Автоматичний пристрій для закриття низьковольтових автоматів на основі часових реле

Для забезпечення безпечного та стабільного функціонування мережі та запобігання пошкодженню електричного обладнання через відновлення живлення після високих струмів, всі навантаження, підключені до розподільчих трансформаторів, повинні бути відключеними перед їх зарядженням.

Тому низьковольтні автомати оснащені функцією відпуску при нижньому напрузі: коли трансформатор відключається через ремонту або аварії лінії, втрата напруги на низьковольтній шині спричиняє автоматичне відключення гілкового автомата. Після повторного зарядження трансформатора, оскільки низьковольтні автомати зазвичай не мають можливості автоматичного закриття, оператори повинні вручну закрити автомат на місці для відновлення живлення. Впливаючи на розташування автомата, трафік і погодні умови, ця вручну виконана операція займає значний час — в середньому 33 хвилини, що призводить до тривалого відключення та суттєво впливає на надійність постачання електроенергії.

Для вирішення цієї проблеми було розроблено пристрій автоматичного закриття низьковольтних автоматів на основі часового реле. Низьковольтне виходне напруги трансформатора забезпечує живлення котушці реле. Після зарядження трансформатора котушка часовго реле отримує живлення, і після встановленого затримки, його скользячий контакт на короткий час замикати цепь закриття, що призводить до автоматичного закриття низьковольтного автомата. Часова затримка дозволяє уникнути впливу високого струму при включенні трансформатора, забезпечуючи безпеку обладнання. З допомогою відповідної логіки контролю, автоматичне закриття запобігається після відключення через перетік струму або вручну.

1. Вимоги до проектування та рішення

Відповідно до правил функціонування мережі, встановлені конкретні вимоги до пристрою автоматичного переключення при нижньому напрузі:

• Коли високовольтна сторона розподільчого трансформатора відключається через ремонту або аварію, трансформатор втрачає напругу, і низьковольтний автомат відключається через випуск при нижньому напрузі. Після повторного зарядження трансформатора, автомат автоматично закривається після встановленого затримки.

• Якщо аварія виникає після низьковольтного автомата, автомат надійно відключається і не повинен автоматично закриватися.

• Якщо низьковольтний автомат відкривається вручну, він не повинен автоматично закриватися.

Для виконання цих вимог, запропоноване надійне рішення за допомогою використання часового реле як основи управління, використовуючи його характеристики затримки та скользячі контакти для досягнення автоматичного закриття. Обраний модель часовго реле - DS-28.

Часове реле DS-28, використане в пристрої, складається з електромагніту, що приводить механізм годинника. Електромагнітна котушка отримує живлення від низьковольтного виходу трансформатора, забезпечуючи неперервно заряджене часове реле. Реле містить один набір затриманих скользячих контактів і один набір затриманих головних контактів (контактів завершення). Внутрішнє підключення часового реле для пристрою автоматичного переключення при нижньому напрузі показано на рисунку 1. 

Для запобігання перегріву котушки через довге зарядження, додано тепловий запобіжник-резистор як зовнішній захисний резистор. У дизайні термінали 1 і 13–3 використовуються як сигнальні тригери, підключені до електричної мережі, а термінали 5 і 6, а також 16–3 і 17, служать відповідно затриманим скользячим контактам і моментальним звичайно замкненим контактам. Рисунок 2 показує схему підключення пристрою автоматичного закриття низьковольтних автоматів на основі часовго реле.

2.Стратегія управління пристроєм автоматичного переключення при нижньому напрузі

2.1 Нижньої напруги трансформатора

При нижньому напрузі трансформатора, низьковольтний автомат відключається. Оскільки низьковольтна шина не заряджена, часове реле залишається в початковому стані, з затриманими скользячими контактами і затриманими головними контактами відкритими, а моментальні звичайно замкнені контакти закриті.

Після відновлення живлення лінії, низьковольтне виходне напруги трансформатора заряджується, забезпечуючи живлення часовому реле. На цьому етапі моментальні звичайно замкнені контакти відкриваються, вводячи розділювальний резистор у цепь котушки, що призводить до зарядження електромагніту і тривалого зберігання. Механізм годинника починає працювати, і затриманий рухомий контакт починає переміщатися до закритого положення.

Після встановленого затримки (звичайно встановлюється від 10 до 15 секунд за допомогою регулятора часу на панелі часовго реле, щоб уникнути впливу високого струму при включенні трансформатора), затриманий скользячий контакт на короткий час замикати і знову відкривається. Ця дія симулює натискання та відпуск кнопки ручного закриття, забезпечуючи, що цепь закриття не заряджується постійно, що могло б запобігти ручному відключенню або призводити до закриття автомата на точку аварії.

Зазвичай, розподільні трансформатори мають потужність до 2000 кВА, і тривалість високого струму при включенні трансформатора становить близько 6-10 секунд. Для уникнення впливу високого струму при включенні трансформатора, затримка встановлюється від 10 до 15 секунд під час встановлення, регулюючи стрілку часу на панелі часовго реле. Схема підключення цепі закриття показана на рисунку 3.

Головний (кінцевий) контакт закривається після скользячого контакту і зупиняється на механічному зупинному механізмі. Якщо низьковольтне виходне напруги трансформатора залишається зарядженим, реле буде залишатися в цьому стані. Коли низьковольтне виходне напруги втрачає напругу (тобто, електромагнітна котушка відключається), всі контакти моментально повертаються до своїх початкових положень.

2.2 Відключення автомата через аварію

При аварії на лінії або обладнанні після низьковольтного автомата, автомат відключається через перетік струму. Оскільки низьковольтне виходне напруги трансформатора залишається зарядженим, контакти реле залишаються в своїх поточних положеннях, забезпечуючи, що автомат не автоматично закривається.

2.3 Ручне відключення

Коли низьковольтний автомат відкривається вручну, низьковольтне виходне напруги трансформатора залишається зарядженим. Контакти реле залишаються без змін, і цепь закриття не впливає на часове реле, що запобігає автоматичному закриттю автомата.

3. Тестування функціональності пристрою

Після зборки пристрою автоматичного переключення при нижньому напрузі на основі часовго реле, було проведене комплексне функціональне тестування. Після успішного тестування, була розроблена стандартизована процедура встановлення та схеми підключення, супроводжувані детальними заходами безпеки та технічними заходами. Пристрій був встановлений в 10 регіонах. Після шість місяців роботи, пристрій надійно та правильно працював під час планових ремонтних відключень та відключень через аварії. Середній час відновлення живлення зменшився з 33 хвилин до 10-15 секунд після встановлення.

Результати полевих тестів підтверджують, що пристрій автоматичного переключення при нижньому напрузі для низьковольтних автоматів на основі часовго реле задовольняє всі вимоги до проектування.

4. Висновок

Запропонований пристрій автоматичного переключення при нижньому напрузі для низьковольтних автоматів використовує затримані скользячі контакти часовго реле для вирішення ряду проблем, пов'язаних з встановленням котушок відпуску при нижньому напрузі. Він дозволяє низьковольтним автоматам досягати автоматичного закриття після подій нижнього напрагу. Пристрій працює надійно під час нормальних відключень живлення та залишається неактивним під час аномальних умов. З простим принципом, зручним підключенням та низькою вартістю, пристрій довів свою безпеку та надійність під час відновлення живлення після відключень через нижній напруг, зменшуючи час закриття автомата з 33 хвилин до 10-15 секунд. Це значно покращує ефективність енергетичних компаній та надійність постачання електроенергії, демонструючи високу практичну цінність у реальних застосуваннях.