Переключатель режимов питания, ATS, разъединитель и автоматический выключатель: руководство по переключению резервного питания

Введение

Когда на небольшом заводе во время производства происходит отключение электроэнергии, немедленно запускается резервный генератор; в этот момент электротехническая бригада должна выполнить переключение нагрузки, одновременно обеспечив, чтобы в сеть не поступала обратная подача электроэнергии (обратная подача) и чтобы персонал, осуществляющий техническое обслуживание, не вступал в контакт с оборудованием под напряжением. В солнечной системе резервного электроснабжения та же практическая проблема возникает в иной форме: какое устройство отвечает за переключение нагрузки? Какое устройство отключает инвертор? И какое устройство выполняет отключение при неисправности?

Именно в этом вопросе у многих покупателей возникает путаница. Автоматические выключатели, автоматические переключатели (ATS), разъединители и переключатели могут быть установлены в одном распределительном ящике или низковольтном шкафу. На первый взгляд все они кажутся похожими компонентами “коммутационного оборудования”, однако в реальной электротехнической схеме каждый из них выполняет свои функции.

В данном руководстве с точки зрения практического применения объясняется, как выбирать переключатели питания и автоматические переключатели питания (ATS), а также проводится их сравнение с разъединительными выключателями и автоматическими выключателями. Наша цель заключается не в том, чтобы выбрать абсолютно лучший продукт, а в том, чтобы помочь подрядчикам, монтажникам солнечных систем, производителям панелей, специалистам по закупкам, а также домовладельцам, интересующимся технологиями, и т. д., выбрать подходящую схему подключения, отвечающую потребностям использования резервного питания, переключения генераторов, солнечных систем и инверторов, а также изоляции оборудования для технического обслуживания и защиты от неисправностей в чрезвычайных ситуациях.

Что такое переключатель?

Переключатель питания — это тип переключающего устройства, используемого для переключения нагрузки между двумя источниками питания. Типичные комбинации источников питания включают сетевое питание и генератор, сеть и инвертор, основное и резервное питание, а также выход солнечной батареи/инвертора и другой источник переменного тока.

В базовой системе резервного электропитания пользователи переключают нагрузку с основного источника питания на резервный с помощью генераторного переключателя. В небольших магазинах это может быть просто ручной переключатель, установленный рядом с распределительным щитом; в то же время на крупных коммерческих или промышленных объектах эту же функцию переключения могут выполнять сложные электрические устройства или управляемые компоненты.

Термин “ручной и автоматический переключатель режимов питания” обычно относится к способу запуска операции переключения. Ручной переключатель режимов питания требует от оператора ручного управления ручкой или механизмом управления; в то время как автоматическая система использует логику мониторинга и управления для обнаружения сбоев в электроснабжении, и её преимущество заключается в автоматическом выполнении операции переключения без необходимости ручного вмешательства.

Переключатель питания в основном используется для выбора источника питания и не может автоматически заменить функции защиты от перегрузки или короткого замыкания. Если данное оборудование не входит в состав более крупного защищенного узла, его следует использовать в сочетании с автоматическими выключателями, предохранителями или другими защитными устройствами.

Это различие имеет решающее значение в процессе закупки. При выборе переключателя генератора часто необходимо учитывать защиту на входе и выходе, соответствующий класс защиты корпуса, конфигурацию полюсов и конструкцию кабельного ввода. Если распределительная коробка в целом не способна ограничивать токи замыкания, обеспечить доступ для технического обслуживания или соответствовать условиям монтажа, то полагаться исключительно на переключатель генератора будет недостаточно.

Переключатель питания, как правило, является лишь частью общего решения и широко применяется в различных системах электроснабжения, таких как жилые дома, магазины, телекоммуникационные помещения, небольшие предприятия, резервные солнечные системы и низковольтные распределительные щиты.

Что такое ATS?

ATS — это автоматический переключатель питания. Он контролирует состояние основного источника питания и переключает нагрузку на резервный источник питания в случае сбоя основного источника или превышения напряжения допустимого диапазона.

Автоматический переключатель питания широко используется в системах резервного питания с генераторами, коммерческих зданиях, для критически важных нагрузок, на объектах связи, водяных насосных станциях, а также в тех случаях, когда ручное управление затруднительно или требуется быстрое реагирование. В зависимости от конкретной конструкции системы он также может применяться в системах резервного питания на основе инверторов или аккумуляторных батарей.

Типичный автоматический переключатель питания не просто “переключается” между источниками питания. Напротив, он осуществляет переключение в соответствии с данными мониторинга напряжения, временем, наличием питания и условиями возврата, следуя заранее заданной последовательности. В системе с генератором ATS также может посылать сигнал запуска генератору до переключения нагрузки.

Основная последовательность действий при работе с ATS:

1. Контролируйте состояние основного источника питания.
2. Обнаружение падения напряжения, пониженного напряжения или ненормального питания.
3. Включите или подключите резервный источник питания.
4. Переключите нагрузку на резервное питание.
5. После восстановления стабильного электроснабжения переключите нагрузку на обычный источник питания.

После этой процедуры, в зависимости от контроллера и требований проекта, система ATS может предусмотреть период охлаждения или задержку перед остановкой генератора. Конкретный режим работы зависит от модели, логики управления, интерфейса генератора и местных электротехнических стандартов.

При сравнении ручных переключателей с автоматическими переключателями (ATS) наиболее очевидное различие заключается в способе управления: ручные переключатели управляются вручную, тогда как ATS работают на основе датчиков и логики управления. При выборе следует всесторонне учитывать важность нагрузки, допустимую продолжительность отключения электроэнергии, штат персонала на объекте, бюджет и сложность системы резервного электроснабжения.

Что такое разъединитель?

Этот разъединителя используется для отключения цепи от источника питания, что позволяет проводить работы по техническому обслуживанию, осмотру или ремонту. Его основное назначение заключается не в переключении источника питания, а в обеспечении надёжного отключения.

Например, перед проведением технического обслуживания шкафа управления насосом на небольшом промышленном предприятии техническим специалистам может потребоваться отключить внешнее питание оборудования. Разъединитель обеспечивает четкую точку отключения, тем самым гарантируя, что цепь будет размыкаться до открытия шкафа или начала работы с внутренними компонентами.

В солнечных фотоэлектрических системах разъединители обычно используются в цепях инверторов, фотоэлектрических массивах или участках преобразования постоянного тока в переменный, чтобы облегчить техническому персоналу доступ к четким точкам отключения в этих местах. В системах отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха (ОВКВ), а также в панелях управления механическим оборудованием использование разъединителей позволяет отключать или изолировать отдельное оборудование, не прерывая при этом работу всей крупной системы распределения электроэнергии.

Конструктивное назначение разъединителя не заключается в замене функции защиты от неисправностей. Хотя он и может выполнять коммутационные операции при определенных условиях, в целом он не является устройством, предназначенным для отключения аварийных токов короткого замыкания; в зависимости от конкретной схемы соединений эта задача должна выполняться соответствующими автоматическими выключателями или предохранителями.

Что такое автоматический выключатель?

Автоматический выключатель — это защитное устройство, предназначенное для прерывания тока в случае перегрузки или короткого замыкания. В распределительном щите он обеспечивает защиту кабелей, нагрузок и последующего оборудования от токов, выходящих за пределы безопасного диапазона эксплуатации.

Автоматический выключатель реагирует на токи замыкания или перегрузки в соответствии со своими характеристиками срабатывания и номинальной отключающей способностью. Рассмотрим простую систему резервного питания от генератора. Возьмём в качестве примера простую систему резервного питания с генератором: в нормальном режиме работы переключатель переключает нагрузки здания с сетевого питания на питание от генератора. Если в нижестоящей ветви происходит короткое замыкание, автоматический выключатель должен сработать и отключить неисправность; сам переключатель не обеспечивает такую функцию защиты от неисправностей.

Существуют различные типы автоматических выключателей. Миниатюрные автоматические выключатели (MCB) в основном используются в небольших цепях распределения электроэнергии; автоматические выключатели в литом корпусе (MCCB) широко применяются в коммерческих или промышленных распределительных щитах с большими токами; а автоматические выключатели постоянного тока используются в системах постоянного тока, таких как фотоэлектрические цепи, аккумуляторные системы и системы управления постоянным током. Характеристики дуги и условия напряжения в различных сценариях отличаются от тех, что характерны для цепей переменного тока, поэтому автоматические выключатели, подходящие для каждого сценария, также различаются.

Поэтому сравнение автоматических выключателей и разъединителей приобретает особую важность. Автоматические выключатели используются для предотвращения перегрузок и коротких замыканий, тогда как разъединители служат для отключения соединения между оборудованием и источником питания, обеспечивая безопасность работ по техническому обслуживанию. Во многих распределительных сетях эти две функции различаются, и они должны работать совместно — ни одна из них не может отсутствовать.

Переключатель режимов vs АТС vs разъединитель vs автоматический выключатель

Сравнение, приведенное ниже, показывает, почему эти устройства не следует считать взаимозаменяемыми; каждое из них предназначено для решения различных проблем в электрической системе.

Сравнение переключателя питания и автоматического переключателя питания (ATS) в основном касается различий между ручным и автоматическим переключением; сравнение автоматического выключателя и разъединителя сосредоточено на функции прерывания цепи при обеспечении защиты цепи и проведении технического обслуживания. Сравнивая эти четыре устройства между собой, можно получить более четкое представление о ситуации: резервная система электропитания требует наличия переключателей, средств изоляции и защиты, а не только одного компонента.

В случае небольших резервных распределительных щитов, если возможно ручное управление, для переключения питания может оказаться достаточным использование ручного переключателя генератора. Однако для коммерческих зданий с критически важным освещением, водяными насосами или холодильным оборудованием рекомендуется использовать автоматический переключатель. Стоит отметить, что независимо от выбора, как правило, по-прежнему требуется установка автоматических выключателей и разъединительных выключателей вокруг коммутационного оборудования.

Как выбрать подходящее устройство для резервного электропитания и обеспечения электробезопасности

Во-первых, четко определите функции, которые должно выполнять оборудование. Если системе необходимо переключаться между двумя источниками питания, можно рассмотреть вариант использования переключателя или АТС (автоматического переключателя питания); если системе требуется автоматически возобновлять работу после отключения электроэнергии, следует рассмотреть возможность использования автоматического переключателя питания; если системе необходимо безопасно отключать питание для проведения технического обслуживания, следует учесть требования, предъявляемые к разъединительному выключателю; если системе требуется защита от перегрузки и короткого замыкания, следует выбрать подходящий автоматический выключатель.

Критерии отбора:

• Схема питания: сеть, генератор, инвертор, солнечные батареи или аккумуляторная система
• Требуемый режим переключения: ручной или автоматический
• Тип нагрузки и номинальный ток
• Уровень напряжения и количество полюсов
• Необходимость защиты от перегрузки и короткого замыкания
• Требования к изоляции при проведении технического обслуживания
• Условия установки: в помещении, на открытом воздухе, в жилых, коммерческих или промышленных помещениях
• Соблюдение местных электротехнических норм

При практическом применении системы зачастую возникает необходимость совместной работы нескольких устройств. Например, в системе резервного питания от генератора может использоваться автоматический переключатель (ATS) для автоматического переключения, автоматические выключатели для защиты, а также разъединительные выключатели для обеспечения безопасности при техническом обслуживании. В то же время резервная солнечная фотоэлектрическая система может включать разъединители постоянного тока, автоматические выключатели постоянного тока, устройства защиты от перенапряжений, автоматические выключатели переменного тока и коммутационные устройства. Конкретная конфигурация зависит от режима взаимодействия между инвертором, электросетью и резервной нагрузкой.

В небольших коммерческих зданиях распределительный щит может быть оснащен входом для подключения к электросети, входом для подключения генератора, преобразовательным устройством, выходным автоматическим выключателем и устройством защиты от перенапряжений. Правильный расчет зависит от номинального тока, однофазной или трехфазной конфигурации, условий эксплуатации корпуса, кабельной проводки и применимых технических требований к монтажу.

Типичные сценарии использования приложения

Резервное электроснабжение для дома и малых предприятий

В жилых домах, небольших магазинах, клиниках или офисах резервное электроснабжение обычно обеспечивается с помощью генераторов или инверторов. Если существуют условия, при которых операторы могут вручную переключать источник питания во время отключения электроэнергии, выбор переключателей с ручным управлением может упростить конструкцию и снизить затраты.

В случаях, когда требуется автоматическое восстановление питания или на объекте отсутствует квалифицированный персонал, более подходящим решением является система ATS. Например, в таких случаях, как холодильные склады, водяные насосы, телекоммуникационные помещения, системы безопасности и некоторые цепи коммерческого освещения.

При принятии решения о том, оснащать ли генератор ручным переключателем или автоматическим переключателем, следует также учитывать такие факторы, как частота отключений электроэнергии, требуемая скорость восстановления питания, а также необходимость предварительного прогрева генератора или управления его запуском.

Солнечные фотоэлектрические системы и инверторы

Солнечные фотоэлектрические системы, как правило, объединяют в себе несколько функций оборудования. Отключатели постоянного тока могут использоваться для размыкания цепи на стороне фотоэлектрической цепочки; если это предусмотрено проектом, автоматические выключатели постоянного тока могут обеспечивать защиту некоторых цепей постоянного тока; устройства защиты от перенапряжений помогают снизить риск повреждений, вызванных переходными перенапряжениями; автоматические выключатели переменного тока и отключатели могут устанавливаться на выходе инвертора или вблизи распределительной коробки.

Когда возникает необходимость переключения нагрузки между сетевым питанием и резервным выходом инвертора, можно использовать переключатель. В более сложных системах логика автоматического переключения может быть встроена в инвертор или размещена во внешнем шкафу. Выбор оборудования зависит от напряжения и тока системы, конфигурации переменного/постоянного тока, способа заземления, типа инвертора и местных электротехнических норм.

Промышленные распределительные щиты

Промышленные распределительные щиты, как правило, имеют многоуровневую конструкцию. Распределительные щиты на заводах могут включать в себя входные автоматические выключатели, главные разъединительные выключатели, шинные системы, преобразовательные устройства, выходные цепи, устройства защиты двигателей, устройства защиты от перенапряжений и автономные цепи управления.

В данном контексте выбор между ручным переключателем и автоматическим переключателем (ATS) зависит от трёх ключевых факторов: допустимого времени простоя производства, рисков, связанных с технологическим процессом, а также эксплуатационных и трудовых затрат, связанных с вмешательством человека. Ручные системы переключения могут быть подходящими для некритических нагрузок; однако для нагрузок, перебои в питании которых могут поставить под угрозу безопасность, привести к значительным потерям продукции или нарушить основные производственные процессы, ATS представляет собой технически обоснованное и разумное с эксплуатационной точки зрения решение.

Промышленные покупатели также должны обратить внимание на степень защиты корпуса, механическую прочность, пространство для прокладки кабелей, эффективность теплоотвода, номинальный ток, отключающую способность защитного устройства, а также на согласованность между защитами верхнего и нижнего уровней.

Техническое обслуживание и аварийное отключение

Обеспечьте простоту процедуры отключения. Персоналу, отвечающему за электроснабжение, необходим четкий порядок действий по отключению питания оборудования перед проведением технического обслуживания. Поэтому разъединительные выключатели и автоматические выключатели обычно устанавливаются рядом со станом, в распределительном щите или у люка для технического обслуживания оборудования.

Для обеспечения аварийного управления, в зависимости от конкретного оборудования и применимых стандартов, в проектной схеме может потребоваться использование автоматических выключателей, разъединителей, контакторов, цепей аварийной остановки или других устройств. Не следует беспорядочно путать эти термины. Выбранные устройства должны соответствовать электрическим функциям, номинальным токам, условиям эксплуатации и требованиям безопасности.

Заключительные мысли

Переключатель, автоматический переключатель (ATS), разъединитель и автоматический выключатель не являются взаимозаменяемыми устройствами. Переключатель обеспечивает переключение между источниками питания. Автоматический переключатель (ATS) выполняет переключение источников питания автоматически. Разъединитель предназначен для отключения цепи при проведении технического обслуживания. Автоматический выключатель прерывает ток при перегрузке и коротком замыкании.

Для обеспечения аварийного управления, в зависимости от конкретного оборудования и применимых стандартов, в проектной схеме может потребоваться использование автоматических выключателей, разъединителей, контакторов, цепей аварийной остановки или других устройств. Не следует беспорядочно путать эти термины. Выбранные устройства должны соответствовать электрическим функциям, номинальным токам, условиям эксплуатации и требованиям безопасности.

OOHMAGE Можно подобрать оборудование с учетом конкретных требований проекта: распределительные коробки, переключатели, автоматические выключатели, разъединители, выключатели постоянного тока, устройства защиты от перенапряжений (SPD) и соединительные коробки для фотоэлектрических систем. Выбор оптимального решения следует осуществлять с учетом напряжения, силы тока, количества полюсов, условий установки, схемы защиты и местных стандартов.

Для покупателей, сравнивающих различные продукты, на самом деле речь идет не просто о том, “какое устройство следует приобрести”. Более уместный вопрос звучал бы так: “Какие функции должна безопасно выполнять эта электрическая система? И какие устройства необходимы для реализации каждой из этих функций?”

Часто задаваемые вопросы

В чём заключается разница между переключателем и автоматическим переключателем питания (ATS)?

Переключатель питания используется для переключения нагрузки между двумя источниками питания. Автоматический переключатель питания (ATS) автоматически выполняет операцию переключения при обнаружении сбоя в подаче электроэнергии или ненормального состояния источника питания.

Может ли переключатель заменить автоматический выключатель?

Нет. Переключатель питания в основном используется для переключения источников питания, тогда как автоматический выключатель служит для защиты от перегрузок и коротких замыканий.

Изолятор — это то же самое, что автоматический выключатель?

Нет. Разъединяющий выключатель используется для отключения цепи в целях технического обслуживания, тогда как автоматический выключатель отключает ток замыкания на землю и ток перегрузки в соответствии со своими номинальными параметрами и схемой срабатывания.

Нужна ли мне система ATS для резервного питания от генератора?

Если требуется автоматическое переключение нагрузки в случае обычного отключения электроэнергии, следует использовать автоматический переключатель (ATS); если допустимо ручное управление, то более подходящим вариантом может оказаться переключатель генератора.

Какое устройство следует использовать для изоляции солнечного инвертора?

В соответствии с проектными требованиями системы и местными нормативными актами солнечная инверторная система может потребовать установки разъединителей постоянного тока, разъединителей переменного тока, автоматических выключателей постоянного тока, автоматических выключателей переменного тока и устройств защиты от перенапряжений.

Может ли одна распределительная коробка содержать переключатель, разъединитель и автоматический выключатель?

Да. Во многих практичных распределительных коробках функции коммутации, отключения для технического обслуживания и защиты цепей объединены в единый согласованный узел.