Jak optymalnie skonfigurować przełączniki zasilania awaryjnego?

Przełączniki zasilania mogą być konfigurowane w różny sposób, w zależności od konkretnej aplikacji. Źródło: Eaton

Przy wyborze odpowiedniego przełącznika zasilania awaryjnego do konkretnej aplikacji, aby uniknąć zatrzymania instalacji w przypadku awarii zasilania, inżynierowie powinni wziąć pod uwagę wiele aspektów, takich jak instalacja systemu, sposób działania przełącznika oraz mechanizm przełączania.

Wiele komercyjnych i przemysłowych obiektów dla zachowania ciągłości procesów wymaga nieprzerwanej pracy w przypadku awarii głównego źródła zasilania. Dla zagwarantowania tego wymogu obiekty takie są wyposażone w specjalistyczny sprzęt dystrybucji energii elektrycznej, taki jak przełączniki zasilania awaryjnego, przełączające źródło zasilania elektrycznego z normalnego na zapasowe w sytuacjach awaryjnych.

Nie wszystkie przełączniki są jednak takie same. Liczba opcji i trybów pracy może przytłoczyć inżyniera projektującego system zasilania. W związku z tym projektanci powinni znać dostępne opcje tych urządzeń, aby dokonać właściwego wyboru do konkretnej aplikacji.

Kategorie systemów przełączania awaryjnego

W pierwszej kolejności projektant musi znać kategorie systemu przełączania awaryjnego, aby dobrać do niego właściwy przełącznik. Organizacja National Electrical Code (NEC) definiuje cztery takie kategorie dla pierwszej selekcji przełączników zasilania: systemy awaryjne, systemy wymagane prawem, systemy zasilania o znaczeniu krytycznym oraz opcjonalne systemy rezerwowe.

Systemy awaryjne

Systemy awaryjne zasilają, rozdzielają i sterują energią elektryczną w przypadku układów krytycznych dla życia podczas pożaru lub analogicznych katastrof. Składają się z czujników ognia, sygnalizacji alarmowej, świateł ewakuacyjnych, wind, systemów komunikacji i wentylacji. Systemy te znajdują się najczęściej w hotelach, teatrach, szpitalach i na stadionach. Ich budowa i funkcjonalność jest regulowana odpowiednimi przepisami lokalnymi lub państwowymi. Wymagany czas przełączania zasilania normalnego na awaryjne nie może przekraczać 10 sekund.

Systemy wymagane prawem

Podobnie do systemów awaryjnych, systemy te są regulowane prawem państwowym i dotyczą przypadków, które nie są klasyfikowane jako systemy awaryjne. Obejmują one zwykle takie obszary, jak krytyczne ogrzewanie, chłodzenie, komunikacja, wentylacja czy oświetlenie, jeżeli przerwa w zasilaniu może skutkować powstaniem ryzyka lub utrudnić akcje ratunkowe albo przeciwpożarowe. Wymagany czas przełączania zasilania normalnego na awaryjne nie może przekroczyć 60 sekund.

Systemy zasilania o znaczeniu krytycznym

Systemy te zasilają, rozdzielają i sterują energią elektryczną na określonych obszarach w przypadku awarii zasilania głównego. Dotyczy to systemów klimatyzacji, alarmów przeciwpożarowych, bezpieczeństwa, komunikacji, sygnalizacji i innych obiektów będących w jurysdykcji państwowej, które zostały określone jako istotne z punktu widzenia bezpieczeństwa, ekonomii lub zdrowia i bezpieczeństwa publicznego.

Opcjonalne systemy rezerwowe

Systemy te nie muszą działać automatycznie w przypadku awarii zasilania głównego.
Zasilają one obiekty niezwiązane bezpo
średnio ze zdrowiem lub bezpieczeństwem.
Systemy takie znajdują się zwykle w obiek
tach komercyjnych i budownictwie mieszkaniowym, a także np. w rolnictwie.

Rodzaje przełączania

Występują dwa rodzaje przełączania przez przełączniki zasilania awaryjnego: otwarte i zamknięte. Rodzaj obiektu zasilanego i wpływ rodzaju przełączania na bezpieczeństwo odgrywają kluczową rolę w prawidłowym wyborze rodzaju przełączania.

Przełączanie otwarte

Przełączanie otwarte, określane jako „rozłączenie przed załączeniem”, oznacza, że przełącznik rozwiera połączenie z jednym źródłem zasilania, zanim połączy obiekt z drugim źródłem zasilania. Przez jakiś czas pomiędzy wyłączeniem a załączeniem zasilanie nie jest podawane ani ze źródła głównego, ani ze źródła awaryjnego. Istnieją dwa rodzaje przełączania otwartego:

-> Przełączanie otwarte opóźnione. W tym przypadku następuje chwilowe zatrzymanie akcji działania przełącznika po rozłączeniu pierwszego źródła zasilania, a przed połączeniem z drugim źródłem. To opóźnienie jest wstępnie zdefiniowane podczas regulacji przełącznika lub wynika z czasu spadku napięcia na obciążeniu, również wstępnie zdefiniowanego podczas ustawiania nastaw przełącznika.

-> Przełączanie otwarte w fazie. Ten rodzaj przełączania jest realizowany przez dedykowany regulator, który realizuje przełączenie źródeł zasilania w momencie, gdy są one zsynchronizowane w fazie, napięciu i częstotliwości. Jeżeli nie dojdzie do stosownej synchronizacji w określonym czasie, to niektóre przełączniki mające dodatkową funkcję dokonują stosownego przełączenia w bezpiecznym trybie.

Przełączanie zamknięte

Przełączanie zamknięte, określane jako „załączenie przed rozłączeniem”, polega najpierw na połączeniu obiektu z nowym źródłem zasilania, a dopiero potem rozłączenie go ze źródłem, które uległo awarii. Ponieważ nie ma przerwy pomiędzy rozłączeniem a połączeniem zasilania, obiekt nie traci zasilania w trakcie procesu przełączania. Przełączanie takie zwykle odbywa się w sposób automatyczny, gdy tylko oba źródła są zbliżone do synchronizacji w fazie, napięciu i częstotliwości. Wymagany czas przełączania zasilania normalnego na awaryjne zwykle nie może przekroczyć 100 ms i musi spełniać warunki stosownych przepisów lokalnych.

Mechanizmy przełączające

Mechanizm przełączający stanowi mechaniczny element przełącznika zasilania i jest odpowiedzialny za przepływ prądu na obiekt oraz przeniesienie prądu zasilania z pierwszego, a następnie z drugiego źródła. Przełączniki niskonapięciowe są oferowane w dwóch rozwiązaniach technologicznych – jako stycznik lub wyłącznik. Mechanizm wyłącznika może być oferowany w dwóch opcjach: kompaktowy i siłowy.

Stycznikowy mechanizm przełączający

Ten typ mechanizmu jest najbardziej rozpowszechniony i korzystny ekonomicznie. Najczęściej wykonany jest jako mechanizm podwójnego działania, gdzie operator, rozłączając jedną sekcję przełącznika, jednocześnie zamyka sekcję drugą. Dla realizacji opcji przełączania otwartego dodatkowy mechanizm opóźniający wprowadza stosowne opóźnienie pomiędzy otwarciem a zamknięciem styków obu sekcji. Dla opcji przełączania zamkniętego mechanizm opóźniający nie jest zastosowany.

Stycznikowy mechanizm przełączający można stosować we wszystkich trzech rodzajach przełączania: otwartym opóźnionym, otwartym w fazie i zamkniętym. Mechanizm ten nie ma jednak wewnętrznego zabezpieczenia nadprądowego, styki siłowe nie są więc stosownie zabezpieczone.

Kompaktowy mechanizm przełączający

Mechanizm ten jest używany do zamy-
kania lub rozwierania obwodów elektrycznych w warunkach normalnych albo krytycznych. Może być obsługiwany ręcznie przez operatora, mechanicznie przez wyłącznik centralny lub za pomocą silnika elektrycznego. W przełączniku zasilania para wyłączników jest sprzężona wspólnie i może być uruchamiana ręcznie lub automatycznie. Mechanizm ten zapewnia zwarte, ekonomiczne i wygodne do serwisowania rozwiązanie, jako że eliminuje potrzebę stosowania dodatkowych zabezpieczeń w torze zasilania.

Siłowy mechanizm przełączający

Mechanizm ten jest większy, szybszy i przenosi większe moce niż kompaktowy. Stosuje się w nim technologie dwustopniowego pochłaniania energii i może być sterowany mechanicznie lub elektrycznie. Niektóre modele są wyposażone w zabezpieczenia nadprądowe, podobne do używanych w mechanizmach kompaktowych. Siłowe mechanizmy przełączające są odporne na duże przeciążenia prądowe, więc stanowią dobry wybór do trudnych aplikacji, w których spodziewane są duże pobory mocy.

Tryby pracy

Przełączanie mocy odbywa się w dwóch procesach: inicjacji i działania. Inicjacja wywołuje przełączenie, a działanie je realizuje. Przełączniki zasilania realizują różnorodne tryby pracy w zależności od opcji, jakie uruchomimy w trakcie ich konfiguracji.

Tryb ręczny

W trybie tym inicjacja i działanie są realizowane ręcznie przez operatora przez przyciśnięcie przycisku lub przesunięcie przełącznika, dając operatorowi pełną kontrolę nad procesem przełączania. Zaletą trybu ręcznego w przypadku użycia przełączników kompaktowych lub siłowych jest to, że przełączenie może się odbyć pod obciążeniem jako bezpieczne, jeśli sterownik automatyczny zostanie uszkodzony lub będzie niesprawny.

Tryb półautomatyczny

W trybie tym operator ręcznie inicjuje przełączenie, naciskając przycisk lub przekręcając wyłącznik, który załącza wewnętrzne urządzenie elektromechaniczne poruszające mechanizm przełączający. Umożliwia to szybsze przełączanie niż w trybie ręcznym.

Tryb automatyczny

W automatycznym trybie pracy sterownik wewnętrzny przełącznika całkowicie steruje inicjacją i jego działaniem, co znacząco redukuje opóźnienia, które powstają w trybie pracy ręcznej i półautomatycznej. Inicjacja jest rozpoczęta, gdy automatyczny sterownik wykryje awarie lub niedostępność głównego źródła zasilania, a działanie przełącznika jest realizowane przez elektryczny siłownik lub silnik. Przełączniki z automatycznym trybem pracy działają najszybciej i są niezależne od czynnika ludzkiego, są jednak bardziej kosztowne niż ręczne lub półautomatyczne.

Przełącznik z mechanizmem rezerwowym

Taka konstrukcja pozwala na bezpieczną pracę przełączników zasilania, zwiększając jednocześnie dostępność zabezpieczanego procesu. Tradycyjne przełączniki zasilania mają zwykle jeden mechanizm przełączający, podczas gdy przełączniki z mechanizmem rezerwowym mają mechanizm podwójny (zredundowany) i są wykorzystywane do krytycznych aplikacji. Mechanizm podstawowy zapewnia normalne funkcje przełączania zasilania, a mechanizm drugi pracuje jako zapasowy dla pierwszego. Podczas prac konserwacyjnych lub serwisowych dotyczących pierwszego mechanizmu, zasilanie podawane jest na obiekt poprzez mechanizm drugi, gwarantując ciągłość pracy zasilanego obiektu.

Prawidłowy wybór przełącznika

Przełączniki zasilania dostępne są w różnych wykonaniach, realizują różnorodne typy działań i mają wiele rozwiązań mechanizmów przełączających. Dzięki
ich dobrej znajomości i wybraniu najlepszego rozwiązania do konkretnej aplikacji projektant może zapewnić bezpieczne zasilanie obiektu w przypadkach awarii zasilania głównego, zabezpieczając prawidłową i nieprzerwaną pracę przedsiębiorstwa.

Charlie Hume jest szefem linii produkcyjnej przełączników zasilania firmy Eaton.