Com funcionen els dispositius de commutació de transferència automàtica (ATS) a les xarxes elèctriques

En un article que descriu l'obra dispositius de tancament automàtic, es consideren els supòsits d'interrupció del subministrament elèctric per diferents causes i modalitats del seu restabliment mitjançant la transmissió automàtica de línies elèctriques en el cas que les causes de les situacions d'emergència hagin desaparegut i hagin deixat de funcionar.

Un ocell que vola entre els cables d'una línia elèctrica aèria pot crear un curtcircuit a través de les seves ales. Això farà que la tensió s'elimini de la línia aèria activant la protecció de l'interruptor d'alimentació de la subestació elèctrica.

Al cap d'uns segons, els dispositius de tancament automàtic restabliran el subministrament elèctric als consumidors, i la protecció en aquest moment ja no l'apagarà, perquè l'ocell colpejat pel corrent tindrà temps de caure a terra.

Tanmateix, si un arbre proper cau a la línia elèctrica aèria per una ràfega de vent d'huracà, trenca el suport, es produirà un curtcircuit llarg, els cables es trencaran, cosa que exclourà la ràpida restauració automàtica de l'energia als objectes connectats.

Tots els usuaris d'aquesta línia no podran rebre energia fins que s'acabin els treballs de reparació, que podrien trigar diversos dies...

Imagineu que aquests danys es produeixen en una línia que subministra electricitat a una ciutat regional amb grans instal·lacions de producció, com ara l'ús de forns elèctrics automàtics per fondre el vidre.

En cas de fallada de corrent, els banys de fusió deixaran de funcionar i tot el vidre líquid es solidificarà. Com a resultat, l'empresa patirà grans pèrdues materials, s'enfrontarà a la necessitat d'aturar la producció, realitzar reparacions costoses...

Per evitar aquestes situacions en totes les grans instal·lacions de producció, es proporciona una font d'alimentació de reserva, que consisteix en una línia elèctrica de reserva d'una altra subestació o el seu propi grup electrògen potent.

Haureu de canviar-lo de manera ràpida i fiable. Amb aquesta finalitat s'utilitzen interruptors de transferència automàtica, abreujats com ATS.

Així, l'automatització considerada està dissenyada per subministrar electricitat de manera continuada als consumidors responsables en cas de fallades greus de la línia elèctrica principal a causa de la ràpida activació de la font de reserva.

Requisits ATS

S'han d'activar els dispositius per introduir automàticament energia de reserva:

• tan aviat com sigui possible després d'una pèrdua d'electricitat a la línia principal;

• en cas de pèrdua de tensió en els busos propis de l'usuari, sense analitzar les causes del mal funcionament, si no es preveu el bloqueig de l'arrencada per un determinat tipus de protecció. Per exemple, la protecció de l'arc dels pneumàtics ha de bloquejar l'inici de l'interruptor de transferència automàtica per evitar el desenvolupament de l'accident resultant;

• amb el retard necessari a l'hora de realitzar determinats cicles tecnològics. Per exemple, quan s'encenen sota la càrrega de potents motors elèctrics, és possible una "caiguda de tensió", que acaba ràpidament;

• sempre només una vegada, perquè en cas contrari és possible encendre diverses vegades per un curtcircuit irreparable, que pot destruir completament un sistema elèctric equilibrat.

Un requisit natural per al funcionament fiable del circuit és el seu manteniment constant en bon estat i el control automàtic dels paràmetres tècnics.

Avantatges de l'ATS respecte al subministrament paral·lel de dues fonts

A primera vista, per alimentar consumidors responsables, podeu fer front completament a connectar-los simultàniament a dues línies diferents que prenen energia de diferents generadors. Aleshores, en cas d'accident en una de les línies aèries, aquest circuit es trencarà, i l'altre romandrà en funcionament i proporcionarà energia contínua.

Aquests esquemes ja s'han creat, però no han rebut una aplicació pràctica massiva a causa dels següents desavantatges:

• en cas de curtcircuit en qualsevol de les dues línies, els corrents augmenten notablement a causa del subministrament d'energia dels dos generadors;

• les pèrdues de potència a les subestacions transformadores de potència augmenten;

• l'esquema de gestió de l'energia es fa molt més complex a causa de l'ús d'algorismes que tenen en compte simultàniament l'estat de l'usuari i dos generadors, l'aparició de fluxos d'energia;

• la complexitat d'implementar les proteccions interconnectades per algorismes als tres extrems remots.

Per tant, es considera que l'alimentació de l'usuari des d'una font principal i la transferència automàtica al generador de seguretat en cas de fallada d'energia és la més prometedora. El temps de tall d'energia amb aquest mètode pot ser inferior a 1 segon.

Característiques de la creació d'esquemes ATS

Es pot utilitzar un dels algorismes següents per controlar l'automatització:

• font d'alimentació unidireccional des d'un lloc de treball amb un mode d'espera en calent addicional, que només es posa en funcionament en cas de pèrdua de tensió de la font principal;

• la possibilitat d'ús bilateral de cadascuna de les fonts com a estació de treball;

• la capacitat del circuit ATS de tornar automàticament a l'alimentació des de la font primària després que la tensió es restableixi als busos de commutació d'entrada. En aquest cas, es crea una seqüència d'accionament dels dispositius de commutació d'alimentació, excloent la possibilitat de connectar l'usuari al mode d'alimentació paral·lel des de dues fonts;

• un esquema ATS senzill que exclou la transició al mode de recuperació d'energia de la font principal en mode automàtic;

• la font d'alimentació de reserva només s'hauria d'introduir si s'han fet els arranjaments per subministrar tensió a l'element d'alimentació principal fallit apagant l'interruptor corresponent.

A diferència del tancament automàtic, el tancament automàtic, els dispositius ATS mostren la màxima eficiència en cas d'interrupció de l'alimentació, calculada al 90 ÷ 95%. Per tant, s'utilitzen àmpliament en sistemes d'alimentació d'empreses industrials.

L'encesa automàtica de la reserva s'utilitza per alimentar línies elèctriques, transformadors (alimentació i necessitats auxiliars), interruptors seccionals.

Els principis subjacents al treball de l'OVD

Per analitzar la tensió de la línia elèctrica principal, s'utilitza un dispositiu de mesura, que consisteix en un relé de control de tensió RKN en combinació amb un transformador de mesura i els seus circuits. La tensió d'alta tensió de la xarxa primària, convertida proporcionalment a un valor secundari de 0 ÷ 100 volts, s'alimenta a la bobina del relé de control, que actua com a disparador.

La configuració de la configuració del relé RKN té una particularitat: cal tenir en compte el baix nivell d'accionament requerit de l'element d'accionament, que garanteix la caiguda de tensió fins al 20 ÷ 25% del valor nominal.

Això es deu al fet que, en el cas de curtcircuits tancats, es produeix una "caiguda de tensió" a curt termini, que s'elimina mitjançant el funcionament de les proteccions de sobreintensitat. I els elements d'inici d'ILV s'han de restaurar mitjançant aquests processos. Tanmateix, és impossible utilitzar els tipus convencionals de relés a causa del seu funcionament inestable al límit d'escala inicial.

Per al funcionament en els elements inicials de l'ATS, s'utilitzen dissenys de relés especials, que exclouen la vibració i el rebot dels contactes quan s'accionen als límits inferiors.

Quan l'equip s'alimenta normalment segons el circuit principal, el relé de control de tensió simplement observa aquest mode. Tan bon punt desapareix la tensió, el RKN canvia els seus contactes i, per tant, indica al solenoide que engegui el solenoide de l'interruptor de seguretat per accionar-lo.

Al mateix temps, s'observa una certa seqüència d'activació dels elements de potència del primer bucle, que s'inclou en la lògica de control del sistema ATS durant la seva creació i configuració.

A més de la pèrdua de tensió a la línia elèctrica principal, per al ple funcionament de l'element d'arrencada de l'ATS, sol ser necessari comprovar algunes condicions més, per exemple:

• absència de curtcircuit no autoritzat a la zona protegida;

• activar l'interruptor d'entrada;

• la presència de tensió a la línia elèctrica de reserva i algunes altres.

Tots els factors inicials introduïts per al funcionament de l'ATS es comproven a l'algorisme lògic i, si es compleixen les condicions necessàries, s'emet una ordre a l'òrgan executiu, tenint en compte l'horari establert.

Exemples d'aplicació d'alguns esquemes ATS

Depenent de la magnitud de la tensió de funcionament del sistema i de la complexitat de la configuració de la xarxa, el circuit ATS pot tenir una estructura diferent, funcionar amb corrent continu o altern, o prescindir-ne, utilitzant la tensió de la xarxa principal en 0,4 kV. circuits.

ATS en una línia d'alta tensió amb corrent de funcionament constant

Vegem breument la lògica de funcionament del circuit de relé d'alimentació de reserva amb la font d'alimentació principal #1.

Si es produeix un curtcircuit a la secció L-1, les proteccions apagaran l'interruptor V-1 i la tensió als busos de connexió desapareixerà. El relé de baixa tensió «H <» detectarà això a través del VT de mesura i funcionarà subministrant + corrent de funcionament a través del contacte RV, que ha funcionat amb un retard de temps, a la bobina RP.

Els seus contactes activaran ordres per accionar una sèrie de relés que realitzen diverses funcions de control i proporcionen un senyal de control al solenoide de tancament de l'interruptor d'alimentació V-2.

L'esquema proporciona informació d'acció única i alliberament d'accionament dels relés de senyal.

ATS d'un interruptor seccional a corrent de funcionament constant

Els transformadors de potència de funcionament T1 i T2 alimenten la seva secció de barres desconnectades de l'interruptor de secció V-5.

Quan un d'aquests transformadors s'activa o s'interromp, s'aplica energia a la secció activada canviant l'interruptor V-5. El relé RPV proporciona un tancament automàtic únic.

El funcionament del circuit es basa en la interacció dels contactes auxiliars de l'interruptor amb el subministrament de + corrent de funcionament a les bobines del relé RPV i els intermitents. També preveu l'acceleració operativa del sistema operatiu, que es posa en funcionament durant els canvis pel personal de servei.

El principi de formació de la lògica de funcionament de l'ATS es pot canviar. Per exemple, quan s'utilitza un circuit amb un interruptor de secció addicional inclòs, tal com es mostra a la foto següent, es necessitaran arrencadors i elements lògics addicionals.

Interruptor seccional ATS en funcionament en corrent altern

Característiques del funcionament de l'automatització de fonts que utilitzen energia procedent de les situades a la subestació Mesura VT, es pot estimar segons l'esquema següent.

Aquí el control de tensió de cada secció es realitza mitjançant els relés 1PH i 2PH. Els seus contactes accionen els cossos de sincronització 1PB o 2PB, que actuen a través dels contactes del bloc i les bobines intermitents dels solenoides de l'interruptor d'alimentació.

El principi d'implantació de l'ATS dels usuaris d'una xarxa de 0,4 kV

Quan es crea una font d'alimentació de reserva per a una xarxa trifàsica, s'utilitzen arrancadors magnètics KM1, KM2 i un relé de tensió mínima kV, que controla els paràmetres de la línia principal L1.

Els bobinatges d'arrencada es connecten des de les mateixes fases de les seves línies a través dels contactes de commutació lògica al neutre posat a terra, i els contactes d'alimentació es connecten a les barres de subministrament del consumidor a ambdós costats.

El sistema de contactes del relé de tensió en cada posició connecta només un arrencador a la xarxa. En presència de tensió a la línia L1, el kV funcionarà i amb el seu contacte de tancament activarà la bobina de l'arrencada KM1, que subministrarà a l'usuari el seu circuit d'alimentació i connectarà la seva llum de senyal, alhora que inhabilitarà el bobinatge KM2.

En cas d'interrupció de tensió a L1, el relé kV interromp el circuit d'alimentació del bobinat d'arrencada KM1 i posa en marxa KM2, que realitza les mateixes funcions per a la línia L2 que KM1 per al seu circuit en el cas anterior.

Els interruptors d'alimentació QF1 i QF2 s'utilitzen per desactivar completament el circuit.

El mateix algorisme es pot prendre com a base per crear una font d'alimentació per a usuaris responsables en una xarxa elèctrica monofàsica.Només cal apagar els elements innecessaris i utilitzar arrencadors monofàsics.

Característiques dels conjunts ATS moderns

Per explicar els principis dels algorismes d'automatització d'edificis, s'ha utilitzat deliberadament l'antiga base de relés, cosa que facilita la comprensió dels algorismes en funcionament.

Els dispositius moderns estàtics i de microprocessador funcionen en els mateixos circuits, però tenen un aspecte millorat, mides més petites i tenen configuracions i capacitats més convenients.

Es creen en blocs separats o en conjunts sencers muntats en mòduls especials.

Per a ús industrial, els kits ATS es fabriquen com a kits totalment preparats per al seu ús allotjats en tancaments de protecció especials.