Автоматический ввод резерва

Автоматический ввод резерва — способ обеспечения резервным электроснабжением нагрузок, подключенных к системе электроснабжения, имеющей не менее двух питающих вводов и направленный на повышение надежности системы электроснабжения. Заключается в автоматическом подключении к нагрузкам резервных источников питания в случае потери основного.

Автоматический ввод резерва

   Автоматический ввод резерва

В наше время перебои с электроснабжением не редкость. И хотя в нашей стране достаточно электроэнергии, но проблема бесперебойного электроснабжения остается. Решить ее поможет установка дополнительных источников электроэнергии, таких как генератор, аккумулятор, а так же иные альтернативные источники электропитания.

Согласно ПУЭ все потребители электрической энергии делятся на три категории: 

I категория — к потребителям этой группы относятся те, нарушение электроснабжения которых может повлечь за собой опасность для жизни людей, значительный материальный ущерб, опасность для безопасности государства, нарушение сложных технологических процессов и пр.

II категория — к этой группе относят электроприёмники, перерыв в питании которых может привести к массовому недоотпуску продукции, простою рабочих, механизмов, промышленного транспорта.

III категория — все остальные потребители электроэнергии.

Таким образом, кроме неудобств в повседневной жизни человека, длительный перерыв в электропитании может привести к угрозе жизни и безопасности людей, материальному ущербу и другим, не менее серьезным последствиям.Бесперебойное питание можно реализовать, осуществив электропитание каждого потребителя от двух источников одновременно (для потребителей I категории так и делают), однако подобная схема имеет ряд недостатков:

  • Токи короткого замыкания при такой схеме гораздо выше, чем при раздельном питании потребителей
  • В питающих трансформаторах выше потери электроэнергии
  • Релейная защита сложнее, чем при раздельном питании
  • Необходимость учета перетоков мощности вызывает трудности, связанные с выработкой определенного режима работы системы
  • В некоторых случаях не получается реализовать схему из-за того, что нет возможности осуществить параллельную работу источников питания из-за ранее установленной релейной защиты и оборудования

В связи с этим возникает необходимость в раздельном электроснабжении и быстром восстановлении электропитания потребителей. Решение этой задачи и выполняет Автоматический ввод резерва.

Автоматический ввод резерва может подключить отдельный источник электроэнергии (генератор, аккумуляторная батарею) или включить выключатель, разделяющий сеть, при этом перерыв питания может составлять всего 0.3 — 0.8 секунд.

При проектировании систем гарантированного электроснабжения, предназначенных для обеспечения работы электроприемников I категории и особой группы первой категории надежности, возникает задача выбора типа устройства автоматического ввода резерва (АВР).

Автоматический ввод резерва (АВР) — метод защиты, предназначенный для бесперебойной работы сети электроснабжения. Реализован с помощью автоматического подключения к сети других источников электропитания в случае аварии основного источника электроснабжения.

Основные требования, предъявляемые к устройствам при построении системы гарантированного электроснабжения

  1. Как известно (см. ПУЭ), электроприемники первой категории надежности должны обеспечиваться электроэнергией от двух независимых взаимно резервирующих источников питания, а для электроснабжения особой группы электроприемников первой категории должно предусматриваться дополнительное питание от третьего независимого источника.
  2. В обоих случаях в качестве одного из резервирующих источников питания может использоваться автоматизированная дизель-электрическая электростанция, что требуется учитывать при выборе конкретной схемы АВР.
  3. При использовании АВР должны быть приняты меры, исключающие возможность замыкания между собой двух независимых источников питания друг на друга, причем в дополнение к требованиям ПУЭ службы энергонадзора, как правило, требуют наличия не только электрической, но и механической блокировки коммутирующих элементов.
  4. Максимальное время переключения резерва зависит от характеристик потребителей электроэнергии, но при наличии в системе источников бесперебойного питания (ИБП) не имеет определяющего значения. Для исключения ложных срабатываний при переключениях АВР на стороне высокого напряжения должна быть предусмотрена возможность регулировки задержки переключения при неисправностях одной из сетей.
  5. Важное значение имеет наличие регулировки порогов срабатывания АВР в диапазоне контролируемого напряжения для каждого ввода. Так, например, в случае подключения к выходу АВР ИБП согласование между собой диапазонов входных напряжений обоих устройств позволяет обеспечить своевременное переключение на резервную сеть при отклонении напряжений основной питающей сети за заданные значения и тем самым исключить длительную работу ИБП на батареях при исправной резервной сети.
  6. Желательно наличие индикации состояния и возможности ручного управления АВР.

Преимущества и недостатки различных типов АВР с позиций перечисленных требований

Тиристорные (электронные) АВР

Статический переключатель нагрузки — (англ.: LTM — Load Transfer module (модуль переключения нагрузки)). В этом типе АВР в качестве силового коммутирующего элемента используются мощные тиристоры, обеспечивающие практически нулевое время переключения между двумя независимыми вводами.

Преимущества: 

Основное и очень значимое преимущество: практически нулевое время переключения между вводами (возможно применения для переключения между ИБП (источник бесперебойного питания) разной мощности, разных производителей). Переключение между вводами никак не сказывается на электроснабжении ответственных потребителей электроэнергии (серверы, компьютерное оборудование, устройства автоматики, телекоммуникационное оборудование и т.д.). При использовании LTM в схемах электроснабжения критически важных объектов или ответственных потребителей можно существенно сэкономить на применении ИБП, ДГА и других устройств независимого электроснабжения.

Недостатки: 

Основной недостаток это очень высокая стоимость по сравнению с механическими АВР (на контакторах и рубильниках).

Электромеханические АВР на контакторах

АВР на контакторах получили наиболее широкое применение, в основном, благодаря низкой стоимости комплектующих. В основе щита АВР на контакторах обычно применяются два контактора с взаимной электрической или электромеханической блокировкой и реле контроля фаз.

В самых дешевых вариантах АВР на контакторах используется обычное реле, контролирующее наличие напряжения только на одной фазе, без контроля качества электроэнергии (частота, напряжение). При пропадании напряжения на одной фазе, АВР на контакторах переключает нагрузку на другой (резервный) ввод электроэнергии.

При использовании качественных полнофункциональных реле контроля фаз (контроль 3-х фаз: напряжение, частота, временные задержки на перевод нагрузки, возможность программирования диапазонов и задержек) и применении механической блокировки (предотвращает одновременную подачу электропитания с двух вводов) АВР на контакторах становится довольно качественным и законченным изделием.

Преимущества: 

Дешевая стоимость, выполняет защитные функции (высокий ток, короткое замыкание).

Недостатки: 

Отсутствие возможности ручного переключения при неисправности АВР, низкая ремонтопригодность (при отказе одного из элементов АВР, требуется демонтаж и ремонт всего изделия), длительное время переключения (от 16 до 120 мс). Небольшое количество циклов срабатывания. Вероятность залипания контактов контактора.

Электромеханические АВР на автоматических выключателях с электроприводом

Такие АВР несколько уступают предыдущим по быстродействию и также позволяют осуществить механическую и электрическую блокировки при двухвходовой схеме.

Недостатки: 

Более сложная схема и более высокую стоимость этих устройств.

Электромеханические АВР на управляемых переключателях с электроприводом

В основе лежит рубильник (переключатель с нулевым средним положением, приводимый в действие моторным приводом. Привод управляется контроллером, который является частью автоматического рубильника или может устанавливаться отдельно).

Преимущества: 

Высокая ремонтопригодность: автоматический рубильник состоит из трех основных элементов: рубильник (переключатель), моторный привод, контроллер. Выход из строя рубильника практически невозможен. При выходе из строя моторного привода или контроллера (реле контроля фаз), возможна их замена без демонтажа щита АВР и без демонтажа самого рубильника. При снятом моторном приводе и контроллере возможно переключение нагрузки в ручном режиме. Легкая сборка щита АВР. Для сборки щита требуется установить рубильник на монтажную плату, никакие дополнительные силовые или контрольные соединения не используются. Высокая надежность: за счет применения малого количества элементов и за счет использования в качестве силового коммутирующего устройства рубильника.

Недостатки: 

Относительно высокая стоимость (на токи до 125 А). Отсутствие защитных функций

Автоматический ввод резерва и дополнительные функции

У всех рассмотренных типов АВР при необходимости могут быть реализованы функции контроля верхнего и нижнего уровня напряжений, введены элементы регулировки задержек и схемы управления работой ДЭС.

На основании выше сказанного, можно сделать следующие выводы:

Для системы гарантированного электроснабжения, имеющей два независимых ввода электроснабжения:

  • Целесообразно использовать автоматический ввод резерва электромеханического типа, которые могут быть выполнены на контакторах, управляемых автоматических выключателях или управляемых переключателях с электроприводом
  • Схема АВР должна предусматривать регулировки задержек переключения, порогов срабатывания во всем диапазоне входных напряжений
  • Желательно наличие механической блокировки, исключающей возможность замыкания двух входов друг на друга
  • При использовании в качестве резервного источника дизель-электрической станции схема АВР должна содержать необходимые элементы для управления ее работой (автоматический пуск и останов ДЭС, возможность регулировки различных временных параметров, в том числе задержки обратного переключения на сеть, времени работы ДЭС на холостом ходу для охлаждения и т.п.)

Для системы гарантированного электроснабжения, имеющей три независимых ввода электроснабжения:

  • Трехвходовая схема может быть реализована путем последовательного соединения двух двухвходовых АВР, при этом каждый из этих аппаратов должен быть выполнен с учетом требований, указанных выше
  • Автоматический ввод резерва на контакторах и управляемых автоматических выключателях может быть реализован как трехвходовый (что уменьшит суммарную стоимость оборудования на 20-30% за счет меньшего числа коммутирующих элементов), однако при этом невозможно обеспечить полноценную механическую блокировку между тремя входами

Практические рекомендации, которые подтверждены в различных проектах

Система гарантированного электроснабжения мощностью до 100кВА, имеющая в своем составе ИБП и работающая от двух сетевых входов.

В этом случае могут быть предложены автоматические коммутаторы серии АК фирмы «ППФ БИП-сервис», представляющие собой АВР контакторного типа. Эти аппараты имеют:

  • механическую и электронную блокировку контакторов
  • автоматические выключатели на каждом входе, обеспечивающие защиту сетей от перегрузок и коротких замыканий нагрузки
  • регулировку диапазона контролируемых напряжений
  • контроль правильности чередования фаз; возможность установки приоритета любого из входов
  • индикацию режима работы и состояния входов
  • регулировку задержки времени переключения

Такой перечень функциональных возможностей позволяет успешно применять коммутаторы серии АК в системах, содержащих ИБП.

Система гарантированного электроснабжения мощностью более 100 кВА, имеющая в своем составе ИБП и работающая от двух сетевых входов.

Для таких систем более целесообразно использовать автоматические коммутаторы серии АКП, которые представляют собой АВР на управляемых переключателях с электроприводом.

Эти аппараты имеют все перечисленные выше особенности, но кроме того, позволяют управлять переключением входов вручную при любом напряжении или его отсутствии. Переключатели оснащены механическими замками, позволяющими заблокировать их в любом из возможных состояний, что может быть в некоторых случаях важно для потребителя.

Система гарантированного электроснабжения, работающая от одного сетевого ввода и имеющая в качестве резервного питания ДЭС.

Для такой конфигурации может быть применена панель переключения нагрузки типа TI. Также представляющая собой АВР контакторного типа, но имеющая в своем составе все необходимые элементы для управления автоматизированной ДЭС. Изделия этого типа, как правило, рекомендуются фирмами — изготовителями дизель-генераторов, в частности, фирмой F.G.Wilson.

Система гарантированного электроснабжения, имеющая в своем составе ИБП и работающая от двух сетевых входов и резервной ДЭС.

Здесь могут быть предложены следующие варианты построения АВР:

  1. каскадное соединение АВР серии АК или АКП и панели переключения TI
  2. трехвходовой коммутатор серии АК с функцией управления ДЭС
  3. трехвходовой коммутатор серии АКП с функцией управления ДЭС

Автоматический ввод резерва

   Система гарантированного электроснабжения

Схемы трехвходовых АВР могут быть экономически более привлекательны. В то же время следует повторно отметить то обстоятельство, что для трехвходовой контакторной схемы невозможна полноценная механическая блокировка всех входов между собой, что определяется конструктивными особенностями контакторов.

В связи с этим в трехвходовых контакторных АВР целесообразно установить электрическую и механическую блокировку между ДГ и каждым из сетевых вводов. А между сетевыми вводами предусмотреть только электрическую блокировку. Именно по такому принципу выполнены трехвходовые коммутаторы серии АК.

Схема трехвходового коммутатора серии АКП, как отмечалось ранее, исключает возможность замыкания входов между собой за счет конструкции переключателей и одновременно дешевле, чем два отдельных каскадно соединенных АВР.

Будем рады, если подпишетесь на наш Блог!

1 КОММЕНТАРИЙ

  1. Использование протокола МЭК 61850 способствует реализации схем ввода резерва с более сложными механизмами и большей функциональностью, такой, как автоматическое восстановление питания.