Bagaimana cara memilih perangkat pelindung terintegrasi mikrokomputer dan apa fungsinya dalam peralatan switch tegangan tinggi
1. Pemilihan dan Peran Perangkat Perlindungan Terintegrasi Mikrokomputer
1.1 Pemilihan Perangkat Perlindungan Terintegrasi Mikrokomputer
Untuk memastikan perangkat perlindungan terintegrasi mikrokomputer dapat melakukan tugas perlindungan relai dengan benar dan akurat, pemilihan pada saat desain harus mempertimbangkan secara komprehensif keandalan, waktu respons, pemeliharaan dan pemasangan, serta fungsi tambahan.
Masukan sinyal untuk perangkat perlindungan terintegrasi mikrokomputer sama dengan perlindungan relai tradisional: sinyal tegangan dan arus diperkenalkan dari transformator potensial (PT) dan transformator arus (CT), dikonversi oleh transmitter menjadi sinyal standar yang dibutuhkan oleh perangkat perlindungan, difilter untuk menghilangkan harmonisa orde rendah dan tinggi serta gangguan lainnya, kemudian dikonversi dari sinyal analog ke digital oleh konverter A/D.
CPU melakukan perhitungan pada masukan digital, membandingkan hasil dengan nilai yang telah ditetapkan, membuat penilaian, dan kemudian memutuskan apakah akan memicu alarm atau trip. Untuk memenuhi persyaratan keandalan, sinyal masukan pengukuran dan perlindungan diproses dan dihasilkan oleh unit pemrosesan independen dalam perangkat. Ini memastikan akurasi pengukuran sambil memberikan margin yang cukup selama terjadi kerusakan berat. Keandalan umum rekayasa dipenuhi jika perangkat tidak mengalami overflow atau saturasi A/D ketika arus kerusakan mencapai 20 kali nilai normal.
1.2 Pemilihan Waktu Respons
Alur kerja perangkat lunak perangkat perlindungan umumnya seperti yang ditunjukkan pada gambar di bawah ini:
Dapat dilihat dari diagram bahwa waktu respons perangkat perlindungan berkaitan erat dengan perangkat lunak yang digunakan dan metode perhitungan kuantitas listrik, yang biasanya tidak diketahui oleh pengguna.
Selama desain dan pemilihan, kita hanya dapat menilai kualitas perangkat perlindungan berdasarkan tiga indikator: akurasi perhitungan, waktu respons, dan beban komputasi. Ketiga faktor ini saling bertentangan: akurasi perhitungan buruk dan beban komputasi kecil menghasilkan waktu respons yang lebih cepat, sementara akurasi yang lebih tinggi dan beban komputasi yang lebih besar menghasilkan respons yang lebih lambat. Secara umum, bagi pengguna akhir jaringan listrik, menetapkan beban komputasi lebih dari 3 kali, akurasi perhitungan lebih dari 0,2%, dan waktu respons maksimum kurang dari 30ms sudah cukup untuk memenuhi persyaratan umum rekayasa terkait waktu respons.
1.3 Pemilihan Fungsi Lainnya
Perangkat perlindungan terintegrasi mengandung banyak sirkuit terintegrasi, memerlukan keahlian teknis tingkat tinggi untuk pemeliharaan. Selama pemilihan, prioritaskan perangkat dengan perangkat keras modular dan standarisasi, sehingga kerusakan perangkat keras dapat diselesaikan hanya dengan mengganti modul, meningkatkan efisiensi kerja. Selain itu, perangkat perlindungan harus memiliki modul EPROM internal, memungkinkan semua nilai setelan disimpan secara digital. Personel lapangan kemudian dapat dengan mudah mengingat setelan tersebut untuk pemasangan peralatan tanpa perlu pemrograman ulang.
Untuk integrasi dengan sistem pemantauan otomatisasi proyek secara keseluruhan, perangkat perlindungan harus memiliki kemampuan komunikasi, memungkinkan pembentukan jaringan melalui bus data dan memungkinkan informasi pasca-trip ditransmisikan ke sistem pemantauan otomatisasi level atas.
2. Hubungan antara Perangkat Perlindungan Terintegrasi dan Sistem Kontrol Otomasi Pabrik
Berdasarkan konfigurasi dan persyaratan komunikasi sistem kontrol otomasi pabrik, sistem otomasi untuk perangkat perlindungan terintegrasi mikrokomputer umumnya dibagi menjadi tiga lapisan: lapisan switchgear, lapisan substation, dan ruang kontrol pusat.
2.1 Lapisan Switchgear
Lapisan switchgear terdiri dari berbagai jenis perangkat perlindungan terintegrasi mikrokomputer, dipasang langsung pada switchgear. Setiap perangkat menangani secara langsung pengukuran, sinyal perlindungan, dan fungsi kontrol untuk lemari masing-masing. Fungsi spesifiknya adalah sebagai berikut:
(1) Lemari Masuk
Fungsi Perlindungan: Overcurrent instan, overcurrent tertunda.
Fungsi Pengukuran: Arus tiga fase, tegangan tiga fase, daya aktif/reaktif, energi aktif/reaktif.
Fungsi Pemantauan: Posisi buka/tutup pemutus sirkuit.
Fungsi Kontrol: Buka/tutup manual (di lemari), buka/tutup jarak jauh.
Fungsi Alarm: Trip karena kecelakaan, sinyal peringatan, status buka/tutup, kerusakan perangkat, perekaman kerusakan, dll.
(2) Lemari Trafo
Fungsi Perlindungan: Overcurrent instan, overcurrent tertunda, overload invers-time, ground fault satu fase, trip gas berat.
Fungsi Pengukuran, Pemantauan, dan Kontrol: Sama dengan lemari masuk.
Fungsi Alarm: Trip karena kecelakaan, gas ringan, alarm suhu, sinyal peringatan, status buka/tutup, kerusakan perangkat, perekaman kerusakan, dll.
(3) Lemari Busbar
Fungsi Perlindungan, Pemantauan, dan Kontrol: Sama dengan lemari masuk.
Fungsi Alarm: Trip karena kecelakaan, kerusakan perangkat, perekaman kerusakan, dll.
(4) Lemari Motor
Fungsi Perlindungan: Overcurrent instan, overcurrent tertunda, overload, ground satu fase, undervoltage, overheating.
Fungsi Pengukuran: Arus tiga fase, tegangan tiga fase, daya aktif/reaktif, energi aktif/reaktif.
Fungsi Pemantauan: Posisi buka/tutup pemutus sirkuit.
Fungsi Kontrol: Buka/tutup manual (di lemari), buka/tutup jarak jauh.
Fungsi Alarm: Trip karena kecelakaan, sinyal peringatan, status buka/tutup, kerusakan perangkat, perekaman kerusakan, dll.
Setelah pengumpulan data di switchgear masing-masing, perangkat perlindungan mentransmisikan data melalui bus ke komputer pemantauan di lapisan substation. Sistem ini sangat mengurangi kabel kontrol, mempersingkat waktu pemasangan di lapangan, dan meningkatkan efisiensi kerja.
2.2 Lapisan Substation
Banyak sinyal dari substation perlu ditransmisikan ke ruang kontrol pusat melalui Ethernet industri pabrik, dan perintah kontrol dari ruang kontrol pusat perlu diterima dan dikirim ke perangkat perlindungan. Lapisan substation biasanya terdiri dari komputer kontrol industri, printer, dan monitor. Fungsi utamanya termasuk konfigurasi dan manajemen perangkat perlindungan switchgear, pemantauan operasi sistem, pembentukan dan manajemen database substation, dan komunikasi dengan ruang kontrol pusat.
Karena kerahasiaan produsen terhadap perangkat lunak dan metode perhitungan kuantitas listrik perangkat perlindungan mereka, lapisan substation 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 switchgear dan substation dapat menggunakan jaringan bus MODbus, mendukung hingga 64 stasiun slave. Isolasi optik digunakan antara jaringan komunikasi dan perangkat untuk mencegah gangguan eksternal. Komunikasi antara substation 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 database, perangkat lunak pembuatan laporan, dan perangkat lunak komunikasi.
Saat memilih perangkat lunak, perangkat lunak kontrol utama harus memiliki tingkat modularitas yang tinggi. Modularitas tinggi memungkinkan personel lapangan memanggil perangkat lunak berdasarkan kondisi lapangan tanpa perlu pemrograman tambahan, secara signifikan mengurangi beban operasional dan pemeliharaan untuk petugas penjadwalan dan pemeliharaan, serta meningkatkan efisiensi kerja.
3. Pertimbangan Lainnya
Selain itu, berikut ini adalah isu-isu yang harus diperhatikan selama pemilihan hardware untuk perangkat perlindungan terintegrasi mikrokomputer:
Gunakan kotak yang kedap, diperkuat, tahan getaran dan gangguan kuat, dengan ukuran instalasi yang padat, cocok untuk lingkungan yang keras dan pemasangan panel.
Gunakan struktur dual-CPU industri, dengan setiap perangkat mengandung CPU utama dan CPU komunikasi. Kedua CPU bekerja dalam mode inspeksi bersama untuk meningkatkan waktu respons dan akurasi, mencegah operasi salah atau gagal, dan meningkatkan stabilitas dan keandalan.
Kompensasi suhu penuh secara otomatis memungkinkan perangkat beroperasi dalam jangka panjang di lingkungan dari -20°C hingga +60°C.
Sinyal pengukuran dan perlindungan diproses secara terpisah dalam perangkat, memenuhi persyaratan akurasi serta persyaratan rentang perlindungan dan keandalan.
Gunakan sirkuit sampling frekuensi khusus untuk melacak frekuensi grid dengan tepat, membuat perhitungan kuantitas listrik lebih akurat.
Gunakan isolasi optik untuk input/output digital, dan kabel berlapis untuk kabel dalam lemari, secara efektif mencegah gangguan eksternal dan meningkatkan kemampuan anti-gangguan perangkat.
Gunakan layar LCD besar dan keypad lembut untuk tampilan numerik yang lebih jelas dan operasi yang lebih mudah.
Setelah pemasangan dan operasi, berbagai nilai setelan perlindungan disimpan secara digital di EPROM, memungkinkan pemanggilan segera setelah pemasangan atau perbaikan sirkuit kerusakan.
Dilengkapi dengan rangkaian operasi pemutus sirkuit yang lengkap, cocok untuk mengontrol berbagai jenis pemutus sirkuit, memfasilitasi retrofit substation.
Memiliki kemampuan analisis kecelakaan yang komprehensif, termasuk catatan acara perlindungan, catatan sinyal kuantitas listrik melebihi batas, dan perekaman kerusakan.
4. Peran Perangkat Perlindungan Terintegrasi Mikrokomputer dalam Switchgear Tegangan Tinggi
Perangkat perlindungan mikrokomputer melindungi terhadap kondisi abnormal dalam sirkuit. Perannya dalam switchgear tegangan tinggi termasuk:
Perangkat perlindungan mikrokomputer memiliki kemampuan pemrosesan data, komputasi logis, dan penyimpanan informasi yang kuat, dengan arsitektur internal canggih. Mereka menawarkan fungsi perlindungan lengkap yang setara dengan perlindungan relai konvensional. Dengan menerima sinyal dari komponen pengukuran seperti transformator arus dan tegangan, perangkat dapat memonitor, mengontrol, dan melindungi keadaan sirkuit—seperti perlindungan short-circuit, overload, dan ground fault satu fase.
Tanpa perangkat perlindungan, switchgear tegangan tinggi menggunakan relai untuk mencapai fungsi-fungsi perlindungan ini. Perlindungan mikrokomputer modern menyediakan fungsionalitas yang ditingkatkan, seperti kontrol jarak jauh yang mudah, komunikasi dengan sistem level atas untuk mentransmisikan data arus, tegangan, daya, dan energi, serta penyesuaian setelan perlindungan yang nyaman.
