Kako rade automatski sklopni uređaji (ATS) u električnim mrežama

U članku koji opisuje rad uređaji za automatsko zatvaranje, razmatraju se slučajevi prekida opskrbe električnom energijom zbog različitih razloga i metode njezine obnove putem automatskog prijenosa dalekovoda u slučaju da su uzroci izvanrednih situacija nestali i prestali djelovati.

Ptica koja leti između žica nadzemnog dalekovoda može svojim krilima stvoriti kratki spoj. To će uzrokovati uklanjanje napona iz nadzemnog voda aktiviranjem zaštite prekidača električne podstanice.

Nakon nekoliko sekundi uređaji za automatsko ponovno uključivanje će vratiti struju potrošačima, a zaštita u ovom trenutku više ga neće isključiti, jer će ptica pogođena strujom imati vremena pasti na tlo.

Međutim, ako obližnje stablo padne na nadzemni dalekovod od naleta uraganskog vjetra, razbije potporu, tada će doći do dugog kratkog spoja, žice će se prekinuti, što će isključiti brzo automatsko vraćanje struje na povezane objekte.

Svi korisnici ovog voda neće moći dobiti struju do završetka sanacijskih radova, koji bi mogli potrajati nekoliko dana...

Zamislite da se takva šteta dogodi na liniji koja opskrbljuje električnom energijom regionalni grad s velikim proizvodnim pogonima, poput korištenja automatskih električnih peći za taljenje stakla.

U slučaju nestanka struje, kupke za taljenje će prestati raditi i svo tekuće staklo će se skrutiti. Kao rezultat toga, poduzeće će pretrpjeti ogromne materijalne gubitke, bit će suočeno s potrebom zaustavljanja proizvodnje, obavljanjem skupih popravaka...

Kako bi se izbjegle takve situacije u svim velikim proizvodnim pogonima, osiguran je rezervni izvor napajanja, koji se sastoji od rezervnog dalekovoda iz druge trafostanice ili vlastitog snažnog agregata.

Morat ćete se brzo i pouzdano prebaciti na napajanje s njega. U tu svrhu koriste se automatske sklopke za prijenos, skraćeno ATS.

Dakle, razmatrana automatizacija je dizajnirana da kontinuirano opskrbljuje odgovorne potrošače električnom energijom u slučaju ozbiljnih kvarova glavnog dalekovoda zbog brzog aktiviranja rezervnog izvora.

ATS zahtjevi

Uređaji za automatsko uvođenje rezervnog napajanja moraju biti aktivirani:

• što je prije moguće nakon nestanka električne energije na glavnom vodu;

• u slučaju nestanka napona na vlastitim sabirnicama korisnika, bez analize uzroka kvara, ako nije osigurana blokada starta određenom vrstom zaštite. Na primjer, zaštita od luka na gumama mora blokirati početak automatskog prijenosa kako bi se spriječio razvoj nesreće;

• uz potrebno kašnjenje pri izvođenju pojedinih tehnoloških ciklusa. Na primjer, pri uključivanju pod opterećenjem snažnih elektromotora moguć je "pad napona", koji brzo završava;

• uvijek samo jednom, jer je u suprotnom moguće višestruko paljenje zbog nepopravljivog kratkog spoja, koji može potpuno uništiti uravnotežen električni sustav.

Prirodni zahtjev za pouzdan rad kruga je njegovo stalno održavanje u dobrom stanju i automatska kontrola tehničkih parametara.

Prednosti ATS-a u odnosu na paralelno napajanje iz dva izvora

Na prvi pogled, za napajanje odgovornih potrošača, u potpunosti se možete snaći s njihovim istodobnim spajanjem na dva različita voda koji energiju uzimaju iz različitih generatora. Zatim, u slučaju nesreće na jednom od nadzemnih vodova, ovaj krug će se prekinuti, a drugi će ostati u funkciji i osigurati kontinuirano napajanje.

Takve su sheme već stvorene, ali nisu dobile masovnu praktičnu primjenu zbog sljedećih nedostataka:

• u slučaju kratkog spoja na bilo kojem vodu, struje se značajno povećavaju zbog opskrbe energijom iz oba generatora;

• rastu gubici snage u trafostanicama;

• shema upravljanja napajanjem postaje mnogo složenija zbog upotrebe algoritama koji istodobno uzimaju u obzir stanje korisnika i dva generatora, pojavu tokova energije;

• složenost implementacije zaštita međusobno povezanih algoritmima na tri udaljena kraja.

Stoga se napajanje korisnika iz jednog glavnog izvora i automatski prijenos na pomoćni generator u slučaju nestanka struje smatra najperspektivnijim. Vrijeme nestanka struje ovom metodom može biti manje od 1 sekunde.

Značajke stvaranja ATS shema

Za kontrolu automatizacije može se koristiti jedan od sljedećih algoritama:

• jednosmjerno napajanje s radnog mjesta s dodatnim vrućim pripravnim načinom rada, koji se pokreće samo nakon gubitka napona iz glavnog izvora;

• mogućnost bilateralne uporabe svakog od izvora kao radne stanice;

• sposobnost ATS kruga da se automatski vrati na napajanje iz primarnog izvora nakon što se napon vrati na sabirnice ulaznih prekidača. U ovom slučaju stvara se slijed aktiviranja sklopnih uređaja za napajanje, isključujući mogućnost povezivanja korisnika na način paralelnog napajanja iz dva izvora;

• jednostavna ATS shema koja isključuje prijelaz na način oporavka energije iz glavnog izvora u automatskom načinu rada;

• pomoćno napajanje treba uvesti samo ako je osigurano napajanje neispravnog glavnog elementa napajanja isključivanjem odgovarajuće sklopke.

Za razliku od automatskog ponovnog uključivanja, automatskog ponovnog uključivanja, ATS uređaji pokazuju najveću učinkovitost u slučaju nestanka struje, izračunato na 90 ÷ 95%. Stoga se naširoko koriste u sustavima napajanja industrijskih poduzeća.

Automatsko uključivanje pričuve koristi se za napajanje vodova, transformatora (opskrbnih i pomoćnih potreba), sekcijskih sklopki.

Načela na kojima se temelji rad OVD

Za analizu napona glavnog dalekovoda koristi se mjerni uređaj koji se sastoji od releja za kontrolu napona RKN u kombinaciji s mjernim transformatorom i njegovim krugovima. Visokonaponski napon primarne mreže, proporcionalno pretvoren u sekundarnu vrijednost od 0 ÷ 100 volti, dovodi se na zavojnicu upravljačkog releja, koji djeluje kao okidač.

Podešavanje postavki RKN releja ima osobitost: potrebno je uzeti u obzir nisku potrebnu razinu aktiviranja elementa za pokretanje, što jamči pad napona na 20 ÷ 25% nominalne vrijednosti.

To je zbog činjenice da u slučaju bliskih kratkih spojeva dolazi do kratkotrajnog "pada napona" koji se otklanja djelovanjem prekostrujnih zaštita. I stavke za pokretanje ILV-a moraju se vratiti ovim procesima. Međutim, nemoguće je koristiti konvencionalne tipove releja zbog njihovog nestabilnog rada na početnoj granici skale.

Za rad u početnim elementima ATS-a koriste se posebni dizajni releja koji isključuju vibracije i odbijanje kontakata kada se aktiviraju na nižim granicama.

Kada se oprema normalno napaja prema glavnom krugu, relej za nadzor napona jednostavno promatra ovaj način rada. Čim napon nestane, RKN prebacuje svoje kontakte i tako signalizira solenoidu da uključi solenoid pomoćnog prekidača kako bi ga aktivirao.

Istodobno se promatra određeni slijed aktivacije energetskih elemenata prve petlje, koji je uključen u upravljačku logiku ATS sustava tijekom njegove izrade i konfiguracije.

Osim gubitka napona na glavnom dalekovodu, za puni rad početnog elementa ATS-a obično je potrebno provjeriti još nekoliko uvjeta, na primjer:

• odsutnost neovlaštenog kratkog spoja u zaštićenom području;

• uključiti ulazni prekidač;

• prisutnost napona na rezervnom dalekovodu i neki drugi.

Svi početni čimbenici uneseni za rad ATS-a provjeravaju se u logičkom algoritmu i, ako su ispunjeni potrebni uvjeti, izdaje se naredba izvršnom tijelu, uzimajući u obzir zadanu postavku vremena.

Primjeri primjene nekih ATS shema

Ovisno o veličini radnog napona sustava i složenosti konfiguracije mreže, ATS krug može imati drugačiju strukturu, raditi na istosmjernoj ili izmjeničnoj struji ili uopće bez nje, koristeći glavni mrežni napon od 0,4 kV sklopovi.

ATS na visokonaponskom vodu pri konstantnoj pogonskoj struji

Pogledajmo ukratko logiku rada kruga releja rezervne snage s glavnim napajanjem #1.

Ako dođe do kratkog spoja u dijelu L-1, tada će zaštite isključiti sklopku V-1 i napon na spojnim sabirnicama će nestati. Podnaponski relej «H <» će to osjetiti kroz mjerni VT i djelovati dovodeći + radnu struju kroz RV kontakt, koji je radio s vremenskom odgodom, na RP svitak.

Njegovi kontakti će pokrenuti naredbe za aktiviranje brojnih releja koji obavljaju različite nadzorne funkcije i daju upravljački signal solenoidu za zatvaranje prekidača napajanja V-2.

Shema osigurava jednokratno djelovanje i oslobađanje informacija o aktiviranju iz signalnih releja.

ATS sekcijske sklopke pri konstantnoj radnoj struji

Radni energetski transformatori T1 i T2 napajaju svoj dio sabirnica odvojen od sekcijske sklopke V-5.

Kada se jedan od ovih transformatora isključi ili prekine, napajanje se dovodi do isključenog dijela prebacivanjem prekidača V-5. RPV relej omogućuje jednokratno automatsko zatvaranje.

Rad kruga temelji se na interakciji pomoćnih kontakata prekidača s dovodom + radne struje na zavojnice RPV releja i pokazivača smjera. Također omogućuje operativno ubrzanje operativnog sustava, koji dežurno osoblje pušta u rad tijekom prebacivanja.

Načelo formiranja logike rada ATS-a može se promijeniti. Na primjer, kada upravljate krugom s uključenim dodatnim prekidačem sekcije, kao što je prikazano na slici ispod, bit će potrebni dodatni pokretači i logički elementi.

ATS sekcijski prekidač u radu na izmjeničnu struju

Značajke rada automatizacije izvora koji koriste energiju iz onih koji se nalaze u trafostanici mjerenje VT, može se procijeniti prema sljedećoj shemi.

Ovdje kontrolu napona svake sekcije obavljaju 1PH i 2PH releji. Njihovi kontakti pokreću tijela za sinkronizaciju 1PB ili 2PB, koja djeluju preko blok kontakata i treptajućih zavojnica solenoida prekidača za napajanje.

Princip implementacije ATS korisnika 0,4 kV mreže

Pri stvaranju rezervnog napajanja za trofaznu mrežu koriste se magnetski starteri KM1, KM2 i kV minimalni naponski relej, koji kontrolira parametre glavnog voda L1.

Namoti startera povezani su iz istih faza svojih vodova preko kontakata logičke sklopke na uzemljenu neutralnu nulu, a kontakti za napajanje dodiruju sabirnice napajanja potrošača s obje strane.

Kontaktni sustav naponskog releja u svakom položaju povezuje samo jedan starter na mrežu. U prisustvu napona na liniji L1, kV će raditi i svojim kontaktom za zatvaranje uključit će zavojnicu startera KM1, koji će opskrbiti korisnika svojim strujnim krugom napajanja i spojiti njegovu signalnu lampicu, dok će onemogućiti namot KM2.

U slučaju prekida napona na L1, kV relej prekida strujni krug napajanja starterskog namota KM1 i pokreće KM2, koji za vod L2 obavlja iste funkcije kao KM1 za svoj krug u prethodnom slučaju.

Prekidači napajanja QF1 i QF2 koriste se za potpuno isključivanje strujnog kruga.

Isti algoritam može se uzeti kao osnova za izradu napajanja za odgovorne korisnike u jednofaznoj elektroenergetskoj mreži.Samo trebate isključiti nepotrebne elemente u njemu i koristiti jednofazne startere.

Značajke modernih ATS setova

Za objašnjenje principa algoritama automatizacije izgradnje, namjerno je korištena stara baza releja, što olakšava razumijevanje algoritama na djelu.

Moderni statički i mikroprocesorski uređaji rade na istim krugovima, ali imaju poboljšani izgled, manje veličine i praktičnije postavke i mogućnosti.

Izrađuju se u zasebnim blokovima ili u cijelim setovima sastavljenim u posebnim modulima.

Za industrijsku uporabu, ATS setovi se proizvode kao setovi koji su potpuno spremni za uporabu i nalaze se u posebnim zaštitnim kućištima.