Dispositivo di Chiusura Automatica per Interruttori a Bassa Tensione Basato su Relè Temporizzati

Per garantire un'operazione sicura e stabile della rete e prevenire che i picchi di corrente di carico danneggino l'attrezzatura elettrica durante il ripristino dell'energia, tutti i carichi collegati ai trasformatori di distribuzione devono essere disconnessi prima dell'alimentazione.

Pertanto, gli interruttori automatici a bassa tensione sono dotati di una funzione di rilascio per sottotensione: quando un trasformatore viene de-energizzato a causa di manutenzione o guasti sulla linea, la perdita di tensione sulla barra a bassa tensione provoca l'interruzione automatica dell'interruttore del ramo. Dopo il ri-energizzamento del trasformatore, poiché gli interruttori automatici a bassa tensione generalmente non dispongono di capacità di ricomposizione automatica, gli operatori devono chiudere manualmente l'interruttore sul posto per ripristinare l'energia. A causa della posizione dell'interruttore, del traffico e delle condizioni meteorologiche, questa operazione manuale richiede un tempo considerevole—mediamente 33 minuti—causando interruzioni prolungate e influenzando gravemente la affidabilità del fornitura di energia.

Per risolvere questo problema, è stato sviluppato un dispositivo di ricomposizione automatica per interruttori automatici a bassa tensione basato su un relè temporizzato. L'uscita a bassa tensione del trasformatore fornisce alimentazione alla bobina del relè. Dopo l'energizzazione del trasformatore, la bobina del relè temporizzato viene alimentata, e dopo un ritardo preimpostato, il contatto scorrevole si chiude brevemente il circuito di chiusura, causando l'autoricomposizione automatica dell'interruttore a bassa tensione. Il ritardo evita il flusso di inizio del trasformatore, assicurando la sicurezza dell'attrezzatura. Attraverso una logica di controllo appropriata, la ricomposizione automatica viene prevenuta dopo gli scatti per sovracorrente o la disconnessione manuale.

1. Requisiti di progettazione e soluzione

Secondo le norme operative della rete, vengono stabiliti specifici requisiti di progettazione per il dispositivo di trasferimento automatico in caso di sottotensione:

• Quando il lato ad alta tensione del trasformatore di distribuzione viene de-energizzato a causa di manutenzione o guasto, il trasformatore perde tensione e l'interruttore a bassa tensione si interrompe tramite rilascio per sottotensione. Dopo il ri-energizzamento del trasformatore, l'interruttore si ricompone automaticamente dopo un ritardo preimpostato.

• Se si verifica un guasto a valle dell'interruttore a bassa tensione, l'interruttore si interrompe in modo affidabile e non deve ricomporsi automaticamente.

• Se l'interruttore a bassa tensione viene aperto manualmente, non deve ricomporsi automaticamente.

Per soddisfare questi requisiti, viene proposta una soluzione affidabile utilizzando un relè temporizzato come nucleo di controllo, sfruttandone le caratteristiche di ritardo e i contatti scorrevoli per ottenere la ricomposizione automatica. Il modello di relè temporizzato selezionato è DS-28.

Il relè temporizzato DS-28 utilizzato nel dispositivo è composto da un elettromagnete che aziona un meccanismo orario. La bobina elettromagnetica attinge energia dall'uscita a bassa tensione del trasformatore, fornendo un relè temporizzato continuamente alimentato. Il relè contiene un set di contatti scorrevoli ritardati e un set di contatti principali ritardati (contatti di terminazione). Il diagramma di cablaggio interno del relè temporizzato per il dispositivo di trasferimento automatico in caso di sottotensione è mostrato nella Figura 1. 

Per prevenire il surriscaldamento della bobina a causa di un'energizzazione prolungata, viene aggiunto un resistore fusibile termico come resistore di protezione esterno. Nella progettazione, i terminali 1 e 13–3 vengono utilizzati come segnali di attivazione connessi al circuito di alimentazione, mentre i terminali 5 e 6, e 16–3 e 17, servono rispettivamente come contatto scorrevole ritardato e contatto istantaneo normalmente chiuso. La Figura 2 mostra il diagramma di cablaggio del dispositivo di ricomposizione automatica per interruttori a bassa tensione basato su relè temporizzato.

2.Strategia di controllo del dispositivo di trasferimento automatico in caso di sottotensione

2.1 Sottotensione del trasformatore

Quando il trasformatore subisce una sottotensione, l'interruttore a bassa tensione si interrompe. Poiché la barra a bassa tensione non è alimentata, il relè temporizzato rimane nello stato iniziale, con i contatti scorrevoli ritardati e i contatti principali ritardati aperti, mentre i contatti istantanei normalmente chiusi sono chiusi.

Al ripristino dell'energia sulla linea, l'uscita a bassa tensione del trasformatore viene alimentata, fornendo energia al relè temporizzato. In questo punto, i contatti istantanei normalmente chiusi si aprono, introducendo un resistore divisore di tensione nel circuito della bobina, causando l'energizzazione dell'elettromagnete e mantenendolo in ingaggio a lungo termine. Il meccanismo orario inizia a funzionare, e il contatto mobile ritardato inizia a muoversi verso la posizione chiusa.

Dopo il ritardo preimpostato (solitamente impostato tra 10 e 15 secondi tramite il pannello di regolazione del tempo sul relè temporizzato per evitare il flusso di inizio del trasformatore), il contatto scorrevole ritardato si chiude brevemente e poi si riapre. Questa azione simula la pressione e il rilascio di un pulsante di chiusura manuale, assicurando che il circuito di chiusura non sia continuamente alimentato, il che potrebbe impedire la disconnessione manuale o causare la chiusura dell'interruttore su un punto di guasto.

Generalmente, i trasformatori di distribuzione hanno capacità fino a 2000 kVA, e la durata del flusso di inizio del trasformatore dura circa 6 a 10 secondi. Per evitare l'impatto del flusso di inizio, il tempo di ritardo viene impostato a 10-15 secondi durante l'installazione, regolando il quadrante di tempo sul pannello del relè temporizzato. Il diagramma di cablaggio del circuito di chiusura è mostrato nella Figura 3.

Il contatto principale (di terminazione) si chiude dopo il contatto scorrevole e si ferma al meccanismo di arresto meccanico. Finché l'uscita a bassa tensione del trasformatore rimane alimentata, il relè rimarrà in questo stato. Quando l'uscita a bassa tensione perde tensione (cioè, la bobina elettromagnetica viene de-energizzata), tutti i contatti tornano immediatamente alle loro posizioni originali.

2.2 Interruzione dell'interruttore a causa di un guasto

Quando si verifica un guasto sulla linea o sull'attrezzatura a valle dell'interruttore a bassa tensione, l'interruttore si interrompe a causa di sovracorrente. Poiché l'uscita a bassa tensione del trasformatore rimane alimentata, i contatti del relè rimangono nelle loro posizioni attuali, assicurando che l'interruttore non si ricompia automaticamente.

2.3 Interruzione manuale

Quando l'interruttore a bassa tensione viene aperto manualmente, l'uscita a bassa tensione del trasformatore rimane alimentata. I contatti del relè rimangono invariati, e il circuito di chiusura non è influenzato dal relè temporizzato, prevenendo la chiusura automatica dell'interruttore.

3. Test delle funzioni del dispositivo

Dopo l'assemblaggio del dispositivo di trasferimento automatico in caso di sottotensione basato su relè temporizzato, sono stati condotti test funzionali completi. Dopo il successo dei test, è stata stabilita una procedura standardizzata di installazione e diagrammi di cablaggio, accompagnati da misure di sicurezza e tecniche dettagliate. Il dispositivo è stato installato in 10 regioni. Dopo sei mesi di operatività, il dispositivo ha funzionato in modo affidabile e corretto durante sia le interruzioni programmate per manutenzione che quelle causate da guasti. Il tempo medio di ripristino dell'energia è diminuito da 33 minuti prima dell'installazione a 10-15 secondi.

I risultati dei test sul campo confermano che il dispositivo di trasferimento automatico in caso di sottotensione per interruttori a bassa tensione basato su relè temporizzato soddisfa tutti i requisiti di progettazione.

4. Conclusione

Il dispositivo di trasferimento automatico in caso di sottotensione per interruttori a bassa tensione proposto utilizza il contatto scorrevole ritardato del relè temporizzato per affrontare una serie di problemi causati dall'installazione di bobine di rilascio per sottotensione. Consente agli interruttori a bassa tensione di realizzare la ricomposizione automatica dopo eventi di sottotensione. Il dispositivo funziona in modo affidabile durante le interruzioni di energia normali e rimane inattivo in condizioni anomale. Con un principio semplice, un cablaggio comodo e un costo basso, il dispositivo ha dimostrato nei test sul campo di ripristinare in modo sicuro e affidabile l'energia dopo gli scatti per sottotensione, riducendo il tempo di chiusura dell'interruttore da 33 minuti a 10-15 secondi. Ciò migliora significativamente l'efficienza e la affidabilità della fornitura di energia, dimostrando un alto valore pratico nelle applicazioni reali.