Opis konstrukcji i podstawowe dane techniczne.

ZCR 4E/RP ZZN 4E.
Zabezpieczenie różnicowo-prądowe
25.04.2006
Zabezpieczenie różnicowo-prądowe .
1. Zasada działania .........................................................................................
2. Schemat funkcjonalny ...............................................................................
3. Parametry ....................................................................................................
4. Łącze transmisyjne .....................................................................................
2
3
4
6
Zabezpieczenia :
ZCR 4E/RP od v 5.1
ZZN 4E od v 4.5 ( również ZRL 4E/RP )
Computers & Control S.C. Katowice Al. Korfantego 191
1
ZCR 4E/RP ZZN 4E.
Zabezpieczenie różnicowo-prądowe
25.04.2006
1. Zasada działania.
Dwa fizyczne urządzenia (np. ZCR 4E/RP i/lub ZZN 4E/RP) wyposażone w moduły
różnicowo-prądowe pracują na dwóch przeciwległych końcach zabezpieczanej linii WN/SN.
Poprzez łącze transmisyjne wymieniają się one wzajemnie informacjami na temat bieżących
wartości wektorów prądów fazowych zabezpieczanej linii.
W czasie normalnej pracy prądy fazowe “widziane” przez zabezpieczenie w stacji A ( I1 )
muszą być równe prądom “widzianym” przez drugie zabezpieczenie w stacji B ( I2), i to
zarówno pod względem: modułów jak i przesunięć fazowych. Po wystąpieniu zwarcia
wektory prądów zmieniają się i prawie zawsze (mają inne wartości - przynajmniej pod
względem modułów lub faz ). Jeżeli moduły lub fazy wektorów prądów różnią się ponad
dopuszczalne (zaprogramowane przez użytkownika granice), następuje wygenerowanie przez
zabezpieczenie sygnału żądania wyłączenia linii.
Na poniższym rysunku przedstawiono schematycznie układ pracy pary takich zabezpieczeń.
Zabezpieczenia działają w oparciu o zdesynchronizowany pomiar prądów, co oznacza iż fazy
początkowe widziane przez zabezpieczenia mogą być różne. Zabezpieczenia, po wymianie
informacji na temat wektorów prądów dokonują zsynchronizowania faz prądów (z
uwzględnieniem opóżnień transmisji) i różnic pomiarowych, wynikających z różnych
momentów próbkowania. Następnie, każde osobno, dokonuje komparacji różnic z
ustawionymi progami, niezależnie dla modułów prądów i ich faz. Przekroczenie
dopuszczalnej różnicy przynajmniej jednego parametru ( modułu lub fazy ) powoduje
pobudzenie stopnia różnicowego, a po odliczeniu programowanego opóźnienia wysyłany jest
sygnał „WYŁĄCZ”. Zastosowany algorytm pomiarowo-obliczeniowy gwarantuje wykrycie
praktycznie wszystkich rodzajów uszkodzeń ( zwarć oraz przerw ) w zabezpieczanym
odcinku linii. Dodatkowo zabezpieczenia są wyposażone w zaawansowane funkcje
diagnostyczne pomiaru prądu oparte na określeniu zawartość sygnału 50 Hz w stosunku do
Computers & Control S.C. Katowice Al. Korfantego 191
2
ZCR 4E/RP ZZN 4E.
Zabezpieczenie różnicowo-prądowe
25.04.2006
całki prądu. Niepoprawny pomiar prądu skutkuje wyłączeniem analizy różnicowej dla tej
fazy. Fazy mierzone poprawnie nadal podlegają analizie i w razie przekroczenia
dopuszczalnych różnic spowodują wyłącznie linii.
W przypadku braku wymiany danych pomiędzy zabezpieczeniami następuje automatyczne
zablokowanie działania zabezpieczenia różnicowego z równoczesną sygnalizacją tego stanu.
2. Schemat funkcjonalny.
Zabezpieczenie różnicowo-prądowe jest elementem funkcjonalnym, którego działanie
warunkują następujące:funkcje, sygnały i parametry:
1. funkcje wejściowe: zał/wył zabezpieczenia różnicowego oraz sygnał stanu transmisji,
2. sygnały pomiarowe prądów fazowych: Ir, Is, It oraz sygnały określające poprawność
realizacji ich pomiarów,
3. sygnały pomiarowe prądów fazowych: Ir, Is, It drugiego zabezpieczenia,
4. parametry robocze, nastawiane przez użytkownika.
W wyniku działania zabezpieczenia generowane są :
1. funkcje wyjściowe: pobudzenia, startu i gotowości poszczególnych stopni zabezpieczenia,
2. funkcje wyjściowe: określające która z wielkości przekroczyła dopuszczalne granice,
3. sygnały żądające wyłączenia linii oraz sygnał wewnętrznego pobudzenia automatyki SPZ
z podaniem numeru żądanego do realizacji programu.
Computers & Control S.C. Katowice Al. Korfantego 191
3
ZCR 4E/RP ZZN 4E.
Zabezpieczenie różnicowo-prądowe
25.04.2006
3. Parametry.
Poniżej zamieszczono zestawienie programowalnych parametrów zabezpieczenia różnicowoprądowego.
1. Załączenie stopnia:
2. Wejście sterujące:
3. Poziom załączający:
4. Prąd pobudzenia ( Imin > ):
5. Różnica modułów ( mdI1):
6. Różnica faz:
7. Opóźnienie:
8. Tryb transmisji:
9. Szybkość transmisji:
10. Numer programu SPZ:
11. Współczynnik korekcji przekładni CT
[ Tak, Nie ]
[RZKi, ZCSi, SWEi, FXLi]
[0, 1]
[ 0.1 - 5.00 ] In
[ 0.1 - 5.0 ] In
[ +/- ( 0 - 180 ) ] [°]
[ 0.00 - 32.00] [s]
[ Master, Slave]
[ 9,6; 19,2; 38,4; 57,6; 125,0 ] [kbit / s].
[0-6]
[0,500 – 2,000]
Działanie zabezpieczenia różnicowego może być sterowane zewnętrznym sygnałem
wejściowym ( parametr 1, 2 ), przy czym poziom załączający określa parametr 3.
Prądy fazowe, których moduł przekracza wartość progu zadeklarowanego w parametrze 4
podlegają porównaniu z wartościami otrzymanymi z przeciwległego końca linii zarówno pod
względem: amplitudy jak i fazy. Jeżeli różnice modułów są większe niż dopuszczalne
wartości podane w parametrze 5 lub jeżeli różnica faz poszczególnych prądów fazowych
przekracza wartość parametru 6, następuje pobudzenie zabezpieczenia i uruchomienie
odliczania czasu opóźnienia jego działania ( parametr 7 ). Po upływie tego czasu następuje
wysłanie sygnału “WYŁĄCZ”.
Zastosowane algorytmy pomiarowe świetnie sobie radzą z zniekształceniami przebiegów
prądowych wynikających z błędów ( w tym nieliniowości ) transformacji przekładników
pomiarowych pod warunkiem że na obu końcach linii zastosowano przekładniki takiego
samego typu ( najlepiej od jednego producenta ). Ze względu że nie jest to regułą, stopień
pracujący w oparciu o różnicę modułów wyposażony został w charakterystykę stabilizacji.
Dla różnic modułów o wartościach od 2 -10 In dopuszczalna różnica modułów prądów rośnie
dodatkowo o około 15% wartości maksymalnego prądu fazowego a powyżej 10 In ta
różnica rośnie dodatkowo o około 30%. Taka charakterystyka koryguje błędy transformacji
przekładników pomiarowych w ich normalnym zakresie pracy oraz zapewnia sensowne
działanie zabezpieczeń przy nasyceniach przekładników. Charakterystyka jest wpisana na
stałe i nie podlega modyfikacji przez użytkownika.
Istnieje możliwość powiązania działania zabezpieczenia różnicowoprądowego z automatyką
SPZ ( parametr 10 ) wybierając numer programu SPZ który ma zostać uruchomiony po
zakończeniu generacji sygnału wyłącz ( odsyłamy do rozdziału „ Automatyka SPZ” ).
Zabezpieczenia komunikuje się poprzez dedykowany port transmisyjny. Wymiana informacji
o wektorach prądów jest inicjowana przez zabezpieczenie ustawione w tryb: “MASTER”
(parametr 8) które jako pierwsze wysyła wyniki pomiarów swoich prądów do zabezpieczenia
“SLAVE”. W odpowiedzi na informacje z “MASTER-a”, strona „SLAVE” wysyła swoje
Computers & Control S.C. Katowice Al. Korfantego 191
4
ZCR 4E/RP ZZN 4E.
Zabezpieczenie różnicowo-prądowe
25.04.2006
wyniki pomiarów prądów fazowych. Dane są przesyłane w ramkach informacyjnych
opatrzonych nagłówkiem oraz sumą kontrolną pozwalającą wykryć błędy transmisji.
Każda wymiana informacji jest również weryfikowana pod kątem czasu opóźnienia
transmisji i różnicy momentów próbkowania prądów przez poszczególne zabezpieczenia.
Przekroczenie jakiegokolwiek w/w parametru skutkuje podjęciem odpowiedniej akcji od
powtórzenia transmisja po zablokowanie całego stopnia różnicowego w przypadku gdy np.
dojdzie do trwałego uszkodzenia łącza. Powrót sprawności łącza natychmiast wznawia pracę
stopni różnicowych. Dla poprawnego działania zabezpieczeń koniecznie należy ustawić, w
obydwóch zabezpieczeniach, tę samą szybkości transmisji ( parametr 9 ) i różne tryby
transmisji ( MASTER i SLAVE parametr 8 ).
UWAGA: Kanał transmisyjny o opóźnieniu transmisyjnym przekraczającym 12 ms nie jest
akceptowalny !
Parametr numer 11 - „Współczynik korekcji przekładni prądowej” umożliwia współpracę
zabezpieczeń różnicowych linii również wtedy, gdy na przeciwległych stacjach zainstalowane
są przekładniki prądowe o różnych przekładniach (np. 600/5 i 800/1).
UWAGA: Korekcja nie dotyczy wartości nominalnej prądu stron wtórnych przekładników !
Współczynik korekcji powinien być nastawiany wg. poniższej zależności :
Kct = Lzp2 / Lpz1;
gdzie :
Lzp2 - pierwotny prąd nominalny przekładników prądowych, zainstalowanych na
stacji przeciwległej,
Lzp1 - pierwotny prąd nominalny przekładników prądowych, zainstalowanych na
stacji własnej,
Przykład :
W stacji A zamontowane sa przekładniki prądowe o przekładni: 800[A] / 1[A].
W stacji B zamontowane są przekładniki prądowe o przekładni: 600[A] / 5[A].
Fakt że prądy znamionowe obwodów wtórnych różnią się, jest kompensowany sprzętowo.
W zabezpieczeniu zamontowanym na stacji A ustawiamy współczynik korekcji na wartość:
KctA = 600[A] / 800[A] = 0.75;
W zabezpieczeniu zamontowanym na stacji B ustawiamy współczynik korekcji na wartość:
KctB = 800[A] / 600[A] = 1.333;
Computers & Control S.C. Katowice Al. Korfantego 191
5
ZCR 4E/RP ZZN 4E.
Zabezpieczenie różnicowo-prądowe
25.04.2006
4. Łącze transmisyjne.
Zabezpieczenia ZCR i ZZN w wykonaniu RP mogą być wyposażone w jeden z dwóch
typów portów RS 232 lub pętlę prądową CC-bus. W każdym przypadku porty te są
galwanicznie odizolowane od wewnętrznych obwodów zabezpieczeń.
Istnieje możliwość dostosowania szybkości transmisji do parametrów kanału. Zakres
dopuszczalnych szybkości wynosi od 9600 do 125000 [bitów /s]. W zależności od szybkości
transmisji danych oraz od opóźnienia wnoszonego przez kanał transmisyjny zmienia się czas
własny działania zabezpieczeń i wynosi odpowiednio dla ( opóźnienie transmisji równe 0ms i
jednokrotna wymiana danych):
9600 [bitów/s]
- ≤ 50 [ms],
19200 [bitów/s]
- ≤ 40 [ms],
38400 [bitów/s]
- ≤ 35 [ms],
57600 [bitów/s]
- ≤ 30 [ms],
Pętla prądowa CC-bus.(
Port pracujący z pętlą prądową CC-bus zapewnia transmisję po dwu lub trójprzewodowej
skrętce telefonicznej na odległość do: 5 [km] przy szybkości 57600 [bitów/s]. Ograniczeniem
jest wówczas tylko impedancja przewodów która nie powinna przekraczać: Z ≤ 330 [Ω].
Zasadniczo do podłączenia urządzeń wykorzystywane są tylko trzy sygnały : RxL, TxL i
GNDL. W przypadku pracy z dwoma przewodami sygnały: RxL i TxL należy zewrzeć. Jeden
z przewodów służy wtedy do: nadawania i odbierania danych a drugi przenosi sygnał
odniesienia - „masę”. Zastosowanie trzech przewodów pozwala na pracę w trybie w pełni
dwukierunkowym.
Sygnał RxL zabezpieczenia np. „A” łączy się z sygnałem TxL zabezpieczenia np. „B”
i odpowiednio RxL zabezpieczenia „B” z TxL zabezpieczenia „A”. Przewód GNDL stanowi
sygnał odniesienia. Sposób podłączenia zabezpieczeń przedstawiono na osobnym rysunku.
Złącze RS232.
Port pracujący wg. standardu RS232 przeznaczony jest do pracy z urządzeniami
pośredniczącymi ( centrale telefoniczne, multipleksery, modemy itp.). Jeżeli warunki
techniczne ( duża odległość między stacjami lub duże tłumienie sygnałów ) nie pozwalają na
bezpośrednią komunikację pomiędzy zabezpieczeniami należy zastosować urządzenia
pośrednie jak np. modemy telefoniczne, przeznaczone dla łączy stałych czy modemy
optyczne dla łączy światłowodowych.
Do połączenia zabezpieczenia z modemem ( ew. centralką telefoniczną ) używamy w zasadzie
dwóch sygnałów: TxL i RxL oraz sygnału odniesienia GNDL. Dla współpracy zabezpieczeń
z niektórymi typami modemów przewidziano możliwość podłączenia dodatkowych sygnałów
sterujących przepływem danych: CTSL i RTSL stosowane dla modemów telefonicznych
starej generacji.
Rysunki zamieszczone poniżej przedstawiają sposób połączenia zabezpieczeń z/bez
urządzeń pośrednich ( modemów).
Computers & Control S.C. Katowice Al. Korfantego 191
6
ZCR 4E/RP ZZN 4E.
Zabezpieczenie różnicowo-prądowe
Computers & Control S.C. Katowice Al. Korfantego 191
25.04.2006
7