Автоматично затварящо устройство за нисковолтови прекъсвачи, основано на времеви реле

За да се осигури безопасна и стабилна работа на мрежата и за да се предотврати повреда на електроуреди от вълните на тока при възстановяването на енергията, всички натоварвания, свързани с разпределителните трансформатори, трябва да бъдат откачени преди енергиране.

Поради това нисковолтовите прекъсватели са оборудвани с функция за изпускане при ниско напрежение: когато трансформаторът бъде деенергиран поради поддръжка или линейни повреди, загубата на напрежение в нисковолтовата шина причинява автоматично изключване на прекъсвателя. След реенергиране на трансформатора, тъй като нисковолтовите прекъсватели обикновено не разполагат с капацитет за автоматично повторно затваряне, операторите трябва ръчно да затворят прекъсвателя на място, за да възстановят енергията. Под влияние на местоположението на прекъсвателя, трафика и климатичните условия, тази ръчна операция отнема значително време - средно 33 минути, което води до удължаване на прекъсванията и сериозно засяга надеждността на доставката на електроенергия.

За решаване на този проблем е разработено устройство за автоматично повторно затваряне на нисковолтовите прекъсватели, основано на времев реле. Нисковолтовият изход на трансформатора доставя енергия на обмотката на релето. След реенергиране на трансформатора, обмотката на времевото реле се захранва и след предварително зададена забавка, контактът му кратко затваря затварящата верига, причинявайки автоматично повторно затваряне на нисковолтовия прекъсватель. Забавката избягва пусковия ток на трансформатора, осигурявайки безопасност на уредите. Чрез подходяща контролна логика, се предотвратява автоматично повторно затваряне след превишаване на тока или ръчно изключване.

1. Изисквания за проектиране и решение

Според регламентите за управление на мрежата, са установени конкретни изисквания за проектиране на устройството за автоматично прехвърляне при ниско напрежение:

• Когато високоволтовата страна на разпределителния трансформатор бъде деенергирана поради поддръжка или повреда, трансформаторът губи напрежение и нисковолтовият прекъсватель се изключва чрез механизма за изпускане при ниско напрежение. След реенергиране на трансформатора, прекъсватель автоматично се затваря след предварително зададена забавка.

• Ако се случи повреда по-надолу от нисковолтовия прекъсватель, той надеждно се изключва и не трябва да се затваря автоматично.

• Ако нисковолтовият прекъсватель бъде ръчно отворен, той не трябва да се затваря автоматично.

За удовлетворяване на тези изисквания, е предложено надеждно решение, използвайки времево реле като контролен център, използвайки неговите характеристики за забавка и плъзгащи контакти, за да се постигне автоматично повторно затваряне. Избраният модел на времево реле е DS-28.

Използваното в устройството времево реле DS-28 се състои от електромагнит, който привежда в действие механичен часовников механизъм. Електромагнитната обмотка черпи енергия от нисковолтовия изход на трансформатора, захранвайки постоянно захранвано времево реле. Релето съдържа един комплект от забавени плъзгащи контакти и един комплект от забавени основни контакти (контакти за спиране). Вътрешната проводка на времевото реле за устройството за автоматично прехвърляне при ниско напрежение е показана на Фигура 1. 

За предотвратяване на изгарянето на обмотката от продължително захранване, е добавен термичен предпазен резистор. В проекта, контактите 1 и 13–3 се използват като сигнали за активиране, свързани с електрическата верига, докато контактите 5 и 6, и 16–3 и 17, служат като забавени плъзгащи контакти и моментни нормално затворени контакти, съответно. Фигура 2 показва схемата на проводката на устройството за автоматично повторно затваряне на нисковолтовите прекъсватели, основано на времево реле.

2. Контролна стратегия на устройството за автоматично прехвърляне при ниско напрежение

2.1 Ниско напрежение на трансформатора

Когато трансформаторът изпитва ниско напрежение, нисковолтовият прекъсватель се изключва. Тъй като нисковолтовата шина не е захранвана, времевото реле остава в своето начално състояние, с отворени забавени плъзгащи контакти и забавени основни контакти, докато моментните нормално затворени контакти са затворени.

След възстановяване на енергията в линията, нисковолтовият изход на трансформатора се захранва, доставяйки енергия на времевото реле. В този момент, моментните нормално затворени контакти се отварят, включвайки делител на напрежението в обмотката, което причинява електромагнита да се захранва и да се поддържа в дългосрочно състояние. Механичният механизъм започва да работи, а забавеният плъзгащ контакт започва да се движи към затворено положение.

След предварително зададена забавка (обикновено зададена между 10 и 15 секунди чрез копчето за настройка на времето на панела на времевото реле, за да се избегне пусковият ток на трансформатора), забавеният плъзгащ контакт кратко затваря и отново се отваря. Това действие имитира натискането и освобождаването на ръчно копче за затваряне, осигурявайки, че затварящата верига не е постоянно захранвана, което би могло да попречи на ръчното изключване или да причини прекъсвачът да се затвори върху точка на повреда.

Обикновено, разпределителните трансформатори имат капацитет до 2000 кВА, а продължителността на пусковия ток на трансформатора е около 6 до 10 секунди. За да се избегне влиянието на пусковия ток, забавката се задава на 10 до 15 секунди при инсталиране, чрез настройка на копчето за време на панела на времевото реле. Схемата на проводката за затварящата верига е показана на Фигура 3.

Основният (терминиращ) контакт се затваря след плъзгащия контакт и спира в механичната спирачна система. Докато нисковолтовият изход на трансформатора остава захранван, релето ще остане в това състояние. Когато нисковолтовият изход губи напрежение (т.е. електромагнитната обмотка е деенергирана), всички контакти мигновено се връщат в своите начални положения.

2.2 Изключване на прекъсвача поради повреда

Когато се случи повреда в линията или оборудването под нисковолтовия прекъсватель, прекъсватель се изключва поради превишаване на тока. Тъй като нисковолтовият изход на трансформатора остава захранван, контактите на релето остават в текущите си положения, осигурявайки, че прекъсвачът не се затваря автоматично.

2.3 Ръчно изключване

Когато нисковолтовият прекъсватель бъде ръчно отворен, нисковолтовият изход на трансформатора все още е захранван. Контактите на релето остават непроменени, а затварящата верига не е засегната от времевото реле, предотвратявайки автоматичното затваряне на прекъсвача.

3. Тестване на функционалността на устройството

След сборката на устройството за автоматично прехвърляне при ниско напрежение, основано на времево реле, са проведени комплексни функционални тестове. След успешното тестване, са установени стандартизирана процедура за инсталиране и схеми на проводката, придружени от детайлни мерки за безопасност и техника. Устройството е инсталирано в 10 региона. След шестмесечен период на експлоатация, устройството надеждно и правилно е функционирало както при планирани изключвания за поддръжка, така и при изключвания, причинени от повреди. Средното време за възстановяване на енергията е намалено от 33 минути преди инсталирането до 10–15 секунди.

Резултатите от полевите тестове потвърждават, че устройството за автоматично прехвърляне при ниско напрежение, основано на времево реле, за нисковолтовите прекъсватели отговаря на всички изисквания за проектиране.

4. Заключение

Предложеното устройство за автоматично прехвърляне при ниско напрежение за нисковолтовите прекъсватели използва забавените плъзгащи контакти на времевото реле, за да реши редица проблеми, причинени от инсталирането на механизми за изпускане при ниско напрежение. То позволява на нисковолтовите прекъсватели да постигнат автоматично повторно затваряне след събития с ниско напрежение. Устройството функционира надеждно при нормални прекъсвания на енергията и остава неактивно при аномални условия. С прост принцип, удобна проводка и ниска цена, устройството е доказало в полеви тестове, че възстановява енергията безопасно и надеждно след изключвания при ниско напрежение, намалявайки времето за затваряне на прекъсвача от 33 минути до 10–15 секунди. Това значително подобрява ефективността на електроиздаятелствата и надеждността на доставката на електроенергия, демонстрирайки висока практическа стойност в реални приложения.