Jak działają automatyczne urządzenia przełączające (ATS) w sieciach elektrycznych

W artykule opisującym pracę automatyczne urządzenia zamykająceuwzględniono przypadki przerwy w dostawie energii elektrycznej z różnych przyczyn oraz sposoby jej przywrócenia poprzez automatyczną transmisję linii elektroenergetycznych w przypadku ustania przyczyn sytuacji awaryjnych i zaprzestania działania.

Ptak lecący między przewodami napowietrznej linii energetycznej może spowodować zwarcie poprzez swoje skrzydła. Spowoduje to usunięcie napięcia z linii napowietrznej poprzez wyzwolenie zabezpieczenia wyłącznika zasilania podstacji.

Po kilku sekundach automatyczne urządzenia ponownego załączania przywrócą dopływ prądu do odbiorców, a ochrona w tym czasie już go nie wyłączy, bo uderzony prądem ptak będzie miał czas, by spaść na ziemię.

Jeśli jednak pobliskie drzewo spadnie na napowietrzną linię energetyczną od podmuchu huraganowego wiatru, zerwie podporę, wówczas nastąpi długie zwarcie, przewody pękną, co uniemożliwi szybkie automatyczne przywrócenie zasilania podłączonych obiektów.

Wszyscy użytkownicy tej linii nie będą mogli otrzymać prądu do czasu zakończenia prac remontowych, co może potrwać kilka dni...

Wyobraźmy sobie, że takie uszkodzenie występuje na linii, która dostarcza energię elektryczną do miasta regionalnego z dużymi urządzeniami produkcyjnymi, takimi jak zastosowanie automatycznych pieców elektrycznych do topienia szkła.

W przypadku awarii zasilania kąpiele topiące przestaną działać i całe płynne szkło ulegnie zestaleniu. W efekcie przedsiębiorstwo poniesie ogromne straty materialne, stanie przed koniecznością wstrzymania produkcji, przeprowadzenia kosztownych napraw...

Aby uniknąć takich sytuacji we wszystkich dużych zakładach produkcyjnych, zapewnione jest rezerwowe źródło zasilania, na które składa się rezerwowa linia zasilająca z innej podstacji lub własny mocny agregat prądotwórczy.

Będziesz musiał szybko i niezawodnie przełączyć się z niego na zasilanie. Do tego celu służą automatyczne przełączniki transferu, w skrócie ATS.

Tak więc rozważana automatyka ma na celu ciągłe dostarczanie odpowiedzialnym odbiorcom energii elektrycznej w przypadku poważnych awarii głównej linii elektroenergetycznej w wyniku szybkiego zadziałania źródła rezerwowego.

wymagania ATS

Urządzenia do automatycznego wprowadzania zasilania rezerwowego muszą być uruchomione:

• jak najszybciej po utracie energii elektrycznej na głównej linii;

• w przypadku zaniku napięcia na szynach własnych użytkownika, bez analizy przyczyn awarii, jeżeli nie jest zapewniona blokada startu przez określony typ zabezpieczenia. Na przykład ochrona łukowa opon musi blokować uruchomienie automatycznego przełącznika transferu, aby zapobiec rozwojowi wynikającego z tego wypadku;

• z niezbędnym opóźnieniem przy wykonywaniu określonych cykli technologicznych. Na przykład przy włączaniu pod obciążeniem mocnych silników elektrycznych możliwy jest „spadek napięcia”, który szybko się kończy;

• zawsze tylko raz, ponieważ w przeciwnym razie możliwe jest kilkakrotne włączenie w przypadku nieodwracalnego zwarcia, które może całkowicie zniszczyć zrównoważony układ elektryczny.

Naturalnym warunkiem niezawodnej pracy układu jest jego stałe utrzymywanie w dobrym stanie oraz automatyczna kontrola parametrów technicznych.

Zalety ATS w porównaniu z zasilaniem równoległym z dwóch źródeł

Na pierwszy rzut oka, aby zasilić odpowiedzialnych odbiorców, można całkowicie poradzić sobie z jednoczesnym podłączeniem ich do dwóch różnych linii, które pobierają energię z różnych generatorów. Wtedy, w razie wypadku na jednej z linii napowietrznych, ten obwód zostanie przerwany, a drugi będzie działał i zapewniał ciągłą moc.

Takie schematy zostały już stworzone, ale nie otrzymały masowego praktycznego zastosowania ze względu na następujące wady:

• w przypadku zwarcia na którejkolwiek linii prądy znacznie wzrastają ze względu na dostarczanie energii z obu generatorów;

• narastają straty mocy w stacjach transformatorowych;

• schemat zarządzania energią staje się znacznie bardziej złożony ze względu na zastosowanie algorytmów uwzględniających jednocześnie stan użytkownika i dwóch generatorów, występowanie przepływów energii;

• złożoność wdrażania zabezpieczeń połączonych algorytmami na trzech odległych końcach.

Dlatego za najbardziej obiecujące uważa się zasilanie użytkownika z jednego głównego źródła i automatyczne przełączenie na generator rezerwowy w przypadku zaniku zasilania. Czas przerwy w zasilaniu tą metodą może być krótszy niż 1 sekunda.

Funkcje tworzenia schematów ATS

Do sterowania automatyką można zastosować jeden z poniższych algorytmów:

• jednokierunkowe zasilanie z miejsca pracy z dodatkowym trybem gorącej czuwania, który jest uruchamiany dopiero po zaniku napięcia z głównego źródła;

• możliwość dwustronnego wykorzystania każdego ze źródeł jako stacji roboczej;

• zdolność obwodu ATS do automatycznego powrotu do zasilania ze źródła podstawowego po przywróceniu napięcia na szynach przełączników wejściowych. W takim przypadku tworzona jest sekwencja załączania urządzeń przełączających zasilanie, wykluczająca możliwość podłączenia użytkownika w tryb zasilania równoległego z dwóch źródeł;

• prosty schemat SZR wykluczający przejście do trybu przywracania zasilania z głównego źródła w trybie automatycznym;

• zasilanie rezerwowe powinno być wprowadzone tylko wtedy, gdy zapewniono doprowadzenie napięcia do uszkodzonego głównego elementu zasilającego poprzez wyłączenie odpowiedniego wyłącznika.

W przeciwieństwie do samoczynnego ponownego załączenia, samoczynne ponowne załączenie urządzenia ATS wykazują najwyższą sprawność w przypadku zaniku zasilania, liczoną na poziomie 90 ÷ 95%. Dlatego są szeroko stosowane w systemach zasilania przedsiębiorstw przemysłowych.

Automatyczne załączanie rezerwy służy do zasilania linii elektroenergetycznych, transformatorów (zasilanie i potrzeby własne), łączników sekcyjnych.

Zasady leżące u podstaw pracy OVD

Do analizy napięcia głównej linii elektroenergetycznej stosuje się urządzenie pomiarowe, które składa się z przekaźnika kontroli napięcia RKN w połączeniu z przekładnikiem pomiarowym i jego obwodami. Napięcie wysokiego napięcia sieci pierwotnej, proporcjonalnie przekształcone na wartość wtórną 0 ÷ 100 woltów, podawane jest na cewkę przekaźnika sterującego, który działa jak wyzwalacz.

Cechą charakterystyczną ustawienia przekaźnika RKN jest konieczność uwzględnienia niskiego wymaganego poziomu zadziałania elementu wykonawczego, który gwarantuje spadek napięcia do 20 ÷ 25% wartości nominalnej.

Wynika to z faktu, że w przypadku zwarć bliskich następuje krótkotrwały „spadek napięcia”, który jest niwelowany przez działanie zabezpieczeń nadprądowych. Elementy startowe ILV muszą zostać przywrócone przez te procesy. Nie jest jednak możliwe zastosowanie konwencjonalnych typów przekaźników ze względu na ich niestabilną pracę przy początkowej granicy skali.

Do pracy w elementach rozruchowych SZR stosowane są specjalne konstrukcje przekaźników, które wykluczają drgania i odbijanie styków przy uruchamianiu przy niższych wartościach granicznych.

Gdy urządzenie jest normalnie zasilane zgodnie z głównym obwodem, przekaźnik monitorujący napięcie po prostu obserwuje ten tryb. Gdy tylko napięcie zaniknie, RKN przełącza swoje styki iw ten sposób sygnalizuje solenoidowi włączenie solenoidu wyłącznika rezerwowego w celu jego uruchomienia.

Jednocześnie obserwuje się pewną sekwencję aktywacji elementów mocy pierwszej pętli, która jest zawarta w logice sterowania systemu ATS podczas jego tworzenia i konfiguracji.

Oprócz utraty napięcia na głównej linii zasilającej, dla pełnego działania elementu rozruchowego SZR zwykle konieczne jest sprawdzenie jeszcze kilku warunków, na przykład:

• brak nieautoryzowanego zwarcia w chronionym obszarze;

• włącz przełącznik wejścia;

• obecność napięcia na linii zasilania rezerwowego i kilka innych.

Wszystkie wprowadzone czynniki początkowe dla działania SZR są sprawdzane w algorytmie logicznym iw przypadku spełnienia niezbędnych warunków do organu wykonawczego wydawane jest polecenie uwzględniające nastawę czasu.

Przykłady zastosowania niektórych schematów ATS

W zależności od wielkości napięcia roboczego systemu i złożoności konfiguracji sieci, obwód SZR może mieć inną strukturę, działać na prąd stały lub przemienny lub w ogóle się bez niego obejść, wykorzystując napięcie sieci głównej w 0,4 kV obwody.

ATS na linii wysokiego napięcia przy stałym prądzie roboczym

Przyjrzyjmy się pokrótce logice działania obwodu przekaźnika zasilania rezerwowego przy zasilaniu głównym #1.

Jeśli w odcinku L-1 wystąpi zwarcie, wówczas zabezpieczenia wyłączą przełącznik V-1 i zniknie napięcie na szynach łączących. Przekaźnik podnapięciowy „H <” wykryje to poprzez pomiarowy VT i zadziała, dostarczając prąd roboczy + przez styk RV, który zadziałał z opóźnieniem czasowym, do cewki RP.

Jego styki wyzwalają polecenia uruchamiające szereg przekaźników realizujących różne funkcje monitorujące i dostarczających sygnał sterujący do elektromagnesu zamykającego wyłącznik zasilania V-2.

Schemat zapewnia pojedyncze działanie i zwolnienie informacji o uruchomieniu z przekaźników sygnałowych.

ATS przełącznika sekcyjnego przy stałym prądzie roboczym

Transformatory mocy roboczej T1 i T2 zasilają swoją sekcję szyn zbiorczych odłączoną od przełącznika sekcyjnego V-5.

Gdy jeden z tych transformatorów zostanie wyzwolony lub przerwany, zasilanie jest doprowadzane do wyzwolonej sekcji poprzez przełączenie przełącznika V-5. Przekaźnik RPV zapewnia jednorazowe automatyczne zamknięcie.

Działanie układu opiera się na współdziałaniu styków pomocniczych wyłącznika z podaniem prądu roboczego + do cewek przekaźnika RPV i kierunkowskazów. Zapewnia również przyspieszenie operacyjne systemu operacyjnego, który jest uruchamiany podczas przełączania przez personel dyżurny.

Zasadę tworzenia logiki działania ATS można zmienić. Na przykład podczas obsługi obwodu z dołączonym dodatkowym przełącznikiem sekcji, jak pokazano na poniższym zdjęciu, wymagane będą dodatkowe rozruszniki i elementy logiczne.

Przełącznik sekcyjny ATS w trybie pracy na prąd przemienny

Cechy działania automatyki źródeł wykorzystujących energię ze znajdujących się w stacji elektroenergetycznej pomiar VT, można oszacować według następującego schematu.

Tutaj kontrola napięcia każdej sekcji odbywa się za pomocą przekaźników 1PH i 2PH. Ich styki uruchamiają elementy synchronizujące 1PB lub 2PB, które działają poprzez styki blokowe i cewki migające elektromagnesów wyłącznika mocy.

Zasada realizacji ATS użytkowników sieci 0,4 kV

Podczas tworzenia rezerwowego źródła zasilania dla sieci trójfazowej stosuje się rozruszniki magnetyczne KM1, KM2 i przekaźnik minimalnego napięcia kV, który kontroluje parametry linii głównej L1.

Uzwojenia rozrusznika są połączone z tych samych faz ich linii przez logiczne styki przełączające do uziemionego przewodu neutralnego, a styki mocy są podłączone do szyn zasilających odbiornika po obu stronach.

Układ styków przekaźnika napięciowego w każdej pozycji łączy tylko jeden rozrusznik z siecią. W przypadku obecności napięcia na linii L1, kV zadziała i swoim stykiem zwiernym załączy cewkę rozrusznika KM1, który zasili obwód zasilający użytkownika i załączy jego lampkę sygnalizacyjną, jednocześnie wyłączając uzwojenie KM2.

W przypadku zaniku napięcia na L1, przekaźnik kV przerywa obwód zasilania uzwojenia rozrusznika KM1 i uruchamia KM2, który wykonuje dla linii L2 te same funkcje, co KM1 dla swojego obwodu w poprzednim przypadku.

Wyłączniki mocy QF1 i QF2 służą do całkowitego odłączenia napięcia od obwodu.

Ten sam algorytm można przyjąć za podstawę do stworzenia zasilacza dla odpowiedzialnych użytkowników w jednofazowej sieci elektroenergetycznej.Wystarczy wyłączyć w nim zbędne elementy i zastosować rozruszniki jednofazowe.

Cechy nowoczesnych zestawów ATS

Do wyjaśnienia zasad działania algorytmów automatyki budynkowej celowo wykorzystano starą bazę przekaźnikową, co ułatwia zrozumienie działania algorytmów.

Nowoczesne urządzenia statyczne i mikroprocesorowe działają na tych samych obwodach, ale mają lepszy wygląd, mniejsze rozmiary i mają wygodniejsze ustawienia i możliwości.

Tworzone są w osobnych blokach lub w całych zestawach składanych w specjalne moduły.

Do zastosowań przemysłowych zestawy ATS produkowane są jako w pełni gotowe do użycia zestawy umieszczone w specjalnych obudowach ochronnych.