Hoe automatische omschakelingsapparaten (ATS) werken in elektrische netwerken

In een artikel waarin het werk wordt beschreven automatische sluitingen, de gevallen van onderbreking van de stroomvoorziening vanwege verschillende redenen en methoden voor herstel ervan door automatische transmissie van hoogspanningslijnen in het geval dat de oorzaken van noodsituaties zijn verdwenen en niet meer werken, worden overwogen.

Een vogel die tussen de draden van een bovengrondse hoogspanningslijn vliegt, kan kortsluiting veroorzaken via zijn vleugels. Hierdoor wordt de spanning van de bovenleiding verwijderd door de stroomschakelaarbeveiliging van het onderstation te activeren.

Na een paar seconden zullen de automatische hersluitapparaten de stroomtoevoer naar de consumenten herstellen, en de beveiliging zal deze op dit moment niet meer uitschakelen, omdat de vogel die door de stroming wordt geraakt, de tijd heeft om op de grond te vallen.

Als een nabijgelegen boom echter door een orkaanwind op de bovengrondse hoogspanningslijn valt, breekt de steun, dan zal er een lange kortsluiting optreden, zullen de draden breken, wat het snelle automatische herstel van de stroom naar de aangesloten objecten uitsluit.

Alle gebruikers van deze lijn zullen pas stroom krijgen als de reparatiewerkzaamheden zijn voltooid, wat enkele dagen kan duren...

Stel je voor dat dergelijke schade optreedt op een lijn die elektriciteit levert aan een regionale stad met grote productiefaciliteiten, zoals het gebruik van automatische elektrische ovens voor het smelten van glas.

Bij stroomuitval stoppen de smeltbaden met werken en stolt al het vloeibare glas. Als gevolg hiervan zal de onderneming enorme materiële verliezen lijden, zal ze worden geconfronteerd met de noodzaak om de productie stop te zetten, dure reparaties uit te voeren...

Om dergelijke situaties in alle grote productiefaciliteiten te voorkomen, wordt een back-upstroombron voorzien, bestaande uit een back-upstroomlijn van een ander onderstation of een eigen krachtige generatorset.

U moet er snel en betrouwbaar van overschakelen naar stroom. Hiervoor worden automatische omschakelaars, afgekort ATS, gebruikt.

De overwogen automatisering is dus ontworpen om verantwoordelijke consumenten continu van elektriciteit te voorzien in het geval van ernstige storingen van de hoofdstroomlijn als gevolg van de snelle activering van de back-upbron.

ATS-vereisten

Apparaten voor het automatisch inschakelen van noodstroom moeten geactiveerd zijn:

• zo snel mogelijk na stroomuitval op de hoofdleiding;

• in geval van spanningsverlies op de eigen bussen van de gebruiker, zonder de oorzaken van de storing te analyseren, als er geen blokkering van de start door een bepaald type beveiliging wordt geboden. De boogbescherming van de banden moet bijvoorbeeld de start van de automatische omschakeling blokkeren om de ontwikkeling van het resulterende ongeval te voorkomen;

• met de nodige vertraging bij het uitvoeren van bepaalde technologische cycli. Bij het inschakelen onder belasting van krachtige elektromotoren is bijvoorbeeld een "spanningsval" mogelijk, die snel eindigt;

• altijd maar één keer, omdat het anders mogelijk is om meerdere keren in te schakelen voor een onherstelbare kortsluiting, die een gebalanceerd elektrisch systeem volledig kan vernietigen.

Een natuurlijke vereiste voor de betrouwbare werking van het circuit is het constante onderhoud in goede staat en automatische controle van technische parameters.

Voordelen van ATS ten opzichte van parallelle voeding uit twee bronnen

Op het eerste gezicht kun je, om verantwoordelijke consumenten van stroom te voorzien, het prima aan om ze tegelijkertijd aan te sluiten op twee verschillende lijnen die energie van verschillende generatoren halen. Dan, bij een ongeval op een van de bovenleidingen, valt deze stroomkring uit en blijft de andere werken en continu stroom leveren.

Dergelijke schema's zijn al gemaakt, maar hebben geen massale praktische toepassing gekregen vanwege de volgende nadelen:

• bij kortsluiting op een van beide lijnen nemen de stromen aanzienlijk toe door de toevoer van energie van beide generatoren;

• vermogensverliezen in onderstations van transformatoren nemen toe;

• het energiebeheerschema wordt veel complexer door het gebruik van algoritmen die tegelijkertijd rekening houden met de toestand van de gebruiker en twee generatoren, het optreden van energiestromen;

• de complexiteit van het implementeren van de beveiligingen die met elkaar zijn verbonden door algoritmen aan de drie externe uiteinden.

Daarom wordt het meest veelbelovend beschouwd om de gebruiker van één hoofdbron te voorzien en automatisch over te schakelen naar de back-upgenerator in het geval van een stroomstoring. Stroomuitvaltijd met deze methode kan minder dan 1 seconde zijn.

Kenmerken van het maken van ATS-schema's

Een van de volgende algoritmen kan worden gebruikt om de automatisering te besturen:

• unidirectionele voeding vanaf een werkplek met een extra hot standby-modus, die alleen in werking wordt gesteld bij spanningsverlies van de hoofdbron;

• de mogelijkheid van bilateraal gebruik van elk van de bronnen als werkstation;

• het vermogen van het ATS-circuit om automatisch terug te keren naar stroom van de primaire bron nadat de spanning is hersteld naar de ingangsschakelbussen. In dit geval wordt een reeks activeringen van stroomschakelapparaten gecreëerd, waardoor de mogelijkheid wordt uitgesloten om de gebruiker aan te sluiten op de modus van parallelle stroom van twee bronnen;

• een eenvoudig ATS-schema dat de overgang naar de stroomherstelmodus van de hoofdbron in automatische modus uitsluit;

• de back-upvoeding mag alleen worden ingevoerd als er voorzieningen zijn getroffen om het defecte hoofdvoedingselement van spanning te voorzien door de betreffende schakelaar uit te schakelen.

In tegenstelling tot automatische hersluiting, automatische hersluiting, vertonen ATS-apparaten de hoogste efficiëntie in het geval van een stroomstoring, berekend op 90 ÷ 95%. Daarom worden ze veel gebruikt in voedingssystemen van industriële ondernemingen.

Automatisch inschakelen van de reserve wordt gebruikt voor het aandrijven van hoogspanningslijnen, transformatoren (voeding en hulpbehoeften), sectieschakelaars.

De uitgangspunten van het werk van de OVD

Om de spanning van de hoofdstroomlijn te analyseren, wordt een meetapparaat gebruikt, dat bestaat uit een spanningsstuurrelais RKN in combinatie met een meettransformator en zijn circuits. De hoogspanningsspanning van het primaire netwerk, proportioneel omgezet naar een secundaire waarde van 0 ÷ 100 volt, wordt toegevoerd aan de spoel van het stuurrelais, dat als trigger fungeert.

De instelling van de RKN-relaisinstellingen heeft een bijzonderheid: het is noodzakelijk om rekening te houden met het lage vereiste activeringsniveau van het bedieningselement, dat de spanningsval tot 20 ÷ 25% van de nominale waarde garandeert.

Dit is te wijten aan het feit dat in het geval van kortsluiting een kortstondige "spanningsval" optreedt, die wordt geëlimineerd door de werking van overstroombeveiligingen. En ILV-opstartitems moeten door deze processen worden hersteld. Het is echter onmogelijk om conventionele typen relais te gebruiken vanwege hun onstabiele werking bij de initiële schaallimiet.

Voor gebruik in de startelementen van ATS worden speciale relaisontwerpen gebruikt, die trillingen en stuiteren van contacten uitsluiten wanneer ze op lagere limieten worden bediend.

Wanneer de apparatuur normaal wordt gevoed volgens het hoofdcircuit, observeert het spanningsbewakingsrelais eenvoudig deze modus. Zodra de spanning wegvalt, schakelt de RKN zijn contacten om en geeft zo een signaal aan de solenoïde om de solenoïde van de back-upschakelaar in te schakelen om deze te activeren.

Tegelijkertijd wordt een bepaalde volgorde van activering van de vermogenselementen van de eerste lus waargenomen, die is opgenomen in de besturingslogica van het ATS-systeem tijdens het maken en configureren ervan.

Naast het verlies van spanning op de hoofdstroomlijn, is het voor de volledige werking van het startelement van de ATS meestal nodig om nog een paar voorwaarden te controleren, bijvoorbeeld:

• afwezigheid van ongeoorloofde kortsluiting in het beveiligde gebied;

• schakel de ingangsschakelaar in;

• de aanwezigheid van spanning op de back-upvoedingslijn en enkele andere.

Alle initiële factoren die zijn ingevoerd voor de werking van de ATS worden gecontroleerd in het logische algoritme en, als aan de noodzakelijke voorwaarden is voldaan, wordt een commando gegeven aan het uitvoerend orgaan, rekening houdend met de ingestelde tijdsinstelling.

Voorbeelden van toepassing van sommige ATS-schema's

Afhankelijk van de grootte van de bedrijfsspanning van het systeem en de complexiteit van de netwerkconfiguratie, kan het ATS-circuit een andere structuur hebben, op gelijkstroom of wisselstroom werken, of helemaal niet, met behulp van de hoofdnetspanning in 0,4 kV circuits.

ATS op een hoogspanningslijn bij constante bedrijfsstroom

Laten we kort kijken naar de werkingslogica van het back-upstroomrelaiscircuit met de hoofdvoeding #1.

Als er kortsluiting optreedt in het L-1-gedeelte, schakelen de beveiligingen de schakelaar V-1 uit en verdwijnt de spanning op de verbindingsbussen. Het onderspanningsrelais «H <» zal dit detecteren via de metende VT en werken door + bedrijfsstroom te leveren via het RV-contact, dat met een tijdsvertraging heeft gewerkt, aan de RP-spoel.

De contacten zullen commando's activeren om een ​​aantal relais aan te sturen die verschillende bewakingsfuncties uitvoeren en een besturingssignaal leveren aan de V-2-schakelaar voor het sluiten van de solenoïde.

Het schema biedt enkele actie en vrijgave van bedieningsinformatie van signaalrelais.

ATS van een sectieschakelaar bij constante bedrijfsstroom

De bedrijfsvermogenstransformatoren T1 en T2 voeden hun railsectie die is losgekoppeld van sectieschakelaar V-5.

Wanneer een van deze transformatoren wordt geactiveerd of onderbroken, wordt stroom toegevoerd aan het uitgeschakelde gedeelte door de V-5-schakelaar om te schakelen. Het RPV-relais zorgt voor een eenmalige automatische sluiting.

De werking van het circuit is gebaseerd op de interactie van de hulpcontacten van de schakelaar met de levering van + bedrijfsstroom aan de spoelen van het RPV-relais en de richtingaanwijzers. Het zorgt ook voor de operationele versnelling van het besturingssysteem, dat tijdens de wissels door het dienstdoende personeel in werking wordt gesteld.

Het principe van vorming van de logica van de werking van ATS kan worden gewijzigd. Als u bijvoorbeeld een circuit bedient met een extra sectieschakelaar, zoals weergegeven in de onderstaande foto, zijn extra starters en logische elementen vereist.

ATS-sectieschakelaar in wisselstroombedrijf

Kenmerken van de werking van de automatisering van bronnen die energie gebruiken van die in het onderstation VT-meting, kan worden geschat volgens het volgende schema.

Hier wordt de spanningsregeling van elke sectie gedaan door de 1PH- en 2PH-relais. Hun contacten sturen de 1PB- of 2PB-synchronisatielichamen aan, die werken via de blokcontacten en knipperende spoelen van de solenoïdes van de aan / uit-schakelaar.

Het principe van implementatie van ATS van gebruikers van een 0,4 kV-netwerk

Bij het creëren van een back-upvoeding voor een driefasig netwerk, worden magnetische starters KM1, KM2 en een kV-minimumspanningsrelais gebruikt, dat de parameters van de hoofdlijn L1 regelt.

De startwikkelingen zijn verbonden vanuit dezelfde fasen van hun lijnen via de logische schakelcontacten naar de geaarde nulleider, en de voedingscontacten tikken aan beide zijden op de stroomrails van de consument.

Het contactsysteem van het spanningsrelais in elke positie verbindt slechts één starter met het net. In aanwezigheid van spanning op de L1-lijn, zal de kV werken en zal met zijn sluitcontact de spoel van de starter KM1 inschakelen, die de gebruiker zal voorzien van zijn voedingscircuit en zijn signaallampje zal aansluiten, terwijl de KM2-wikkeling wordt uitgeschakeld.

In het geval van een spanningsonderbreking op L1, onderbreekt het kV-relais het voedingscircuit van de startwikkeling KM1 en start KM2, die dezelfde functies vervult voor lijn L2 als KM1 voor zijn circuit in het vorige geval.

Stroomschakelaars QF1 en QF2 worden gebruikt om het circuit volledig spanningsloos te maken.

Hetzelfde algoritme kan als basis worden genomen voor het creëren van een stroomvoorziening voor verantwoordelijke gebruikers in een enkelfasig stroomnet.U hoeft alleen de onnodige elementen erin uit te schakelen en enkelfasige starters te gebruiken.

Kenmerken van moderne ATS-sets

Om de principes van algoritmen voor gebouwautomatisering uit te leggen, is bewust de oude relaisbasis gebruikt, waardoor het gemakkelijker wordt om de algoritmen aan het werk te begrijpen.

Moderne statische apparaten en microprocessorapparaten werken op dezelfde circuits, maar hebben een verbeterd uiterlijk, kleinere afmetingen en handigere instellingen en mogelijkheden.

Ze worden gemaakt in afzonderlijke blokken of in hele sets die in speciale modules zijn samengesteld.

Voor industrieel gebruik worden ATS-kits vervaardigd als volledig gebruiksklare kits in speciale beschermende behuizingen.