Come funzionano i dispositivi di commutazione automatica di trasferimento (ATS) nelle reti elettriche

In un articolo che descrive il lavoro dispositivi di chiusura automatica, si considerano i casi di interruzione dell'erogazione di energia elettrica per vari motivi e le modalità del suo ripristino mediante trasmissione automatica degli elettrodotti nel caso in cui siano venute meno le cause delle situazioni di emergenza e sia cessata l'operatività.

Un uccello che vola tra i fili di una linea elettrica aerea può creare un cortocircuito attraverso le sue ali. Ciò causerà la rimozione della tensione dalla linea aerea facendo scattare la protezione dell'interruttore di alimentazione della sottostazione elettrica.

Dopo pochi secondi i dispositivi di richiusura automatica ripristineranno l'alimentazione elettrica alle utenze, e la protezione in questo momento non la spegnerà più, perché l'uccello colpito dalla corrente avrà il tempo di cadere a terra.

Tuttavia, se un albero vicino cade sulla linea elettrica aerea da una raffica di vento da uragano, rompe il supporto, si verificherà un lungo cortocircuito, i fili si spezzeranno, il che escluderà il rapido ripristino automatico dell'alimentazione agli oggetti collegati.

Tutti gli utenti di questa linea non potranno ricevere energia fino al completamento dei lavori di riparazione, che potrebbero richiedere diversi giorni...

Immaginiamo che tali danni si verifichino su una linea che fornisce elettricità a una città regionale con grandi impianti di produzione, come l'uso di forni elettrici automatici per la fusione del vetro.

In caso di interruzione di corrente, i bagni di fusione smetteranno di funzionare e tutto il vetro liquido si solidificherà. Di conseguenza, l'impresa subirà enormi perdite materiali, dovrà affrontare la necessità di interrompere la produzione, effettuare costose riparazioni...

Per evitare tali situazioni in tutti i grandi impianti di produzione, viene fornita una fonte di alimentazione di riserva, costituita da una linea di alimentazione di riserva da un'altra sottostazione o dal proprio potente gruppo elettrogeno.

Dovrai passare all'alimentazione in modo rapido e affidabile da esso. A tale scopo vengono utilizzati commutatori automatici di trasferimento, abbreviati in ATS.

Pertanto, l'automazione considerata è progettata per fornire continuamente elettricità ai consumatori responsabili in caso di gravi guasti della linea elettrica principale a causa della rapida attivazione della fonte di backup.

Requisiti dell'ATS

I dispositivi per l'introduzione automatica dell'alimentazione di backup devono essere attivati:

• il prima possibile dopo una perdita di energia elettrica sulla linea principale;

• in caso di mancanza di tensione sui bus dell'utente, senza analizzare le cause del malfunzionamento, se non è previsto il blocco della partenza da parte di un certo tipo di protezione. Ad esempio, la protezione dell'arco dei pneumatici deve bloccare l'avvio dell'interruttore di trasferimento automatico per impedire lo sviluppo dell'incidente risultante;

• con il necessario ritardo nell'esecuzione di determinati cicli tecnologici. Ad esempio, all'accensione sotto il carico di potenti motori elettrici, è possibile una "caduta di tensione", che termina rapidamente;

• sempre una sola volta, perché altrimenti è possibile accendere più volte per un cortocircuito irreparabile, che può distruggere completamente un impianto elettrico equilibrato.

Un requisito naturale per il funzionamento affidabile del circuito è il suo costante mantenimento in buone condizioni e il controllo automatico dei parametri tecnici.

Vantaggi dell'ATS rispetto all'alimentazione parallela da due fonti

A prima vista, per alimentare consumatori responsabili, puoi farcela completamente collegandoli simultaneamente a due linee diverse che prendono energia da generatori diversi. Quindi, in caso di incidente su una delle linee aeree, questo circuito si interromperà e l'altro rimarrà operativo e fornirà alimentazione continua.

Tali schemi sono già stati creati, ma non hanno ricevuto un'applicazione pratica di massa a causa dei seguenti svantaggi:

• in caso di cortocircuito su una delle due linee, le correnti aumentano sensibilmente a causa della fornitura di energia da entrambi i generatori;

• le perdite di potenza nelle sottostazioni di trasformazione di potenza sono in aumento;

• lo schema di gestione dell'energia diventa molto più complesso a causa dell'uso di algoritmi che tengono conto contemporaneamente dello stato dell'utente e di due generatori, del verificarsi di flussi di energia;

• la complessità di implementazione delle protezioni interconnesse da algoritmi alle tre estremità remote.

Pertanto, l'alimentazione dell'utente da una fonte principale e il trasferimento automatico al generatore di backup in caso di interruzione di corrente è considerato il più promettente. Il tempo di interruzione dell'alimentazione con questo metodo può essere inferiore a 1 secondo.

Caratteristiche della creazione di schemi ATS

Per controllare l'automazione è possibile utilizzare uno dei seguenti algoritmi:

• alimentazione unidirezionale da un posto di lavoro con una modalità hot standby aggiuntiva, che viene messa in funzione solo in caso di perdita di tensione dalla fonte principale;

• la possibilità di utilizzo bilaterale di ciascuna delle sorgenti come postazione di lavoro;

• la capacità del circuito ATS di tornare automaticamente all'alimentazione dalla sorgente primaria dopo che la tensione è stata ripristinata ai bus di commutazione di ingresso. In questo caso, viene creata una sequenza di azionamento dei dispositivi di commutazione dell'alimentazione, escludendo la possibilità di collegare l'utente alla modalità di alimentazione parallela da due fonti;

• un semplice schema ATS che escluda il passaggio alla modalità di recupero energetico dalla sorgente principale in modalità automatica;

• l'alimentazione di backup deve essere introdotta solo se si è provveduto a fornire tensione all'elemento di alimentazione principale guasto spegnendo l'apposito interruttore.

A differenza della richiusura automatica, richiusura automatica, i dispositivi ATS mostrano la massima efficienza in caso di mancanza di corrente, calcolata al 90 ÷ 95%. Pertanto, sono ampiamente utilizzati nei sistemi di alimentazione delle imprese industriali.

L'accensione automatica della riserva viene utilizzata per alimentare linee elettriche, trasformatori (fabbisogno di alimentazione e ausiliari), interruttori sezionali.

I principi alla base del lavoro di OVD

Per analizzare la tensione della linea elettrica principale, viene utilizzato un dispositivo di misurazione costituito da un relè di controllo della tensione RKN in combinazione con un trasformatore di misurazione e i suoi circuiti. La tensione ad alta tensione della rete primaria, convertita proporzionalmente in un valore secondario di 0 ÷ 100 volt, viene alimentata alla bobina del relè di controllo, che funge da trigger.

L'impostazione delle tarature del relè RKN ha una particolarità: è necessario tener conto del basso livello richiesto di attuazione dell'elemento di azionamento, che garantisce la caduta di tensione al 20 ÷ 25% del valore nominale.

Ciò è dovuto al fatto che in caso di cortocircuiti chiusi si verifica una "caduta di tensione" di breve durata, che viene eliminata dall'intervento delle protezioni di massima corrente. E gli elementi di avvio ILV devono essere ripristinati da questi processi. Tuttavia, è impossibile utilizzare i tipi convenzionali di relè a causa del loro funzionamento instabile al limite di scala iniziale.

Per il funzionamento negli elementi di partenza di ATS, vengono utilizzati design speciali dei relè, che escludono vibrazioni e rimbalzi dei contatti quando vengono attivati ​​​​a limiti inferiori.

Quando l'apparecchiatura è normalmente alimentata secondo il circuito principale, il relè di monitoraggio della tensione osserva semplicemente questa modalità. Non appena la tensione scompare, l'RKN commuta i suoi contatti e quindi segnala al solenoide di accendere il solenoide dell'interruttore di backup per azionarlo.

Allo stesso tempo, si osserva una certa sequenza di attivazione degli elementi di potenza del primo loop, che è inclusa nella logica di controllo del sistema ATS durante la sua creazione e configurazione.

Oltre alla perdita di tensione sulla linea elettrica principale, per il pieno funzionamento dell'elemento di avviamento dell'ATS, di solito è necessario verificare alcune condizioni in più, ad esempio:

• assenza di corto circuito non autorizzato nell'area protetta;

• accendere l'interruttore di ingresso;

• la presenza di tensione sulla linea di alimentazione di backup e alcuni altri.

Tutti i fattori iniziali inseriti per il funzionamento dell'ATS vengono verificati nell'algoritmo logico e, se sono soddisfatte le condizioni necessarie, viene inviato un comando all'organo esecutivo, tenendo conto dell'impostazione temporale impostata.

Esempi di applicazione di alcuni schemi ATS

A seconda dell'entità della tensione operativa del sistema e della complessità della configurazione della rete, il circuito ATS può avere una struttura diversa, funzionare con corrente continua o alternata o farne a meno, utilizzando la tensione di rete principale in 0,4 kV circuiti.

ATS su una linea ad alta tensione a corrente di esercizio costante

Diamo un'occhiata brevemente alla logica di funzionamento del circuito del relè di alimentazione di backup con l'alimentazione principale n.

Se si verifica un cortocircuito nella sezione L-1, le protezioni disattiveranno l'interruttore V-1 e la tensione sui bus di collegamento scomparirà. Il relè di minima tensione «H <» lo rileverà attraverso il TV di misura e opererà fornendo + corrente di esercizio attraverso il contatto RV, che ha funzionato con un ritardo, alla bobina RP.

I suoi contatti attiveranno i comandi per attivare una serie di relè che svolgono varie funzioni di monitoraggio e forniscono un segnale di controllo al solenoide di chiusura dell'interruttore di alimentazione V-2.

Lo schema prevede una singola azione e il rilascio delle informazioni di attivazione dai relè di segnale.

ATS di un interruttore sezionale a corrente di esercizio costante

I trasformatori di potenza di manovra T1 e T2 alimentano la loro sezione di sbarre scollegate dall'interruttore di sezione V-5.

Quando uno di questi trasformatori scatta o viene interrotto, l'alimentazione viene applicata alla sezione scattata commutando l'interruttore V-5. Il relè RPV fornisce una chiusura automatica una tantum.

Il funzionamento del circuito si basa sull'interazione dei contatti ausiliari dell'interruttore con la fornitura di + corrente operativa alle bobine del relè RPV e agli indicatori di direzione. Prevede inoltre l'accelerazione operativa del sistema operativo, che viene messo in funzione durante gli switch dal personale in servizio.

Il principio di formazione della logica di funzionamento di ATS può essere modificato. Ad esempio, quando si utilizza un circuito con un interruttore di sezione aggiuntivo incluso, come mostrato nella foto sotto, saranno necessari avviatori ed elementi logici aggiuntivi.

Interruttore sezionale ATS in funzionamento in corrente alternata

Caratteristiche del funzionamento dell'automazione di fonti che utilizzano energia da quelle situate nella sottostazione Misurazione TV, può essere stimato secondo il seguente schema.

Qui il controllo della tensione di ciascuna sezione è effettuato dai relè 1PH e 2PH. I loro contatti azionano i corpi di sincronizzazione 1PB o 2PB, che agiscono tramite i contatti di blocco e le bobine lampeggianti dei solenoidi dell'interruttore di potenza.

Il principio di implementazione dell'ATS degli utenti di una rete da 0,4 kV

Quando si crea un'alimentazione di riserva per una rete trifase, vengono utilizzati gli avviatori magnetici KM1, KM2 e un relè di tensione minima kV, che controlla i parametri della linea principale L1.

Gli avvolgimenti di avviamento sono collegati dalle stesse fasi delle loro linee attraverso i contatti di commutazione logici al neutro messo a terra, ei contatti di potenza attingono alle sbarre di alimentazione dell'utenza su entrambi i lati.

Il sistema di contatto del relè di tensione in ogni posizione collega un solo avviatore alla rete. In presenza di tensione sulla linea L1 interverrà il kV che con il suo contatto di chiusura accenderà la bobina dell'avviatore KM1, che alimenterà l'utenza con il suo circuito di alimentazione e collegherà la sua lampada di segnalazione, mentre disabiliterà l'avvolgimento KM2.

In caso di interruzione di tensione su L1, il relè kV interrompe il circuito di alimentazione dell'avvolgimento di avviamento KM1 e avvia KM2, che svolge per la linea L2 le stesse funzioni di KM1 per il suo circuito nel caso precedente.

Gli interruttori di potenza QF1 e QF2 vengono utilizzati per diseccitare completamente il circuito.

Lo stesso algoritmo può essere preso come base per creare un alimentatore per utenti responsabili in una rete di alimentazione monofase.Devi solo disattivare gli elementi non necessari e utilizzare avviatori monofase.

Caratteristiche dei moderni set ATS

Per spiegare i principi degli algoritmi di automazione degli edifici, è stata deliberatamente utilizzata la vecchia base di relè, che facilita la comprensione degli algoritmi al lavoro.

I moderni dispositivi statici e a microprocessore funzionano sugli stessi circuiti, ma hanno un aspetto migliore, dimensioni più piccole e impostazioni e capacità più convenienti.

Vengono creati in blocchi separati o in interi set assemblati in moduli speciali.

Per uso industriale, i kit ATS sono realizzati come kit completamente pronti all'uso alloggiati in speciali custodie protettive.