Automatsko zatvaralo za niskonaponske prekidače temeljeno na vremenskim relezima

Za osiguranje sigurne i stabilne operacije mreže te sprječavanje oštećenja električnog opreme zbog povećanja struja pri vraćanju napajanja, sve opterećenje povezano s distribucijskim transformatorima mora biti odspojeno prije energiziranja.

Stoga su niskonaponski prekidači opremljeni funkcijom ispuštanja pri niskom napajanju: kada se transformator deenergizira zbog održavanja ili grešaka u liniji, gubitak napaja na niskonaponskom shemičkom vodilu uzrokuje automatsko ispadanje granicnog prekidača. Nakon ponovnog energiziranja transformatora, budući da niskonaponski prekidači obično nemaju mogućnost automatskog zatvaranja, operateri moraju ručno zatvoriti prekidač na mjestu kako bi se vratilo napajanje. Zbog lokacije prekidača, prometa i vremenskih prilika, ova ručna operacija zahtijeva značajan vremenski period - prosječno 33 minute - što rezultira dužim ispadanjima i ozbiljno utječe na pouzdanost snabdevanja strujom.

Kako bi se riješila ta problema, razvijen je uređaj za automatsko zatvaranje niskonaponskih prekidača temeljen na vremenskom releju. Niskonaponski izlaz transformatora snabdjevaju naponom bobinu releja. Nakon energiziranja transformatora, bobina vremenskog releja dobiva struju, a nakon predodređenog kašnjenja, njegov klizići kontakt kratko zatvara zatvarajuću vezu, što dovodi do automatskog zatvaranja niskonaponskog prekidača. Vremensko kašnjenje izbjegava početnu struju transformatora, osiguravajući sigurnost opreme. Pomoću odgovarajuće logike upravljanja, automatsko zatvaranje se sprečava nakon ispadanja zbog previsokog toka ili ručnog odspajanja.

1. Zahtjevi za dizajnom i rješenjem

Prema propisima o operaciji mreže, postavljeni su specifični zahtjevi za dizajn za automatizirani prijenosni uređaj pri niskom napajanju:

• Kada visokonaponski dio distribucijskog transformatora bude deenergiziran zbog održavanja ili greške, transformator gubi napon i niskonaponski prekidač ispadne putem ispuštanja pri niskom napajanju. Nakon ponovnog energiziranja transformatora, prekidač se automatski zatvara nakon predodređenog vremenskog kašnjenja.

• Ako dođe do greške ispod niskonaponskog prekidača, prekidač pouzdano ispadne i ne smije se automatski zatvoriti.

• Ako je niskonaponski prekidač ručno otvoren, ne smije se automatski zatvoriti.

Da bi se ispunu ti zahtjevi, predloženo je pouzdan rješenje koristeći vremenski relej kao kontrolni jezgra, iskoristivši njegove karakteristike vremenskog kašnjenja i kliziće kontakte za postizanje automatskog zatvaranja. Izabrani model vremenskog releja je DS-28.

Uređaj koristi vremenski relej DS-28 koji se sastoji od elektromagneta koji pokreće mehanički satni mehanizam. Elektromagnetska bobina dobiva struju iz niskonaponskog izlaza transformatora, snabdjevajući kontinuirano energizirani vremenski relej. Relej sadrži jedan set kašnjenih klizićnih kontakata i jedan set kašnjenih glavnih kontakata (kontakti za završetak). Unutarnje povlake vremenskog releja za automatizirani prijenosni uređaj pri niskom napajanju prikazane su na slici 1. 

Za sprječavanje opeklinja bobine zbog dugotrajnog energiziranja, dodan je termalni fuzi otpornik kao vanjski zaštitni otpornik. U dizajnu, terminali 1 i 13–3 koriste se kao signali aktivacije povezani s napajajućom vezom, dok terminali 5 i 6, te 16–3 i 17, služe kao kašnjeni klizići kontakt i trenutni normalno zatvoreni kontakt, redom. Slika 2 prikazuje shemu vezivanja uređaja za automatsko zatvaranje niskonaponskih prekidača temeljenog na vremenskom releju.

2.Strategija upravljanja automatiziranim prijenosnim uređajem pri niskom napajanju

2.1 Niskonaponski pad napona transformatora

Kada transformator doživi niskonaponski pad napona, niskonaponski prekidač ispadne. Budući da niskonaponski shemički vodil nije energiziran, vremenski relej ostaje u svojoj početnoj poziciji, s kašnjenim klizićim i glavnim kontaktima otvorenim, dok su trenutni normalno zatvoreni kontakti zatvoreni.

Nakon vraćanja napajanja linije, niskonaponski izlaz transformatora postaje energiziran, snabdjevajući vremenski relej strujom. U tom trenutku, trenutni normalno zatvoreni kontakti otvore, uvodeći rezistor podjele napona u vezu sa bobinom, čime se elektromagnet energizira i održava dugotrajan položaj. Satni mehanizam počinje raditi, a kašnjeni klizići kontakt počinje kretati prema zatvorenom položaju.

Nakon predodređenog kašnjenja (obično postavljenog na 10 do 15 sekundi putem pokretača za podešavanje vremena na panelu vremenskog releja kako bi se izbjegao početni tok transformatora), kašnjeni klizići kontakt kratko zatvara i zatim se otvara. Ova akcija simulira pritisak i puštanje ručnog gumba za zatvaranje, osiguravajući da zatvarajuća veza nije kontinuirano energizirana, što bi moglo spriječiti ručno odspajanje ili dovesti do zatvaranja prekidača na mjesto greške.

Općenito, distribucijski transformatori imaju kapacitet do 2000 kVA, a trajanje početnog toka transformatora traje oko 6 do 10 sekundi. Kako bi se izbjegao utjecaj početnog toka transformatora, vrijeme kašnjenja postavlja se na 10 do 15 sekundi tijekom instalacije prilagođavanjem pokretača za podešavanje vremena na panelu vremenskog releja. Shema vezivanja zatvarajuće veze prikazana je na slici 3.

Glavni (končni) kontakt zatvara se nakon klizićnog kontakta i zaustavlja se na mehaničkom stopperu. Dok niskonaponski izlaz transformatora ostaje energiziran, relej će ostati u tom stanju. Kada niskonaponski izlaz izgubi napon (tj. elektromagnetska bobina bude deenergizirana), svi kontakti odmah vraćaju se u svoje izvorne pozicije.

2.2 Ispadanje prekidača zbog greške

Kada dođe do greške u donjoj liniji ili opremi niskonaponskog prekidača, prekidač ispadne zbog previsokog toka. Budući da niskonaponski izlaz transformatora ostaje energiziran, kontakti releja ostaju u svojim trenutnim pozicijama, osiguravajući da prekidač ne automatski zatvori.

2.3 Ručno ispadanje

Kada se niskonaponski prekidač ručno otvori, niskonaponski izlaz transformatora još uvijek je energiziran. Kontakti releja ostaju nepromijenjeni, a zatvarajuća veza nije utjecala vremenskim relejom, sprečavajući automatsko zatvaranje prekidača.

3. Testiranje funkcionalnosti uređaja

Nakon montaže automatiziranog prijenosnog uređaja pri niskom napajanju temeljenog na vremenskom releju, provedeni su kompleksni testovi funkcionalnosti. Nakon uspješnog testiranja, uspostavljene su standardizirane postupke instalacije i sheme vezivanja, prateći detaljne mjere sigurnosti i tehničke mjere. Uređaj je instaliran u 10 regija. Nakon šest mjeseci rada, uređaj pouzdano i točno funkcionirao tijekom planiranih održavanja i ispadanja zbog grešaka. Prosječno vrijeme vraćanja napajanja smanjilo se s 33 minuta prije instalacije na 10–15 sekundi.

Rezultati poljskog testiranja potvrđuju da automatizirani prijenosni uređaj pri niskom napajanju za niskonaponske prekidače temeljen na vremenskom releju ispunjava sva zahtjeve za dizajn.

4. Zaključak

Predloženi automatizirani prijenosni uređaj pri niskom napajanju za niskonaponske prekidače koristi kašnjeni klizići kontakt vremenskog releja kako bi se riješio serije problema nastalih zbog instalacije bobina ispuštanja pri niskom napajanju. Omogućuje niskonaponskim prekidačima automatsko zatvaranje nakon događaja niskog napaja. Uređaj pouzdano radi tijekom normalnih prekida napajanja i ostaje neaktiviran tijekom nepravilnih stanja. Sa jednostavnim principom, praktičnim vezivanjem i niskom cijenom, uređaj je dokazao u poljskim testovima da sigurno i pouzdano vraća napajanje nakon ispadanja zbog niskog napaja, smanjujući vrijeme zatvaranja prekidača s 33 minuta na 10–15 sekundi. To značajno poboljšava efikasnost komunalnih usluga i pouzdanost snabdevanja strujom, pokazujuci visoku praktičnu vrijednost u stvarnim primjenama.