Устройства ввода резерва

Устройства ввода резерва: принципы работы, классификация и применение

Устройство ввода резерва (АВР) – это комплексное техническое решение, предназначенное для автоматического переключения питания нагрузки с основного источника электроснабжения на резервный (или наоборот) при исчезновении напряжения, выходе его параметров за допустимые пределы, а также в случае отказа основного ввода. Основная функция АВР – обеспечение бесперебойного электроснабжения ответственных потребителей, сокращение времени простоя технологического оборудования и повышение общей надежности системы электроснабжения.

Принцип действия и основные функции АВР

Принцип действия АВР основан на непрерывном или периодическом контроле параметров сети на основном вводе. При нарушении этих параметров система формирует логическую команду на отключение вводного коммутационного аппарата основного источника и последующее включение аппарата резервного ввода. Ключевым условием является соблюдение выдержки времени на отключение основного ввода для гарантированного гашения дуги и исключения встречного включения источников, а также выдержки времени на включение резервного ввода. Основные функции АВР включают:

• Контроль наличия и уровня напряжения на всех контролируемых вводах (3-фазное/1-фазное, с контролем обрыва фазы, перекоса, чередования фаз).
• Автоматическое переключение нагрузки на исправный источник при аварии на рабочем.
• Автоматическое возвращение на основной ввод после восстановления его параметров в течение заданного времени (функция может быть отключена).
• Защиту от включения резервного источника на замкнутую сеть (контроль отсутствия КЗ перед включением).
• Блокировку АВР при срабатывании защит отходящих линий (селективность).
• Обеспечение необходимой временной задержкой для исключения ложных срабатываний при коммутациях в питающей сети.

Классификация устройств ввода резерва

АВР систематизируют по нескольким ключевым признакам, определяющим их конструкцию и логику работы.

1. По типу резервного источника питания

• АВР с двумя независимыми питающими линиями (сеть-сеть): Наиболее распространенный тип. Оба ввода – от разных трансформаторов или секций шин одной или разных подстанций. Резервный ввод находится в «горячем» режиме, под напряжением.
• АВР с сетью и автономным генератором (сеть-генератор): Резервным источником является дизельная или газовая электростанция. АВР содержит дополнительный функционал: управление стартом и остановкой генератора, прогрев, контроль выхода генератора на номинальные параметры перед подключением нагрузки.
• АВР в системах бесперебойного питания (сеть-ИБП): Переключение происходит на инвертор источника бесперебойного питания, питаемый от аккумуляторных батарей. Время переключения минимально (единицы-десятки миллисекунд).

2. По количеству резервных вводов

• Односторонние АВР: Один рабочий и один резервный ввод. Нагрузка может быть переключена только с основного на резервный.
• Двусторонние АВР: Оба ввода равноправны. При пропадании напряжения на любом из них нагрузка переключается на другой. После восстановления питания возможен возврат (или нет).
• АВР с тремя и более вводами: Сложные схемы с несколькими рабочими и одним резервным вводом или с несколькими резервными источниками.

3. По быстродействию (времени переключения)

• Быстродействующие АВР (до 0.5 сек): На основе контакторов или быстродействующих автоматических выключателей с моторным приводом. Применяются для нагрузок, не критичных к кратковременному перерыву питания.
• Сверхбыстродействующие АВР (единицы-десятки мс): На основе статических ключей (тиристоров). Используются для особо ответственных нагрузок, где даже кратковременный перерыв недопустим.

4. По типу исполнительных коммутационных аппаратов

• АВР на автоматических выключателях (АВ): Наиболее надежный и распространенный вариант для силовых распределительных щитов. Управление осуществляется через моторные приводы выключателей, встроенные или внешние блоки АВР. Обеспечивают полную защиту от КЗ и перегрузок.
• АВР на контакторах (магнитных пускателях): Применяются для нагрузок меньшей мощности. Часто требуют обязательной защиты со стороны питания автоматическими выключателями. Быстрее и дешевле решений на АВ.
• АВР на переключающих устройствах с электроприводом (рубильники, переключатели): Используются в схемах, где требуется видимый разрыв цепи и высокая коммутационная стойкость.

Структурная схема и основные компоненты АВР

Типичный шкаф АВР на два ввода с односторонней логикой содержит следующий набор компонентов:

• Входные силовые цепи: Клеммы для подключения основного и резервного вводов.
• Исполнительные коммутационные аппараты: Два автоматических выключателя (QF1, QF2) с моторными приводами, установленные с механической и/или электрической блокировкой, исключающей одновременное включение.
• Измерительные органы (реле контроля фаз): Устройства, непрерывно контролирующие напряжение на каждом вводе (например, реле EL-11, EL-12, EKL-1 или их цифровые аналоги). Фиксируют исчезновение, понижение, повышение напряжения, перекос фаз, обрыв и неправильное чередование.
• Логический контроллер (блок АВР): Микропроцессорное или релейное устройство, обрабатывающее сигналы от измерительных органов и формирующее команды на включение/отключение силовых аппаратов согласно заданному алгоритму. Содержит настройки уставок и временных задержек.
• Цепи управления и сигнализации: Переключатели режимов (Авто/Ручной), кнопки местного управления, световая индикация состояния вводов и положения аппаратов, дискретные выходы для передачи сигналов в АСУ ТП.
• Система автоматического запуска генератора (для АВР сеть-генератор): Формирует команды «Старт», «Стоп», «Аварийный стоп», принимает сигналы «Готовность генератора» и «Набор номинала».

Типовые алгоритмы работы АВР

Алгоритм для схемы «Сеть-Сеть» (двухвходовой односторонний АВР)

1. В нормальном режиме нагрузка питается от Ввода 1 (основной). QF1 включен, QF2 отключен. На Вводе 2 присутствует напряжение в пределах уставок.
2. При исчезновении напряжения на Вводе 1 реле контроля фиксирует аварию и выдает сигнал в блок логики АВР.
3. Блок АВР выдерживает заданную выдержку времени t1 (0.1-5 сек) для исключения ложного срабатывания при кратковременных провалах и выдает команду на отключение QF1.
4. После получения подтверждения об отключении QF1 и при наличии качественного напряжения на Вводе 2, блок АВР выдает команду на включение QF2.
5. Нагрузка переведена на резервный Ввод 2.
6. После восстановления напряжения на Вводе 1 и его стабилизации в течение времени tвозвр (5-300 сек), АВР, при активированной функции возврата, отключает QF2 и включает QF1, возвращая нагрузку на основной ввод.

Алгоритм для схемы «Сеть-Генератор»

1. При пропадании напряжения на основном вводе (сети) и выдержке времени t1, блок АВР выдает команду «Старт» на генератор.
2. Происходит запуск ДГУ, прогрев, выход на номинальные обороты и напряжение.
3. Блок АВР получает сигнал «Готовность» от генератора и контролирует стабильность его параметров в течение времени t2 (10-30 сек).
4. После этого АВР отключает QF1 от сети и включает QF2 на генератор.
5. При восстановлении сетевого напряжения и его стабильной работе в течение времени t3 (обычно 5-10 мин для стабилизации сети), АВР переключает нагрузку обратно на сеть: включает QF1, отключает QF2.
6. После переключения АВР выдает команду «Стоп» на генератор, и ДГУ работает на холостом ходу в течение времени охлаждения t4, после чего останавливается.

Ключевые параметры и настройки АВР

Правильная настройка параметров АВР критична для его корректной и надежной работы.

Таблица 1. Основные настраиваемые параметры АВР

Параметр	Обозначение	Типичный диапазон	Назначение и комментарии
Уставка минимального напряжения	Umin	0.7 — 0.9 Uном	Нижний порог срабатывания. Учитывает допустимые просадки в сети.
Уставка максимального напряжения	Umax	1.05 — 1.15 Uном	Верхний порог срабатывания.
Выдержка времени на срабатывание	t1	0.1 — 5.0 сек	Задержка перед началом операции переключения. Исключает реакцию на кратковременные помехи.
Выдержка времени на включение резерва	t2	0.1 — 1.0 сек	Пауза между отключением рабочего и включением резервного ввода.
Выдержка времени на возврат	tвозвр	5 — 300 сек	Время контроля стабильности основного ввода перед возвратом.
Время запуска и контроля генератора	tген	10 — 60 сек	Максимальное время ожидания выхода генератора на номинал.
Время работы на генераторе перед возвратом	tраб.ген	300 — 600 сек	Минимальное время работы ДГУ под нагрузкой перед попыткой возврата в сеть.

Нормативные требования и стандарты

Проектирование, производство и эксплуатация АВР регламентируется рядом документов:

• ПУЭ (Правила устройства электроустановок), изд. 7: Главы 1.2, 3.3, 4.2, 5.6. Определяют требования к надежности электроснабжения, выбору резервирования, условиям применения АВР.
• ГОСТ Р 50571.5.52-2011/МЭК 60364-5-52:2009 «Электроустановки низковольтные. Часть 5-52. Выбор и монтаж электрооборудования. Системы обеспечения непрерывности электроснабжения».
• ГОСТ Р 51732-2001 «Устройства вводно-распределительные для жилых и общественных зданий. Общие технические условия».
• Стандарты серии МЭК 60947-6-1 «Аппаратура распределения и управления низковольтная. Часть 6-1: Аппараты переключения. Автоматические устройства переключения».

Типовые ошибки при проектировании и эксплуатации АВР

• Отсутствие или неправильная настройка механической/электрической блокировки между аппаратами вводов, что может привести к встречному включению источников.
• Неверный выбор уставок реле контроля напряжения, приводящий к частым ложным срабатываниям или, наоборот, к неотключению при глубокой просадке.
• Пренебрежение селективностью: АВР срабатывает при КЗ на отходящей линии, хотя вводной аппарат должен остаться включенным.
• Неучет перегрузочной способности резервного источника (особенно генератора), что приводит к его отключению по перегрузке после успешного запуска АВР.
• Отсутствие регулярного технического обслуживания и проверки работоспособности в ручном и автоматическом режимах.

Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)

Чем отличается АВР от УВР?

Фактически, это синонимы. Термин «Устройство ввода резерва (УВР)» является более формальным и часто используется в проектной документации и каталогах производителей. «Автоматический ввод резерва (АВР)» – устоявшаяся обиходная аббревиатура, описывающая ту же функцию.

Можно ли использовать АВР для переключения между тремя источниками?

Да, существуют трехвходовые и многовходовые схемы АВР. Их логика сложнее: может быть один основной и два резервных (в порядке приоритета), либо два рабочих и один резервный на оба. Реализуются на нескольких автоматических выключателях со сложной блокировкой или на специальных трехпозиционных переключающих аппаратах.

Что важнее при выборе АВР: время переключения или надежность?

Надежность является безусловным приоритетом. Время переключения выбирается исходя из требований нагрузки. Для большинства промышленных потребителей (вентиляция, освещение, насосы) допустимо переключение в течение 0.3-1 секунды. Для критичных нагрузок (серверные, системы связи) применяют сверхбыстрые АВР или системы с непрерывным питанием (ИБП онлайн-типа).

Нужно ли устанавливать защиту от короткого замыкания до АВР?

Да, обязательно. Силовые цепи каждого ввода (со стороны источника) должны быть защищены собственными аппаратами защиты (предохранителями или автоматическими выключателями) с соответствующими уставками. Сам блок АВР, как правило, не обеспечивает токовую защиту, он управляет только коммутационными аппаратами.

Как организовать АВР для трехфазной сети при питании однофазных критичных нагрузок?

В этом случае применяют схему с контролем по одной фазе. Реле контроля фаз настраивается на мониторинг только той фазы, от которой запитана критичная нагрузка. Однако это решение требует тщательного анализа, чтобы не допустить перекоса и перегрузки оставшихся фаз при отключении одной из них.

Что такое система АВР с синхронизацией и где она применяется?

Это сложные системы, которые перед включением резервного источника (чаще всего – генератора на параллельную работу с сетью или другим генератором) выравнивают его напряжение, частоту и фазу с основным источником. Применяется в мощных энергокомплексах, на судах, объектах с параллельной работой нескольких ДГУ для обеспечения плавного (безударного) подключения нагрузки и источников.

Как часто необходимо тестировать АВР?

Рекомендуется проводить плановое функциональное тестирование АВР не реже одного раза в месяц в ручном режиме (кнопками) и не реже одного раза в квартал – в автоматическом режиме (имитация пропадания основного ввода). Для АВР с генератором обязателен еженедельный запуск ДГУ под нагрузкой с проверкой работы всей цепи переключения.