Kako odabrati mikroračunalni integrirani zaštitni uređaj i koja je njegova funkcija u visokonaponskom prekidaču?

1. Odabir i uloga mikro računalnih integriranih zaštitnih uređaja

1.1 Odabir mikro računalnih integriranih zaštitnih uređaja

Za osiguranje da mikro računalni integrirani zaštitni uređaj točno i precizno obavlja svoje zadatke relne zaštite, tijekom dizajna treba kompozitno razmotriti pouzdanost, vrijeme odgovora, održavanje i postavljanje, te dodatne funkcije.

Signali unosa za mikro računalne integrirane zaštitne uređaje su isti kao i kod tradicionalne relne zaštite: naponski i strujni signali se uvode iz potencijalnih transformatora (PT) i strujnih transformatora (CT), pretvaraju se pretvaračima u standardne signale potrebne zaštitnom uređaju, filtriraju se kako bi se uklonile niske i visoke harmonije te ostala interferencija, zatim se pretvaraju iz analognih u digitalne signale A/D pretvaračem.

CPU obavlja izračune na digitalnim ulazima, uspoređuje rezultate s prethodno postavljenim vrijednostima, donosi presude, a zatim odlučuje hoće li aktivirati alarm ili isključiti. Za ispunjavanje zahtjeva za pouzdanost, signali mjerenja i zaštite obrađuju se i emitiraju neovisnim obradnim jedinicama unutar uređaja. To osigurava točnost mjerenja, pružajući dovoljnu maržu tijekom teških grešaka. Općenito inženjerska pouzdanost je zadovoljena ako uređaj ne doživi prekoračenje A/D ili nasitnjenje kada struja greške doseže 20 puta normalnu vrijednost.

1.2 Odabir vremena odgovora

Softverski radni proces zaštitnog uređaja općenito izgleda kao na sljedećoj slici:

Iz dijagrama se može vidjeti da je vrijeme odgovora zaštitnog uređaja tesno povezano s koriscenim softverom i metodom izračuna električnih veličina, što je općenito nepoznato korisnicima.

Tijekom dizajna i odabira, kvalitet zaštitnog uređaja možemo procijeniti samo na temelju tri pokazatelja: točnost izračuna, vrijeme odgovora i računalni opterećenje. Ovi tri faktora su međusobno suprotstavljeni: loša točnost izračuna i mali računalni opterećenje dovode do bržeg vremena odgovora, dok viša točnost i veće računalno opterećenje rezultiraju sporijim vremenom odgovora. Općenito, za krajnje korisnike mreže, postavljanje računalnog opterećenja na veće od 3 puta, točnost izračuna veću od 0,2% i maksimalno vrijeme odgovora manje od 30 ms dovoljno je za ispunjavanje tipičnih inženjerskih zahtjeva za vrijeme odgovora.

1.3 Odabir drugih funkcija

Integrirani zaštitni uređaji sadrže mnogo integriranih krugova, za njihovo održavanje potrebna je visoka tehnička ekspertiza. Tijekom odabira, prioritet dajte uređajima s modularnim i standardiziranim hardverom, omogućavajući rješavanje hardverskih grešaka samo zamjenom modula, čime se poboljšava učinkovitost rada. Također, zaštitni uređaj treba imati ugrađeni EPROM modul, omogućavajući digitalno spremanje svih postavki. Poljski osoblje može lako ponovno povući te postavke za komisioniranje opreme bez ponovnog programiranja.

Za integrisanje s cjelokupnim projektom automatiziranog nadzornog sustava, zaštitni uređaj treba imati komunikacijske mogućnosti, omogućavajući lakše formiranje mreže putem podatkovnih magistrala i prijenos informacija nakon isključivanja na gornji automatizirani nadzorni sustav.

2. Odnos između integriranih zaštitnih uređaja i sustava automatiziranog upravljanja cijele tovarne

Na temelju konfiguracije i komunikacijskih zahtjeva sustava automatiziranog upravljanja tovarne, automatizirani sustav za mikro računalne integrirane zaštitne uređaje općenito se dijeli na tri sloja: sloj sklopova, sloj podstanice i centralna kontrolna soba.

2.1 Sloj sklopova

Sloj sklopova sastoji se od različitih vrsta mikro računalnih integriranih zaštitnih uređaja, direktno instaliranih na sklopovima. Svaki uređaj direktno obrađuje mjerni, zaštitni signale i funkcije kontrole za svoju odgovarajuću skrinju. Specifične funkcije su sljedeće:

(1) Sklop za dolaznu liniju

• Funkcije zaštite: Momentan prekomjerna struja, odgađana prekomjerna struja.

• Mjerne funkcije: Trofazna struja, trofazni napon, aktivna/reaktivna snaga, aktivna/reaktivna energija.

• Funkcije nadzora: Otvoreno/zatvoreno položaj prekidača.

• Funkcije kontrole: Ručno otvaranje/zatvaranje (na sklopu), udaljeno otvaranje/zatvaranje.

• Funkcije alarma: Isključivanje zbog incidenta, upozorni signali, status otvaranja/zatvaranja, greška uređaja, snimanje grešaka, itd.

(2) Sklop transformatora

• Funkcije zaštite: Momentan prekomjerna struja, odgađana prekomjerna struja, inverzna preopterećenja, jednofazna zemljna greška, isključivanje zbog teškog plinova.

• Mjerne, nadzorne i kontrolne funkcije: Iste kao i kod sklopa za dolaznu liniju.

• Funkcije alarma: Isključivanje zbog incidenta, upozorenje zbog laganih plinova, temperaturno upozorenje, upozorni signali, status otvaranja/zatvaranja, greška uređaja, snimanje grešaka, itd.

(3) Sklop busbarskog sklopa

• Funkcije zaštite, nadzora i kontrole: Iste kao i kod sklopa za dolaznu liniju.

• Funkcije alarma: Isključivanje zbog incidenta, greška uređaja, snimanje grešaka, itd.

(4) Sklop motora

• Funkcije zaštite: Momentan prekomjerna struja, odgađana prekomjerna struja, preopterećenje, jednofazna zemljna greška, niski napon, previsoka temperatura.

• Mjerne funkcije: Trofazna struja, trofazni napon, aktivna/reaktivna snaga, aktivna/reaktivna energija.

• Nadzorne funkcije: Otvoreno/zatvoreno položaj prekidača.

• Funkcije kontrole: Ručno otvaranje/zatvaranje (na sklopu), udaljeno otvaranje/zatvaranje.

• Funkcije alarma: Isključivanje zbog incidenta, upozorni signali, status otvaranja/zatvaranja, greška uređaja, snimanje grešaka, itd.

Nakon prikupljanja podataka unutar svojih odgovarajućih sklopova, zaštitni uređaji šalju podatke putem magistrale na nadzorno računalo u sloju podstanice. Ovaj sustav značajno smanjuje kontrolne kabelske provode, skraćuje vrijeme komisioniranja na terenu i poboljšava učinkovitost rada.

2.2 Sloj podstanice

Mnogi signali iz podstanice moraju biti preneseni u centralnu kontrolnu sobu putem industrijskog Ethernet-a tvornice, a naredbe za upravljanje iz centralne kontrolne sobe moraju biti primljene i poslane zaštitnim uređajima. Sloj podstanice obično sastoji se od industrijskih kontrolnih računala, tiskača i monitora. Njegove glavne funkcije uključuju konfiguriranje i upravljanje zaštitnim uređajima sklopova, nadzor rada sustava, stvaranje i upravljanje bazom podataka podstanice, te komunikaciju s centralnom kontrolnom sobom.

Zbog proizvođačevog zadržavanja tajnosti oko softvera i metoda izračuna električnih veličina njihovih zaštitnih uređaja, sloj podstanice također mora rješavati pretvorbu komunikacijskih protokola kako bi omogućio prijenos i primanje signala između centralne kontrolne sobe i zaštitnih uređaja.

2.3 Komunikacijska mreža

Komunikacija između sklopova i podstanice može koristiti MODbus mrežu magistrala, podržavajući do 64 slave stanica. Između komunikacijske mreže i uređaja koristi se optička izolacija kako bi se spriječila vanjska interferencija. Komunikacija između podstanice i centralne kontrolne sobe koristi industrijski Ethernet s optičkim medijem, s brzinom komunikacije većom od 1 Mbps.

2.4 Softver

Sustavski softver može koristiti mainstream platforme s međunarodnim standardnim arhitekturama, poput Windows NT. Softverski moduli bi trebali uključivati: glavni kontrolni softver, grafički softver, softver za upravljanje bazom podataka, softver za generiranje izvješća i komunikacijski softver.

Pri odabiru softvera, glavni kontrolni softver treba imati visoku razinu modularnosti. Visoka modularnost omogućuje poljskom osoblju pozivanje softvera prema uvjetima na terenu bez dodatnog programiranja, značajno smanjujući operativni i održavajni radni opterećenje za dispečere i održavajuće osoblje, te poboljšavajući učinkovitost rada.

3. Ostali razmatranja

Dodatno, sljedeće pitanje treba uzeti u obzir tijekom odabira hardvera za mikro računalne integrirane zaštitne uređaje:

• Koristite zaprskan, pojačan kućište otporno na jakim vibracijama i interferencijama, sa kompaktnom veličinom montaže, prikladno za teške okruženja i montažu na panelu.

• Koristite industrijsku dvostihačnu strukturu, gdje svaki uređaj sadrži glavni CPU i CPU za komunikaciju. Dva CPU-a rade u modelu međusobnog pregleda kako bi poboljšali vrijeme odgovora i točnost, spriječili pogrešno funkcioniranje ili nedostatak funkcioniranja, te poboljšali stabilnost i pouzdanost.

• Cijelo-vremenska automatska kompenzacija temperature omogućuje uređaju dugotrajno funkcioniranje u okruženju od -20°C do +60°C.

• Mjerne i zaštitne signale obrađuju posebno unutar uređaja, zadovoljavajući zahtjeve za točnošću, zahtjeve za opsegom zaštite i pouzdanost.

• Koristite specijalni frekvencijski uzorkovalni krug za precizno praćenje frekvencije mreže, čime se izračuni električnih veličina čine točnijima.

• Koristite optičku izolaciju za digitalni unos/izlaz, a za internu žicu skrinje koristite ekranirane kable, efektivno spriječavajući vanjsku interferenciju i poboljšavajući sposobnost anti-interferencije uređaja.

• Koristite veliki LCD zaslon i mekanu tipkovnicu za jasnije prikaz brojčanih vrijednosti i lakšu upotrebu.

• Nakon komisioniranja i rada, razne postavke zaštite pohranjene su digitalno u EPROM, omogućujući njihovu odmah povratnu upotrebu nakon komisioniranja ili popravke greške kruga.

• Oprijeko funkcionalni krug za rad prekidača, prikladan za kontrolu različitih vrsta prekidača, olakšavajući rekonstrukciju podstanice.

• Ima sveobuhvatne mogućnosti analize incidenta, uključujući zapis događaja akcija zaštite, zapis prekoračenja ograničenja signala električnih veličina i snimanje grešaka.

4. Uloga mikro računalnih integriranih zaštitnih uređaja u visokonaponskim sklopovima

Mikro računalni zaštitni uređaji štite od abnormalnih stanja u krugovima. Njihove uloge u visokonaponskim sklopovima uključuju:

Mikro računalni zaštitni uređaji posjeduju moćne mogućnosti obrade podataka, logičkih izračuna i pohrane informacija, s naprednim internim arhitekturama. Nudi potpune funkcije zaštite ekvivalentne tradicionalnoj relnoj zaštiti. Primajući signale od mjernih komponenti poput strujnih i naponskih transformatora, uređaj može nadgledati, kontrolirati i zaštititi stanje kruga – poput zaštite od kratkih spojeva, zaštite od preopterećenja i zaštite od jednofazne zemljne greške.

Bez zaštitnih uređaja, visokonaponski sklopovi koriste releje za postizanje ovih zaštitnih funkcija. Moderna mikro računalna zaštita nudi poboljšane funkcionalnosti, poput lako dostupnog daljnog upravljanja, komunikacije s gornjim sustavima za prijenos podataka o strujama, naponima, snazi i energiji, te praktične prilagodb