CC BY
39
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ,
МЕТРОЛОГИЯ И ИНФОРМАЦИОННО-ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ И
СИСТЕМЫ
УДК 681.5
РАЗРАБОТКА УЧЕБНОГО СТЕНДА ДЛЯ ЭФФЕКТИВНОЙ И БЕЗОПАСНОЙ ЭКСПЛУАТАЦИИ РЕЗЕРВНОГО ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ НА ПРОМЫШЛЕННЫХ ПРЕДПРИЯТИЯХ
В.Р. Иванова, Л.В. Фетисов
Казанский государственный энергетический университет, г. Казань, Россия
Резюме: в работе предлагается описание и разработка демонстрационного стенда «Автоматический ввод резервного питания» для возможности наглядного изучения и понимания многостороннего питания для обеспечения надежности электроснабжения потребителей.
Ключевые слова: схемы питания, автоматика, оборудование, стенд, выключатель, миниконтактор, защита потребителей.
В01:10.30724/1998-9903-2018-20-9-10-120-128
Для цитирования: Иванова В.Р., Фетисов Л.В.Разработка учебного стенда для эффективной и безопасной эксплуатации резервного электроснабжения на промышленных предприятиях // Известия высших учебных заведений. ПРОБЛЕМЫ ЭНЕРГЕТИКИ. 2018. Т. 20. № 9-10. С. 120-128. DOI:10.30724/1998-9903-2018-20-9-10-120-128.
DEVELOPMENT OF TRAINING BENCH FOR EFFECTIVE AND SAFE OPERATION OF BACKUP POWER AT INDUSTRIAL ENTERPRISES
V.R. Ivanovа1, L.V. Fetisov2
Kazan state power engineering university, Kazan, Russia
Abstract: The paper suggests the description and development of the demonstration stand «Automatic switch of stand-by power supply" for possibility of visual study and understanding of the multi-purpose power supply to ensure the reliability of electricity supply to consumers.
Keywords: power supply circuits, automation, equipment, stand, switch, minicontactor, consumer protection.
For citation: V.R. Ivanova, L.V. Fetisov Development of training bench for effective and safe operation of standby power supply at industrial enterprises // Proceedings of the higher educational institutions. ENERGY SECTOR PROBLEMS 2018. vol. 20. № 9-10. pp. 120-128. DOI:10.30724/1998-9903-2018-20-9-10-120-128.
В работе предлагается усовершенствованная схема автоматического ввода резерва для возможности реализации и использования в учебных заведениях, для студентов, обучающихся по направлению подготовки «Электроэнергетика и электротехника».
Целью создания стенда является введение в учебный процесс усовершенствованного оборудования и наглядного обучения основам бесперебойного питания потребителей.
В настоящее время существует большое количество схем и вариантов исполнения автоматического ввода резерва (АВР), однако в образовательных учреждениях демонстрационные стенды, характеризующие АВР, выполнены на устаревшем оборудовании в плане технического исполнения. Поэтому создание новой схемы для реализации АВР на современном оборудовании стало актуальным.
На первом этапе реализации проекта был произведен аналитический обзор известных схем АВР и рассмотрены варианты организации автоматического включения резервного питания для выявления недостатков и преимуществ последних.
Все схемы автоматического ввода резервного питания делятся на
- схему с двумя независимыми вводами и объединенными на выходе в одну цепь нагрузки. В аварийном и нормальном режимах работы подключен один из питающих вводов;
- схему, имеющую два независимых ввода и два независимых выхода для подключения нагрузки, которые объединены на выходе секционным выключателем. В нормальном режиме подключены оба питающих ввода, в аварийном - один [1-5].
Несмотря на многообразие вариантов резервирования линий, можно выделить следующие организации автоматического ввода резервного питания.
1. Схема АВР с источником (линия или трансформатор), находящимся в резерве.
Схема состоит из двух независимых источников питания 1 и 2. В нормальном режиме используется источник 1 , при его отказе происходит отключение магнитного пускателя ПМ1 и включается ПМ2, тем самым восстанавливая напряжение на шинах питания (рис. 1).
\\\
\\\
ПМ2 РКН ПМ1
'-СИ
\
\
\
\\\
Нагрузка
Рис. 1. Схема АВР с двумя источниками 121
1
2
2. Схема АВР с генератором, находящимся в резерве.
В качестве резервного источника в схеме используется генератор Г. При возникновении сбоя в питании от основной сети устройство АВР автоматически запускает генератор Г и отключает ПМ1, и после выхода генератора Г на рабочий режим включает ПМ2 (рис. 2).
Основная сеть
\\\
\
\
\
ПМ2 РКН ПМ1
\
-К
\
\
ПМ1 РКН
-м-О
Нагрузка
Рис. 2. Схема АВР с генератором, находящимся в резерве
3. Схема АВР с секционированием (рис. 3).
На рис. 3 оба источника ВВОД1 и ВВОД2 работают одновременно при отключенном секционном выключателе QF3. При выходе из строя одного из источников отключается вводной выключатель отказавшего источника и включается секционный выключатель QF3.
ВВОД 1
ВВОД 2
Рис. 3. Схема АВР с секционированием
4. Схемы быстродействующих АВР (БАВР) (рис. 4).
Микропроцессорные устройства БАВР являются одним из основных элементов построения системы гарантированного электроснабжения потребителей, относящихся к первой категории. Данные устройства позволяют быстро зафиксировать факт нарушения энергоснабжения, определить его характер и сформировать управляющие воздействия на коммутационные аппараты. Использование БАВР, совместно со специализированными быстродействующими вводными и секционными выключателями, позволяет уменьшить экономический ущерб от нарушения электроснабжения за счет сохранения непрерывности технологического процесса и уменьшения вероятности возникновения аварийных ситуаций, связанных с возможным недопустимым снижением производительности или полной остановкой ответственных механизмов за счет уменьшения времени перехода на резервный источник питания.
ВВОД 1 ВВОД 2
Рис. 4. Схема быстродействующих АВР (БАВР)
В лабораторной установке реализован вариант АВР при наличии двух источников питания и нормально отключенного секционного выключателя. Элементы блока АВР размешены в корпусе стенда. На рис. 5 показана принципиальная электрическая схема.
1В1 1В2
■И!
№
2АВ
О О I
| «ШУ» j
£
[УЦ[У2НУ31 ^ (У1)(У2)(У3)
-^Г—Ъ А
—(5 в
"-С
Рис. 5. Принципиальная схема АВР
км
РКН-1
РКН-2
С
С
Стенд разработан и выполнен для наглядного изучения работы автоматических выключателей при опробованиях схемы АВР, путем интерактивного изучения функции переключения с основной линии питания на резервную и наоборот, с резервной - на основную, а также для повышения интереса у учащихся к образовательному процессу. Коммутационные аппараты имеют возможность установки механической блокировки.
Максимальный ток потребления демонстрационного стенда, который работает от сети переменного тока промышленной частоты 50 Гц с действующим значением напряжения 380 В, составляет 6 А. Питающий кабель подключен к трехполюсному автоматическому выключателю на 6 А, установленному с правого торца демонстрационного стенда. На лицевой стороне стенда представлены реальные образцы автоматических выключателей, указательных и промежуточных реле, реле тока, миниконтактор, ключ управления АВР, световые сигнализаторы положения силовых выключателей; присутствуют логические элементы и основные компоненты цифровой электроники. Последние - это регуляторы напряжения, индикаторы напряжения. Также изображена мнемосхема самого стенда. На рис. 6, а показан стенд на этапе сборки комплектующих, а на рис. 6, б - внешний вид готового стенда с мнемосхемой.
Функциональные возможности стенда:
1. Регулирование выходного напряжения на ВВОДЕ 1 в диапазоне от 30 до 230 В.
2. Возможность имитации перекоса или потери напряжения на обоих вводах.
3. Возможность подачи тока от 0 до 10 А для проверки срабатывания токовой защиты.
4. Возможность имитации работы реле с помощью кнопки.
Ч
Рис. 6, а. Фотография стенда на этапе сборки
)
Рис. 6, б. Фотография внешнего вида демонстрационного стенда с двумя системами шин
Оборудование выбиралось по функциональности. Например, автоматические выключатели вводов и секционного выключателя выбирались только с электроприводом -такая конструкция упрощает составление схемы; не требуется отдельно использовать кнопки управления, так как на электроприводе установлен рычаг переключения автоматического выключателя и встроенный переключатель положения. Помимо этого, при разработке схемы АВР была выполнена модернизация автоматического выключателя с электроприводом, суть которой состоит в увеличении количества контактов за счет использования промежуточного реле РЭК 77/4. Для возможности имитировать токовую
защиту и проведения лабораторных работ подобрано статическое реле РСТ-80-1, на котором можно выставить и проверить настройку заданных параметров.
Описание выбранного оборудования
1. Автоматические выключатели ВА47-29 предназначены для использования в одно-или трехфазной электрической сети 220 - 380 В в системе электроснабжения с заземленной нейтралью частотой 50 Гц. Автоматические выключатели ВА47-29 рекомендуются к применению в вводно-распределительных устройствах для жилых и общественных зданий. На стенде используется автоматический выключатель типа ВА47-29М для включения общего питания.
2. Миниконтактор МКН (КМ)-10911. Главным критерием выбора миниконтактора стали габаритные размеры элемента и наличие указателя положения контактора. Основные характеристики МКН:
а) номинальное напряжение катушки управления 230 В;
б) диапазон напряжения управления:
- срабатывание - (0,85 ^ 1,1) Uc;
- отпускание - (0,2 ^ 0,75) Uc;
в) компактная конструкция подвижной части магнитной и контактной систем обеспечивает высокое быстродействие и частоту коммутаций до 3600 циклов включения/отключения в час, что важно при использовании контакторов в автоматизированном технологическом оборудовании;
г) возможность установки на МКН модуля дополнительных контактов;
д) возможность установки МКН на DIN-рейку;
ж) горизонтальное расположение магнитной системы дает возможность устанавливать и эксплуатировать МКН как на вертикальной, так и на горизонтальной плоскостях без ухудшения коммутационных свойств.
3. Автоматический выключатель тип ВА88-32 предназначен для отключения тока при коротких замыканиях, перегрузке, недопустимых снижениях напряжения. Находит применение в жилом и гражданском строительстве, производственных объектах, на подстанциях и распределительных пунктах. При выборе данного устройства руководствовались следующими критериями: удобство монтажа за счет свободного пространственного расположения без изменения номинальных характеристик и работоспособности выключателя; компактность; возможность замены старых автоматических выключателей; корпус выполнен из устойчивого к деформациям материала; возможность самостоятельной установки вспомогательных устройств для ВА88-32 (расцепитель минимального напряжения РМ32/33, дополнительные контакты ДК32/33, аварийные контакты АК32/33) путем вставки их в специальные ниши, причем наличие двойной изоляции исключает риск контакта с активными частями, что повышает безопасность обслуживания.
4. Для дистанционного включения и отключения в автоматическом режиме автоматического выключателя ВА88-32 выбран электропривод ЭП-32/33. ЭП-32/33 допускает возможность перехода на ручное управление выключателем при отсутствии напряжения в цепи управления.
5. Для увеличения количества контактов у автоматического выключателя и электропривода в схему было введено промежуточное реле РЭК 77/4. Данные реле промежуточные электромагнитные серии РЭК 77/4 применяются в цепях управления электроприводами переменного тока напряжением до 240 В частоты 50 Гц и в цепях постоянного тока напряжением до 220 В. Реле комплектуются розетками РРМ 77/4 и предназначены для крепления на DIN - рейку шириной 35 мм.
6. Для световой сигнализации была выбрана световая арматура со светодиодной матрицей AD-22DS (LED), назначение которой -индикация состояния электрических цепей и рабочего состояния оборудования стенда (цвет свечения белый, синий, красный,
зеленый). Преимущества: большой срок службы; безинерционность; отсутствие нагревания источников света и вторичной оптики; больший световой поток по сравнению с аналогами.
7. Для имитации токовой защиты в схеме выбрано статическое реле РСТ-SG-L Рассматриваемое реле предназначено для применения в схемах релейной защиты и противоаварийной автоматики энергосистем в цепях переменного тока частотой 50 Гц. Реле устойчивы к воздействию помех в соответствии с требованиями ГОСТ Р 51317.4. Функциональные возможности реле: токовая отсечка, обеспечивающая быстрое срабатывание (не более 0,1) при превышении током величины, равной уставке тока отсечки; максимальная токовая защита (МТЗ), обеспечивающая срабатывание с зависимой или независимой от тока выдержкой времени.
С помощью данного стенда можно имитировать следующие виды работ:
1. Автоматическое включение резервного питания при наличии двух независимых источников электроэнергии.
2. Посадка и провалы напряжения в системе электроснабжения, работа АВР как защита потребителей.
3. Блокировка АВР при коротком замыкании на землю.
Лабораторный практикум находится на этапе разработки.
Литература
1. Performance evaluation and operation of Auto Load transfer switch/ Diponkar Paul, Md. Shariful Islam, Syed Khalid Rahman, Md. Saiful Islam, Mir Mohiuddin //International Journal of Renewable and Sustainable Energy. 2G13. 2(6). P. 2G5-211.
2. Галеев Э.Г. Микропроцессорные устройства релейной защиты и автоматики линий электропередач / Э.Г. Галеев, И.Ю. Иванов, И.Л. Кузьмин и др. СПб.: ПЭИПК, 2G16. 19S с.
3. Optimal Charging and Discharging Scheme of Battery Energy Storage System in Active Distribution Network /Author(s): ZHU Zefeng, ZHAO Jinquan, WEI Wenhui, LIN Changnian, YU Yiping, Journal: Automation of Electric Power Systems. Year: 2G16. Issue: 2G. Pages: 47-54.
4. Сычев Ю.А. Многоступенчатая система автоматического ввода резерва в электрических сетях предприятий минерально-сырьевого комплекса / Ю.А. Сычев, А.В. Федоров, Р.Ю. Зимин // Современная наука и практика. 2G16. № 9. С. 22-26.
5. Турсунбекова Л.С. Обеспечение бесперебойного электроснабжения / Л.С. Турсунбекова // Наука и инновационные технологии // 2G17. Т.3, № 2. С. 102-1G4.
6. Пат. № 2326481 РФ. Способ автоматического включения резервного электропитания потребителей и устройство для его осуществления / Цырук С.А., Гамазин С.И., Пупин В.М., Козлов В.Н., Павлов А.О. G7.11.2GG6.
7. Пат. № 2624921 РФ. Устройство автоматического включения резерва / Винограденко А.М., Будко П.А., Веселовский А.П., Литвинов А.И., Гладкова К.О., Тищенко Л.М. 12.G7.2G16.
8. Коробейников Б.А. Быстродействующий автоматический ввод резерва в системах электроснабжения сахарных заводов / Б.А. Коробейников, А.И. Ищенко // Известия высших учебных заведений. Пищевая технология. 2GGS. №1. С. 86-88.
9. Кулакевич А.Н. Автоматический ввод резерва - надежный способ бесперебойного электроснабжения / А.Н. Кулакевич, Б.В. Клименко // Електротехнжа i Електромеханжа. Изд. Нацюнальний техшчний университет «Харьковский политехнический институт». 2G1G. № 1. С. 55-6G.
1G. Крюков Ю.А. Разработка интеллектуальной релейной защиты в сочетании с быстродействующим автоматическим вводом резерва / Ю.А. Крюков, Е.Ф. Киров, О.Е. Наумов, В.В. Иванов // Энергобезопасность и энергосбережение. 2G16. № 1. С. 9-13.
Авторы публикации
Иванова Вилия Равильевна - канд. техн. наук, доцент кафедры «Электрооборудование и электрохозяйство предприятий, организаций и учреждений» (ЭЭ) Казанского государственного
© В.Р. Иванова, Л.В. Фетисов энергетического университета (КГЭУ).
Фетисов Леонид Валерьевич - канд. техн. наук, доцент кафедры «Электрооборудование и электрохозяйство предприятий, организаций и учреждений» (ЭЭ) Казанского государственного энергетического университета (КГЭУ).
References
1. Performance evaluation and operation of Auto Load transfer switch/ Diponkar Paul, Md. Shariful Islam, Syed Khalid Rahman, Md. Saiful Islam, Mir Mohiuddin //International Journal of Renewable and Sustainable Energy 2013; 2(6): 205-211.
2. Galeev E.G. Microprocessor devices for relay protection and automation of power lines / E.G. Galeev, I.Yu. Ivanov, I.L. Kuzmin and others. SPb.: PEIPK, 2016. 198 p.
3. Optimal Charging and Discharging Scheme of Battery Energy Storage System in Active Distribution Network /Author(s): ZHU Zefeng, ZHAO Jinquan, WEI Wenhui, LIN Changnian, YU Yiping, Journal: Automation of Electric Power Systems. Year: 2016. Issue: 20. Pages: 47-54.
4. Sychev Yu. A. A multi-stage system of automatic reserve input in electric networks of enterprises of the mineral-raw complex / Yu.A. Sychev, A.V.Fedorov, R.Yu. Zimin // Modern Science and Practice. 2016. № 9. P. 2 -26.
5. Tursunbekova L.S. Provision of uninterrupted power supply / L.S. Tursunbekova // Science and innovative technologies // 2017. V.3, No. 2. P.102-104.
6. Patent for invention of the Russian Federation № 2326481. The method of automatic switching on backup power supply of consumers and the device for its implementation // Patent RF / Tsyruk S.A., Gamazin S.I., Pupin V.M., Kozlov V.N., Pavlov A.O. 07.11.2006.
7. Patent for invention of the Russian Federation № 2624921. Automatic switch-on device // Patent of the Russian Federation / Vinogradenko A.M., Budko P.A., Veselovsky A.P., Litvinov A.I., Gladkova K.O., Tischenko L.M. July 12, 2016.
8. Korobeinikov B.A. High-speed automatic input of the reserve in the power supply systems of sugar plants / B.A. Korobeinikov, A.I. Ischenko // News of Higher Educational Establishments. Food technology. 2008. № 1. P. 86-88.
9. Kulakevich A.N. Automatic input of a reserve is a reliable method of uninterrupted power supply / A.N. Kulakevich, B.V. Klimenko // Elektrotekhnika i Elektromehika, 2010. № 1. Ed. National Technical University "Kharkiv Polytechnic Institute". P. 55-60.
10. Kryukov Yu.A. Development of intelligent relay protection in combination with high-speed automatic input of the reserve / Yu. A. Kryukov, E.F. Kirov, O.E. Naumov, V.V. Ivanov // Energy security and energy saving. 2016. № 1. Р. 9-13.
Authors of the publication
Viliya R. Ivanova- PhD (Techn.) Sci., associate professor, department "Electrical Equipment and Electricity of Enterprises, Organizations and Institutions", Kazan state power engineering university.
Leonid V. Fetisov - PhD (Techn.) Sci.,, associate professor, department "Electrical Equipment and Electricity of Enterprises, Organizations and Institutions", Kazan state power engineering university.
Поступила в редакцию 17 июля 2018 г.
