Шкафы авр для генераторов

Обновлено: 05.05.2024

В прошлом посте про PDU мы говорили, что в некоторых стойках установлен АВР — автоматический ввод резерва. Но на самом деле в ЦОДе АВР ставят не только в стойке, но и на всем пути электричества. В разных местах они решают разные задачи:

в главных распределительных щитах (ГРЩ) АВР переключает нагрузку между вводом от города и резервным питанием от дизель-генераторных установок (ДГУ);
в источниках бесперебойного питания (ИБП) АВР переключает нагрузку с основного ввода на байпас (об этом чуть ниже);
в стойках АВР переключает нагрузку с одного ввода на другой в случае возникновения проблем с одним из вводов.

О том, какие АВР и где используются, и поговорим сегодня.

Основных типа АВР два: ATS (automatic transfer switch) и STS (static transfer switch). Они отличаются принципами работы и элементной базой и используются для разных задач. Если вкратце, то STS — это более «умный» ATS. Он быстрее переключает нагрузку и чаще используется для больших нагрузок/токов. Он более гибок в настройке, зато «с капризами» к сети: может отказаться работать, если 2 ввода питаются от разных источников, например: от трансформатора и ДГУ.

АВР в ГРЩ

Главный АВР дата-центра двадцать лет назад выглядел как сложная система контакторов и реле.

АВР образца начала 2000-х.

Сейчас АВР — это компактное многофункциональное устройство.

Система АВР в ГРЩ управляет вводными автоматами и дает команды на запуск и остановку ДГУ. При нагрузке более 2 МВт на уровне ГРЩ нецелесообразно гнаться за скоростью. Даже если переключится быстро, то пройдет время, пока запустится ДГУ. В этой системе используются более «медленные» ATS и выставляются задержки (уставки). Работает это так: когда питание дата-центра от трансформаторов пропадает, АВР командует устройствам: «Трансформатор, выключись. Теперь ждем 10 секунд (уставка), ДГУ, включись, ждем еще 10 секунд».

АВР в ИБП

На примере ИБП посмотрим, как работает второй тип АВР — STS или static transfer switch.

В ИБП переменный ток преобразуется в постоянный на выпрямителе. Затем на инверторе он превращается обратно в переменный ток, но уже со стабильными параметрами. Это устраняет помехи и повышает качество энергии. При отключении основного источника питания ИБП переключается на аккумуляторные батареи и питает дата-центр, пока в работу включаются ДГУ.

Но что, если из строя выйдет какой-то из элементов: выпрямитель, инвертор или аккумуляторные батареи? На этот случай в каждом ИБП есть механизм обходного пути, или байпас. С ним устройство продолжает работу в обход основных элементов, сразу от входного напряжения. Также байпасом пользуются, когда нужно выключить ИБП и вывести его в ремонт.

STS в ИБП нужен, чтобы безопасно перейти на байпасный ввод. Если коротко, то STS контролирует параметры сети на входе и на выходе, дожидается, когда они совпадут, и переключается в безопасных условиях.

АВР в стойке

Итак, к стойке подведены два ввода электропитания. Если у вашего оборудования два блока питания, вы спокойно подключаете его к разным PDU, и пропадание одного ввода вам не страшно. А если у вашего сервера один блок питания?
В стойке АВР используют, чтобы профит от двух вводов не пропал даром. При проблемах с одним из вводов АВР переключает нагрузку на другой ввод.

Дисклеймер: Если можете, избегайте оборудования с одним блоком питания, чтобы не создавать точку отказа в системе. Дальше мы покажем, в чем недостатки такой схемы подключения.

Задача АВР в стойке — переключить оборудование на рабочий ввод так быстро, чтобы в его работе не было перерыва. Нужную для этого скорость нашли опытным путем: не больше 20 мс. Посмотрим, как это обнаружили.

Сбои в работе серверного оборудования происходят из-за провалов напряжения (из-за работ на подстанциях, подключения мощных нагрузок или аварий). Чтобы проиллюстрировать, как оборудование выдерживает разную амплитуду и длительность перепадов напряжения, разработали кривые безопасной работы электрооборудования CBEMA (Computer and Business Equipment Manufacturers Association). Сейчас они известны как кривые ITIC (Information Technology Industry Council), их варианты включены в стандарты IEEE 446 ANSI (это аналог наших ГОСТов).

Сверимся с графиком. Наша задача, чтобы устройства работали в «зеленой зоне». На кривой ITIC мы видим, что оборудование готово «терпеть» провал максимум 20 мс. Поэтому мы ориентируемся, чтобы АВР в стойке отрабатывал за 20 мс, а лучше — еще быстрее.

Устройство АВР. Типовой АВР (ATS) в стойке нашего ЦОДа занимает 1 юнит и выдерживает нагрузку 16 А.

На дисплее видим, от какого ввода питается АВР, сколько подключенные устройства потребляют в амперах. Отдельной кнопкой выбираем, отдать приоритет первому или второму вводу. Справа — порты для подключения к АВР:

Ethernet port — подключить мониторинг;
Serial port — зайти через ноутбук и посмотреть в логах, что происходит;
USB — вставить флешку и обновить прошивку.

На тыльной стороне — вилки для подключения основного и резервного вводов и розеточная группа для подключения ИТ-оборудования.

Подробные характеристики АВР мы смотрим через веб-интерфейс. Там настраивается чувствительность переключения и видны логи.

Веб-интерфейс АВР.

Установка и подключение АВР. Устанавливать АВР по высоте лучше в середину стойки. Если мы заранее не знаем комплектацию стойки, то так оборудование с одним блоком питания сможет дотянуться проводами и с нижней, и с верхней части.

А вот дальше есть нюансы: глубина стандартной стойки гораздо больше, чем глубина АВР. Мы рекомендуем установить его как можно ближе к холодному коридору по двум причинам:

потоками воздуха, которые дуют на него извне;
крепежами, которые уводят лишнее тепло.

АВР парится лицом к горячему коридору.

Был случай. Инженер на обходе услышал нехарактерные щелчки.
В недрах горячего коридора под грудой серверов обнаружился АВР, который постоянно переключался с основного ввода на резервный.

АВР заменили. Логи показали, что целую неделю он переключался каждую секунду — итого более полумиллиона коммутаций. Вот как это было

Какие еще АВР бывают в стойке

Вводный ATS для стойки. В нашем ЦОДе такой АВР выступает единственным источником распределения питания в стойке: работает как АВР+PDU. Занимает несколько юнитов, выдерживает нагрузку 32 А, подключается промышленными разъемами и может питать до 6 КВт оборудования. Использовать его можно, когда нет возможности смонтировать стандартные PDU, а одноблочное оборудование в стойке не обслуживает критичные нагрузки.

Cтоечный STS. STS в стойке используется для оборудования, чувствительного к перепадам напряжения. Этот АВР переключается быстрее, чем ATS.

Этот конкретный STS занимает 6 юнитов и у него немного «винтажный» интерфейс.

Мини-АВР. Бывают и такие малышки, но у нас в ЦОДе такого не водится. Это мини-АВР для одного сервера.

Этот АВР подключается прямо в блок питания сервера.

Как мы ищем идеальный АВР

Мы тестируем много разных АВР и проверяем, как они ведут себя в условиях высоких температур.

Вот как издеваемся над АВР, чтобы это проверить:

подключаем к нему регистратор качества сети, сервер и еще несколько устройств для нагрузки;
изолируем стойку заглушками или пленкой, чтобы достичь высокой температуры;
нагреваем до 50°С;
поочередно отключаем вводы по 20 раз;
смотрим, не было ли провалов питания, как себя чувствует сервер;
если АВР проходит тест — нагреваем до 70°С.

Анализатор сети фиксирует напряжение с течением времени. На записи видим, сколько длилось переключение: на этот момент синусоида прервалась

Кстати, берем АВР на тест: проверим ваше устройство на прочность и расскажем, что получилось ;)

АВР в стойке: скрытая угроза

Главная проблема с АВР в стойке в том, что он умеет только переключать нагрузку с основного на резервный ввод, но не защищает от короткого замыкания или перегрузки. Если на блоке питания происходит короткое замыкание, то по защите сработает автоматический выключатель уровнем выше: на PDU или в распределительном щите. В результате один ввод отключается, АВР это понимает и переключается на второй ввод. Если короткое замыкание еще остается, сработает автоматический выключатель второго ввода. В итоге из-за проблемы на одном оборудовании может обесточиться вся стойка.

Так что еще раз повторю: тысячу раз подумайте, прежде чем устанавливать АВР в стойку и использовать оборудование с одним блоком питания.

Об АВР и стоечных переключателях

АВР – очень широкое понятие. Совершенно одинаково называются устройства, которые трудно назвать одним прибором. Мы видим и однофазный модульный АВР на 16 ампер, и, совсем не похожий на него, АВР на 6 400 А. При этом, оба носят абсолютно одинаковое наименование – автоматический ввод резерва.

Как пример "большого" АВРа

Это вполне обосновано, ведь основная их задача - обеспечить резервирование электропитания ответственной нагрузки. АВРы отличаются не только токами, но и большим количеством других электрических и временных параметров, зависящих от того в какой сети и для питания каких нагрузок они предназначаются. Неизменным остается только наличие, как минимум, двух вводов и одного вывода.

С приходом в нашу жизнь импортного телекоммуникационного оборудования и зарубежных стандартов, проникло и новое словосочетание - стоечный переключатель нагрузки. Они могут быть двух основных типов: ATS (Automatic Transfer Switch) и STS (Static Transfer Switch). Статический переключатель (STS) это отдельный класс устройств, мы их касаться не будем. А вот автоматический переключатель (ATS) это и есть наш родной АВР. Тот же самый АВР, только имеющий свои особенности и специфику подключаемой нагрузки, которая располагается на тех же 19-ти дюймовых направляющих по соседству.

Типичный представитель стоечных переключателей из-за океана

Поговорим подробнее о сходствах и различиях ATS и АВР, почему это не одно и тоже? Или, может быть, одно и тоже.

Итак, какие потребители требуют надежного и бесперебойного электроснабжения?

Во многих секторах экономики технология производства или оказания услуг имеет в своей основе непрерывные процессы, перебои в которых не допустимы. Это и медицина, и промышленное производство, и добыча полезных ископаемых, и транспортировка энергоресурсов, и IT-сектор, куда же без него во время всеобщей цифровизации.

Перерывы в электроснабжении некоторого оборудования могут привести не просто к краткосрочной остановке, а вызывают каскад проблем: остановку технологического процесса, рассинхронизацию работы различных систем, потерю ценных данных. Для кого-то это прямые финансовые потери, для кого-то большие репутационные риски.

Повысить надежность электроснабжения ответственного оборудования призваны наши АВРы и ATSы. Чем же они похожи?

И тот, и другой предназначены для обеспечения питания оборудования с одним вводом от двух независимых источников питания. Оба производят переключение электропитания на резервный источник при исчезновении напряжения на основном. Это главное, что их объединяет.

Может ли АВР размещаться на 19-ти дюймовых направляющих? Конечно, может. Как говорится, мой АВР, куда хочу туда и ставлю )) Существует немало модификаций АВРов собранных в 19” корпусах, в том числе выпускаемых серийно.

Вариант серийного образца АВР для установки в телекоммуникационный шкаф.

АВР и ATS, также, могут иметь и схожие характеристики по току нагрузки, например в 32А.

Будет не верным утверждение, что ATSы устанавливают только после ИБП. Не редким является случай, когда на один из входов подается «чистое» питание от ИБП, а на второй «грязное» питание от другого источника. И тут опять они схожи.

В чем же разница?

В нюансах, в небольших нюансах, которые, в большинстве случаев, делают замену одного на другое не только не рекомендуемой, но и недопустимой.

И так, начнём с АВРов, они роднее как-то.

Поскольку мы говорим об АВР и стоечных переключателях, мы не будем рассматривать те АВРы, которые питают «дома, заводы, пароходы». Обратим внимание на те модификации, которые питают потребителей в сфере телекома, автоматизации, центров обработки данных и т.п. Они, как правило, уже адаптированы по своим электрическим и габаритным характеристикам. Но как я писал выше: есть нюансы, которые могут быть чужды ATSам, но очень нужны АВРу.

АВР должен питать нагрузку напряжением, соответствующим «норме» или, как говорят, уставкам. Часто требуется задать уставки для каждого ввода индивидуально. Уставки могут быть не только по напряжению, а также, по времени задержки возвращения на приоритетный ввод. Это требование продиктовано возможными переходными процессами при восстановлении питания в сети.

АВР с плавной регулировкой уставок по напряжению и времени

Иногда необходимо назначить приоритет какому-либо из вводов. И да, периодически этот приоритет может изменяться. Живой пример: летом более надёжен один источник питания, зимой другой (наша страна велика и слабо изучена).

АВР должен, при всех превратностях источника питания, сохранять свою работоспособность. Конечно, снижение напряжения или его исчезновение не способно навредить АВРу, а вот повышение очень даже способно. АВР должен стоически переносить всевозможные скачки напряжения в питающей сети, а также, возможные перекосы напряжения по фазам при различных нештатных ситуациях. По этой причине самые простые схемы АВР, реализованные просто на контакторах и автоматах, являются не очень надежными.

Во-первых, контакторы никогда не отключатся при повышении напряжения и продолжат питать нагрузку «неправильным» напряжением. Во-вторых, их катушки перегреются и сгорят. Бывают особо экстремальные случаи, когда вместо положенных 220В в сети может быть до 380В.

Лирическое отступление. Ранее я работал в компании, которая поставляла комплектные шкафы связи, в том числе в них были установлены и АВРы, собранные по простой схеме: два силовых контактора, реле приоритета и само собой автоматы. На одной из электроподстанций, при работах на щите собственных нужд, все контакторы на основном вводе и катушки реле приоритета ввода нам пожгли, ну и еще кое чего немножко…!

Поскольку АВР установлен в сети «грязного» питания, он должен иметь возможность отключить питание нагрузки. В том числе, при повышении напряжения на вводе и, при этом, сам не сгореть. Поэтому схемы АВРа без надежных реле контроля напряжения на входе, работающих при повышении значения напряжения до линейного, мы бы не рекомендовали применять.

Повредит ли такая устойчивость к «неприятностям» стоечному переключателю? Нет, ни сколько. Просто она ему, как правило, не нужна… Но и мешать она не будет!

Иногда АВРы могут иметь более двух вводов, могут подключать генераторы и управлять ими, что в ATSах обычно не применяется, им это просто не нужно.

Часто АВРы имеют в своем составе автоматические защитные выключатели. Они могут быть включены на входах, могут быть на выходе или там, и там одновременно. Это позволяет избежать как повреждения самого АВРа, так и полного обесточивания нагрузки. При этом надежность схемы повышается наличием у АВРа нескольких выходов, защищенных отдельными автоматами.

У стоечных переключателей коммутация вводов и нагрузки обычно производится шнурами со стандартными вилками, что сводит к минимуму возможность рукотворного КЗ. Блоки питания подключаемого оборудования, как правило, имеют в своей схеме предохранители. Все это делает защиту автоматами не очень актуальной, в большинстве случаев производители ограничиваются «термичками». Помешают ли ATSу автоматы на входах или выходе? Да тоже вряд ли.

Защита входов термопредохранителями с ручным возвратом.

В отличие от ATS, которые оптимизированы для применения в современных шкафах с телекоммуникационным и вычислительным оборудованием, АВРы не всегда применяются на такую достаточно стандартную и понятную нагрузку. Нагрузка АВРа может быть весьма разнообразной по характеру. Возможен и емкостной, и индуктивный, и резистивный ее характер, а также их всевозможная смесь.

По этой причине характер переключения АВРа стараются сделать таким, чтобы не провоцировать при переключении серьезных толчков. Самое частое «мероприятие» в этом направлении — это достаточный перерыв в электроснабжении, в течение которого вся накопленная энергия в емкостях и сердечниках нагрузки расходуется. После возобновления питания вся нагрузка подключается к сети заново и возмущения находятся в приемлемых пределах.

Данный способ переключения к тому же не требует дополнительных технических решений и финансовых затрат, обеспечивается за счет низкой скорости работы контакторов. Полученный перерыв электроснабжения в пределах 500мс оказывается вполне достаточным. В более продвинутых АВРах включение резерва может происходить и за более короткое время, но в момент токовой паузы (перехода синусоиды через нулевую точку), это также обеспечивает более плавное переключение.

Переключение между вводами на осциллографе

Более медленное переключение АВРа обеспечивает и еще один важный момент - гарантирует невозможность контакта одного ввода с другим, что чревато аварийными ситуациями. И вот в данном месте принципы работы АВРа и ATSа расходятся. Главной задачей ATSа является, как раз, обеспечить непрерывность работы подключенного к нему оборудования.

Специалисты хорошо знают о существовании объединения производителей компьютерной и другой подобной техники (CBEMA), которое решило, что нужно придерживаться правила - при полном исчезновении питания оборудование должно продолжать работать стабильно еще не менее 20мс, а далее… извините. В связи с этим про существование кривой ITIC знают все, кто так или иначе работает с серверами, коммутаторами, мультиплексорами и т.д. Вот поэтому у ATSа и стоит такая сложная задача: исключить перерыв питания оборудования длительностью более 20мс, а лучше и того менее.

А может можно и АВР заставить переключаться быстрее?

Да, конечно. Если от АВР не требуется искусственно снизить скорость переключения, то он вполне сможет переключиться со скоростью ATS. А можно ли ATS сделать более медленным переключателем? Легко! Замедлить быстрое всегда проще, чем разогнать медленное. Может эта принципиальная разница тоже не так уж принципиальна и разрешаема?

Есть ли еще какие-то различия между этими устройствами? Да есть. Но они больше связаны с привычками и предпочтениями пользователей. Энергетики и Айтишники часто по-разному понимают то, как должно выглядеть электроснабжение. Если энергетикам иногда хватает сигнальных ламп, то привыкшим к монитору хочется наблюдать за работой всего оборудования онлайн.

Разница может быть и в привычках коммутации. Многие уже привыкли к тому, что всё на свете можно соединить между собой стандартными шнурами с вилками C13/C14 на концах, без инструмента, без мороки, без маркировки 😊 АВРы не всегда обладают подобными возможностями и часто энергетики устанавливают после них еще и распределительные панели с автоматическими выключателями. Но опять же все это можно объединить в одной конструкции, главное ведь, что бы всем было привычно и удобно!

Итак, можно ли получить универсальный прибор, сочетающий в себе особенности и преимущества как АВР, так и ATS?

Получается, что в большинстве случаев можно. Хоть они и решают немного разные задачи, не так уж сильно друг от друга отличаются.

Стоечный быстродействующий АВР с регулировкой уставок и защитой автоматами

А зачем? Зачем такая унификация? Все, кто связан с обслуживанием оборудования? понимает преимущества применения унифицированного оборудования: меньше ЗИПа, проще обучить персонал, меньше производственных инструкций и они тоньше, легче проходит наработка опыта, регулярные закупки одного и того же оборудования обеспечивают лояльность поставщиков и экономию средств.

Недостатком такого унифицированного прибора можно считать большую, чем у "специализированных" собратьев, стоимость. Но в условиях рыночной экономики стоимость далеко не всегда пропорциональна сложности. Часто больше на нее влияют страна происхождения товара, количество посредников, ценовая политика производителя и (или) дистрибьютора, «богатство» потенциального потребителя и другие «рыночные» факторы.

Так что, желаю вам найти наиболее подходящее для ваших условий устройство. Наиболее полно удовлетворяющее запросам технических и коммерческих служб. А будет оно АВРом или ATSом, на самом деле, не так уж и важно!

АВР для генератора: устройство, принцип работы, схемы подключения

Управление источником резервного питания ручным запуском во многих случаях оправдано. Однако, для обеспечения непрерывного процесса функционирования электрического оборудования существует необходимость в бесперебойном питании. Актуальность вопроса автоматизации вводу резерва довольно часто выходит на первый план. С этой целью применяются устройства автоматического включения резерва (АВР). Современные устройства АВР для генератора – это надёжные приборы, исключающие участие человека в управлении резервным питанием.

Автоматическое управление запуском генераторов в случае пропадания сети позволяет возобновлять подачу электричества практически мгновенно или с небольшой задержкой. Таким образом, обеспечивается непрерывное функционирование электрооборудования, остановка которого может повлечь нежелательные последствия или спровоцировать аварийный режим в работе контролируемой системы. Оборудование дизельных и бензиновых генераторов электронным блоком автозапуска объективно является необходимой мерой для повышения безопасности эксплуатации отдельных электрических приборов.

Что такое АВР

Это блок, состоящий из нескольких узлов, который в автоматическом режиме переключает нагрузку между основным и резервным источником тока. Некоторые однофазные и трёхфазные модели бензиновых и дизельных генераторов оборудованы АВР изначально. Для переключения нагрузки потребуется только установить специальный переключатель после электросчётчика. Положение силовых контактов управляется основным источником электроэнергии.

Практически все модели с запуском электростанции от аккумулятора можно оборудовать автономными системами АВР. При этом для монтажа блоков резервного ввода применяются шкафы АВР. При этом щиты АВР (рисунок 1) можно размещать непосредственно возле газовых генераторов либо устанавливать блоки в общем электрическом щите.

Рисунок 1. Пример электрического щита АВР

Основная функция блока АВР заключается в том, чтобы осуществить автоматический запуск электростанции после исчезновения электрического тока в общей сети, а затем подключить нагрузку к резервному электроснабжению. При возобновлении подачи электроэнергии блоком автоматики нагрузка переключается на основную электрическую сеть, а резервный источник отключается.

Классификация устройств АВР:

по количеству резервных секций;
классу напряжения;
типу резервной сети (применение в однофазных сетях или для трехфазных потребителей);
мощности обслуживаемой нагрузки;
времени задержки переключения.

Электрическую схему АВР можно настроить таким образом, чтобы обеспечить энергией не всей локальной сети, а лишь тех линий, которые являются критическими. Некоторые схемы позволяют учитывать приоритетность линий. В первую очередь питанием обеспечиваются те цепи, которые обеспечивают электричеством важные системы жизнеобеспечения. Такой подход позволяет рационально распределить нагрузки.

Устройство и принцип работы

АВР для генератора состоит из трёх взаимосвязанных основных блоков:

семейства контакторов, коммутирующих вводные и нагрузочные цепи;
логических и индикационных устройств;
блока релейных переключателей, предназначенных для управления генератором.

С целью повышения надёжности резервной энергосистемы устройства АВР могут комплектоваться дополнительными блоками. Например, включение в схему инверторов позволяет выровнять провалы в напряжениях, исключить временные задержки, сделать выходной ток более качественным.

Включение резервной линии обеспечивает контактная группа. За наличием вводного напряжения следит реле контроля фаз.

Рассмотрим принцип работы системы резервного питания на примере упрощённой схемы (рис. 2). В штатном режиме, когда питание осуществляется от основной сети, контакторный блок направляет электроэнергию на линии потребителей. На схеме показан дополнительный блок – инвертор, преобразующий постоянный ток от аккумулятора в переменный, напряжением 220 В.

Рис. 2. Упрощённая схема резервного питания

Сигнал о наличии вводного напряжения подаётся на блок логических и индикационных устройств. В номинальном режиме вся система находится в устойчивом состоянии. При аварии в основной сети (напряжение падает ниже установленного уровня) насыщение соленоида реле контроля фаз становится недостаточным для удерживания контактов в рабочем (нормально замкнутом) состоянии. Происходит разъединение контактов и отключение нагрузки от линии электропередач.

Если система оборудована инвертором, как показано на схеме, он переходит в режим генерации переменного тока, напряжением 220 В. Таким образом, потребители получают стабильное напряжение даже при полном отсутствии тока в коммерческой сети.

Если параметры линий электропередач не восстанавливаются в заданный промежуток времени, контролёр подаёт сигнал на запуск генератора. При поступлении от альтернатора стабильного напряжения, контакторы переключаются на резервную линию.

Автоматическое включение потребительской сети происходит следующим образом: на реле контроля фаз поступает напряжение, переключающее контакторы на основную линию. Цепь резервного питания разъединяется. Сигнал от контролёра поступает на механизм управления подачей топлива, который закрывает заслонку в бензиновом двигателе или перекрывает дизтопливо в системе питания дизеля. Электростанция отключается.

При полном автоматическом переключении участие оператора не требуется. Система надёжно защищена от взаимодействия встречных токов и КЗ. Для этого применяются дополнительные реле и механизмы блокировок, которые не показаны на схеме.

При необходимости оператор может переключать линии вручную с панели контролёра. Он также может изменять настройки блока управления, включать ручной или автоматический режим работы. Фото панели показано на рис. 3.

Рис. 3. Панель контролёра резервного питания

В АВР могут реализовываться несколько режимов функционирования:

ручной;
автоматический;
полуавтоматический.

Ручной режим чаще всего используют наладчики при настройке АВР.

Схемы подключения АВР и их описание

Основная функция АВР – автоматическое переключение вводов, причём таким способом, чтобы исключить встречные токи.

Простая схема на рис. 4 объясняет принцип переключения.

Рисунок 4. Схема АВР

Контакты КМ1и КМ2 взаимосвязаны. После размыкания одного контакта, замыкается другой. Они не могут быть одновременно включены.

Существует множество различных схем подключения автоматического ввода резерва, но принцип их построения всегда такой: АВР устанавливают между вводом и потребителями. Обычно после электросчётчика. Сам щит с автоматикой может располагаться где угодно, но принцип его подключения именно такой. Этот принцип наглядно иллюстрирует схема на рис. 5.

Рис. 5. Наглядная схема подключения АВР

Детальная схема подключения блока автоматического запуска генератора показана на рисунке 6. На схеме К1 и К2 – это контакторы. Цифрами в кружках обозначены номера клемм. Пользуясь этой схемой не сложно подключить такой блок самостоятельно.

Рис. 6. Детальная схема подключения блока автозапуска генератора (БАГ)

Принципиальная схема подключения АВР для частного дома показана на рис. 7.

Рис. 7. Принципиальная схема

В данной схеме применено АЗУ, обеспечивающее стабильное напряжение и непрерывное питание в локальной сети.

В качестве примера приводим две схемы для трёхфазного тока (рис. 8). На изображении В показано одностороннее исполнение(дополнительное реле напряжения PH). При таком подключении генератор запускается в автоматическом режиме, после прекращения подачи электроэнергии. Другими словами, ввод от генератора является резервным.

На изображении А – исполнение двухстороннее. Обе секции имеют одинаковый приоритет. Такое подключение позволяет переключать линии, не зависимо от наличия напряжения в каждой из них.

Рис. 8. Подключение АВР для трёхфазного тока

Выбор схемы зависит от поставленной задачи, которую вы намерены решить.

Самостоятельное изготовление АВР

Если вы приобрели генератор с электростартером, то можете самостоятельно автоматизировать процесс ввода резерва. Для этого необходимо подобрать схему, отвечающую особенностям вашей домашней сети. После этого купите все необходимые детали, с учётом мощностей потребителей.

Что такое автоматический ввод резерва и как работает АВР?

Нельзя гарантировать бесперебойную работу энергосистемы, поскольку всегда существует вероятность воздействия на нее техногенных или природных внешних факторов. Именно поэтому токоприемники, относящиеся к первой и второй категории надежности, положено подключать к двум или более независимым источникам энергоснабжения. Для переключения нагрузок между основными и резервными питаниями используются системы АВР. Подробная информация о них приведена ниже.

Что такое АВР и его назначение?

В подавляющем большинстве случаев такие системы относятся к электрощитовым вводно-коммутационным распредустройствам. Их основная цель – оперативное подключение нагрузки на резервный ввод, в случае возникновения проблем с энергоснабжением потребителя от основного источника питания. Чтобы обеспечить автоматическое переключение на работу в аварийном режиме, система должна отслеживать напряжение питающих вводов и ток нагрузки.

Типовой щит АВР

Расшифровка аббревиатуры АВР

Данное сокращение это первые буквы полного названия системы – Автоматический Ввод Резерва, как нельзя лучше объясняющее ее назначение. Иногда можно услышать расшифровку «Автоматическое Включение Резерва», такое определение не совсем корректное, поскольку под ним подразумевается запуск генератора в качестве резервного источника, что является частным случаем.

Классификация

Вне зависимости от исполнения, блоки, шкафы или АВР принято классифицировать по следующим характеристикам:

Количество резервных секций. На практике чаще всего встречаются АВР на два питающих ввода, но чтобы обеспечить высокую надежность электроснабжения, может быть задействовано и больше независимых линий. Шкаф АВР на три ввода
Тип сети. Большинство устройств предназначено для коммутации трехфазного питания, но встречаются и однофазные блоки АВР. Они применяются в бытовых сетях электроснабжения для запуска двигателя генератора. Применение АВР в частном доме
Класс напряжения. Устройства могут быть предназначены для работы в цепях до 1000 или использоваться при коммутации высоковольтных линий.
Мощностью коммутируемой нагрузки.
Время срабатывания.

Требования к АВР

В число основных требований к системам аварийного восстановления электроснабжения входит:

Обеспечение подачи питания потребителю электроэнергии от резервного ввода, если произошло непредвиденное прекращение работы основной линии.
Максимально быстрое восстановление электропитания.
Обязательная однократность действия. То есть, недопустимо несколько включений-отключений нагрузки из-за КЗ или по иным причинам.
Включение выключателя основного питания должно производиться автоматикой АВР до подачи резервного электропитания.
Система АВР должна контролировать цепь управления резервным оборудованием на предмет исправности.

Устройство АВР

Существует два основных типа исполнения, различающиеся приоритетом ввода:

Одностороннее. В таких АВР один ввод играет роль рабочего, то есть используется, пока в линии не возникнут проблемы. Второй – является резервным, и подключается, когда в этом возникает необходимость.
Двухстороннее. В этом случае нет разделения на рабочую и резервную секцию, поскольку оба ввода имеют одинаковый приоритет.

В первом случае большинство систем имеют функцию, позволяющую переключиться на рабочий режим питания, как только в главном вводе произойдет восстановление напряжения. Двухсторонние АВР в подобной функции не нуждаются, поскольку не имеет значения от какой линии запитывается нагрузка.

Примеры схем двухсторонней и односторонней реализации будут приведены ниже, в отдельном разделе.

Принцип работы автоматического ввода резерва

Вне зависимости от варианта исполнения АВР в основу работы системы заложено отслеживание параметров сети. Для этой цели могут использоваться как реле контроля напряжения, так и микропроцессорные блоки управления, но принцип работы при этом остается неизменным. Рассмотрим его на примере самой простой схеме АВР для бесперебойного электроснабжения однофазного потребителя.

Рис. 4. Простая схема однофазной АВР

Обозначения:

N – Ноль.
A – Рабочая линия.
B – Резервное питание.
L – Лампа, играющая роль индикатора напряжения.
К1 – Катушка реле.
К1.1 – Контактная группа.

В штатном режиме работы напряжение подается на индикаторную лампу и катушку реле К1. В результате нормально-замкнутый и нормально-разомкнутый контакты меняют свое положение и на нагрузку подается питание с линии А (основной). Как только напряжение в на входе А пропадает, лампочка гаснет, катушка реле перестает насыщаться, и положение контактов возвращается в исходное (так, как показано на рисунке). Эти действия приводят к включению нагрузки в линию В.

Как только на основном вводе восстанавливается напряжение, реле К1 производит перекоммутацию на источник А. Исходя из принципа работы, данную схему можно отнести к одностороннему исполнению с наличием возвратной функции.

Представленная на рисунке 4 схема сильно упрощена, для лучшего понимания происходящих в ней процессов, не рекомендуем брать ее за основу для контроллера АВР.

Варианты схем для реализации АВР с описанием

Приведем несколько рабочих примеров, которые можно успешно применить при создании щита автоматического запуска. Начнем с простых схем для бесперебойной системы электроснабжения жилого дома.

Простые

Ниже представлен вариант схемы АВР, переключающей подачу электричества в дом с основной линии на генератор. В отличие от приведенного выше примера, здесь предусмотрена защита от короткого замыкания, а также электрическая и механическая блокировка, исключающая одновременную работу от двух вводов.

Схема АВР для дома

AB1 и AB2 – двухполюсные автоматические выключатели на основном и резервном вводе.
К1 и К2 – катушки контакторов.
К3 – контактор в роли реле напряжения.
K1.1, K2.1 и K3.1 – нормально-замкнутые контакты контакторов.
К1.2, К2.2, К3.2 и К2.3 – нормально-разомкнутые контакты.

После переводов автоматов АВ1 и АВ2 алгоритм работы блока АВР будет следующим:

Штатный режим (питание от основной линии). Катушка К3 насыщается и реле напряжения срабатывает, замыкая контакт К3.2 и размыкая К3.1. В результате напряжение поступает на катушку пускателя К2, что приводит к замыканию К2.2 и К2.3 и размыканию К2.1. Последний играет роль электрической блокировки, не допускающей подачи напряжения на катушку К1.
Аварийный режим. Как только напряжение в главной линии исчезает или «падает» ниже допустимого предела, катушка К3 перестает насыщаться и контакты реле принимают исходную позицию (так, как показано на схеме). В результате на катушку К1 начинает поступать напряжение, что приводит к изменению положения контактов К1.1 и К1.2. Первый играет роль электрической защиты, не допуская подачи напряжения на катушку К2, второй снимает блокировку подачи питания на нагрузку.
Чтобы работала механическая блокировка (на схеме отображена в виде перевернутого треугольника) необходимо использовать реверсивный пускатель, где ее наличие предполагается конструкцией электромеханического прибора.

Теперь рассмотрим два варианта простых АВР для трехфазного напряжения. В одном из них энергоснабжение будет организовано по односторонней схеме, во втором применено двухстороннее исполнение.

Рисунок 6. Пример односторонней (В) и двухсторонней (А) реализации простого трехфазного АВР

AB1 и AB2 – трехполюсные автоматы защиты;
МП1 и МП2 – магнитные пускатели;
РН – реле напряжения;
мп1.1 и мп2.1 – групповые нормально-разомкнутые контакты;
мп1.2 и мп2.2 – нормально-замкнутые контакты;
рн1 и рн2 – контакты РН.

Рассмотрим схему «А», у которой два равноправных ввода. Чтобы не допустить одновременное подключение линий применяется принцип взаимной блокировки, реализованный на контакторах МП1 и МП2. От какой линии будет питаться нагрузка, определяется очередностью включения автоматов АВ1 и АВ2. Если первым включается АВ1, то срабатывает пускатель МП1, при этом разрывается контакт мп1.2, блокируя поступление напряжение на катушку МП2, а также замыкается контактная группа мп1.1, обеспечивающая подключение источника 1 к нагрузке.

При отключении источника 1 контакты пускателя ПМ1 возвращаются в исходное положение, что приводит в действие контактор ПМ2, блокирующий катушку первого пускателя и включающий подачу питания от источника 2. При этом нагрузка будет оставаться подключенной к этому вводу, даже если работоспособность источника 1 пришла в норму. Переключение источников можно делать в ручном режиме манипулируя выключателями АВ1 и АВ2.

В тех случаях, когда требуется одностороння реализация, применяется схема «В». Ее отличие заключается в том, что в цепь управления добавлено реле напряжения (РН), возвращающее подключение на основной источник 1, при восстановлении его работы. В этом случае размыкается контакт рн2, отключающий пускатель МП2 и замыкается рн1, позволяя включиться МП1.

Промышленные системы

Принцип работы промышленных систем энергообеспечения остается неизменным. Приведем в качестве примера схему типового шкафа АВР.

Схема типового промышленного шкафа АВР

AB1, АВ2 – трехполюсные устройства защиты;
S1, S2 – выключатели для ручного режима;
КМ1, КМ2 – контакторы;
РКФ – реле контроля фаз;
L1, L2 – сигнальные лампы для индикации режима;
км1.1, км2.1 км1.2, км2.2 и ркф1 – нормально-разомкнутые контакты.
км1.3, км2.3 и ркф2 – нормально-замкнутые контакты.

Приведенная схема АВР практически идентична, той, что была представлена на рисунке 6 (А). Единственное отличие заключается в том, что в последнем случае используется специальное реле контролирующее состояние каждой фазы. Если «пропадет» одна из них или произойдет перекос напряжений, то реле переключит нагрузку на другую линию, и восстановит исходный режим при стабилизации основного источника.

АВР в высоковольтных цепях

В электрических сетях с классом напряжения более 1кВ реализация АВР более сложная, но принцип работы системы практически не меняется. Ниже в качестве примера приведен упрощенный вариант схемы понижающей ТП 110,0/10,0 киловольт.

Упрощенная схема ТП 110/10 кВ

Из приведенной схемы видно, в ней нет резервных трансформаторов. Это говорит о том, что каждая из шин (Ш1 и Ш2) подключена к своему питающему трансформатору (T1, T2), каждый из которых может на определенное время стать резервным, приняв на себя дополнительную нагрузку. В штатном режиме секционный выключатель СВ10 разомкнут. АВР контролирует работу ТП через ТН1 Ш и ТН2 Ш.

Когда перестает поступать питание на Ш1, АВР выполняет отключение выключателя В10Т1 и производит включение секционного выключателя СВ10. В результате такого действия обе секции работают от одного трансформатора. При восстановлении источника система ввод резерва перекоммутирует систему в исходное состояние.

Микропроцессорные бесконтакторные системы

Завершая тему нельзя не упомянуть о АВР с микропроцессорными блоками управления. В таких устройствах, как правило, используются полупроводниковые коммутаторы, которые более надежны, чем аппараты, выполняющие переключение с помощью контакторов.

Электронный блок АВР

Основные преимущества бесконтакторных АВР несложно перечислить:

Отсутствие механических контактов и всех связанных с ними проблем (залипание, пригорание и т.д.).
Отпадает необходимость в механической блокировке.
Более широкий диапазон управления параметрами срабатывания.

К числу недостатков следует отнести сложный ремонт электронных АВР. Самостоятельно реализовать схему устройства также не просто, для этого потребуются знания электротехники, электроники и программирования.

Как я делал себе АВР для генератора

Несколько лет назад делал себе АВР (автоматический ввод резерва) для работы на даче от генератора. Сейчас многие ИТ-шники переходят на удалёнку, работают с дач, где качество электропитания может оставлять лучшего. Поэтому решил написать о своем опыте самодельного АВР на микроконтроллере ATmega8A. Если тема интересна, добро пожаловать под кат, будет много букв и кода.

О заземлении

Прежде чем что-либо делать с электричеством, нужно позаботиться о наличии хорошего заземления в вашем доме. Просто так взять и подключить обычный бытовой бензиновый/дизельный/газовый генератор к электросети дома не получится. Нужно соблюдать меры предосторожности. Первая из них – ваш генератор должен быть хорошо заземлен. Тогда у вас есть хорошие шансы не получить удар током, когда статика от вашего любимого свитера пробъёт изоляцию обмотки генератора. Вообще, к работающему генератору не стоит без нужды прикасаться.

Стоит помнить, что в сети не всегда 220В. Коммутация на линиях, грозовые разряды вдалеке, статические разряды дают такие наводки, что в сети нередки короткие импульсы в несколько киловольт. С этим борются установкой разрядников и УЗИП на вводе в дом, но это очень редкая практика в РФ. Так что пусть искра в землю уходит, и не через вас – сделайте по всему дому хорошее заземление. Без этого делать что-либо дальше просто нельзя!

О генераторах

К слову, у многих бытовых бензиновых генераторов обмотки никак не соединены с землёй. И это вполне нормально, когда вы питаете от генератора один электроинструмент. Но когда вам надо подключить генератор к дому, нужно сделать нулевой провод (N) и провод фазы (L). Для этого один из выводов генератора заземляется и из этой точки заземления уже независимо нужно вести в дом два провода – один будет нейтралью N, а второй – защитным заземлением (PE). При выборе генератора нужно обратить внимание, можно ли заземлять его выход, порой это запрещено в инструкции к генератору, тогда такой генератор вам не подойдёт.

Часто в Сети можно увидеть схемы подключения генератора без заземления и разделения линий N и PE. Не делайте так, дольше проживёте. Такие схемы хорошо работают до первого неудачного стечения обстоятельств. В типичных блоках питания современных электронных приборов стоят конденсаторы с линий L, N на землю. Если N не заземлить у генератора, то за счёт этих конденсаторов на линии N будет, если повезёт, 110 вольт относительно земли. Кстати, многие газовые котлы в таком режиме вообще перестают работать. Про влияние статики без присутствия заземления я уже писал выше.

О схемах АВР

Есть несколько разных схем реализации АВР. Дальше я буду писать о наиболее безопасной с моей точки зрения схеме однофазного АВР. Я не советую экономно делать АВР на одном контакторе или же с коммутацией только одного фазного провода. Только вместе с нейтралью.

На приведенной схеме питание от сети и от генератора подаётся через вводы 1 и 2. Они защищены спаренными автоматами. Через дополнительные автоматы питаются схемы коммутации и индикации. Видно, что катушки реле взаимно блокируются электрически. За включение того или иного ввода отвечает для упрощения не показанный на схеме микроконтроллер, который замыкает цепи в точке коммутации ТК1 или ТК2.

Принципиальным моментом является наличие в АВР 2х схем блокировок – взаимной механической блокировки коммутирующих вводы контакторов и взаимной электрической блокировки контакторов. Самодельщики ради экономии, бывает, в своих конструкциях пренебрегают этими блокировками, а зря. Схема без блокировок может проработать некоторое время, но в какой-то момент контакты пригорят, возвратные пружины ослабнут и случится КЗ между вводами. Во-первых, это грозит большим бабахом, если обе линии окажутся под напряжением, но это не самая большая проблема. Гораздо важнее, что ваш генератор неожиданно для ремонтирующих проводку электриков может выдать в общую сеть напряжение – при неблагоприятном стечении обстоятельств ремонтирующие линию электрики могут погибнуть. Для вас это уже уголовная статья.

О контакторах

Таким образом, использование обычных реле для нас отпадает, подойдут только специализированные контакторы. Для больших мощностей есть ещё вариант с моторизованными приводами, но это дорого и для типичного домашнего применения избыточно.

Чтобы сделать механическую блокировку, нужно выбрать контакторы, которые могут работать в паре. Обычно взаимная блокировка достигается установкой одинаковых контакторов рядом друг с другом и установкой дополнительной опции – механического блокиратора. Он продаётся отдельно от контакторов и стоит копейки.

Взаимная электрическая блокировка возможна, если на контакторе есть дополнительные сигнальные контакты, работающие на размыкание. Иногда они сразу встроены в контактор, иногда их можно докупить и установить как опцию.

Ведущие производители контакторов имеют в своих линейках такое оборудование. Так что найти и купить комплект не представляет особого труда. Правда цены на брендовые контакторы на порядок выше наших/китайских. Поскольку количество циклов коммутации не ожидается большим, то выбор китайских контакторов вполне оправдан. К недостаткам можно отнести только то, что катушки контактора во время работы довольно сильно гудят.

Еще по поводу коммутируемой мощности. Контакты контактора должны выдерживать максимальную мощность, которую вам разрешено потреблять в доме. У меня это 10 кВт, поэтому контакторы я выбирал на допустимый ток через один контакт примерно в 50 ампер. Стоит отметить, что по какой-то причине коммутируемая мощность для типичного трехфазного контактора указывается в паспорте суммарная для всех трёх фаз, поэтому надо внимательно смотреть, какой допустимый ток именно через один контакт.

О схеме управления

Когда я занимался созданием АВР у меня было несколько особых требований к его работе:

У меня не так часто отключают электричество, поэтому я решил, что мне не нужен автозапуск генератора, а вот от автоматической остановки генератора я решил не отказываться: когда сеть восстанавливается, генератор сам затихает и сразу понятно, что теперь с питанием всё хорошо, да и бензин экономится
После старта генератора ему надо дать время прогреться и только после прогрева давать ему нагрузку. Т.е. мне нужен был таймер включения АВР после подачи напряжения от генератора
После восстановления напряжения в сети часто происходили повторные отключения через короткий промежуток времени, поэтому мне нужен был таймер, который бы выждал перед переходом с генератора на сеть некоторое время и не глушил сразу генератор
Генератору, говорят, полезно перед выключением немного поработать без нагрузки. И для этого мне тоже нужен был таймер

Хорошо бы, чтоб контроллер работал долго и надёжно. Кроме того, чтобы сделать полную гальваническую развязку и снабдить контроллер сторожевым таймером я ничего более не придумал. Ну и сделать схему и программу максимально простыми. Поскольку делалось всё для себя, то все настройки и калибровки решил оставить в коде — весь UI свелся к одному светодиоду )

Основная задача контроллера – мониторить напряжение на вводах и, при необходимости, переключать вводы. При этом приоритетным является ввод от деревенской сети.

Тут стоит отметить, что качество сети таково, что колебания от 150 в до 250 в вполне обычное явление. Поэтому понятие что есть хорошее питание от сети очень размыто. Через какое-то время я решил эту проблему, когда поставил на весь дом один мощный тиристорный стаблизатор напряжения на 11 кВт. Но, важно, стабилизатор можно ставить только до АВР, а не после! Включать стабилизатор для генератора категорически не рекомендуется. Есть опасность, что при определенной комбинации нагрузок, особенно всяких мощных насосов, система из генератора и стабилизатора станет неустойчивой и войдет в автоколебания.

После некоторых раздумий нарисовал такую схему в Eagle.

В схеме есть два идентичных трансформаторных источника питания, при наличии напряжения на любом из вводов схема обеспечена питанием. Между вводами возможно напряжение в 600в, поэтому изоляция трансформаторов должна быть хорошей. Питание берется после пакетников QF3 и QF4 соответственно.

У каждого источника есть резистивный делитель напряжения, защищенный от перенапряжения стабилитроном – с него производится путём нехитрых расчётов измерение напряжение сети с помощью АЦП микроконтроллера.

Для коммутации катушек контакторов применяется стандартная схема из даташита для управления семисторами. 2 штуки ). Катушки — это индуктивная нагрузка, поэтому цепи снаббера на выходе из резистора и конденсатора обязательны.

У меня был релейный модуль с али, который используется для останова генератора. На схеме он просто прямоугольник с тремя выводами.

Из особенностей еще в качестве генератора опорного напряжения использован TL431. В остальном всё включено стандартно для Atmega 8. Есть светодиоды для индикации наличия напряжения питания на вводах и один светодиод статуса устройства. Тактируется схема с помощью внешнего кварца на 16 МГц.

Eagle мне породил вот такую печатную плату. Никаких SMD, симисторы и стабилизатор с легкими радиаторами.

Два тороидальных трансформатора установлены прямо на плате. Плату изготовил традиционным радиолюбительским способом с помощью фоторезиста. После монтажа покрыл тремя слоями акрилового лака. Надеюсь не пробьет его высокое напряжение.

О программе управления

Код программы довольно длинный, извините.

Программа разработана с помощью бесплатного AVR Studio и использует стандартные библиотеки AVR.

В основном цикле программа проверяет напряжение на входах вводов, оценивает состояние включения контакторов, учитывает работу программных таймеров, производит необходимые корректировки включая или выключая реле и контакторы, затем уходит в спячку. Для отладки сделан вывод отладочной печати в последовательный порт микроконтроллера.

Для контроля зависаний предусмотрен сторожевой таймер.

Все циклы измерений сделаны на прерываниях и с использованием аппаратных таймеров. Счетчик секунд сделан на таймере 1. По прерыванию таймера 1 обновляются программные таймеры, отвечающие за задержки включения и отключения контакторов и реле генератора.
Второй таймер используется для создания эффекта мигания светодиода статуса. Предусмотрено три паттерна мигания. Значения из паттерна мигания берутся в прерывании таймера 2. По миганию можно судить о состоянии контроллера.

Кроме того, есть еще ряд констант, которые нужно определить в ходе наладки.

Реле останова генератора при работе от генератора держится включенным, блокируя поступление напряжения на цепь останова генератора. После завершения работы таймера работы генератора на холостом ходу, реле выключается и на цепь останова генератора через это реле начинает поступать ток. На самом генераторе стоит специальный блок, который после появления напряжения с некоторой задержкой замыкает цепь зажигания на массу, что приводит к останову генератора. Этот же блок содержит цепь подзаряда аккумулятора генератора. Если кому интересны детали, напишите в комментах, я сделаю отдельный пост об этом блоке. В нём нет кода, всё аппаратно.

Надо сказать, что мой АВР работает уже 4 года без проблем, так что схема можно считать проверенная как и код.

Читайте также: