Układy Samoczynnego Załączenia Rezerwy – SZR z

Układy Samoczynnego Załączenia
Rezerwy – SZR z zastosowaniem
sterowników programowalnych NEED
Bartłomiej Szydłowski
Wymagania związane z niezawodnością i ciągłością zasilania
wielu obiektów są coraz większe, dlatego odbiorcy często
decydują się na zastosowanie układów eliminujących
dłuższe przerwy w zasilaniu. Jednym z rozwiązań są układy
Samoczynnego Załączenia Rezerwy SZR.
W wielu przypadkach mamy do czynienia z dość drogimi
i skomplikowanymi układami, które mają zastosowania
w dużych budynkach użyteczności publicznej i obiektach
przemysłowych. Często zdarzają się jednak aplikacje,
w których nie ma potrzeby inwestowania w tego typu
rozwiązania, a wystarczy jedynie zaprojektować prosty układ
automatyki oparty na monitorowaniu napięcia oraz realizacji
załączenia rezerwowego źródła energii elektrycznej i powrotu
podstawowego zasilania. W tego typu układach znakomicie
znajduje zastosowanie sterownik programowalny NEED firmy
Relpol, będący urządzeniem prostym przy programowaniu,
a jednocześnie pewnym w działaniu.
K
iedy mamy do czynienia z dużym obniżeniem napięcia lub
całkowitym jego brakiem w podstawowym źródle zasilania,
układ SZR ma za zadanie utrzymanie ciągłości zasilania dla
najważniejszych odbiorców energii elektrycznej. Cały proces
automatyki polega na przełączeniu odbiorów z podstawowego źródła zasilania na rezerwowe. Powoduje to minimalizację
przerw w dostawie energii odbiorcom w stanach awaryjnych
oraz podczas przełączeń planowych.
Tworzenie układów Samoczynnego Załączania Rezerwy
SZR wiąże się z ogromną odpowiedzialnością i musi być udokumentowane zgodnością z odpowiednimi normami. Podstawową normą, którą należy kierować się przy projektowaniu
i wdrażaniu układów SZR, jest norma numer PN-EN 60947-6-1 „Aparatura rozdzielcza i sterownicza niskonapięciowa.
Łączniki wielozadaniowe. Automatyczne urządzenia przełączające”. Z uwagi na swoją specyfikę układy te muszą spełniać
dodatkowo dwie bardzo ważne dyrektywy:
1. 7323/EEC Dyrektywa Rady z dnia 19 lutego 1973 r. w sprawie harmonizacji ustawodawstw Państw Członkowskich
dotyczących wyposażenia elektrycznego przewidzianego
do stosowania w niektórych granicach napięcia (tzw. dyrektywa niskonapięciowa);
2. 89/336/EEC Dyrektywa Rady z dnia 3 maja 1989 r. w sprawie ujednolicenia przepisów prawnych Krajów Członkowskich w zakresie kompatybilności elektromagnetycznej.
Wymienione dokumenty określają jednoznacznie wymagania, które układy SZR muszą spełniać. Aby zapewnione było
bezpieczeństwo, aplikacja powinna posiadać przede wszystkim
blokady uniemożliwiające załączenie obydwu obwodów zasilania na linię odbiorczą: blokada mechaniczna pomiędzy stycznikami lub wyłącznikami, blokada elektryczna pomiędzy stycznikami lub wyłącznikami, blokada programowa w urządzeniu
sterującym, w naszym przypadku w sterowniku programowalnym NEED. Kolejnym ważnym wymaganiem jest kontrola stanów członów wykonawczych, czyli badanie położenia styczników (ON/OFF), oraz w przypadku wyłączników stanu wyzwolenia – TRIP. Zapewnieniu bezpieczeństwa służy również
możliwość współpracy układów SZR z wyłącznikami przeciwpożarowymi ppoż. Algorytm programu musi również posiadać
możliwość ustawiania zwłok czasowych pomiędzy załączeniami oraz powrotem napięcia podstawowego. Pozwala to uniknąć
wyłączeń obwodów zasilania w przypadku wahań napięć zasilania podstawowego i rezerwowego. Aby zachowana została
ciągłość zasilania, normy precyzują wymagania dotyczące zapewnienia pracy układu SZR z samopowrotem i bez samopowrotu napięcia zasilania podstawowego.
Aby układ SZR dobrze spełniał swoją rolę, źródło zasilania
rezerwowego powinno posiadać moc, która zapewni prawidłową pracę przyłączonych urządzeń. W przypadku, gdy zasilanie
rezerwowe nie posiada takiej mocy, układ SZR należy wyposażyć w dodatkową automatykę wyłączającą mniej ważne odbiory.
Rys. 1. Układ Samoczynnego Załączania Rezerwy SZR typu sieć –
sieć – produkcja: Integrator Systemów NEED – Relpol, firma Profesjonalne Systemy Automatyki – Radom
W przypadku odbiorów niskiego napięcia, gdzie nie ma potrzeby stosowania specjalistycznych urządzeń, kontrola napięcia może polegać na elektronicznym monitorowaniu napięcia
sieci poprzez nadzorcze przekaźniki napięcia Relpol serii MR-EU3M1P. Na podstawie informacji o poziomie napięcia układ
automatyki podejmuje decyzję o przełączeniu obciążenia na zasilanie rezerwowe. Bardzo ważnym elementem przy projektoNR 9  WRZESIEŃ 2007 R. 
91
Rys. 2. Sterownik programowalny NEED w aplikacji SZR
waniu prostych układów SZR jest czas działania, czyli okres od
chwili powstania zakłócenia, które uruchamia działanie automatyki, do momentu przywrócenia zasilania na skutek załączenia toru zasilania rezerwowego. Należy tutaj wziąć pod uwagę
pewną zwłokę czasową będącą zabezpieczeniem przed niepotrzebnymi przełączeniami.
Wykorzystując urządzenia firmy Relpol, możemy stworzyć
układy automatyki dla dwóch sieci zasilania 400 V 50 Hz lub
Rys. 3. Diagram działania algorytmu układu SZR
dla jednej sieci zasilania i agregatu prądotwórczego. Projektowaniem, montażem i wdrażaniem układów automatyki SZR
bazujących na podzespołach Relpol zajmuje się firma Profesjonalne Systemy Automatyki z Radomia, będąca integratorem
systemów NEED-Relpol. W ofercie tej firmy znaleźć można
układy SZR serii P-NEED-2Z (2 sieci zasilania) lub P-NEED-1Z (1 sieć zasilania + 1 agregat). Więcej szczegółów dotyczących konfiguracji można znaleźć na stronie www.need.com.
pl. Układy te są modułami, które po podłączeniu niezbędnego
okablowania nie wymagają żadnej konfiguracji lub regulacji
i stanowią samodzielne urządzenie, które może współpracować
ze zdalną blokadą automatyki, czyli oddalonymi urządzeniami,
których celem jest możliwość załączania lub wyłączania całego
układu. Cała automatyka projektowana i wdrażana jest na bazie
sterowników programowalnych NEED, natomiast w obwodzie
wykonawczym pracują styczniki z nowej linii Relpol z blokadą
mechaniczną lub wyłączniki mocy, w zależności od przeznaczenia i wielkości prądu obciążenia.
Praca całego układu SZR bazującego na sterownikach
NEED polega przede wszystkim na nadzorze parametrów sieci
trójfazowej, takich jak: kolejność faz, zanik faz, asymetrię faz.
Aplikacja pracuje w trzech trybach: praca ręczna, praca automatyczna lub układ odstawiony. Cały układ zabezpieczony jest
dodatkowo wyłącznikiem bezpieczeństwa lub/i wyłącznikiem
pożarowym. Dodatkowymi funkcjami całego systemu są opcja
tzw. zezwolenia na samopowrót oraz optyczna sygnalizacja stanu SZR.
Po upływie określonej, w zależności od aplikacji, zwłoce czasowej [to1] od momentu zaniku zasilania podstawowego zostaje wyłączony stycznik zasilania podstawowego K1. Zwłoka czasowa pozwala uniknąć przełączeń podczas chwilowych
zaników napięcia. Następnie, po upływie kolejnego opóźnienia czasowego [tp1], zostaje załączone zasilanie rezerwowe za
pomocą stycznika K2 i jest to sygnalizowane migającym światłem lampki sygnalizacyjnej. Od tego momentu cały obwód zasilany jest z obwodu rezerwowego. W chwili powrotu zasilania
podstawowego zostaje zliczona kolejna zwłoka czasowa [to2],
która pozwala uniknąć przełączeń, jeżeli napięcie jest niestabilne lub załączane, co się często zdarza, na bardzo krótki czas.
Rys. 4. Schemat połączeń układu SZR - K1 stycznik zasilania podstawowego; - K2 stycznik zasilania rezerwowego; - FP zabezpieczenie przekaźnika kontroli napięcia zasilania podstawowego; - FR zabezpieczenie przekaźnika kontroli napięcia zasilania rezerwowego; - F1 zabezpieczenie sterowania układu SZR; - A1 przekaźnik kontroli napięcia zasilania podstawowego; - A2 przekaźnik kontroli napięcia zasilania rezerwowego; -S1 przełącznik
zezwolenia na pracę; - S styk lub szereg styków pomocniczy do blokowania układu automatyki; - H1 lampka kontrolna
92  NR 9  WRZESIEŃ 2007 R.
reklama
Po odmierzeniu tej zwłoki czasowej zostaje wyłączony stycznik zasilania rezerwowego K2 i załączony po kolejnym czasie
opóźnienia [tp2] stycznik K1 zasilania podstawowego, co sygnalizowane jest światłem ciągłym lampki kontrolnej.
Ogromna większość układów SZR wymaga wyłącznie wyżej wymienionych funkcji, a my nie zdajemy sobie sprawy, że
zastosowanie drogich i często dość skomplikowanych układów
nie jest konieczne. Warto wówczas zastanowić się nad wdrożeniem tańszych i niezawodnych rozwiązań. Mocną stroną
w wyżej wymienionych dwóch układach SZR (sieć – sieć i sieć
– agregat) jest sterownik programowalny NEED. Swobodnie
programowalny sterownik o atrakcyjnej cenie niesie wszystkie
możliwości niezbędne do sterowania układu SZR. Sygnalizacja
stanów 8 wejść i 4 wyjść za pomocą diod sygnalizacyjnych pozwala w sposób przejrzysty sygnalizować pracę całego układu.
Członem wykonawczym są styczniki sterowane wyjściami sterownika NEED. Wysoka jakość przekaźników wyjściowych,
dzięki dużej obciążalności znamionowej, pozwala na pewność
wysterowania obydwu obwodów zasilania. Warto tutaj również
zwrócić uwagę na wysoką jakość styków styczników i ich możliwości łączeniowych, co jest dodatkowym atutem pewności
pracy całego układu SZR.
Elementem kontrolującym obie sieci zasilania są przekaźniki
nadzorcze Relpol SA, których celem jest nadzór kolejności faz,
zaniku fazy (zakres napięć 0,7<Un<1,3) oraz kontroli poziomu
asymetrii (w zakresie 5%–25%). Przekaźniki te mogą pracować
zarówno w sieciach 3-przewodowych, jak i 4-przewodowych.
Sygnał z przekaźnika wyjściowego podawany jest na wejście
sterownika NEED, którego zadaniem jest przetworzenie tej informacji zgodnie z algorytmem pracy układu SZR.
Rys. 5. Struktura przekaźnika NEED MAX
Niebawem do oferty Relpol wejdzie nowy sterownik NEED
(NEED MAX) posiadający 16 wejść i 8 wyjść przekaźnikowych, co jest całkowicie wystarczającą liczbą przy wysterowaniu automatyki dowolnych układów SRZ. Jedną z podstawowych zalet tego sterownika będzie możliwość monitorowania napięcia trójfazowego dla wersji zasilania AC (sprzętowa
kontrola asymetrii i kierunku faz), co pozwoli na dużo większe
możliwości monitorowania sieci trójfazowej oraz na dowolne i zgodne z oczekiwaniami użytkownika parametry nadzoru.
Będzie to zatem sterownik wyraźnie dedykowany do automatyki SZR, ponieważ dzięki zasobom sprzętowym, programowym
oraz dużo większym możliwościom pomiarowym będzie on
miał dużo szerszy zakres zastosowań.

NR 9  WRZESIEŃ 2007 R. 
93