Automatické uzavírací zařízení pro nízkonapěťové vypínače založené na časových reléch

Aby bylo zajištěno bezpečné a stabilní fungování sítě a zabráno poškození elektrického zařízení při obnovení dodávky energie v důsledku nárazu proudové zátěže, musí být všechny zátěže připojené k distribučním transformátorům odpojeny před jejich zapnutím.

Proto jsou nízkonapěťové spínače vybaveny funkcí uvolnění při podnapětí: když je transformátor vypnut kvůli údržbě nebo vadám na lince, ztráta napětí na nízkonapěťovém sběrníku způsobí, že odvětvový spínač automaticky odpne. Po opětovném zapnutí transformátoru, protože nízkonapěťové spínače obvykle nemají schopnost automatického znovuzavření, musí operátoři ručně spínač na místě znovu zavřít, aby obnovili dodávku energie. Vlivem polohy spínače, dopravy a počasí tato ruční operace trvá značnou dobu – průměrně 33 minut – což vedou k prodlouženým výpadkům a zásadnímu ovlivnění spolehlivosti dodávky energie.

Pro řešení tohoto problému bylo vyvinuto automatické zařízení pro znovuzavření nízkonapěťových spínačů založené na časovém relé. Nízkonapěťový výstup transformátoru zásobuje cívku relé. Po zapnutí transformátoru je cívka časového relé zásobena energií a po nastavené prodlevě krátce uzavře okruh pro zavření, což způsobí, že nízkonapěťový spínač se automaticky znovu zavře. Prodleva umožňuje vyhnout se nárazovému proudu transformátoru a zajistit bezpečnost zařízení. Přes vhodnou logiku řízení se automatické znovuzavření zabrání po přetokovém skoku nebo ručním odpojení.

1. Návrhy požadavků a řešení

Podle pravidel provozu sítě byly stanoveny specifické návrhy požadavků na automatické převodní zařízení při podnapětí:

• Když je vysokonapěťová strana distribučního transformátoru vypnuta kvůli údržbě nebo vadě, transformátor ztrácí napětí a nízkonapěťový spínač odpne prostřednictvím funkce uvolnění při podnapětí. Po opětovném zapnutí transformátoru se spínač automaticky znovu zavře po nastavené prodlevě.

• Pokud dojde k vade na straně nízkonapěťového spínače, spínač spolehlivě odpne a nesmí se automaticky znovu zavřít.

• Pokud je nízkonapěťový spínač ručně otevřen, nesmí se automaticky znovu zavřít.

Pro splnění těchto požadavků bylo navrženo spolehlivé řešení pomocí časového relé jako jádra řízení, které využívá jeho vlastnosti prodlevy a klouzavých kontaktů k dosažení automatického znovuzavření. Vybraný model časového relé je DS-28.

Časové relé DS-28 použité v zařízení se skládá z elektromagnetu, který pohání mechanizmus časoměru. Elektromagnetická cívka získává energii z nízkonapěťového výstupu transformátoru, což zajišťuje neustálé zásobení časového relé. Relé obsahuje jeden sadu prodlevných klouzavých kontaktů a jednu sadu prodlevných hlavních kontaktů (ukončovacích kontaktů). Vnitřní zapojení časového relé pro automatické převodní zařízení při podnapětí je zobrazeno na obrázku 1. 

Aby se zabránilo spálení cívky při dlouhodobém zásobení, byl přidán tepelný pojistný odpor jako externí ochranný odpor. V návrhu jsou terminály 1 a 13–3 použity jako signálové vstupy připojené k napájecímu obvodu, zatímco terminály 5 a 6, a 16–3 a 17, slouží jako prodlevný klouzavý kontakt a okamžitý normálně uzavřený kontakt. Obrázek 2 ukazuje zapojení automatického zařízení pro znovuzavření nízkonapěťových spínačů založeného na časovém relé.

2.Strategie řízení automatického převodního zařízení při podnapětí

2.1 Podnapětí transformátoru

Když transformátor zažije podnapětí, nízkonapěťový spínač odpne. Protože nízkonapěťový sběrník není zásoben energií, časové relé zůstává ve svém počátečním stavu, s prodlevnými klouzavými kontakty a prodlevnými hlavními kontakty otevřenými, zatímco okamžité normálně uzavřené kontakty jsou zavřené.

Po obnovení dodávky energie na lince se nízkonapěťový výstup transformátoru zásobí energií, což zásobuje časové relé. V tomto okamžiku se okamžité normálně uzavřené kontakty otevřou, což způsobí, že do cívkového obvodu se zavede dělicí odpor, což způsobí, že elektromagnet získá energii a udržuje dlouhodobé zapnutí. Mechanismus časoměru začne fungovat a prodlevný klouzavý kontakt se začne pohybovat směrem k zavření.

Po nastavené prodlevě (obvykle nastavené mezi 10 a 15 sekundami pomocí stupnice času na panelu časového relé, aby se vyhnulo nárazovému proudu transformátoru) se prodlevný klouzavý kontakt krátce zavře a pak se opět otevře. Tento akce simuluje stisknutí a uvolnění manuálního tlačítka pro zavření, což zajišťuje, že okruh pro zavření není neustále zásoben energií, což by mohlo zabránit ručnímu odpojení nebo způsobit, že spínač zavře na místě vady.

Obecně mají distribuční transformátory kapacitu až 2000 kVA a doba trvání nárazového proudu transformátoru trvá zhruba 6 až 10 sekund. Aby se zabránilo vlivu nárazového proudu transformátoru, je prodleva nastavena na 10 až 15 sekund při instalaci pomocí stupnice času na panelu časového relé. Zapojení okruhu pro zavření je zobrazeno na obrázku 3.

Hlavní (ukončovací) kontakt se zavře po klouzavém kontaktu a zastaví se na mechanickém zastavovacím mechanismu. Dokud nízkonapěťový výstup transformátoru zůstává zásoben energií, relé zůstane v tomto stavu. Když nízkonapěťový výstup ztratí napětí (tj. elektromagnetická cívka je vypnuta), všechny kontakty okamžitě vrátí do svých původních pozic.

2.2 Skok spínače v důsledku vady

Když dojde k vade na straně nízkonapěťového spínače nebo zařízení, spínač odpne kvůli přetoku. Protože nízkonapěťový výstup transformátoru zůstává zásoben energií, kontakty relé zůstávají ve svých aktuálních pozicích, což zajišťuje, že spínač se automaticky nezavře.

2.3 Ruční skok

Když je nízkonapěťový spínač ručně otevřen, nízkonapěťový výstup transformátoru zůstává zásoben energií. Kontakty relé zůstávají nezměněny a okruh pro zavření není ovlivněn časovým relé, což brání automatickému zavření spínače.

3. Funkční testování zařízení

Po sestavení automatického převodního zařízení při podnapětí založeného na časovém relé byly provedeny komplexní funkční testy. Po úspěšném testování byly stanoveny standardizované postupy instalace a zapojení, doprovázené podrobnými bezpečnostními a technickými opatřeními. Zařízení bylo nainstalováno v 10 oblastech. Po šesti měsících provozu zařízení spolehlivě a správně fungovalo během plánovaných výpadků kvůli údržbě a výpadkům způsobených vadami. Průměrná doba obnovení dodávky energie se snížila z 33 minut před instalací na 10–15 sekund.

Výsledky terénních testů potvrzují, že automatické převodní zařízení při podnapětí pro nízkonapěťové spínače založené na časovém relé splňuje všechny návrhy požadavků.

4. Závěr

Návrh automatického převodního zařízení při podnapětí pro nízkonapěťové spínače využívá prodlevných klouzavých kontaktů časového relé k řešení řady problémů způsobených instalací cívek uvolnění při podnapětí. Umožňuje nízkonapěťovým spínačům dosáhnout automatického znovuzavření po událostech podnapětí. Zařízení funguje spolehlivě během normálních přerušení dodávky energie a zůstává neaktivním během neobvyklých situací. S jednoduchým principem, pohodlným zapojením a nízkou cenou se zařízení v terénních testech osvědčilo jako bezpečné a spolehlivé obnovení dodávky energie po skocích při podnapětí, což snižuje dobu zavření spínače z 33 minut na 10–15 sekund. To značně zlepšuje efektivitu dodavatelů a spolehlivost dodávky energie, což ukazuje vysokou praktickou hodnotu v reálných aplikacích.