ИЗОБРЕТЕНИЕ
Патент Российской Федерации RU2341859

СПОСОБ И УСТРОЙСТВО БЕСПЕРЕБОЙНОГО ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ ПОТРЕБИТЕЛЯ

СПОСОБ И УСТРОЙСТВО БЕСПЕРЕБОЙНОГО ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ ПОТРЕБИТЕЛЯ

Имя изобретателя: Гусаров Валентин Александрович (RU); Заддэ Виталий Викторович (RU) 
Имя патентообладателя: Российская Академия Сельскохозяйственных наук Государственное научное учреждение Всероссийский научно-исследовательский институт электрификации сельского хозяйства (ГНУ ВИЭСХ) (RU); Гусаров Валентин Александрович (RU); Заддэ Виталий Викторович
Адрес для переписки: 109456, Москва, 1-й Вешняковский пр-д, 2, ГНУ ВИЭСХ, О.В. Голубевой
Дата начала действия патента: 2007.06.15 

Изобретение относится к энергетике, в частности, к способу и устройству бесперебойного электропитания потребителей как подключенных, так и не подключенных к централизованной электросети, например, при организации бесперебойного снабжения электричеством многоквартирных жилых домов. Задачей и техническим результатом предлагаемого способа и устройства системы бесперебойного электропитания является уменьшение стоимости, снижение пиковой нагрузки и увеличение надежности электропитания. Указанный технический результат достигается тем, что в способе бесперебойного электропитания потребителя от централизованного источника электричества, включающем преобразование переменного тока в постоянный, передачу и накопление электроэнергии в накопителе, преобразование и питание электроаппаратуры объекта от накопителя через инвертор напряжения, при преобразовании переменного тока в постоянный ограничивают величину предельно передаваемой мощности и устанавливают эту мощность в 2-10 раз меньше предельной мощности, отдаваемой инвертором.

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Изобретение относится к энергетике, в частности, к способу и устройству бесперебойного электропитания потребителей как подключенных, так и не подключенных к централизованной электросети. Изобретение может быть использовано при организации бесперебойного снабжения электричеством многоквартирных жилых домов.

Известны способ и устройство снабжения потребителей электричеством от централизованной электросети с помощью трансформаторных подстанций, понижающих напряжение с 6 кВ до фазового 380 В и далее распределяющих электричество индивидуальным потребителям через счетчик расхода электричества и электрические предохранители, (см. кн. Н.Ф.Молоснов, Ф.М.Ихтейман и др. «Электричество в крестьянском (фермерском) хозяйстве», М. Колос, 1994 г., стр.26-55). Мощность трансформаторной подстанции, сечение электрического кабеля и внутренней электропроводки выбираются из расчета ожидаемой предельно потребляемой мощности, величина которой многократно превышает усредненную за сутки реальную мощность потребления электроэнергии. Поэтому недостатком известного способа и устройства электропитания, например, жилых домов является высокая стоимость трансформаторной подстанции, кабеля электропитания и внутренней электропроводки, а также отсутствие защиты потребителя от перебоев в подачи электроэнергии от электросети. Кроме этого используемая сейчас система распределения электроэнергии не позволяет решить проблему пиковых нагрузок (суточных и сезонных), что является причиной аварий в электросистеме населенных пунктов.

Частично перебои в электропитании устраняются в случае использования потребителем системы бесперебойного электропитания, выбранной нами в качестве прототипа, которая состоит из накопителя электроэнергии в виде электрохимических аккумуляторов (АБ), зарядного устройства АБ от электросети или другого источника, например солнечной батареи, инвертора напряжения (преобразующего постоянный ток АБ в переменный ток) и устройства защиты АБ от глубокого разряда (патент РФ №2257656 от 06.04.2004). Однако использование известной системы бесперебойного электропитания только еще в большей мере увеличивает общую стоимость системы электропитания жилых домов.

Задачей и техническим результатом предлагаемого способа и устройства бесперебойного электропитания является уменьшение стоимости, снижение пиковой нагрузки и увеличение надежности электропитания.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе бесперебойного электропитания потребителя от централизованного источника электричества, включающем преобразование переменного тока в постоянный, передачу и накопление электроэнергии в накопителе, преобразование и питание электроаппаратуры потребителя от накопителя через инвертор напряжения, при преобразовании переменного тока в постоянный ограничивают величину предельно передаваемой мощности и устанавливают эту мощность в 2-10 раз меньше предельной мощности, отдаваемой инвертором.

Дополнительный технический результат (бесперебойная работа системы освещения) достигается тем, что в способе бесперебойного электропитания потребителя от централизованного источника электричества, при аварийном отключении источника электричества снижают предельно отдаваемую мощность инвертора и сигнализируют об этом потребителя в звуковой или световой форме.

Указанный технический результат достигается также тем, что в устройстве бесперебойного электропитания потребителя от централизованного источника электричества, содержащем выпрямитель, накопитель электроэнергии, контроллер заряда-разряда накопителя и инвертор напряжения, выпрямитель подключен к источнику электричества через ограничитель мощности при величине этой мощности в 2-10 раз меньше мощности инвертора, а все потребители, имеющие индивидуальный счетчик расхода электроэнергии, подключены к источнику электричества через систему бесперебойного электропитания.

Дополнительный технический результат (повышение надежности электропитания) достигается тем, что устройство бесперебойного электропитания содержит включенный параллельно собственный источник электричества.

Предложенный способ и устройство системы бесперебойного электропитания поясняется блок-схемой на чертеже. Стрелки на блок-схеме указывают направление передачи электричества. Система бесперебойного электропитания действует следующим образом.

способ и устройство системы бесперебойного электропитания поясняется блок-схемойОт централизованного источника электропитания 1 электричество поступает индивидуальному потребителю на электрощит 2 с электросчетчиком и автоматом защиты и далее в систему бесперебойного электропитания, состоящую из выпрямителя с ограничителем мощности 3, блока управления (контроллер) 4 зарядом и разрядом накопителя электричества 5, инвертора напряжения 6, возможного использования автономного дополнительного источника электричества 7, нагрузки 8 и 9, которая может быть разделена на осветительные приборы и остальное электрооборудование. Переменный ток от источника 1 превращается в выпрямителе 3 в постоянный и поступает через контроллер 4 на заряд в накопитель 5.

При включении нагрузки 8 или 9 электропитание поступает из накопителя 5 через инвертор 6. В зависимости от степени заряженности накопителя 5, ток, превышающий заряд накопителя, идет напрямую через инвертор 6 в нагрузку 8 или 9. В зависимости от типа используемого электрооборудования и площади помещения (квартиры в жилом доме) выбирается соответствующая ей величина мощности инвертора 6 и емкость накопителя 5, чтобы обеспечить работу самой мощной нагрузки в течение минимально необходимого промежутка времени.

Величина ограничителя мощности выбирается из расчета обеспечения среднесуточного потребления электроэнергии, при этом предельная величина мощности, поступающей от централизованного источника электричества 1, в несколько раз меньше номинальной мощности инвертора 6. В ночное время происходит запасание электроэнергии в накопителе 5 до уровня полного заряда, после чего потребляемая из источника 1 мощность снижается до минимального уровня, необходимого для компенсации тока саморазряда накопителя 5. В остальное время суток при включенной нагрузке 8 или 9 с величиной мощности, превышающей предельную мощность ограничителя 3, нехватка мощности восполняется из накопителя 5.

В случае аварии, ведущей к отключению источника 1, предусмотрено снижение выходной (номинальной) мощности инвертора до уровня, необходимого для работы в нагрузке системы аварийного освещения 8, и подается звуковой или световой сигнал об аварийной ситуации и необходимости перехода на режим экономии электроэнергии в накопителе 5. Блок управления 4 следит за степенью заряженности накопителя 5 и при глубоком разряде накопителя отключает его от инвертора 6, тем самым, увеличивая срок службы накопителя 5. В аварийной ситуации вручную предусмотрена возможность на короткое время подключить инвертор 6 к накопителю 5 для питания светильника.

Для увеличения надежности системы бесперебойного электропитания необходимо использовать в нагрузке 8 или 9 энергосберегающее оборудование, увеличивать емкость накопителя 5, выбирать тип накопителя (аккумулятора) и использовать автономный источник электричества 7, в качестве которого может быть солнечная батарея, ветроэлектрический генератор или электрогенератор на тепловом двигателе внутреннего либо внешнего сгорания топлива. При наличии солнца или ветра солнечная батарея и ветроэлектрический генератор постоянно передают электричество в накопитель 5 и инвертор 6, а избыток мощности (обозначено пунктирной линией) могут передавать через счетчик 2 в централизованный источник электричества 1, при этом счетчик 2 будет соответственно уменьшать величину расхода электричества. Автономный источник 7, работающий от сгорания какого-либо топлива, включается только по сигналу блока управления 4 в случае недостатка электроэнергии в накопителе 5.

Рассмотрим пример исполнения системы бесперебойного электропитания одной из квартир в жилом доме. Двухкомнатная квартира на двух человек имеет следующую бытовую электроаппаратуру с указанием мощности: холодильник 300 Вт, телевизор 70 Вт, СВЧ-печь 800 Вт, стиральная машина 1,5 кВт, светильники 60 Вт и в месяц расходует в среднем по 90 кВт·ч или по 3 кВт·ч/сутки. Для системы бесперебойного электропитания достаточно применить инвертор с номинальной мощностью 3 кВт, поскольку стиральная машина используется не чаще двух раз в месяц. Ограничитель мощности установить величиной 300 Вт. Накопитель в виде электрохимического аккумулятора емкостью 200 А·ч напряжением 12 В и максимальным зарядным током 20 А. Мощности 300 Вт, постоянно пропускаемой ограничителем мощности, достаточно для работы холодильника, который обычно находится во включенном состоянии половину времени суток, и на освещение. Пиковая утренняя и особенно вечерняя перегрузка (до 500 Вт·ч) полностью покрывается накопленной в аккумуляторе энергией.

Таким образом, использование в системе бесперебойного электропитания ограничителя предельной мощности, передаваемой из централизованного источника, позволяет в несколько раз уменьшить мощность трансформаторной подстанции, снизить сечение питающего кабеля и внутренней электропроводки, исключить чрезмерное потребление электроэнергии из сети и предотвратить аварийные ситуации. В сочетании с накопителем и инвертором напряжения предлагаемая система позволяет перераспределить поступление электроэнергии от централизованного источника, обеспечив возможность ее запасания в ночное и дневное время, а во время пиков потребления утром и вечером обеспечить работу электроаппаратуры с величиной мощности, соответствующей мощности инвертора. Причем, если инвертор содержит функцию стабилизатора напряжения и создает на выходе чистую синусоиду, то это обеспечивает нормальную работу бытовой электроаппаратуры без ремонта в течение длительного времени.

Индивидуальный потребитель получает возможность исходя из собственных возможностей обеспечить необходимый уровень электропитания, сам выбирая емкость аккумулятора и устанавливая собственный автономный источник электропитания требуемой мощности. В результате в перспективе индивидуальный потребитель может превратиться и в производителя электроэнергии. Запасаемая ночью электроэнергия обходится потребителю дешевле, чем в остальное время суток.

Применение заявленного изобретения в электропитании жилых домов может принести огромный экономический эффект, стимулировать проведение мероприятий по энергосбережению и в целом повысить надежность электропитания.

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Способ бесперебойного электропитания потребителя от централизованного источника электричества, включающий преобразование переменного тока в постоянный, передачу и накопление электроэнергии в накопителе, преобразование и питание электроаппаратуры объекта от накопителя через инвертор напряжения, отличающийся тем, что при преобразовании переменного тока в постоянный ограничивают величину предельно передаваемой мощности и устанавливают эту мощность в 2-10 раз меньше предельной мощности отдаваемой инвертором.

2. Способ бесперебойного электропитания потребителя от централизованного источника электричества по п.1, отличающийся тем, что при аварийном отключении источника электричества снижают предельно отдаваемую мощность инвертора и сигнализируют об этом потребителя в звуковой или световой форме.

3. Устройство бесперебойного электропитания потребителя от централизованного источника электричества, содержащее выпрямитель, накопитель электроэнергии, контроллер заряда-разряда накопителя и инвертор напряжения, отличающийся тем, что выпрямитель подключен к источнику электричества через ограничитель мощности при величине этой мощности в 2-10 раз меньше мощности инвертора, а все потребители, имеющие индивидуальный счетчик расхода электроэнергии, подключены к источнику электричества через систему бесперебойного электропитания.

4. Устройство бесперебойного электропитания потребителя от централизованного источника электричества по п.3, отличающееся тем, что оно содержит включенный параллельно собственный источник электричества.

Версия для печати


вверх