Как работают устройства автоматики повторного включения (АПВ)?

В виду большой протяженности электрических сетей их обслуживание и ремонт, в случае повреждения, усложняются необходимостью доставления бригады к месту выполнения работ. Из-за чего большинство внештатных ситуаций, которые приводят к отсутствию напряжения, решает автоматическое повторное включение (АПВ) без необходимости вмешательства работников.

Назначение АПВ

Автоматическое повторное включение предназначено для включения выключателей после того, как аварийное отключение обесточило линию. При этом АПВ позволяет уменьшить перерывы в электроснабжении на количество кратковременных аварий. Посмотрите на рисунок 1, в случае замыкания в точке К1 с последующим отключением высоковольтного выключателя Q1 происходит срабатывание АПВ1. Допустим, что замыкание самоустранилось и снабжение линии от подстанции ПС1 до ПС2 восстановилось.

В то же время, при замыкании в точках К2 и К3 выключатель Q2 отсекает линию до подстанции ПС3. Допустим, что это устоявшиеся замыкания, при срабатывании АПВ2 напряжение снова будет подано в сеть, но так как в точках К2 и К3 происходит замыкание, Q2 снова отключит линию.

Поэтому все аварийные ситуации по их продолжительности можно условно поделить на:

• Кратковременные – те, которые обуславливаются относительно непродолжительным фактором (перемещением животных, падением веток и прочих элементов), которые создали протекание токов короткого замыкания на доли или несколько секунд, после чего и причина, и замыкание самоустранились.
• Устоявшиеся – обусловленные постоянным фактором, который не может самоустраниться без вмешательства персонала (обрыв провода, разрушение изоляции и прочие). В таких ситуациях возникают устойчивые кз, которые устраняются только отключением выключателей и последующим ремонтом.

На практике автоматическое повторное включение срабатывает во всех ситуациях, но успешное включение происходит только в случае, когда причина устранилась, то есть при кратковременных повреждениях. Если же после первой повторной подачи автоматическое восстановление не произошло, в зависимости от типа, могут применяться следующие ступени повторного включения. В соответствии с местными условиями системы АПВ могут иметь различные особенности работы.

Так как 50% всех отключений удается повторно запитать от однократного АПВ, то первая ступень считается наиболее эффективной. Вторая отстраивается с временным промежутком в несколько секунд или десятков секунд, и, как показывает статистика, позволяет запитать потребителя еще в 15% случаев.

Классификация

В зависимости от количества фаз, задействованных для повторного включения все АПВ подразделяют на:

• Однофазные – предназначены для автоматического ввода только одной фазы, на которой произошло замыкание, как правило, применяются для линий 500кВ и выше;
• Трехфазные – характеризуются воздействием на привод выключателя, который сразу повторно включает все три фазы;
• Комбинированные — осуществляют автоматическое включение электрических аппаратов посредством логического выбора одной или всех трех, в зависимости от типа замыкания.

В свою очередь, трехфазные АПВ подразделяются на такие классы:

• С односторонним питанием – когда линия запитывается только от одного источника, соответственно, оперативный ток запускает цепь повторного включения только для одного высоковольтного выключателя.
• С двухсторонним питанием – когда участок сети получает электроснабжение сразу от двух источников и система АПВ вынуждена повторно включать сразу два коммутационных аппарата.

Также двухстороннее АПВ подразделяется на:

• Несинхронное повторное включение, когда система выполняет одновременный ввод выключателей с двух сторон. При этом синхронность включения и процессов в линии не соблюдается.
• С ожиданием синхронизма – подает питание сначала с одной стороны, а затем с другой.
• С улавливанием синхронизма – подбирает время включения в соответствии с удаленностью точки замыкания для предотвращения возникновения несимметричных режимов, ударов тока и прочих эффектов.
• Быстродействующие АПВ – позволяют осуществить повторное включение в максимально короткий промежуток времени.

Помимо вышеизложенных способов классификации, АПВ могут различаться по способу включения – от механического воздействия или посредством электрического сигнала. Также существует разделение по количеству ступеней включения – одна или несколько, в зависимости от того, сколько раз АПВ пытается повторно включить питание. Принцип действия повторного включения может отстраиваться как от наличия напряжения в линии, так и от его отсутствия.

Принцип работы

Рассмотрите принцип работы автоматического повторного включения на примере такой схемы.

Рис. 2: Принципиальная схема АПВ

Как видите на рисунке 2, напряжение подается на шину управления ШУ, на схеме показан пример питания от источника постоянного тока + ШУ и – ШУ. В данном примере устройство АПВ управляется механизмами:

• контроля синхронизации;
• положения контактов выключателя;
• запрета АПВ;
• разрешения подготовки.

Релейная защита реализуется посредством реле времени РВ и промежуточного РП. Последнее имеет две обмотки: по току РП I и по напряжению РП U. В нормальном режиме к ШУ приложено напряжение, которое заряжает конденсатор С при наличии соответствующего сигнала от цепей разрешения подготовки. Но повторное включение блокируется сигналом цепи запрета АПВ, который отстраивается на основе резисторов R1 и R2, находящихся в последовательном соединении с управленческими цепями.

В случае отключения трансформатора, линии или других участков, сигнал контроля синхронизации замыкает цепь для РВ. Которое при отсчете установленного промежутка времени выполняет замыкание собственных контактов, они, в свою очередь, шунтируют резистор R. После чего происходит разряд конденсатора на обмотку напряжения РП. При этом возбуждается и токовая катушка, которая притягивает контакты реле и замыкает цепь на включение выключателя.

Если трехфазное кз прекратилось и электроснабжение возобновится, то контроль синхронизации подает сигнал на размыкание обмотки РВ. После чего в цепь снова вводится сопротивление R и происходит возврат реле в обесточенное состояние. После возврата устройства в режим ожидания сразу происходит заряд конденсатора С для готовности к последующему повторному включению.

Узел Н позволяет вывести повторное включение на время проведения каких-либо плановых манипуляций оперативным персоналом.

Предъявляемые требования

Для обеспечения заявленных режимов и безопасных условий работы оборудования, к устройствам автоматического повторного включения предъявляется ряд требований:

• Быстродействие – должна обеспечивать скорость перехода, определяемая типом питаемых устройств и категорией потребителя. Но, при этом, скорость не должна выполнять повторное включение до полного рассеивания электрической дуги. Так как в противном случае, даже при кратковременных повреждениях возможна повторная ионизация изолирующего промежутка.
• Устойчивость к аварийному режиму – устройства ТАПВ и резервных защит не должны снижать качество и скорость реагирования из-за перепадов электрических величин.
• Селективность АПВ – система должна отстраивать свою работу в соответствии с другими устройствами аварийной автоматики, не прерывая действия защит. Рисунок 3: Согласование АПВ с другими защитами
• В случае оперативных отключений с целью проведения плановых работ, АПВ должно выводиться из цепи, чтобы ошибочно не подать напряжение на шины подстанции и не подвергнуть угрозе персонал.
• После срабатывания повторного включения коммутационное устройство должно возвращаться во включенное положение. При неуспешном АПВ должен происходить автоматический возврат в отключенное положение.
• Для некоторых видов защит (газовой, дифференциальной и прочих, реагирующих на повреждение трансформатора) должен устанавливаться запрет на повторное включение. Также отключенное положение должно сохранятся при возникновении аварийного режима в силовых электрических машинах.
• При повторных включениях должны блокироваться неконтролируемые многократные АПВ во избежание разрушающих воздействий устойчивых токов кз на устройства. Рисунок 4: Увеличение тока при кз

Особенности эксплуатации АПВ

Следует отметить, что работа повторного включения должна контролироваться исключительно теми работниками, на балансе которых находятся соответствующие распределительные сети. При этом допуск постороннего персонала может производиться только под надзором ответственного работника.

Помимо того, что все случаи срабатывания АПВ для обратного включения тех же шин, линий или трансформаторов фиксируют приборы учета, они должны регистрироваться оперативными работниками в соответствующем журнале. После чего специалисты, обслуживающие устройства защиты шин, линий и силового оборудования подстанции должны провести анализ работы повторного включения с составлением соответствующих документов.

Периодически, для проверки работоспособности устройств АПВ, персонал обязан вывести его из работы. После чего производится комплекс испытательных мер, как совместно с остальными защитами, так и отдельно. По результатам проверки должен выдаваться протокол об исправности или неисправности АПВ. В последнем случае применяются меры для восстановления или отладки нормальной работы повторного включения, и производится внеочередная проверка.

Если для линии предусмотрено включение резерва, то повторное включение может не использоваться. Чтобы работа АПВ не нарушала переход системы на резервное питание.

Видео по теме

Устройство автоматического повторного включения трехфазного электродвигателя

В производстве и в быту существует ряд агрегатов с электродвигателями, от которых требуется непрерывная работа. Сюда можно отнести всевозможные насосные, вентиляционные установки, работающие в системах теплоснабжения, водоснабжения, водяного и воздушного охлаждения силового электрооборудования (например, тиристорныхпреобразователей напряжения).

Внезапная остановка таких машин нежелательна, так как может привести к нарушениям в работе этих систем. Распространенной причиной таких остановок являются кратковременные (от одной до нескольких секунд) посадки напряжения в электрической сети — явление для наших энергосетей, к сожалению, нередкое.

Поэтому у этих агрегатов необходимо постоянное присутствие обслуживающих работников, которые могут выполнить быстрое повторное включение вручную.

Возможен и другой вариант — установка устройств автоматического повторного включения электродвигателей (АПВ). При этом постоянное присутствие людей рядом с агрегатом становится необязательным, а иногда и нежелательным.

Схемы нескольких устройств АПВ в свое время были опубликованы в [1]. Одно из них было повторено, но работало удовлетворительно. После внесения изменений в электрическую схему устройство стало действовать успешно.

Принципиальная схема

Предлагаемая схема проста. На рис.1 она показана в практическом варианте в виде блока совместно со схемой обычного нереверсивного пускателя. Блок изготавливают как дополнение к схеме пускателя, не требующее нарушения существующих электрических связей.

Рис. 1. Принципиальная схема автоматического повторного включения трехфазного электродвигателя.

Включение и отключение электродвигателя производится с помощью кнопок SB1, SB2. При нажатии кнопки SВ2 «Пуск» и включении пускателя К1 конденсатор С1 заряжается по цепи R1, VD1, С1, SВ2 (К1), SВ1.

При исчезновении напряжения в электрической сети 380 В отключается пускатель К1. Конденсатор медленно разряжается через резистор R5.

При восстановлении напряжения транзистор VT1 открывается, конденсатор разряжается через его переход К-Э и управляющий переход тиристора VS1, который включается во время управляющих полупериодов, и сам включает пускатель К1 электродвигателя.

Выдержка времени действия АПВ при посадке напряжения определяется временем разряда конденсатора С1 через резистор R5 и зависит от величин C1, R5 и напряжения на С1.

Величина напряжения на разряженном конденсаторе определяется соотношением величин сопротивлений резисторов R1 и R5. Оно не должно быть больше номинального напряжения конденсатора.

Стабилитрон VD2 препятствует быстрому разряду С1 при плавной посадке напряжения. При указанных в схеме номиналах время действия составляет около 15 с. При нажатии кнопки SB1 «Стоп» VT1 открывается и С1 быстро разряжается через переходы К-Э VT1 и УК VS1. Время отключения не должно быть белее 0,5 с. За это время разрядный ток становится меньше тока включения тиристора.

Из этих соображений емкость конденсатора С1 и напряжение заряда на нем (определяется, в основном, величиной R5) должны быть минимально возможными для обеспечения необходимого времени готовности к действию АПВ.

Это время не следует устанавливать чрезмерно большим, более 15 с. Оно должно быть меньше времени, за которое работник, обслуживающий установку, успеет после внезапной остановки электродвигателя к ней подойти. Это соответствует требованиям норм охраны труда.

Детали

Кроме указанных на схеме, могут применяться и другие широко распространенные подобные детали. Тиристор VS1 можно заменить КУ202Н. Транзистор VT1 типа КТ602Б, КТ801А, КТ630В. Диоды VD1, VD3 типа КД209Б.

Стабилитрон VD2 может быть типа КС650А, но при этом величину резистора R2 следует увеличить до 100 кОм. Конденсаторы типов К50-35, К50-20, К50-12. Резисторы типов МЛТ-0,25.

Конструкция

Для ответственных агрегатов рядом с рабочей устанавливают и резервную установку. Для этих случаев печатную плату выполняют сдвоенной. Один из возможных ее вариантов показан на рис.2.

В качества корпуса блока АПВ используют корпус от реле ПЭ-21 или МКУ-48.

Рис. 2. Печатная плата для устройства.

На схеме указаны номера винтовых зажимов корпуса, к которым подсоединяют выводы печатной платы. Для тиристора VS1 наличие охладителя не требуется. Наладка и эксплуатация.

Блок АПВ присоединяют к схеме пускателя (без электродвигателя) и отключением-включением выключателя QF1 имитируют исчезновение и появление напряжения в сети.

При необходимости подбирают величины С1 и R5 с учетом приведенных выше требований. Таким же образом проводят периодические проверки уже установленных и работающих блоков.

Несколько экземпляров блока изготовлены, установлены и многие годы работают в системах водяного охлаждения силовых тиристоров, водяного отопления. 3а это время случился один отказ по причине потери емкости электрического конденсатора. Поэтому «высохший» конденсатор желательно изредка менять — раз в 5-10 лет.

А.В. Окатов, г. Керчь. Автономная Республика Крым, Украина. Электрик-2004-10.

Литература: 1. Справочник по электроснабжению промышленных предприятий. Сост. ТВ. Анчарова и др., 1981.