНЧ R7-R10
  • Модули ключей - А1
  • Модули драйверов тиристоров - А5, А15
  • Модуль центрального контроллера - А2
  • Модули контроллера ПЗУ - А3
На двери ШУОТ установлены:
  • Модуль индикации - А4
  • Блок выключателей-разъединителей QS1-QS14
  • Блок реле К1-К6
Напряжение трехфазное 380В 50Гц подается на силовой трансформатор Т1 через автоматические выключатели QF1, QF2 и первую ступень схемы АВР реализованную контакторами КМ1, КМ2 и реле управления К8. В электрическую цепь каждой фазы включен датчик напряжения ДНХ-01 соответственно А6-А8 с балластными резисторами R=34,05 кОм. С целью получения необходимой информации для функционирования автоматической системы бесперебойного питания (АБП далее). Для запитки внутренних блоков питания используется однофазный трансформатор Т2 (для внутренних нужд системы). Напряжение с которого после выпрямителя VDS1 подается на входы 3-х импульсных источников питания типа БПС-30 (обозначенных на схеме соответственно А12-А14). Основным назначением которых является выработка напряжения для работы электронных схем ПЗУ +5В,  15В, +24В. Источники питания своими входами одновременно подключены к аккумуляторной батарее (через обратный диод VD3) и к напряжению 220В. Конденсатор С8 емкостью 470 мкФ позволяет при исчезновении обоих первичных питаний (сети и аккумуляторной батареи) осуществлять бесперебойной питание электронных схем в течении 5-7 с. В случае отключения только напряжения 220В работоспособность блоков питания поддерживается от аккумуляторной батареи. После трансформатора Т1 преобразованное и слаженное ёмкостным фильтром (С4-С6) напряжение поступает на 2 независимых выпрямителя. Состоящих из блоков предохранителей FU1 и FU2, второй ступени схемы АВР (в состав которой входят контакторы КМ3 и КМ4, их работой управляют реле К2 и К3), модулей драйверов тиристоров А5 и А15. Благодаря схеме АВР одновременно может работать только один выпрямитель. Переключение происходит в момент выхода из строя элементов выпрямителя или по желанию может быть выбран любой канал для работы.
Выпрямленное напряжение поступает на фильтр низких частот (ФНЧ далее), состоящий из дросселя L1, конденсатора С1 и резисторов R4-R7. Потом на датчик напряжения А9 (типа ДНХ-01). Который предназначен для измерения выходного напряжения ПЗУ. Датчик тока А10 (типа ДТХ-100) необходим для измерения выходного тока ПЗУ, а датчик А11 (типа ДТХ-100) предназначен для измерения тока заряда/разряда аккумуляторной батареи (в цепь которой он и включен). Аккумуляторная батарея подключается к выходу ПЗУ кнопкой SB2, посредством которой включается контактор постоянного тока КМ5, который своими контактами КМ5.1 и КМ5.2 подключает аккумуляторную батарею к выходу ПЗУ. Отключение аккумуляторной батареи производится нажатием кнопки SB1 или контакторами К4.1 реле К4 при полном разряде аккумуляторной батареи. Переключатель SW1 предусмотрен для служебного использования – для принудительного подключения аккумуляторной батареи к выходу ПЗУ. Выходное напряжение ШУОТ подается на автоматические выключатели QF3-QF14. Непосредственно к ним может подключаться нагрузка.

Модуль центрального контроллера (А2)

Автоматическая система бесперебойного питания (АБП) состоит из двух независимых каналов управления основного и резервного. Каналы абсолютно идентичны и взаимозаменяемы. Главную функцию управления выполняет модуль центрального контроллера А2. Модуль центрального контроллера управляет режимами работы пускозарядных устройств (ПЗУ в дальнейшем). ПЗУ должны работать в одном из четырех основных режимов:

  • Режим стабилизации напряжения. В этом режиме осуществляется постоянный подзаряд аккумуляторных батарей для компенсации саморазряда и поддерживается необходимоевыходное напряжение
  • Режим стабилизации тока. В этом режиме осуществляется заряд аккумуляторных батарей. При этом ПЗУ может использоваться как источник напряжения для потребителей
  • Режим токоограничения. Переход в этот режим происходит если выходной ток с ПЗУ превышает максимально допустимое значение. В режиме токоограничения ПЗУ работает в течение одного часа, а затем переключается в режим «Выключено».
  • Режим «Выключено»

Основой модуля центрального контроллера является однокристальный микроконтроллер PIC16F877 (обозначение в схеме DD). Тактовая частота микроконтроллера задается кварцевым резонатором ZQ1 с частотой f = 3,6864 мГц. Измеряемые напряжение и токи подаются на микроконтроллер, содержащий мультиплексор для выбора канала и АЦП для преобразования сигнала выбранного канала. Для обеспечения корректного преобразования АЦП микроконтроллера на него через выводы 5 и 4 подаются сигналы опорного напряжения Uоп = 4,096 В (5) и Gnds - земля (4). С датчика напряжения А9 на вывод 2 микроконтроллера поступает сигнал «U_V» о фактическом значении выходного напряжения пускозарядного устройства. С датчика тока А10 сигнал «I_V» о фактическом значении выходного тока поступает на вывод 3 микроконтроллера. Датчик ток А11 выдает на вывод микроконтроллера 7 сигнал «I zar» о токе заряда/разряда аккумуляторной батареи. Для идентификации наличия аккумуляторной батареи контрольные контакты КМ5.3 контактора КМ5 заводят через контактный соединитель ХР35 на вывод 30микроконтроллера. Для обеспечения правильной и долговременной работы аккумуляторной батареи, а также коррекции уставки заряда аккумуляторной батареи - измеряется температура аккумуляторного блока. К выводу 6 микроконтроллера подключена двунаправленная линия (второй провод - Gnd) последовательного интерфейса для программированbя и опроса датчика температуры DA1. Реализованного на элементе DS18S20. Для обеспечения связи модуля центрального контроллера с персональным компьютером (для чтения журнала аварий и программирования уставок) через интерфейс RS-485 используется адаптер TTL\RS-485 (обозначение в схеме DD2) реализованный на микросхеме MAX485. Который осуществляет связь последовательного порта микроконтроллера через выводы 25 (CK) и 26 (DT) и внешнего персонального компьютера. Через выводы 18 и 23 микроконтроллер реализует линию последовательного интерфейса с протоколом I 2 C в роли ведущего абонента. К этой линии подключены программируемый модуль хронометра (часов) реализованный на микросхеме DS1307 (DD3 обозначение в схеме), микросхема флэш-памяти АТ24С32(64) (DD4 обозначение в схеме) предназначенная для регистрации неисправностей («Журнал аварий»), а также через контактные соединители ХР29 и ХР30 модули контроллера ПЗУ (А3.1 и А3.2). Также микроконтроллер управляет узлом диагностики отходящих фидеров. Основу узла составляет делитель напряжения (реализованный элементами R1-R4 и R5-R8)точка соединения резисторов подключена к заземлению, а их противоположные выводы подсоединены к «+» и «-» отходящих фидеров (нагрузки) системы АБП. В отсутствии токов утечки в изоляции отходящих фидеров напряжение на этих цепочках делится пополам. В случае появления токов утечки в одном из отходящих фидеров - этим током шунтируется ток через соответствующую цепочку делителя. В результате один из компараторов DA1 или DA2 (реализованных на микросхемах К554СА3) генерирует сигнал «Is+» или «Is-», который через элементы гальванической развязки DA4 или DA5 (оптроны марки TLP721P) подается на выводы 33(«Is+») или 39(«Is-»).

Внимание!

При одновременном появлении токов утечки одинаковой величины в обоих фидерах – узел диагностики изоляции не будет генерировать сигнал нарушения изоляции. Контактный соединитель ХР4 предназначен для подключения устройства отладки или программатора (вывод 1 микроконтроллера). К выводам 34-38 и 40 (порт RB) микроконтроллера, через контактные соединители ХР6-ХР9, подключены кнопочные переключатели соответственно «+», «-», «ПУСК», «СТОП», «ВЫБОР», «СБРОС ИЗОЛЯЦИИ» предназначенные для запуска, остановки а также выбора режимов функционирования ПЗУ. Через порт RD0-RD6 (выводы 19-22 и 27-29) микроконтроллер осуществляет включение/выключение реле, запитанные от напряжения +24В, через транзисторные ключи (сигналами Р1-Р7).

  • Реле К1 включается в случае нарушения изоляции отходящих фидеров (с обеспечение сухих контактов «Изоляция»)
  • Реле К2 и реле К3 входят в состав второй ступени схемы АВР и могут работать тольк поочередно
  • Реле К4 включается в случае полного разряда аккумуляторной батареи при отсутствии напряжения в питающей сети, которое контактами К4.1 размыкает питание контактора КМ5, посредством которого (через группу КМ5.1 и КМ5.2) к выходу ПЗУ, через датчик тока А11, подключается аккумуляторная батарея;
  • Реле К5 включается в случае неисправности системы АБП (с обеспечение сухих контактов «Авария»)
  • Реле К7 включается в случае неисправности питающей сети (с обеспечение сухих контактов «Сеть неисправна. Фидер 1»)

Для вывода команд для модулей контроллеров ПЗУ (А3) и данных для модуля индикации (А4) используется последовательный интерфейс, реализуемый через выводы 15 (CLK) и 16 (DS) микроконтроллера. Выбор приемник осуществляется сигналом «SHIM» снимаемым с вывода микроконтроллера для модуля контроллера ПЗУ (А3), и сигналом «CS» для модуля индикации (А4) снимаемым с вывода 8 микроконтроллера.

Модуль контроллера ПЗУ (А3)

Основой модуля контроллера ПЗУ является микроконтроллер PIC16F877 ( в схеме обозначенный как DD13), посредством которого осуществляется обработка измерительной информации, выработка управляющих воздействий, выполнение команд программирования уставок и коэффициентов контуров регулирования и управления режимами системы регулирования. Тактовая частота микроконтроллера задается кварцевым резонатором ZQ2 f =3,6864 мГц.

Для обеспечения аналогово-цифрового преобразования на вывод 5 микроконтроллера с выхода прецизионного стабилизатора напряжения DА9 (реализованного на микросхеме NCP1541) подается опорное напряжение Uоп = 4,096В, на вывод 4 подается земля GNDS.

Для контроля параметров питающей сети измерительные сигналы U FA , U FB , U FC подаются на выводы соответственно 8,9,10 микроконтроллера. На вывод 2 микроконтроллера через пропорционально-интегрирующую цепочку R68, R69, C23, C19 подается напряжение с выхода сумматора, реализующего одновременно пропорциональный интегратор, выполненного на микросхеме DA11 (К544УД1А). на вход сумматора подаются одновременно три напряжения:

Напряжение с выхода ЦАП (DD13, DA10), вход которого подключен к выходу преобразователя «Последовательный код > параллельный код» (DD14), посредством которого задается одна из величин регулирования: UУСТ, IВЫХ, IУСТ – с модуля центрального контроллера (узел А2) через последовательный синхронный интерфейс (сигналы SHIM, CLK, DS);

Напряжение обратной отрицательной связи с выхода коммутатора DD14, который посредством выбора канала согласно заданному режиму работы коммутирует выход одного из датчиков (через микросхемы DA1-DA3 и диоды VD1-VD12); A9 - датчик напряжения аккумуляторной батареи (выход ПЗУ), A10 - датчик выходного тока ПЗУ и A11 - датчик тока заряда/разряда аккумуляторной батареи;

Напряжение с делителя R73, R74, R75, посредством которого осуществляется балансировка сумматора (при отсутствии напряжения на выходе ПЗУ выставляется 0 В в контрольной точке S1).

Резисторы R65, R65, R76, R77, R79, R80 служат для весовых преобразования соответствующих напряжений в токи для сумматора;

Номер канала коммутатора выбирается программно с помощью сигналов А0_МUХ, А1_МUХ, выдаваемых микроконтроллером на выводы соответственно 24 и 25;

Подача напряжения +5 В через резистор R78, подключенный ко входу третьего канала коммутатора DD14, предназначена для имитации глубокой обратной отрицательной связи в режиме «Стоп».

Команды программирования уставок и коэффициентов контуров регулирования, а также команды управления режимами системы регулирования передаются на входы 18 (CLK) и 23 (data) микроконтроллера посредством последовательного интерфейса I 2 C от модуля центрального контроллера (А2).

Результат выработки управляющего воздействия системы регулирования в виде двоичного кода TD0-TD7 подается с порта RD7 микроконтроллера на программируемый формирователь импульсов DD7 (микросхема МСМ82С53).

Тактовая частота 1 МГц (сигнал FOP) формируется кварцевым генератором, собранном на DD6.4, DD6.5. Сигнал FOP подается на счетные входы CLK таймера DD7, а также на микросхему DD10 и формирователь длительности управляющих импульсов (J1) и их скважности (J2) для управления тиристорным мостом. Для синхронизации начала заполнения импульсами интервала регулирования тиристоров по моменту переднего фронта выходных сигналов Q0-Q2 с триггеров DD8.1, DD8.2, DD9.1, соответствующих сигналам с выходов таймера OUT0-OUT2, сигналы Q0-Q2 подаются через дифференцирующие цепочки и диоды VD16-VD18 на входы установки нуля счетчиков DD10. На эти же входы через VD15 подается сигнал STOP на времяинициализации микроконтроллера, а также в режиме «Стоп». Для привязки интервала регулирования к моменту пересечения линейных напряжений на тиристорном мосту через ноль используются три компаратора DA6-DA8, на которые подаютсянапряжения U А , U В , U С с фазных датчиков A6-A8, пропорциональные мгновенным значениям соответствующих фазных напряжений питающего фидера. Конденсаторы С4-С6 установлены для подавления импульсных помех в сети.

Выходные парафазные сигналы с выходов DA6-DA8 подаются на логические схемы DD1, D2.1, D2.2, на выходе которых формируются 6 управляющих функций. Посредством DD5.1-DD5.3 из управляющих функций формируются сигналы CE0, CE1, CE2 для запуска формирования интервалов регулирования тиристоров, которые подаются на входы разрешения счета GАТЕ0-GATE2 таймера DD7. Для идентификации номера канала таймера обрабатывающей программой микроконтроллера на его входы 34-36 подаются сигналы -СE0, -CE1 и -CE2, которые получают с помощью инверторов DD6.1-DD6.3 из одноименных сигналов CE0, CE1, CE2. Для задания микроконтроллером вычисленной им величины интервала для таймера в промежутке перед началом каждого интервала регулирования посредством дифференциальных цепочек С20-С22, R57-R59, диодов VD23-VD25, резистора R56 и инвертора DD6.6 из сигналов -СE0, -CE1 и -CE2 формируется запрос на прерывание INT, который подается на вывод 33 микроконтроллера.

Управляющие последовательности импульсов для включения тиристоров формируются как логическое перемножение на элементах DD3, DD4 импульсной последовательности с выхода DD2.3, событий положительных и отрицательных полуволн линейных напряжений между фидерами АВ, ВС, СА и соответствующих им событий программируемых интервалов времени с выходов триггеров DD8.1, DD8.2, DD9.1, управляемых программируемым таймером DD7. Последовательности импульсов с выходов DD3, DD4 через составные ключи на VT1-VT6 и модуль ключей А1, состоящий из коммутирующих диодов VD1-VD12 и силовых транзисторов VT1-VT6, реализующих распределение импульсов, подаются на соответствующие входы модуля драйверов тиристоров (А5, А15) и служат для управления тиристорным мостом. В случае исправного ПЗУ микроконтроллер на выводе 26 формирует сигнал RDY для модуля центрального контроллера (А2). (реально получается с 15, а RDY висит, уточнить!) Световая индикация на HL1-HL7 для контроля питания и режимов работы во время ремонта и отладки ПЗУ. Для режима программирования и отладки микроконтроллера и ПЗУ в целом используются выводы микроконтроллера: 1, 39,40 - для отладочного устройства и 15-17 -для имитирующего устройства.

Внимание!

В рабочем режиме перемычка J3 должна быть установлена.

Модуль индикации (А4)

Основу узла индикации составляет микроконтроллер индикации МАХ7219 (DD1), который управляется посредством последовательного интерфейса. Микроконтроллер индикации осуществляет включение и выключение 16-и светодиодов световой сигнализации и светодиодных сегментов 6-и цифровых индикаторов в динамическом режиме согласно кодам информации, полученным от управляющего контроллера (узел А5).