Como os dispositivos de comutação de transferência automática (ATS) funcionam em redes elétricas

Em um artigo descrevendo o trabalho dispositivos de fechamento automático, são considerados os casos de interrupção do fornecimento de energia por motivos diversos e métodos de sua restauração através da transmissão automática de linhas de energia no caso de as causas das situações de emergência terem desaparecido e deixado de funcionar.

Um pássaro voando entre os fios de uma linha de energia aérea pode criar um curto-circuito em suas asas. Isso fará com que a tensão seja removida da linha aérea, acionando a proteção do interruptor de alimentação da subestação de energia.

Após alguns segundos, os dispositivos de religamento automático irão restabelecer o fornecimento de energia elétrica aos consumidores, e a proteção neste momento não irá mais desligá-la, pois a ave atingida pela corrente terá tempo de cair no chão.

No entanto, se uma árvore próxima cair na linha de energia aérea de uma rajada de vento de furacão, quebrar o suporte, ocorrerá um longo curto-circuito, os fios se romperão, o que excluirá a rápida restauração automática da energia para os objetos conectados.

Todos os usuários desta linha não poderão receber energia até que o trabalho de reparo seja concluído, o que pode levar vários dias...

Imagine que tal dano ocorra em uma linha que fornece eletricidade a uma cidade da região com grandes instalações de produção, como o uso de fornos elétricos automáticos para fusão de vidro.

Em caso de falha de energia, os banhos de fusão param de funcionar e todo o vidro líquido solidifica. Como resultado, a empresa sofrerá enormes perdas materiais, enfrentará a necessidade de parar a produção, realizar reparos caros...

Para evitar tais situações em todas as grandes instalações de produção, é fornecida uma fonte de energia de backup, que consiste em uma linha de energia de backup de outra subestação ou seu próprio grupo gerador potente.

Você precisará alternar para energia de forma rápida e confiável. Comutadores de transferência automática, abreviados como ATS, são usados ​​para essa finalidade.

Assim, a automação considerada é projetada para fornecer eletricidade continuamente aos consumidores responsáveis ​​em caso de falhas graves da linha principal de energia devido à rápida ativação da fonte de backup.

Requisitos ATS

Os dispositivos para introdução automática de energia de backup devem ser ativados:

• o mais rápido possível após uma queda de eletricidade na linha principal;

• em caso de queda de tensão nos barramentos do próprio usuário, sem analisar as causas do mau funcionamento, se não for previsto o bloqueio da partida por um determinado tipo de proteção. Por exemplo, a proteção contra arco dos pneus deve bloquear o início da chave de transferência automática para evitar o desenvolvimento do acidente resultante;

• com o atraso necessário ao realizar certos ciclos tecnológicos. Por exemplo, ao ligar sob a carga de motores elétricos potentes, é possível uma "queda de tensão", que termina rapidamente;

• sempre apenas uma vez, pois caso contrário é possível ligar várias vezes para um curto-circuito irreparável, que pode destruir completamente um sistema elétrico equilibrado.

Um requisito natural para a operação confiável do circuito é sua manutenção constante em boas condições e controle automático dos parâmetros técnicos.

Vantagens do ATS sobre alimentação paralela de duas fontes

À primeira vista, para alimentar consumidores responsáveis, você pode lidar completamente com conectá-los simultaneamente a duas linhas diferentes que recebem energia de diferentes geradores. Então, em caso de acidente em uma das linhas aéreas, esse circuito será interrompido e o outro permanecerá operacional e fornecerá energia contínua.

Esses esquemas já foram criados, mas não receberam aplicação prática em massa devido às seguintes desvantagens:

• em caso de curto-circuito em qualquer uma das linhas, as correntes aumentam significativamente devido ao fornecimento de energia de ambos os geradores;

• as perdas de energia em subestações transformadoras de energia estão aumentando;

• o esquema de gerenciamento de energia torna-se muito mais complexo devido ao uso de algoritmos que levam em consideração simultaneamente o estado do usuário e de dois geradores, a ocorrência de fluxos de energia;

• a complexidade de implementação das proteções interligadas por algoritmos nas três pontas remotas.

Portanto, alimentar o usuário de uma fonte principal e transferência automática para o gerador de backup em caso de falha de energia é considerado o mais promissor. O tempo de queda de energia com este método pode ser inferior a 1 segundo.

Características da criação de esquemas ATS

Um dos seguintes algoritmos pode ser usado para controlar a automação:

• fonte de alimentação unidirecional de um local de trabalho com um modo de espera quente adicional, que é colocado em operação apenas na perda de tensão da fonte principal;

• a possibilidade de uso bilateral de cada uma das fontes como estação de trabalho;

• a capacidade do circuito ATS de retornar automaticamente à energia da fonte primária após a restauração da tensão nos barramentos de comutação de entrada. Neste caso, cria-se uma sequência de atuação dos dispositivos de comutação de potência, excluindo a possibilidade de conectar o usuário ao modo de alimentação paralela de duas fontes;

• um esquema ATS simples que exclui a transição para o modo de recuperação de energia da fonte principal no modo automático;

• a fonte de alimentação de reserva só deve ser introduzida se tiverem sido tomadas providências para fornecer tensão ao elemento de alimentação principal com falha, desligando o interruptor relevante.

Ao contrário do religamento automático, religamento automático, os dispositivos ATS apresentam a maior eficiência em caso de falha de energia, calculada em 90 ÷ 95%. Portanto, eles são amplamente utilizados em sistemas de fornecimento de energia de empresas industriais.

A ativação automática da reserva é usada para alimentar linhas de energia, transformadores (alimentação e necessidades auxiliares), interruptores seccionais.

Os princípios subjacentes ao trabalho da OVD

Para analisar a tensão da linha de energia principal, é utilizado um dispositivo de medição, que consiste em um relé de controle de tensão RKN em combinação com um transformador de medição e seus circuitos. A tensão de alta tensão da rede primária, convertida proporcionalmente para um valor secundário de 0 ÷ 100 volts, é alimentada à bobina do relé de controle, que atua como um gatilho.

A configuração dos ajustes do relé RKN tem uma peculiaridade: é necessário levar em consideração o baixo nível de atuação exigido do elemento atuador, o que garante a queda de tensão para 20 ÷ 25% do valor nominal.

Isso se deve ao fato de que, no caso de curtos-circuitos próximos, ocorre uma "queda de tensão" de curto prazo, que é eliminada pela operação de proteções de sobrecorrente. E os itens de inicialização ILV devem ser restaurados por esses processos. No entanto, é impossível usar tipos convencionais de relés devido à sua operação instável no limite inicial da escala.

Para operação nos elementos de partida do ATS, são usados ​​projetos de relés especiais, que excluem vibração e ressalto de contatos quando acionados em limites inferiores.

Quando o equipamento é alimentado normalmente de acordo com o circuito principal, o relé de monitoramento de tensão simplesmente observa este modo. Assim que a tensão desaparece, o RKN troca seus contatos e assim sinaliza o solenóide para ligar o solenóide do interruptor de backup para acioná-lo.

Ao mesmo tempo, observa-se uma certa sequência de ativação dos elementos de potência do primeiro loop, que é incluída na lógica de controle do sistema ATS durante sua criação e configuração.

Além da perda de tensão na rede elétrica principal, para o pleno funcionamento do elemento de partida do ATS, geralmente é necessário verificar mais algumas condições, por exemplo:

• ausência de curto-circuito não autorizado na área protegida;

• ligue o interruptor de entrada;

• a presença de tensão na linha de energia de backup e alguns outros.

Todos os fatores iniciais inseridos para a operação do ATS são verificados no algoritmo lógico e, se as condições necessárias forem atendidas, um comando é emitido ao órgão executivo, levando em consideração o ajuste de tempo definido.

Exemplos de aplicação de alguns esquemas ATS

Dependendo da magnitude da tensão operacional do sistema e da complexidade da configuração da rede, o circuito ATS pode ter uma estrutura diferente, funcionar em corrente contínua ou alternada, ou ficar sem ela, usando a tensão da rede principal em 0,4 kV circuitos.

ATS em uma linha de alta tensão em corrente operacional constante

Vamos examinar brevemente a lógica de operação do circuito do relé de energia de backup com a fonte de alimentação principal nº 1.

Se ocorrer um curto-circuito na seção L-1, as proteções desligarão a chave V-1 e a tensão nos barramentos de conexão desaparecerá. O relé de subtensão «H <» detectará isso através do VT de medição e operará fornecendo + corrente de operação através do contato RV, que operou com um atraso de tempo, para a bobina RP.

Seus contatos acionarão comandos para acionar vários relés que executam várias funções de monitoramento e fornecem um sinal de controle para o solenóide de fechamento do interruptor de alimentação V-2.

O esquema fornece ação única e liberação de informações de atuação dos relés de sinal.

ATS de uma chave seccional em corrente de operação constante

Os transformadores de potência de operação T1 e T2 alimentam sua seção de barramentos desconectada da chave de seção V-5.

Quando um desses transformadores é desarmado ou interrompido, a energia é aplicada à seção desarmada comutando o interruptor V-5. O relé RPV fornece fechamento automático único.

A operação do circuito é baseada na interação dos contatos auxiliares da chave com o fornecimento de + corrente operacional às bobinas do relé RPV e dos indicadores de direção. Também prevê a aceleração operacional do sistema operacional, que é acionado durante as trocas pelo pessoal de plantão.

O princípio da formação da lógica de operação do ATS pode ser alterado. Por exemplo, ao operar um circuito com uma chave de seção adicional incluída, conforme mostrado na foto abaixo, serão necessários starters e elementos lógicos adicionais.

Chave seccional ATS em operação em corrente alternada

Características do funcionamento da automação de fontes que utilizam energia daquelas localizadas na subestação medição de VT, pode ser estimado de acordo com o seguinte esquema.

Aqui o controle de tensão de cada seção é feito pelos relés 1PH e 2PH. Seus contatos acionam os corpos sincronizadores de 1PB ou 2PB, que atuam através dos contatos de bloqueio e bobinas intermitentes dos solenóides das chaves de potência.

O princípio de implementação do ATS de usuários de uma rede de 0,4 kV

Ao criar uma fonte de alimentação de backup para uma rede trifásica, são utilizados os acionadores magnéticos KM1, KM2 e um relé de tensão mínima kV, que controla os parâmetros da linha principal L1.

Os enrolamentos de partida são conectados das mesmas fases de suas linhas através dos contatos de comutação lógica ao neutro aterrado, e os contatos de energia derivam dos barramentos de alimentação do consumidor em ambos os lados.

O sistema de contato do relé de tensão em cada posição conecta apenas uma partida à rede elétrica. Na presença de tensão na linha L1, o kV atuará e com seu contato de fechamento acionará a bobina da chave de partida KM1, que fornecerá ao usuário seu circuito de alimentação e ligará sua luz de sinalização, desabilitando o enrolamento KM2.

Em caso de interrupção de tensão em L1, o relé kV interrompe a alimentação do enrolamento de partida KM1 e aciona KM2, que realiza para a linha L2 as mesmas funções que KM1 para seu circuito no caso anterior.

Os interruptores QF1 e QF2 são usados ​​para desenergizar completamente o circuito.

O mesmo algoritmo pode ser tomado como base para criar uma fonte de alimentação para usuários responsáveis ​​em uma rede elétrica monofásica.Você só precisa desligar os elementos desnecessários e usar starters monofásicos.

Características dos conjuntos ATS modernos

Para explicar os princípios da construção de algoritmos de automação, a antiga base de retransmissão foi usada deliberadamente, o que facilita a compreensão dos algoritmos em funcionamento.

Dispositivos estáticos e microprocessadores modernos funcionam nos mesmos circuitos, mas têm aparência aprimorada, tamanhos menores e configurações e recursos mais convenientes.

Eles são criados em blocos separados ou em conjuntos inteiros montados em módulos especiais.

Para uso industrial, os kits ATS são fabricados como kits totalmente prontos para uso, alojados em invólucros especiais de proteção.