Mikroprocesorowy tester zabezpieczeń

Laboratorium Elektroenergetycznej Automatyki Zabezpieczeniowej
Instrukcja laboratoryjna
1
Mikroprocesorowy tester zabezpieczeń
Celem ćwiczenia jest zapoznanie z funkcjami i obsługą mikroprocesorowych testerów
zabezpieczeń na przykładzie układu MPF300.
1
OPIS URZĄDZENIA MPF 300
1.1
OPIS OGÓLNY URZĄDZENIA
MPF-300 jest trójfazowym urządzeniem do laboratoryjnego i przenośnego sprawdzania
układów automatyki elektroenergetycznej oraz wszelkich innych układów wymagających
sygnałów napięcia i prądu o regulowanej amplitudzie i kącie fazowym. Aparat moŜe
współpracować z komputerem PC poprzez łącze RS-232, co umoŜliwia zadawanie
przebiegów wymuszających o programowalnym kształcie i czasie trwania, jak równieŜ
rejestrację odpowiedzi badanego układu. Wzmacniacze prądowe i napięciowe posiadają pełne
zabezpieczenia zwarciowe oraz przeciąŜeniowe. Urządzenie wyposaŜone jest w:
• trójfazowy, mikroprocesorowy generator napięć i prądów sinusoidalnych z
moŜliwością ustawiania ich amplitudy oraz przesunięcia fazowego pomiędzy nimi,
• wzmacniacze sygnałów wyjściowych prądu i napięcia, w pełni zabezpieczone na
wypadek nieprawidłowości w połączeniach zewnętrznych,
• moduł nastawczo – pomiarowy zadawanych wielkości,
• układ pomiaru czasu do 999 s (dokładność 1 ms).
Podstawowe parametry techniczne:
• napięcie zasilające 230V, 50Hz pobór mocy 500VA
• zakres regulacji napięcia 0-150V, 45 VA max (max prąd 0.3A przy 0-150V)
• rozdzielczość nastawy napięcia 0.1V
• zakres regulacji prądu 0-25A, 70 VA max (max napięcie 2.8V przy 0-25A)
• rozdzielczość nastawy prądu 0.1A
• zakres regulacji częstotliwości 25 - 250Hz
• rozdzielczość nastawy częstotliwości 0.01Hz
• zakres regulacji kąta fazowego -180° do 179°
• rozdzielczość nastawy kąta fazowego 1°
• klasa wzmacniacza wyraŜona w procentach stosunku do jego zakresu
- wzmacniacz napięciowy 150V 0.5% (f=50Hz, Robc>450Ω)
- wzmacniacz prądowy 25A 0.5% (f=50Hz, Robc=0...20mΩ)
1.2 BUDOWA I WYPOSAśENIE
Urządzenie testujące MPF-300 zmontowane jest w obudowie przystosowanej do
przenoszenia. Głównymi modułami funkcjonalnymi testera są:
• wzmacniacz prądowy WI-25 (25A)
• wzmacniacz napięciowy WU-150 (150V)
• układy sterujące i zabezpieczające
• układ pomiaru czasu
• panel wyświetlacza i klawiatury
Aparat MPF-300 jest urządzeniem wieloprocesorowym. Głównym procesorem, który formuje
przebiegi jest wysoko wydajny procesor sygnałowy. Pozostałe procesory zapewniają obsługę
Laboratorium Elektroenergetycznej Automatyki Zabezpieczeniowej
Instrukcja laboratoryjna
2
wyświetlacza LCD, ochronę wzmacniaczy przed niekorzystnymi warunkami termicznymi lub
elektrycznymi (zwarcia, itp.)
1.2.1 Płyta czołowa
Na płycie czołowej urządzenia MPF-300 umieszczono (Rys. 1.1):
- wyświetlacz LCD,
- klawiaturę,
- diody sygnalizacyjne,
- wejścia strobowania START, STOP
Rys. 1.1. Widok płyty czołowej (część sterująca).
1.2.2 Wyświetlacz LCD
Informacje pojawiające się w postaci przesuwającego się menu na wyświetlaczu LCD
(zawierającego 4 wiersze 20 - znakowe) słuŜą do:
• wyboru trybu pracy,
• nastawienia wartości generowanych sygnałów (wartości początkowych, końcowych,
szybkości narastania lub opadania, częstotliwości, przesunięcia fazowego),
• wyboru automatycznego lub ręcznego sposobu zmiany ich amplitudy (narastania lub
opadania),
• wyboru sposobu rozpoczęcia i zakończenia pomiaru czasu,
• pomiaru wartości skutecznych generowanych prądów lub napięć,
• pomiaru czasu wg wybranego sposobu wyzwalania,
• pomiaru częstotliwości generowanych przebiegów prądu lub napięcia,
• pomiaru kąta przesunięcia fazowego pomiędzy wybranymi przebiegami.
• Znaczenie symboli specjalnych, ukazujących się na wyświetlaczu testera:
↑↓
- ręczne sterowanie zmianą amplitudy przebiegu
- automatyczna zmiana amplitudy przebiegu wg ustalonych parametrów
==
- wartość wielkości ustalona, nie ulegająca zmianie w czasie próby
Tz
- czas trwania automatycznej zmiany (narastania lub opadania) amplitudy
generowanego przebiegu
KaŜdy wybór trybu pracy, nastawienia, sposobu zmiany amplitudy przebiegu wymaga
następnie jego zatwierdzenia poprzez naciśnięcie przycisku „A” (akceptacja). Po akceptacji
Laboratorium Elektroenergetycznej Automatyki Zabezpieczeniowej
Instrukcja laboratoryjna
3
moŜna przejść do następnego elementu podlegającego nastawieniu w menu. Zakończenie
nastawiania danego zestawu wymaga akceptacji symbolu OK.
Uwaga:
Wskazywane na wyświetlaczu LCD wartości napięcia lub natęŜenia prądów generowanych
przebiegów podawane są w wartościach skutecznych (ozn. rms - ang. root-mean-square.)
1.2.3 Klawiatura
Opis klawiatury przedstawiono w tabeli 1.1.
Tabela 1.1 Funkcje przycisków na panelu czołowym
↑↓← → kursory słuŜące do poruszania się po poszczególnych polach w menu oraz
zmiany cyfr w nastawianych wartościach parametrów sygnałów
A
akceptacja dokonanej zmiany nastawienia, wyboru pracy, itp.
W
powrót do ustawiania zaakceptowanego juŜ parametru. Dwukrotne naciśnięcie
przycisku "W" powoduje powrót do głównego menu
FA
podgląd napięć i prądów na wyjściach poszczególnych wzmacniaczy - aktywny
tylko podczas trwania generacji (pomiary mają sens dla f=50Hz) Uwaga: nie ma
pomiaru napięcia dla wzmacniacza napięciowego i prądu dla wzmacniacza
prądowego - w odpowiednich miejscach zawsze wyświetlane są zera
FB
słuŜy do serwisu technicznego testera - nie dotyczy uŜytkownika
1.2.4 Moduły wyjściowe wzmacniaczy prądowych i napięcia
Widok płyty czołowej wzmacniacza napięciowego i prądowego przedstawiony jest na
Rysunku 2.2. Wzmacniacze posiadają zaciski wyjściowe, do których podłączany jest badany
obiekt oraz diody sygnalizujące obecność napięcia zasilającego, przekroczenie temperatury
wzmacniaczy, przekroczenia maksymalnego napięcia na wzmacniaczu prądowym (3V max),
przekroczenia prądu obciąŜenia (0.3A max) dla wzmacniacza napięciowego oraz zwarcie
wzmacniacza napięciowego ( > 0.5A RMS).
Rys. 1.2. Widok płyty czołowej wzmacniacza napięciowego i prądowego.
Laboratorium Elektroenergetycznej Automatyki Zabezpieczeniowej
Instrukcja laboratoryjna
4
1.3 TRYBY PRACY URZĄDZENIA MPF-300
Aparat MPF300 moŜe generować przebiegi o amplitudzie stałej lub monotonicznie zmiennej
(narastające lub opadające). Na rysunku 1.3 zdefiniowano podstawowe parametry opisujące
generowane przebiegi.
Rys. 1.3. Przebiegi generowane przez urządzenie MPF-300.
Wartości i sygnały pochodzące od uŜytkownika:
• Xp (Up lub Ip) - początkowa wartość napięcia (prądu)
• Xk (Uk lub Ik) - końcowa wartość napięcia (prądu)
• Tz - zadany czas narostu
• START - start przyciskiem ST
• Sygnał „St” - zewnętrzny sygnał ST (zgodnie z ustawieniami sposobu wyzwalania)
• STOP (Sp) - stop przyciskiem, lub zewnętrznym sygnałem (SP)
Wartości do odczytu dla uŜytkownika:
• Xz (Uz lub Iz) - zatrzymana wartość napięcia (prądu)
• Tn - zmierzony czas narostu
• Tt - zmierzony czas testu
Laboratorium Elektroenergetycznej Automatyki Zabezpieczeniowej
Instrukcja laboratoryjna
5
1.3.1 Tryb I - U
Ten tryb pracy przeznaczony jest do badania zabezpieczeń prądowych, napięciowych,
kątowych, admitancyjnych, impedancyjnych oraz częstotliwościowych.
W trybie "I - U" definiuje się następujące parametry:
• wartość napięcia U: 0-150.0V (skok 0.1V)
• wartość prądu I: 0 - 25.0A (skok 0.1A)
• częstotliwość f: 25.00 - 250.00Hz (skok 0.01Hz)
• kąt przesunięcia fazowego φ: 0 - 360ş (skok 1ş)
• czas narostu Tn: 0-60s(skok 0.1s)
W omawianym trybie wartość napięcia i prądu moŜe być:
• stała (symbol ==),
• zmienna w czasie (symbol trójkąta - wtedy naleŜy podać wartość początkową i końcową
oraz czas narostu Tn)
• zmieniana ręcznie (symbol "rz" - w tym trybie nie ma moŜliwości ustawienia
automatycznego najazdu drugiej wielkości)
Po ustawieniu Ŝądanych parametrów generowanego przebiegu najeŜdŜamy za pomocą
kursorów na symbol "OK" (zaczyna on pulsować) i naciskamy przycisk "A". Powoduje to
przejście do ekranu testu gdzie wyświetlana jest informacja o oczekiwaniu na naciśnięcie
przycisku "ST" co spowoduje rozpoczęcie generowania zadanych przebiegów.
Naciśnięcie podczas trwania testu przycisku "FA" spowoduje przejście do ekranu
podglądu napięcia na wzmacniaczu prądowym i prądu na wzmacniaczu napięciowym.
UWAGA: Wartości "0" wyświetlane na tym ekranie są wartościami nieznaczącymi a nie
aktualnymi pomiarami.
Pomiary moŜna zakończyć automatycznie (jeŜeli na wejściu STOP wystąpiło zadane zbocze
sygnału) lub ręcznie (za pomocą przycisku "SP"). Po zakończeniu pomiarów pojawia się
ekran z ich wynikami. Wyświetlane są zmierzone napięcia, prądy, czas narostu, czas testu itp.
1.3.2 Generator
W odróŜnieniu od trybu "I- U" w tym przypadku generacja sygnałów następuje bezpośrednio
po wybraniu odpowiedniej wartości w menu i nie jest uruchamiana lub zatrzymywana
sygnałami zewnętrznymi, doprowadzonymi do zacisków ST lub SP. Rozpoczęcie generacji i
jej zatrzymanie moŜliwe jest wielokrotnie, lecz jedynie ręcznie przyciskami ST(START) i
SP(STOP).
W trybie tym moŜliwe jest ustawienie następujących parametrów:
• wartość napięcia U: 0-150V (rozdzielczość 0.1V)
• wartość prądu I: 0 - 25.0A (rozdzielczość 0.1A)
• częstotliwość przebiegów U oraz I: 25.00 - 250.00Hz (rozdzielczość 0.01Hz)
• kąt fazowy φ: –180ş..+179ş (rozdzielczość 1ş).
W trybie tym nie istnieje moŜliwość automatycznej zmiany amplitudy któregokolwiek z
parametrów natomiast kaŜdy z nich moŜe być modyfikowany ręcznie (kursorami góra - dół)
po wybraniu odpowiedniej wielkości (U, I, f, φ) w menu.
1.3.3 Kontrola PC
Wybranie tego trybu powoduje przekazanie kontroli nad urządzeniem do komputera.
UmoŜliwia to dostęp do wielu opcji niedostępnych z poziomu pulpitu aparatu MPF-300.
Połączenie z komputerem PC umoŜliwia akwizycję zebranych podczas testów danych
pomiarowych.
Laboratorium Elektroenergetycznej Automatyki Zabezpieczeniowej
Instrukcja laboratoryjna
2
6
Przebieg ćwiczenia
2.1
Kontrola dokładności testera – wyjścia napięciowe
Do wyjścia napięciowego testera przyłączyć woltomierz. Ustawić tester w tryb
„Generator” i zmierzyć wartości napięcia wyjściowego zmieniając wartość generowaną przez
tester w zakresie 30 - 150V (co 10V). Pomiary wykonać dla z obciąŜeniem znamionowym i
na biegu jałowym.
2.2
Kontrola dokładności testera – wyjścia prądowe
Do wyjścia prądowego testera przyłączyć amperomierz. Ustawić tester w tryb „Generator”
i zmierzyć wartości prądu wyjściowego zmieniając wartość generowaną przez tester w
zakresie 1 – 5A (co 0,5A).
Testowanie przekaźników nadnapięciowych
Przygotować układ pomiarowy zgodnie ze schematem z rysunku 2.1.
1
UR
US
UT
2
UN
IR
IS
U>
REN80
Tester zabezpieczeń
MPF-300
2.3
IT
IN
+ Start -
+ Stop 3
4
+
12V=
-
Rys. 2.1. Schemat układu do badania przekaźnika napięciowego REN80.
Laboratorium Elektroenergetycznej Automatyki Zabezpieczeniowej
Instrukcja laboratoryjna
7
Rys. 2.2. Schemat układu do badania przekaźnika napięciowego RET410.
Badania przekaźnika naleŜy przeprowadzić:
1. W trybie ręcznym wykorzystując funkcję „Generator”. NaleŜy wyznaczyć napięcie
rozruchu przekaźnika, zwiększając wartość generowanego przez tester napięcia aŜ do
pobudzenia przekaźnika. Pomiar powtórzyć 5 razy.
2. W trybie półautomatycznym (U-I) testując przekaźnik napięciem monotonicznie
zmiennym. W czasie badań wyznaczyć wartość napięcia rozruchu przekaźnika. Pomiary
naleŜy wykonać przy róŜnym czasie narastania: Tn = 1, 2, 5, 10, 20, 30 i 60s. Dla kaŜdego z
ustawionych czasów narastania pomiary wykonać 3 razy.
3
Zawartość sprawozdania
W sprawozdaniu naleŜy umieścić:
- schematy pomiarowe,
- obliczenia błędu bezwzględnego i względnego wzmacniacza napięciowego testera,
- obliczenia błędu bezwzględnego i względnego wzmacniacza prądowego testera,
- charakterystyki wzmacniacza napięciowego i prądowego (wartość zmierzona w funkcji
wartości ustawionej w testerze),
- obliczenia błędu pomiaru wartości rozruchowej w zaleŜności od czasu narastania Tn.
Jako poprawną wartość napięcia rozruchu naleŜy przyjąć wartość zmierzoną w trybie
„generator”,
Laboratorium Elektroenergetycznej Automatyki Zabezpieczeniowej
Instrukcja laboratoryjna
8
- charakterystykę zmierzonej średniej wartości rozruchowej przekaźnika, oraz błędu
pomiaru wartości rozruchowej, w zaleŜności od czasu narastania Tn ,
∆U
moŜna wykonywać badania napięcia
∆t
rozruchu przekaźnika, aby nie prowadziło to do zbyt duŜych błędów pomiaru,
- określić z jaką wartością gradientu napięcia
- uwagi i wnioski