Sterownik Styczników
Sterownik Styczników służy do bezpośredniego sterowania stycznikami w instalacji Samoczynnego Załączania Rezerwy (SZR) zasilania, opartego o Sterownik Agregatu mIDAZ. Urządzenie komunikuje się z nim za pośrednictwem magistrali RS485. Jego zadanie polega na zbieraniu informacji o stanie dołączonych do niego faz dostawcy energii elektrycznej oraz ich odpowiedniemu komutowaniu. Urządzenie wymaga do prawidłowego działania połączenia ze Sterownikiem Agregatu mIDAZ, który cyklicznie odpytuje urządzenie oraz decyduje o globalnych zezwoleniach pracy urządzenia, choć po zaniku transmisji (ale po zainicjowaniu Sterownika Agregatu mIDAZ) urządzenie pracuje w trybie pół-autonomicznym. Polega to na podtrzymaniu pracy w trybie przełącznika faz (1F) i sterowaniu stycznikami, niemożliwa jest oczywiście praca w trybie rezerwowego zasilania.
Wybór trybu pracy dokonuje się poprzez odpowiednie ustawienie zwory wewnątrz obudowy.
UWAGA!!! Instalacja mIDAZ oraz agregat WYMAGAJĄ do poprawnej pracy prawidłowo uziemionej instalacji w obiekcie!
Napięcie mierzone jest przez wyspecjalizowany układ, który z dużą częstotliwością (przekraczającą 100-krotnie częstotliwość mierzonego prądu) pobiera kilkadziesiąt próbek, po czym analizuje je i oblicza wartość skuteczną (RMS). W ten sposób pomiar znieczulony jest na wszelkie zakłócenia powodujące odkształcenie prawidłowego przebiegu napięcia. Poziom napięcia użytecznego kwalifikowany jest w oparciu o dwa parametry: dolny próg – to poziom napięcia nazwany [Ui], ustawiany z poziomu menu Sterownika Agregatu mIDAZ, a określający minimalny użyteczny poziom, jakie napięcie na danej fazie może osiągnąć. Minimalna wartość tego progu może wynosić 85V, maksymalna 215V. górny próg – to wartość stała, nazwana [Umax], wynosząca 265V z wbudowanym cyfrowym opóźnieniem o długości 100ms, znieczulającym układ na chwilowe, mające charakter zakłóceniowy impulsy. Użyteczny poziom napięcia dla każdej fazy to wartość mieszcząca się powyżej dolnego poziomu [Ui], a poniżej górnego [Umax]. Wartości przekraczające te progi uznane są za nieużyteczne, a w przypadku przekroczenia górnego progu wręcz niebezpieczne, i dana faza zostaje odłączona. Jej stan, ciągle badany, będzie uznany za nieprawidłowy do momentu, kiedy wartość jej napięcia z powrotem nie zacznie mieścić się w wyżej wymienionych wartościach. Napięcie danej fazy o wartościach mieszczących się między obiema granicami będziemy nazywać napięciem użytecznym.
Dolny próg [Ui] jest regulowany w zakresie od 85V do 215V (zdalnie, z poziomu menu). Jego poziom – fabrycznie 160V – ustala się po pomiarach (jeżeli trzeba). Nie powinien być wyższy niż pojawiające się spadki napięcia w instalacji, nie powodujące jeszcze dysfunkcji odbiorników. Uchroni to odbiorcę od niepotrzebnego przełączania źródła napięcia na agregat. Dolna granica, 85V została ustalona na tak niskim poziomie, ponieważ coraz częściej odbiorniki zasilane przez zasilacze impulsowe potrafią pracować już przy tak niskim napięciu zasilania, ale UWAGA! – tak niskie napięcie progowe wymaga użycia specjalnych styczników lub rozwiązań wspomagających! (patrz niżej) . W przypadku dobierania sobie właściwego dolnego progu [Ui] należy sprawdzić jaki jest zakres napięć pracy odbiornika/ów których funkcjonowanie jest dla nas istotne.
Sterownik Styczników potrafi pracować w dwóch trybach: „3F” – dla odbiorników wymagających do prawidłowej pracy 3 faz, oraz „1F” dla odbiorników jednofazowych lub instalacji z obwodem odbiorników priorytetowych.
Po zainicjowaniu Sterownik Styczników mierzy napięcie wszystkich faz i dołącza obwód odbiorników do fazy posiadającej najwyższy (ale w dopuszczalnych granicach) poziom napięcia. Taki sposób komutacji został ustalony ze względu na to, że należy domniemywać że faza o najwyższym poziomie napięcia jest fazą najmniej obciążoną, z podłączonymi na stałe odbiornikami o najniższym poborze prądu. Jeżeli zdarzyła by się sytuacja, teoretycznie możliwa, gdzie wszystkie trzy fazy miały by dokładnie taki sam poziom napięcia, to urządzenie załączy odbiorniki pod fazę L1. W momencie kiedy na załączonej fazie poziom napięcia przekroczy granice poziomu użytecznego, Sterownik Styczników załączy odbiorniki do następnej fazy posiadającej poziom w prawidłowych granicach, wybierając znów fazę o najwyższym napięciu. Taką samą logiką urządzenie pokieruje się w sytuacji „powrotu” napięć podstawowego dostawcy energii. Czas między detekcją zaniku napięcia a załączeniem następnego stycznika wynosi ok 500 ms i może powodować wyłączenie się niektórych, bardziej czułych odbiorników.
Sterownik Styczników posiada wejście kontroli rozłączenia styków styczników poszczególnych faz (DET) które „bada” stycznik K4 i sprawdza czy po wysterowaniu jego i odpowiadającego danej fazie stycznika K1, K2 lub K3 (lub w wersji podstawowej własne, wbudowane przekaźniki) występuje na nim napięcie – czyli czy obwód został prawidłowo załączony.
Szeroki zakres akceptowalnego dolnego progu [Ui] wymusił pewną modyfikację układu. Ponieważ styczniki pracują prawidłowo w zakresie napięć ich własnych cewek nie mniejszych niż 70% nominalnej wartości (70% dla 230VAC = 161V) to, pomimo że Sterownik Styczników załączy swój obwód i poda napięcie na stycznik K4, może być ono za niskie żeby stycznik się prawidłowo załączył (nawet jeśli się załączy, siła dociskająca styki może być za mała) co wywoła błąd oraz brak napięcia. Aby tego uniknąć najlepszym sposobem jest zastosowanie stycznika K4 z cewką na napięcie 24VDC i zasilacza o szerokim zakresie napięć wejściowych (85 – 265VAC) oraz prądzie znamionowym 0.5A dla 24VDC (parametry wystarczające do zasilania cewek styczników mniejszej mocy – należy sprawdzić pobór mocy przez stosowany stycznik i dobrać zasilacz o odpowiedniej wydajności) – niebieskie urządzenie oraz niebieski obwód na schematach. Niebieski X oznacza miejsca gdzie trzeba przeciąć połączenia „czarne”.
W trybie jednofazowym (1F) bez wydzielonego obwodu odbiorników priorytetowych urządzenie ma następujące właściwości:
1. dołącza obwód odbiornika, którym jest instalacja mIDAZ do ostatniej, posiadającej użyteczny poziom napięcia fazy (L1 do L3), ale odbiorniki obiektu podłączone są „oryginalnie” do danych faz w sposób w jaki zostały podłączone w procesie budowy instalacji. Taki sposób pracy powoduje że agregat nie wystartuje automatycznie jeżeli choć jedna faza będzie posiadała odpowiednie parametry napięcia, mimo że część lub – w sytuacji ekstremalnej – całość odbiorników (podłączonych akurat do faz aktualnie bez napięcia) będzie nieczynna.
2. po zaniku ostatniej fazy układ komunikuje się ze Sterownikiem Agregatu mIDAZ i po odliczeniu odpowiedniego odcinka czasu uruchamia agregat prądotwórczy. Stycznik K4 i K5 są stycznikami z wzajemną, przeciwsobną blokadą mechaniczną. Zapobiega to wystąpieniu napięcia z agregatu na liniach sieci energetycznej. Dodatkową blokadą są styki pomocnicze obu styczników, przerywające obwody przeciwsobnych cewek w przypadku załączenia któregoś z nich. Stycznik K4 sterowany jest bezpośrednio z punktu „wspólnego” C wbudowanych przekaźników. Stycznik K5 służy do połączenia wydzielonego obwodu odbiorników priorytetowych do agregatu prądotwórczego i włączy się dopiero po pojawieniu się napięcie wytwarzanego przez generator. Dioda G zaświeci sygnalizując ten stan. Styczniki K4 i K5 posiadają dodatkowo styk pomocniczy służący do dostarczenia zasilania dla urządzeń Instalacji mIDAZ. W trybie spoczynkowym zasilanie to dostarczane jest z jednej z trzech faz dostawcy energii. W trybie pracy agregatu dostarczane jest właśnie z niego. Są to styki pojedyncze typu NO (normalnie otwarty).
Poniżej schemat rozdzielnicy SZR dla układu jednofazowego (1F) w wersji podstawowej, czyli bez wydzielonego obwodu odbiorników priorytetowych
(kliknij na obrazek w celu pobrania go w wysokiej rozdzielczości w formacie pdf)
W trybie jednofazowym (1F) z wydzielonym obwodem odbiorników priorytetowych urządzenie ma następujące właściwości:
1. dołącza wydzielony obwód odbiorników priorytetowych (oraz całą instalacje mIDAZ) do ostatniej, posiadającej użyteczny poziom napięcia fazy (L1 do L3). Osiąga to załączając odpowiednio jeden – i tylko jeden – ze styczników danych faz K1, K2 lub K3. W ten sposób przekierowuje napięcia z danej fazy do wydzielonego obwodu odbiorników priorytetowych.
2. po zaniku ostatniej – jak w w/w układzie – fazy układ komunikuje się ze Sterownikiem Agregatu mIDAZ i po odliczeniu odpowiedniego odcinka czasu uruchamia agregat prądotwórczy. W tym układzie stycznik K4 sterowany jest bezpośrednio z punktu „wspólnego” styczników K1 – K3, załącza się więc w momencie włączenia jednego ze nich.
Ten układ dobrze adaptuje się do współpracy z zasilaczem awaryjnym, czyli UPS-em. Podłączenie go między punkt wspólny styczników K4 i K5 a przełącznik K6 powoduje że wszelkie krótkie przerwy (lub nawet i długie – w zależności od zastosowanego UPS-a) oraz czas potrzebny na rozruch i osiągnięcie gotowości przez agregat są zupełnie niezauważalne dla odbiorcy. Sterownik Agregatu mIDAZ posiada odpowiednie wejście które (po skonfigurowaniu przez instalatora) umożliwia zezwalanie na autostart agregatu dopiero kiedy akumulator UPS-a jest na wyczerpaniu. Oczywiście sam UPS musi posiadać funkcję powiadamiania na odpowiednim wyjściu o takim stanie. Taki system zdecydowanie przedłuża czas pracy agregatu na tej samej ilości paliwa, ponieważ UPS sam zezwoli na jego załączenie, a po naładowaniu baterii zatrzyma go. Jest to zdecydowanie najbardziej ekonomiczny sposób pracy instalacji awaryjnego zasilania. UPS musi być typu „online”, czyli pracującym w trybie przetwarzania napięcia cały czas, no i oczywiście z tak zwaną „pełną sinusoidą”. Niewątpliwą i dodatkową zaletą pobierania napięcia bezpośrednio z UPS-a jest fakt, że jest ono bardzo stabilne i wolne od jakichkolwiek zakłóceń.
Poniżej schemat rozdzielnicy SZR dla układu jednofazowego (1F) z wydzielonym obwodem odbiorników priorytetowych
(kliknij na obrazek w celu pobrania go w wysokiej rozdzielczości w formacie pdf)
W trybie trójfazowym (3F) urządzenie zachowuje się nieco inaczej. Po przekroczeniu użytecznego poziomu napięcia jakiejkolwiek fazy urządzenie rozłącza stycznik K4 – odłączając tym samym obwód odbiorników i rozpoczyna procedurę uruchomienia agregatu prądotwórczego.
Poniżej schemat rozdzielnicy SZR dla układu trójfazowego (3F)
(kliknij na obrazek w celu pobrania go w wysokiej rozdzielczości w formacie pdf)
Dodatkowym zabezpieczeniem oraz układem awaryjnym – w przypadku jakiegokolwiek uszkodzenia sterowania stycznikami elektromagnetycznymi – jest przełącznik K6 służący do odłączenia obwodu odbiorników od zespołu styczników i dołączenia do „oryginalnej” rozdzielnicy oraz odłączenia wyjścia agregatu prądotwórczego. Cały układ dodatkowo zabezpieczony jest wyłącznikami nad-prądowymi F1 – F3 (w trybie 3F jednym, trójpolowym F1). Rozłącznik izolacyjny Q oraz wyłącznik różnicowo-prądowy FI jest elementem oryginalnej instalacji, został zamieszczony w celu dokładnego określenia punktu podłączenia. Wydzielony obwód odbiorników priorytetowych oraz agregat też posiada swoje zabezpieczenia w oryginalnej instalacji.
Urządzenia – Sterownik Styczników – oraz Sterownik Agregatu – układ zarządzający – komunikują się ze sobą za pomocą transmisji RS-485.
Poniżej schemat wewnętrznego połączenia obwodu przekaźników sterujących stycznikami
Bardzo dobrym, dodatkowym elementem w całej instalacji jest półprzewodnikowy stycznik z detektorem przejścia przez 0. Taki stycznik, jeden lub trzy, włączony między przełącznik K6 a odbiorniki powoduje, że po załączeniu się jakiegokolwiek stycznika „mechanicznego” – K4, K5 czy w innym układzie K1 do K3 – obciążenie na jego styki dołączy się dopiero po załączeniu się w/w stycznika półprzewodnikowego. A on znów załączy się dopiero kiedy sinusoida napięcia wejdzie w punkt zerowy, czyli nie będzie płynął żaden prąd. Tak „łagodny’ sposób załączania ma same zalety: nie wypala styków styczników „mechanicznych”, załączanie nie powoduje żadnych zakłóceń. Oczywiście ważne jest – ponieważ styczniki półprzewodnikowe są praktycznie nieodporne na przeciążenia – zabezpieczyć go „szybkim” bezpiecznikiem topikowym.
Poniżej schemat podłączenia takiego półprzewodnikowego stycznika, tu dla przykładu w instalacji w układzie z wydzielonym obwodem priorytetowym.
Aby uniknąć uszkodzenia urządzeń należy wyposażyć instalację w zabezpieczenia przeciwprzepięciowe stopnia I, II i III (B, C i D) – patrz: Instalacja mIDAZ).