Автоматическое включение резервного питания

Размещено на http://www.allbest.ru//

Размещено на http://www.allbest.ru//

Введение

Устройство автоматического включения резерва выполняет серьезные задачи в сетях электроснабжения. Большинство потребителей промышленных предприятий получают питание по двум линиям электроснабжения при помощи секции шин, разделенных на две секции, каждый потребитель получает питание по своей линии электроснабжения. При такой системе электроснабжения АВР выполняют на секционном выключателе. При выходе из строя линии или трансформатора устройство АВР восстанавливает питание, значительно сокращая простои технологического оборудования. Устройство АВР призвано упростить существующие схемы электроснабжения где необходимо резервирование питания. резервный пускатель устройство

Автоматическое включение резервного питания следует предусматривать в существующих схемах электроснабжения если потеря питания оборудования может привести к значительным затратам или повлечь за собой серьезные проблемы связанные с жизнью людей. При установке АВР необходимо учитывать перегрузочную способность схемы электроснабжения не только в нормальном но и в аварийном режиме работы, так как выход из строя линии с последующем включением АВР вызовет значительный перегруз существующего оборудования.

Автоматическое включение резервного питания и оборудования линий, силовых трансформаторов, генераторов, электродвигателей, электрического освещения, как правило, происходит после их отключения любыми видами защит, а также при ошибочных действиях обслуживающего персонала или самопроизвольном отключении выключателей.

1.Требования к устройствам АВР

Если система электроснабжение имеет более двух источников питания, целесообразно питание такой системы осуществлять по разомкнутой системе. В этой системе оба источника питания включены и обеспечивают электроснабжение своей группы потребителей. Такой режим работы во многом упрощает существующую схему электроснабжения и уменьшает токи короткого замыкания в системе. Однако надежность схемы, выполненная по разомкнутой системе значительно уступает в надежности системе выполненной по замкнотому принципу, так как выход из строя одного из вводов повлечет за собой остановку оборудования запитанного с этой линии. Для таких систем, опираясь на категорию потребителей по надежности электроснабжения, используют устройства автоматического включения резервного источника (УАВР). С помощью УАВР можно восстановить питание на любом из вводов при помощи их взаимного резервирования.

Применяют различные схемы УАВР, однако все они должны удовлетворять изложенным ниже основным требованиям.

1. Устройство должно постоянно находится в состоянии готовности к пуску и сработать при выходе из строй одного из питающих вводов и наличии нормального напряжения на другом вводе, который является резервным. Устройство автоматического включения резерва должно не допускать включение на резервного источника на короткое замыкание и отключать автомат питания основного источника. Состояние выключателя должно контролироваться вспомогательными контактами или различными реле, которые должны быть использованы в схеме включения резервного источника питания. Воздействующей величиной на АВР является напряжении, так именно оно является свидетелем прекращения питания по одному из вводов. При снижении напряжения до определенного значения УАВР приходит в действие.

2. Чтобы сократить время потери питания потребителей, АВР должен иметь минимально возможное время срабатывания. Минимальное время необходимо для того чтобы исключить срабатывания УАВР при коротких замыканиях на элементах сети, связанных с рабочим источником питания, если при этом напряжение на резервируемых шинах станет ниже напряжения срабатывания устройства АВР. Эти повреждения отключаются быстродействующими защитами поврежденных элементов. Временной интервал действия УАВР должен быть согласован с действиями автоматического повторного включения (УАПВ) и действием других устройств АВР, расположенных ближе к рабочему источнику питания.

3. Устройство должно обладать однократностью действия для того чтобы предотвратить многократное включение резервного источника питания на устойчивое короткое замыкание.

4. Обеспечивать вместе с защитой быстрое отключение резервного источника питания и его потребителей от поврежденной резервируемой секции шин и тем самым сохранять их нормальную работу. Для этого предусматривается ускорение защиты после АВР.

5. Не допускать опасных несинхронных включений синхронных электродвигателей и перегрузок оборудования.

2. Базовая схема АВР

Базовая схема АВР представлена на рис.1

рис.1

В представленной схеме используется электромагнитное реле K1 с мощным переключающим контактом. Обычно такая схема применяется в однофазных сетях с током нагрузки не более 8А. В данной схеме катушка реле питается от основного ввода, и в нормальном режиме его сердечник притянут, левый по схеме контакт К1 замкнут, правый разомкнут. При пропадании напряжения на основном вводе катушка реле отпускает сердечник, левый контакт размыкается, а правый становится замкнутым. Питание на нагрузку поступает от резервного ввода.

3. Усложненная схема АВР

Более сложная схема АВР представлена на рис.2

рис.2

Рассмотрим работу схемы изображенной на рис.3. В рабочем состоянии автоматы SA1 и SA2 включены. При наличии на основном вводе на К1 поступает питание, его контакт К1.1 замкнут, и потребители получают питание через него. В случае исчезновения напряжения реле К1 обесточивается, К1.1 размыкается, а К1.2 наоборот, замыкается. Схема готова к питанию от резервного источника и, при наличии на нем напряжения, подача электроэнергии потребителям возобновляется.

Схема имеет ряд недостатков. Во-первых, в качестве К1 нужно выбирать мощное реле, которое достаточно дефицитное. Обычно предлагаются реле на коммутируемый ток до 16А. На большие токи, казалось бы, можно в качестве К1 взять контактор, но попробуйте найти контактор с размыкающим силовым контактом. Поэтому данная схема и предлагается для маломощных, до 16А, подключений. Если у реле есть несколько контактных групп, то можно их запараллелить, но такое редко делается, обычно для больших токов берется схема с реверсивным пускателем либо на симисторах. К недостаткам данной схемы можно отнести то, что катушка К1 включена до прибора учета.

Рассмотрим работу еще одной схемы представленной на рис.3

рис.3

В схеме изображенной на рис.3 используется контактор VS463-22-230. Здесь, в отличие от предыдущей схемы, коммутируется как фазный, так и нулевой провода, что исключает попадание тока от генератора в сеть. Один замыкающий контакт К1.1 включен до катушки, что не позволит контактору самопроизвольно включаться при повторном появлении напряжения на главном вводе после отключения. При появлении напряжения на основном вводе, чтобы заново запитаться от него, нужно кратковременно нажать кнопку SB1, после чего контактор включится и замкнет контакты К1.1 и К1.2, одновременно с этим разомкнет К1.3 и К1.4.

При пропадании напряжения на главном вводе К1.1 и К1.2 отключаются, а питание в дом поступает от резерва через К1.3 и К1.4. В качестве резерва используется какой-либо автономный источник электроэнергии, поэтому он подключается, минуя счетчик. Если резервный источник настроен так, что он автоматически отключается при возобновлении питания на основном вводе, то схему нужно изменить - убрать кнопку SB1, а К1.1 перенести ниже по схеме, в разрыв фазного провода непосредственно перед Q1, а катушку запитать напрямую к выходам счетчика.

4. Алгоритм работы схемы УАВР

Система АВР должна работать по определенному алгоритму, учитывающему возможное поведение оборудования и внешние факторы. Приводится типичная блок-схема бытовой системы АВР (см.рис.4)

рис.4

При сбое в электроснабжении система сначала выжидает несколько секунд и, если положение не нормализовалось, идет команда на запуск автономного генератора. Начинается отсчет времени, необходимого для запуска приводного двигателя. На представленной схеме ожидание равно 20 секундам, но может быть и другим, в зависимости от конкретного двигателя.

В случае удачного запуска, если никакая защита не обнаруживает ненормальных режимов, идет отключение потребителя от питающей сети, и после этого - подключение к резервному источнику, который к этому времени уже запущен, и готов принять нагрузку. После этого потребители начинают работать от резервного источника электропитания. В случае неудачного запуска делается пауза в 10 секунд и после этого предпринимается попытка повторного запуска. А в случае и второй неудавшейся попытки предпринимается третья по тому же алгоритму. В случае третьей неудачи попытки запуска прекращаются, а сигнализация показывает, что двигатель запустить не удалось. При восстановлении электроснабжения на основном вводе выжидается одна минута и, если за этот промежуток времени сбоев не происходит, то питание переключается на основной ввод. Двигатель генератора еще 2 минуты работает и, если на основном вводе все нормально, генератор останавливается. Для повторных запусков в представленной схеме используются реле РСИ-П3, которое подсчитывает количество импульсов, поступающих на счетный вход и, по истечении заданного числа срабатываний (можно выставлять от 1 до 999), срабатывает. Реле выпускается на рабочее напряжение 220 и 24 В. Но так как на бензогенераторе установлен аккумулятор напряжением 12 В, то оно здесь не применено.

5. Секционированные системы АВР

В качестве примера рассмотрим УАВР на секционном выключателе схемы сети изображенной на рис.5

рис.5 а) схема с устройством АВР на секционном выключателе, б,в) графики изменения напряжения на резервируемой секции шин при коротком замыкании

В этой схеме шины секционированы; секционный выключатель Q5 отключен. Каждая секция питается от отдельного источника. Схему УАВР можно выполнить так, что устройство будет действовать на включение секционного выключателя Q5 при отключении любого из источников питания и исчезновения напряжения на любой секции шин. В том случае осуществляется взаимное резервирование с помощью УАВР двухстороннего действия. Но прежде чем включить выключатель Q5, устройство АВР должно отключить выключатель Q2 или Q4, если он остался включенным при исчезновении напряжения на соответствующей секции шин. Для этой цели в схему УАВР вводят пусковой орган, в котором обычно применяют минимальные реле напряжения. В общем случае УАВР содержит также орган выдержки времени. Если резервируемой является одна из секций, например секция 1, то УАВР включает выключатель Q5 только при исчезновении напряжения на этой секции, предварительно отключив выключатель Q2, т. е. осуществляет одностороннее действие. Для удовлетворения основных требований, предъявляемых к УАВР, параметры пускового органа и органа выдержки времени выбирают следующим образом.

Минимальный пусковой орган напряжения должен срабатывать при понижениях напряжения на шинах, например секции 1, до U ост.к, вызванных короткими замыканиями в точках Ki--Кз (за элементами с сосредоточенными параметрами). Эти повреждения обычно отключаются защитой с выдержкой времени третьей ступени tс.з111 . Характер изменения напряжения на шинах секции 1 и напряжение срабатывания представлены на рис. 5,в.

U с.р1 < Uo ст.к /( k отс Ku ) (1)

где kотс ==1,1 ... 1,2.

При к.з. в точках К4--К6 устройство АВР тоже не должно срабатывать. В этих случаях напряжение на шинах секции 1 может снизиться практически до нуля (рис.5,б), и минимальные реле напряжения срабатывают. Короткие замыкания в точках К4--К6 ликвидируются быстродействующими защитами с выдержкой времени t1 с.з. , а реле напряжения будет находиться в положении после срабатывания в течение времени t1 с.з +tо.в . После отключения поврежденного элемента напряжение на шинах секции 1 начинает восстанавливаться и осуществляется самозапуск электродвигателей. Для того чтобы исключить действие УАВР, в этом случае необходимо соответствующим образом выбрать выдержку времени tавр1 и обеспечить возврат минимальных реле напряжения в исходное состояние при напряжениях, не больших значения Uост.сзп . Это второе условие выбора напряжения срабатывания

U с . р 1 < = U остсзп /(K в Котс К u ), (2)

Где Kв=1,25--коэффициент возврата.

Принимается меньшее значение напряжения срабатывания, полученное из выражений (1) и (2). В расчетах часто принимают

U с.р1 =(0,25...0,4)( U ном / Ku ). (3)

Оно обычно удовлетворяет обоим условиям. При этом выдержка времени должна быть больше времени tс.з+tо.в (см. рис. 5,б). Обычно в расчетах принимают наибольшую выдержку времени защит присоединений, отходящих от шин источника питания ИП 1 и от шин секции 1, т. е.

t авр1 > t с.з. m ах + t (4)

В некоторых схемах УАВР пусковой орган (минимальное реле напряжения) и орган выдержки времени объединены в одном реле. Если на резервируемом элементе системы электроснабжения (например, на линии Л1} имеется устройство АПВ, то время tавр1 . Должно согласовываться с временем действия УАПВ tапв1 чтобы УАВР действовало только после неуспешного действия УАПВ. Для этого время tавр1 полученное из выражения (4), Необходимо увеличить при однократном УАПВ на значение tапв1. Если в системе электроснабжения (рис. 5, а) наряду с рассматриваемым устройством АВР имеется УАВР, расположенное ближе к рабочему источнику питания, то его время действия t/ авр1.выбирается с учетом сказанного, а для рассматриваемого УАВР должно .выполняться дополнительное условие Время tзап в зависимости от типов выключателей и реле времени в схемах УАВР принимается 2--3 с.

В условиях эксплуатации случаются перегорания предохранителей или другие неисправности в цепях трансформаторов напряжения. При этом возможны срабатывания минимальных реле напряжения пускового органа. Для предотвращения ложных действий устройства АВР имеется ряд способов, например в пусковом органе используют два минимальных реле напряжения, включенные на разные трансформаторы напряжения. Для этих же целей в пусковом органе вместе с минимальным реле напряжения используют минимальное реле тока, включенное на ток питающей линии Л1 (рис. 5, а). Такой комбинированный пусковой орган срабатывает лишь тогда, когда вместе с исчезновением напряжения на шинах исчезает ток в линии. Ток срабатывания реле отстраивается от минимального рабочего тока Iраб. min питающей линии по условию

I с.з .= I раб. min /( K отс К1 ) (5)

где Котс = 1,5.

В этом случае выдержка времени tАВР1 , определяемая из условия (4), согласуется только с защитой, действующей при к.з. в точке К6. Если к резервируемым шинам подключены синхронные электродвигатели и компенсаторы, то при отключении рабочего источника питания на шинах в течение некоторого времени поддерживается остаточное напряжение благодаря разряду электромагнитной энергии, запасенной этими электродвигателями и компенсаторами. Значение этого напряжения снижается постепенно, поэтому минимальное реле напряжения УАВР может подействовать с замедлением, достигающим tс.р=1 с и более. Такое замедление нежелательно. Избежать его можно, если вместо минимального реле напряжения использовать реле понижения частоты. Это возможно, так как снижается не только значение, но и частота остаточного напряжения, причем время снижения частоты до значения уставки срабатывания, равной 46--47 Гц, обычно не превышает 0,2--0,3с, т. е. всегда значительно меньше, чем время снижения остаточного напряжения от первоначального значения до уставки срабатывания минимального реле напряжения. Действие устройства АВР имеет смысл при наличии напряжения на резервном источнике питания. Поэтому в пусковой орган УАВР включают максимальное реле напряжения, контролирующее наличие напряжения на резервном источнике питания, на шинах секции II. При минимальном рабочем напряжении Uраб min реле должно находиться в состоянии после срабатывания, разрешая действие пускового органа УАВР. Это обеспечивается выбором его напряжения срабатывания по условию

Uc . p 2 = Upa б mln /(Кв Котс К u ), (6)

где Котс ==l,5...1,7--коэффициент отстройки; Кв==0,8--коэффициент возврата. В расчетах обычно принимают Uc.p 2 = (0,65 ...0,7) (Uном /Ки ). Требование однократности действия УАВР удовлетворяется, если принять продолжительность воздействия на включение выключателя Q5 (рис. 5, а)

t АВР2 = t в.в. + t зап (7)

где tв.в --время включения выключателя Q5; tзап ==0,3 ...0,5 с.

Включенный от УАВР выключатель должен иметь защиту, действующую с ускорением после АВР. В том случае, если при действии УАВР резервный источник питания перегружается и не обеспечивает самозапуск электродвигателей, следует отключить часть нагрузки, например, минимальной защитой напряжения.

6. АВР на магнитных пускателях

Схема АВР на магнитных пускателях представлена на рис.6

рис.6

Порядок работы изображенной на рис 6: включаем поочередно SA1 и SA2. Если напряжение было на вводе 1, то оно будет питать нагрузку, ввод 2 будет резервным. При исчезновении напряжения на вводе 1 питание переключится на ввод 2. При повторном появлении напряжения на вводе 1 ничего не произойдет до того момента, пока не пропадет напряжение на вводе 2. Тогда питание опять переключится на ввод 1. Схема достаточно надежная даже без механической блокировки пускателей. Чтобы переключить питание на другой ввод, достаточно кратковременно отключить питание ввода автоматом SA1 или SA2.

Логика работы схемы выглядит следующим образом. Замыкающие контакты контакторов должны быть рассчитаны на полный ток нагрузки, для размыкающих это неважно (они используются как блок-контакты). В настоящее время промышленность в большом ассортименте выпускает готовые блоки АВР. В основном, это программируемый контроллер в блоке с выходными реле. Наиболее ходовые и дешевые устройства обычно делаются для монтажа на din-рейку, шириной примерно в 15 стандартных однополюсных автоматов.

7. Элементы системы АВР

В качестве устройств автоматического ввода резерва можно использовать блок питания AVR-01 (см.рис7).

рис.7

Функции AVR-01: Блок контролирует параметры напряжения на основном и резервном вводах питания. Нагрузка подключается к основному вводу. При аварии на основном вводе нагрузка переключается на резервный. При восстановлении напряжения нагрузка переключается на основной ввод питания.

Функциональные особенности:

1. Контроль чередования фаз.

2. Контроль асимметрии между фазами.

3. Контроль верхнего и нижнего значения напряжения.

4. Контроль состояния контактов контактора.

5. Внешние входы аварийного отключения вводов.

Напряжение питания: 230 В АС(питание от фазы C)

Количество вводов: 2

Максимальный ток контактов реле: 2х8А АС1

Максимальный ток катушки контактора: 2А

Контакт 2х(1Z,1R)

Порог напряжения - регулируемый:

нижний U1 160 - 210 В

верхний U2 230 - 260 В

Время отключения:

для нижнего порога U1 2 сек.

для верхнего порога U2 0,1 сек.

Время переключения с основного на резервный ввод 0,5 сек.

Время включения основного ввода при восстановлении напряжения, регулируемое 2 сек.- 10 мин.

Еще к одному реле системы АВР относится реле РСИ-П3.

рис.8

Крепление реле осуществляется как с помощью съемных винтовых зажимов, так и стандартно на din-рейку, в зависимости от модификации. На лицевой панели реле расположен трехдекадный переключатель «Уставка» для установки заданного количества импульсов, поступающих на вход «Y1», индикатор включения напряжения питания «Сеть», индикатор срабатывания встроенного электромагнитного реле «Реле» и DIP - переключатель «Функция» для выбора диаграммы работы и интервала времени, когда будет включено встроенное исполнительное реле. DIP-переключатель состоит из четырех независимых контактных пар (переключателей).

Реле имеет 8 значений выдержки времени, которые выбираются с помощью контактных пар 1,2,3 DIP - переключателя «Функция». Диаграмма работы выбирается с помощью переключателя 4 в соответствии с таблицей. Таблица расположена на боковой стенке устройства. Когда переключатель 4 находится в нижнем положении, работа реле начинается с «импульса». Встроенное исполнительное реле (далее реле) включается одновременно с подачей питания на прибор и выключается после отсчета заданного количества импульсов (уставки) «N» на переключателе «Уставка». Время выключения реле определяется установленной выдержкой времени «t» в соответствии с диаграммой. Верхнее положение 4 переключателя соответствует работе реле с «паузы» (при подаче питания реле остается в выключенном состоянии). Реле включается после отсчета уставки «N» на время установленной выдержки времени «t». Когда реле включено, замкнуты контакты 15-18 и 25-28 и включен желтый индикатор «Реле», когда выключено - замкнуты контакты 15-16 и 25-26, желтый индикатор выключен.

Обнуление сосчитанного количества импульсов или установка реле в исходное состояние во время отсчета установленной выдержки времени осуществляется по переднему фронту команды «Сброс». По заднему фронту команды «Сброс» счет импульсов заново возобновляется. Во время действия команды «Сброс» счетный вход заблокирован. Команда «Сброс» подается на вход «Y2». Имеется возможность изменения уставки во время подсчета импульсов. При изменении уставки в меньшую сторону и, если сосчитанное количество импульсов оказывается больше значения новой уставки, реле переключится на установленное время «t» согласно выбранной диаграмме работы и вернется в исходное состояние, при этом счетчик обнулится. В других случаях подсчет импульсов будет продолжен до установленного нового значения.

Напряжение питания АСDС24 В подается на клеммы «+А3» и «А2» (причем при постоянном напряжении плюс подается строго на +А3), а напряжение АС220 В - на клеммы «А1» и «А2». Сигналы внешнего сброса и входных импульсов можно сформировать путем замыкания и размыкания клемм «Y1», «Y2» с «А1»при напряжении питании АС220В или клемм «Y1», «Y2» и «+А3»при напряжении питания АСDС24 В. Схема подключения реле приведена на рис.3,4 и на шильдике, расположенном на корпусе реле. При изменении временных интервалов и диаграммы работы реле необходимо выключить.

Технические характеристики реле:

Время готовности не более 0,15 с

Максимальная частота следования импульсов 25 Гц

Максимальное коммутируемое напряжение 400В

Максимальный коммутируемый ток при активной нагрузке 5А

Заключение

Устройства АВР в системах электроснабжениях является одним из важных элементов в построении схемы электроснабжения. Используются в системах, где требуется осуществления резервирования между вводами, не только в системах электроснабжения промышленных предприятий, где применяются сложные УАВР между секциями шин трансформаторных подстанций, но и для электроснабжения бытовых потребителей. АВР может представлять собой не только устройство, заключенное в одном блоке, но и сложные релейные схемы, применяемые на промышленных предприятиях. Работоспособности АВР уделяется огромное значение.

Список используемой литературы

1. Алиев И.И. Справочник по электротехнике и электрооборудованию: Учебное пособие для студентов ВУЗов. 2-е. изд., доп. - М.: Высшая школа, 2002 г. - 255 с.

3. Гловацкий В.Г., Пономарев И.В. современные средства релейной защиты и автоматики электросетей. М.: «Энергомашин», 4 электронная версия, 2004г.

4. Кудрин Б.И. Электроснабжение промышленных предприятий: учебник для студентов высших учебных заведений/ Кудрин Б.И. - 2-е изд. - М.: Интермет Инжиниринг, 2006. - 672 с.: ил.

5. Овчаренко Н.И. Микропроцессорная релейная защита и автоматика линий электропередачи ВН и СВН. Часть 1. - М.: НТФ «Прогресс», 2007. - 52 с.:

6. Павлов Г.М. Меркурьев Г.В. Автоматика энергосистем 2001. 388с. Издат-во: НОУ "Центр подготовки кадров энергетики " Санкт-Петербург.

7. Правила устройства электроустановок. - М.: Кнорус, 2009. - 488 с

8. В. А. Андреев Релейная защита и автоматика систем электроснабжения: Учебник для вузов / В.А. Андреев. - 4-е изд. Перераб. и доб. - М.: Высш. шк., 2006. - 639 с.

Размещено на Allbest.ru