Решения для Автоматического Ввода Резерва

Введение

Одним из важнейших требований, предъявляемых к современным системам электроснабжения, является обеспечение бесперебойного и гарантированного питания нагрузок критичных к перерывам питания. Доля таких нагрузок неуклонно возрастает. Это и различные системы безопасности, и оборудование медицинских учреждений, и системы связи и обработки данных, многочисленные непрерывные технологические процессы. В большинстве случаев перерыв в питании этих систем может повлечь экономические потери, связанные с простоем и выходом из строя технологического оборудования, потерей информации, перерывами в работе систем связи, интернет-сайтов и другими последствиями. В ряде случаев перерыв электроснабжения может угрожать безопасности жизни людей, когда речь идёт о реанимационном оборудовании, системах дымоудаления и пожаротушения, аварийном освещении и других важных системах.

Применение высококачественного электрооборудования ведущих производителей, исключение ошибок при проектировании электроустановок и правильная их эксплуатация, конечно, значительно повышают показатели надёжности электроснабжения. Однако, в большинстве случаев необходимо резервирование каналов передачи электроэнергии, чтобы гарантировать питание критичных нагрузок. Системы Автоматического Ввода Резерва (АВР) предназначены для обеспечения автоматического переключения питания с основного источника на резервный при полном пропадании напряжения основного ввода, или если параметры напряжения основного источника отличаются от нормально допустимых.

В Правилах устройства электроустановок тематика АВР освещается в двух разделах, в первую очередь это разделы, касающиеся категорий электроприёмников (п.1.2.17-1.2.21; п.3.3.30-3.3.42):

Электроприёмники первой категории — электроприёмники, перерыв электроснабжения которых может повлечь за собой опасность для жизни людей, угрозу для безопасности государства, значительный материальный ущерб, расстройство сложного технологического процесса, нарушение функционирования особо важных элементов коммунального хозяйства, объектов связи и телевидения.

Электроприёмники второй категории — электроприёмники, перерыв электроснабжения которых приводит к массовому недоотпуску продукции, массовым простоям рабочих, механизмов и промышленного транспорта, нарушению нормальной деятельности значительного количества городских и сельских жителей.

Электроприёмники третьей категории — все остальные электроприёмники, не подпадающие под определения первой и второй категорий.

Области применения АВР охватывают все виды промышленных и гражданских объектов. Безусловно, при выборе решения АВР, необходимо учитывать категорию и характер объекта, экономические аспекты, функциональные и технические возможности различных решений.

Однолинейная схема 2-2 — *Пример схемы ГРЩ с применением АВР ATS500*

Термины и определения

Автоматический Ввод Резерва (АВР) — устройство, предназначенное для автоматического переключения питания электрических нагрузок от неисправного источника энергии к рабочему источнику.

Основной ввод — ввод электропитания, от которого осуществляется питание всех нагрузок в течение длительного времени.

Резервный ввод — ввод электропитания, от которого осуществляется питание всех (или части) нагрузок во время отсутствия питания на основном вводе либо, если качество электроэнергии основного ввода неудовлетворительно. Во многих случаях в качестве источника резервного электроснабжения применяется дизельная электрическая станция.

Дизельная Электрическая Станция (ДЭС) — источник резервного электроснабжения на базе дизельного двигателя внутреннего сгорания и электрического генератора. Могут применяться и другие типы двигателей.

Программируемый Логический Контроллер (ПЛК) — специализированное электронно-вычислительное устройство, предназначенное для управления технологическим оборудованием.

Схемы АВР

Выбор той или иной схемы АВР определяется в первую очередь областью применения и категорией потребителей, а также возможностью разделения нагрузок на секции.

Два взаимно резервированных ввода от сети работают на одну секцию потребителей. Вводы могут быть равнозначными либо один из них может быть приоритетным. Приоритет вводов может настраиваться.
Два взаимно резервированных ввода работают на одну секцию потребителей. Первый ввод от сети, второй — от резервного источника. Ввод от сети приоритетный по отношению к вводу от резервного источника.
Два независимых ввода от сети, работающие на две секции потребителей. Резервирование осуществляется за счёт секционного аппарата.
Два независимых ввода от сети, работающие на две секции потребителей (схема «крест»). Резервирование осуществляется за счёт переключения секции потребителей на другой ввод.
Два независимых ввода, работающие на две секции потребителей. Первый ввод от сети, второй — от резервного источника. Резервирование осуществляется за счёт переключения потребителей на резервный ввод. Первая секция потребителей обычно назначена неприоритетной при работе от резервного источника
Два независимых ввода от сети, работающие на две секции потребителей (схема «крест»). Резервирование осуществляется за счёт переключения секции потребителей на другой ввод.
Три взаимно резервированных ввода, работающие на одну секцию потребителей. Два ввода от сети, третий — от резервного источника. Оба ввода от сети являются приоритетными по отношению к вводу от резервного источника. Взаимный приоритет вводов от сети может настраиваться.
Три взаимно резервированных ввода, работающие на одну секцию потребителей. Два ввода от сети, третий — от резервного источника. Оба ввода от сети являются приоритетными по отношению к вводу от резервного источника. Взаимный приоритет вводов от сети может настраиваться.
Два независимых ввода от сети работают на две секции потребителей. Дополнительно, третий ввод от резервного источника подключается на первую секцию. Резервирование осуществляется за счёт секционного выключателя. Вторая секция потребителей может быть назначена неприоритетной при работе от резервного источника.
Два независимых ввода от сети работают на две секции потребителей. Дополнительно, третий ввод от резервного источника подключается на вторую секцию. Резервирование осуществляется за счёт секционного выключателя. Первая секция потребителей может быть назначена неприоритетной при работе от резервного источника.
Два независимых ввода от сети работают на три секции потребителей. Дополнительно, третий ввод от резервного источника подключается на третью секцию. Резервирование осуществляется за счёт секционных выключателей. Первая и вторая секции потребителей могут быть назначены неприоритетными при работе от резервного источника.
Два независимых ввода от сети работают на три секции потребителей. Дополнительно, третий ввод от резервного источника подключается на третью секцию. Резервирование осуществляется за счёт секционных выключателей. Первая и вторая секции потребителей могут быть назначены неприоритетными при работе от резервного источника.
Два независимых ввода от сети работают на три секции потребителей. Дополнительно, третий ввод от резервного источника подключается на третью секцию. Резервирование осуществляется за счёт секционных выключателей. Первая и вторая секции потребителей могут быть назначены неприоритетными при работе от резервного источника.
Два независимых ввода от сети и два ввода от резервных генераторов, работают на две секции потребителей. Резервирование осуществляется за счёт секционного выключателя.
Два независимых ввода от сети и два ввода от одного резервного генератора, работают на две секции потребителей. Резервирование осуществляется за счёт секционного выключателя.

Основные элементы АВР

Коммутационные аппараты для АВР

Основными коммутационными аппаратами, применяемыми в системах АВР, являются:

Контактор. Самым простым коммутационным аппаратом, применяемым в АВР, является электромеханический контактор. Преимущество контакторов заключается в том, что электромагнитный привод является его неотъемлемой частью, а управление им производится без каких-либо дополнительных аксессуаров. Серьёзным достоинством контакторов является их быстродействие и высокая коммутационная износостойкость.
Тем не менее, при применении контакторов в схемах АВР, использование механической блокировки является обязательным условием. Кроме того, контактор не является аппаратом защиты, поэтому схему АВР необходимо дополнить автоматическими выключателями или предохранителями.

Реверсивный выключатель нагрузки с моторным приводом. Основные преимущества при применении реверсивных выключателей нагрузки с моторным приводом для схем АВР — компактность и надёжность. Механическая блокировка является неотъемлемой конструктивной частью аппарата. Моторный привод обеспечивает автоматическое переключение контактной группы.

Коммутационный аппарат автоматического переключения (КААП). Электрический аппарат, включающий в одном корпусе группу силовых контактов, моторный привод, микропроцессорное устройство и другие вспомогательные элементы, необходимые для контроля цепей питания и переключения нагрузки от одного источника питания к другому. Механическая блокировка является неотъемлемой конструктивной частью аппарата. Серьезным преимуществом аппарата является его компактность, а также минимальное количество внешних элементов и подключений.

Автоматический выключатель с моторным приводом. Самым распространённым коммутационным аппаратом для схем АВР является автоматический выключатель с моторным приводом. Автоматический выключатель сочетает функции защиты и коммутации в одном электрическом аппарате. Современные автоматические выключатели с электронными расцепителями защиты также позволяют реализовать дополнительные функции коммуникации, диспетчеризации и мониторинга.

Управляющие устройства АВР

Важное влияние на технические и функциональные параметры АВР оказывает система управления. Основные функции системы управления АВР – контроль наличия напряжения на вводах, управление коммутационными аппаратами и резервным генератором. Дополнительно, система управления может обеспечивать сигнализацию, мониторинг и дистанционное управление. В качестве элементной базы для систем управления могут применяться:

Схемы на основе релейной логики. Схемы на реле выгодно использовать для несложных схем АВР. Однако, с ростом требований к функциональным возможностям, количество элементов в схеме значительно возрастает. С одной стороны, это приводит к росту габаритов и стоимости системы, с другой снижает надёжность.

Специализированные блоки управления. Основное преимущество таких блоков заключается в том, что все внутренние соединения и программирование выполнено в заводских условиях, а также протестировано. Все элементы находятся в общем корпусе с высокой степенью защиты со стороны панели управления. Блоки управления позволяют настраивать все необходимые параметры АВР.

Программируемые логические контроллеры. Для реализации наиболее сложных схем АВР предпочтение следует отдать ПЛК. Они позволяют реализовать самые широкие возможности и гибкую реализацию основных функций системы управления для всех вариантов схем. При этом дополнительные функции, изменение настроек или алгоритма управления чаще всего не требуют применения дополнительного оборудования.

Человеко-машинный интерфейс

Для организации взаимодействия персонала, обслуживающего электроустановку, системой АВР предусматривается набор элементов индикации и управления – человеко-машинный интерфейс. Он позволяет контролировать состояние коммутационных аппаратов, наличие напряжения на вводах и, при необходимости, управлять АВР в ручном режиме.
Простейшим вариантом исполнения интерфейса являются сигнальные лампы, кнопки и переключатели. Более эффективным является построение человеко-машинного интерфейса на основе жидкокристаллических дисплеев. В зависимости от применяемых средств управления такие дисплеи могут быть монохромными или цветными, сенсорными или с клавишами.
Кроме базовых возможностей отображения состояния АВР и управления, дисплеи позволяют фиксировать события и настраивать многочисленные параметры. В дополнение к элементам интерфейса, установленным непосредственно на электроустановке, АВР с электронной системой управления может оснащаться также дистанционным интерфейсом.

Функциональные свойства АВР

Устройства АВР значительно различаются по функциональным возможностям и быстродействию. Для выбора того или иного варианта решения можно воспользоваться рядом критериев.

Блокировки. В большинстве случаев параллельное соединение вводов нежелательно либо недопустимо. Для исключения параллельного соединения вводов могут применяться блокировки.

Механическая блокировка. Достигается путём применения механических аксессуаров, которые исключают возможность одновременного включения двух аппаратов. Возможность установки механической блокировки определяется как конструкцией коммутационных аппаратов, так и схемой их соединения.
Так, реверсивные выключатели нагрузки имеют механическую блокировку, как неотъемлемую часть их конструкции. Для всех типов автоматических выключателей и контакторов возможна механическая блокировка двух аппаратов. Для ряда воздушных выключателей возможна также механическая блокировка трёх аппаратов.

Электрическая блокировка. Применяется в тех случаях, когда обеспечить механическую блокировку невозможно. Электрическая блокировка исключает возможность подачи управляющего сигнала на обмотки контакторов или моторные приводы выключателей. В ряде случаев электрическая блокировка реализуется на программном уровне.

Питание цепей управления. Немаловажное значение имеет организация питания системы управления АВР, так как от надёжного питания цепей управления зависит работа АВР в целом. Фактически в составе автоматики может быть встроена схема АВР для цепей оперативного тока. Как правило, для этого используется система сблокированных контакторов.

Диагностика. Для АВР с электронными системами управления характерно наличие встроенных средств диагностики. Они позволяют вовремя обнаруживать неисправности системы управления и коммутационной аппаратуры и, таким образом, снижают вероятность внезапных отказов АВР.
Электронные системы управления АВР осуществляют непрерывную самодиагностику и, в случае выявления проблем, немедленно о них сигнализируют.

Заключение

В данной статье была рассмотрена основная информация по решениям для систем автоматического ввода резерва низкого напряжения.

Более полную информацию по данной теме можно прочитать в специализированной брошюре “Автоматический Ввод Резерва. Обзор решений“, где в том числе подробно разобраны решения ABB для систем АВР.