Automatisk stängningsenhet för lågspänningsbrytare baserad på tidsrelä

För att säkerställa säker och stabil nätverksdrift och förhindra att belastningsströmspåsar skadar elektrisk utrustning under återställning av ström, måste alla laster som är anslutna till distributionstransformatorer kopplas från innan de energiseras.

Därför är lågspänningsbrytare utrustade med en undervoltsfrigörelsefunktion: när en transformator avenergiseras på grund av underhåll eller linjefel, orsakar förlusten av spänning i lågspänningsbussen att grenbrytaren automatiskt slår ut. Efter att transformatorn har återenergisats, eftersom lågspänningsbrytare generellt saknar automatisk återkopplingsförmåga, måste operatörer manuellt stänga brytaren på plats för att återställa strömmen. Påverkad av brytarens position, trafik och väderförhållanden tar denna manuella operation betydande tid—i genomsnitt 33 minuter—vilket resulterar i förlängda avbrott och allvarligt påverkar strömförsörjningens tillförlitlighet.

För att lösa detta problem har ett automatiskt återkopplingsenhet för lågspänningsbrytare baserat på en tidsrelä utvecklats. Transformatorns lågspänningsutdata levererar ström till reläspolen. När transformatorn energiseras, energiseras tidsreläspolen, och efter en förinställd försening stängs stängningskretsen kortvarigt, vilket gör att lågspänningsbrytaren automatiskt återkopplas. Tidsförseningen undviker transformatorinrushström, vilket garanterar utrustningssäkerhet. Genom lämplig kontrolllogik förhindras automatisk återkoppling efter överströmning eller manuell uppkoppling.

1. Designkrav och lösning

Enligt nätverksdriftsregler fastställs specifika designkrav för den automatiska överföringen vid undervolt:

• När högspänningsidan av distributionstransformatorn avenergiseras på grund av underhåll eller fel, förlorar transformatorn spänning och lågspänningsbrytaren trippar via undervoltsfrigörelse. När transformatorn återenergiseras, återkopplas brytaren automatiskt efter en förinställd tidsförsening.

• Om ett fel uppstår nedströms om lågspänningsbrytaren, trippar brytaren pålitligt och får inte automatiskt återkopplas.

• Om lågspänningsbrytaren öppnas manuellt, får den inte automatiskt återkopplas.

För att uppfylla dessa krav föreslås en pålitlig lösning med tidsrelä som kontrollkärna, genom att utnyttja dess tidsförseningskaraktäristik och glidkontakter för att uppnå automatisk återkoppling. Det valda tidsrelämodellen är DS-28.

Det DS-28 tidsrelä som används i enheten består av en elektromagnet som driver en mekanisk timmechanism. Elektromagnetiska spolen drar ström från transformatorns lågspänningsutdata, vilket ger en kontinuerligt energiserad tidsrelä. Reläet innehåller en uppsättning försenade glidkontakter och en uppsättning försenade huvudkontakter (avslutningskontakter). Den interna kablage av tidsrelä för undervolt autoöverföring visas i figur 1. 

För att förhindra spolkortslagning på grund av långvarig energisering, läggs en termisk fusespolsmotstånd till som extern skyddsmotstånd. I designen används terminalerna 1 och 13–3 som utlösarsignaler anslutna till strömkretsen, medan terminalerna 5 och 6, och 16–3 och 17, fungerar som försenade glidkontakter och omedelbara normalt stängda kontakter, respektive. Figur 2 visar kablagningen av den tidsreläbaserade automatiska återkopplingsenheten för lågspänningsbrytare.

2.Kontrollstrategi för den automatiske överföringen vid undervolt

2.1 Transformatorundervolt

När transformatorn upplever undervolt, trippar lågspänningsbrytaren. Eftersom lågspänningsbussen inte är energiserad, förblir tidsreläet i sitt ursprungliga tillstånd, med försenade glidkontakter och försenade huvudkontakter öppna, medan de omedelbara normalt stängda kontakterna är stängda.

När strömen återställs till linjen, blir transformatorns lågspänningsutdata energiserad, vilket levererar ström till tidsreläet. Vid detta tillfälle öppnas de omedelbara normalt stängda kontakterna, introducerar en spänningsdelare i spolkretsen, vilket gör att elektromagnet energiseras och bibehåller en långvarig engagemang. Mekaniska mekanismen börjar fungera, och den försenade rörliga kontakten börjar röra sig mot det stängda läget.

Efter den förinställda förseningen (vanligtvis inställd mellan 10 till 15 sekunder via tidsjusteringsknappen på tidsreläpanelen för att undvika transformatorinrushström), stängs den försenade glidkontakten kortvarigt och öppnas igen. Denna handling simulerar tryckning och frigörande av en manuell stängningsknapp, vilket garanterar att stängningskretsen inte är kontinuerligt energiserad, vilket skulle kunna förhindra manuell uppkoppling eller göra att brytaren stängs på ett felet.

Generellt sett har distributionstransformatorer kapacitet upp till 2000 kVA, och varaktigheten av transformatorinrushström varar runt 6 till 10 sekunder. För att undvika inverkan av transformatorinrushström, sätts förseningstiden till 10 till 15 sekunder vid installation genom att justera tidsdialen på tidsreläpanelen. Kablagningen för stängningskretsen visas i figur 3.

Huvudkontakten (avslutningskontakten) stängs efter den glidande kontakten och stoppar vid den mekaniska stoppmekanismen. Så länge transformatorns lågspänningsutdata är energiserad, kommer reläet att förbli i detta tillstånd. När lågspänningsutdata förlorar spänning (dvs. elektromagnetiska spolen är avenergiserad), återgår alla kontakter omedelbart till sina ursprungliga positioner.

2.2 Brytartrip på grund av fel

När ett fel uppstår i nedströmslinjen eller utrustning av lågspänningsbrytaren, trippar brytaren på grund av överströmning. Eftersom transformatorns lågspänningsutdata fortfarande är energiserad, förblir reläets kontakter i sina nuvarande positioner, vilket garanterar att brytaren inte automatiskt återkopplas.

2.3 Manuell trip

När lågspänningsbrytaren öppnas manuellt, är transformatorns lågspänningsutdata fortfarande energiserad. Reläets kontakter förblir oförändrade, och stängningskretsen påverkas inte av tidsreläet, vilket förhindrar automatisk stängning av brytaren.

3. Enhetsfunktionsprov

Efter montering av den tidsreläbaserade automatiska överföringen vid undervolt, genomfördes omfattande funktionsprov. Efter framgångsrika prov etablerades standardiserade installationsprocedurer och kablingsdiagram, följda av detaljerade säkerhets- och tekniska åtgärder. Enheten installerades i 10 regioner. Efter sex månaders drift, fungerade enheten pålitligt och korrekt under både schemalagda underhållsavbrott och felinducerade avbrott. Den genomsnittliga tiden för återställning av ström minskade från 33 minuter innan installation till 10–15 sekunder.

Fälttestresultaten bekräftar att den tidsreläbaserade automatiska överföringen vid undervolt för lågspänningsbrytare uppfyller alla designkrav.

4. Slutsats

Den föreslagna automatiska överföringen vid undervolt för lågspänningsbrytare använder tidsreläets försenade glidkontakt för att hantera en serie problem orsakade av installation av undervoltsfrigörelsespol. Det möjliggör för lågspänningsbrytare att uppnå automatisk återkoppling efter undervolt-händelser. Enheten fungerar pålitligt under normala strömavbrott och förblir inaktiv under ovanliga förhållanden. Med en enkel princip, bekväm kabling och låg kostnad har enheten visat sig säkert och pålitligt återställa ström efter undervolt-tripp, vilket reducerar brytarstängningstiden från 33 minuter till 10–15 sekunder. Detta förbättrar signifikant verksamhetens effektivitet och strömförsörjningens tillförlitlighet, vilket visar hög praktisk värde i verkliga tillämpningar.