Cómo funcionan los dispositivos de conmutación de transferencia automática (ATS) en redes eléctricas

En un artículo que describe el trabajo dispositivos de cierre automático, se consideran los supuestos de interrupción del suministro eléctrico por diversas causas y las modalidades de su restablecimiento mediante la transmisión automática de líneas eléctricas en caso de que las causas de las situaciones de emergencia hayan desaparecido y dejado de funcionar.

Un pájaro que vuela entre los cables de una línea eléctrica aérea puede crear un cortocircuito a través de sus alas. Esto hará que se elimine el voltaje de la línea aérea disparando la protección del interruptor de alimentación de la subestación de energía.

Después de unos segundos, los dispositivos de reconexión automática restablecerán el suministro eléctrico a los consumidores, y la protección en este momento ya no lo apagará, porque el pájaro golpeado por la corriente tendrá tiempo de caer al suelo.

Sin embargo, si un árbol cercano cae sobre la línea eléctrica aérea debido a una ráfaga de viento huracanado, rompe el soporte, se producirá un cortocircuito prolongado, los cables se romperán, lo que excluirá la rápida restauración automática de la energía a los objetos conectados.

Todos los usuarios de esta línea no podrán recibir energía hasta que se completen los trabajos de reparación, que podrían demorar varios días...

Imagine que tal daño ocurre en una línea que suministra electricidad a una ciudad regional con grandes instalaciones de producción, como el uso de hornos eléctricos automáticos para fundir vidrio.

En caso de corte de energía, los baños de fusión dejarán de funcionar y todo el vidrio líquido se solidificará. Como resultado, la empresa sufrirá enormes pérdidas materiales, se enfrentará a la necesidad de detener la producción, realizar costosas reparaciones...

Para evitar tales situaciones en todas las grandes instalaciones de producción, se proporciona una fuente de energía de respaldo, que consiste en una línea de energía de respaldo de otra subestación o su propio grupo electrógeno potente.

Deberá cambiar de forma rápida y confiable a la alimentación. Los interruptores de transferencia automática, abreviados como ATS, se utilizan para este propósito.

Por lo tanto, la automatización considerada está diseñada para suministrar electricidad de manera continua a los consumidores responsables en caso de fallas graves de la línea eléctrica principal debido a la rápida activación de la fuente de respaldo.

Requisitos ATS

Los dispositivos para la introducción automática de energía de respaldo deben estar activados:

• tan pronto como sea posible después de una pérdida de electricidad en la línea principal;

• en caso de pérdida de tensión en los propios buses del usuario, sin analizar las causas del mal funcionamiento, si no se prevé el bloqueo del arranque por cierto tipo de protección. Por ejemplo, la protección de arco de los neumáticos debe bloquear el arranque del interruptor de transferencia automática para evitar el desarrollo del accidente resultante;

• con el retraso necesario al realizar determinados ciclos tecnológicos. Por ejemplo, cuando se enciende bajo la carga de potentes motores eléctricos, es posible una "caída de voltaje", que termina rápidamente;

• siempre una sola vez, porque de lo contrario es posible que se encienda varias veces por un cortocircuito irreparable, que puede destruir por completo un sistema eléctrico equilibrado.

Un requisito natural para el funcionamiento confiable del circuito es su mantenimiento constante en buenas condiciones y el control automático de los parámetros técnicos.

Ventajas de ATS sobre el suministro paralelo de dos fuentes

A primera vista, con el fin de alimentar a los consumidores responsables, puede arreglárselas completamente conectándolos simultáneamente a dos líneas diferentes que toman energía de diferentes generadores. Luego, en caso de accidente en una de las líneas aéreas, este circuito se romperá y el otro permanecerá operativo y proporcionará energía continua.

Dichos esquemas ya se han creado, pero no han recibido una aplicación práctica masiva debido a las siguientes desventajas:

• en caso de cortocircuito en cualquiera de las líneas, las corrientes aumentan significativamente debido al suministro de energía de ambos generadores;

• las pérdidas de energía en las subestaciones transformadoras de potencia están aumentando;

• el esquema de administración de energía se vuelve mucho más complejo debido al uso de algoritmos que tienen en cuenta simultáneamente el estado del usuario y dos generadores, la ocurrencia de flujos de energía;

• la complejidad de implementar las protecciones interconectadas por algoritmos en los tres extremos remotos.

Por lo tanto, la alimentación del usuario desde una fuente principal y la transferencia automática al generador de respaldo en caso de una falla de energía se considera lo más prometedor. El tiempo de corte de energía con este método puede ser de menos de 1 segundo.

Características de la creación de esquemas ATS.

Se puede utilizar uno de los siguientes algoritmos para controlar la automatización:

• fuente de alimentación unidireccional desde un lugar de trabajo con un modo de espera en caliente adicional, que se pone en funcionamiento solo en caso de pérdida de voltaje de la fuente principal;

• la posibilidad de uso bilateral de cada una de las fuentes como estación de trabajo;

• la capacidad del circuito ATS para volver automáticamente a la energía desde la fuente primaria después de que se restablezca el voltaje en los buses de conmutación de entrada. En este caso, se crea una secuencia de activación de los dispositivos de conmutación de energía, excluyendo la posibilidad de conectar al usuario al modo de energía paralela de dos fuentes;

• un esquema ATS simple que excluye la transición al modo de recuperación de energía desde la fuente principal en modo automático;

• la fuente de alimentación de respaldo solo debe introducirse si se han hecho arreglos para suministrar voltaje al elemento de fuente de alimentación principal averiado apagando el interruptor correspondiente.

A diferencia del reenganche automático, los dispositivos ATS muestran la mayor eficiencia en caso de falla de energía, calculada en 90 ÷ 95%. Por lo tanto, son ampliamente utilizados en los sistemas de suministro de energía de las empresas industriales.

El encendido automático de la reserva se utiliza para alimentar líneas eléctricas, transformadores (alimentación y necesidades auxiliares), interruptores seccionales.

Los principios en los que se basa el trabajo de OVD

Para analizar el voltaje de la línea eléctrica principal, se utiliza un dispositivo de medición que consiste en un relé de control de voltaje RKN en combinación con un transformador de medición y sus circuitos. El voltaje de alto voltaje de la red primaria, convertido proporcionalmente a un valor secundario de 0 ÷ 100 voltios, se alimenta a la bobina del relé de control, que actúa como disparador.

La configuración de los ajustes del relé RKN tiene una peculiaridad: es necesario tener en cuenta el bajo nivel de actuación requerido del elemento de accionamiento, lo que garantiza la caída de tensión a 20 ÷ 25% del valor nominal.

Esto se debe a que, en el caso de cortocircuitos cerrados, se produce una "caída de tensión" de corta duración, que es eliminada por la actuación de las protecciones de sobreintensidad. Y los elementos de inicio de ILV deben restaurarse mediante estos procesos. Sin embargo, es imposible utilizar tipos de relés convencionales debido a su funcionamiento inestable en el límite de escala inicial.

Para la operación en los elementos de arranque de ATS, se utilizan diseños de relés especiales, que excluyen la vibración y el rebote de los contactos cuando se accionan en límites inferiores.

Cuando el equipo se alimenta normalmente de acuerdo con el circuito principal, el relé de monitoreo de voltaje simplemente observa este modo. Tan pronto como desaparece el voltaje, el RKN cambia sus contactos y, por lo tanto, le indica al solenoide que encienda el solenoide del interruptor de respaldo para activarlo.

Al mismo tiempo, se observa una determinada secuencia de activación de los elementos de potencia del primer bucle, que se incluye en la lógica de control del sistema ATS durante su creación y configuración.

Además de la pérdida de voltaje en la línea eléctrica principal, para el funcionamiento completo del elemento de arranque del ATS, generalmente es necesario verificar algunas condiciones más, por ejemplo:

• ausencia de cortocircuito no autorizado en el área protegida;

• encienda el interruptor de entrada;

• la presencia de voltaje en la línea de energía de respaldo y algunos otros.

Todos los factores iniciales ingresados ​​para la operación del ATS se verifican en el algoritmo lógico y, si se cumplen las condiciones necesarias, se emite un comando al órgano ejecutivo, teniendo en cuenta la configuración de tiempo establecida.

Ejemplos de aplicación de algunos esquemas ATS

Dependiendo de la magnitud de la tensión de funcionamiento del sistema y la complejidad de la configuración de la red, el circuito ATS puede tener una estructura diferente, funcionar con corriente continua o alterna, o prescindir de ella, utilizando la tensión de la red principal en 0,4 kV. circuitos

ATS en una línea de alto voltaje a corriente de operación constante

Veamos brevemente la lógica de funcionamiento del circuito del relé de alimentación de respaldo con la fuente de alimentación principal #1.

Si ocurre un cortocircuito en la sección L-1, las protecciones apagarán el interruptor V-1 y desaparecerá el voltaje en los buses de conexión. El relé de bajo voltaje «H <» detectará esto a través del VT de medición y operará suministrando + corriente de operación a través del contacto RV, que ha operado con un retraso de tiempo, a la bobina RP.

Sus contactos activarán comandos para activar una serie de relés que realizan varias funciones de monitoreo y proporcionan una señal de control al solenoide de cierre del interruptor de alimentación V-2.

El esquema proporciona acción única y liberación de información de actuación de los relés de señal.

ATS de un interruptor seccional a corriente de operación constante

Los transformadores de potencia de operación T1 y T2 alimentan su sección de barras desconectadas del seccionador de sección V-5.

Cuando uno de estos transformadores se dispara o se interrumpe, se aplica energía a la sección disparada al cambiar el interruptor V-5. El relé RPV proporciona un cierre automático de una sola vez.

El funcionamiento del circuito se basa en la interacción de los contactos auxiliares del interruptor con el suministro de + corriente de funcionamiento a las bobinas del relé RPV y los intermitentes. También prevé la aceleración operativa del sistema operativo, que se pone en funcionamiento durante los interruptores por el personal de servicio.

Se puede cambiar el principio de formación de la lógica de funcionamiento de ATS. Por ejemplo, al operar un circuito con un interruptor de sección adicional incluido, como se muestra en la foto a continuación, se requerirán arrancadores y elementos lógicos adicionales.

Interruptor seccional ATS en funcionamiento con corriente alterna

Características del funcionamiento de la automatización de fuentes que utilizan energía de las ubicadas en la subestación. medición de TV, se puede estimar de acuerdo con el siguiente esquema.

Aquí el control de voltaje de cada sección lo hacen los relés 1PH y 2PH. Sus contactos accionan los cuerpos de sincronización 1PB o 2PB, que actúan a través de los contactos de bloque y las bobinas intermitentes de los solenoides del interruptor de potencia.

El principio de implementación de ATS de usuarios de una red de 0.4 kV.

Al crear una fuente de alimentación de respaldo para una red trifásica, se utilizan arrancadores magnéticos KM1, KM2 y un relé de voltaje mínimo kV, que controla los parámetros de la línea principal L1.

Los devanados del arrancador están conectados desde las mismas fases de sus líneas a través de los contactos de conmutación lógicos al neutro conectado a tierra, y los contactos de alimentación se conectan a las barras colectoras de suministro del consumidor en ambos lados.

El sistema de contacto del relé de tensión en cada posición conecta solo un arrancador a la red eléctrica. En presencia de tensión en la línea L1, el kV actuará y con su contacto de cierre encenderá la bobina del arrancador KM1, que alimentará al usuario con su circuito de alimentación y conectará su señal luminosa, mientras inhabilita el devanado KM2.

En caso de interrupción de tensión en L1, el relé kV interrumpe el circuito de alimentación del devanado de arranque KM1 y arranca KM2, que realiza las mismas funciones para la línea L2 que KM1 para su circuito en el caso anterior.

Los interruptores de alimentación QF1 y QF2 se utilizan para desenergizar completamente el circuito.

El mismo algoritmo se puede tomar como base para crear una fuente de alimentación para usuarios responsables en una red eléctrica monofásica.Solo necesita apagar los elementos innecesarios y usar arrancadores monofásicos.

Características de los conjuntos ATS modernos

Para explicar los principios de los algoritmos de automatización de edificios, se ha utilizado deliberadamente la antigua base de relés, lo que facilita la comprensión de los algoritmos en funcionamiento.

Los dispositivos estáticos y de microprocesador modernos funcionan en los mismos circuitos, pero tienen una apariencia mejorada, tamaños más pequeños y configuraciones y capacidades más convenientes.

Se crean en bloques separados o en conjuntos completos ensamblados en módulos especiales.

Para uso industrial, los kits ATS se fabrican como kits completamente listos para usar alojados en recintos protectores especiales.