Düşük Gerilimli Anahtarlama Kesicileri İçin Zaman Rölesi Tabanlı Otomatik Kapanma Cihazı

Güvenli ve istikrarlı şebeke operasyonunu sağlamak ve güç geri kazanım sırasında yük akımı ani artışı elektrik ekipmanlarını zararlı etmesini önlemek için, dağıtım transformatörüne bağlı tüm yüklerin enerji verilmeden önce bağlantısının kesilmesi gerekir.

Bu nedenle, düşük voltajlı devre kesicilerde alçak voltaj serbest bırakma fonksiyonu bulunmaktadır: bir transformatör bakımdan veya hat hatalarından dolayı enerjisiz kalınca, düşük voltajlı ana hat üzerindeki voltaj kaybı, şube devre kesicisini otomatik olarak atlatır. Transformatör yeniden enerjilendirildikten sonra, düşük voltajlı devre kesiciler genellikle otomatik kapanma yeteneğine sahip olmadığından, operatörler devre kesicisini manuel olarak yerinde kapamalıdır. Devre kesicinin konumu, trafik ve hava koşulları etkisiyle bu manuel işlem önemli miktarda zaman alır—ortalama 33 dakika—bu da uzun süreli kesintilere neden olur ve güç sağlamanın güvenilirliğini ciddi şekilde etkiler.

Bu sorunu çözmek için, zaman rölesi temelli düşük voltajlı devre kesiciler için otomatik kapanma cihazı geliştirilmiştir. Transformatörün düşük voltajlı çıkışı, röle bobinini besler. Transformatör enerjilendirildikten sonra, zaman röle bobini güç alır ve önceden belirlenmiş bir gecikme süresinden sonra, kaydırma teması kapatma devresini kısa süreliğine kapatarak düşük voltajlı devre kesicisini otomatik olarak kapatır. Zaman gecikmesi, transformatör giriş akımını önler ve ekipman güvenliği sağlar. Uygun kontrol mantığı ile, aşırı akım atlatmaları veya manuel ayırma sonrası otomatik kapanma önlenir.

1. Tasarım Gereksinimleri ve Çözüm

Şebeke operasyon kurallarına göre, alçak voltajlı otomatik transfer cihazı için belirli tasarım gereksinimleri belirlenmiştir:

• Dağıtım transformatörünün yüksek voltajlı tarafı bakımdan veya hata nedeniyle enerjisiz kaldığında, transformatör voltaj kaybeder ve düşük voltajlı devre kesici alçak voltaj serbest bırakma yoluyla atlatılır. Transformatör yeniden enerjilendirildikten sonra, devre kesici önceden belirlenmiş bir zaman gecikmesinden sonra otomatik olarak kapanır.

• Düşük voltajlı devre kesicinin aşağısında bir hata oluştuğunda, devre kesici güvenilir bir şekilde atlatmalı ve otomatik olarak kapanmamalıdır.

• Düşük voltajlı devre kesicisi manuel açıldığında, otomatik olarak kapanmamalıdır.

Bu gereksinimleri karşılamak için, zaman rölesi kontrol çekirdeği olarak kullanılarak, zaman gecikme özellikleri ve kaydırma temalarıyla otomatik kapanmayı gerçekleştiren güvenilir bir çözüm önerilmiştir. Seçilen zaman rölesi modeli DS-28'dir.

Cihazda kullanılan DS-28 zaman rölesi, bir saat mekanizmasını sürdüren bir elektromanyetikten oluşur. Elektromanyetik bobin, transformatörün düşük voltajlı çıkışından güç alır ve sürekli enerjili bir zaman rölesine besler. Röle, bir set gecikmeli kaydırma teması ve bir set gecikmeli ana temas (son temas) içerir. Zaman rölesinin iç bağlantıları Şekil 1'de gösterilmiştir. 

Uzun süreli enerji alma sonucu bobinin yanması önlenmek için, dış koruma direnci olarak termal bir füze direnci eklenmiştir. Tasarım içinde, 1 ve 13–3 numaralı uçlar güç devresine bağlı tetik sinyalleri olarak kullanılırken, 5 ve 6, 16–3 ve 17 numaralı uçlar sırasıyla gecikmeli kaydırma teması ve anlık normal kapalı temas olarak hizmet eder. Düşük voltajlı devre kesiciler için zaman rölesi tabanlı otomatik kapanma cihazının bağlama diyagramı Şekil 2'de gösterilmiştir.

2. Alçak Voltaj Otomatik Transfer Cihazının Kontrol Stratejisi

2.1 Transformatör Alçak Voltaj

Transformatör alçak voltaj geçirdiğinde, düşük voltajlı devre kesici atlatılır. Düşük voltajlı ana hat enerjilendirilmemiş olduğundan, zaman rölesi başlangıç durumunda kalır, gecikmeli kaydırma temasları ve gecikmeli ana temaslar açık kalırken, anlık normal kapalı temaslar kapalıdır.

Hat yeniden enerjilendirildiğinde, transformatörün düşük voltajlı çıkışı enerjilendirilir ve zaman rölesine güç sağlar. Bu noktada, anlık normal kapalı temaslar açılır, bobin devresine bir voltaj bölen direnç girer, elektromanyetiğin uzun süreli çalışmasını sağlar. Saat mekanizması çalışmaya başlar ve gecikmeli hareketli temas kapalı pozisyona doğru hareket eder.

Önceden belirlenmiş gecikme süresi (genellikle transformatör giriş akımını önlemek için zaman röle panelindeki zaman ayar düğmesi aracılığıyla 10 ila 15 saniye arasında ayarlanır) sonrasında, gecikmeli kaydırma teması kısa süreliğine kapanır ve tekrar açılır. Bu eylem, manuel kapatma düğmesine basıp bırakmak gibi simüle edilir, böylece kapatma devresi sürekli enerjilendirilmez, bu da manuel ayırmanın önlenmesini veya devre kesicinin bir hat noktasına kapanmasını önler.

Genellikle, dağıtım transformatörleri 2000 kVA'ya kadar kapasiteye sahiptir ve transformatör giriş akımının süresi yaklaşık 6 ila 10 saniye sürer. Transformatör giriş akımının etkisini önlemek için, gecikme süresi, zaman röle panelindeki zaman diskinin ayarlanmasıyla 10 ila 15 saniye olarak kurulur. Kapatma devresinin bağlama diyagramı Şekil 3'te gösterilmiştir.

Ana (bitiş) temas, kaydırma teması ardından kapanır ve mekanik durdurma mekanizmasında durur. Transformatörün düşük voltajlı çıkışı enerjilendirilmiş olduğu sürece, röle bu durumda kalır. Düşük voltajlı çıkış voltaj kaybettiğinde (yani elektromanyetik bobin enerjisiz kalındığında), tüm temaslar anında orijinal pozisyonlarına döner.

2.2 Hata Nedeniyle Devre Kesici Atlatılması

Düşük voltajlı devre kesicinin aşağısında veya ekipmanlarında bir hata oluştuğunda, devre kesici aşırı akım nedeniyle atlatılır. Transformatörün düşük voltajlı çıkışı enerjilendirilmiş olduğundan, röle temasları mevcut pozisyonlarında kalır, böylece devre kesicinin otomatik olarak kapanmaması sağlanır.

2.3 Manuel Atlatma

Düşük voltajlı devre kesicisi manuel açıldığında, transformatörün düşük voltajlı çıkışı hala enerjilendirilmiştir. Röle temasları değişmeden kalır ve kapatma devresi zaman rölesi tarafından etkilenmez, bu da devre kesicinin otomatik olarak kapanmasını önler.

3. Cihaz Fonksiyon Testi

Zaman rölesi tabanlı alçak voltaj otomatik transfer cihazının montajından sonra kapsamlı fonksiyon testleri yapıldı. Başarılı testlerden sonra, standartlaştırılmış bir kurulum prosedürü ve bağlama diyagramları oluşturuldu, detaylı güvenlik ve teknik önlemler eşliğinde. Cihaz 10 bölgede kuruldu. Altı aylık işletme süreci boyunca, cihaz planlanmış bakım kesintileri ve hata nedeniyle oluşan kesintiler sırasında güvenilir ve doğru bir şekilde çalıştı. Güç geri kazanım süresi, kurulumdan önce 33 dakikadan 10–15 saniyeye düşürüldü.

Saha test sonuçları, zaman rölesi tabanlı alçak voltaj otomatik transfer cihazının düşük voltajlı devre kesiciler için tüm tasarım gereksinimlerini karşılama konusunda onay vermiştir.

4. Sonuç

Önerilen düşük voltajlı devre kesiciler için alçak voltaj otomatik transfer cihazı, zaman rölesinin gecikmeli kaydırma temasını kullanarak, alçak voltaj serbest bırakma bobinleri yüklendiğinde ortaya çıkan bir dizi sorunu çözer. Cihaz, alçak voltaj olayları sonrası düşük voltajlı devre kesicilerin otomatik kapanmasını sağlar. Cihaz, normal güç kesintileri sırasında güvenilir bir şekilde çalışırken, anormal durumlarda pasif kalır. Basit bir prensiple, kolay bağlama ve düşük maliyetle, cihaz, saha testlerinde alçak voltaj atlatmalarından sonra güvenli ve güvenilir bir şekilde güç geri kazanımını sağladığı kanıtlanmıştır, devre kesicinin kapanma süresini 33 dakikadan 10–15 saniyeye indirir. Bu, tesisat verimliliğini ve güç sağlamanın güvenilirliğini önemli ölçüde artırır, gerçek dünyadaki uygulamalarda yüksek pratik değer gösterir.