Kako odabrati mikro računarski integrirani zaštitni uređaj i koja je njegova funkcija u visokonaponskom sklopovnom uređaju
1. Odabir i uloga mikrokompjuterskih integriranih zaštitnih uređaja
1.1 Odabir mikrokompjuterskih integriranih zaštitnih uređaja
Da bi se osiguralo da mikrokompjuterski integrirani zaštitni uređaj ispravno i precizno obavlja svoje zadatke zaštite releja, pri odabiru tijekom dizajna treba kompleksno razmotriti pouzdanost, vremensku odgovornost, održavanje i komisijalizaciju, kao i dodatne funkcije.
Signali koji se unose u mikrokompjuterske integrirane zaštitne uređaje su isti kao kod tradicionalne reljefne zaštite: signali napona i struje se uvode iz potencijalnih transformatora (PT) i transformatora struje (CT), pretvaraju se pretvaračima u standardne signale potrebne zaštitnom uređaju, filtriraju se kako bi se uklonile niske i visoke harmonike te druga smetnja, a zatim se pretvaraju iz analognih u digitalne signale A/D pretvaračem.
CPU obavlja izračune na temelju digitalnog unosa, uspoređuje rezultate s prethodno postavljenim vrijednostima, donosi odluke i zatim odlučuje hoće li pokrenuti alarm ili isključiti. Da bi se ispunovali zahtjevi za pouzdanost, signali za mjerenje i zaštitu obrađuju i izlaze nezavisne obradne jedinice unutar uređaja. To osigurava preciznost mjerenja uz dovoljan raspon prilikom teških grešaka. Općenito inženjerska pouzdanost je ispunjena ako uređaj ne doživi prekoračenje A/D ili nasitljivost kada struja greške doseže 20 puta normalnu vrijednost.
1.2 Odabir vremenske odgovornosti
Softverski radni proces zaštitnog uređaja općenito je prikazan na sljedećoj slici:
Iz dijagrama se može vidjeti da je vremenska odgovornost zaštitnog uređaja tesno povezana s upotrijebljenim softverom i metodom izračuna električnih veličina, što je općenito nepoznato korisnicima.
Tijekom dizajna i odabira, kvalitet zaštitnog uređaja možemo ocijeniti samo na temelju tri indikatora: točnost izračuna, vremenska odgovornost i računalni opterećenje. Ove tri faktore su međusobno suprotne: loša točnost izračuna i mali računalni opterećenje dovode do bržeg vremena odgovora, dok veća točnost i veće računalno opterećenje rezultiraju sporijim vremenom odgovora. Općenito, za krajnje korisnike mreže, postavljanje računalnog opterećenja na više od 3 puta, točnost izračuna veću od 0,2% i maksimalno vremensko odgovaranje manje od 30 ms dovoljno je da ispunjava tipične inženjerske zahtjeve za vremensku odgovornost.
1.3 Odabir drugih funkcija
Integrirani zaštitni uređaji sadrže mnogo integriranih sklopova, što zahtijeva visoku tehničku stručnost za održavanje. Tijekom odabira, prioritet treba dati uređajima s modulskim i standardiziranim hardverom, omogućujući rješavanje hardverskih grešaka jednostavnim zamjenama modula, time se povećava efikasnost rada. Također, zaštitni uređaj treba imati ugrađeni EPROM modul, omogućujući digitalno pohranjivanje svih postavljenih vrijednosti. Poljski osoblje može lako povratiti te postavke za komisijalizaciju opreme bez ponovnog programiranja.
Za integrisanje s cjelokupnim automatiziranim nadzornim sustavom, zaštitni uređaj treba imati mogućnosti komunikacije, omogućujući lako formiranje mreže putem podatkovnih busova i omogućujući prenos informacija nakon isključivanja na gornji automatizirani nadzorni sustav.
2. Odnos između integriranih zaštitnih uređaja i sustava automatiziranog kontrole cijele fabrike
Na temelju konfiguracije i zahtjeva za komunikaciju sustava automatizirane kontrole cijele fabrike, automatizirani sustav za mikrokompjuterske integrirane zaštitne uređaje općenito se dijeli na tri sloja: sloj prekidača, sloj podstancije i centralni kontrolni prostor.
2.1 Sloj prekidača
Sloj prekidača sastoji se od različitih vrsta mikrokompjuterskih integriranih zaštitnih uređaja, direktno instaliranih na prekidače. Svaki uređaj direktno obrađuje signale mjerenja, zaštite i kontrolne funkcije za svoju kabinetu. Specifične funkcije su sljedeće:
(1) Kabinet za dolazne linije
Funkcije zaštite: Instantani prekoračeni tok, prekoračeni tok s odgodbom.
Funkcije mjerenja: Trofazni tok, trofazni napon, aktivna/reactivna snaga, aktivna/reactivna energija.
Funkcije nadzora: Položaj otvoren/zatvoren prekidnika.
Funkcije kontrole: Ručno otvaranje/zatvaranje (na kabinetu), daljinsko otvaranje/zatvaranje.
Funkcije alarma: Isključivanje zbog incidenta, upozorenja, status otvoren/zatvoren, greška uređaja, zapisivanje grešaka itd.
(2) Kabinet transformatora
Funkcije zaštite: Instantani prekoračeni tok, prekoračeni tok s odgodbom, prekoračeni tok s inverznom odgodbom, jednofazni zemljani krug, trip zbog teškega plina.
Funkcije mjerenja, nadzora i kontrole: Iste kao kabinet za dolazne linije.
Funkcije alarma: Isključivanje zbog incidenta, svjetla plina, upozorenje temperature, upozorenja, status otvoren/zatvoren, greška uređaja, zapisivanje grešaka itd.
(3) Kabinet busbarske crte
Funkcije zaštite, nadzora i kontrole: Iste kao kabinet za dolazne linije.
Funkcije alarma: Isključivanje zbog incidenta, greška uređaja, zapisivanje grešaka itd.
(4) Kabinet motora
Funkcije zaštite: Instantani prekoračeni tok, prekoračeni tok s odgodbom, preopterećenje, jednofazni zemljani krug, niski napon, previsoka temperatura.
Funkcije mjerenja: Trofazni tok, trofazni napon, aktivna/reactivna snaga, aktivna/reactivna energija.
Funkcije nadzora: Položaj otvoren/zatvoren prekidnika.
Funkcije kontrole: Ručno otvaranje/zatvaranje (na kabinetu), daljinsko otvaranje/zatvaranje.
Funkcije alarma: Isključivanje zbog incidenta, upozorenja, status otvoren/zatvoren, greška uređaja, zapisivanje grešaka itd.
Nakon prikupljanja podataka u svojim prekidačima, zaštitni uređaji prenose podatke preko busa na nadzorni računalo na sloju podstancije. Ovaj sustav značajno smanjuje kontrokabelske, skraćuje vrijeme komisijalizacije na terenu i povećava efikasnost rada.
2.2 Sloj podstancije
Mnogi signali iz podstancije moraju biti preneseni u centralni kontrolni prostor preko industrijskog Ethernet-a fabrike, a naredbe kontrole iz centralnog kontrolnog prostora moraju biti primljene i poslane zaštitnim uređajima. Sloj podstancije obično sastoji se od industrijskih kontrolnih računala, printera i monitora. Glavne funkcije uključuju konfiguriranje i upravljanje zaštitnim uređajima prekidača, nadzor rada sustava, stvaranje i upravljanje bazom podataka podstancije, te komunikaciju s centralnim kontrolnim prostorom.
Zbog tajnosti proizvođača o softveru i metodama izračuna električnih veličina njihovih zaštitnih uređaja, sloj podstancije mora također rukovati pretvorbu protokola komunikacije kako bi omogućio prenos i primanje signala između centralnog kontrolnog prostora i zaštitnih uređaja.
2.3 Komunikacijska mreža
Komunikacija između prekidača i podstancije može koristiti MODbus bus mrežu, podržavajući do 64 slave stanica. Između komunikacijske mreže i uređaja koristi se optička izolacija kako bi se sprečila vanjska smetnja. Komunikacija između podstancije i centralnog kontrolnog prostora 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 trebaju uključivati: glavni kontrolni softver, grafički softver, softver za upravljanje bazom podataka, softver za generiranje izvještaja i softver za komunikaciju.
Pri odabiru softvera, glavni kontrolni softver treba imati visoku razinu modularnosti. Visoka modularnost omogućuje poljskom osoblju da poziva softver na temelju uvjeta na terenu bez dodatnog programiranja, značajno smanjujući operativni i održavajući opterećenje dispečera i osoblja za održavanje, te povećavajući efikasnost rada.
3. Ostali razmatranja
Dodatno, sljedeće pitanje treba imati na umu tijekom odabira hardvera za mikrokompjuterske integrirane zaštitne uređaje:
Korištenje zapečaćene, pojačane kutije otporne na jaku vibraciju i smetnje, sa kompaktnom veličinom montaže, prikladnom za teške okruženja i montažu na panel.
Korištenje industrijske dual-CPU strukture, gdje svaki uređaj sadrži glavni CPU i CPU za komunikaciju. Dva CPU-a rade u modelu međusobne inspekcije kako bi poboljšali vremensku odgovornost i točnost, spriječili pogrešnu operaciju ili neoperativnost, te povećali stabilnost i pouzdanost.
Automatska kompenzacija temperature u cijelom rasponu omogućuje uređaju dugoročnu operaciju u okruženju od -20°C do +60°C.
Signali za mjerenje i zaštitu obrađuju se zasebno unutar uređaja, ispunjavajući zahtjeve za točnošću, kao i za zahtjeve za rasponom zaštite i pouzdanosti.
Korištenje specijalne frekvencijske uzorkujuće šaržne strujne petlje za precizno praćenje frekvencije mreže, čime se čine izračuni električnih veličina točniji.
Korištenje optičke izolacije za digitalne ulazne/izlazne, te ekranirane kablove za internu kablagu kabineta, efektivno sprečava vanjsku smetnju i povećava sposobnost uređaja za otpornost na smetnje.
Korištenje velikog LCD ekrana i mekanog tipkovnice za jasnije prikaz brojčanih vrijednosti i lakšu operaciju.
Nakon komisijalizacije i operacije, različite postavljene vrijednosti zaštite pohranjene su digitalno u EPROM-u, omogućujući njihov odmah povrat nakon komisijalizacije ili popravke kriza.
Opremljen je potpuno funkcionalnim operacijskim krozputnjicama prekidnika, prikladnim za kontrolu različitih vrsta prekidnika, olakšavajući rekonstrukciju podstancija.
Ima savršene mogućnosti analize incidenta, uključujući zapisivanje događaja akcije zaštite, zapisivanje prekoračenja signala električnih veličina i zapisivanje grešaka.
4. Uloga mikrokompjuterskih integriranih zaštitnih uređaja u visokonaponskim prekidačima
Mikrokompjuterski zaštitni uređaji štite protiv nepravilnih stanja u krugovima. Njihove uloge u visokonaponskim prekidačima uključuju:
Mikrokompjuterski zaštitni uređaji poseduju moćne mogućnosti obrade podataka, logičkih izračuna i pohrane informacija, s naprednim unutrašnjim arhitekturama. Pružaju potpune funkcije zaštite ekvivalentne tradicionalnoj reljefnoj zaštiti. Primajući signale od mjernih komponenti, poput transformatora struje i napona, uređaj može nadzirati, kontrolirati i zaštititi stanje kruga - poput zaštite od kratkog spoja, preopterećenja i jednofaznog zemljanskog kruga.
Bez zaštitnih uređaja, visokonaponski prekidači koriste releje za postizanje ovih zaštitnih funkcija. Moderni mikrokompjuterski zaštitni uređaji nude poboljšane funkcionalnosti, poput lako dostupne daljinske kontrole, komunikacije s gornjim sustavima za prenos podataka o struji, naponu, snazi i energiji, te lako prilagodbu postavki zaštite.
