WAS SIE ÜBER AUTOMATISCHE UMSCHALTSCHALTER UND ATS-STEUERUNGEN WISSEN MÜSSEN.

Ein automatischer Transferschalter (ATS) ist ein Umschaltgerät, das 1- bis 3-phasige Lastkreise automatisch von der Primärstromquelle auf eine Ersatzstromquelle umschaltet, wenn es über einen integrierten oder externen ATS-Controller einen Ausfall oder eine Unterbrechung der Primärstromquelle erkennt. Nach Wiederherstellung der Primärstromquelle werden die Lastkreise wieder von dieser versorgt.

Bei einem Ausfall einer primären Stromquelle aktiviert das ATS eine Ersatzstromquelle, beispielsweise eine andere Netzleitung oder eine unterbrechungsfreie Stromversorgung. Das ATS kann auch längerfristige Notstromsysteme wie Dieselgeneratoren starten, um elektrische Geräte zu betreiben, bis die Stromversorgung wiederhergestellt ist.

Die Preise für ATS können je nach Typ, Leistungsstufe, Ausstattung und Optionen zwischen zehn und tausend Dollar variieren. Daher ist es äußerst wichtig zu wissen, wie man das richtige Gerät für eine bestimmte Anwendung findet.

Es gibt verschiedene Arten von ATS-Geräten mit unterschiedlichem Design, Anschlussdiagrammen, Arbeitsmodi, Schaltprinzipien, Funktionen und Optionen, die im Folgenden kurz beschrieben werden.

Design

Es besteht normalerweise aus zwei Hauptteilen, die im selben Gerätegehäuse oder separat montiert werden können:

• Elektronischer ATS-Regler zur Netzphasenüberwachung. Es steuert ein Lastschaltgerät und sendet ein Fernstart-/Stoppsignal an einen Generatorregler.

• Lastschaltgerät (Schützpaar, motorisierter Umschalter, leistungsstarke Halbleiter). Je nach Typ kann die Umschaltung von Strom von einer Quelle auf eine andere innerhalb von 0,01 bis 5 Sekunden erfolgen. Solche Geräte können 1–4 Schaltpole und unterschiedliche Leistungsstufen aufweisen.

Funktionsweise eines Transferschalters

Neben der Lastumschaltung auf den Notstromgenerator kann ATS auch einen Start-/Stopp-Befehl an den Notstromgenerator senden. Der Transferschalter trennt den Notstromgenerator vom Stromnetz, wenn dieser eingeschaltet ist und vorübergehend Strom liefert. Der Transferschalter kann sowohl automatisch als auch manuell gesteuert werden.

Beispielsweise wird in einem Haus, das mit einem Notstromaggregat und einem ATS ausgestattet ist, bei einem Stromausfall das ATS den Notstromgenerator einschalten. Sobald das ATS erkennt, dass der Generator bereit ist, Strom zu liefern, unterbricht es die Verbindung des Hauses zum Stromnetz und verbindet den Generator mit dem Hauptschaltkasten des Hauses. Der Generator versorgt die Verbraucher des Hauses mit Strom, ist aber nicht an die Stromleitungen angeschlossen. Die Trennung des Generators vom Verteilungssystem ist notwendig, um ihn vor Überlastung bei der Versorgung der Verbraucher im Haus zu schützen und aus Sicherheitsgründen, da die Mitarbeiter des Versorgungsunternehmens mit toten Leitungen rechnen.

Wenn die Netzstromversorgung für eine Mindestzeit wiederhergestellt ist, schaltet der Transferschalter das Haus wieder auf Netzstrom um und weist den Generator an, sich nach einer weiteren festgelegten Abkühlzeit ohne Last am Generator auszuschalten.

Ein Transferschalter kann so eingerichtet werden, dass er nur kritische Stromkreise oder ganze Schalttafeln mit Strom versorgt. Manche Transferschalter ermöglichen Lastabwurf oder die Priorisierung optionaler Stromkreise, wie z. B. Heiz- und Kühlgeräte. Komplexere Notschaltanlagen, die in großen Notstromaggregaten eingesetzt werden, ermöglichen eine sanfte Lastverteilung, d. h. eine reibungslose Lastübertragung vom Versorgungsunternehmen auf die synchronisierten Generatoren und umgekehrt. Solche Anlagen sind nützlich, um die Spitzenlastnachfrage eines Versorgungsunternehmens zu reduzieren.

ATS-Controller-Typen

• ATS-Controller mit ein- und dreiphasiger Überwachung. Die einphasigen Überwachungscontroller können in zwei- bis dreiphasigen Netzwerken Probleme verursachen, wenn beim Umschalten von einer Stromquelle auf eine andere eine nicht überwachte Phasenspannung fehlt.

• Analoge ATS-Regler und digitale Mikroprozessor-ATS-Regler. Analoge Regler können nur die Phasenspannung überwachen, nicht aber zulässige Wertebereiche und Frequenzen. Dieser Typ bietet keine oder nur minimale konfigurierbare Benutzereinstellungen. Digitale Mikroprozessor-ATS-Regler, die fortschrittlichste Art von ATS-Regler, bieten viele benutzerkonfigurierbare Einstellungen, darunter Schaltverzögerungen, Spannungs-, Frequenz- und Strombereichsüberwachung usw.

• Mit Gleichstrom, Wechselstrom und Wechselstrom/Gleichstrom betriebene ATS-Controller. Die DC-betriebenen Steuerungen benötigen eine externe unterbrechungsfreie Gleichstromversorgung (DC-Akku + Ladegerät). Die AC-betriebenen ATS-Steuerungen hingegen werden direkt von der Haupt- und Notstromquelle versorgt, ohne dass eine zusätzliche Gleichstromversorgung erforderlich ist. Die AC/DC-betriebenen ATS-Steuerungen kombinieren die oben genannten AC- und DC-Typen, verfügen jedoch ohne angeschlossene Gleichstromversorgung über eingeschränkte Funktionen.

• ATS-Controller können auf der Frontplatte oder auf DIN-Schienen montiert werden. Der Unterschied besteht darin, wo es montiert werden muss: innerhalb der Platte oder auf der Seite der Frontplatte.

ATS-Switches-Übergangstypen

• Offener Übergangstyp. Ein offener Übergangsschalter wird auch als Break-Before-Make-Transferschalter bezeichnet. Ein Break-Before-Make-Transferschalter unterbricht den Kontakt zu einer Stromquelle, bevor er Kontakt zu einer anderen herstellt. Er verhindert beispielsweise die Rückspeisung eines Notstromgenerators in das Stromnetz. Ein Beispiel ist ein offener automatischer Transferschalter (ATS). Während des Sekundenbruchteils der Stromübertragung wird der Stromfluss unterbrochen. Ein weiteres Beispiel ist ein manueller Dreistellungsschalter oder Leistungsschalter, bei dem auf der einen Seite der Netzstrom, auf der anderen der Generator und in der Mitte „Aus“ steht. Der Benutzer muss die vollständige Trennung durchschalten, bevor er die nächste Verbindung herstellen kann.

• Geschlossener Übergangstyp. Ein geschlossener Übergangsumschalter (CTTS) wird auch als Überbrückungsumschalter bezeichnet. Ein typisches Notstromsystem verwendet einen offenen Übergang, sodass die Stromversorgung der Last beim Umschalten von einer verfügbaren Quelle auf eine andere kurzzeitig unterbrochen wird (wobei zu berücksichtigen ist, dass die Umschaltung auch andere Gründe als einen vollständigen Stromausfall haben kann). In den meisten Fällen ist dieser Ausfall unbedeutend, insbesondere wenn er weniger als eine Sechstelsekunde dauert. Es gibt jedoch einige Lasten, die selbst von geringsten Stromausfällen betroffen sind. Es gibt auch Betriebsbedingungen, unter denen eine unterbrechungsfreie Lastumschaltung wünschenswert sein kann, sofern die Bedingungen dies zulassen. Für diese Anwendungen können geschlossene Übergangsumschalter eingesetzt werden. Der Schalter arbeitet im Überbrückungsmodus, sofern beide Quellen kompatibel und synchronisiert sind. Typische Parameter für die Synchronisierung sind: Spannungsdifferenz unter 5 %, Frequenzdifferenz unter 0,2 Hz und ein maximaler Phasenwinkel zwischen den Quellen von 5 elektrischen Grad. Dies bedeutet, dass der Motor, der den Generator antreibt, der eine der Quellen versorgt, in der Regel von einem isochronen Regler gesteuert werden muss. Generell ist erforderlich, dass die geschlossene Übergangs- bzw. Überlappungszeit weniger als 100 Millisekunden beträgt. Ist eine der Quellen nicht vorhanden oder nicht akzeptabel (z. B. bei einem Ausfall der normalen Stromversorgung), muss der Schalter im Break-Before-Make-Modus (Standard-Offen-Übergangsbetrieb) arbeiten, um eine Rückspeisung zu vermeiden. Die geschlossene Übergangsumschaltung macht die vorgeschriebenen monatlichen Prüfungen weniger problematisch, da sie die Unterbrechung kritischer Lasten, die bei einer herkömmlichen offenen Übergangsumschaltung auftritt, eliminiert. Bei der geschlossenen Übergangsumschaltung wird der bauseitige Motorgenerator kurzzeitig parallel zur Netzquelle geschaltet. Dies erfordert die Genehmigung des örtlichen Energieversorgers. Typische Lastschaltanwendungen, für die eine geschlossene Übergangsumschaltung wünschenswert ist, sind Datenverarbeitungs- und elektronische Lasten, bestimmte Motor- und Transformatorlasten, Lastbegrenzungssysteme oder alle Anwendungen, bei denen selbst kürzeste Lastunterbrechungen unerwünscht sind. Ein CTTS ist kein Ersatz für eine USV (unterbrechungsfreie Stromversorgung); eine USV verfügt über einen integrierten Energiespeicher, der im Falle eines Stromausfalls für einen festgelegten Zeitraum Strom liefert. Ein CTTS allein stellt lediglich sicher, dass es zu keinem kurzzeitigen Stromausfall kommt, wenn die Last von einer aktiven Stromquelle auf eine andere übertragen wird.

• Soft-Loading-Typ. Ein Soft-Loading-Transferschalter (SLTS) nutzt ein CTTS und wird üblicherweise verwendet, um die Stromerzeugung vor Ort parallel mit dem Netzstrom zu synchronisieren und zu betreiben sowie Lasten zwischen den beiden Quellen zu übertragen und gleichzeitig Spannungs- oder Frequenztransienten zu minimieren.

Mechanische Typen von ATS-Schaltern

• Schalter auf Magnetspulenbasis. Solche Schalter werden durch die Bewegung eines elektromagnetischen Solenoids aktiviert.

• Motorisierte Schalter. Die Betätigung erfolgt bei diesem Typ über Elektromotor und Getriebe.

• Schalter auf Schützbasis. Es besteht aus zwei Schützen mit mechanischer und elektrischer Verriegelung, um zu verhindern, dass die beiden Stromquellen miteinander verbunden werden.

Elektrische Typen von ATS-Schaltern

• Leistungsschalterbasiert (Klasse CB). Solche Schalter verwenden Leistungsschalter mit einem externen Betätigungsgestänge als Schaltmechanismus. Das Gestänge betätigt zwei Leistungsschalter gleichzeitig, wobei einer geschlossen und der andere geöffnet wird.

• Lasttrennschalter (Klasse PC). Dieser Typ basiert auf 2 statischen Kontaktgruppen, die durch einen Schaltmechanismus abwechselnd schließen.

• Statischer Transferschalter (STS). Ein statischer Transferschalter nutzt Leistungshalbleiter wie Silizium-gesteuerte Gleichrichter (SCRs), um eine Last zwischen zwei Quellen umzuschalten. Da keine mechanisch beweglichen Teile vorhanden sind, kann die Umschaltung schnell erfolgen, beispielsweise innerhalb einer Viertelperiode der Netzfrequenz. Statische Transferschalter können dort eingesetzt werden, wo zuverlässige und unabhängige Stromquellen verfügbar sind und die Last vor Unterbrechungen von nur wenigen Netzfrequenzzyklen oder vor Spannungsspitzen oder -einbrüchen in der Primärstromquelle geschützt werden muss.