Automatyczne urządzenie do zamykania przekaźników niskiego napięcia oparte na relajach czasowych

Aby zapewnić bezpieczne i stabilne działanie sieci oraz zapobiec uszkodzeniu sprzętu elektrycznego przez nagłe skoki prądu obciążenia podczas przywrócenia zasilania, wszystkie obciążenia podłączone do transformatorów dystrybucyjnych muszą być odłączone przed energizacją.

W związku z tym przełączniki niskiego napięcia są wyposażone w funkcję zwalniania przy napięciu poniżej normy: gdy transformator jest odłączony z powodu konserwacji lub awarii linii, utrata napięcia na szynie niskiego napięcia powoduje automatyczne wyłączenie przełącznika gałęziowego. Po ponownym włączeniu transformatora, ponieważ przełączniki niskiego napięcia zazwyczaj nie mają zdolności do automatycznego ponownego zamknięcia, operatorzy muszą ręcznie zamknąć przełącznik na miejscu, aby przywrócić zasilanie. Ze względu na lokalizację przełącznika, ruch drogowy i warunki pogodowe, ta operacja ręczna zajmuje sporo czasu – średnio 33 minuty – co prowadzi do długotrwałych przestojów i poważnie wpływa na niezawodność dostawy energii.

Aby rozwiązać ten problem, opracowano urządzenie do automatycznego ponownego zamknięcia przełączników niskiego napięcia oparte na relacji czasowej. Wyjście niskiego napięcia transformatora zasila cewkę relacji. Po włączeniu transformatora, cewka relacji czasowej jest zasilana, a po upływie ustawionego opóźnienia, jej kontakt ślizgowy na krótko zamyka obwód zamknięcia, powodując automatyczne ponowne zamknięcie przełącznika niskiego napięcia. Opóźnienie unika skokowego prądu transformatora, zapewniając bezpieczeństwo sprzętu. Dzięki odpowiedniej logice sterowania, automatyczne ponowne zamknięcie jest zapobiegane po wyłączeniach przez nadprąd lub ręczne odłączenie.

1. Wymagania projektowe i rozwiązanie

Zgodnie z przepisami dotyczącymi eksploatacji sieci, określono specyficzne wymagania projektowe dla urządzenia automatycznego przekazywania przy napięciu poniżej normy:

• Gdy strona wysokiego napięcia transformatora dystrybucyjnego jest odłączona z powodu konserwacji lub awarii, transformator traci napięcie, a przełącznik niskiego napięcia wyłącza się przez zwalnianie przy napięciu poniżej normy. Po ponownym włączeniu transformatora, przełącznik automatycznie ponownie zamyka się po upływie ustawionego opóźnienia.

• Jeśli wystąpi awaria po stronie niskiego napięcia przełącznika, przełącznik wyłącza się niezawodnie i nie może automatycznie ponownie zamknąć.

• Jeśli przełącznik niskiego napięcia zostanie ręcznie otwarty, nie może on automatycznie ponownie zamknąć.

Aby spełnić te wymagania, zaproponowano wiarygodne rozwiązanie wykorzystujące relację czasową jako rdzeń sterujący, korzystając z jej cech opóźnienia i kontaktów ślizgowych do realizacji automatycznego ponownego zamknięcia. Wybrany model relacji czasowej to DS-28.

Relacja czasowa DS-28 używana w urządzeniu składa się z elektromagnesu napędzającego mechanizm zegarowy. Cewka elektromagnetyczna pobiera zasilanie z wyjścia niskiego napięcia transformatora, zasilając ciągle aktywowaną relację czasową. Relacja zawiera jeden zestaw opóźnionych kontaktów ślizgowych i jeden zestaw opóźnionych głównych kontaktów (kontaktów końcowych). Schemat kablowy wewnętrznego przewodzenia relacji czasowej dla urządzenia automatycznego przekazywania przy napięciu poniżej normy przedstawiony jest na Rysunku 1. 

Aby zapobiec spaleniu się cewki przez długotrwałe zasilanie, dodano rezystor termiczny jako zewnętrzną ochronę. W projekcie, terminale 1 i 13–3 są używane jako sygnały wyzwalające podłączone do obwodu zasilania, podczas gdy terminale 5 i 6, oraz 16–3 i 17, służą jako opóźnione kontakty ślizgowe i natychmiastowe kontakty normalnie zamknięte, odpowiednio. Rysunek 2 przedstawia schemat kablowy urządzenia do automatycznego ponownego zamknięcia przełączników niskiego napięcia opartego na relacji czasowej.

2.Strategia sterowania urządzeniem automatycznego przekazywania przy napięciu poniżej normy

2.1 Napięcie poniżej normy w transformatorze

Gdy transformator doświadcza napięcia poniżej normy, przełącznik niskiego napięcia wyłącza się. Ponieważ szyna niskiego napięcia nie jest zasilana, relacja czasowa pozostaje w stanie początkowym, z opóźnionymi kontaktami ślizgowymi i głównymi kontaktami otwartymi, podczas gdy natychmiastowe kontakty normalnie zamknięte są zamknięte.

Po przywróceniu zasilania do linii, wyjście niskiego napięcia transformatora jest zasilane, zasilając relację czasową. W tym momencie, natychmiastowe kontakty normalnie zamknięte otwierają się, wprowadzając rezystor dzielący napięcie do obwodu cewki, powodując, że elektromagnes zasilany jest i utrzymuje długotrwałe zaangażowanie. Mechanizm zegarowy zaczyna działać, a opóźniony kontakt poruszający się zaczyna przechodzić do pozycji zamkniętej.

Po upływie ustawionego opóźnienia (zazwyczaj ustawianego na 10 do 15 sekund za pomocą pokrętła regulacji czasu na panelu relacji czasowej, aby uniknąć skokowego prądu transformatora), opóźniony kontakt ślizgowy na krótko zamyka się, a następnie ponownie otwiera. Ta akcja symuluje naciśnięcie i puszczenie przycisku ręcznego zamknięcia, zapewniając, że obwód zamknięcia nie jest ciągle zasilany, co mogłoby zapobiec ręcznemu odłączeniu lub powodować, że przełącznik zamknąłby się na punkcie awarii.

Ogólnie, transformatory dystrybucyjne mają moc do 2000 kVA, a czas trwania skokowego prądu transformatora wynosi około 6 do 10 sekund. Aby uniknąć wpływu skokowego prądu transformatora, czas opóźnienia ustawia się na 10 do 15 sekund podczas instalacji, regulując pokrętło czasu na panelu relacji czasowej. Schemat kablowy obwodu zamknięcia przedstawiony jest na Rysunku 3.

Główny kontakt (końcowy) zamyka się po kontakcie ślizgowym i zatrzymuje się w mechanizmie zatrzymania. Dopóki wyjście niskiego napięcia transformatora jest zasilane, relacja pozostaje w tym stanie. Gdy wyjście niskiego napięcia traci napięcie (czyli cewka elektromagnetyczna jest odłączona), wszystkie kontakty natychmiast wracają do swoich pierwotnych pozycji.

2.2 Wyłączenie przełącznika z powodu awarii

Gdy wystąpi awaria w linii lub sprzęcie po stronie niskiego napięcia przełącznika, przełącznik wyłącza się z powodu nadprądu. Ponieważ wyjście niskiego napięcia transformatora nadal jest zasilane, kontakty relacji pozostają w swoich obecnych pozycjach, zapewniając, że przełącznik nie automatycznie ponownie zamknie się.

2.3 Ręczne wyłączenie

Gdy przełącznik niskiego napięcia jest ręcznie otwarty, wyjście niskiego napięcia transformatora nadal jest zasilane. Kontakty relacji pozostają niezmienione, a obwód zamknięcia nie jest wpływanie przez relację czasową, zapobiegając automatycznemu zamknięciu przełącznika.

3. Testowanie funkcji urządzenia

Po zmontowaniu urządzenia do automatycznego przekazywania przy napięciu poniżej normy opartego na relacji czasowej, przeprowadzono kompleksowe testy funkcjonalne. Po udanych testach ustalono standardową procedurę montażu i schematy kablowe, towarzyszące szczegółowe środki bezpieczeństwa i techniczne. Urządzenie zostało zainstalowane w 10 regionach. Po sześciu miesiącach eksploatacji, urządzenie niezawodnie i poprawnie działało zarówno podczas planowanych przestojów konserwacyjnych, jak i awaryjnych. Średni czas przywrócenia zasilania zmniejszył się z 33 minut przed instalacją do 10–15 sekund.

Wyniki testów terenowych potwierdzają, że urządzenie do automatycznego przekazywania przy napięciu poniżej normy dla przełączników niskiego napięcia oparte na relacji czasowej spełnia wszystkie wymagania projektowe.

4. Podsumowanie

Propozycja urządzenia do automatycznego przekazywania przy napięciu poniżej normy dla przełączników niskiego napięcia wykorzystuje opóźniony kontakt ślizgowy relacji czasowej, rozwiązując serię problemów związanych z instalacją cewek zwalniania przy napięciu poniżej normy. Umożliwia to przełącznikom niskiego napięcia automatyczne ponowne zamknięcie po zdarzeniach napięcia poniżej normy. Urządzenie działa niezawodnie podczas normalnych przerw w zasilaniu i pozostaje nieaktywne w przypadku nietypowych warunków. Z prostym zasadem działania, wygodnym przewodzeniem i niskim kosztem, urządzenie okazało się w testach terenowych bezpiecznie i niezawodnie przywracać zasilanie po wyłączeniach przez napięcie poniżej normy, zmniejszając czas zamknięcia przełącznika z 33 minut do 10–15 sekund. To znacznie poprawia efektywność i niezawodność dostawy energii, pokazując wysoką wartość praktyczną w rzeczywistych zastosowaniach.