Схемы перевода шины (bus transfer) — синфазный и по остаточному напряжению перевод в РУ СН

Статья об АВР рассматривает автоматический перевод на резервный генератор на уровне низкого напряжения. На уровне среднего напряжения — например, между двумя независимыми источниками СН, питающими промышленную установку или здание с двойным подключением к сети, — существует связанная, но отдельная концепция: автоматическая схема перевода шины, которая автоматически переключает нагрузку с одного источника СН на другой при потере активного источника.

Основная проблема: два асинхронных источника

В схеме перевода шины два источника СН (например, два независимых питающих трансформатора или две точки подключения к сети) обычно не синхронизированы между собой — в отличие от постоянно параллельно работающей сети, где синхронизм непрерывно контролируется, как рассмотрено в статье о реле контроля синхронизма (25). При потере активного источника выключатель к этому источнику должен отключиться, а выключатель к резервному источнику — включиться, но двигательная нагрузка на шине (особенно крупные асинхронные двигатели) некоторое время продолжает "выбегать" после отключения первого выключателя, генерируя затухающее остаточное напряжение на шине, фаза которого постепенно уходит от фазы нового, поступающего источника.

Если второй выключатель включится в произвольный момент во время этого затухающего остаточного напряжения, возникает фактически несинхронизированное параллельное включение между оставшейся ЭДС двигателей на шине и новым источником — сравнимое со сценарием неисправности, который реле контроля синхронизма обычно предотвращает. Это может привести к значительному броску тока и механической ударной нагрузке на подключённые двигатели и на саму коммутационную аппаратуру.

Синфазный перевод (быстрый перевод)

При синфазном переводе (in-phase transfer) защита непрерывно контролирует разность фаз между затухающим остаточным напряжением на шине и поступающим новым источником и включает второй выключатель точно в момент, когда оба напряжения синфазны (или в пределах очень малой допустимой фазовой полосы) — обычно в течение от десятков до чуть более ста миллисекунд после потери активного источника, то есть до того, как остаточное напряжение на шине слишком сильно затухнет или слишком сильно уйдёт по фазе. Поскольку перевод происходит, пока на шине ещё сохраняется значительное остаточное напряжение, которое к тому же почти синфазно с новым источником, бросок тока остаётся ограниченным, а подключённые двигатели продолжают вращаться практически без перерыва.

Синфазный перевод требует достаточно быстро включающегося механизма выключателя и реле защиты, способного рассчитывать разность фаз в реальном времени и подавать команду на включение с правильным временем опережения, учитывающим собственное время включения выключателя.

Перевод по остаточному напряжению (медленный, безопасный перевод)

Если синфазный перевод недостижим в доступном временном окне (например, из-за медленного выключателя или из-за того, что разность фаз нарастает слишком быстро), схема переходит на перевод по остаточному напряжению: второй выключатель включается только после того, как остаточное напряжение на шине затухнет ниже установленного безопасного порога (обычно порядка 25-40% от номинального напряжения). Этот метод, таким образом, намеренно ожидает, пока ЭДС двигателей на шине не затухнет достаточно, чтобы несинхронизированное включение больше не вызывало опасный бросок тока — ценой более длительного перерыва в питании нагрузки (обычно от нескольких сотен миллисекунд до нескольких секунд, в зависимости от характера выбега подключённых двигателей).

Почему оба метода часто сочетаются в одной схеме

Полноценная схема перевода шины обычно сначала пытается выполнить синфазный перевод и автоматически переходит на перевод по остаточному напряжению, если условия синфазности не выполняются в допустимом временном окне — например, из-за того, что разность фаз нарастает слишком быстро на шине с множеством крупных, медленно выбегающих двигателей. Третий, ещё более медленный резервный режим (фиксированная временная задержка, не зависящая от измеренного остаточного напряжения) иногда применяется как крайний вариант, ценой наибольшего времени перерыва, но с наибольшей гарантией от опасного несинхронизированного включения.

Практическое значение

Выбор и настройка схемы перевода шины представляют собой компромисс между непрерывностью (чем короче перерыв, тем меньше помех для критичных процессов и двигателей) и механической/электрической нагрузкой на коммутационную аппаратуру и подключённые двигатели в случае неполностью синхронизированного включения. На установках с большой двигательной нагрузкой на одной шине (где характер выбега двигателей дольше сохраняет остаточное напряжение, но также быстрее уводит его по фазе) окно синфазного обнаружения и порог остаточного напряжения должны настраиваться именно под характеристики этой двигательной нагрузки, а не оставаться на общей заводской настройке.

Типичные ошибки

1. Путаница схемы перевода шины с простой фиксированной временной задержкой — без активного контроля фазы или напряжения нет гарантии, что включение действительно безопасно в момент истечения задержки.
2. Слишком высокая установка порога остаточного напряжения, из-за чего схема фактически никогда не достигает синфазного перевода и всегда без необходимости долго ждёт резервного перевода по остаточному напряжению.
3. Отсутствие адаптации окна синфазного обнаружения к фактической двигательной нагрузке на шине — шина с множеством крупных двигателей с медленным выбегом имеет иную динамику фазы, чем шина преимущественно со статической (невращающейся) нагрузкой.
4. Отсутствие настройки резервного режима на случай, если ни синфазные, ни условия по остаточному напряжению не выполняются в разумное время, из-за чего перевод может ожидать неограниченно долго без восстановления питания нагрузки.

Связанные материалы

• Автоматический переключатель нагрузки (АВР) для резервного питания
• Реле контроля синхронизма (25) при параллельном включении
• Защита от несовпадения полюсов (62PD) — выключатель
• Выключатель ICW/ICM — кратковременная стойкость и включающая способность