Avtomatsko zapirno napravo za nizkonapetnostne prekinitve z uporabo časovnih relejev

Za zagotovitev varne in stabilne delovanja omrežja ter za preprečevanje poškodbe električnega opreme zaradi pretokov obnavljanja struje, morajo biti vse opte od distribucijskih transformatorjev pred energiziranjem odstranjene.

Zato so nizkonapetostni preklopniki opremljeni s funkcijo odpusta zaradi podnapetosti: ko je transformator zaradi vzdrževanja ali poteze v črti deenergiziran, povzroči izguba napetosti na nizkonapetostnem busu samodejni odpust veji. Ko je transformator ponovno energiziran, ker nizkonapetostni preklopniki na splošno nimajo zmogljivosti avtomatskega zapiranja, morajo operatorji ročno zapirati preklopnik na mestu, da obnovijo osvetlitev. Zaradi lokacije preklopnika, prometa in vremenskih razmerij ta ročna operacija traja značilen čas – povprečno 33 minute – kar povzroča dolgotrajne prekine in hudo vpliva na zanesljivost oskrbe z energijo.

Za reševanje tega problema je bil razvit avtomatski urejenec za zapiranje nizkonapetostnih preklopnikov, temelječ na časovnem releju. Nizkonapetostni izhod transformatorja oskrbuje boben releja. Ko je transformator energiziran, je boben releja napajan, in po prednastavljenem zakasnitvi se njegov klizni kontakt za kratko zapre zaporni okrog, kar povzroči, da se nizkonapetostni preklopnik avtomatsko zapre. Zakasnitev prepreči pretok pri vklopitvi transformatorja, kar zagotavlja varnost opreme. S primernejšo logiko nadzora se prepreči avtomatsko zapiranje po odpustih zaradi pretoka ali ročnega odpusta.

1. Zahtevi za oblikovanje in rešitev

V skladu s predpisi za delovanje omrežja so bile določene specifične zahteve za avtomatski prenosni urejenc zaradi podnapetosti:

• Ko je visokonapetostna stran distribucijskega transformatorja zaradi vzdrževanja ali poteze deenergizirana, transformator izgubi napetost in nizkonapetostni preklopnik se odpusti zaradi podnapetosti. Ko je transformator ponovno energiziran, se preklopnik avtomatsko zapre po prednastavljenem zakasnitvi.

• Če se poteza zgodi za nizkonapetostnim preklopnikom, se preklopnik zanesljivo odpusti in ne sme avtomatsko zapreti.

• Če je nizkonapetostni preklopnik ročno odpusten, ne sme avtomatsko zapreti.

Za izpolnjevanje teh zahtev je predlagana zanesljiva rešitev, ki uporablja časovni relej kot kontrolo, ki izkorišča njegove lastnosti zakasnitve in klizne kontakte za avtomatsko zapiranje. Izbrana model časovnega releja je DS-28.

Uporabljeni časovni relej DS-28 v napravi sestavlja elektromagnet, ki pogaja mehanični časovni mehanizem. Boben releja pritegne energijo iz nizkonapetostnega izhoda transformatorja, ki oskrbuje neprekineno napajen časovni relej. Relej vsebuje en nabor zakasnjencev kliznih kontaktov in en nabor zakasnjencev glavnih kontaktov (končnih kontaktov). Notranje vezave časovnega releja za avtomatski prenosni urejenc zaradi podnapetosti so prikazane na Sliki 1. 

Za preprečevanje izgoritve boba zaradi dolgotrajnega napajanja je dodan toplotni varniški upornik kot zunanji zaščitni upornik. V oblikovanju so terminali 1 in 13–3 uporabljeni kot signalni spodbudni signali, povezani s strujnim okrogom, medtem ko terminali 5 in 6, ter 16–3 in 17, služijo kot zakasnjenci klizni kontakt in trenutni normalno zaprt kontakt, ustrezno. Slika 2 prikazuje vezavni diagram avtomatskega urejenca za zapiranje nizkonapetostnih preklopnikov, temelječega na časovnem releju.

2. Kontrolna strategija avtomatskega urejenca za zapiranje zaradi podnapetosti

2.1 Podnapetost transformatorja

Ko transformator doživi podnapetost, se nizkonapetostni preklopnik odpusti. Ker nizkonapetostni bus ni napajan, ostane časovni relej v svojem začetnem stanju, z zakasnjenci kliznimi in zakasnjenci glavnimi kontakti odprtimi, medtem ko so trenutni normalno zaprti kontakti zaprti.

Ob obnovitvi napajanja črte postane nizkonapetostni izhod transformatorja napajan, kar oskrbuje časovni relej. Trenutni normalno zaprti kontakti se odprejo, vključijo delilni upornik v bobni okrog, kar povzroči, da se elektromagnet napne in ohranja dolgoročno vzpostavljeno. Mehanični časovni mehanizem začne delovati, in zakasnjen premični kontakt se začne gibati proti zaprti legi.

Po prednastavljenem zakasnitvi (običajno nastavljenem med 10 do 15 sekund s časovnim reglirskim gumbom na plošči časovnega releja, da se izogne pretoku pri vklopitvi transformatorja), se zakasnjen klizni kontakt za kratko zapre in se znova odpre. Ta dejanje simuliše pritisnitev in spustitev ročnega gumba za zapiranje, kar zagotavlja, da zaporni okrog ni neprekinuto napajan, kar bi lahko preprečilo ročno odpustitev ali zapiranje preklopnika na točko poteze.

Na splošno imajo distribucijski transformatorji kapacitete do 2000 kVA, in trajanje pretoka pri vklopitvi transformatorja traja okoli 6 do 10 sekund. Za izogibanje vplivu pretoka pri vklopitvi transformatorja je zakasnitev nastavljena na 10 do 15 sekund pri namestitvi z regulacijo časovne škale na plošči časovnega releja. Vezavni diagram zapornega okroga je prikazan na Sliki 3.

Glavni (končni) kontakt se zapre po kliznem kontaktu in ustavi na mehaničnem stopnem mehanizmu. Dokler nizkonapetostni izhod transformatorja ostane napajan, bo relej ostal v tem stanju. Ko nizkonapetostni izhod izgubi napetost (tj. elektromagnetni boben je deenergiziran), se vsi kontakti takoj vrnejo v svoje prvotno stanje.

2.2 Odpust preklopnika zaradi poteze

Ko se poteza zgodi v črti ali opremi za nizkonapetostnim preklopnikom, se preklopnik odpusti zaradi pretoka. Ker nizkonapetostni izhod transformatorja ostane napajan, ostanejo kontakti releja v svojih trenutnih legah, kar prepreči, da bi se preklopnik avtomatsko zaprl.

2.3 Ročni odpust

Ko je nizkonapetostni preklopnik ročno odpusten, nizkonapetostni izhod transformatorja ostane napajan. Kontakti releja ostanejo nespremenjeni, in zaporni okrog ni vpliven na časovni relej, kar prepreči avtomatsko zapiranje preklopnika.

3. Funkcijsko testiranje naprave

Po sestavljanju avtomatskega urejenca za zapiranje zaradi podnapetosti, temelječega na časovnem releju, so bila izvedena celovita funkcijska testiranja. Po uspešnem testiranju so bili uvedeni standardizirani postopek namestitve in vezavni diagrami, spremljeni z podrobnimi varnostnimi in tehničnimi ukrepi. Naprava je bila nameščena v 10 regijah. Po šestmesečnem delovanju je naprava zanesljivo in pravilno delovala med planiranimi vzdrževalnimi prekini in prekini zaradi potez. Povprečen čas obnovitve osvetlitve se je zmanjšal s 33 minut pred namestitvijo na 10–15 sekund.

Rezultati poljnih testov potrjujejo, da avtomatski urejenc za zapiranje zaradi podnapetosti nizkonapetostnih preklopnikov, temelječi na časovnem releju, izpolnjuje vse zahteve za oblikovanje.

4. Zaključek

Predlagani avtomatski urejenc za zapiranje zaradi podnapetosti nizkonapetostnih preklopnikov uporablja zakasnjene klizne kontakte časovnega releja za reševanje serije problemov, povzročenih namestitvijo bobnov za odpust zaradi podnapetosti. Omogoča nizkonapetostnim preklopnikom avtomatsko zapiranje po dogodkih zaradi podnapetosti. Naprava deluje zanesljivo med običajnimi prekini in ostane neaktivna med nenormalnimi pogoji. Z enostavnim principom, enostavnimi vezavami in nizkimi stroški je naprava v poljnih testih dokazala, da varno in zanesljivo obnavlja osvetlitev po odpustih zaradi podnapetosti, zmanjša čas zapiranja preklopnika s 33 minut na 10–15 sekund. To bistveno izboljša učinkovitost in zanesljivost oskrbe z energijo, kar kaže na visoko praktično vrednost v realnih uporabah.