Представьте ситуацию: Мороз под тридцать. В котельной небольшого поселка пропадает основное питание. Насосы встали, горелки погасли. Если в течение часа-двух не подать резервное питание, система разморозится, и последствия будут катастрофическими. Или другой случай: в разгар летнего ливня отключается ввод на канализационной насосной станции. Стоки не перекачиваются, уровень в резервуаре стремительно растет, через час-полтора — перелив и экологическое ЧП.
В обоих сценариях спасение одно: щит автоматического ввода резерва (АВР). Это устройство, которое за доли секунды определяет пропадание основного питания и переключает нагрузку на резервный ввод. При восстановлении основного питания АВР возвращает схему в исходное состояние — тоже автоматически, без участия человека.
Компания «Электродизайн» (г. Новосибирск) проектирует и собирает щиты АВР для насосных станций, вентиляторных установок, котельных и других инженерных систем. В этой статье я расскажу, как устроен АВР, какие схемы применяются, из чего состоит современный щит АВР и как мы адаптируем его под конкретные задачи заказчика.
АВР расшифровывается просто: Автоматический Ввод Резерва. В англоязычной терминологии — ATS (Automatic Transfer Switch). Это система, которая обеспечивает непрерывность электроснабжения ответственных потребителей путем автоматического переключения с основного источника питания на резервный при недопустимом отклонении параметров основной сети.
На каких объектах АВР обязателен или крайне желателен:
Насосные станции водоснабжения (остановка = отсутствие воды у потребителей, а зимой еще и риск замерзания трубопроводов в неотапливаемых павильонах).
Канализационные насосные станции (остановка = перелив стоков, экологический штраф, дорогостоящая ликвидация последствий).
Котельные и тепловые пункты (остановка циркуляционных насосов = разморозка теплообменников).
Вентиляционные установки дымоудаления и подпора воздуха (это напрямую связано с безопасностью людей при пожаре).
Промышленные холодильные установки, серверные, операционные в медицине — перечень можно продолжать долго.
Два основных вида резервного источника:
Второй независимый ввод от электросети (городской сети или собственного трансформатора). Наиболее частый вариант для городских объектов.
Дизель-генераторная установка (ДГУ). Применяется на удаленных объектах, где нет двух независимых сетевых вводов, либо для особо ответственных потребителей, где отказ обоих сетевых вводов все равно должен быть застрахован генератором.
АВР работает с обоими вариантами, но логика управления несколько различается. При работе с ДГУ АВР должен не только переключить нагрузку, но и выдать команду на запуск генератора, дождаться его выхода на рабочий режим и только потом произвести переключение.
Устройства АВР — не самодеятельность. Их применение регламентируется Правилами устройства электроустановок (ПУЭ), глава 3.3. Согласно нормативам:
АВР должен обеспечивать переключение питания с основного источника на резервный с минимальным временем перерыва, но с обязательной выдержкой, исключающей ложные срабатывания при кратковременных провалах напряжения.
Должна быть предусмотрена блокировка, исключающая одновременное подключение нагрузки к двум источникам (встречное включение). Это критически важно: если контакторы основного и резервного вводов включатся одновременно, произойдет короткое замыкание с тяжелейшими последствиями.
Должен быть предусмотрен контроль исправности резервного источника (наличие напряжения на резервном вводе или готовность ДГУ).
Количество срабатываний АВР не ограничивается, но должна быть предусмотрена сигнализация о каждом переключении.
В «Электродизайн» мы проектируем и собираем щиты АВР по нескольким базовым схемам, которые адаптируются под конкретный объект.
Схема «Один основной ввод — один резервный».
Классика для небольших и средних насосных станций. Есть два ввода питания, один из них назначен основным, второй — резервным. В нормальном режиме нагрузка запитана от основного ввода. При пропадании напряжения на основном вводе АВР переключает нагрузку на резервный. При восстановлении основного — возвращает обратно (схема с приоритетом основного ввода).
Схема «Два равноправных ввода».
Применяется, когда оба ввода равноценны, и нет смысла гонять нагрузку туда-сюда при кратковременных просадках. АВР переключает нагрузку на резервный ввод при аварии на основном, но обратное переключение происходит только вручную или по отдельной команде. Это исключает лишние переключения, каждое из которых — микростресс для подключенного оборудования.
Схема с секционированием.
Для крупных объектов с двумя вводами и двумя независимыми секциями шин, между которыми установлен секционный выключатель. В нормальном режиме каждая секция питается от своего ввода, секционный выключатель отключен. При пропадании одного ввода АВР отключает его вводной автомат и включает секционный, запитывая обе секции от оставшегося исправного ввода. Эта схема часто применяется в многоквартирных домах и на крупных водозаборах.
Схема «Сеть — генератор».
При пропадании основного питания АВР выдает сигнал на запуск ДГУ (сухой контакт). Контроллер генератора запускает двигатель, прогревает его, выводит на номинальные обороты и напряжение. Получив сигнал «генератор готов», АВР переключает нагрузку. При восстановлении сетевого питания — обратное переключение и сигнал на останов генератора (обычно с задержкой на охлаждение двигателя). Здесь критична правильная настройка временных задержек.
Щит АВР — это не просто «два автомата и перекидной рубильник». Это комплектное устройство, от надежности которого зависит работа всего объекта.
Вводная часть:
Автоматические выключатели или выключатели нагрузки на каждом вводе. Обеспечивают защиту от сверхтоков и видимый разрыв цепи для обслуживания.
Устройства защиты от импульсных перенапряжений (УЗИП). В Сибири с ее грозами и на Урале с его промышленными помехами — обязательный компонент. УЗИП отводят в землю энергию грозовых и коммутационных перенапряжений, защищая дорогостоящую автоматику.
Реле контроля фаз (РКФ) или многофункциональные измерительные реле. Это «глаза и уши» АВР. РКФ контролирует наличие напряжения на каждой фазе, правильность чередования фаз, уровень напряжения (недопустимые просадки и превышения), обрыв нейтрали. Современные модели имеют настраиваемые пороги и задержки.
Коммутационная часть — «сердце» АВР:
Контакторы с механической и электрической блокировкой. Классическое решение для токов до 100–160 А. Два контактора, установленные рядом, соединяются механической блокировкой (качающимся рычагом), которая физически не дает им включиться одновременно. Дополнительно ставится электрическая блокировка: в цепь катушки каждого контактора включен нормально-замкнутый вспомогательный контакт другого.
Моторизованные автоматические выключатели. Применяются на больших токах (от 160 А и выше), где контакторы становятся слишком громоздкими и дорогими. На стандартный автомат устанавливается моторный привод, который взводит пружину и включает/отключает автомат по команде контроллера.
Быстродействующие статические переключатели (STS). На тиристорах или симисторах, время переключения — единицы миллисекунд. Применяются для особо чувствительной нагрузки (серверы, медицинское оборудование). Для насосных станций, как правило, избыточны.
Управляющая часть:
Программируемое реле или ПЛК. Обрабатывает сигналы от реле контроля фаз, отсчитывает временные задержки, выдает команды на контакторы, управляет логикой запуска генератора, передает информацию на верхний уровень.
Панель оператора или индикация. На дверце шкафа отображаются: наличие напряжения на вводах, какой ввод в работе, наличие аварий. Минимальный набор — светодиодные лампы для каждого ввода. Расширенный — текстовый дисплей с журналом событий.
В сборке силовых электрощитов и щитов управления мы уделяем особое внимание АВР. Ошибки в монтаже блокировок, неправильная настройка реле контроля фаз, пренебрежение УЗИП — все это может привести к тому, что АВР не сработает именно в тот момент, когда он нужен.
Правильная настройка временных параметров — ключ к тому, чтобы АВР выполнял свою функцию и не создавал проблем ложными срабатываниями.
Основные временные параметры:
Задержка на отключение основного ввода (T1).
При кратковременной просадке напряжения (например, при запуске мощного двигателя на соседнем фидере) АВР не должен реагировать. Типовая задержка — 1–5 секунд. Если за это время напряжение не восстановилось — фиксируется авария основного ввода.
Задержка на включение резервного ввода (T2).
После отключения основного ввода нужно выждать паузу, чтобы погасли дуговые разряды и система обесточилась полностью. Обычно 0,5–2 секунды.
Задержка на обратное переключение (T3).
При восстановлении основного ввода не стоит мгновенно переключаться обратно. Если напряжение восстановилось неустойчиво и через минуту снова пропадет, лишнее переключение только зря дернет оборудование. Типовая задержка — 5–30 минут.
Задержка на запуск и останов генератора.
При работе с ДГУ добавляются задержки на время запуска двигателя и время охлаждения перед остановом. Эти параметры согласовываются с настройками контроллера генератора.
Все эти задержки мы программируем в контроллере АВР при наладке. Универсальных значений нет — они подбираются под конкретные условия электроснабжения на объекте.
Для объектов, которые автоматизирует «Электродизайн», АВР — это не отдельный шкаф, а интегрированная функция.
АВР в шкафах управления насосными станциями водоснабжения.
Мы часто объединяем АВР и управление насосами в одном шкафу. Это компактнее и дешевле, чем два отдельных шкафа. В шкаф заходят оба ввода, внутри стоит АВР на контакторах с механической блокировкой, и уже с выхода АВР запитаны ПЧ и контроллер. При переключении ввода кратковременно пропадает питание контроллера, поэтому мы обязательно настраиваем автоматический перезапуск алгоритмов управления после восстановления питания.
АВР для канализационных насосных станций (КНС).
Здесь к надежности АВР предъявляются повышенные требования. Последствия неоткачки стоков намного серьезнее, чем кратковременное падение давления воды. Мы применяем схемы с обязательным GSM-оповещением о каждом срабатывании АВР. Диспетчер должен знать, что станция перешла на резервное питание.
АВР в автоматизации вентиляторных установок.
Особое внимание — к системам дымоудаления и подпора воздуха. Эти системы должны работать при пожаре всегда, даже если основное питание отключено. АВР для них должен иметь высшую категорию надежности, а резервный ввод — быть заведен от независимого источника (например, отдельного фидера от подстанции или ДГУ).
АВР и диспетчеризация инженерных систем.
Каждое срабатывание АВР должно фиксироваться в журнале событий SCADA-системы. Мы передаем на верхний уровень сигналы: «Основной ввод в норме», «Резервный ввод в норме», «Активен основной ввод», «Активен резервный ввод», «Авария АВР» (если оба ввода пропали или блокировка не сработала). Это дает диспетчеру полную картину электропитания объекта в реальном времени.
Ошибка №1: «Поставим ручной перекидной рубильник — дешево и сердито».
Да, это дешево. Но при аварии ночью, в выходной или праздник, когда дежурного электрика нет на месте, рубильник бесполезен. Время простоя насосной или котельной будет равно времени прибытия персонала. А это часы. Для ответственных объектов ручной ввод резерва — не вариант.
Ошибка №2: Отсутствие механической блокировки.
Надеяться только на электрическую блокировку (через нормально-замкнутые контакты) — риск. Залип контакт, залипла катушка контактора — и оба ввода включились одновременно. Короткое замыкание, пожар в шкафу, вывод из строя всего объекта. Мы ставим механическую блокировку всегда. Это физическая защита от встречного включения, которая не зависит от электрики.
Ошибка №3: Неправильный выбор реле контроля фаз.
Дешевое реле контролирует только обрыв. Оно не заметит просадку напряжения до 170 В или перекос фаз, при котором двигатели насосов будут работать с перегрузкой и сгорят. Мы используем реле с настраиваемыми порогами минимального и максимального напряжения, контролем асимметрии и правильности чередования фаз.
Ошибка №4: Отсутствие УЗИП.
Грозовое перенапряжение может выжечь и контакторы, и контроллер, и преобразователи частоты. Стоимость УЗИП — копейки по сравнению со стоимостью ремонта шкафа и простоя оборудования.
Ошибка №5: Не учтена подзарядка аккумулятора генератора.
При схеме с ДГУ аккумулятор стартера должен постоянно подзаряжаться от сети. Мы включаем в щит АВР автоматический выключатель для цепи зарядного устройства и контролируем наличие этого питания.
Щит автоматического ввода резерва — это не просто «дополнительная опция» к шкафу управления. Для насосной станции, котельной, системы дымоудаления это страховка, которая должна сработать безотказно один раз, но именно в тот момент, когда всё остальное уже отказало.
Компания «Электродизайн» (г. Новосибирск) проектирует и собирает щиты АВР в составе комплексных систем автоматизации. Мы не используем «типовые коробки». Мы подбираем схему, компоненты и настройки под конкретный объект, интегрируем АВР с системой управления насосами и диспетчеризацией, проводим стендовые испытания и пусконаладку на месте.
Если вашему объекту нужен надежный АВР, который не подведет, — обращайтесь. Спроектируем, соберем, запустим.
ООО «Электродизайн» — когда резерв должен быть безусловным.
