Nowe funkcje w zespołach zabezpieczeń

 AUTOMATYKA ELEKTROENERGETYCZNA
Nowe funkcje w zespołach zabezpieczeń MiCOM platformy P10
Andrzej Juszczyk
W ostatnich dwóch latach, Schneider Electric Energy w Świebodzicach wprowadził na rynek nowe typy zespołów zabezpieczeń elektroenergetycznych – MiCOM P111Enh oraz
MiCOM P116, należących do platformy MiCOM P10. Oba
produkty zostały opracowane przez konstruktorów w Świebodzicach, z zamiarem ich wprowadzenia do globalnych sieci
dystrybucyjnych Schneider Electric. W związku z tym, przy
ich opracowaniu brano pod uwagę wymagania i potrzeby
klientów z różnych regionów świata.
Działanie na tak szerokim rynku pozwala na wzbogacanie rozwiązań technicznych wiedzą i doświadczeniem inżynierów z globalnej wioski, jaką jest współczesny świat. Ze względu na fakt, że
zostały opracowane w Polsce, uważny obserwator może doszukać
się w nich wielu rozwiązań wynikających z doświadczeń polskiej
energetyki. Przyczyniły się one do sukcesu tych przekaźników na
wielu rynkach zagranicznych. Pomimo że produkty zostały wprowadzone stosunkowo niedawno, konstruktorzy ciągle uzupełniają je
o nowe funkcje.
MiCOM P111Enh oraz MiCOM P116 łączy przede wszystkim
fakt, że należą do tej samej platformy – P10, stąd struktura menu
oraz funkcje są bardzo zbliżone do siebie. Jednak ze względu na
różną aplikację, warstwa sprzętowa bardzo się różni.
MiCOM P111Enh
MiCOM P111Enh (rys. 1) jest przeznaczony do sieci średniego
napięcia jako atrakcyjne rozwiązanie dla obiektów elektroenergetycznych, wymagających ekonomicznych rozwiązań (optymalnego
stosunku – cena/funkcje). Całość sprzętu P111Enh jest zamknięta
w bardzo małej obudowie (107×107×113 mm). Może to sugerować,
że mamy do czynienia z prostym przekaźnikiem nadprądowym.
USB
Funkcje rejestracji
RS485 t
Port do
port do
podłączenia
komunikacji z
z PC
systemem DCS
(S1 Studio )
3Uo
Wyłącznik
Rys. 1. Przekaźnik P111Enh
Jednak dzięki graficznemu wyświetlaczowi LCD i oprogramowaniu
komunikacyjnemu MiCOM S1 Studio zauważa się mnogość funkcji i elastyczność w jego konfiguracji (rys. 2 przedstawia dostępne
funkcje w P111Enh). Co ważne, nie odbywa się to kosztem skomplikowania jego obsługi. Osoba, niepasjonująca się zbytnio automatyką zabezpieczeniową, jest w stanie w krótkim czasie przeprowadzić jego parametryzację poprzez panel przedni, a po jego instalacji
może – bez odwoływania się do instrukcji obsługi – prowadzić jego
eksploatację. Ci, którzy chcą zabezpieczyć obiekt energetyczny
w bardziej skomplikowany sposób, natrafią w nim wiele ciekawych
funkcji (np. blokowanie od 2. harmonicznej zabezpieczenia nadprądowego ziemnozwarciowego).
Niektóre funkcje wynikają bezpośrednio z doświadczeń polskiej
energetyki, np. zabezpieczenia admitancyjne. Zabezpieczenia te
coraz częściej znajdują uznanie poza granicami Polski. Co ważne
Wejścia /wyjścia
Rejestr wyłaczeń:
20
Przekaźniki :
RL1-RL4
Rejestr alarmów :
5
Diody LED : 8
Rejestr zdarzeń :
200
Przyciski załącz/
wyłącz wyłącznik
Liczniki
Przekaźniki :
RL5-RL6
Rejestr zakłóceń :
do 4s
Wej. dwustanowe :
L1-L4
Rejestr pobudzeń : 5
Wej. dwustanowe :
L5-L6
50/51
50N
51N
67 N
50BF
49
46 BC
46
Dr inż. Andrzej Juszczyk – REFA Zakład Automatyki i Systemów Elektroenergetycznych, Schneider Electric Energy Poland Sp. z o.o., Świebodzice
74 POMIARY
- 2 grupy nastaw
- Diagnostyka sporzętu
- Prądy fazowe
- Prąd doziemny
- Napięcie Uo
- Liczniki wyłączeń, alarmów,
pobudzeń
- Blokowanie zabezpieczeń
- 4 Pomocnicze liczniki czasu
- Załączanie na zwarcie
- Synchronizacja czasu
poprzez wejście dwustanowe
- Blokada od 2. harmonicznej
- Logika selektywna blokady
- Tryb testowy
- Sterowanie lokalne/zdalne
- Nadzór wyłącznika
- Licznik operacji
mechanicznych wyłącznika
- Przełączalny w menu prąd
znamionowy In (Ion) 1A/5A
- Liczniki SPZ
- Składowa przeciwna i
zgodna
Graficzny wyświetlacz
LCD
MiCOM P111Enh
Model E
86
I , Io
FUNKCJE POMOCNICZE
79
Rys. 2. Prezentacja funkcji MiCOM P111Enh
Rok LXXX 2012 nr 9
AUTOMATYKA ELEKTROENERGETYCZNA
– użytkownik nie będzie za bardzo ograniczony przy jego konfiguracji. Ciekawym rozwiązaniem jest zasilanie P111Enh z PC poprzez
port USB. Nie trzeba podłączać do P111Enh napięcia pomocniczego, aby się z nim skomunikować lub przejrzeć menu. Przełączanie
prądu znamionowego 1 A/5 A odbywa się przez nastawę w menu.
Protokół komunikacyjny: Modbus lub IEC 103 jest również wybieralny w menu.
W P111Enh są dostępne następujące funkcje zabezpieczeniowe:
− 3 stopnie zabezpieczenia nadprądowego,
− 2 stopnie zabezpieczenia ziemnozwarciowego nadprądowego,
kierunkowego lub admitancyjnego,
− zabezpieczenie przed asymetrią (składowa przeciwna),
− lokalna rezerwa wyłącznikowa z kryterium podprądowym,
− przeciążenie (model cieplny),
− uszkodzony przewód (składowa przeciwna do zgodnej),
− automatyka SPZ.
Przy opracowaniu P111Enh zwrócono uwagę na elementy rejestracji, które obecnie stają się coraz ważniejsze. Szybka diagnoza
w czasie awarii jest podstawą ograniczenia czasu niezbędnego do
przywrócenia zasilania – co ma bezpośredni wpływ na wyniki ekonomiczne firmy, zasilanej z zabezpieczanego obiektu.
MiCOM P116
MiCOM P116 (rys. 3) jest zespołem zabezpieczeń nadprądowych,
który oprócz zasilania się z napięcia pomocniczego (AC lub DC),
zasila się z przekładników prądowych. We wnętrzu obudowy znaj-
Rys. 3. Przekaźnik P116
dują się zasobniki kondensatorowe ładowane zarówno z napięcia
pomocniczego jak i przekładników prądowych. Zasobniki te ładują
się do napięcia 24 V i dzięki zaawansowanemu sterowaniu zasobnikami, mogą współpracować z czułymi cewkami wyłącznika w zakresie 12–24 V dc/0,1 J. Takie cewki można zamówić jako wyposażenie nowoczesnych wyłączników SN i czasami WN. Co ciekawe
uruchomienie się urządzenia po podaniu źródła zasilania (napięcie
lub prąd) oraz czas naładowania zasobników energią z przekładników prądowych jest bardzo krótki, stąd czas gotowości do wyłączenia wyłącznika w przypadku załączania go na zwarcie, po dłuższej
przerwie w jego zasilaniu, wynosi ok. 70 ms. Oznacza to, że dodatkowy czas wynikający z faktu, że przekaźnik nie ma pewnego
napięcia pomocniczego – w najgorszym przypadku (opisanym powyżej) wynosi tylko ok. 30 ms. Nie ma znaczenia czy P116 jest zaRok LXXX 2012 nr 9
silany z baterii stacyjnej czy z napięcia pobranego z szyn zbiorczych
– wyłączenie wyłącznika i tak będzie dostatecznie szybkie i pewne.
Na panelu przednim ma programowalne wskaźniki elektromagnetyczne, które wskazują przyczynę zadziałania, nawet jak P116 nie
ma żadnego źródła zasilania. MiCOM P116 ma wszystkie funkcje
zabezpieczeniowe dostępne w P111Enh i dodatkowo zabezpieczenie podprądowe. Wyposażony jest tak samo w port USB, przez który jest zasilana elektronika P116.
Zalety P116 to m.in.:
− bardzo krótki czas bootowania po zaniku zasilania (tylko
ok. 25 ms). Przy zasilaniu P116 z przekładników prądowych, po
czasie bootowania oraz po realizacji pomiarów jest gotowy do wyłączenia wyłącznika poprzez czułą cewkę napięciową wyłącznika
(całkowity czas od podania prądu na zaciski do rozpoczęcia wyłączania wynosi typowo 65–70 ms),
− próg zasilania elektroniki z przekładników prądowych wynosi
0,2 In(Ion ) dla prądu w jednej fazie,
− pobór mocy z przekładników prądowych wynosi ok. 3 VA (przy
In ), a więc zwykle dla typowej aplikacji w rozdzielnicy SN w przemyśle, wystarczy zastosować przekładniki 5P20 5 VA – jest to istotne dla producentów rozdzielnic. Należy zauważyć, że dobór przekładników zawsze powinien być poprzedzony obliczeniami, tak aby
przekładniki uwzględniały moc zwarciową na rozdzielni (wymagana liczba przetężeniowa) oraz rzeczywiste obciążenie. Wytyczne
oraz wzory do obliczeń są przedstawione w instrukcji obsługi,
− liczne funkcje: zabezpieczeniowe nadprądowe, ziemnozwarciowe (w tym zabezpieczenia kierunkowe), admitancyjne, asymetrii,
model cieplny, załączanie na zwarcie, uszkodzony przewód, układ
LRW z kryterium podprądowym, blokada zabezpieczeń, SPZ, blokada od 2. harmonicznej itd.,
− 6 wejść binarnych i 7 wyjść przekaźnikowych,
− protokół jest wybieralny w menu: IEC 103 oraz MODBUS RTU
(zasilanie portu – z przekładników prądowych i napięcia pomocniczego – brak zaburzeń w procesie komunikacji podczas zwarcia),
− zaawansowane funkcje diagnostyczne (w tym diagnostyka
wyłącznika) oraz rejestracji (rejestracja zdarzeń, zakłóceń, wyłączeń – wszystko z cechą czasu i nawet, jeśli P116 jest zasilany
przez jakiś czas wyłącznie z przekładników prądowych – rozwiązanie unikatowe na świecie),
− funkcje obsługi sterowania lokalnego/zdalnego, blokowania SPZ,
liczniki itp.,
− niezwykle elastyczna, a jednocześnie przyjazna konfiguracja
z panelu przedniego, jak i oprogramowania komunikacyjnego
MiCOM S1 i S1 Studio.
Nowe funkcje w MiCOM P116 oraz P111Enh
W celu ułatwienia przeprowadzania testów funkcjonalnych podczas instalacji jak i eksploatacji wprowadzono funkcję testów w kolumnie menu – uruchomienie. Okienka menu związane z testami
funkcjonalnymi pojawią się po wprowadzeniu P116 czy P111Enh
w tryb testowy. Można wówczas zdefiniować, co zakończy procedurę testu funkcjonalnego – wyłączenie wyłącznika czy upływ
czasu (nastawa maksymalnej długości trwania testu). Następnie
należy wybrać element zabezpieczeniowy, który będzie testowany
(np. I >, I >> itp.). Po parametryzacji funkcji testu, można rozpocząć testowanie poprzez okno menu – wykonaj test. Zespół zabezpieczeń zachowa się dokładnie tak, jakby wielkość kryterialna
75
AUTOMATYKA ELEKTROENERGETYCZNA
USB
port
Tylny port
Komuniacja
z S1 lub
Studio
Port RS485
do systemu
DCS
Wyjście do czułej cewki
napięciowej wyłącznika
(szybko ładowana pojem .)
Wyjście do zewnętrznego
wskaźnika zadziałania
(szybko ładowana pojem .)
Wyłacznik
Napięcie
pomocn.
(Vx )
Wewnętrz
energia
zasilając .
elektron .
Zasil. z
przekładn .
79
I , Io
50/51
Funkcje rejestracji
Wejścia /wyjścia
Rejestr wyłącz .:
20
Przekaźnik : RL1
Rejestr Alarmu:
5
Wskaźnik zadział .:
Wył.+4 opcja.
Zdarzenia :
200
Przekaźniki :
RL2-RL6
Rejestrator zakłóceń
do 7,5s
Diody LED: 8
Liczniki
Wejścia
dwustanowe : 6
Rejestr pobudzeń :
5
Przyciski załącz i
wyłącz
Pomiary
- Załączanie na zwarcie
- Wartości max i średnie
- Watchdog
- Zapamiętywanie LEDs
i zatrzask przekaźnik . (86)
- Prądy fazowe
- Prądy doziemne
- Liczniki wyłączeń , pobudzeń
- Liczba operacji wyłącznika
- Blok. zabezpieczeń
- Zimny rozruch
- Logika selektywna
- 4 zabezpieczenia zewn .
- Sterow . Lokalne /Zdalne
- Nadzór wyłącznika
- Synchronizacja czasu
- Suma wyłączeń wyłacznika
- Tryb testów funkcjonalnych
- Zdalne sterowanie wyjściami
- Nadzór cewki wyłacznika
- Licznik SPZ
16x2 alfanumeryczny
wyświetlacz LCD
Funkcja dostępna dla prądu powyżej0.2In (Ion)
lub gdy obecne napięcie pomocniczeVx
Funkcja dostępna jeśli IA+IB+IC+Io jest powyżej 0.6A
(np.. 0.25In + 0.25In + 0.25In + 0Ion) lub gdy jest Vx
86
50 N
51 N
Funkcje pomocnicze
49
46
46 BC
50 BF
37
Funkcja dostępna nawet jeśli P116 zasila się tylko z prądu ale
wejścia napięciowe musza zasilać się z zewnętrznego źródła
zasilania
Funkcja dostępna jeśli jest napięcie pomocnicze Vx
Rys. 4. Prezentacja funkcji MiCOM P116
przekroczyła nastawę wybranego elementu zabezpieczeniowego.
Dzięki tej procedurze można sprawdzić prawidłowość wykonania
konfiguracji zespołu zabezpieczeń i obwody zewnętrzne. Jeśli jakiś
element zabezpieczeniowy nie został aktywowany, to po wykonaniu
testu nie będzie reakcji, co oznacza, że jest odstawiony lub został
źle skonfigurowany. Funkcja testu jest tak przemyślana, zaprojektowana i zrealizowana w P116, że można bez wymuszalnika prądowego dokonać pełnego testu przekaźnika i obwodów wtórnych. Na
końcu po przeprowadzeniu testów funkcjonalnych, należy załączyć
wyłącznik i porównać mierzone wartości w P116 z wartościami
wskazanymi przez amperomierz z cęgami. Jeśli pomiar jest prawidłowy i testy funkcjonalne też wykazały prawidłowość konfiguracji
oraz działania, oznacza to, że przekaźnik jest sprawny i działa prawidłowo (procedura testu nie różni się niczym od tej wykonywanej
podczas normalnej pracy P116). Dodatkowo można wysterować
osobno każde wyjście przekaźnikowe – co ułatwia znalezienie potencjalnego uszkodzenia w obwodach wtórnych – jest to bardzo dobra wiadomość szczególnie dla producentów rozdzielnic oraz służb
eksploatacji.
Innowacyjnym rozwiązaniem w P111Enh oraz P116 jest wprowadzenie do funkcji zabezpieczeniowej od przerwanego przewodu
(46BC) nastawialnego progu blokady. Dzięki takiej zmianie można
zacząć używać tej funkcji z konfiguracją na wyłączenie wyłącznika.
Funkcja uszkodzonego przewodu działa, wykorzystując kryterium
stosunku składowej przeciwnej do składowej zgodnej prądów fazo-
wych (Is2/Is1). Pozwala ona wykrywać przerwę w torze prądowym
jednej z faz sieci. Takie uszkodzenie pozornie nie stanowi żadnego
zagrożenia, jednak w przypadku urwania się przewodu jednej z faz
i doziemieniu po stronie odbiorów (rys. 5), zabezpieczenia ziemnozwarciowe mogą mieć poważne problemy z lokalizacją takiego
doziemienia. Skuteczność wyłączenia przez zabezpieczenia ziemnozwarciowe będzie zależała m.in. od impedancji obciążenia linii.
Utrzymywanie się takiego doziemienia jest szczególnie groźne dla
istot żywych, mogą bowiem zostać porażone prądem. Jeśli linia jest
obciążona to wówczas zabezpieczenie od uszkodzonego przewodu
będzie miało szansę działania.
Dotychczasowym problemem w stosowaniu tej funkcji była jej
nadwrażliwość w przypadku występowania asymetrii, szczególnie
przy małych wartościach prądu. Wielu użytkowników tej funkcji
ustawiało ją na sygnalizację. Po wprowadzeniu nastawialnej blokady podprądowej tego kryterium, ustawionej powyżej występujących
dla małych prądów asymetrii, nie ma obawy, że dojdzie do nieselektywnego (nadmiarowego) wyłączenia linii.
Podsumowanie
Zakład Schneider Electric Energy w Świebodzicach potrafił odnaleźć się w nowej rzeczywistości powszechnej globalizacji. Znakomita większość zespołów zabezpieczeń jest eksportowana do krajów
na całym świecie. Rocznie produkuje się ok. 20 tys. zabezpieczeń
serii P10 i ta liczba z roku na rok znacznie się zwiększa. Pozwala
to na ciągłą rozbudowę działu rozwoju (R&D), jakości wyrobów
oraz procesów produkcyjnych w zakładzie w Świebodzicach. Nowe
opracowania oraz wdrożenia są tego znakomitym potwierdzeniem.
Schneider Electric Energy Poland Sp. z o.o.
Rys. 5. Funkcja detekcji uszkodzenia przewodu
76 ul.Strzegomska 23/27
58-160 Świebodzice
tel. 74 854 88 77
www.schneider-energy.pl
Rok LXXX 2012 nr 9