Что такое автоматический ввод резерва (АВР)?
Ни одна энергетическая система не застрахована от проблем с электроснабжением. Они могут причинять дискомфорт, приводить к финансовым убыткам, материальному ущербу, снизить уровень безопасности. Иногда от стабильности энергосистемы зависит здоровье и даже жизнь человека. Для предотвращения этих последствий необходимо подключение к двум и более независимым источникам электроэнергии, а для автоматического переключения нагрузки между ними используют блок АВР.
Что такое АВР?
Аббревиатура АВР расшифровывается как автоматический ввод (или включение) резерва. Это оборудование, которое следит за напряжением на основном и резервном вводах, а при возникновении проблем с централизованным питанием, например, обесточиванием или падением напряжения ниже допустимого, система автоматически отключает потребителя от сети и подключает к резервному источнику электропитания. При появлении или стабилизации сетевого напряжения устройство автоматически переключает нагрузку обратно на основную линию.
К АВР выдвигают следующие требования:
- максимально оперативное восстановление электропитания;
- разрыв связи с основной схемой до переключения на резервную и наоборот;
- исключение повторного выполнения действий.
В качестве резервного источника напряжения часто используют генератор, при этом принцип работы АВР в электроустановках немного изменяется. При обнаружении проблем с электропитанием автоматический ввод резерва сначала отключает потребителя от основной схемы питания, затем запускает двигатель миниатюрной электростанции. После нескольких минут его прогрева и выхода генератора на рабочую частоту автоматический ввод резерва переключает схему на питание от генератора. После возобновления подачи электроэнергии устройство переключает потребителя на сетевое электропитание.
Из чего состоит блок автоматического ввода резерва?
В конструкцию АВР входят логическая часть – принимает решения и коммутационная – переключает вводы. На последних расположено метрологическое оборудование, которое мониторит характеристики рабочего напряжения и позволяет устанавливать пределы рабочего напряжения (минимальное и максимальное).
В первый блок входит логический контроллер – позволяет задавать выдержку срабатывания и реле однократности включения (двухпозиционное). Сигнальная часть или индикаторы – информирует оператора о состоянии источников.
Механику или коммутационную часть выполняют на автоматических выключателях либо контакторах, которые исключают одновременное подключение потребителя к двум выводам за счёт механической и электронной блокировок.
Различают два метода реализации АВР:
- В одностороннем исполнении устройство автоматического включения резерва различает основной и резервный вводы. Оборудование питается от сетевого источника, при возникновении неполадок с ним переходит на резервное, после стабилизации напряжения – обратно на основное.
- При двухстороннем исполнении у обоих вводов одинаковый приоритет.
Первая схема распространена в быту, вторая – пользуется спросом в промышленности.
Принцип работы АВР
Принцип действия системы АВР базируется на постоянном отслеживании входящих параметров электрической сети при помощи микропроцессора или реле контроля напряжения. Рассмотрим работу автомата ввода резерва, используя однофазную схему.
- N – нулевой провод;
- A – сетевое питание;
- B – резервный источник напряжения;
- L – лампочка или индикатор;
- K1 – переключатель, реле;
- К1.1 – группа контактов.
При штатной работе схемы питающее напряжение поступает с основной линии (ЛЭП). Оно параллельно проходит через лампочку и катушку реле. При исчезновении сетевого напряжения (на вводе A) лампочка гаснет, катушка переключает контактную группу во второе положение – на резервную линию (B) вследствие того, что катушка перестаёт насыщаться.
При восстановлении напряжения на источник A реле переключает нагрузки обратно на основной источник электропитания. При этом ситуация подачи питания на оба входа исключена.
Схемы АВР
Рассмотрим распространённые способы реализации автоматического ввода резерва.
Схема с парой вводов
Простейшая схема устройства автоматического ввода резерва подразумевает наличие приоритета у первого ввода. Её реализуют на основе пары контакторов, иногда – автоматических выключателей.
Оператор указывает условия переключения источника питания. Контроллер следит за входящими параметрами напряжения, и при их отклонении от нормы (слишком высокое или низкое напряжение, его отсутствие, короткое замыкание) отправляет автоматике сигнал о переходе на резервное питание.
При этом микроконтроллер следит, чтобы:
- В цепи не было не устраняемых неполадок, иначе задействование резерва может представлять опасность для потребителей.
- Основной ввод оставался активным для исключения ситуаций, когда напряжение в цепи исчезает из-за отключения ввода, а не проблем с напряжением на линии.
- На резервном вводе было допустимое напряжение. В случае с генератором микроконтроллеру нужно убедиться, что его двигатель запустился и вышел на рабочие обороты.
При соблюдении всех условий блок автоматического ввода резерва сначала размывает основной вход, затем переводит цепь на резервный источник электропитания. После возврата параметров на главном вводе в норму АВР переключает питания энергосистемы из резервного питания на основное.
Один ввод плюс генераторная установка
Для бесперебойного электропитания частных домов часто используют схему основной ввод — генератор. В качестве основного источника напряжения используют линию электропередач, резервным выступает дизельная или бензиновая генераторная установка. Ниже приведено объяснение работы схемы.
При наличии сетевого питания потребитель получает напряжение от линии электропередач.
В случае исчезновения напряжения или выхода его значения за допустимые пределы АВР размыкает основной контакт и подаёт сигнал запуска двигателя генератора. Стартер раскручивает его за счёт электроэнергии аккумулятора.
Далее АВР ожидает, пока мотор прогреется, и генератор выйдет на номинальный режим работы – начнёт выдавать требуемое напряжение.
После – задействует резервную линию.
Измерительные устройства следят за параметрами электричества на обоих вводах. При появлении нормального напряжения на первом АВР (в течение определённого времени, чтобы исключить кратковременную подачу тока) активирует основное питание и посылает команду остановки двигателя электростанции.
Схема с тремя вводами и генератором
Схема комбинирует себе две предыдущие с одной особенностью: генератор задействуется при проблемах с основным и резервным питанием. При его отсутствии контакты на двух первых входах (QF1 и QF2) размыкаются, а значит, разомкнутым будет и QF3, поэтому замыкается контакт реле на четвёртом входе. Затем формируется сигнал для запуска двигателя генератора.
Для подробного рассмотрения усложним схему с использованием микроконтроллера от AVR.
Здесь появляется сторонний источник питания +12 В – аккумулятор, за счёт электроэнергии которого стартер раскручивает мотор электрогенератора. После запуска двигатель должен прогреться и выйти на номинальные обороты, чтобы выдавать стабильное напряжение на реле KV1. Когда потенциал достигает нужного значения, реле замыкает контакт KV1.1, напряжение попадает на разъёмы №16, №22 и №9. Вследствие микроконтроллер отправляет реле К3 и катушке КМ3 сигналы на замыкание. Пускатель КМ3.1 включает силовые контакты, в итоге схема питается от электрического генератора.
Самая распространённая схема реализации АВР в быту – основной ввод плюс генератор, в промышленности и энергетике используют более сложные трёхфазные схемы с тремя выводами.
Об АВР и стоечных переключателях
АВР – очень широкое понятие. Совершенно одинаково называются устройства, которые трудно назвать одним прибором. Мы видим и однофазный модульный АВР на 16 ампер, и, совсем не похожий на него, АВР на 6 400 А. При этом, оба носят абсолютно одинаковое наименование – автоматический ввод резерва.
Это вполне обосновано, ведь основная их задача — обеспечить резервирование электропитания ответственной нагрузки. АВРы отличаются не только токами, но и большим количеством других электрических и временных параметров, зависящих от того в какой сети и для питания каких нагрузок они предназначаются. Неизменным остается только наличие, как минимум, двух вводов и одного вывода.
С приходом в нашу жизнь импортного телекоммуникационного оборудования и зарубежных стандартов, проникло и новое словосочетание — стоечный переключатель нагрузки. Они могут быть двух основных типов: ATS (Automatic Transfer Switch) и STS (Static Transfer Switch). Статический переключатель (STS) это отдельный класс устройств, мы их касаться не будем. А вот автоматический переключатель (ATS) это и есть наш родной АВР. Тот же самый АВР, только имеющий свои особенности и специфику подключаемой нагрузки, которая располагается на тех же 19-ти дюймовых направляющих по соседству.
Поговорим подробнее о сходствах и различиях ATS и АВР, почему это не одно и тоже? Или, может быть, одно и тоже.
Итак, какие потребители требуют надежного и бесперебойного электроснабжения?
Во многих секторах экономики технология производства или оказания услуг имеет в своей основе непрерывные процессы, перебои в которых не допустимы. Это и медицина, и промышленное производство, и добыча полезных ископаемых, и транспортировка энергоресурсов, и IT-сектор, куда же без него во время всеобщей цифровизации.
Перерывы в электроснабжении некоторого оборудования могут привести не просто к краткосрочной остановке, а вызывают каскад проблем: остановку технологического процесса, рассинхронизацию работы различных систем, потерю ценных данных. Для кого-то это прямые финансовые потери, для кого-то большие репутационные риски.
Повысить надежность электроснабжения ответственного оборудования призваны наши АВРы и ATSы. Чем же они похожи?
И тот, и другой предназначены для обеспечения питания оборудования с одним вводом от двух независимых источников питания. Оба производят переключение электропитания на резервный источник при исчезновении напряжения на основном. Это главное, что их объединяет.
Может ли АВР размещаться на 19-ти дюймовых направляющих? Конечно, может. Как говорится, мой АВР, куда хочу туда и ставлю )) Существует немало модификаций АВРов собранных в 19” корпусах, в том числе выпускаемых серийно.
АВР и ATS, также, могут иметь и схожие характеристики по току нагрузки, например в 32А.
Будет не верным утверждение, что ATSы устанавливают только после ИБП. Не редким является случай, когда на один из входов подается «чистое» питание от ИБП, а на второй «грязное» питание от другого источника. И тут опять они схожи.
В чем же разница?
В нюансах, в небольших нюансах, которые, в большинстве случаев, делают замену одного на другое не только не рекомендуемой, но и недопустимой.
И так, начнём с АВРов, они роднее как-то.
Поскольку мы говорим об АВР и стоечных переключателях, мы не будем рассматривать те АВРы, которые питают «дома, заводы, пароходы». Обратим внимание на те модификации, которые питают потребителей в сфере телекома, автоматизации, центров обработки данных и т.п. Они, как правило, уже адаптированы по своим электрическим и габаритным характеристикам. Но как я писал выше: есть нюансы, которые могут быть чужды ATSам, но очень нужны АВРу.
АВР должен питать нагрузку напряжением, соответствующим «норме» или, как говорят, уставкам. Часто требуется задать уставки для каждого ввода индивидуально. Уставки могут быть не только по напряжению, а также, по времени задержки возвращения на приоритетный ввод. Это требование продиктовано возможными переходными процессами при восстановлении питания в сети.
Иногда необходимо назначить приоритет какому-либо из вводов. И да, периодически этот приоритет может изменяться. Живой пример: летом более надёжен один источник питания, зимой другой (наша страна велика и слабо изучена).
АВР должен, при всех превратностях источника питания, сохранять свою работоспособность. Конечно, снижение напряжения или его исчезновение не способно навредить АВРу, а вот повышение очень даже способно. АВР должен стоически переносить всевозможные скачки напряжения в питающей сети, а также, возможные перекосы напряжения по фазам при различных нештатных ситуациях. По этой причине самые простые схемы АВР, реализованные просто на контакторах и автоматах, являются не очень надежными.
Во-первых, контакторы никогда не отключатся при повышении напряжения и продолжат питать нагрузку «неправильным» напряжением. Во-вторых, их катушки перегреются и сгорят. Бывают особо экстремальные случаи, когда вместо положенных 220В в сети может быть до 380В.
Лирическое отступление. Ранее я работал в компании, которая поставляла комплектные шкафы связи, в том числе в них были установлены и АВРы, собранные по простой схеме: два силовых контактора, реле приоритета и само собой автоматы. На одной из электроподстанций, при работах на щите собственных нужд, все контакторы на основном вводе и катушки реле приоритета ввода нам пожгли, ну и еще кое чего немножко…!
Поскольку АВР установлен в сети «грязного» питания, он должен иметь возможность отключить питание нагрузки. В том числе, при повышении напряжения на вводе и, при этом, сам не сгореть. Поэтому схемы АВРа без надежных реле контроля напряжения на входе, работающих при повышении значения напряжения до линейного, мы бы не рекомендовали применять.
Повредит ли такая устойчивость к «неприятностям» стоечному переключателю? Нет, ни сколько. Просто она ему, как правило, не нужна… Но и мешать она не будет!
Иногда АВРы могут иметь более двух вводов, могут подключать генераторы и управлять ими, что в ATSах обычно не применяется, им это просто не нужно.
Часто АВРы имеют в своем составе автоматические защитные выключатели. Они могут быть включены на входах, могут быть на выходе или там, и там одновременно. Это позволяет избежать как повреждения самого АВРа, так и полного обесточивания нагрузки. При этом надежность схемы повышается наличием у АВРа нескольких выходов, защищенных отдельными автоматами.
У стоечных переключателей коммутация вводов и нагрузки обычно производится шнурами со стандартными вилками, что сводит к минимуму возможность рукотворного КЗ. Блоки питания подключаемого оборудования, как правило, имеют в своей схеме предохранители. Все это делает защиту автоматами не очень актуальной, в большинстве случаев производители ограничиваются «термичками». Помешают ли ATSу автоматы на входах или выходе? Да тоже вряд ли.
В отличие от ATS, которые оптимизированы для применения в современных шкафах с телекоммуникационным и вычислительным оборудованием, АВРы не всегда применяются на такую достаточно стандартную и понятную нагрузку. Нагрузка АВРа может быть весьма разнообразной по характеру. Возможен и емкостной, и индуктивный, и резистивный ее характер, а также их всевозможная смесь.
По этой причине характер переключения АВРа стараются сделать таким, чтобы не провоцировать при переключении серьезных толчков. Самое частое «мероприятие» в этом направлении — это достаточный перерыв в электроснабжении, в течение которого вся накопленная энергия в емкостях и сердечниках нагрузки расходуется. После возобновления питания вся нагрузка подключается к сети заново и возмущения находятся в приемлемых пределах.
Данный способ переключения к тому же не требует дополнительных технических решений и финансовых затрат, обеспечивается за счет низкой скорости работы контакторов. Полученный перерыв электроснабжения в пределах 500мс оказывается вполне достаточным. В более продвинутых АВРах включение резерва может происходить и за более короткое время, но в момент токовой паузы (перехода синусоиды через нулевую точку), это также обеспечивает более плавное переключение.
Более медленное переключение АВРа обеспечивает и еще один важный момент — гарантирует невозможность контакта одного ввода с другим, что чревато аварийными ситуациями. И вот в данном месте принципы работы АВРа и ATSа расходятся. Главной задачей ATSа является, как раз, обеспечить непрерывность работы подключенного к нему оборудования.
Специалисты хорошо знают о существовании объединения производителей компьютерной и другой подобной техники (CBEMA), которое решило, что нужно придерживаться правила — при полном исчезновении питания оборудование должно продолжать работать стабильно еще не менее 20мс, а далее… извините. В связи с этим про существование кривой ITIC знают все, кто так или иначе работает с серверами, коммутаторами, мультиплексорами и т.д. Вот поэтому у ATSа и стоит такая сложная задача: исключить перерыв питания оборудования длительностью более 20мс, а лучше и того менее.
А может можно и АВР заставить переключаться быстрее?
Да, конечно. Если от АВР не требуется искусственно снизить скорость переключения, то он вполне сможет переключиться со скоростью ATS. А можно ли ATS сделать более медленным переключателем? Легко! Замедлить быстрое всегда проще, чем разогнать медленное. Может эта принципиальная разница тоже не так уж принципиальна и разрешаема?
Есть ли еще какие-то различия между этими устройствами? Да есть. Но они больше связаны с привычками и предпочтениями пользователей. Энергетики и Айтишники часто по-разному понимают то, как должно выглядеть электроснабжение. Если энергетикам иногда хватает сигнальных ламп, то привыкшим к монитору хочется наблюдать за работой всего оборудования онлайн.
Разница может быть и в привычках коммутации. Многие уже привыкли к тому, что всё на свете можно соединить между собой стандартными шнурами с вилками C13/C14 на концах, без инструмента, без мороки, без маркировки 😊 АВРы не всегда обладают подобными возможностями и часто энергетики устанавливают после них еще и распределительные панели с автоматическими выключателями. Но опять же все это можно объединить в одной конструкции, главное ведь, что бы всем было привычно и удобно!
Итак, можно ли получить универсальный прибор, сочетающий в себе особенности и преимущества как АВР, так и ATS?
Получается, что в большинстве случаев можно. Хоть они и решают немного разные задачи, не так уж сильно друг от друга отличаются.
А зачем? Зачем такая унификация? Все, кто связан с обслуживанием оборудования? понимает преимущества применения унифицированного оборудования: меньше ЗИПа, проще обучить персонал, меньше производственных инструкций и они тоньше, легче проходит наработка опыта, регулярные закупки одного и того же оборудования обеспечивают лояльность поставщиков и экономию средств.
Недостатком такого унифицированного прибора можно считать большую, чем у «специализированных» собратьев, стоимость. Но в условиях рыночной экономики стоимость далеко не всегда пропорциональна сложности. Часто больше на нее влияют страна происхождения товара, количество посредников, ценовая политика производителя и (или) дистрибьютора, «богатство» потенциального потребителя и другие «рыночные» факторы.
Так что, желаю вам найти наиболее подходящее для ваших условий устройство. Наиболее полно удовлетворяющее запросам технических и коммерческих служб. А будет оно АВРом или ATSом, на самом деле, не так уж и важно!
Источник https://generator-energy.ru/company/articles/chto-takoe-avr/
Источник https://habr.com/ru/articles/586678/