Inginerii consultanți ar trebui să înțeleagă construcția comutatorului de transfer, cerințele de performanță, criteriile de selecție și funcționarea dorită pentru a se asigura că sistemele și echipamentele critice sunt furnizate cu energie de rezervă fiabilă atunci când este necesar.

consultanță

Obiective de invatare:

  • Explicați funcționarea de bază a comutatorului de transfer.
  • Descrieți tipurile de sisteme de așteptare și cerințele comutatorului de transfer.
  • Comparați tipurile de comutatoare de transfer și operațiunile acestora.
  • Evaluează cerințele de construcție și performanță ale întrerupătorului de transfer.

Când alimentarea cu energie electrică este întreruptă, defectarea sistemului de alimentare nu este o opțiune pentru multe facilități. Sistemele de alimentare de așteptare au multe componente, inclusiv întrerupătoare de transfer care trebuie proiectate corect. În timpul tranzițiilor de putere, sincronizarea și secvența comutatorului de transfer sunt esențiale pentru a asigura funcționarea corectă a sistemului. Inginerii consultanți trebuie să înțeleagă tipurile de comutatoare de transfer, cerințele de sincronizare, calificările și tipurile de sisteme de așteptare în care comutatoarele de transfer sunt utilizate pentru transferul la puterea de rezervă. Baza acestui articol este NFPA 70-2014: Codul electric național (NEC), cu excepția cazului în care se menționează altfel.

Funcționarea de bază a comutatorului de transfer

Comutatoarele de transfer sunt responsabile pentru tranziția energiei electrice de la sursa primară la o sursă secundară în caz de întrerupere, întreținere sau defecțiune a sursei primare. Sursa primară constă cel mai frecvent în serviciul utilitar. Sursa secundară constă de obicei din sursa de rezervă sau de urgență. Secvența de operație are loc de obicei după cum urmează:

  1. Sursa primară este întreruptă sau eșuează.
  2. Când sursa secundară este stabilă și se încadrează în toleranțe de tensiune și frecvență, comutatorul de transfer trece la sursa secundară de energie. Această tranziție poate avea loc automat sau manual.
  3. Când sursa primară este restabilită și stabilizată, comutatorul de transfer trece înapoi la sursa primară și se reia în funcțiune normală. Această tranziție înapoi la sursa primară poate avea loc automat sau manual.


Tipuri de sistem de așteptare

Tipurile de sistem de așteptare includ sisteme de urgență, sisteme de așteptare obligatorii din punct de vedere legal, sisteme de așteptare opționale, sisteme de alimentare cu operații critice (COPS) și sisteme care susțin facilitățile de îngrijire a sănătății (vezi Figura 1).

Sisteme de urgență (articolul 700 NEC): Sistemele de urgență sunt definite de NFPA ca fiind „destinate să furnizeze automat iluminare, energie electrică sau ambele, zonelor și echipamentelor desemnate în caz de eșec al alimentării normale sau în cazul unui accident la elementele unui sistem destinat alimentării, distribuie și controlează puterea și iluminarea esențiale pentru siguranța vieții umane. " Aceste sisteme pot include sisteme de detectare și alarmă a incendiilor, ascensoare, pompe de incendiu și iluminat de ieșire.

Echipamentele de transfer, inclusiv întrerupătoarele de transfer, trebuie să fie automate, identificate pentru uz de urgență și aprobate de autoritatea competentă (AHJ). Echipamentele de transfer trebuie proiectate și instalate pentru a preveni conectarea simultană accidentală a surselor de alimentare primare și secundare. Echipamentul de transfer trebuie să furnizeze numai sarcini ale sistemului de urgență. Puterea trebuie transferată la sursa secundară în 10 secunde sau mai puțin.

Sisteme de așteptare obligatorii din punct de vedere legal (articolul 701 al NEC): Sistemele de așteptare obligatorii din punct de vedere legal sunt definite de NFPA ca fiind „destinate să furnizeze automat energie sarcinilor selectate (altele decât cele clasificate drept sisteme de urgență) în cazul defectării sursei normale”. Aceste sisteme pot include sisteme de încălzire și refrigerare, sisteme de comunicații, sisteme de ventilație și eliminare a fumului și alte procese care, atunci când sunt oprite în cazul întreruperii sursei primare, ar putea crea pericole sau pot împiedica operațiunile de salvare sau stingere a incendiilor.

Echipamentele de transfer, inclusiv întrerupătoarele de transfer, trebuie să fie automate, identificate pentru utilizarea în regim de așteptare și aprobate de AHJ. Echipamentele de transfer trebuie proiectate și instalate pentru a preveni conectarea simultană accidentală a surselor de alimentare primare și secundare. Puterea trebuie transferată la sursa secundară în 60 sec sau mai puțin.

Sisteme opționale de așteptare (articolul 702 al NEC): Sistemele opționale de așteptare sunt definite de NFPA ca „destinate alimentării cu energie a instalațiilor sau proprietăților publice sau private în care siguranța vieții nu depinde de performanța sistemului”. Aceste sisteme pot include sisteme de procesare și comunicare a datelor și sisteme critice pentru misiune care nu sunt impuse de AHJ din punct de vedere legal.

Echipamentele de transfer, inclusiv întrerupătoarele de transfer, pentru sistemele opționale de așteptare nu sunt restricționate la aceleași cerințe ca și echipamentele de transfer de urgență și cerute de lege. Cu toate acestea, echipamentele de transfer trebuie proiectate și instalate pentru a preveni conectarea simultană accidentală a surselor de alimentare primare și secundare. Nu există cerințe de cod pentru ca puterea să fie transferată la sursa secundară într-un anumit interval de timp.

Sisteme de alimentare cu operațiuni critice (COPS) (articolul 708 al NEC): Întreruperile sau întreruperile către zonele operaționale critice desemnate pot avea un impact negativ asupra securității naționale, economiei, sănătății publice sau siguranței. Cerința de a respecta articolul 708 din NEC este furnizată de orice agenție guvernamentală care are jurisdicție sau de o unitate care furnizează documentația care stabilește necesitatea unui astfel de sistem. Aceste sisteme pot include sisteme de alimentare, HVAC, alarmă de incendiu, securitate și comunicații în aceste zone. NFPA 1600-2013: Standardul privind gestionarea dezastrelor/urgențelor și programele de continuitate a afacerii conține informații suplimentare despre acest subiect.

Echipamentele de transfer, inclusiv întrerupătoarele de transfer, trebuie să fie automate și identificate pentru utilizarea în regim de așteptare. Echipamentele de transfer trebuie proiectate și instalate pentru a preveni conectarea simultană accidentală a surselor de alimentare primare și secundare.

Tipuri de comutatoare de transfer

Tipurile de comutatoare de transfer includ deschidere, închis, închis rapid, tranziție închisă moale și bypass/izolare.

Comutatoare de transfer în tranziție deschisă: Transferul de tranziție deschisă este descris în mod obișnuit ca „pauză înainte de realizare”. Aceasta înseamnă că comutatorul de transfer se deconectează de la sursa primară înainte de a stabili conexiunea la sursa secundară (vezi Figura 2). Există o întrerupere de scurtă durată a sistemului electric în timpul acestei tranziții. În plus, tranziția deschisă, prin proiectare, nu permite paralelizarea celor două surse în același timp. Comutatoarele de transfer cu tranziție deschisă sunt tipul cel mai des utilizat. Sunt mai puțin costisitoare decât alte opțiuni.

Comutatoare de transfer cu tranziție închisă: Transferul cu tranziție închisă este descris în mod obișnuit ca „make-before-break”. Aceasta înseamnă că comutatorul de transfer creează o conexiune la sursa secundară în timp ce este conectat la sursa primară (vezi Figura 3). Când conexiunea la sursa secundară este stabilită, sursa primară se va deconecta. Acest lucru permite o sursă continuă de alimentare a sistemului electric, deoarece cele două surse sunt paralele între ele. Sursele paralele (sau interconectate) trebuie să respecte articolul 705 din NEC: Surse de producere a energiei electrice interconectate, care abordează cerințele de siguranță de bază legate de funcționarea în paralel a generatoarelor și a surselor normale/primare (de obicei serviciul de utilități).

Comutatoarele de tranziție închisă se transferă atunci când ambele surse sunt sincronizate în fază, tensiune și frecvență. Durata perioadei de sincronizare în care ambele surse sunt paralele este de obicei limitată de acordul și cerințele de interconectare ale companiei de utilități.

Comutatoare de transfer rapide cu tranziție închisă: Comutatoarele de transfer cu tranziție închisă rapidă utilizează o paralelă momentană a surselor (de obicei mai puțin de 100 msec) utilizând un sistem de control similar cu sistemul de comutare de transfer cu tranziție deschisă. Unele comutatoare de transfer cu tranziție închisă rapidă utilizează sincronizarea pasivă pentru a detecta relația de fază dintre cele două surse live (în caz de paralelism) și permit interconectarea surselor atunci când acestea sunt sincronizate. Acest lucru este considerat pasiv, deoarece nu există un control direct asupra frecvenței generatorului, iar sursele sunt paralele pentru o perioadă de timp atât de scurtă. Deși intenția nu este paralelă cu sursele pentru o perioadă extinsă de timp, furnizorii de servicii de utilități necesită în mod obișnuit protecție cu releu de putere inversă pentru a-și proteja sistemele de o funcționare paralelă susținută. Comutatoarele cu tranziție închisă rapidă sunt mai scumpe decât comutatoarele cu tranziție deschisă, dar mai puțin costisitoare decât comutatoarele cu tranziție închisă moale.

Comutatoare de transfer soft cu tranziție închisă: Comutatoarele soft de transfer închis folosesc un sincronizator automat pentru a permite generatorului să se sincronizeze cu serviciul utilitar și să transfere încărcăturile. Timpul de transfer poate varia de la câteva secunde la câteva minute, de obicei în funcție de cerințele furnizorului de utilități. În timpul acestui proces, există o durată susținută a operațiunii paralele între cele două surse. Ca atare, întreruperile de tensiune și frecvență sunt de obicei reduse datorită transferului treptat al sarcinilor între surse. Similar cu comutatoarele rapide de tranziție închisă, furnizorii de servicii utilitare necesită de obicei un nivel mai ridicat de protecție a relei și aprobări pentru a implementa acest tip de sistem.

Comutatoare de transfer bypass/izolare: După cum sugerează și numele, pot fi furnizate capabilități de ocolire sau izolare sistemelor de transfer enumerate mai sus pentru a ocoli componentele primare ale comutatorului de transfer fără a întrerupe alimentarea la instalație. Componenta secundară de comutare oferă redundanță inerentă și crește fiabilitatea. Aceasta permite întreținerea întrerupătorului de transfer fără oprirea echipamentelor. Capabilitățile de ocolire/izolare sunt de obicei specificate pentru echipamente extrem de critice sau sarcini continue în cazul în care o pierdere de energie este în detrimentul performanței instalației sau operațiunilor.

Cu toate acestea, capabilitățile de ocolire/izolare adaugă de obicei un cost semnificativ sistemului și adaugă cerințe suplimentare de spațiu pentru a găzdui echipamentul suplimentar.

Comutator paralel

Aparatele de comutare paralele sunt de obicei utilizate pentru a combina mai multe surse de alimentare (de obicei două sau mai multe generatoare) și a se conecta la o magistrală comună pentru a utiliza capacitatea agregată a surselor (a se vedea Figura 4). Sursele de alimentare trebuie sincronizate acolo unde frecvența, tensiunea, unghiul de fază și rotația de fază se încadrează în limitele prescrise și sursele pot fi paralele între ele. Aparatele de comandă paralele pot folosi întrerupătoare de circuit motorizate și controlere logice programabile pentru a opera și a prioritiza sarcinile de distribuție și, ca atare, această configurație nu poate necesita comutatoare de transfer independente pentru a transfera sarcini. Cu toate acestea, unele AHJ-uri pot necesita comutatoare de transfer separate pentru sarcini dictate de articolele NEC 700 și 701 pentru segregarea completă a sistemelor; AHJ ar trebui consultat pentru configurații de sistem acceptabile și aprobate. Întreținerea sarcinii și prioritățile pot fi stabilite pentru a se asigura că cele mai înalte priorități, cum ar fi sarcinile de urgență, obligatorii din punct de vedere legal și opționale de așteptare, sunt prevăzute cu putere de așteptare/rezervă în intervalele de timp specificate pentru a respecta cerințele de transfer.

Încărcările neesențiale pot fi, de asemenea, furnizate cu pași de prioritate în cazul în care există o capacitate suplimentară disponibilă pe sistemul de rezervă după ce prioritățile mai sus menționate au fost abordate. Sistemele de comutare paralele de obicei pot fi programate pentru a oferi multe funcții sofisticate, cum ar fi descărcarea sarcinii, generatorul de descărcare, transferurile soft de utilitate, măsurarea la nivel înalt și funcțiile de întreținere a sarcinii. Cu toate acestea, aceste funcții pot crește semnificativ costurile și necesită, de obicei, un nivel mai ridicat de personal operațional tehnic pentru a le menține pe durata de viață.

Funcționarea comutatorului de transfer

Operarea comutatorului de transfer are loc pe baza proceselor de inițiere și transfer. Procesul de inițiere este ceea ce identifică necesitatea transferului. Acest eveniment poate consta într-o pierdere sau tensiune inconsistentă de la sursa primară. Transferul este procesul de deplasare a sarcinii de la sursa secundară sau alternativă, și invers.

Automat: În modul automat, controlerul comutatorului de transfer gestionează întregul proces și inițierea începe atunci când controlorul simte o pierdere a sursei primare. Controlerul monitorizează tensiunea sursei și trimite o comandă generatoarelor pentru a rula când tensiunea scade sub o limită prestabilită pentru un interval de timp prescris. Controlerul monitorizează, de asemenea, tensiunea și frecvența sursei secundare, iar atunci când aceste valori sunt în limite acceptabile, comutatorul transferă sarcina de la sursa primară la cea secundară. Când sursa primară a fost restabilită pentru un timp prescris pentru a asigura stabilitatea, comutatorul poate transfera automat sarcina înapoi la sursa primară. Majoritatea sarcinilor critice și de siguranță pentru viață necesită o funcționare automată așa cum este definită de NEC.

Nonautomatic: În modul neautomatic, comutatorul de transfer este inițiat manual de un operator și apoi un dispozitiv intern din echipamentul de comutare acționează comutatorul de transfer prin acționare electrică. Operatorul are capacitatea de a determina când să inițieze transferul de sarcină, dar operația de transfer efectivă este acționată electric.

Manual: În modul manual, întregul proces este finalizat manual de către un operator. În mod obișnuit nu există un controler, un echipament de detectare a tensiunii sau un mecanism electric utilizat pentru a opera transferul de sarcină. Comutatoarele manuale sunt cele mai de bază tipuri de comutatoare de transfer și sunt frecvente în instalații sau aplicații non-critice.

Construcția comutatorului de transfer, cerințe de performanță

UL 1008: UL 1008 este cel mai frecvent aplicat și adoptat standard pentru a aborda construcția și testarea întrerupătorului de transfer în S.U.A. Acest standard se aplică comutatoarelor automate, manuale sau neautomatice, de tranziție închisă, hibride, de comutare a transferului pompei de incendiu, comutatoarelor de bypass/izolare și altor câteva. Cu toate acestea, acest standard nu se adresează în mod specific comutatoarelor cu o valoare mai mare de 600 V.

UL 1008 include cerințe care se referă la construcția și performanța echipamentului de comutare a transferului. Cerințele de construcție din cadrul standardului includ, dar nu se limitează la, echipamentele carcasei, cablurile de câmp și interne ale componentelor și instalarea echipamentului.

Cerințele de performanță și testare includ, dar nu se limitează la, rezistența și capacitatea de închidere, supratensiune/subtensiune, suprasarcină, temperatură și teste de rezistență. Aceste teste și cerințe de construcție demonstrează că echipamentul comutatorului de transfer ar trebui să fie fiabil și fiabil atunci când este necesară operația de transfer.

UL 1008A: În mod similar, UL 1008A conține cerințe pentru comutatoare de transfer automate, neautomatice și manuale cu funcționare mai mare de 750 V și până la 46 kV. Cerințele din standard acoperă comutatorul de transfer și dispozitivele de control și releele asociate.

NFPA 110: NFPA 110 este aplicat și adoptat în mod obișnuit în Statele Unite. Capitolul 6 al standardului include cerințe pentru echipamentele de comutare a transferului. Cerințele standardului referitoare la caracteristicile comutatorului de transfer automat (ATS) specifică faptul că capacitățile lor trebuie să includă:

  • Funcționare electrică și menținere mecanică
  • Transferul și retransferarea sarcinii în mod automat
  • Anunț vizual când nu este în modul automat.

Capitolul 6 prevede, de asemenea, că „comutatorul de transfer trebuie să poată rezista curentului de defecțiune disponibil la punctul de instalare”. În plus, „comutatorul de transfer trebuie să aibă un grad de curent continuu și un grad de întrerupere pentru toate clasele de sarcini care trebuie deservite.” Valoarea electrică a comutatorului de transfer trebuie să fie dimensionată corespunzător pentru sarcina totală conectată.

NFPA 110 include cerințe pentru monitorizarea sursei, cum ar fi dispozitivele de detectare a subtensiunii, pentru a monitoriza toate liniile neîmpământate ale sursei primare, a echipamentelor de detectare a tensiunii și a frecvenței pentru a monitoriza o linie neîmpământată și pentru a se asigura că transferul către sursa secundară este inhibat până la tensiune și frecvența sunt în limitele specificate.

Sunt furnizate dispozitive de întârziere pentru întârzierea procesului de transfer, pentru a evita pornirea și transferul de sarcini neplăcut pe baza scăderilor de putere tranzitorii sau a tulburărilor momentane la sursa primară. Trebuie prevăzut un dispozitiv de întârziere reglabil pentru a întârzia procesul de transfer al sarcinii pentru a evita căderea excesivă de tensiune a sistemului pentru utilizare în cazul în care eșecul de funcționare al echipamentului ar putea duce la rănirea sau pierderea vieții umane. În plus, trebuie prevăzut un alt dispozitiv de întârziere reglabil (cu bypass automat) pentru a întârzia transferul de la sursa secundară (de obicei sursa de alimentare de urgență) la sursa primară și pentru a permite sursei primare să se restabilizeze.

Rămânând la putere

Înțelegerea construcției comutatorului de transfer și a cerințelor de performanță, pe lângă selectarea tipurilor de comutatoare de transfer adecvate și funcționarea dorită pentru sistemele specifice de așteptare deservite, va ajuta la asigurarea faptului că sistemele și echipamentele critice sunt furnizate cu o putere de rezervă fiabilă atunci când sunt necesare.

Ryan Ishino este director asociat de electricitate pentru biroul Orange County de la JBA Consulting Engineers din Irvine, California. Are experiență în mai multe sectoare de piață, incluzând ospitalitatea, comerțul, îngrijirea sănătății, educația și proiectarea centrală a plantelor.