Aikarelay-pohjainen automaattinen sulkemislaitteisto alijännitteisiin viritintäseuloille

Varmistaaksemme turvallisen ja vakauden sähköverkon toiminnan sekä välttääksemme sähkövarusteen vahingoittumisen sähköntuotannon palauttamisen yhteydessä, kaikkien jakohajottimiin kytkettyjen sähköntehon on katkaistava ennen energian tuominen.

Tämän vuoksi alijännitteisiin sähköajoille on varustettu alijännitepoisto-ominaisuus: kun hajottimen virta keskeytyy huollon tai linjavian vuoksi, alijännitteen poistuminen alijännitteellä aiheuttaa automaattisesti pistokeiden avaamisen. Kun hajottimeen on tuotu uudelleen virta, koska alijännitteiset sähköajot eivät yleensä pysty automaattisesti sulkeutumaan, operaattorin on suljettava pistoke paikan päällä manuaalisesti virran palauttamiseksi. Pistokeen sijainti, liikenne ja sääolosuhteet vaikuttavat tähän manuaaliseen toimintaan, joka vie huomattavan ajan—keskimäärin 33 minuuttia—mikä pidentää keskeytyksiä ja heikentää huomattavasti sähköntuotannon luotettavuutta.

Tämän ongelman ratkaisemiseksi on kehitetty ajoitusrelaasiin perustuva automaattinen sulkeutumislaite alijännitteisille sähköajoille. Hajottimen alijännitevirta tarjoaa relaasin kierukalle voiman. Kun hajottimeen on tuotu uudelleen virta, ajoitusrelaasin kierukka saa voiman, ja asetetun viiveen jälkeen sen liukuva yhteys sulkee lyhytaikaisesti sulkeutumispistokeen, mikä aiheuttaa alijännitteisen sähköajan automaattisen sulkeutumisen. Viive välttää hajottimen inrush-virtaa, mikä takaa laitteen turvallisuuden. Oikealla ohjauslogiikalla estetään automaattinen sulkeutuminen ylikuljetuksen tai manuaalisen poiston jälkeen.

1. Suunnitteluvaatimukset ja ratkaisu

Sähköverkon toimintasäännösten mukaan on asetettu erityisiä suunnitteluvaatimuksia alijännitteen automaattiselle siirtolaite:

• Kun jakohajottimen korkeajännitteinen puoli keskeytyy huollon tai vian vuoksi, hajottimen jännite katoaa ja alijännitteinen sähköajo avautuu alijännitepoistossa. Kun hajottimeen on tuotu uudelleen virta, pistoke sulkeutuu automaattisesti asetetun viiveen jälkeen.

• Jos vika ilmenee alijännitteisen sähköajan alla, pistoke avautuu luotettavasti eikä se suljeutu automaattisesti.

• Jos alijännitteinen sähköajo avataan manuaalisesti, se ei saa suljetautua automaattisesti.

Näiden vaatimusten täyttämiseksi on esitetty luotettava ratkaisu käyttämällä ajoitusrelaasia ohjausytimeen, hyödyntäen sen viiveominaisuuksia ja liukuvia yhteyksiä automaattisen sulkeutumisen saavuttamiseksi. Valittu ajoitusrelaasin malli on DS-28.

Laitteessa käytetty DS-28 ajoitusrelaasi koostuu elektromagneetista, joka ajaa mekaanista aikayksikköä. Elektromagneettinen kierukka saa voiman hajottimen alijännitteestä, tarjoten jatkuvasti voitettavan ajoitusrelaasin. Relaasiin sisältyy yksi viiveellinen liukuva yhteys ja yksi viiveellinen pääyhteys (lopetusyhteys). Ajoitusrelaasin sisäinen johto alijännitteen automaattiselle siirtolaite on näkyvissä kuvassa 1. 

Pitkäaikaisen voitteen estämiseksi kierukasta on lisätty lämpösuojaristor vastustimeksi. Suunnittelussa terminaalit 1 ja 13–3 käytetään lähdeteileinä, jotka ovat yhdistetty virtapiiriin, kun taas terminaalit 5 ja 6, sekä 16–3 ja 17, toimivat viiveellisenä liukuvaltana ja välittömänä normaalisti suljettuna yhteytenä. Kuvassa 2 on näkyvissä ajoitusrelaasiin perustuva automaattinen sulkeutumislaite alijännitteisille sähköajoille.

2. Alijännitteen automaattisen siirtolaiteen ohjausstrategia

2.1 Hajottimen alijännite

Kun hajottimeen tapahtuu alijännite, alijännitteinen sähköajo avautuu. Koska alijännitevirta ei ole voitettu, ajoitusrelaasi pysyy alkutilassaan, jossa viiveellinen liukuva yhteys ja viiveellinen pääyhteys ovat auki, kun taas välitön normaalisti suljettu yhteys on kiinni.

Kun virta palautetaan linjaan, hajottimen alijännitevirta saa voiman, tarjoten voiman ajoitusrelaaseen. Tässä vaiheessa välitön normaalisti suljettu yhteys avautuu, joka tuo virtajakovaltimon kierukkapiiriin, mikä aiheuttaa elektromagneetin voittamisen ja pitkäaikaisen kiinnityksen. Mekaaninen aikayksikkö alkaa toimia, ja viiveellinen liukuva yhteys aloittaa liikkumisen sulkeutumissuuntaan.

Asetetun viiveen (yleensä 10–15 sekuntia ajoitusrelaasin paneelin aikasäädinävyllä, välttääksemme hajottimen inrush-virran) jälkeen viiveellinen liukuva yhteys sulkeutuu lyhytaikaisesti ja avautuu uudelleen. Tämä toiminta simuloi manuaalisen sulkeutumispainikkeen painamista ja vapauttamista, mikä varmistaa, että sulkeutumispistoke ei ole jatkuvasti voitettu, mikä voisi estää manuaalisen poiston tai aiheuttaa pistoken sulkeutumisen epäonnistuneeseen paikkaan.

Yleensä jakohajottimet ovat kapasiteetiltaan enintään 2000 kVA, ja hajottimen inrush-virta kestää noin 6–10 sekuntia. Hajottimen inrush-virran välttämiseksi viivea asetetaan 10–15 sekuntiin asennuksen aikana ajoitusrelaasin paneelin aikasäädinävyllä. Sulkeutumispistokeen johtokuvio on näkyvissä kuvassa 3.

Pääyhteys (lopetusyhteys) sulkeutuu liukuvaan yhteyteen ja pysähtyy mekaaniseen pysäyttelyyn. Niin kauan kuin hajottimen alijännitevirta on voitettu, relaasi pysyy tässä tilassa. Kun alijännitevirta katoaa (eli elektromagneettinen kierukka on de-energisoitu), kaikki yhteydet palautuvat välittömästi alkuperäiseen tilaan.

2.2 Sähköajan avautuminen vian vuoksi

Kun vika ilmenee alijännitteisen sähköajan alla olevassa linjassa tai laitteessa, pistoke avautuu ylikuljetuksen vuoksi. Koska hajottimen alijännitevirta on edelleen voitettu, relaation yhteydet pysyvät nykyisessä tilassa, mikä varmistaa, ettei pistoke suljeudu automaattisesti.

2.3 Manuaalinen avaus

Kun alijännitteinen sähköajo avataan manuaalisesti, hajottimen alijännitevirta on edelleen voitettu. Relaation yhteydet pysyvät muuttumattomina, ja sulkeutumispistoke ei vaikuteta ajoitusrelaaseen, mikä estää pistoken automaattisen sulkeutumisen.

3. Laitefunktioiden testaus

Ajoitusrelaasiin perustuvan alijännitteen automaattisen siirtolaiteen kokoonpanon jälkeen tehtiin kattavia toimintatestejä. Onnistuneen testauksen jälkeen laadittiin standardoitu asennusmenettely ja johtokuvioita, joissa oli yksityiskohtainen turvallisuus- ja tekninen toimintaohje. Laite asennettiin 10 alueelle. Kuuden kuukauden toiminnan jälkeen laite toimi luotettavasti ja oikein sekä suunniteltujen huoltokeskeytysten että vian aiheuttamien keskeytysten aikana. Keskimääräinen sähköntuotannon palautusaika vähentyi 33 minuutista 10–15 sekuntiin.

Kenttätestit vahvistavat, että ajoitusrelaasiin perustuva alijännitteen automaattinen siirtolaite alijännitteisille sähköajoille täyttää kaikki suunnitteluvaatimukset.

4. Yhteenveto

Ehdotettu alijännitteen automaattinen siirtolaite alijännitteisille sähköajoille käyttää ajoitusrelaasin viiveellistä liukuva yhteyttä ratkaisemaan ongelmia, jotka aiheutuvat alijännitepoistovaltimon asentamisesta. Se mahdollistaa alijännitteisten sähköajojen automaattisen sulkeutumisen alijännitteen jälkeen. Laite toimii luotettavasti tavallisissa sähköntuotannon keskeytystilanteissa ja pysyy passiivisena poikkeustilanteissa. Yksinkertaisella toimintaperiaatteella, kätevällä johtolla ja alhaisella hinnalla laite on todistettu kenttätesteissä turvalliseksi ja luotettavaksi sähköntuotannon palauttamiseksi alijännitteen jälkeen, vähentäen pistoken sulkeutumisaikaa 33 minuutista 10–15 sekuntiin. Tämä parantaa huomattavasti sähköntuotannon tehokkuutta ja sähköntuotannon luotettavuutta, osoittaen korkean käytännön arvon reaalimaailman sovelluksissa.