Pagsasara ng Automatic na Pagsasara para sa Mababang Volt na Circuit Breakers Batay sa Time Relays

Upang masigurong ligtas at matatag ang operasyon ng grid at mabawasan ang pagkasira ng mga kagamitang elektrikal dahil sa pagtaas ng load current sa panahon ng pagbabalik ng kapangyarihan, kailangan na idisconnect ang lahat ng mga load na konektado sa mga distribution transformers bago sila i-energize.

Kaya, ang mga low-voltage circuit breakers ay mayroong undervoltage release function: kapag nawalan ng kapangyarihan ang isang transformer dahil sa pamamahala o line faults, ang pagkawala ng voltage sa low-voltage bus ay nagdudulot ng automatic trip ng branch circuit breaker. Pagkatapos ma-energize ang transformer, dahil karaniwang walang automatic reclosing capability ang mga low-voltage circuit breakers, kailangan ng mga operator na manu-manong isara ang breaker on-site upang mabalik ang kapangyarihan. Dahil sa lokasyon ng breaker, trapiko, at kondisyon ng panahon, ang manual na operasyong ito ay nangangailangan ng mahabang oras—na may average na 33 minuto—na nagreresulta sa mahabang power outages at malubhang epekto sa reliabilidad ng suplay ng kapangyarihan.

Upang tugunan ang isyu na ito, isinulong ang pagbuo ng automatic reclosing device para sa low-voltage circuit breakers batay sa time relay. Ang low-voltage output ng transformer ang nagbibigay ng kapangyarihan sa coil ng relay. Pagkatapos ma-energize ang transformer, ang coil ng time relay ay napapagbigyan ng kapangyarihan, at pagkatapos ng pre-set na delay, ang sliding contact nito ay pansamantalang isinasara ang closing circuit, nagdudulot ng automatic reclosing ng low-voltage circuit breaker. Ang time delay ay nag-iwas sa inrush current ng transformer, at naglalayong maprotektahan ang kaligtasan ng mga kagamitan. Sa pamamagitan ng angkop na control logic, pinapahinto ang automatic reclosing pagkatapos ng overcurrent trips o manual disconnection.

1. Design Requirements and Solution

Ayon sa regulasyon ng grid operation, itinatag ang mga partikular na design requirements para sa undervoltage automatic transfer device:

• Kapag nawalan ng kapangyarihan ang high-voltage side ng distribution transformer dahil sa pamamahala o fault, ang transformer ay nawawalan ng voltage at ang low-voltage circuit breaker ay natotripan sa pamamagitan ng undervoltage release. Pagkatapos ma-energize ang transformer, ang breaker ay awtomatikong nagsasara pagkatapos ng pre-set na time delay.

• Kung may fault sa downstream ng low-voltage circuit breaker, ang breaker ay natotripan nang maasahan at hindi dapat awtomatikong nagsasara.

• Kung ang low-voltage circuit breaker ay binuksan nang manu-mano, hindi ito dapat awtomatikong nagsasara.

Upang tugunan ang mga requirement na ito, isinulong ang isang maasahang solusyon gamit ang time relay bilang core ng kontrol, nakikinabang sa mga katangian nito sa time-delay at sliding contacts upang makamit ang automatic reclosing. Ang napiling modelo ng time relay ay DS-28.

Ang DS-28 time relay na ginagamit sa device ay binubuo ng isang electromagnet na nagpapatakbo ng clockwork timing mechanism. Ang electromagnetic coil ay kumukuha ng kapangyarihan mula sa low-voltage output ng transformer, nagbibigay ng continuously energized time relay. Ang relay ay may isang set ng delayed sliding contacts at isang set ng delayed main contacts (termination contacts). Ang internal wiring ng time relay para sa undervoltage auto-transfer device ay ipinapakita sa Figure 1. 

Upang maiwasan ang pagkawala ng coil dahil sa mahabang pagkakapagbigay ng kapangyarihan, idinagdag ang thermal fuse resistor bilang external protective resistor. Sa disenyo, ang terminals 1 at 13–3 ay ginagamit bilang trigger signals na konektado sa power circuit, habang ang terminals 5 at 6, at 16–3 at 17, ay ginagamit bilang delayed sliding contact at instantaneous normally closed contact, respectively. Ipinalalaman ng Figure 2 ang wiring diagram ng time-relay-based automatic reclosing device para sa low-voltage circuit breakers.

2.Control Strategy of the Undervoltage Automatic Transfer Device

2.1 Transformer Undervoltage

Kapag ang transformer ay nawalan ng voltage, ang low-voltage circuit breaker ay natotripan. Dahil ang low-voltage bus ay hindi na enerhise, ang time relay ay nananatili sa initial state, ang delayed sliding contacts at delayed main contacts ay bukas, habang ang instantaneous normally closed contacts ay sarado.

Pagkatapos ma-energize ang line, ang low-voltage output ng transformer ay nagbibigay ng kapangyarihan sa time relay. Sa puntong ito, ang instantaneous normally closed contacts ay nagsasara, nagpapasok ng voltage-dividing resistor sa coil circuit, nagpapagana ng electromagnet at nagpapanatili nito ng mahabang panahon. Ang clockwork mechanism ay nagsisimula mag-operate, at ang delayed moving contact ay nagsisimula lumipat patungo sa closed position.

Pagkatapos ng pre-set na delay (karaniwang itinatakda sa 10 hanggang 15 segundo sa pamamagitan ng time adjustment knob sa panel ng time relay upang maiwasan ang inrush current ng transformer), ang delayed sliding contact ay pansamantalang nagsasara at pagkatapos ay nagsasarado ulit. Ang aksyon na ito ay sumisimula na pindutin at irelease ang manual closing button, nag-aasikaso na ang closing circuit ay hindi patuloy na enerhise, na maaaring mapigilan ang manual disconnection o magsara ang circuit breaker sa isang fault point.

Karaniwan, ang mga distribution transformers ay may kapasidad hanggang 2000 kVA, at ang haba ng inrush current ng transformer ay nasa 6 hanggang 10 segundo. Upang maiwasan ang epekto ng inrush current ng transformer, ang delay time ay itinatakda sa 10 hanggang 15 segundo sa panahon ng instalasyon sa pamamagitan ng pag-adjust ng time dial sa panel ng time relay. Ipinalalaman ng Figure 3 ang wiring diagram para sa closing circuit.

Ang main (termination) contact ay nagsasara pagkatapos ng sliding contact at tumitigil sa mechanical stop mechanism. Basta ang low-voltage output ng transformer ay enerhise, ang relay ay mananatili sa estado na ito. Kapag ang low-voltage output ay nawalan ng voltage (i.e., ang electromagnetic coil ay de-energized), ang lahat ng contacts ay agad bumabalik sa kanilang original na posisyon.

2.2 Circuit Breaker Trip due to Fault

Kapag may fault sa downstream line o equipment ng low-voltage circuit breaker, ang breaker ay natotripan dahil sa overcurrent. Dahil ang low-voltage output ng transformer ay enerhise, ang relay contacts ay nananatili sa kanilang kasalukuyang posisyon, nag-aasikaso na ang circuit breaker ay hindi awtomatikong nagsasara.

2.3 Manual Trip

Kapag ang low-voltage circuit breaker ay binuksan nang manu-mano, ang low-voltage output ng transformer ay enerhise. Ang relay contacts ay nananatili nang hindi nagbabago, at ang closing circuit ay hindi naapektuhan ng time relay, nagpapahintulot na hindi awtomatikong nagsasara ang breaker.

3. Device Function Testing

Pagkatapos makuha ang time-relay-based undervoltage automatic transfer device, isinagawa ang komprehensibong functional tests. Pagkatapos ng matagumpay na testing, itinatag ang standard na proseso ng instalasyon at wiring diagrams, kasama ang detalyadong safety at teknikal na mga hakbang. Ang device ay na-install sa 10 rehiyon. Pagkatapos ng anim na buwan ng operasyon, ang device ay maasahan at tama na gumana sa parehong scheduled maintenance outages at fault-induced outages. Ang average na oras ng pagbalik ng kapangyarihan ay bumaba mula 33 minuto bago ang instalasyon hanggang 10–15 segundo.

Ang resulta ng field test ay nagpapatunay na ang time-relay-based undervoltage automatic transfer device para sa low-voltage circuit breakers ay sumasagot sa lahat ng design requirements.

4. Conclusion

Ang inisyal na undervoltage automatic transfer device para sa low-voltage circuit breakers ay gumagamit ng delayed sliding contact ng time relay upang tugunan ang serye ng isyu na dulot ng pag-install ng undervoltage release coils. Ito ay nagbibigay-daan sa low-voltage circuit breakers na makamit ang automatic reclosing pagkatapos ng undervoltage events. Ang device ay gumagana nang maasahan sa normal na power interruptions at hindi aktibo sa abnormal na kondisyon. May simple principle, convenient wiring, at mababang cost, ang device ay napatunayan sa field tests na ligtas at maasahan ang pagbalik ng kapangyarihan pagkatapos ng undervoltage trips, nagbabawas ng oras ng pag-sara ng circuit breaker mula 33 minuto hanggang 10–15 segundo. Ito ay malaking nagpapabuti sa utility efficiency at reliabilidad ng suplay ng kapangyarihan, nagpapakita ng mataas na praktikal na halaga sa tunay na aplikasyon.