Funktionsweise von automatischen Netzumschaltern (ATS) in Stromnetzen

In einem Artikel, der die Arbeit beschreibt automatische SchließvorrichtungenBerücksichtigt werden Fälle von Unterbrechungen der Stromversorgung aus verschiedenen Gründen und Methoden zu deren Wiederherstellung durch die automatische Übertragung von Stromleitungen für den Fall, dass die Ursachen von Notsituationen verschwunden sind und der Betrieb eingestellt wurde.

Ein Vogel, der zwischen den Drähten einer Freileitung fliegt, kann durch seine Flügel einen Kurzschluss verursachen. Dadurch wird die Spannung aus der Freileitung entfernt, indem der Schutzschalter des Umspannwerks ausgelöst wird.

Nach einigen Sekunden stellen die Wiedereinschaltautomatiken die Stromversorgung der Verbraucher wieder her und der Schutz schaltet sie zu diesem Zeitpunkt nicht mehr ab, da der vom Strom getroffene Vogel Zeit hat, zu Boden zu fallen.

Wenn jedoch ein nahegelegener Baum durch einen Orkanwind auf die Freileitung fällt und die Stütze bricht, kommt es zu einem langen Kurzschluss, die Drähte brechen, was eine schnelle automatische Wiederherstellung der Stromversorgung der angeschlossenen Objekte ausschließt.

Alle Nutzer dieser Leitung werden bis zum Abschluss der Reparaturarbeiten, die mehrere Tage dauern können, keinen Strom mehr erhalten...

Stellen Sie sich vor, dass ein solcher Schaden an einer Leitung auftritt, die eine regionale Stadt mit großen Produktionsanlagen mit Strom versorgt, beispielsweise mit automatischen Elektroöfen zum Schmelzen von Glas.

Bei einem Stromausfall stellen die Schmelzbäder ihre Arbeit ein und das gesamte flüssige Glas erstarrt. Infolgedessen wird das Unternehmen enorme Materialverluste erleiden, die Produktion einstellen und teure Reparaturen durchführen müssen ...

Um solche Situationen in allen großen Produktionsanlagen zu vermeiden, wird eine Notstromquelle bereitgestellt, die aus einer Notstromleitung von einem anderen Umspannwerk oder einem eigenen leistungsstarken Generatorsatz besteht.

Sie müssen schnell und zuverlässig auf die Stromversorgung umschalten. Zu diesem Zweck werden automatische Netzumschalter, kurz ATS, eingesetzt.

Somit ist die betrachtete Automatisierung darauf ausgelegt, verantwortungsbewusste Verbraucher bei schwerwiegenden Ausfällen der Hauptstromleitung durch die schnelle Aktivierung der Ersatzquelle kontinuierlich mit Strom zu versorgen.

ATS-Anforderungen

Geräte zur automatischen Einspeisung der Notstromversorgung müssen aktiviert werden:

• so schnell wie möglich nach einem Stromausfall auf der Hauptleitung;

• bei Spannungsausfall auf den eigenen Bussen des Nutzers, ohne Analyse der Störungsursachen, wenn die Blockierung des Starts durch eine bestimmte Schutzart nicht vorgesehen ist. Beispielsweise muss der Lichtbogenschutz der Reifen den Start des automatischen Umschalters blockieren, um die Entstehung des daraus resultierenden Unfalls zu verhindern;

• mit der notwendigen Verzögerung bei der Durchführung bestimmter technologischer Zyklen. Beispielsweise ist beim Einschalten unter Last leistungsstarker Elektromotoren ein „Spannungsabfall“ möglich, der schnell wieder endet;

• Immer nur einmal, da es sonst durch mehrfaches Einschalten zu einem irreparablen Kurzschluss kommen kann, der ein ausgeglichenes elektrisches System völlig zerstören kann.

Eine natürliche Voraussetzung für den zuverlässigen Betrieb der Schaltung ist die ständige Aufrechterhaltung eines guten Zustands und die automatische Kontrolle der technischen Parameter.

Vorteile von ATS gegenüber paralleler Versorgung aus zwei Quellen

Um verantwortungsbewusste Verbraucher mit Strom zu versorgen, kommt man auf den ersten Blick durchaus damit zurecht, sie gleichzeitig an zwei verschiedene Leitungen anzuschließen, die Energie von verschiedenen Generatoren beziehen. Bei einem Unfall auf einer der Freileitungen wird dann dieser Stromkreis unterbrochen, während der andere Stromkreis weiterhin betriebsbereit bleibt und kontinuierlich Strom liefert.

Solche Systeme wurden bereits erstellt, fanden jedoch aufgrund der folgenden Nachteile keine breite praktische Anwendung:

• Im Falle eines Kurzschlusses auf einer der beiden Leitungen steigen die Ströme aufgrund der Energieversorgung beider Generatoren erheblich an.

• Die Leistungsverluste in Umspannwerken nehmen zu;

• das Energieverwaltungsschema wird durch den Einsatz von Algorithmen, die gleichzeitig den Zustand des Benutzers und zweier Generatoren sowie das Auftreten von Energieflüssen berücksichtigen, wesentlich komplexer;

• die Komplexität der Implementierung der Schutzmaßnahmen, die durch Algorithmen an den drei entfernten Enden miteinander verbunden sind.

Daher wird die Stromversorgung des Benutzers aus einer Hauptquelle und die automatische Umschaltung auf den Notstromgenerator im Falle eines Stromausfalls als am erfolgversprechendsten angesehen. Die Stromausfallzeit kann bei dieser Methode weniger als 1 Sekunde betragen.

Funktionen zum Erstellen von ATS-Systemen

Zur Steuerung der Automatisierung kann einer der folgenden Algorithmen verwendet werden:

• unidirektionale Stromversorgung vom Arbeitsplatz mit zusätzlichem Hot-Standby-Modus, der nur bei Spannungsausfall der Hauptquelle in Betrieb genommen wird;

• die Möglichkeit der beidseitigen Nutzung jeder der Quellen als Arbeitsplatz;

• die Fähigkeit der ATS-Schaltung, automatisch wieder mit Strom von der Primärquelle versorgt zu werden, nachdem die Spannung an den Eingangsschalterbussen wiederhergestellt ist. In diesem Fall wird eine Reihenfolge der Betätigung von Leistungsschaltgeräten erstellt, die die Möglichkeit ausschließt, den Benutzer an den Modus der parallelen Stromversorgung aus zwei Quellen anzuschließen;

• ein einfaches ATS-Schema, das den Übergang in den Energierückgewinnungsmodus von der Hauptquelle im automatischen Modus ausschließt;

• Die Notstromversorgung sollte nur dann eingeführt werden, wenn Vorkehrungen getroffen wurden, um das ausgefallene Hauptstromversorgungselement durch Ausschalten des entsprechenden Schalters mit Spannung zu versorgen.

Im Gegensatz zur automatischen Wiedereinschaltung weisen ATS-Geräte bei einem Stromausfall den höchsten Wirkungsgrad auf, berechnet mit 90 ÷ 95 %. Daher werden sie häufig in Stromversorgungssystemen von Industrieunternehmen eingesetzt.

Das automatische Einschalten der Reserve wird zur Stromversorgung von Stromleitungen, Transformatoren (Stromversorgung und Hilfsbedarf) und Abschnittsschaltern verwendet.

Die Prinzipien, die der Arbeit von OVD zugrunde liegen

Zur Analyse der Spannung der Hauptstromleitung wird ein Messgerät verwendet, das aus einem Spannungsregelrelais RKN in Kombination mit einem Messtransformator und dessen Schaltungen besteht. Die Hochspannungsspannung des Primärnetzes, proportional in einen Sekundärwert von 0 ÷ 100 Volt umgewandelt, wird der Spule des Steuerrelais zugeführt, das als Auslöser fungiert.

Die Einstellung der RKN-Relaiseinstellungen weist eine Besonderheit auf: Es muss der geringe erforderliche Betätigungsgrad des Betätigungselements berücksichtigt werden, der einen Spannungsabfall auf 20 ÷ 25 % des Nennwerts gewährleistet.

Dies liegt daran, dass es bei engen Kurzschlüssen zu einem kurzfristigen „Spannungsabfall“ kommt, der durch den Einsatz von Überstromschutzeinrichtungen behoben wird. Und ILV-Startelemente müssen durch diese Prozesse wiederhergestellt werden. Aufgrund ihres instabilen Betriebs an der anfänglichen Skalengrenze ist es jedoch unmöglich, herkömmliche Relaistypen zu verwenden.

Für den Betrieb in den Startelementen von ATS werden spezielle Relaiskonstruktionen verwendet, die Vibrationen und Kontaktprellen bei Betätigung im unteren Grenzbereich ausschließen.

Wenn das Gerät normalerweise entsprechend dem Hauptstromkreis mit Strom versorgt wird, überwacht das Spannungsüberwachungsrelais einfach diesen Modus. Sobald die Spannung verschwindet, schaltet der RKN seine Kontakte und signalisiert so dem Magneten, den Magneten des Backup-Schalters einzuschalten, um ihn zu betätigen.

Gleichzeitig wird eine bestimmte Reihenfolge der Aktivierung der Leistungselemente der ersten Schleife eingehalten, die bei der Erstellung und Konfiguration in die Steuerlogik des ATS-Systems einfließt.

Zusätzlich zum Spannungsverlust auf der Hauptstromleitung müssen für den vollständigen Betrieb des Startelements des ATS in der Regel noch einige weitere Bedingungen überprüft werden, zum Beispiel:

• Fehlen eines unbefugten Kurzschlusses im geschützten Bereich;

• Eingangsschalter einschalten;

• das Vorhandensein von Spannung auf der Notstromleitung und einige andere.

Alle für den Betrieb des ATS eingegebenen Ausgangsfaktoren werden im Logikalgorithmus überprüft und bei Vorliegen der notwendigen Bedingungen ein Befehl an das Exekutivorgan unter Berücksichtigung der eingestellten Zeiteinstellung erteilt.

Anwendungsbeispiele einiger ATS-Systeme

Abhängig von der Höhe der Betriebsspannung des Systems und der Komplexität der Netzwerkkonfiguration kann die ATS-Schaltung unterschiedlich aufgebaut sein, mit Gleich- oder Wechselstrom betrieben werden oder ganz darauf verzichten und die Hauptnetzspannung von 0,4 kV verwenden Schaltkreise.

ATS auf einer Hochspannungsleitung bei konstantem Betriebsstrom

Werfen wir einen kurzen Blick auf die Funktionslogik des Notstrom-Relaiskreises mit der Hauptstromversorgung Nr. 1.

Wenn im Abschnitt L-1 ein Kurzschluss auftritt, schalten die Schutzvorrichtungen den Schalter V-1 aus und die Spannung an den Verbindungsbussen verschwindet. Das Unterspannungsrelais „H <“ erkennt dies über den Mess-Spannungswandler und liefert +-Betriebsstrom über den zeitverzögerten RV-Kontakt an die RP-Spule.

Seine Kontakte lösen Befehle zur Betätigung einer Reihe von Relais aus, die verschiedene Überwachungsfunktionen ausführen und ein Steuersignal an das Schließmagnetventil des V-2-Leistungsschalters liefern.

Das Schema ermöglicht eine Einzelaktion und die Freigabe von Betätigungsinformationen von Signalrelais.

ATS eines Sektionalschalters bei konstantem Betriebsstrom

Die Betriebsleistungstransformatoren T1 und T2 versorgen ihren vom Kuppelschalter V-5 getrennten Sammelschienenabschnitt.

Wenn einer dieser Transformatoren ausgelöst oder unterbrochen wird, wird durch Schalten des V-5-Schalters Strom an den ausgelösten Abschnitt angelegt. Das RPV-Relais ermöglicht ein einmaliges automatisches Schließen.

Die Funktionsweise der Schaltung basiert auf dem Zusammenspiel der Hilfskontakte des Schalters mit der Versorgung der Spulen des RPV-Relais und der Blinker mit + Betriebsstrom. Es sorgt auch für die Betriebsbeschleunigung des Betriebssystems, das während der Umschaltungen durch das diensthabende Personal in Betrieb genommen wird.

Das Prinzip der Bildung der Betriebslogik des ATS kann geändert werden. Wenn Sie beispielsweise einen Stromkreis mit einem zusätzlichen Abschnittsschalter betreiben, wie im Foto unten gezeigt, sind zusätzliche Starter und Logikelemente erforderlich.

ATS-Gliederungsschalter im Wechselstrombetrieb

Merkmale des Betriebs der Automatisierung von Quellen, die Energie aus den im Umspannwerk befindlichen Quellen nutzen VT-Messung, kann nach dem folgenden Schema geschätzt werden.

Hier erfolgt die Spannungssteuerung jedes Abschnitts durch die 1PH- und 2PH-Relais. Ihre Kontakte betätigen die 1PB- oder 2PB-Synchronisierungskörper, die über die Blockkontakte und Blinkspulen der Leistungsschaltermagnete wirken.

Das Prinzip der Implementierung von ATS von Benutzern eines 0,4-kV-Netzes

Beim Aufbau einer Notstromversorgung für ein Drehstromnetz kommen Magnetstarter KM1, KM2 und ein kV-Mindestspannungsrelais zum Einsatz, das die Parameter der Hauptleitung L1 steuert.

Die Starterwicklungen werden von den gleichen Phasen ihrer Leitungen über die logischen Schaltkontakte mit dem geerdeten Neutralleiter verbunden, und die Leistungskontakte greifen auf beiden Seiten auf die Versorgungsschienen des Verbrauchers zu.

Das Kontaktsystem des Spannungsrelais verbindet in jeder Stellung nur einen Anlasser mit dem Netz. Wenn auf der L1-Leitung Spannung anliegt, schaltet sich der kV ein und schaltet mit seinem Schließkontakt die Starterspule KM1 ein, die den Benutzer mit seinem Versorgungsstromkreis versorgt und seine Signalleuchte anschließt, während er die KM2-Wicklung deaktiviert.

Bei einer Spannungsunterbrechung an L1 unterbricht das kV-Relais den Versorgungskreis der Starterwicklung KM1 und startet KM2, das für die L2-Leitung die gleichen Funktionen ausführt wie KM1 für seinen Stromkreis im vorherigen Fall.

Die Leistungsschalter QF1 und QF2 werden verwendet, um den Stromkreis vollständig stromlos zu schalten.

Derselbe Algorithmus kann als Grundlage für die Erstellung einer Stromversorgung für verantwortungsbewusste Benutzer in einem einphasigen Stromnetz herangezogen werden.Sie müssen lediglich die unnötigen Elemente darin ausschalten und Einphasenstarter verwenden.

Merkmale moderner ATS-Sets

Um die Prinzipien der Gebäudeautomatisierungsalgorithmen zu erklären, wurde bewusst auf die alte Relaisbasis zurückgegriffen, um das Verständnis der Algorithmen bei der Arbeit zu erleichtern.

Moderne statische Geräte und Mikroprozessorgeräte arbeiten mit denselben Schaltkreisen, haben jedoch ein verbessertes Aussehen, kleinere Größen und komfortablere Einstellungen und Funktionen.

Sie werden in einzelnen Blöcken oder in ganzen Sätzen erstellt, die in speziellen Modulen zusammengefasst sind.

Für den industriellen Einsatz werden ATS-Kits als vollständig gebrauchsfertige Kits hergestellt, die in speziellen Schutzgehäusen untergebracht sind.