Automatisk afslutningsenhed til lavspændingskredsløbsbrydere baseret på tidsrelæer

For at sikre sikker og stabil netdrift og forhindre, at belastningsstrømstød skader elektrisk udstyr under strømafgivning, skal alle laster, der er forbundet til distributions-transformatorer, afkobles, inden de energiseres.

Derfor er lavspændings-afbrydere udstyret med en undervoltage-frigivelsesfunktion: når en transformator mister strøm på grund af vedligeholdelse eller linjefejl, forårsager tabet af spænding på lavspændings-busbar, at grensafbryderen springer automatisk. Efter at transformatorerne er genenergiseret, da lavspændings-afbrydere generelt mangler evnen til automatisk lukning, må operatører manuelt lukke afbryderen på stedet for at gengive strømmen. Påvirket af placeringen af afbryderen, trafik og vejrforhold tager denne manuelle handling betydelig tid - i gennemsnit 33 minutter - hvilket resulterer i forlængede nedbrud og har en alvorlig indvirkning på strømforsynings-reliabiliteten.

For at løse dette problem er der udviklet en automatisk luknings-enhed for lavspændings-afbrydere baseret på en tidsrelæ. Transformatorens lavspændings-udgang leverer strøm til relæets spole. Efter at transformatorerne er energiseret, bliver tidsrelæets spole strømforsynet, og efter en forudindstillet forsinkelse lukkes dens glidende kontakt kortvarigt den lukkende kredsløb, hvilket får lavspændings-afbryderen til automatisk at lukke. Forsinkelsen undgår transformatorens inrush-strøm, hvilket sikrer udstyrs sikkerhed. Gennem passende kontrollogik forhinders automatisk lukning efter overstrømningsspring eller manuel afkobling.

1. Designkrav og løsning

I henhold til regler for netdrift er specifikke designkrav fastsat for enheden til automatisk overførsel ved undervoltage:

• Når højspændings-siden af distributions-transformator mister strøm på grund af vedligeholdelse eller fejl, mister transformatoren spænding, og lavspændings-afbryderen springer via undervoltage-frigivelse. Efter at transformatorerne er genenergiseret, lukker afbryderen automatisk efter en forudindstillet forsinkelse.

• Hvis der opstår en fejl nedstrøms fra lavspændings-afbryderen, springer afbryderen pålideligt og må ikke lukke automatisk.

• Hvis lavspændings-afbryderen åbnes manuelt, må den ikke lukke automatisk.

For at opfylde disse krav er der foreslået en pålidelig løsning, der anvender et tidsrelæ som kontrolkern, ved at udnytte dets forsinkelsesegenskaber og glidende kontakter for at opnå automatisk lukning. Det valgte tidsrelæmodel er DS-28.

Tidsrelæet DS-28, der anvendes i enheden, består af en elektromagnet, der driver en urverks-tidsmekanisme. Elektromagnetiske spolen drager strøm fra transformatorens lavspændings-udgang, der leverer en konstant energiseret tidsrelæ. Relæet indeholder et sæt forsinkede glidende kontakter og et sæt forsinkede hovedkontakter (afslutningskontakter). Internalet wiring-diagram for tidsrelæet i enheden til automatisk overførsel ved undervoltage vises i figur 1. 

For at forhindre spolens brand på grund af langvarig energisering er der tilføjet en varmeledd resistor som ekstern beskyttelsesresistor. I designet bruges terminaler 1 og 13–3 som trigger-signaler forbundet til strømkredsen, mens terminaler 5 og 6, samt 16–3 og 17, fungerer som forsinkede glidende kontakter og øjeblikkelige normalt lukkede kontakter, henholdsvis. Figur 2 viser wiring-diagrammet for tidsrelæbaseret automatisk luknings-enhed for lavspændings-afbrydere.

2. Kontrolstrategi for enheden til automatisk overførsel ved undervoltage

2.1 Transformer undervoltage

Når transformator oplever undervoltage, springer lavspændings-afbryderen. Da lavspændings-busbar ikke er strømforsynet, forbliver tidsrelæet i sin initielle tilstand, med forsinkede glidende kontakter og forsinkede hovedkontakter åbne, mens øjeblikkelige normalt lukkede kontakter er lukkede.

Når strømmen genoprettes i linjen, bliver transformatorens lavspændings-udgang strømforsynet, der leverer strøm til tidsrelæet. I dette øjeblik åbner øjeblikkelige normalt lukkede kontakter, introducerer en spændingsfordelings-resistor i spolkredsen, hvilket får elektromagnet til at strømforsynes og opretholde en langvarig engagement. Urverksmekanismen begynder at fungere, og den forsinkede bevægende kontakt starter at bevæge sig mod den lukkede position.

Efter den forudindstillede forsinkelse (typisk sat mellem 10 til 15 sekunder via tidsjusteringsknappen på tidsrelæpanel for at undgå transformatorens inrush-strøm), lukker den forsinkede glidende kontakt kortvarigt og åbner derefter igen. Denne handling simulerer trykket på og frigivelsen af en manuel luknings-knap, hvilket sikrer, at lukningskredsløbet ikke er konstant strømforsynet, hvilket kunne forhindre manuel afkobling eller få afbryderen til at lukke på en fejlpunkt.

Generelt har distributions-transformatorer kapaciteter op til 2000 kVA, og varigheden af transformatorens inrush-strøm varer omkring 6 til 10 sekunder. For at undgå indvirkningen af transformatorens inrush-strøm, er forsinkelsen sat til 10 til 15 sekunder under installation ved at justere tidsdialen på tidsrelæpanel. Wiring-diagrammet for lukningskredsløbet vises i figur 3.

Den hoved- (afslutnings-) kontakt lukker efter den glidende kontakt og stopper ved mekanisk stopmekanisme. Så længe transformatorens lavspændings-udgang er strømforsynet, vil relæet forblive i denne tilstand. Når lavspændings-udgangen mister spænding (dvs. elektromagnetiske spolen er de-energiseret), returnerer alle kontakter øjeblikkeligt til deres oprindelige positioner.

2.2 Afbryder springer på grund af fejl

Når der opstår en fejl i nedstrømslinjen eller udstyr for lavspændings-afbryder, springer afbryderen på grund af overstrømning. Da transformatorens lavspændings-udgang fortsat er strømforsynet, forbliver relæets kontakter i deres nuværende positioner, hvilket sikrer, at afbryderen ikke lukker automatisk.

2.3 Manuelt spring

Når lavspændings-afbryderen åbnes manuelt, er transformatorens lavspændings-udgang stadig strømforsynet. Relæets kontakter forbliver uændrede, og lukningskredsløbet påvirkes ikke af tidsrelæet, hvilket forhindrer automatisk lukning af afbryderen.

3. Enheds funktionstest

Efter montering af tidsrelæbaseret enhed til automatisk overførsel ved undervoltage blev der foretaget en omfattende funktionstest. Efter en vellykket test blev der etableret en standardiseret installationsprocedure og wiring-diagrammer, ledsaget af detaljerede sikkerheds- og tekniske foranstaltninger. Enheten blev installeret i 10 regioner. Efter seks måneders drift fungerede enheden pålideligt og korrekt både under planlagte vedligeholdelses-nedbrud og fejlinduceret nedbrud. Gennemsnitlig strømgengivelsestid faldt fra 33 minutter før installation til 10–15 sekunder.

Felttestresultater bekræfter, at tidsrelæbaseret enhed til automatisk overførsel ved undervoltage for lavspændings-afbrydere opfylder alle designkrav.

4. Konklusion

Den foreslåede enhed til automatisk overførsel ved undervoltage for lavspændings-afbrydere benytter tidsrelæets forsinkede glidende kontakt til at løse en række problemer forårsaget af installation af undervoltage-frigivelsesspoler. Den gør det muligt for lavspændings-afbrydere at opnå automatisk lukning efter undervoltage-hændelser. Enheten fungerer pålideligt under normale strømnedsbrud og forbliver inaktiv under abnormale forhold. Med en simpel princips, bekvem wiring og lav kostnad har enheden vist sig i felttest at kunne genskabe strømmen sikkert og pålideligt efter undervoltage-spring, reducere lukningstiden for afbryderen fra 33 minutter til 10–15 sekunder. Dette forbedrer signifikant virksomhedseffektivitet og strømforsynings-reliabilitet, og demonstrerer høj praktisk værdi i reelle anvendelser.