Schematy transferu szyn (bus transfer) — transfer synfazowy i przy napięciu resztkowym w rozdzielniach SN

Przewodnik o SZR/ATS omawia automatyczne przełączanie na agregat rezerwowy na poziomie niskiego napięcia. Na poziomie średniego napięcia — na przykład między dwoma niezależnymi zasilaniami SN zasilającymi instalację przemysłową lub budynek z podwójnym przyłączem sieciowym — istnieje powiązana, lecz odrębna koncepcja: automatyczny schemat transferu szyn, który automatycznie przełącza odbiornik z jednego źródła SN na drugie w razie utraty aktywnego źródła.

Podstawowy problem: dwa asynchroniczne źródła

W schemacie transferu szyn dwa źródła SN (na przykład dwa niezależne transformatory zasilające lub dwa punkty przyłączenia do sieci) zazwyczaj nie są ze sobą zsynchronizowane — w odróżnieniu od sieci pracującej stale równolegle, gdzie synchronizm jest stale nadzorowany, jak omówiono w przewodniku o przekaźniku kontroli synchronizmu (25). Przy utracie aktywnego źródła wyłącznik do tego źródła musi się otworzyć, a wyłącznik do źródła rezerwowego zamknąć — ale obciążenie silnikowe na szynach (zwłaszcza duże silniki indukcyjne) przez pewien czas nadal "wybiega" po otwarciu pierwszego wyłącznika, generując zanikające napięcie resztkowe na szynach, którego faza stopniowo oddala się od fazy nowego, wchodzącego źródła.

Jeśli drugi wyłącznik zamknie się w dowolnym momencie podczas tego zanikającego napięcia resztkowego, dochodzi faktycznie do niezsynchronizowanego równoległego załączenia między pozostałą SEM silników na szynach a nowym źródłem — porównywalnego ze scenariuszem awarii, któremu przekaźnik kontroli synchronizmu normalnie zapobiega. Może to spowodować znaczny skok prądu oraz mechaniczne obciążenie udarowe podłączonych silników i samej aparatury łączeniowej.

Transfer synfazowy (szybki transfer)

Przy transferze synfazowym (in-phase transfer) zabezpieczenie stale monitoruje różnicę faz między zanikającym napięciem resztkowym na szynach a wchodzącym nowym źródłem i zamyka drugi wyłącznik dokładnie w momencie, gdy oba napięcia są w fazie (lub w bardzo wąskim dopuszczalnym paśmie fazowym) — zazwyczaj w ciągu od kilkudziesięciu do nieco ponad stu milisekund po utracie aktywnego źródła, czyli zanim napięcie resztkowe na szynach zbytnio zaniknie lub zbytnio odejdzie w fazie. Ponieważ transfer następuje, gdy szyny wciąż mają znaczące napięcie resztkowe, które ponadto jest niemal w fazie z nowym źródłem, skok prądu pozostaje ograniczony, a podłączone silniki nadal wirują praktycznie bez przerwy.

Transfer synfazowy wymaga odpowiednio szybko zamykającego się mechanizmu wyłącznika oraz przekaźnika zabezpieczeniowego zdolnego obliczać różnicę faz w czasie rzeczywistym i wydawać polecenie zamknięcia z właściwym wyprzedzeniem czasowym, uwzględniającym własny czas zamknięcia wyłącznika.

Transfer przy napięciu resztkowym (wolny, bezpieczny transfer)

Jeśli transfer synfazowy nie jest osiągalny w dostępnym oknie czasowym (na przykład z powodu wolnego wyłącznika lub zbyt szybko narastającej różnicy faz), schemat przechodzi na transfer przy napięciu resztkowym: drugi wyłącznik zamyka się dopiero po tym, jak napięcie resztkowe na szynach zaniknie poniżej ustawionego, bezpiecznego progu (zazwyczaj rzędu 25-40% napięcia znamionowego). Metoda ta celowo czeka więc, aż SEM silników na szynach zaniknie na tyle, że niezsynchronizowane zamknięcie nie powoduje już szkodliwego skoku prądu — kosztem dłuższej przerwy w zasilaniu odbiornika (zazwyczaj od kilkuset milisekund do kilku sekund, zależnie od charakteru wybiegu podłączonych silników).

Dlaczego obie metody są często łączone w jednym schemacie

Pełny schemat transferu szyn zazwyczaj najpierw próbuje wykonać transfer synfazowy i automatycznie przechodzi na transfer przy napięciu resztkowym, jeśli warunki synfazowości nie zostaną spełnione w dopuszczalnym oknie czasowym — na przykład ze względu na zbyt szybko narastającą różnicę faz na szynach z wieloma dużymi, wolno wybiegającymi silnikami. Trzeci, jeszcze wolniejszy tryb awaryjny (stałe opóźnienie czasowe, niezależne od zmierzonego napięcia resztkowego) jest czasami stosowany jako ostateczna opcja, kosztem najdłuższego czasu przerwy, lecz z największą pewnością przed szkodliwym, niezsynchronizowanym zamknięciem.

Znaczenie praktyczne

Wybór i nastawienie schematu transferu szyn stanowi kompromis między ciągłością (im krótsza przerwa, tym mniej zakłóceń dla krytycznych procesów i silników) a obciążeniem mechanicznym/elektrycznym aparatury łączeniowej i podłączonych silników w przypadku niepełnie zsynchronizowanego zamknięcia. W instalacjach z dużym obciążeniem silnikowym na tej samej szynie (gdzie charakter wybiegu silników dłużej utrzymuje napięcie resztkowe, ale też szybciej wyprowadza je z fazy) okno detekcji synfazowej i próg napięcia resztkowego muszą być dostrojone specjalnie do charakterystyki tego obciążenia silnikowego, a nie pozostawione na generycznym ustawieniu fabrycznym.

Typowe błędy

1. Mylenie schematu transferu szyn z prostym, stałym opóźnieniem czasowym — bez aktywnego nadzoru fazy lub napięcia nie ma gwarancji, że zamknięcie jest faktycznie bezpieczne w momencie upływu opóźnienia.
2. Zbyt wysokie ustawienie progu napięcia resztkowego, przez co schemat faktycznie nigdy nie osiąga transferu synfazowego i zawsze niepotrzebnie długo czeka na tryb awaryjny przy napięciu resztkowym.
3. Niedostosowanie okna detekcji synfazowej do rzeczywistego obciążenia silnikowego na szynach — szyny z wieloma dużymi silnikami o wolnym wybiegu mają inną dynamikę fazy niż szyny z przeważającym obciążeniem statycznym (nieobrotowym).
4. Brak skonfigurowania trybu awaryjnego na wypadek, gdy ani warunki synfazowe, ani warunki napięcia resztkowego nie zostaną spełnione w rozsądnym czasie, przez co transfer może czekać w nieskończoność bez przywrócenia zasilania odbiornika.

Powiązane

• Automatyczny przełącznik rezerwowy (SZR/ATS) zasilania awaryjnego
• Przekaźnik kontroli synchronizmu (25) przy łączeniu równoległym
• Zabezpieczenie niezgodności biegunów (62PD) — wyłącznik
• Wyłącznik ICW/ICM — wytrzymałość krótkotrwała i zdolność załączania