Pagsasara ng Automatikong Pansangkap para sa Mababang Boltag na Circuit Breakers Batay sa Time Relays

Upang masiguro ang ligtas at matatag na operasyon ng grid at upang mapigilan ang pagkasira ng mga kagamitang elektriko dahil sa pagtaas ng load current sa panahon ng pagbabalik ng suplay ng kuryente, kailangang i-disconnect ang lahat ng load na nakakonekta sa mga distribution transformers bago sila energizein.

Kaya, ang mga low-voltage circuit breakers ay mayroong undervoltage release function: kapag nawalan ng suplay ng kuryente ang transformer dahil sa maintenance o line faults, ang pagkawala ng voltage sa low-voltage bus ay nagdudulot ng automatic trip ng branch circuit breaker. Pagkatapos maulit ang suplay ng kuryente sa transformer, dahil ang mga low-voltage circuit breakers ay karaniwang walang automatic reclosing capability, kailangan ng mga operator na manu-mano nang mag-close ng breaker sa lugar upang mabigyan ng suplay. Dahil sa lokasyon ng breaker, trapiko, at kondisyon ng panahon, ang prosesong ito ay nagsisimula ng mahabang oras—na may average na 33 minuto—na nagreresulta sa mahabang power outages at malubhang epekto sa reliability ng suplay ng kuryente.

Upang tugunan ang isyu na ito, isang automatic reclosing device para sa low-voltage circuit breakers batay sa time relay ay inimbento. Ang output ng low-voltage ng transformer ang nagbibigay ng suplay sa coil ng relay. Pagkatapos maulit ang suplay ng kuryente sa transformer, ang coil ng time relay ay pinapagana, at pagkatapos ng pre-set na delay, ang sliding contact nito ay maikling nagco-close ng closing circuit, na nagdudulot ng automatic reclosing ng low-voltage circuit breaker. Ang delay na ito ay nag-iwas sa inrush current ng transformer, na siyang nagpapaligtas sa mga kagamitan. Sa pamamagitan ng angkop na control logic, hindi nagaganap ang automatic reclosing pagkatapos ng overcurrent trips o manual disconnection.

1. Design Requirements and Solution

Ayon sa regulasyon ng grid operation, tinatag ang mga partikular na design requirements para sa undervoltage automatic transfer device:

• Kapag nawalan ng suplay ang high-voltage side ng distribution transformer dahil sa maintenance o fault, ang transformer ay nawalan ng voltage at ang low-voltage circuit breaker ay nagtrip sa pamamagitan ng undervoltage release. Pagkatapos maulit ang suplay sa transformer, ang breaker ay awtomatikong nagco-close pagkatapos ng pre-set na time delay.

• Kung may fault sa downstream ng low-voltage circuit breaker, ang breaker ay tiwaling nagtrip at hindi dapat awtomatikong magco-close.

• Kapag ang low-voltage circuit breaker ay binuksan manu-mano, hindi ito dapat awtomatikong magco-close.

Upang tugunan ang mga requirements na ito, isang maasinhang solusyon ang ipinroporsiyon gamit ang time relay bilang core ng kontrol, na gumagamit ng mga katangian nito sa time-delay at sliding contacts upang makamit ang automatic reclosing. Ang napiling modelo ng time relay ay DS-28.

Ang DS-28 time relay na ginagamit sa device ay binubuo ng electromagnet na nagpapatakbo ng clockwork timing mechanism. Ang electromagnetic coil ay kumukuha ng suplay mula sa output ng low-voltage ng transformer, na nagbibigay ng continuously energized time relay. Ang relay ay may isang set ng delayed sliding contacts at isang set ng delayed main contacts (termination contacts). Ang internal wiring ng time relay para sa undervoltage auto-transfer device ay ipinapakita sa Figure 1. 

Upang maiwasan ang burnout ng coil dahil sa mahabang pagkakapagana, idinadagdag ang thermal fuse resistor bilang external protective resistor. Sa disenyo, ang terminals 1 at 13–3 ay ginagamit bilang trigger signals na konektado sa power circuit, habang ang terminals 5 at 6, at 16–3 at 17, ay ginagamit bilang delayed sliding contact at instantaneous normally closed contact, respectively. Ang Figure 2 ay ipinapakita ang wiring diagram ng time-relay-based automatic reclosing device para sa low-voltage circuit breakers.

2.Control Strategy of the Undervoltage Automatic Transfer Device

2.1 Transformer Undervoltage

Kapag ang transformer ay nawalan ng voltage, ang low-voltage circuit breaker ay nagtrip. Dahil ang low-voltage bus ay hindi pa energized, ang time relay ay nananatili sa initial state nito, na ang delayed sliding contacts at delayed main contacts ay bukas, habang ang instantaneous normally closed contacts ay sarado.

Kapag naibalik ang suplay ng kuryente sa linya, ang output ng low-voltage ng transformer ay nagiging energized, na nagbibigay ng suplay sa time relay. Sa punto na ito, ang instantaneous normally closed contacts ay nagbubukas, na nagpapasok ng voltage-dividing resistor sa coil circuit, na nagpapagana ng electromagnet at nagpapanatili ng long-term engagement. Ang clockwork mechanism ay nagsisimulang umoperasyon, at ang delayed moving contact ay nagsisimulang lumipat patungo sa closed position.

Pagkatapos ng pre-set na delay (karaniwang itinalaga sa 10 hanggang 15 segundo sa pamamagitan ng time adjustment knob sa panel ng time relay upang maiwasan ang inrush current ng transformer), ang delayed sliding contact ay maikling nagco-close at pagkatapos ay nagbubukas muli. Ang aksyon na ito ay nag-simulate ng pagsunod at pag-release ng manual closing button, na nagpapaligtas na ang closing circuit ay hindi patuloy na energized, na maaaring mapigilan ang manual disconnection o magsulputan ng circuit breaker sa fault point.

Karaniwan, ang mga distribution transformers ay may capacity hanggang 2000 kVA, at ang duration ng inrush current ng transformer ay tumatagal ng mga 6 hanggang 10 segundo. Upang maiwasan ang epekto ng inrush current ng transformer, ang delay time ay itinalaga sa 10 hanggang 15 segundo sa panahon ng installation sa pamamagitan ng pag-adjust ng time dial sa panel ng time relay. Ang wiring diagram para sa closing circuit ay ipinapakita sa Figure 3.

Ang main (termination) contact ay nagco-close pagkatapos ng sliding contact at humihinto sa mechanical stop mechanism. Basta ang output ng low-voltage ng transformer ay nananatili na energized, ang relay ay nananatili sa estado na ito. Kapag ang output ng low-voltage ay nawalan ng voltage (o ang electromagnetic coil ay de-energized), ang lahat ng contacts ay kaagad bumabalik sa kanilang original na posisyon.

2.2 Circuit Breaker Trip due to Fault

Kapag may fault sa downstream line o equipment ng low-voltage circuit breaker, ang breaker ay nagtrip dahil sa overcurrent. Dahil ang output ng low-voltage ng transformer ay nananatili na energized, ang mga contact ng relay ay nananatili sa kanilang kasalukuyang posisyon, na nagpapaligtas na ang circuit breaker ay hindi awtomatikong magco-close.

2.3 Manual Trip

Kapag ang low-voltage circuit breaker ay binuksan manu-mano, ang output ng low-voltage ng transformer ay nananatili na energized. Ang mga contact ng relay ay nananatili na hindi nagbabago, at ang closing circuit ay hindi naapektuhan ng time relay, na nagpapaligtas na ang breaker ay hindi awtomatikong magco-close.

3. Device Function Testing

Pagkatapos makuha ang time-relay-based undervoltage automatic transfer device, isinagawa ang comprehensive functional tests. Matapos ang matagumpay na testing, itinayo ang standard na installation procedure at wiring diagrams, kasama ang detalyadong safety at technical measures. Ang device ay ininstall sa 10 rehiyon. Pagkatapos ng anim na buwan ng operasyon, ang device ay nagsimulang mag-operate nang maasahan at tama sa panahon ng scheduled maintenance outages at fault-induced outages. Ang average na restoration time ng power ay bumaba mula 33 minuto bago ang installation hanggang 10–15 segundo.

Ang resulta ng field test ay nagpapatunay na ang time-relay-based undervoltage automatic transfer device para sa low-voltage circuit breakers ay sumasang-ayon sa lahat ng design requirements.

4. Conclusion

Ang ipinroporsiyong undervoltage automatic transfer device para sa low-voltage circuit breakers ay gumagamit ng delayed sliding contact ng time relay upang tugunan ang serye ng isyung dulot ng pag-install ng undervoltage release coils. Ito ay nagbibigay-daan para sa low-voltage circuit breakers upang makamit ang automatic reclosing pagkatapos ng undervoltage events. Ang device ay nag-ooperate nang maasahan sa normal na power interruptions at hindi aktibo sa abnormal na kondisyon. May simple principle, convenient wiring, at mababang cost, ang device ay napatunayan sa field tests na ligtas at maasahang nagbabalik ng power pagkatapos ng undervoltage trips, na nagbabawas ng closing time ng circuit breaker mula 33 minuto hanggang 10–15 segundo. Ito ay malaking nagpapabuti sa utility efficiency at reliability ng suplay ng kuryente, na nagpapakita ng mataas na praktikal na halaga sa tunay na aplikasyon.