Apa peran perangkat pelindung terintegrasi mikrokomputer dalam peralatan switch tegangan tinggi dan bagaimana cara memilihnya
Peran dan Pemilihan Perangkat Perlindungan Terintegrasi Mikrokomputer dalam Peralatan Saklar Tegangan Tinggi
Dalam beberapa tahun terakhir, penggunaan perangkat perlindungan terintegrasi mikrokomputer dalam proyek sistem distribusi listrik menengah dan tinggi telah meningkat secara signifikan. Perangkat-perangkat ini ramah pengguna dan mengatasi kekurangan perlindungan relai tradisional, seperti kabel yang rumit, keandalan rendah, dan prosedur pengaturan dan penyetelan yang canggung. Perangkat perlindungan terintegrasi mikrokomputer memiliki fungsi pemeriksaan diri yang komprehensif, sehingga mendeteksi dan melakukan komisi sangat mudah.
Saat deteksi anomali, unit pemrosesan pusat (CPU) memberikan perintah kepada generator sinyal untuk mengeluarkan sinyal alarm audio dan visual yang sesuai. Selain itu, berbagai fungsi bantu dapat dengan mudah diimplementasikan, seperti mencetak informasi kerusakan dan merekam waktu tindakan perlindungan setelah suatu peristiwa. Banyak produsen memproduksi perangkat-perangkat ini, masing-masing menawarkan produk dengan fungsionalitas dan konfigurasi perangkat keras yang berbeda, sehingga membuatnya sulit untuk memilih perangkat perlindungan terintegrasi yang paling sesuai.
I. Pemilihan Perangkat Perlindungan Terintegrasi Mikrokomputer
Untuk memastikan bahwa perangkat perlindungan terintegrasi mikrokomputer dapat melaksanakan tugas perlindungan relai dengan benar dan akurat, pemilihan selama fase desain harus didasarkan pada evaluasi menyeluruh dari keandalan, waktu respons, kemudahan pemeliharaan dan komisi, serta fungsi tambahan.
1.1 Keandalan Perangkat Perlindungan Terintegrasi Mikrokomputer
Sinyal masukan untuk perangkat perlindungan terintegrasi mikrokomputer sama dengan perlindungan relai tradisional: sinyal tegangan dan arus diperkenalkan dari transformator tegangan (VTs) dan transformator arus (CTs), dikonversi oleh transduser menjadi sinyal standar yang diperlukan oleh perangkat perlindungan, dan difilter untuk menghilangkan harmonisa orde rendah dan tinggi serta sinyal gangguan lainnya. Konverter analog-ke-digital (A/D) kemudian mengubah sinyal analog menjadi sinyal digital. CPU melakukan perhitungan pada input digital, membandingkannya dengan nilai yang ditetapkan, membuat penilaian, dan memutuskan apakah akan memicu alarm atau putus.
Untuk memenuhi persyaratan keandalan, sinyal masukan pengukuran dan perlindungan diproses dan dikeluarkan oleh unit pemrosesan independen dalam perangkat. Ini memastikan akurasi pengukuran yang tinggi dan memberikan margin yang cukup selama kerusakan parah. Perangkat tidak boleh mengalami overflow A/D atau saturasi saat arus sinyal kerusakan mencapai 20 kali nilai normal, yang umumnya memenuhi persyaratan keandalan untuk aplikasi teknik biasa.
1.2 Waktu Respons Perangkat Perlindungan Terintegrasi Mikrokomputer
Selama desain dan pemilihan, kualitas perangkat perlindungan hanya dapat dinilai berdasarkan tiga indikator: akurasi perhitungan, waktu respons, dan beban perhitungan. Ketiga faktor ini saling bertentangan: akurasi perhitungan yang lebih rendah dan beban perhitungan yang lebih kecil menghasilkan waktu respons yang lebih cepat, sementara akurasi yang lebih tinggi dan beban yang lebih besar menghasilkan waktu respons yang lebih lambat. Secara umum, untuk pengguna akhir jaringan listrik, beban perhitungan harus lebih dari 3 kali, akurasi perhitungan harus lebih dari 0,2%, dan waktu respons maksimum harus kurang dari 30 ms untuk memenuhi persyaratan waktu respons teknik biasa.
1.3 Pemilihan Fungsi Lain dari Perangkat Perlindungan Terintegrasi Mikrokomputer
Perangkat perlindungan terintegrasi mengandung banyak chip terintegrasi, memerlukan keahlian teknis tingkat tinggi untuk pemeliharaan. Selama pemilihan, sebaiknya dipilih perangkat dengan perangkat keras modular dan universal, memungkinkan perbaikan kesalahan perangkat keras dengan hanya mengganti modul, sehingga meningkatkan efisiensi kerja.
Selain itu, perangkat perlindungan harus memiliki modul EPROM internal, memungkinkan semua nilai pengaturan disimpan secara digital. Personel lapangan dapat dengan mudah mengambil kembali pengaturan tersebut untuk komisi peralatan tanpa perlu menulis ulang data. Untuk terintegrasi dengan sistem monitoring otomatis proyek secara keseluruhan, perangkat perlindungan harus memiliki kemampuan komunikasi, memungkinkan pembentukan jaringan dengan mudah melalui bus data dan memungkinkan transmisi informasi tindakan ke sistem monitoring otomatis tingkat atas.
2. Hubungan Antara Perangkat Perlindungan Terintegrasi dan Sistem Kontrol Otomatisasi Pabrik
Berdasarkan konfigurasi dan persyaratan komunikasi sistem kontrol otomatisasi pabrik, sistem otomatisasi untuk perangkat perlindungan terintegrasi mikrokomputer biasanya dibagi menjadi tiga lapisan: lapisan peralatan saklar, lapisan substasi, dan ruang kontrol pusat.
2.1 Lapisan Peralatan Saklar
Lapisan peralatan saklar terdiri dari berbagai jenis perangkat perlindungan terintegrasi mikrokomputer, dipasang langsung pada peralatan saklar. Setiap perangkat menangani pengukuran, sinyal perlindungan, dan fungsi kontrol untuk lemari masing-masing. Fungsi spesifik adalah sebagai berikut:
(1) Lemari Incomer
Fungsi Perlindungan: Pemutusan overcurrent instan, pemutusan overcurrent dengan penundaan.
Fungsi Pengukuran: Arus tiga fase, tegangan tiga fase, daya aktif dan reaktif, energi aktif dan reaktif.
Fungsi Monitoring: Posisi pembukaan/tutupan circuit breaker.
Fungsi Kontrol: Buka/tutup manual (di lemari), buka/tutup remote control.
Fungsi Alarm: Pemutusan karena kerusakan, sinyal peringatan, buka/tutup, kerusakan perangkat, pencatatan kerusakan, dll.
(2) Lemari Trafo
Fungsi Perlindungan: Pemutusan overcurrent instan, pemutusan overcurrent dengan penundaan, overloading inverse-time, kerusakan ground single-phase, trip gas berat.
Fungsi Pengukuran, Monitoring, dan Kontrol: Sama seperti lemari incomer.
Fungsi Alarm: Pemutusan karena kerusakan, gas ringan, alarm suhu, sinyal peringatan, buka/tutup, kerusakan perangkat, pencatatan kerusakan, dll.
(3) Lemari Busbar
Fungsi Perlindungan, Monitoring, dan Kontrol: Sama seperti lemari incomer.
Fungsi Alarm: Pemutusan karena kerusakan, kerusakan perangkat, pencatatan kerusakan, dll.
(4) Lemari Motor
Fungsi Perlindungan: Pemutusan overcurrent instan, pemutusan overcurrent dengan penundaan, overload, kerusakan ground single-phase, tegangan rendah, panas berlebih.
Fungsi Pengukuran: Arus tiga fase, tegangan tiga fase, daya aktif dan reaktif, energi aktif dan reaktif.
Fungsi Monitoring: Posisi pembukaan/tutupan circuit breaker.
Fungsi Kontrol: Buka/tutup manual (di lemari), buka/tutup remote control.
Fungsi Alarm: Pemutusan karena kerusakan, sinyal peringatan, buka/tutup, kerusakan perangkat, pencatatan kerusakan, dll.
Setelah pengumpulan data dalam peralatan saklar masing-masing, perangkat perlindungan mengirim data melalui bus ke komputer monitoring di lapisan substasi. Sistem ini secara signifikan mengurangi kabel kontrol, mempersingkat waktu komisi di lapangan, dan meningkatkan efisiensi kerja.
2.2 Lapisan Substasi
Banyak sinyal dari substasi perlu dikirim ke ruang kontrol pusat melalui Ethernet industri pabrik, dan substasi menerima sinyal dari ruang kontrol pusat untuk mengeluarkan perintah kontrol ke perangkat perlindungan. Lapisan substasi biasanya terdiri dari komputer kontrol industri, printer, dan monitor. Fungsi utamanya termasuk konfigurasi dan manajemen perangkat perlindungan terintegrasi peralatan saklar, pemantauan operasi sistem, pembentukan dan manajemen database substasi, serta komunikasi dengan ruang kontrol pusat.
Karena produsen menjaga perangkat lunak perangkat perlindungan dan metode perhitungan listrik mereka rahasia, lapisan substasi juga harus menangani konversi protokol komunikasi untuk memfasilitasi transmisi dan penerimaan sinyal antara ruang kontrol pusat dan perangkat perlindungan.
2.3 Jaringan Komunikasi
Komunikasi antara peralatan saklar dan substasi dapat menggunakan jaringan bus MODbus, mendukung hingga 64 stasiun slave. Isolasi optik digunakan antara jaringan komunikasi dan perangkat untuk mencegah gangguan eksternal. Komunikasi antara substasi dan ruang kontrol pusat menggunakan Ethernet industri dengan media serat optik, dengan laju komunikasi lebih dari 1 Mbps.
2.4 Perangkat Lunak
Perangkat lunak sistem dapat menggunakan platform mainstream dengan arsitektur standar internasional, seperti Windows NT. Modul perangkat lunak harus mencakup: perangkat lunak kontrol utama, perangkat lunak grafis, perangkat lunak manajemen basis data, perangkat lunak pembuatan laporan, dan perangkat lunak komunikasi.
Saat memilih perangkat lunak, perangkat lunak kontrol utama harus memiliki tingkat modularitas yang tinggi. Modularitas yang tinggi memungkinkan personel lapangan dengan mudah memanggil perangkat lunak berdasarkan kondisi lapangan tanpa perlu pemrograman tambahan, sangat mengurangi beban operasional dan pemeliharaan bagi petugas pengaturan dan pemeliharaan, dan meningkatkan efisiensi kerja.
3. Masalah yang Perlu Diperhatikan Saat Memilih Perangkat Keras Perangkat Perlindungan Terintegrasi Mikrokomputer
Selain itu, berikut adalah masalah yang perlu diperhatikan saat memilih perangkat keras perangkat perlindungan terintegrasi mikrokomputer:
Gunakan rangka tertutup, diperkuat, tahan terhadap getaran dan gangguan kuat, dengan ukuran instalasi yang padat cocok untuk lingkungan keras dan pemasangan lemari.
Adopsi struktur dual-CPU kelas industri, dengan setiap perangkat mengandung CPU utama dan CPU komunikasi. Kedua CPU bekerja dalam mode saling memeriksa, meningkatkan waktu respons dan akurasi perangkat, mencegah operasi salah atau gagal, dan meningkatkan stabilitas dan keandalan.
Kompensasi suhu otomatis penuh rentang memungkinkan perangkat beroperasi jangka panjang dalam lingkungan dari -20°C hingga +60°C.
Sinyal pengukuran dan perlindungan diproses secara terpisah dalam perangkat, memenuhi persyaratan akurasi dan rentang perlindungan serta keandalan.
Gunakan sirkuit sampling frekuensi khusus untuk melacak frekuensi grid dengan tepat, membuat perhitungan kuantitas listrik lebih akurat.
Gunakan isolasi optik untuk sinyal input dan output digital, dan kabel terlindung untuk kabel dalam lemari, secara efektif mencegah sinyal gangguan eksternal dan meningkatkan kemampuan anti-gangguan perangkat.
Gunakan layar LCD berukuran besar dan keyboard lembut untuk tampilan numerik yang lebih jelas dan operasi yang lebih mudah.
Setelah komisi dan operasi, nilai pengaturan untuk berbagai mode perlindungan disimpan secara digital dalam EPROM, memungkinkan pengambilan kembali dengan mudah setelah debugging atau perbaikan sirkuit kerusakan.
Termasuk sirkuit kontrol circuit breaker yang lengkap cocok untuk mengontrol berbagai jenis circuit breaker, memfasilitasi peningkatan substasi.
Memiliki kemampuan analisis kecelakaan yang komprehensif, termasuk catatan peristiwa tindakan perlindungan, catatan melebihi batas sinyal kuantitas listrik, dan pencatatan kerusakan.
4. Peran Perangkat Perlindungan Terintegrasi Mikrokomputer dalam Peralatan Saklar Tegangan Tinggi
Perangkat perlindungan mikrokomputer melindungi sirkuit dari kondisi abnormal. Perannya dalam peralatan saklar tegangan tinggi adalah sebagai berikut:
Perangkat perlindungan mikrokomputer memiliki kemampuan pemrosesan data, operasi logika, dan penyimpanan informasi yang kuat, dengan arsitektur internal yang canggih. Mereka menawarkan fungsi perlindungan lengkap dari perlindungan relai konvensional. Dengan menerima sinyal dari komponen pengukuran seperti transformator arus dan transformator tegangan, perangkat dapat memonitor, mengontrol, dan melindungi status sirkuit. Ini termasuk perlindungan terhadap pendek sirkuit, overload, kerusakan ground single-phase, dll. Tanpa perangkat perlindungan, fungsi-fungsi ini dalam peralatan saklar tegangan tinggi dicapai menggunakan relai. Dengan perlindungan mikrokomputer, fungsi tambahan tersedia, seperti penerimaan remote control yang mudah, komunikasi dengan sistem tingkat atas untuk mentransmisikan sinyal arus, tegangan, daya, dan energi dari sirkuit, serta penyesuaian pengaturan perlindungan yang nyaman.
