ATS pro elektrocentrálu: jak funguje automatické přepnutí při výpadku elektrické sítě

Samotná elektrocentrála ještě nezaručuje, že se váš provoz při výpadku sítě automaticky obnoví. Pokud musí pracovník agregát ručně nastartovat a následně přepnout napájení v rozvaděči, může celý výrobní, hotelový, skladový nebo technologický provoz zůstat bez elektřiny zbytečně dlouho. Právě proto se průmyslové a záložní elektrocentrály často doplňují systémem ATS, který celý proces spouštění a přepnutí provede automaticky.

ATS je zkratka z anglického označení Automatic Transfer Switch, tedy automatický přepínač zdrojů. Sleduje stav distribuční sítě a při výpadku, výrazném poklesu napětí nebo jiné poruše vyšle povel ke spuštění elektrocentrály. Jakmile agregát dosáhne správných provozních parametrů, ATS odpojí zálohované odběry od distribuční sítě a připojí je k elektrocentrále.

V praxi se označení ATS často používá pro celý systém automatického záskoku. Samotný přepínač však zajišťuje především bezpečné přepnutí mezi zdroji, zatímco sledování distribuční sítě a povel ke spuštění elektrocentrály může zajišťovat řídicí jednotka AMF, tedy Automatic Mains Failure. Obě části musí být navrženy a nastaveny jako jeden funkční celek.

Pro majitele firmy, provozního manažera nebo technického ředitele je důležité vědět, že ATS není pouze „krabice mezi sítí a agregátem“. Jde o součást celého systému záložního napájení, který musí být správně navržen, dimenzován, zapojen a pravidelně testován. Při návrhu řešení proto neposuzujeme pouze výkon elektrocentrály, ale také způsob přepnutí, charakter odběrů, rozběhové proudy, požadovanou rychlost reakce a to, které technologie musí po výpadku zůstat v provozu.

Co přesně ATS a řídicí systém sledují

Systém automatického záskoku průběžně kontroluje parametry distribuční sítě. Nečeká pouze na úplné přerušení dodávky elektrické energie. Podle nastavení může reagovat také na stav, kdy síť sice formálně funguje, ale její parametry nejsou pro bezpečný provoz zařízení přijatelné.

Systém může sledovat například:

• úplný výpadek napětí,
• pokles napětí pod nastavenou mez,
• přepětí,
• nesprávné pořadí fází,
• výpadek jedné fáze,
• výraznou nesymetrii mezi fázemi,
• odchylku frekvence.

To je důležité hlavně ve výrobních a technologických provozech. Některé stroje, řídicí systémy nebo motory mohou být citlivé nejen na úplný výpadek, ale také na dlouhodobější podpětí nebo chybějící fázi. Pokud by systém čekal pouze na úplné odpojení sítě, mohlo by dojít k nestabilnímu chodu, vypnutí ochran nebo poškození části zařízení.

Jak probíhá automatické přepnutí krok za krokem

Běžný proces přechodu na elektrocentrálu probíhá v několika navazujících fázích.

1. Systém rozpozná poruchu distribuční sítě

Řídicí jednotka vyhodnotí, že distribuční síť nesplňuje nastavené parametry. Často se používá krátké časové zpoždění, aby systém nereagoval na velmi krátký pokles nebo přechodnou poruchu, která se během okamžiku sama upraví.

Délka zpoždění se nastavuje podle konkrétního provozu. Jinak bude řešeno zálohování výrobní linky a jinak například technické zázemí budovy, kde několik sekund navíc nepředstavuje zásadní problém.

2. Systém vyšle povel ke spuštění elektrocentrály

Po potvrzení výpadku odešle řídicí systém signál do jednotky agregátu. Motor začne startovat a postupně dosáhne jmenovitých otáček.

Řídicí jednotka zároveň kontroluje, zda elektrocentrála skutečně nastartovala a zda její napětí a frekvence odpovídají nastaveným hodnotám. Nestačí, aby motor pouze běžel. Než se připojí zátěž, musí být výstup agregátu stabilní.

3. Zálohované odběry se odpojí od distribuční sítě

Před připojením elektrocentrály musí systém bezpečně odpojit zálohované odběry od distribuční sítě. Přepínač musí být navržen tak, aby v běžném záložním režimu nebylo možné současně propojit distribuční síť a elektrocentrálu.

Ve standardním záložním zapojení se používá přepnutí s krátkým přerušením. Nejprve je zálohovaná část instalace odpojena od distribuční sítě a teprve poté je připojena k elektrocentrále. Mechanické a elektrické blokování chrání zařízení, obsluhu i pracovníky distribuční společnosti před nebezpečným zpětným napájením.

Paralelní provoz obou zdrojů je samostatným technickým řešením. Vyžaduje synchronizaci, odpovídající ochrany, správné řízení výkonu a splnění podmínek stanovených provozovatelem distribuční soustavy. Nouzové nebo provizorní zapojení bez správného přepínače představuje vážné bezpečnostní riziko.

4. ATS připojí odběry k elektrocentrále

Jakmile agregát dosáhne požadovaného napětí a frekvence, ATS připojí vybrané okruhy k záložnímu zdroji. Od této chvíle jsou kritické technologie napájeny z elektrocentrály.

U jednoduchého systému se současně připojí všechny odběry napájené ze záložního rozvaděče. U složitějšího provozu mohou být jednotlivé skupiny odběrů připojovány postupně. Nejprve se spustí nejdůležitější technologie a teprve poté další zařízení.

Postupné připojování zátěže pomáhá omezit vysoké rozběhové proudy a zabraňuje prudkému zatížení agregátu.

5. Systém sleduje návrat distribuční sítě

Po obnovení distribuční sítě ATS obvykle nepřepíná okamžitě zpět. Nejprve kontroluje, zda je napětí stabilní a zda nedochází k opakovaným výpadkům.

Teprve po uplynutí nastavené doby dojde k přepnutí odběrů zpět na distribuční síť.

6. Elektrocentrála se dochladí

Po odpojení zátěže zůstává elektrocentrála podle nastavení řídicí jednotky a doporučení výrobce ještě krátce v chodu bez zatížení. Tím se teploty motoru a případného turbodmychadla postupně stabilizují před vypnutím.

Teprve poté řídicí jednotka motor zastaví a celý systém se vrátí do pohotovostního režimu.

Jak dlouho trvá přepnutí na elektrocentrálu

ATS nezajišťuje nepřerušené napájení v pravém slova smyslu. Mezi výpadkem distribuční sítě, nastartováním motoru a připojením zátěže vzniká krátká prodleva.

Její délka závisí na:

• nastavení detekce poruchy,
• době potřebné ke startu motoru,
• stabilizaci napětí a frekvence,
• konstrukci přepínače,
• způsobu postupného připojení odběrů.

V běžném průmyslovém nebo budovovém systému je nutné počítat s přerušením v řádu několika sekund. Pro osvětlení, čerpadla, vytápění, chlazení nebo většinu výrobních zařízení může být taková prodleva přijatelná. U serverů, řídicích systémů nebo citlivých elektronických zařízení už může být problémem.

V takových případech se ATS a elektrocentrála doplňují o UPS.

ATS a UPS nejsou totéž

UPS dokáže dodat energii prakticky okamžitě po výpadku sítě. Jejím úkolem je překlenout krátkou dobu, než nastartuje elektrocentrála, nebo umožnit bezpečné vypnutí citlivých zařízení.

Elektrocentrála naopak slouží jako zdroj pro delší provoz. Její doba fungování je omezena především zásobou paliva, provozními podmínkami a určeným režimem motoru.

V praxi se tedy často používá kombinace:

1. UPS zajistí nepřerušené napájení citlivých odběrů,
2. systém automatického záskoku rozpozná poruchu distribuční sítě,
3. elektrocentrála nastartuje,
4. ATS přepne napájení na agregát,
5. UPS pokračuje v provozu napájená z elektrocentrály.

Při návrhu je nutné ověřit, zda je UPS s elektrocentrálou kompatibilní. Některé UPS, frekvenční měniče a elektronické zdroje vytvářejí nelineární zatížení, které může ovlivnit stabilitu napětí a dimenzování alternátoru.

Musí ATS přepnout celý objekt?

Nemusí. V mnoha případech je ekonomicky výhodnější zálohovat pouze vybrané okruhy.

Typickými kritickými odběry jsou:

• řídicí systémy,
• servery a datová infrastruktura,
• bezpečnostní systémy,
• požární technologie,
• čerpadla,
• kompresory,
• chlazení,
• ventilace a odsávání,
• nouzové osvětlení,
• část výrobní linky,
• zařízení, která nelze okamžitě odstavit.

Pokud by elektrocentrála měla napájet celý areál, může být potřebný výkon výrazně vyšší. Rozdělení odběrů proto často snižuje pořizovací cenu agregátu, rozvaděče i palivového systému.

Současně je ale nutné přesně určit priority. Nestačí pouze vytvořit seznam zařízení. Musíme vědět, která technologie se spustí jako první, které odběry mohou počkat a které se při záložním provozu vůbec nepřipojí.

S tím vám pomůžeme už ve fázi návrhu. Analyzujeme skutečný provoz, nikoli pouze součet údajů ze štítků zařízení.

Výkon elektrocentrály a rozběhové proudy

Ve výrobních podnicích a technických provozech se často používají:

• elektromotory,
• čerpadla,
• kompresory,
• dopravníky,
• ventilátory,
• výtahy,
• chladicí systémy.

Tato zařízení mohou při rozběhu krátkodobě vyžadovat několikanásobně vyšší proud než při běžném provozu. Pokud se několik motorů spustí současně, může dojít k výraznému poklesu napětí a frekvence.

Proto je při návrhu nutné zohlednit:

• jmenovitý výkon zařízení,
• rozběhové proudy,
• způsob spouštění,
• pořadí připojování odběrů,
• účiník,
• přítomnost frekvenčních měničů,
• požadovanou výkonovou rezervu.

U větších instalací lze rozběh jednotlivých skupin časově odstupňovat, a tím omezit okamžité zatížení elektrocentrály.

Pro průmyslové provozy nabízíme dieselové elektrocentrály v různých výkonových kategoriích a provedeních.

Správné dimenzování ATS

Přepínač musí odpovídat nejen běžnému provoznímu proudu, ale také charakteru instalace a předpokládaným poruchovým stavům.

Při výběru se řeší například:

• jmenovitý proud,
• počet pólů,
• způsob přepínání nulového vodiče,
• zkratová odolnost,
• typ připojených odběrů,
• způsob jištění,
• možnost ručního ovládání,
• potřeba servisního bypassu.

U některých instalací postačí třípólové přepnutí, jinde je nutné přepínat také nulový vodič. Záleží na způsobu uzemnění, zapojení sítě a celkovém návrhu ochrany.

Tuto část nelze bezpečně určit pouze podle výkonu elektrocentrály. Musí ji posoudit odborně způsobilý projektant nebo elektrikář podle konkrétní instalace.

Ruční přepnutí a servisní bypass

I automatický systém by měl umožňovat bezpečné ruční ovládání. To je důležité při údržbě, zkouškách nebo poruše řídicí jednotky.

U náročnějších provozů se používá servisní bypass. Umožňuje provádět údržbu přepínače bez dlouhodobého odpojení celého objektu. Takové řešení je vhodné zejména tam, kde je vysoký požadavek na dostupnost napájení.

Pro běžného uživatele však musí být ovládání jasné a bezpečné. Není vhodné vytvářet systém, ve kterém může nevyškolený pracovník libovolně měnit stav přepínače nebo propojit zdroje nesprávným způsobem.

Vzdálený monitoring ATS a elektrocentrály

Moderní řídicí jednotky umožňují sledovat systém na dálku. Podle vybavení elektrocentrály, použitých snímačů a komunikačního modulu může odpovědný pracovník na dálku sledovat například:

• výpadek distribuční sítě,
• spuštění agregátu,
• přepnutí na záložní zdroj,
• návrat distribuční sítě,
• stav baterie,
• množství paliva,
• napětí a frekvenci,
• poruchová hlášení,
• servisní interval.

Vzdálený dohled je užitečný především u objektů bez stálé technické obsluhy, skladů, hotelů, výrobních areálů nebo telekomunikačních zařízení.

Monitoring nenahrazuje pravidelnou kontrolu, ale umožňuje rychle reagovat na problém a ověřit, že systém po výpadku skutečně pracuje.

Pravidelné testování ATS

Automatický přepínač může zůstat dlouhé měsíce bez skutečného zásahu. To však neznamená, že při skutečném výpadku spolehlivě zafunguje.

Pravidelná zkouška by měla ověřit celý proces:

1. simulaci výpadku distribuční sítě,
2. povel ke spuštění agregátu,
3. dosažení správných parametrů,
4. přepnutí odběrů,
5. provoz pod zatížením,
6. návrat distribuční sítě,
7. zpětné přepnutí,
8. dochlazení a vypnutí motoru.

Nestačí pouze ručně nastartovat elektrocentrálu bez zátěže. Takový test neověří přepínač, kabeláž, reakci odběrů ani skutečné chování systému.

Doporučujeme proto pravidelně provádět funkční zkoušku celého záložního napájení a v určených intervalech také test pod zatížením.

Nejčastější chyby při návrhu ATS

Z naší praxe se opakují zejména následující problémy.

ATS je dimenzován pouze podle běžného odběru

Přepínač musí odpovídat celé instalaci, jištění a předpokládaným provozním stavům. Nestačí vycházet pouze z aktuálního proudu během běžné směny.

Elektrocentrála je příliš malá

Systém sice nastartuje, ale po připojení motorů nebo kompresorů dojde k poklesu napětí a vypnutí ochran.

Všechny odběry se připojí současně

Při vyšších výkonech může být vhodné rozdělit zátěž do několika stupňů.

Není připraveno napájení řídicího systému

Řídicí jednotka, nabíječka baterie, předehřev motoru nebo komunikační modul musí mít vhodně navržené napájení i během pohotovostního režimu.

Systém se pravidelně netestuje

Baterie může být slabá, palivo kontaminované a mechanismus přepínače může mít závadu, která se projeví až při skutečné události.

Chybí dokumentace a vyškolená obsluha

Provozovatel by měl mít k dispozici schéma zapojení, návod, servisní plán a jasný postup pro ruční ovládání při mimořádné situaci.

Kde má ATS největší smysl

Automatické přepnutí doporučujeme všude tam, kde může delší přerušení napájení způsobit finanční ztrátu, bezpečnostní riziko nebo poškození technologie.

Typicky jde o:

• výrobní podniky,
• sklady a logistická centra,
• hotely a penziony,
• administrativní budovy,
• datová a serverová centra,
• zemědělské provozy,
• chovy zvířat,
• čerpací stanice,
• úpravny vody,
• vybrané zdravotnické a sociální objekty, kde musí být návrh přizpůsoben zvláštním požadavkům daného provozu,
• stavební areály s dostupnou distribuční přípojkou a požadavkem na záložní napájení,
• telekomunikační infrastrukturu.

U každého objektu je ale nutné určit jinou prioritu. Hotel potřebuje zabezpečit recepci, přístupové systémy, výtahy, kotelnu a chlazení. Výrobní podnik řeší stroje, kompresory, řízení linek a technologické procesy. Na farmě může být rozhodující ventilace, napájení krmných systémů nebo čerpadel.

Pomůžeme vám navrhnout celý systém

Při výběru ATS nestačí znát pouze výkon elektrocentrály. Je nutné určit, která zařízení mají zůstat v provozu, jak rychle musí systém reagovat, jaké jsou rozběhové proudy a zda má záložní zdroj napájet celý objekt, nebo pouze kritické okruhy.

Pomůžeme vám:

• určit kritické odběry,
• zvolit vhodný výkon elektrocentrály,
• navrhnout systém ATS nebo ATS/AMF,
• připravit postupné připojování zátěže,
• vyřešit spolupráci s UPS,
• navrhnout rozvaděče a potřebnou kabeláž,
• zajistit montáž a uvedení do provozu,
• nastavit vzdálený dohled,
• provést funkční zkoušku,
• zajistit následný servis.

Naším cílem není dodat pouze agregát a samostatný přepínač. Připravujeme funkční systém záložního napájení, který bude při skutečném výpadku pracovat bezpečně a podle požadavků vašeho provozu.

Pokud řešíte záložní napájení pro výrobní podnik, hotel, sklad, farmu nebo jiný firemní objekt, obraťte se na nás. Projdeme s vámi technické podmínky a navrhneme vhodné řešení.