В нормальном режиме электроснабжения энергия предоставляется энергокомпанией и подводится к месту ее использования. Когда основной ее источник перестает работать, мощность от второго сетевого ввода или используемого резервного генератора должна вручную или автоматически подаваться к нагрузкам, для чего служит схема АВР (автоматического ввода резерва). Ее основной задачей является перераспределение мощности от энергосистемы на резервный источник питания.
III-я категория надежности электроснабжения
Как известно, энергоснабжающие компании делят всех своих потребителей, т. е. тех лиц (юридических и физических), с которыми они заключают договоры на поставку электроэнергии, на три категории по степени надежности электроснабжения. Самая низкая надежность у 3-й категории. Такому клиенту энергетики предоставляют всего один трехфазный ввод напряжения 6 или 10 кВ (иногда и 400 В) или однофазный ввод 230 В от одной питающей подстанции, но и стоимость присоединения нагрузок к сети по этой категории минимальная – достаточно установить простую однотрансформаторную КТП и соединить ее с ближайшей ВЛ электропередачи.
Нужна ли для III-й категории схема АВР?
ПУЭ допускает возможность питания по такой схеме, если энергетики гарантируют восстановление питания после аварий за время не более суток. А если это не так? Тогда нужет резервный источник электропитания, в качестве которого обычно выступает бензоэлектрический агрегат или дизель-генератор. В прежние времена потребители вручную подключали свои нагрузки к ним и запускали их в работу. Но по мере развития автоматики этих изделий возникла возможность выполнения их пуска без участия человека.
А раз можно пускать дизель-генератор автоматически, то точно так же можно и подключить к нему нагрузки потребителя. Так и возникла современная концепция двухвводного АВР, электрическая схема которого, приведенная ниже, уже становится стандартом электроснабжения частного дома.
II-я категория: нужен ли ей АВР
Если потребитель заказывает два сетевых ввода электропитания, то он переходит уже в следующую категорию - вторую. В этом случае энергетики, как правило, требуют от клиентов оплатить строительство двухтрансформаторной подстанции. В простейшем варианте она содержит две секции шин (это просто алюминиевые или в лучшем случае медные полосы) высокого напряжения со своими вводными выключателями, к каждой из которых присоединяется только один из вводов высокого напряжения (6 или 10 кВ). Между секциями расположен так называемый секционный выключатель. Если он разомкнут, то каждый высоковольтный ввод может питать только один трансформатор (как правило, в работе находится только один из двух, второй находится в резерве – и это также типовое требование энергетиков). При пропадании напряжения на одном из вводов, электрик потребителя может вручную включить секционный выключатель и подать нагрузку на постоянно работающий трансформатор с другого высоковольтного ввода.
Такие потребители, вообще-то, не нуждаются в наличии АВР. Однако в последнее десятилетие энергетики зачастую предлагают им устанавливать их в типовых двухтрансформаторных подстанциях на стороне низкого напряжения. Такой щит АВР имеет два ввода от обмоток низкого напряжения разных трансформаторов (они оба должны находиться под напряжением, но нагружен в любой момент времени только один из них) и один выход на шины низкого напряжения, к которым подключены все нагрузки.
I-я категория – АВР обязателен
А вот если потребителя в принципе не устраивает временная задержка на ручное переключение вводов, то он вынужден в обязательном порядке применять АВР и переходить в следующую категорию надежности электроснабжения – первую. В простейшем варианте принципиальная схема АВР может содержать два ввода от тех же двух секций высоковольных шин подстанции и блок включения секционного выключателя (обычно вакуумного). Если напряжение пропадает на питающем вводе, то автоматика отключает его вводной выключатель и включает секционный. После этого на объединенные шины напряжение поступает уже со второго ввода. АВР на два ввода в этом случае может быть выполнен и на стороне низкого напряжения подстанции, как было описано выше.
Но из потребителей I-й категории ПУЭ выделяет так называемую особую группу, входящим в которую недостаточно двух сетевых вводов электропитания, а обязательно нужен еще и третий резервный ввод, выполняемый обычно от дизель-генератора. В этом случае необходим АВР на 3 ввода. Схема его выполняется на низком напряжении.
Как работает устройство АВР с генераторным вводом
В последнее время на рынке появилось много устройств автоматического резервирования, имеющих управляющий микропроцессорный контроллер. Большой популярностью в этом плане пользуется управлющие реле-контроллеры серии Easy производства фирмы Moeller. Анализируя сигналы датчиков напряжения, микроконтроллер обнаруживает сбой питания и инициирует процедуру запуска двигателя генератора (обычно синхронного). Как только он достигает номинального напряжения и частоты система управления переключает на питание от него нагрузки потребителя. С точки зрения электротехники схема подключения АВР для ответственных и мощных нагрузок представляет собой довольно сложную задачу, поскольку неизбежные временные задержки и другие технические сложности затрудняют мгновенное получение резервного питания.
Контроль частоты и напряжения
Одной из основных функций устройства АВР является обнаружение падения напряжения или полного исчезновения основного источника питания. Как правило, все фазы питающей сети контролируются на стороне посредством реле минимального напряжения (реле контроля фаз). Точка сбоя определяется по падению напряжения ниже минимально допустимого уровня на любой из фаз. Информация о напряжении и частоте передается в щит АВР, где определяется возможность продолжения питания нагрузок. Допустимый минимум напряжения и частоты должен быть обязательно преодолен перед переключением нагрузок на питание от резервного генератора, мощность которого должна его обеспечивать.
Основная временная задержка
Схема АВР обычно имеет возможность широкой регулировки времени задержки ее срабатывания. Это является необходимой функцией для возможности купирования неоправданных отключений от источников основного электропитания при кратковременных его нарушениях. Наиболее превалирующая временная задержка перекрывает любые кратковременные отключения, чтобы не вызывать ненужных запусков приводных двигателей генераторов и переключений на них нагрузок. Эта задержка находится в диапазоне от 0 до 6 секунд, причем одна секунда является наиболее распространённым вариантом. Она должна быть короткой, но достаточной для подключения к резервным источникам питания нагрузок потребителей. Многие компании сегодня покупают мощные источники бесперебойного питания на аккумуляторных батареях, обеспечивающие минимальное время задержки подключения.
Дополнительные временные задержки
После восстановления основного питания, некоторая временная задержка необходима, чтобы убедиться в достаточной стабильности нагрузки для ее отключения от резервного питания. Как правило, она составляет от нуля до тридцати минут. АВР для генератора должна автоматически обойти эту временную задержку в возвращении к основному источнику, если резервный сбоит, а основной снова работает нормально.
Третья наиболее общая временная задержка включает в себя период остывания двигателя. На его протяжении система управления дизель-генератора контролирует разгруженный двигатель вплоть до его останова.
В большинстве случаев обычно желательно переключать нагрузки на резервный генератор, как только достигнуты соответствующие уровни напряжения и частоты. Однако в некоторых ситуациях конечные потребители хотят последовательности переключений различных нагрузок на резервный генератор. Когда это требуется, выполняется несколько схем АВР для генератора, срабатывающих с индивидуальными временными задержками, так что нагрузки могут быть подключены к генератору в любом желаемом порядке.
Исполнительные аппараты схем ввода резерва
Конечным результатом работы рассматриваемого класса устройств является коммутация электрических цепей, их переключение с основного ввода на резервный. Как было отмечено выше, в электроподстанциях схема АВР может быть реализована как на стороне высшего, так и низшего напряжения. В первом случае ее исполнительными элементами служат штатные высоковольтные выключатели. Во втором случае, к которому относится и переключение нагрузок на генераторный ввод, коммутация осуществляется низковольтными устройствами.
Они могут либо быть в составе оборудования щита (панели) АВР, либо могут быть внешними по отношению к нему и являться частью общей схемы электроснабжения нагрузок. В первом случае возможно использование магнитных пускателей – оно применяется в устройствах резервирования для непромышленных потребителей при мощности их нагрузок до нескольких десятков кВт. При более высоких мощностях применяют АВР на контакторах. Схема принципиальная устройства в обоих случаях одинакова.
Внешними низковольтными устройствами схем ввода резерва являются силовые автоматические выключатели с электромагнитными приводами. Функция собственно АВР-устройства сводится в этом случае к формированию и выдаче на них соответствующих сигналов включения/отключения.
Типовой блок АВР на 3 ввода. Схема и алгоритм работы
Он предназначен для реализации непрерывного питания нагрузок напряжением 0,4 кВ от трех источников электропитания: двух трехфазных сетевых вводов и трехфазного ввода дизель-генератора. Исполнительными аппаратами являются штатные автоматические выключатели Q1, Q2 и Q3 каждого из вводов, защищающие нагрузки 1-й категории надежности электроснабжения.
Алгоритм работы блока выглядит следующим образом:
1. На основном вводе есть напряжение. Тогда Q1 включен, а Q2 и Q3 отключены.
2. На основном вводе напряжение отсутствует, а на резервном оно есть. Тогда Q2 включен, а Q1 и Q3 отключены.
3. На основном и резервном вводах нет напряжения. Тогда Q3 включен, а Q1 и Q2 отключены.
