Автоматическое включение резерва

Автоматическое включение резерва (АВР) — это устройство или система, предназначенная для автоматического переключения нагрузки с основного (рабочего) источника электроснабжения на резервный (аварийный) при исчезновении или недопустимом снижении напряжения на основном источнике. АВР является одним из ключевых элементов систем электроснабжения, обеспечивающих бесперебойность питания ответственных потребителей. В зависимости от конфигурации сети, АВР может быть реализован как на стороне низкого (0,4 кВ), так и на стороне высокого (6–35 кВ) напряжения.

Принцип действия

Основная задача АВР — минимизировать время перерыва электроснабжения при аварийном отключении основного источника. Алгоритм работы типового устройства АВР включает следующие этапы:

1. Контроль параметров сети. Устройство непрерывно измеряет напряжение на вводе основного источника. Параметры срабатывания (уставки) задаются в зависимости от типа сети: обычно нижний порог составляет 0,7–0,85 от номинального напряжения, верхний — 1,1–1,2 от номинала.
2. Задержка времени. При обнаружении отклонения напряжения за пределы уставок запускается таймер выдержки времени (обычно от 0,5 до 10 секунд). Это необходимо для исключения ложных срабатываний при кратковременных провалах напряжения или переключениях на смежных участках сети.
3. Отключение основного ввода. Если по истечении выдержки времени напряжение не восстановилось, устройство подаёт команду на отключение коммутационного аппарата (автоматического выключателя, контактора или выключателя нагрузки) на основном вводе.
4. Включение резервного ввода. После отключения основного ввода, при наличии напряжения на резервном вводе, устройство подаёт команду на включение коммутационного аппарата резервного ввода.
5. Обратное переключение (возврат). После восстановления напряжения на основном вводе устройство может автоматически переключить нагрузку обратно (режим с возвратом) или оставить её на резервном вводе до ручного вмешательства (режим без возврата). Время обратного переключения обычно имеет большую выдержку (10–30 секунд) для стабилизации напряжения.

Классификация

По типу резервирования

• АВР с одним резервным источником. Наиболее распространённая схема, при которой один резервный источник (например, дизель-генераторная установка или вторая линия от подстанции) подключается при отказе основного.
• АВР с двумя и более резервными источниками. Используется на объектах с повышенными требованиями к надёжности (например, в больницах, центрах обработки данных). Устройство может выбирать между несколькими резервами по приоритету или по наличию напряжения.
• АВР с секционированием. Применяется в схемах с двумя независимыми вводами и секционным выключателем (шинным мостом). В нормальном режиме каждый ввод питает свою секцию шин; при отказе одного ввода секционный выключатель автоматически замыкается, обеспечивая питание обеих секций от исправного ввода.

По типу коммутационных аппаратов

• Контакторные АВР. Используют электромагнитные контакторы. Отличаются быстродействием (время переключения — 0,1–0,5 секунды), но ограничены по току (до 630 А) и числу циклов.
• Автоматические выключатели с моторным приводом. Применяются для токов до 6300 А. Время переключения — 1–3 секунды.
• Тиристорные (статитические) АВР. Используют силовые полупроводниковые ключи (тиристоры, симисторы). Обеспечивают практически мгновенное переключение (менее 10 мс), что критично для чувствительного оборудования. Недостаток — необходимость охлаждения и более высокая стоимость.
• Гибридные АВР. Комбинируют механические контакты (для нормального режима) и полупроводниковые ключи (для переключения). Обеспечивают высокое быстродействие при малых потерях.

По способу управления

• Автоматические. Работают без участия человека по заданному алгоритму.
• Ручные. Переключение производится оператором вручную (например, с помощью рубильника или переключателя). Часто используются как резервный режим при отказе автоматики.
• Дистанционные. Управляются по сигналам из системы диспетчерского управления (SCADA).

Устройство и основные компоненты

Типовое устройство АВР состоит из следующих элементов:

• Блок управления (контроллер). Микропроцессорное устройство, измеряющее напряжение, ток и частоту, реализующее логику переключения и выдающее команды на исполнительные механизмы. Современные контроллеры имеют программируемые уставки, возможность регистрации событий и интерфейсы связи (RS-485, Ethernet).
• Коммутационные аппараты. Автоматические выключатели, контакторы или выключатели нагрузки, установленные на каждом вводе. Обеспечивают гальваническую развязку и защиту от токов короткого замыкания.
• Датчики напряжения и тока. Трансформаторы напряжения (ТН) и тока (ТТ) для измерения параметров сети.
• Источник питания блока управления. Обычно — встроенный блок питания, получающий энергию от контролируемой сети. Для работы при полном исчезновении напряжения может использоваться аккумуляторная батарея.
• Интерфейс управления и индикации. Панель с кнопками, светодиодами и дисплеем для настройки и контроля состояния.

Применение

АВР широко применяется в системах электроснабжения объектов, где недопустимы длительные перерывы в подаче электроэнергии:

• Промышленные предприятия. Обеспечение работы непрерывных технологических процессов (например, в химической, металлургической, нефтегазовой промышленности).
• Объекты здравоохранения. Питание операционных, реанимационных отделений, аппаратов жизнеобеспечения.
• Центры обработки данных (ЦОД). Бесперебойное питание серверов, систем хранения данных и сетевого оборудования.
• Транспортная инфраструктура. Электроснабжение железнодорожных станций, аэропортов, метрополитена, светофоров.
• Жилые и административные здания. Питание лифтов, систем противопожарной защиты, аварийного освещения.
• Объекты связи. Питание базовых станций, узлов связи, ретрансляторов.

Нормативные требования

В Российской Федерации требования к устройствам АВР регламентируются рядом нормативных документов:

• Правила устройства электроустановок (ПУЭ). Глава 1.2 (Общие правила) и глава 1.6 (Автоматическое включение резерва) устанавливают основные требования к схемам АВР, времени переключения и селективности.
• ГОСТ Р 50571.5-56-2013 (МЭК 60364-5-56:2009). Требования к системам аварийного электроснабжения.
• СП 256.1325800.2016 «Электроустановки жилых и общественных зданий». Определяет необходимость АВР для лифтов, насосов пожаротушения и другого оборудования.
• Федеральный закон № 384-ФЗ «Технический регламент о безопасности зданий и сооружений». Устанавливает общие требования к надёжности электроснабжения.

Достоинства и недостатки

Достоинства

• Высокая надёжность. Автоматическое переключение исключает человеческий фактор и сокращает время простоя.
• Быстродействие. В зависимости от типа, переключение занимает от долей секунды до нескольких секунд.
• Простота интеграции. Устройства АВР могут быть установлены как в существующие, так и в проектируемые распределительные щиты.
• Возможность дистанционного мониторинга. Современные модели поддерживают передачу данных о состоянии и событиях.

Недостатки

• Стоимость. Качественные устройства АВР, особенно с тиристорными ключами, могут быть дорогими.
• Необходимость обслуживания. Механические контакты и контакторы требуют периодической проверки и замены.
• Ограничения по току. Контакторные АВР имеют ограниченную коммутационную способность.
• Риск ложных срабатываний. При неправильной настройке уставок или при кратковременных помехах возможны необоснованные переключения.

Интересные факты

• Первые устройства АВР появились в начале XX века вместе с развитием электрических сетей. Они использовали электромеханические реле и контакторы.
• Время переключения АВР критично для некоторых типов оборудования. Например, для компьютерных серверов допустимый перерыв питания составляет не более 10–20 мс, поэтому для их защиты применяются статические АВР или источники бесперебойного питания (ИБП).
• В атомной энергетике требования к АВР особенно жёсткие: время переключения не должно превышать 0,5 секунды, а схемы резервирования — троекратные.
• В некоторых странах (например, в Японии) устройства АВР обязательны для всех многоквартирных жилых домов выше определённой этажности.

Источники

1. Правила устройства электроустановок (ПУЭ). 7-е издание. — М.: Издательство НЦ ЭНАС, 2003.
2. ГОСТ Р 50571.5-56-2013 (МЭК 60364-5-56:2009). Электроустановки низковольтные. Часть 5-56. Выбор и монтаж электрооборудования. Системы аварийного электроснабжения.
3. СП 256.1325800.2016. Электроустановки жилых и общественных зданий. Правила проектирования и монтажа.
4. Кудрин Б.И. Электроснабжение промышленных предприятий. — М.: Энергоатомиздат, 2005.
5. Шеховцов В.П. Справочник по электроснабжению промышленных предприятий. — М.: Энергия, 2008.