Dispositiu Automàtic de Tancament per a Interruptors de Baixa tensió Basat en Relés de Temps

Per assegurar una operació segura i estable de la xarxa i prevenir que els pics de corrent de càrrega endeguin l'equipament elèctric durant la restauració de l'energia, totes les càrregues connectades als transformadors de distribució han de desconectar-se abans d'energitzar-los.

Per tant, els disjuntors de baixa tensió estan dotats d'una funció de llançament per sota-tensió: quan un transformador es desenergitzada per a manteniment o falles en la línia, la pèrdua de tensió en la barra de baixa tensió fa que el disjuntor de branca tripi automàticament. Després de reenergitzar el transformador, ja que els disjuntors de baixa tensió generalment no tenen capacitat de recobrament automàtic, els operadors han de tancar manualment el disjuntor al lloc per restaurar l'energia. Afectat per la ubicació del disjuntor, el trànsit i les condicions meteorològiques, aquesta operació manual triga considerable temps—en promig 33 minuts—resultant en interrupcions prolongades i impactant greument la fiabilitat del subministrament d'energia.

Per abordar aquest problema, s'ha desenvolupat un dispositiu de recobrament automàtic per a disjuntors de baixa tensió basat en un relé de temps. La sortida de baixa tensió del transformador alimenta la bobina del relé. Un cop el transformador s'energitzada, la bobina del relé de temps es potencia, i després d'un retard preestablert, el seu contacte lliscant tanca breument el circuit de tancament, fent que el disjuntor de baixa tensió es recobreixi automàticament. El retard evita la corrent de sobrecàrrega del transformador, assegurant la seguretat de l'equipament. A través d'una lògica de control adequada, es prenvia el recobrament automàtic després de trips per sobrecorrent o desconnectacions manuals.

1. Requisits de Disseny i Solució

Segons les regulacions d'operació de la xarxa, es estableixen requisits de disseny específics per al dispositiu de transferència automàtica per sota-tensió:

• Quan el costat d'alta tensió del transformador de distribució es desenergitzada per a manteniment o falla, el transformador perd la tensió i el disjuntor de baixa tensió tripi a través del llançament per sota-tensió. Un cop el transformador es reenergitzada, el disjuntor es recobra automàticament després d'un retard preestablert.

• Si ocorre una falla a l'aval del disjuntor de baixa tensió, el disjuntor tripi de manera fiable i no ha de recobrir-se automàticament.

• Si el disjuntor de baixa tensió es desconnecta manualment, no ha de recobrir-se automàticament.

Per complir amb aquests requisits, es proposa una solució fiable utilitzant un relé de temps com a nucli de control, aprovechant les seves característiques de retard i els seus contactes lliscants per aconseguir el recobrament automàtic. El model de relé de temps seleccionat és el DS-28.

El relé de temps DS-28 utilitzat en el dispositiu consta d'un electroimant que acciona un mecanisme de temporització de rellotge. La bobina electromagnética s'alimenta de la sortida de baixa tensió del transformador, proporcionant un relé de temps continuament energitzat. El relé conté un conjunt de contactes lliscants amb retard i un conjunt de contactes principals amb retard (contactes de finalització). El diagrama de cablació intern del relé de temps per al dispositiu de transferència automàtica per sota-tensió es mostra en la Figura 1. 

Per evitar que la bobina s'escori per una energització prolongada, s'afegeix una resistència fusible tèrmica com a resistor protector extern. En el disseny, es fan servir els terminals 1 i 13–3 com a senyals de disparador connectats al circuit d'energia, mentre que els terminals 5 i 6, i 16–3 i 17, serveixen com a contactes lliscants amb retard i contactes instantàniament tancats, respectivament. La Figura 2 mostra el diagrama de cablació del dispositiu de recobrament automàtic basat en un relé de temps per a disjuntors de baixa tensió.

2.Estratègia de Control del Dispositiu de Transferència Automàtica per Sota-Tensió

2.1 Sota-Tensió del Transformador

Quan el transformador experimenta una sota-tensió, el disjuntor de baixa tensió tripi. Com que la barra de baixa tensió no està energitzada, el relé de temps roman en el seu estat inicial, amb els contactes lliscants amb retard i els contactes principals amb retard oberts, mentre que els contactes instantàniament tancats estan tancats.

Un cop la línia es restableix, la sortida de baixa tensió del transformador s'energitzada, alimentant el relé de temps. En aquest moment, els contactes instantàniament tancats s'obre, introduint un resistor divisor de tensió en el circuit de la bobina, fent que l'eletroimant s'energitzada i mantingui un enganxament a llarg termini. El mecanisme de rellotge comença a funcionar, i el contacte mòbil amb retard comença a moure's cap a la posició tancada.

Després del retard preestablert (generalment ajustat entre 10 i 15 segons mitjançant la roda de temps del panell del relé de temps per evitar la corrent de sobrecàrrega del transformador), el contacte lliscant amb retard tanca breument i després torna a obrir. Aquesta acció simula la pressió i el lliurement d'un botó de tancament manual, assegurant que el circuit de tancament no es mantingui energitzat de manera continua, el que podria impedir la desconnexió manual o fer que el disjuntor es tanqui en un punt de falla.

Generalment, els transformadors de distribució tenen capacitats fins a 2000 kVA, i la durada de la corrent de sobrecàrrega del transformador dura al voltant de 6 a 10 segons. Per evitar l'impacte de la corrent de sobrecàrrega del transformador, el temps de retard es configura a 10 a 15 segons durant la instal·lació, ajustant la roda de temps del panell del relé de temps. El diagrama de cablació del circuit de tancament es mostra en la Figura 3.

El contacte principal (de finalització) es tanca després del contacte lliscant i satura al mecanisme de parada mecànica. Tant com la sortida de baixa tensió del transformador roman energitzada, el relé es mantindrà en aquest estat. Quan la sortida de baixa tensió perdi la tensió (és a dir, la bobina electromagnética es desenergitzada), tots els contactes retornaran immediatament a les seves posicions originals.

2.2 Trip del Disjuntor per Falla

Quan ocorre una falla a la línia o equipament a l'aval del disjuntor de baixa tensió, el disjuntor tripi per sobrecorrent. Com que la sortida de baixa tensió del transformador roman energitzada, els contactes del relé es mantenen en les seves posicions actuals, assegurant que el disjuntor no es recobreixi automàticament.

2.3 Trip Manual

Quan el disjuntor de baixa tensió es desconnecta manualment, la sortida de baixa tensió del transformador encara està energitzada. Els contactes del relé romandran invariables, i el circuit de tancament no serà afectat pel relé de temps, evitant el tancament automàtic del disjuntor.

3. Prova de Funcionament del Dispositiu

Després de montar el dispositiu de transferència automàtica per sota-tensió basat en un relé de temps, es van realitzar proves funcionals completes. Després de la prova exitosa, es va establir un procediment d'instal·lació estandarditzat i diagrames de cablació, acompanyats de mesures de seguretat i tècniques detallades. El dispositiu es va instalar en 10 regions. Després de sis mesos de funcionament, el dispositiu va operar de manera fiable i correcta durant tant les interrupcions programades com les causades per falles. El temps mitjà de restauració de l'energia va passar de 33 minuts abans de la instal·lació a 10–15 segons.

Els resultats de les proves de camp confirman que el dispositiu de transferència automàtica per sota-tensió basat en un relé de temps per a disjuntors de baixa tensió compleix tots els requisits de disseny.

4. Conclusió

El dispositiu de transferència automàtica per sota-tensió propost per a disjuntors de baixa tensió utilitza el contacte lliscant amb retard del relé de temps per abordar una sèrie de problemes causats per l'instal·lació de bobines de llançament per sota-tensió. Això permet als disjuntors de baixa tensió aconseguir un recobrament automàtic després d'esdeveniments de sota-tensió. El dispositiu opera de manera fiable durant les interrupcions normals de l'energia i permaneix inactiu durant les condicions anòmals. Amb un principi simple, una cablació convenient i un cost baix, el dispositiu ha demostrat en proves de camp que restaureix de manera segura i fiable l'energia després de trips per sota-tensió, reduint el temps de tancament del disjuntor de 33 minuts a 10–15 segons. Això millora significativament l'eficiència de la companyia i la fiabilitat del subministrament d'energia, demostrant un gran valor pràctic en aplicacions reals.