Hur automatic transfer switching devices (ATS) fungerar i elektriska nätverk

I en artikel som beskriver arbetet automatiska stängningsanordningar, fallen av avbrott i strömförsörjningen på grund av olika skäl och metoder för dess återställande genom automatisk överföring av kraftledningar i händelse av att orsakerna till nödsituationer har försvunnit och upphört att fungera.

En fågel som flyger mellan ledningarna i en luftledning kan skapa en kortslutning genom sina vingar. Detta gör att spänningen tas bort från luftledningen genom att strömbrytarskyddet för transformatorstationen löser ut.

Efter några sekunder kommer de automatiska återstängningsanordningarna att återställa elförsörjningen till konsumenterna, och skyddet vid denna tidpunkt kommer inte längre att stänga av det, eftersom fågeln som träffas av strömmen kommer att ha tid att falla till marken.

Men om ett närliggande träd faller på den överliggande kraftledningen från en vindpust av orkanvind, bryter stödet, kommer en lång kortslutning att inträffa, ledningarna kommer att gå sönder, vilket kommer att utesluta den snabba automatiska återställningen av ström till de anslutna objekten.

Alla användare av denna linje kommer inte att kunna få ström förrän reparationsarbetet är slutfört, vilket kan ta flera dagar...

Föreställ dig att sådana skador uppstår på en ledning som levererar el till en regional stad med stora produktionsanläggningar, såsom användning av automatiska elektriska ugnar för att smälta glas.

Vid strömavbrott slutar smältbaden att fungera och allt flytande glas stelnar. Som ett resultat kommer företaget att drabbas av enorma materiella förluster, kommer att ställas inför behovet av att stoppa produktionen, utföra dyra reparationer...

För att undvika sådana situationer i alla stora produktionsanläggningar tillhandahålls en reservkraftkälla, bestående av en reservkraftledning från en annan transformatorstation eller en egen kraftfull generator.

Du måste snabbt och pålitligt byta till ström från den. Automatiska överföringsomkopplare, förkortade ATS, används för detta ändamål.

Således är den övervägda automatiseringen utformad för att kontinuerligt förse ansvariga konsumenter med elektricitet i händelse av allvarliga fel på huvudströmledningen på grund av den snabba aktiveringen av reservkällan.

ATS krav

Enheter för automatisk införande av reservkraft måste aktiveras:

• så snart som möjligt efter en förlust av elektricitet på huvudlinjen;

• i händelse av spänningsbortfall på användarens egna bussar, utan att analysera orsakerna till felet, om blockeringen av starten av en viss typ av skydd inte tillhandahålls. Till exempel måste däckens bågskydd blockera starten av den automatiska överföringsomkopplaren för att förhindra utvecklingen av den resulterande olyckan;

• med nödvändig fördröjning när man utför vissa tekniska cykler. Till exempel, när du slår på under belastningen av kraftfulla elmotorer, är ett "spänningsfall" möjligt, som slutar snabbt;

• alltid bara en gång, för annars är det möjligt att slå på flera gånger för en irreparabel kortslutning, vilket helt kan förstöra ett balanserat elsystem.

Ett naturligt krav för tillförlitlig drift av kretsen är dess ständiga underhåll i gott skick och automatisk kontroll av tekniska parametrar.

Fördelar med ATS framför parallellförsörjning från två källor

Vid första anblicken, för att driva ansvarsfulla konsumenter, kan du helt klara av att samtidigt koppla dem till två olika ledningar som tar energi från olika generatorer. Sedan, i händelse av en olycka på en av luftledningarna, kommer denna krets att bryta, och den andra kommer att förbli i drift och ge kontinuerlig kraft.

Sådana system har redan skapats, men har inte fått masspraktisk tillämpning på grund av följande nackdelar:

• i händelse av en kortslutning på endera linjen ökar strömmarna avsevärt på grund av tillförseln av energi från båda generatorerna;

• effektförlusterna i transformatorstationer ökar;

• energihanteringsschemat blir mycket mer komplext på grund av användningen av algoritmer som samtidigt tar hänsyn till användarens tillstånd och två generatorer, förekomsten av energiflöden;

• komplexiteten i att implementera skydden sammankopplade av algoritmer vid de tre avlägsna ändarna.

Därför anses strömförsörjning av användaren från en huvudkälla och automatisk överföring till reservgeneratorn i händelse av ett strömavbrott vara det mest lovande. Strömavbrottstiden med denna metod kan vara mindre än 1 sekund.

Funktioner för att skapa ATS-scheman

En av följande algoritmer kan användas för att styra automatiseringen:

• enkelriktad strömförsörjning från en arbetsplats med ett extra varmt standby-läge, som endast tas i drift vid förlust av spänning från huvudkällan;

• möjligheten till bilateral användning av var och en av källorna som en arbetsstation;

• förmågan hos ATS-kretsen att automatiskt återgå till ström från den primära källan efter att spänningen återställts till ingångsomkopplarbussarna. I detta fall skapas en sekvens av aktivering av kraftomkopplingsanordningar, exklusive möjligheten att ansluta användaren till läget för parallell effekt från två källor;

• ett enkelt ATS-schema som utesluter övergången till strömåterställningsläget från huvudkällan i automatiskt läge;

• reservströmförsörjningen bör endast införas om arrangemang har gjorts för att mata spänning till det defekta huvudströmförsörjningselementet genom att stänga av den relevanta strömbrytaren.

Till skillnad från automatisk återförslutning, automatisk återförslutning, visar ATS-enheter den högsta effektiviteten vid strömavbrott, beräknat till 90 ÷ 95 %. Därför används de ofta i strömförsörjningssystem för industriföretag.

Automatisk påslagning av reserven används för att driva kraftledningar, transformatorer (strömförsörjning och hjälpbehov), sektionsbrytare.

Principerna bakom OVD:s arbete

För att analysera spänningen på huvudströmledningen används en mätanordning, som består av ett spänningskontrollrelä RKN i kombination med en mättransformator och dess kretsar. Högspänningsspänningen i det primära nätverket, proportionellt omvandlad till ett sekundärt värde på 0 ÷ 100 volt, matas till styrreläets spole, som fungerar som en trigger.

Inställningen av RKN-reläinställningarna har en egenhet: det är nödvändigt att ta hänsyn till den låga erforderliga aktiveringsnivån för manöverelementet, vilket garanterar spänningsfallet till 20 ÷ 25% av det nominella värdet.

Detta beror på det faktum att i fallet med nära kortslutningar uppstår ett kortvarigt "spänningsfall", vilket elimineras genom driften av överströmsskydd. Och ILV-startobjekt måste återställas av dessa processer. Det är dock omöjligt att använda konventionella typer av reläer på grund av deras instabila funktion vid den initiala skalgränsen.

För drift i startelementen för ATS används speciella reläkonstruktioner, som utesluter vibrationer och studs av kontakter när de aktiveras vid lägre gränser.

När utrustningen normalt drivs enligt huvudkretsen, observerar spänningsövervakningsreläet helt enkelt detta läge. Så snart spänningen försvinner växlar RKN sina kontakter och signalerar därmed solenoiden att slå på reservströmbrytarens solenoid för att aktivera den.

Samtidigt observeras en viss sekvens av aktivering av kraftelementen i den första slingan, som ingår i ATS-systemets kontrolllogik under dess skapelse och konfiguration.

Förutom spänningsförlusten på huvudströmledningen, för full drift av startelementet för ATS, är det vanligtvis nödvändigt att kontrollera några fler förhållanden, till exempel:

• frånvaro av otillåten kortslutning i det skyddade området;

• slå på ingångsomkopplaren;

• närvaron av spänning på reservkraftledningen och några andra.

Alla initiala faktorer som anges för driften av ATS kontrolleras i den logiska algoritmen och, om de nödvändiga villkoren är uppfyllda, utfärdas ett kommando till det verkställande organet, med hänsyn till den inställda tidsinställningen.

Exempel på tillämpning av vissa ATS-system

Beroende på storleken på systemets driftsspänning och komplexiteten i nätverkskonfigurationen, kan ATS-kretsen ha en annan struktur, köras på lik- eller växelström, eller klara sig utan den alls, med huvudnätets spänning i 0,4 kV kretsar.

ATS på en högspänningsledning vid konstant driftström

Låt oss kort titta på logiken för driften av reservkraftreläkretsen med huvudströmförsörjningen #1.

Om en kortslutning uppstår i L-1-sektionen kommer skydden att stänga av omkopplaren V-1 och spänningen på de anslutande bussarna försvinner. Underspänningsreläet «H <» känner av detta genom mät-VT och fungerar genom att mata + driftström genom RV-kontakten, som har fungerat med tidsfördröjning, till RP-spolen.

Dess kontakter kommer att utlösa kommandon för att aktivera ett antal reläer som utför olika övervakningsfunktioner och ger en styrsignal till V-2-strömbrytarens stängningssolenoid.

Schemat tillhandahåller enkel åtgärd och frigöring av aktiveringsinformation från signalreläer.

ATS för en sektionsomkopplare vid konstant driftström

Driftkrafttransformatorerna T1 och T2 försörjer sin del av samlingsskenorna frånkopplad från sektionsomkopplaren V-5.

När en av dessa transformatorer utlöses eller avbryts, tillförs ström till den utlösta sektionen genom att byta V-5-omkopplaren. RPV-reläet ger en engångsautomatisk stängning.

Driften av kretsen är baserad på interaktionen mellan omkopplarens hjälpkontakter med tillförseln av + driftström till RPV-reläets spolar och blinkersen. Det tillhandahåller också operationsacceleration av operativsystemet, som sätts i drift under växlingarna av tjänstgörande personal.

Principen för bildandet av driftlogiken för ATS kan ändras. Till exempel, när du använder en krets med en extra sektionsomkopplare inkluderad, som visas på bilden nedan, kommer ytterligare starter och logiska element att krävas.

ATS sektionsbrytare i växelströmsdrift

Funktioner för driften av automatisering av källor som använder energi från de som finns i transformatorstationen VT-mätning, kan uppskattas enligt följande schema.

Här görs spänningsstyrningen av varje sektion av 1PH- och 2PH-reläerna. Deras kontakter påverkar synkroniseringskropparna 1PB eller 2PB, som verkar genom blockkontakterna och blinkande spolar på strömbrytarens solenoider.

Principen för implementering av ATS för användare av ett 0,4 kV-nätverk

När du skapar en reservströmförsörjning för ett trefasnätverk används magnetiska startanordningar KM1, KM2 och ett kV minimispänningsrelä, som styr parametrarna för huvudledningen L1.

Startlindningarna är anslutna från samma faser av sina ledningar genom de logiska omkopplingskontakterna till den jordade nollan, och kraftkontakterna tappar in i konsumentens matningsskenor på båda sidor.

Spänningsreläets kontaktsystem i varje läge ansluter endast en startmotor till elnätet. I närvaro av spänning på L1-linjen kommer kV att fungera och med sin stängningskontakt slå på startspolen KM1, som kommer att förse användaren med sin matningskrets och ansluta dess signalljus, samtidigt som KM2-lindningen inaktiveras.

Vid spänningsavbrott på L1 avbryter kV-reläet startlindningens KM1 matningskrets och startar KM2, som utför samma funktioner för L2-ledningen som KM1 för sin krets i föregående fall.

Strömbrytare QF1 och QF2 används för att helt avaktivera kretsen.

Samma algoritm kan användas som grund för att skapa en strömförsörjning för ansvarsfulla användare i ett enfas kraftnät.Du behöver bara stänga av de onödiga elementen i den och använda enfasstartare.

Funktioner hos moderna ATS-set

För att förklara principerna för byggnadsautomationsalgoritmer har den gamla reläbasen medvetet använts, vilket gör det lättare att förstå algoritmerna i arbete.

Moderna statiska enheter och mikroprocessorer fungerar på samma kretsar, men har förbättrat utseende, mindre storlekar och har mer bekväma inställningar och möjligheter.

De skapas i separata block eller i hela uppsättningar sammansatta i specialmoduler.

För industriellt bruk tillverkas ATS-satser som helt färdiga att använda satser inrymda i speciella skyddskåpor.