АВР: устройство и принцип действия системы ввода резерва, применение автоматического переключения питания

Предназначение и что представляет собой АВР

Система АВР – электрощитовое вводно-коммутационное распредустройство – оперативно переключает нагрузку на резервный источник, если возникнут проблемы энергетического плана на основной линии. Перед автоматическим переключением в режим аварийной работы система выявляет проблемы с напряжением в цепи вводов и проблемы с нагрузками.

Что скрывается под аббревиатурой

Есть немало способов усовершенствования работы системы энергоснабжения зданий и жилых домов. Среди них – АВР имеет особое значение. Название АВР – автоматический ввод резерва – объясняет назначение системы. Иногда «ввод» заменяют на «включение», что не совсем корректно. Включение резерва подразумевает запуск резервного генератора в определенных случаях.

Классификация АВР и варианты реализации

Применяют следующие схемы организации рабочих алгоритмов:

• Односторонняя подразумевает подключение резервного ввода при необходимости. Например, для временного питания от АКБ.
• В двустороннем исполнении обе секции равнозначны. Такое решение применяют, если возможно переключение на резервную сеть с аналогичными параметрами.

Отдельно определяют логику восстановительного процесса. Используют:

• последующее автоматизированное подключение к основной линии;
• переход на резервное питание с изменением режима в ручном управлении.

Особенности работы с бытовыми генераторами

Популярность такого решения обусловлена простотой выбора техники необходимой мощности. В соответствующем сегменте рынка предлагают генераторы с приводом от бензиновых (дизельных, газовых) моторов для подключения к одно- и трехфазным сетям. Они рассчитаны на длительную непрерывную эксплуатацию без тщательного контроля. Автономность фактически зависит лишь от запаса топлива.

Для запуска силового агрегата секционный шкаф автоматики комплектуют специализированным блоком управления. Он подает питание на стартер по установленному алгоритму. В частности, можно настроить программу на предварительный прогрев дизельного двигателя в зимних условиях.

АВР на аккумуляторах

Такие источники резервного питания подают в линию постоянный ток. Для преобразования в синусоиду определенной амплитуды (220 или 380 V) применяют инвертор. Следует понимать ограниченную автономность такого варианта. Однако параллельным подключением нескольких АКБ можно обеспечить необходимый временной интервал. Перспективное направление – литий-ионные накопители энергии. Они превосходят свинцово-кислотные аналоги по главным техническим характеристикам. Высокая цена ограничивает широкое применение. Однако по мере увеличения спроса и расширения производства производители начинают предлагать качественные изделия по приемлемой стоимости.

Подключение АКБ проще по сравнению с генератором. В этом варианте АВР можно собрать по стандартной схеме без специального блока управления запуском двигателя.

Применение логического контроллера

Такие блоки применяют для точной настройки алгоритма рабочих операций. Специальными регуляторами устанавливают допустимый процент отклонения напряжения от номинала, временные интервалы, другие параметры. Цепи управляющих сигналов подсоединяют к устройствам коммутации.

Организация АВР в высоковольтных цепях

Чтобы упростить контроль рабочих параметров сети применяют понижающий трансформатор. Определенным количеством витков уменьшают напряжение с 1000 до 100 V. Если в цепь управления добавить реле контроля фаз, подключение резерва выполняется при обрыве хотя бы одной линии.

Требования к АВР

В число основных требований к системам аварийного восстановления электроснабжения входит:

• Обеспечение подачи питания потребителю электроэнергии от резервного ввода, если произошло непредвиденное прекращение работы основной линии.
• Максимально быстрое восстановление электропитания.
• Обязательная однократность действия. То есть, недопустимо несколько включений-отключений нагрузки из-за КЗ или по иным причинам.
• Включение выключателя основного питания должно производиться автоматикой АВР до подачи резервного электропитания.
• Система АВР должна контролировать цепь управления резервным оборудованием на предмет исправности.

Сфера применения

Использование автоматов ввода резерва обязательно для тех типов потребителей электрической энергии (предприятий), сбои в электроснабжении которых неизбежно или потенциально грозят жизни и/или здоровью людей, могут вызвать значительный материальный ущерб, или ставят под удар безопасность государства. Все эти потребители выделены в так называемую первую категорию.

Также АВР целесообразно применять на производственных и других предприятиях, обесточивание которых не грозит безопасности людей, но из-за простоя возникают материальные убытки (то есть будет недополучена прибыль). На таких объектах использование АВР — не столько обязанность, сколько разумная мера предосторожности, спасающая от убытков.

Назначение АВР

Шкаф автоматического включения резерва предназначен для приема электроэнергии от двух источников и автоматического переключения питания между ними. Первый ввод для второго является резервным и наоборот.

Для чего используют

Приспособления позволяют регулировать работу электросети, обеспечивая мгновенные переключения между двумя источниками питания. Вы спросите: зачем между ними переключаться?

• Решение запитаться от обоих источников может привести к повышенным потерям электроэнергии в питающем трансформаторе.
• При таком подключении токи коротких замыканий значительно выше.
• Появляются проблемы с разработкой определенного рабочего режима.
• В некоторых случаях нет возможности осуществления параллельного электропитания.

Перечисленные факторы являются своего рода основанием для применения автоматического ввода резерва в сетях.

Алгоритмы систем АВР

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

Вот примерно по такому алгоритму должна работать простая система АВР с резервным двигатель-генератором:

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 нашей 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.

Развивая тему АВР с бензогенератором в качестве резервного источника питания, предлагаю на ваш суд практическую схему с автоматическим запуском генератора и автоматическим переключением питания с сети на автономный источник и обратно

Собственно, схему я уже публиковал здесь, и она представляет собой не идеальное, но вполне работоспособное решение. К недостаткам можно отнести всего лишь одну попытку запуска. При неудаче повторную попытку можно произвести, только сбросив схему с помощью кнопки. Хотя при появлении напряжения на главном вводе, схема сбрасывается самостоятельно.

Безусловно, подобное решение можно сделать и с помощью микроконтроллеров, но для понимания логики и наглядности удобней изучать релейную схему.

Элементы систем АВР

Вот, к примеру, блок ввода резервного питания AVR-01, взятый в качестве иллюстрации к данной статье. Стоит ящичек в районе 150 американских рублей, недорого в общем, так что попробуем разобраться, что он делает, и чего не делает.

Итак, заявленные функции:

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.

Ну что тут сказать? Цена соответствует содержанию, на отдельных реле дешевле вряд ли получилось бы. Два восьмиамперных контакта – маловато, но в отдельных случаях позволяет обойтись без дополнительного контактора. Но для случая АВР с самозапуском бензогенератора нужно другое устройство, реализующее более сложный алгоритм, описанный мною в этой статье немного выше.

В продолжение об одном полезном реле для систем АВР.

 

 

 

Крепление 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.

Из технических характеристик:

• Время готовности не более 0,15 с
• Максимальная частота следования импульсов 25 Гц
• Максимальное коммутируемое напряжение 400В
• Максимальный коммутируемый ток при активной нагрузке 5А

Из схемы подключения видно, что входные импульсы – не что иное, как подача питающего напряжения на входы Y1 и Y2.

Схема АВР на одном контакторе.

Рассмотрим простейшую схему АВР, которую можно применить для однофазной сети собственного дома, небольшого производственного или административного здания. Схема выполнена на одном контакторе КМ1, двух однополюсных автоматических выключателей SF1 и SF2, и одном двухполюсном автоматическом выключателе QF1.

При первом включении АВР в работу поочередно включаем автоматы SF1 и SF2.
В рабочем режиме напряжение питания от основного ввода поступает на катушку контактора КМ1. Контактор срабатывает и его нормально-разомкнутый контакт КМ1.1 замыкается, а нормально-замкнутый КМ1.2 размыкается.

Фаза А1 через однополюсный выключатель SF1 и силовой контакт КМ1.1 приходит на вход двухполюсного выключателя QF1. Ноль N нигде не разрывается, а сразу подключается на второй вход выключателя QF1. При включении QF1 его контакты замыкаются, и напряжение основного ввода поступает в сеть к потребителю.

В аварийном режиме, когда напряжение на основном вводе отсутствует, катушка контактора обесточивается, контакт КМ1.1 размыкается, а КМ1.2 становится замкнутым.

Теперь от резервного ввода фаза А2 через выключатели SF2, QF1 и контакт КМ1.2 поступает к потребителю в сеть.

При восстановлении питания на основном вводе на катушку контактора КМ1 вновь поступает напряжение и контактор срабатывает. При этом контакт КМ1.1 замыкается, а КМ1.2 размыкается, и к потребителю опять поступает напряжение от основного ввода.

Бывают ситуации, когда при нормальном режиме работы возникает необходимость перевести питание нагрузки с основного ввода на резервный. Для этого достаточно отключить автоматический выключатель SF1.

Данная схема АВР классическая и прекрасно работает, но при ее использовании необходимо учитывать коммутирующую мощность силовых контактов: если контакты рассчитаны на рабочий ток, например, 12 Ампер, то и нагрузку к АВР следует подключать не более 12 Ампер.

В случае же, когда общая потребляемая мощность, например, дома, будет более 12 Ампер, то от резервного ввода можно запитать только самое необходимое электрооборудование, которое будет обеспечивать нормальную жизнедеятельность до восстановления напряжения на основном вводе.

Однако в таком варианте схема пригодна только для объектов, где есть возможность получить от подстанции две независимые линии питающего напряжения. В домашних условиях такой роскоши нет, поэтому немного видоизменим схему, чтобы адаптировать ее под домашнюю сеть.

Схема АВР на одном контакторе, с разрывающимися фазой и нулем.

В отличие от предыдущей схемы здесь коммутируются как фазный провод, так и нулевой, что позволяет использовать автономный источник электроэнергии, и в случае аварии полностью исключать из домашней сети неработающий ввод. А чтобы счетчик не учитывал выработанную энергию резервным вводом, ввод подключен после счетчика.

В качестве резервного питания для этого АВР можно использовать свою мини-электростанцию, дизельный или бензиновый генератор тока, бесперебойный источник питания или какой-нибудь другой автономный источник напряжения.

При первом включении АВР в работу поочередно включаем автоматы SF1 и SF2.
В рабочем режиме напряжение питания от основного ввода поступает на катушку контактора КМ1. Контактор срабатывает и своими нормально-разомкнутыми контактами КМ1.1 и КМ1.2 подключает домашнюю сеть к основному вводу. При этом нормально-замкнутые контакты КМ1.3 и КМ1.4 размыкаются и полностью отключают резервный ввод от домашней сети.

При исчезновении напряжения на основном вводе катушка КМ1 обесточивается, контакты КМ1.1 и КМ1.2 размыкаются и отключают фазный и нулевой провода основного ввода. Одновременно с этим контакты КМ1.3 и КМ1.4 становятся замкнутыми и через них напряжение с резервного ввода поступает в домашнюю сеть.

В данной схеме можно применить модульные контакторы типа VS463-22 230V, ESB-63-22 230V, MK-103, КМ-63, Z-SCH230/63-22, что позволяет питать нагрузку с токами до 63 Ампер.

Иногда возникает ситуация, когда при возобновлении питания на основном вводе не всегда требуется переходить на него автоматически. Чтобы выполнить это условие опять немного изменим схему и добавим в нее кнопку, чтобы переключение на основной ввод происходило только при нажатии этой кнопки. Такой вариант схемы АВР (без счетчика электроэнергии) используется в некоторых электроустановках для питания оборудования КИПиА.

Здесь кнопка SB1 подключена параллельно контакту КМ1.1, который стоит в цепи питания катушки контактора. Такое включение не позволит контактору автоматически включиться при появлении напряжения на основном вводе.

Чтобы запитать контактор вручную необходимо кратковременно нажать кнопку SB1. Напряжение попадет на катушку, контактор сработает, замкнет контакты КМ1.1 и КМ1.2 и подключит основной ввод к домашней сети. При этом контакты КМ1.3 и КМ1.4 разомкнутся и отключат резервное питание.

Конечно, чтобы включить источник резервного питания нужно в схему АВР добавить промежуточное реле, контакты которого бы запускали пусковую электронику аппаратуры резервного питания. Но это нужно делать исходя из каждого конкретного случая.

В дополнение к этой части статьи посмотрите видеоролик, в котором увидите работу обеих схем автоматического ввода резерва.

Возможные способы реализации АВР с анализом работы

Функционирование АВР проще проанализировать на анализе нескольких типовых решений, указанных далее.

Простые

На рисунке указана типовая система, переключающая бытовую сеть на работу от резервного генератора:

Данная схема предусматривает дополнительно защиту сети от КЗ, наличие электрического и механического блокирования, исключающего одновременное подключение обоих источников.

На рисунке представлены следующие элементы:

• АВ1 и АВ2 – коммутаторы двухполюсного типа на главном и запасном входе, срабатывающие автоматически;
• К1 и К2 – контакторные катушки;
• К3 – реле напряжения;
• К1.1, К2.1, К3.2, К3.1 – контакторные клеммы нормально-замкнутого типа;
• К1.2, К2.2, К3.2, К2.3 – клеммы нормально-разомкнутого типа.

При нормальной работе К3 подключена, со срабатыванием посредством реле К3.2 и отключением К3.1. Подключена обмотка К2, замыкая К2.2 и К2.3, размыкая К2.1, являющегося электрическим блокированием, исключающим включение К1.

При создании аварийной ситуации, ток перестаёт поступать на обмотку К3, с занятием клемм реле начального положения. К1 отключается, изменяется статус клемм К1.1 и К1.2. К1.1 обеспечивает защищает сеть, исключая включение К2. К1.2 убирает блокировку нагрузки.

Срабатывание механической блокировки обеспечивается реверсивным устройством, представленным на рисунке в виде треугольного значка, вершиной книзу.

Схема подключения АВР на контакторах:

АВР в промышленной сфере

Промышленные системы работают в аналогичном порядке. На рисунке представлен типовой вариант шкафа АВР:

Изображены элементы:

• АВ1, АВ2 – защитные устройства трехполюсного типа;
• S1, S2 – механические коммутационные устройства;
• КМ1, КМ2 – контакторные устройства;
• РКФ – фазные контролирующие реле;
• L1, L2 – индикаторные модули;
• км1.1, км2.1, км2.2, ркф1 – клеммы в разомкнутом состоянии при нормальном режиме;
• км1.3, км2.3, ркф2 – замкнутые клеммы.

Система функционирует по аналогичному принципу, но применяется реле, выполняющее контроль по каждой фазе. В случае перекоса или пропажи питания, схема переключается на запасной ввод, возвращаясь в штатный режим при восстановлении нормальных характеристик.

АВР для высоковольтных линий

Для систем высокого напряжения порядок работы сохраняется прежний, но конструкция устройства усложняется:

Представленная система исключает применение резервных трансформаторов. Шины Ш1 и Ш2 задействованы соответственно через трансформаторы Т1 и Т2, равнозначными по значению. При нормальной работе характерно разомкнутое положение секционного коммутирующего элемента СВ10, с контролем работы ТП от ТН1 Ш и ТН2 Ш.

При прекращении подачи питания на Ш1, отключается выключатель В10Т1, и включается СВ10. При этом напряжение на обе секции подаётся от одного трансформатора. При нормализации ситуации, схема возвращается в исходное положение.

Виды АВР для высоковольтной сети:

Основные выводы

Даже самая простая схема АВР подразумевает наличие сразу нескольких компонентов. Неправильное расположение или подключение хотя бы одного из них может привести к печальным последствиям. И даже если все элементы задействованы правильно, их подключение и настройка занимают массу времени. При этом не стоит забывать и о том, что все контакторы, автоматические выключатели и прочие составляющие должны быть одного производителя! Только в этом случае можно гарантировать отлаженную и бесперебойную работу автоматического ввода резерва. В связи с этим невольно возникает вопрос — не лучше ли воспользоваться готовым модульным решением вместо того, чтобы самостоятельно пытаться собрать АВР из различных компонентов?

Готовое решение от CHINT – модульный АВР серии NZ7 с моторным приводом.

Специалисты CHINT уже все сделали за вас, остается только подключить два ввода и выход питания. Все до безумия просто, не правда ли?! Да, и вы сейчас сами в этом убедитесь. CHINT серии NZ7 представляет собой модульную конструкцию, от начала и до конца собранную на заводе. Это исключает сборку “кривыми руками”, все уже протестировано, настроено и полностью готово к работе. АВР от CHINT легко помещается в типовой шкаф.

Неоспоримое преимущество серии NZ7 заключается в двойной блокировке обоих вводов! Контакты прерывателей цепи обеспечивают электрическую блокировку, а моторный привод выполняет механическую блокировку. Таким образом, полностью исключается вероятность подключения к нагрузке сразу обоих источников питания. Более того, электродвигатель используется только один, а переключение вводов осуществляется его вращением вперед и назад. Это дает существенную экономию пространства, делая устройство компактным, практически бесшумным и с пониженным энергопотреблением.

Еще одной отличительной чертой АВР CHINT серии NZ7 можно назвать универсальность в выборе источника ввода. То есть питание можно осуществлять как от централизованной электрической сети, так и от любого генератора. При этом АВР от CHINT сможет самостоятельно управлять не только запуском, но и остановкой генератора. А регулировка задержки при переходе на резерв позволит избежать ложного срабатывания в случае кратковременного падения напряжения.

В общем готовый модульный АВР от CHINT позволит избежать мучительного поиска подходящей схемы АВР и длительного монтажа оборудования. Всего за полчаса автоматический ввод резерва будет смонтирован и станет обеспечивать бесперебойное снабжение электроэнергией заданного объекта. А все что для этого потребуется – просто подключить вводы и вывод!

 

Как вам статья?