Bir mikrobilgisayar entegre koruma cihazı yüksek gerilim anahtarlama ekipmanında ne rol oynar ve nasıl seçilir?

Yüksek Gerilimli Anahtar Kapanmalarında Mikrobilgisayar Entegre Koruma Cihazlarının Rolü ve Seçimi

Son yıllarda, orta-ve yüksek gerilimli elektrik dağıtım sistem projelerinde mikrobilgisayar entegre koruma cihazlarının kullanımı önemli ölçüde artmıştır. Bu cihazlar kullanıcı dostu olup, geleneksel röle korumasının karmaşık kablajı, düşük güvenilirliği ve zahmetli ayar ve hata ayıklama prosedürleri gibi dezavantajlarını aşmaktadır. Mikrobilgisayar entegre koruma cihazları kapsamlı öz tanımlama fonksiyonlarına sahip olup, tespit ve komisyonlama işlemlerini oldukça kolaylaştırır.

Bir anormallik tespit edildiğinde, merkezi işlem birimi (CPU) sinyal üreteciye uygun ses ve görsel uyarı sinyalleri vermesini emreder. Ayrıca, arızalı bilgi yazdırma, olay sonrası koruma eylemleri zamanını kaydetme gibi çeşitli yardımcı fonksiyonların kolayca uygulanması mümkündür. Bu cihazları birçok üretici üretmektedir, her biri farklı işlevsellik ve donanım yapılandırmalarına sahip ürünler sunmaktadır, bu da en uygun entegre koruma cihazını seçmeyi zorlaştırmaktadır.

I. Mikrobilgisayar Entegre Koruma Cihazlarının Seçimi

Mikrobilgisayar entegre koruma cihazlarının doğru ve hassas bir şekilde röle koruma görevlerini yerine getirmesini sağlamak için tasarım aşamasındaki seçim, güvenilirlik, tepki süresi, bakım ve komisyonlama kolaylığı ve ek fonksiyonlar gibi faktörlerin kapsamlı bir değerlendirmesi üzerine yapılmalıdır.

1.1 Mikrobilgisayar Entegre Koruma Cihazlarının Güvenilirliği

Mikrobilgisayar entegre koruma cihazlarının sinyal girişi, geleneksel röle korumanınkine benzerdir: gerilim ve akım sinyalleri gerilim transformatörlerinden (VT'ler) ve akım transformatörlerinden (CT'ler) alınarak, transdüserler tarafından koruma cihazı tarafından gereken standart sinyallere dönüştürülür ve düşük ve yüksek dereceli harmonikler ile diğer干擾信號被濾除。模擬到數字（A/D）轉換器然後將模擬信號轉換為數字信號。CPU 對數字輸入進行計算，與預設值進行比較，做出判斷，並決定是否觸發報警或跳閘。 為了滿足可靠性要求，測量和保護輸入信號由設備內的獨立處理單元處理和輸出。這確保了高測量精度，並在嚴重故障時提供了充足的裕度。當故障信號電流達到正常值的20倍時，設備不應發生A/D溢出或飽和，這通常滿足典型工程應用的可靠性要求。

1.2 Mikrobilgisayar Entegre Koruma Cihazlarının Tepki Süresi

Tasarım ve seçim sırasında, bir koruma cihazının kalitesi sadece üç göstergeye dayanarak değerlendirilebilir: hesaplama doğruluğu, tepki süresi ve hesaplama yükü. Bu üç faktör birbirine zıt niteliktedir: daha düşük hesaplama doğruluğu ve daha küçük hesaplama yükü, daha hızlı tepki sürelerine neden olurken, daha yüksek doğruluk ve daha büyük yük, daha yavaş tepki sürelerine neden olur. Genellikle, elektrik şebekesinin son kullanıcıları için hesaplama yükünün 3 katından büyük olması, hesaplama doğruluğunun %0,2'den yüksek olması ve maksimum tepki süresinin tipik mühendislik gerekliliklerine göre 30 ms'den az olması beklenir.

1.3 Mikrobilgisayar Entegre Koruma Cihazlarının Diğer Fonksiyonlarının Seçimi

Entegre koruma cihazları, birçok entegre çip içerir ve bakımı için yüksek düzey teknik bilgi gerektirir. Seçim sırasında, modüler ve genel donanıma sahip cihazlar tercih edilmeli, böylece donanım hataları basitçe modüllerin değiştirilmesiyle çözülebilir, bu da çalışma verimliliğini artırır.

Ayrıca, koruma cihazı içine bir EPROM modülü dahil olmalı, böylece tüm ayar değerlerinin dijital olarak saklanabilmesi sağlanır. Alan personeli, ekipman komisyonlaması için bu ayarları kolayca çağırabilir ve veri yeniden yazma ihtiyacını ortadan kaldırır. Projenin genel otomatik izleme sistemiyle entegrasyon için, koruma cihazı iletişim yeteneklerine sahip olmalı, böylece veri otobüsleri aracılığıyla ağ oluşturma ve eylem bilgilerinin üst düzey otomatik izleme sistemiye iletilmesi kolaylaşır.

2. Entegre Koruma Cihazları ile Fabrika Genel Otomasyon Kontrol Sistemi Arasındaki İlişki

Fabrika otomasyon kontrol sisteminin yapılandırmasına ve iletişim gereksinimlerine bağlı olarak, mikrobilgisayar entegre koruma cihazları için otomasyon sistemi genellikle anahtar kapanma katmanı, trafiğe alma katmanı ve merkezi kontrol odası olmak üzere üç katmana bölünür.

2.1 Anahtar Kapanma Katmanı

Anahtar kapanma katmanı, çeşitli türde mikrobilgisayar entegre koruma cihazlarından oluşur ve doğrudan anahtar kapanmalara monte edilir. Her cihaz, kendi kabinesi için ölçüm, koruma sinyalleri ve kontrol fonksiyonlarını doğrudan ele alır. Özel işlevler aşağıdaki gibidir:

(1) Gelen Kabine

• Koruma İşlevleri: Anlık aşırı akım kesme, gecikmeli aşırı akım kesme.

• Ölçüm İşlevleri: Üç fazlı akım, üç fazlı gerilim, aktif ve reaktif güç, aktif ve reaktif enerji.

• İzleme İşlevleri: Kontak kapalı/açık konumu.

• Kontrol İşlevleri: Manuel aç/kapa (kabin üzerinde), uzaktan aç/kapa.

• Alarm İşlevleri: Arızadan dolayı kesme, uyarı sinyalleri, aç/kapa, cihaz arızası, arıza kaydı vb.

(2) Trafo Kabine

• Koruma İşlevleri: Anlık aşırı akım kesme, gecikmeli aşırı akım kesme, ters zamanlı aşırı yük, tek fazlı toprak hatası, ağır gaz kesme.

• Ölçüm, İzleme ve Kontrol İşlevleri: Gelen kabine ile aynı.

• Alarm İşlevleri: Arızadan dolayı kesme, hafif gaz, sıcaklık alarmı, uyarı sinyalleri, aç/kapa, cihaz arızası, arıza kaydı vb.

(3) Ana Hat Kabine

• Koruma, İzleme ve Kontrol İşlevleri: Gelen kabine ile aynı.

• Alarm İşlevleri: Arızadan dolayı kesme, cihaz arızası, arıza kaydı vb.

(4) Motor Kabine

• Koruma İşlevleri: Anlık aşırı akım kesme, gecikmeli aşırı akım kesme, aşırı yük, tek fazlı toprak hatası, düşük gerilim, aşırı ısınma.

• Ölçüm İşlevleri: Üç fazlı akım, üç fazlı gerilim, aktif ve reaktif güç, aktif ve reaktif enerji.

• İzleme İşlevleri: Kontak kapalı/açık konumu.

• Kontrol İşlevleri: Manuel aç/kapa (kabin üzerinde), uzaktan aç/kapa.

• Alarm İşlevleri: Arızadan dolayı kesme, uyarı sinyalleri, aç/kapa, cihaz arızası, arıza kaydı vb.

Kendi anahtar kapanmalarında veri toplamadan sonra, koruma cihazları veriyi bir otobüs aracılığıyla trafiğe alma katmanındaki izleme bilgisayarına iletebilir. Bu sistem, kontrol kablolarını önemli ölçüde azaltır, saha komisyonlama süresini kısaltır ve çalışma verimliliğini artırır.

2.2 Trafik Alım Katmanı

Trafik alım katmanından birçok sinyal, fabrikanın endüstriyel Ethernet aracılığıyla merkezi kontrol odasına iletilir ve trafik alım katmanı, merkezi kontrol odasından gelen sinyalleri alarak koruma cihazlarına kontrol komutları gönderir. Trafik alım katmanı genellikle endüstriyel kontrol bilgisayarları, yazıcılar ve monitörlerden oluşur. Ana işlevleri, anahtar kapanma entegre koruma cihazlarını yapılandırma ve yönetme, sistem çalışmasını izleme, trafik alım veritabanını oluşturmak ve yönetmek ve merkezi kontrol odası ile iletişim kurmaktır.

Üreticilerin koruma cihazları yazılımlarını ve elektrik hesaplama yöntemlerini gizli tutmasından dolayı, trafik alım katmanı ayrıca merkezi kontrol odası ile koruma cihazları arasındaki sinyal iletimi ve alımını sağlayacak iletişim protokol dönüşümünü de gerçekleştirmelidir.

2.3 İletişim Ağı

Anahtar kapanma ile trafik alım arasındaki iletişim, MODbus otobüsü ağı kullanılarak gerçekleştirilebilir, bu ağı en fazla 64 köle istasyon destekler. İletişim ağı ile cihazlar arasında optik yalıtım kullanılır, dış etkileri önler. Trafik alım ile merkezi kontrol odası arasındaki iletişim, fiber optik ortamda 1 Mbps'ten fazla iletişim hızı olan endüstriyel Ethernet kullanılarak gerçekleştirilir.

2.4 Yazılım

Sistem yazılımı, Windows NT gibi uluslararası standart mimariye sahip ana akım platformları kullanılabilir. Yazılım modülleri şunları içermelidir: ana kontrol yazılımı, grafik yazılımı, veritabanı yönetim yazılımı, rapor oluşturma yazılımı ve iletişim yazılımı.

Yazılım seçimi sırasında, ana kontrol yazılımının yüksek derecede modüler olması gerekir. Yüksek modüllülük, alan personelin site koşullarına göre yazılımı kolayca çağırmayı sağlar, ek programlama olmadan, operatör ve bakım personeli için operasyonel ve bakım yükünü büyük ölçüde azaltır ve çalışma verimliliğini artırır.

3. Mikrobilgisayar Entegre Koruma Cihazları için Donanım Seçimi Hakkında Not Edilmesi Gereken Konular

Ayrıca, mikrobilgisayar entegre koruma cihazları için donanım seçimi sırasında aşağıdaki konulara dikkat edilmelidir:

• Güçlü titreşimlere ve interferanslara karşı dirençli, sıkıştırılmış bir yükleme boyutuna sahip kapalı, güçlendirilmiş bir şasi kullanın, sert çevre koşullarına ve kabinet montajına uygun.

• Endüstriyel sınıf çift-CPU yapısı benimsenmelidir, her cihaz bir ana CPU ve bir iletişim CPU içermelidir. İki CPU karşılıklı denetimli bir şekilde çalışır, cihazın tepki süresini ve doğruluğunu artırır, yanlış hareket veya hareket etmemeyi önler ve istikrarlılık ve güvenilirliği artırır.

• Tam aralıklı sıcaklık otomatik kompensasyonu, cihazın -20°C ile +60°C arasındaki ortamlarda uzun süre çalışmasını sağlar.

• Cihaz içinde ölçüm ve koruma sinyalleri ayrı ayrı işlenir, hem doğruluk gerekliliklerini hem de koruma aralığı ve güvenilirlik gerekliliklerini karşılar.

• Özel bir frekans örnekleme devresi kullanarak şebek frekansını hassas bir şekilde takip eder, elektriksel miktar hesaplamalarını daha doğru hale getirir.

• Dijital giriş ve çıkış sinyalleri için optik yalıtım kullanılır, iç kabinet kabloları için kalkanlı kablolar kullanılır, dış interferans sinyallerini etkili bir şekilde önler ve cihazın interferans karşıtlığını artırır.

• Büyük ekranlı LCD ekran ve yumuşak klavye, sayısal görüntüyü daha net ve işletimi daha kolay hale getirir.

• Komisyonlama ve operasyon sonrasında, çeşitli koruma modları için ayar değerleri EPROM'da dijital olarak saklanır, hata ayıklama veya devre arızası onarımı sonrası kolayca çağrılabilir.

• Çeşitli tipteki kontakları kontrol etmek için kapsamlı bir kontak kontrol devresi içerir, trafik alım güncellemelerini kolaylaştırır.

• Kapsamlı bir arıza analiz yeteneği, koruma eylemi olay kayıtları, elektriksel miktar sinyal sınır aşım kayıtları ve arıza kaydı içerir.

4. Mikrobilgisayar Entegre Koruma Cihazlarının Yüksek Gerilimli Anahtar Kapanmalardaki Rolü

Mikrobilgisayar koruma cihazları, devreleri anormal durumlar karşısında korur. Yüksek gerilimli anahtar kapanmalardaki rolleri şu şekildedir:

Mikrobilgisayar koruma cihazları, güçlü veri işleme, mantıksal işlem ve bilgi depolama yeteneklerine sahiptir, gelişmiş bir iç mimariye sahiptir. Geleneksel röle korumanın tam koruma işlevlerini sunar. Ölçüm bileşenleri (akım ve gerilim transformatörleri) üzerinden gelen sinyalleri alarak, cihaz devre durumunu izleyebilir, kontrol edebilir ve koruyabilir. Bu, kısa devre, aşırı yük, tek fazlı toprak hatası vb. korumasını içerir. Bir koruma cihazı olmaksızın, yüksek gerilimli anahtar kapanmalardaki bu işlevler röleler kullanılarak sağlanır. Mikrobilgisayar koruma cihazlarıyla, uzaktan kontrolü kolay kabul etme, üst düzey sistemle iletişim kurarak devreden mevcut akım, gerilim, güç ve enerji sinyallerini iletmek ve koruma ayarlarını kolayca ayarlama gibi ek işlevler mevcuttur.