Автоматическое устройство для отключения низковольтных автоматических выключателей на основе реле времени

Для обеспечения безопасной и стабильной работы сети и предотвращения повреждения электрооборудования скачками нагрузочного тока при восстановлении питания, все нагрузки, подключенные к распределительным трансформаторам, должны быть отключены перед их включением.

Поэтому низковольтные автоматические выключатели оснащены функцией отключения при понижении напряжения: когда трансформатор обесточивается из-за ремонта или линейных неисправностей, потеря напряжения на низковольтной шине вызывает автоматическое срабатывание выключателя. После повторного включения трансформатора, так как низковольтные автоматические выключатели обычно не имеют возможности автоматического повторного включения, операторы должны вручную закрыть выключатель на месте для восстановления питания. Время, затрачиваемое на это ручное действие, зависит от местоположения выключателя, дорожных условий и погоды, что приводит к значительному времени — в среднем 33 минуты — и серьезно влияет на надежность электроснабжения.

Для решения этой проблемы был разработан автоматический устройство повторного включения низковольтных автоматических выключателей на основе временного реле. Низковольтный выход трансформатора питает катушку реле. После включения трансформатора катушка временного реле получает питание, и после задержки по времени его скользящий контакт кратковременно замыкает цепь включения, вызывая автоматическое повторное включение низковольтного автоматического выключателя. Задержка во времени позволяет избежать ударного тока трансформатора, обеспечивая безопасность оборудования. С помощью соответствующей логики управления автоматическое повторное включение предотвращается после срабатывания по перегрузке или ручного отключения.

1. Требования к проектированию и решение

Согласно правилам эксплуатации сетей, установлены конкретные требования к проектированию устройства автоматического переключения при понижении напряжения:

• Когда высоковольтная сторона распределительного трансформатора обесточивается из-за ремонта или неисправности, трансформатор теряет напряжение, и низковольтный автоматический выключатель срабатывает через отключение при понижении напряжения. После повторного включения трансформатора выключатель автоматически повторно включается после заданной временной задержки.

• Если происходит неисправность ниже низковольтного автоматического выключателя, выключатель надежно срабатывает и не должен автоматически повторно включаться.

• Если низковольтный автоматический выключатель открыт вручную, он не должен автоматически повторно включаться.

Для выполнения этих требований предлагается надежное решение, используя временное реле в качестве основного элемента управления, используя его характеристики временной задержки и скользящих контактов для достижения автоматического повторного включения. Выбранная модель временного реле — DS-28.

Используемое в устройстве временное реле DS-28 состоит из электромагнита, приводящего в действие механизм часового механизма. Электромагнитная катушка получает питание от низковольтного выхода трансформатора, обеспечивая непрерывное питание временного реле. Реле содержит одну группу скользящих контактов с задержкой и одну группу главных контактов (контакты завершения). Внутренняя схема подключения временного реле для устройства автоматического переключения при понижении напряжения показана на рисунке 1. 

Для предотвращения перегорания катушки при длительном питании добавлен термопредохранительный резистор в качестве внешнего защитного резистора. В конструкции используются клеммы 1 и 13–3 в качестве сигнальных триггеров, подключенных к силовой цепи, а клеммы 5 и 6, а также 16–3 и 17, служат соответственно скользящим контактам с задержкой и мгновенным нормально замкнутым контактом. На рисунке 2 показана схема подключения устройства автоматического повторного включения низковольтных автоматических выключателей на основе временного реле.

2. Стратегия управления устройством автоматического переключения при понижении напряжения

2.1 Понижение напряжения трансформатора

При понижении напряжения трансформатора низковольтный автоматический выключатель срабатывает. Поскольку низковольтная шина не под напряжением, временное реле остается в исходном состоянии, с открытыми скользящими контактами с задержкой и главными контактами, в то время как мгновенные нормально замкнутые контакты закрыты.

После восстановления питания на линии низковольтный выход трансформатора становится под напряжением, питая временное реле. В этот момент мгновенные нормально замкнутые контакты открываются, вводя делитель напряжения в цепь катушки, что приводит к срабатыванию электромагнита и длительному удержанию. Механизм часов начинает работать, и скользящий контакт с задержкой начинает двигаться в направлении закрытия.

После заданной задержки (обычно устанавливаемой между 10 и 15 секундами с помощью регулировочного колесика на панели временного реле для предотвращения ударного тока трансформатора) скользящий контакт с задержкой кратковременно замыкается, а затем снова открывается. Это действие имитирует нажатие и отпускание кнопки ручного включения, обеспечивая, чтобы цепь включения не была постоянно под напряжением, что могло бы предотвратить ручное отключение или вызвать включение выключателя на место неисправности.

Обычно распределительные трансформаторы имеют мощность до 2000 кВА, и продолжительность ударного тока трансформатора составляет около 6-10 секунд. Для предотвращения воздействия ударного тока трансформатора время задержки устанавливается на 10-15 секунд при установке, регулируя дисковый переключатель на панели временного реле. Схема подключения цепи включения показана на рисунке 3.

Главный (завершающий) контакт закрывается после скользящего контакта и останавливается на механическом ограничителе. Пока низковольтный выход трансформатора остается под напряжением, реле остается в этом состоянии. Когда низковольтный выход теряет напряжение (то есть электромагнитная катушка обесточена), все контакты мгновенно возвращаются в исходное положение.

2.2 Срабатывание выключателя из-за неисправности

При возникновении неисправности на линии или оборудовании ниже низковольтного автоматического выключателя, выключатель срабатывает из-за перегрузки. Поскольку низковольтный выход трансформатора остается под напряжением, контакты реле остаются в текущих положениях, обеспечивая, чтобы выключатель не автоматически повторно включался.

2.3 Ручное отключение

При ручном отключении низковольтного автоматического выключателя низковольтный выход трансформатора остается под напряжением. Контакты реле остаются неизменными, и цепь включения не влияет на временное реле, предотвращая автоматическое включение выключателя.

3. Тестирование функций устройства

После сборки устройства автоматического переключения при понижении напряжения на основе временного реле были проведены комплексные функциональные тесты. После успешного тестирования были установлены стандартизированные процедуры установки и схемы подключения, сопровождаемые подробными мерами безопасности и техническими указаниями. Устройство было установлено в 10 регионах. После шести месяцев эксплуатации устройство надежно и правильно работало как при плановых отключениях, так и при аварийных отключениях. Среднее время восстановления питания снизилось с 33 минут до 10-15 секунд до установки.

Результаты полевых испытаний подтверждают, что устройство автоматического переключения при понижении напряжения на основе временного реле для низковольтных автоматических выключателей соответствует всем требованиям к проектированию.

4. Заключение

Предложенное устройство автоматического переключения при понижении напряжения для низковольтных автоматических выключателей использует скользящие контакты временного реле с задержкой для решения ряда проблем, связанных с установкой катушек отключения при понижении напряжения. Оно позволяет низковольтным автоматическим выключателям автоматически повторно включаться после событий понижения напряжения. Устройство работает надежно при нормальных отключениях питания и остается неактивным при аномальных условиях. Благодаря простому принципу, удобному подключению и низкой стоимости, устройство в полевых испытаниях продемонстрировало безопасное и надежное восстановление питания после отключения при понижении напряжения, сокращая время включения выключателя с 33 минут до 10-15 секунд. Это значительно улучшает эффективность использования и надежность электроснабжения, демонстрируя высокую практическую ценность в реальных условиях применения.