Быстродействующий АВР

В ходе изготовления щитового оборудования, в том числе и АВР, возникают разные вопросы от заказчика и в том числе пожелания изготовить быстродействующий АВР.
"Просим изготовить быстродействующий АВР", на вопрос какое время срабатывания устройства- ответ: "чем быстрей - тем лучше". Для нас, как изготовителей такой ответ не подходит, этот параметр должен выражаться в конкретном числовом выражении, раз быстродействующий, то какое время реакции АВР?
Небольшое отступление:
Напомним основные параметры трехфазной сети - это в первую очередь напряжение и частота, напряжение 400 вольт с частотой 50 Гц. Исходя из этого задаем величину напряжения от номинального значения под которым мы будем понимать, что напряжение "пропало", т.е. если напряжение уменьшилось до величины 70%,
$0,7U или 230в х 0,7=161в$ , а если напряжение превысило допустимый порог более 20 % (повышенное напряжение), то $1,2U или 230в х 1,2=276в$ ,
Т.е. выбрав нижний и верхний пороги мы определили величину U, меньше которого работа оборудования недопустима, нежелательна.
Далее остается определить и время срабатывания АВР, т.е. за сколько времени должно (может) переключиться АВР с одного ввода на другой.
Обратимся к информации

Рассмотрим вопрос непосредственно связанный с минимальным временем быстродействия АВР.

Кривые ITIC

На рисунке изображен пример осциллограммы быстрого переключения со временем переключения примерно 30 мс.:
1.Напряжение на сборной шине.
2.Ток на основном источнике питания.
3.Ток на резервном источнике питания.
В приведенном случае при увеличении напряжения на основном вводе отключается нагрузка и происходит переключение на питание от второго ввода, подобное решение применено в SUE3000.

Кривые ITIC

Формула соотношения частоты и периода

Мгновенное значение напряжения
Амплитудное значение - максимальное значение напряжение в течении одного периода и их два (положительный максимум напряжения и отрицательный максимум напряжения в течении полупериода).
Действующее (или эффективное) значение величины напряжения, которое составляет примерно 70% от максимального (амплитудного) значения вычисляется по формуле, умножается на корень из двух
Например, $220В*1,41=310В$ .
Так как допустимый порог задан не более 20%, то превышение напряжения вычисляем, умножив на коэффициент 1,2, длительность периода колебаний при частоте 50 Гц равна:

Длительность периода колебаний с частотой 50 Гц

Кривые ITIC

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.

Кривые ITIC

Реле контроля Шнайдер Электрик RM35UB3N10

Напомним вопрос, каким прибором в АВР контролируются входное напряжение на вводах, это реле контроля напряжения (РКН)или реле контроля фаз.К примеру, посмотрим на трехфазное реле контроля напряжения фирмы Шнайдер Электрик RM35UB3N10

Проверка на наличии или обрыв трех фаз и нуля
Контроль установленного повышенного напряжения
Контроль установленного пониженного напряжения
Напряжение между фазами и нулем 120-277 В,выбирается переключателем в зависимости от напряжения контролируемой сети
Регулировка контроля повышенного напряжения +2 .... +20 %
Регулировка контроля пониженного напряжения -20.... -2 %
Настройка выдержки срабатывания от 0,3 до 30 с при повышении
Настройка выдержки срабатывания от 0,3 до 30 с при понижении

Посмотрим характеристики реле контроля CM-MPS производства ABB. Оно позволяет одновременно контролировать последовательность чередования фаз, обрыв фазы, повышенное и пониженное напряжение и асимметрию фаз.
В данных реле имеется возможность регулировать пороговые значения контроля повышенного и пониженного напряжения и асимметрии фаз.

Проверка на наличии или обрыв трех фаз и нуля
Контроль установленного повышенного напряжения
Контроль установленного пониженного напряжения
Диапазон измерений повышенного напряжения контроля между фазами и нулем 220-300 В
Диапазон измерений пониженного напряжения контроля между фазами и нулем 180-220 В
Регулировка порогового значение для асимметрии 2-15%
Настройка выдержки срабатывания от 0,1 до 10 с при повышении, понижении напряжения

Реле CM-MPS.11 и CM-MPS.21 контролируют обрыв нейтрали.

Следующее реле 3UG4618 производитель SIEMENS, рассмотрим характеристики цифрового реле контроля 3-х фазного напряжения. Реле позволяет контролировать последовательность фаз, выпадение фаз, пониженное напряжение и асимметрию фаз.
В реле имеется возможность регулировать пороговые значения контроля повышенного и пониженного напряжения и асимметрии фаз путем нажатия кнопок на передней панели с отображением на цифровом индикаторе с сохранением значений.

Проверка на наличии или обрыв трех фаз и нуля
Контроль установленного напряжения 160- 690 В
Регулировка порогового значение для асимметрии 2-15%
Настройка выдержки срабатывания от 0,1 до 20 с при повышении, понижении напряжения
Относительная точность настройки 0,2%
Относительная точность измерений 5%
Идентификация пониженного напряжения
Идентификация повышенного напряжения
Идентификация выпадения фазы
Асимметричная идентификация
Идентификация повышенного напряжения, 3 фаз

Индикация высвечивается на экране дисплея LCD

В качестве коммутирующего элемента возьмем распространенный контактор серии КМД – аналог ПМ12, время срабатывания составляет 20±8 мс, сведем данные в общую таблицу.

Наименование параметра	RM35UB3N10	CM-MPS	3UG4618	КМД
Номинальное напряжение, кВ	120-277 В	220-300 В 180-220 В	160- 690 В	до 660 В
Время переключения	0,3 до 30 с	0,1 до 10 с	0,1 до 20 с	20±8 мс

Получается, что производителями РКН заложена логика анализа напряжения в течении 5-15 периодов (100-300 мс) и только после истечении данного времени принимается решение напряжение в норме или нет.
Исходя из данных таблицы, получаем время быстродействия АВР:
Общее время АВР Т _АВР = Т _ркн +Т _{контактора} = 100мс+20 мс=120 мс при использовании подобных реле контроля напряжения и контактора (±10 мс погрешность).
Таким образом
1.Изготовить АВР с применением контактора с временем срабатывания 20 мс, получить время 18мс не представляется возможным
2.Для контроля напряжения с применением РКН быстродействие АВР меньше 100 мс не получить.
3.Для получения быстродействующего АВР целесообразно использовать процессорное устройство с разработанным алгоритмом работы под данную задачу, а в качестве исполнительных реле использовать быстродействующие силовые элементы.