Variklio skaitmeninės apsaugos nuo netipinių darbo režimų tyrimas

1. ĮVADAS Energetikos sistemoje, elektrinėje dalyje, relinė apsauga automatiškai pašalina gedimus ir apsaugo elektros įrenginius nuo netipinių darbo režimų. Ji yra svarbiausia automatika, užtikrinanti patikimą ir normalų darbą. Kylant apkrovai, griežtėja reikalavimai, keliami sudėtingiems relinės apsaugos automatikos įrenginiams, jų greitaveikai, jautrumui ir patikimumui. Dėl to nuolat tobulinamos relės, galinčios užtikrinti sudėtingas apsaugas ir atitikti esamus standartus. Relės pradėtos plačiai naudoti tik 20 amžiaus pirmame dešimtmetyje. Paplitus trifaziui maitinimo tinklui ir jį naudojantiems įrenginiams, elektrinių sistemų eksploatacija buvo negalima be apsaugos nuo elektrinių pažeidimų. Iš jų pavojingiausias yra trumpasis jungimas [1]. Trumpojo jungimo metu dažniausiai padidėja srovė gadinanti elektrinius įrenginius. Pirmųjų relių mechanika buvo paremta indukcinio matavimo mechanizmo principu. Po to atsirado elektromagnetinės relės (kurios plačiai naudojamos senose elektrinėse, gamyklose, pastotėse ir t.t.). Vystantis technologijoms, atsirado relės, savo konstrukcijoje naudojančios puslaidininkius. Apsaugose naudojama puslaidininkinė elementų bazė iš esmės pasikeitė atsiradus integruotai elektronikai, kai viename kristale sutalpinamas vis didesnis mikroelementų skaičius (varžos, kondensatoriai, diodai ir t.t.). Todėl šiuo metu sparčiai plinta apsaugos, naudojančios mikroelektroninę elementų bazę [1]. Mikroprocesorinės apsaugos realizuojamos ne relėmis, o programomis, kurios įrašomos į mikroprocesorinių sistemų atmintį. Taip šios apsaugos gali atlikti net ir elektros įrenginių valdymą. Per dešimtmetį įvairių gamintojų skaitmeninės relės savo techniniais sprendimais tapo panašios, o jų charakteristikos labai artimos viena kitai. Pavyzdžiui: matavimams naudojama srovės ir įtampos transformatorių galia 0,1 ÷ 0,5 W; tikslumas – 2 ÷ 5 %; matavimo prietaisų grįžimo koeficientas sudaro 0,96 ÷ 0,97. Relinės apsaugos įrenginiai, pereinant prie skaitmeninio informacijos apdorojimo, nesukėlė jokių naujų revoliucinių apsaugų montavimo būdų, bet pagerino eksploatacinę kokybę. Tai suteikia konkurencinį naujų relių pranašumą lyginant su senaisiais elektromechaniniais įrenginiais. Skaitmeniniai apsaugos įrenginiai turi daug įvairesnes funkcijas ir galimybes palyginus su tradicinėmis apsaugomis. Todėl atsiranda apribojimai dėl visų jų galimybių neišnaudojimo, ypač pasenusiose valdymo ir kontroliavimo schemose. Anksčiau masiškai buvo naudojamos elektromechaninės relės, todėl šiuo metu trūksta patirties eksploatuojant elektronines reles. Šiuolaikinės telemechanikos ir telemetrijos sistemos mūsų šalyje nėra paplitusios dėl to, kad dar egzistuoja ir plačiai paplitusios analoginio informacijos apdorojimo sistemos. Šiandien tai yra pagrindinis efektyvaus skaitmeninių relinės 7 apsaugos ir automatikos įrenginių panaudojimo stabdis nes jiems reikia patikimų ryšio kanalų perduodant informaciją dideliu greičiu [2]. Šiuo metu užsienyje pereinama prie naujos kartos skaitmeninių relinės apsaugos įrenginių, integruotų į vieną informacinę sistemą, kuri matuoja ir atlieka komercinę elektros energijos apskaitą, valdo elektros įrengimus. Integruotuose skaitmeniniuose relinės apsaugos ir automatikos komplektuose atsirado galimybė pereiti prie naujų, netradicinių srovės ir įtampos keitiklių (optoelektroniniai jutikliai, transformatorius be feromagnetinės šerdies ir t.t.). Tokie keitikliai pasižymi labai aukštomis metrologinėmis charakteristikomis, bet turi mažą išėjimo galią ir todėl yra netinkami naudoti su tradicine įranga. 8 2. TEORINĖ DALIS 2.1. Variklio skaitmeninės apsaugos ypatumai ir charakteristikos Skaitmeninės apsaugos struktūrinė schema Skirtingos paskirties skaitmeniniai apsaugos įrenginiai yra panašūs, o jų funkcinė schema pavaizduota 1 pav. [2]. Skaitmeninio įrenginio centrinis mazgas yra mikroprocesorius, kuris per savo įėjimo-išėjimo įrenginius keičiasi informacija su periferiniais mazgais. Dėl šių mazgų vyksta mikroprocesoriaus sąveika su išorine aplinka: informacijos jutikliais, valdymo objektais, operatoriumi ir t.t. Realiame įrenginyje gali būti keli mikroprocesoriai, kurie atlieka atskirus, bendros užduoties, fragmentų skaičiavimus. Taip užtikrinama įrenginio greitaveika. Pavyzdžiui, didelės galios elektros variklių skaitmeninės apsaugos turi 5÷7 lygiagrečiai veikiančius mikroprocesorius. 1 pav. Skaitmeninio apsaugos įrenginio funkcinė schema Kiekvieną skaitmeninį relinės apsaugos ir automatikos įrenginį sudaro: įėjimo (U1-U4) ir išėjimo (KL1-KLj) signalų keitikliai, multipleksorius (U6), analoginiai skaitmeniniai keitikliai 9 (U7), valdymo ir informacijos įvedimo mygtukai, skystųjų kristalų matrica (H, skirtas informacijai atvaizduoti ir maitinimo šaltinis (U5). Šiuolaikiniai skaitmeniniai įrenginiai turi komunikacines jungtis (X1). Jomis įrenginys susisiekia su kitais skaitmeniniais įrenginiais ar asmeniniu kompiuteriu. Įėjimo signalų keitikliai. Jie galvaniškai atskiria išorines elektros grandines nuo įrenginio vidinių grandinių. Tuo pačiu metu signalų keitikliai keičia visus kontrolei reikalingus signalus į vieno pobūdžio ir vienodo dydžio signalus (dažniausiai tai būna įtampos signalai). Prieš signalo keitimą į analoginį keitiklis dar atlieka ir filtravimo funkciją bei saugo vidinius skaitmeninės apsaugos mazgus nuo trukdžių poveikio ir viršįtampių. Egzistuoja dviejų rūšių įėjimo signalų keitikliai: analoginiai (U3,U4) ir diskretiniai (U1,U2). Analoginiai signalų keitikliai užtikrina kontroliuojamo signalo perdavimą tiesiniu (arba ne, bet žinomu dėsniu) būdu visame matavimo diapazone. O diskretiniai signalų keitikliai veikia atvirkščiai. Juos stengiamasi padaryti jautriais tik esant mažam kontroliuojamo signalo kitimo diapazonui. Tokių įėjimo signalų keitiklių panaudojimas padeda išvengti klaidingo apsaugos suveikimo esant trumpajam jungimui operatyvinės įtampos grandinėse. Signalai, kontroliuojami relinės apsaugos, turi skirtingą fizikinę kilmę: srovės, įtampos, temperatūros ir t.t. Dažniausiai apsaugos įrenginiai veikia su kintamosios srovės ir įtampos šaltiniais, turinčiais tradicines nominaliąsias vertes: 1A, 5A, 100A. Tokio nominalo signalai apsaugoti nuo trikdžių, bet visai netinkami elektroninėse sistemose. Naudojant jutiklius, atitinkančius elektrotechninius reikalavimus, susiduriama su dviem problemomis. Pirma – ryšio linijos ilgio sumažinimas, statant apsaugas netoli jutiklių. Antra – būtinybė imtis priemonių papildomai apsaugoti juos nuo trukdžių (pavyzdžiui - ekranuoti) [2]. Taigi energetikoje pradeda plisti optoelektroniniai srovės transformatoriai, turintys daug pranašumų, bet labai mažą išėjimo galią. Sujungiant mikroprocesorinius įrenginius su tradiciniais įtampos ir srovės jutikliais reikia, kad jų signalai atitiktų elektrotechninius reikalavimus keliamus naujų apsaugos įrenginių. Labai dažnai skaitmeninių įrenginių įėjimo signalų keitiklius sudaro paprasti elektromagnetiniai transformatoriai su feromagnetine šerdimi. Tačiau tokie transformatoriai turi netiesinę perdavimo charakteristiką, atitinkamą parametrų išbarstymą, nestabilumą kintant temperatūrai. Bet jie ir toliau naudojami apsaugų gamybai, nes atitinka 2-5 proc. tikslumo klasę. 2 pav. pavaizduotuose transformatoriniuose keitikliuose didelis dėmesys skiriamas tarpvijinei talpai mažinti. Per jį, į įrenginio vidų, gali patekti impulsinis trukdis. Todėl antrinė apvija sekcionuojama arba tarp pirminės ir antrinės apvijos dedamas elektrostatinis ekranas. Srovės signalai keičiami į įtampos paprasčiausiu būdu – panaudojus varžinius šuntus, nes naudojama labai mažai energijos. Elektriniams mazgams apsaugoti nuo viršįtampių naudojami plačiai paplitę varistoriai Rv (arba stabilitronai) ir žemų dažnių filtrai (pavyzdžiui, RC 10 grandinės) [3]. Žemų dažnių filtro efektyvumas pagrįstas tuo, kad impulsinių trikdžių energija sutelkta aukštadažnėje spektro dalyje. Praleidžiamo signalo pločio apribojimas aukštų dažnių srityje būtinas geram analoginio skaitmeninio keitiklio veikimui, nekreipiant dėmesio į tai, ar bus naudojamas skaitmeninis signalų filtravimas, ar ne. 2 pav. Transformatoriniai įėjimo keitikliai: a – srovės transformatorius; b – įtampos transformatorius Atskiruose skaitmeniniuose įrenginiuose įėjimo signalų keitikliuose panaudojami „aktyvieji transformatoriai“. Tokie keitikliai dar yra žinomi kaip keitikliai su Holo jutikliais. 3 pav. pavaizduotas toks keitiklis. 2 1 1 w wRIU = 2211 wIwI = 3 pav. Įėjimo signalo keitiklis su Holo jutikliu Holo jutiklius sudėtinga naudoti matuojant magnetinį srautą dėl jų temperatūrinio nestabilumo. Tačiau naudoti juos kaip nulio indikatorių galima. Tai ir atlieka šis įėjimo signalo 11 keitiklis, kai DA stiprintuvas generuoja į transformatoriaus antrinę apviją tokią srovę, kad išsilygintų apvijų magnetovara. Tokių keitiklių tikslumo klasė siekia 0,1. Tai visiškai atitinka relinės apsaugos reikalavimus [2]. Pastaruoju metu atsiranda vis daugiau keitiklių naudojančių Rogovskio rites. Tai srovės jutikliai, kurie suvartoja labai mažai galios. Tokia ritė pavaizduota 4 pav [3]. U(t) i(t) Rogovskio ritė Laidininkas su srove 4 pav. Rogovskio ritė Rogovskio matavimo ritė neturi feromagnetinės šerdies ir gaubia laidininką, kuriuo teka srovė i(t). Laidininko magnetinis laukas su srove indukuoja apvijoje elektrovarą, atitinkančią tokią išraišką: )];([)( 0 ti dt dnStu µ−= (1.1) čia µ0 – aplinkos magnetinė skvarba; n – ritės vijų tankis; S – ritės vijos plotas. Tekant sinusinei srovei )sin()( tIti m ω= indukuota ritėje elektrovara taip pat bus sinusinė, tačiau jos fazė bus pasislinkusi 900 . Įtampos efektinė vertė surandama taip: .0 mInSU ωµ= (1.2) 12 Tokios ritės be feromagnetinės šerdies matavimo tikslumas geriausiu atveju sudaro 0,1 proc. paklaidą esant matavimo srovių diapazonui nuo nulio iki šimtų kiloamperų. Rogovskio rite galima išmatuoti srovės vertes nuo 1 Hz iki 1 MHz dažnių diapazone. Pagrindinis tokios ritės trūkumas - maža galia ir žemas išėjimo signalo dydis. Tačiau nepaisant to, tokios ritės jau spėjo plačiai paplisti. Visuose naujuose skaitmeniniuose įrenginiuose yra ir diskretiniai įėjimai, ir išėjimai. Diskretinių signalų įėjimo keitiklyje naudojami optronai. Toks keitiklis pavaizduotas 5 pav. Tačiau realių diskretinių įėjimo signalų keitikliai yra kur kas sudėtingesni nei pavaizduoti 5 pav. + S1 KL S2 In C Rd Rb VT Rn +E Uišėj a + - S E DT ~ 3ms Uišėj R R - b 5 pav. Diskretinio signalo įėjimo keitiklio schema: a – naudojant tranzistorinį optroną; b – naudojant matavimo keitiklį Skirtingų gamintojų optronai turi gana artimas charakteristikas. Komutavimo laikas siekia mikrosekundžių dalis. Optoporos (šviesos diodas - fotojutiklis) pasižymi mažu pralaidumu. Leistina įtampa tarp valdymo grandinės ir valdomų elementų siekia keletą kilovoltų. Tranzistorinio optrono VT darbinė srovė yra 3-5 mA. Vieną vertus, maža optrono srovė sumažina keitiklio vartojamą galią. Taip balastine varža Rd sumažinama valdomo kontakto S2 apkrova. Tačiau kitą vertus, maža darbinė srovė sukelia daug kitų problemų. Pirma, sukelia mažą keitiklio atsparumą trukdžiams. Pavyzdžiui, esant ilgam laidininkui, jungiančiam valdymo raktą S2 su optronu, galimas klaidingas keitiklio suveikimas dėl parazitinės talpos C ( 13 S1 rakto įjungimo metu). Tokiu atveju keitiklio išėjime naudojamas laiko delsos elementas DT (žr. 5 pav. b) su fiksuojamu arba reguliuojamu signalo išlaikymo intervalu. Siekiant išvengti pereinamųjų procesų, užtenka signalą išlaikyti 0,5 – 3 ms. Mažos galios įrenginiai gali reaguoti į įžemėjimą operatyvinėse srovės grandinėse, nes jų įėjimo srovė palyginama su operatyvinėse grandinės matuojama izoliacijos srove. Norint išskirti tokį įėjimą reikia dalį matavimo keitiklio E (žr. 5 pav. b) susieti su operatyvinės srovės grandinės poliais. Keitiklio E perjungimo slenkstis paprastai yra nustatytas ties 60 - 80 proc. riba nuo faktinės grandinės įtampos [2]. Reliniai išėjimai. Saugomą objektą relė paprastai paveikia diskretiniais valdymo signalais. Komutaciniai išėjimai yra galvaniškai atskirti vieni nuo kitų tam, kad apsaugoti vidinę relės elektroniką nuo pažeidimų. Išėjimo signalų keitikliai turi būti aprūpinti matomu komutacinės grandinės nutraukimu. Nors šiuo metu labai daug pasiekta aukštų potencialų komutacijos elektronikos srityje ir didelių srovių apribojimo skaitmeninėse relėse, vis dar naudojamos tarpinės elektromagnetinės relės. Kontaktinė pora vis dar neturi sau lygių konkurentų tarp komutuojančių įrenginių, kuriuose aiškiai matomas grandinės nutraukimas. Taip pat tai ir pats pigiausias sprendimas. Skaitmeninėms apsaugoms naudojami keli tipai mažagabaričių relių. Relės, turinčios didelį komutacinį atsparumą, naudojamos išskirtinai tik jungtuvo valdymui. O turinčios mažą komutacinį atsparumą – avarinių įvykių signalizacijoje [2]. Galingos relės sugeba komutuoti grandines, kuriose teka 5-30 A srovės. Bet jų atjungimo galimybė dažniausiai neviršija 1 A esant 220 V įtampai. Tokiu atveju, valdymo grandinė turi turėti srovės nutraukimo įrenginį elektromagnetinio jungtuvo valdymo grandinėje. Signalinių relių atjungimo slenkstis neviršija 0,15 A nuolatinės srovės 220 V įtampos grandinėse. Analoginis skaitmeninis keitiklis. Šis keitiklis turi multipleksorių U6 (žr.1 pav.). Tai elektroninis komutatorius, nuosekliai tiekiantis įėjimo signalus į analoginį skaitmeninį keitiklį (ASK). Panaudojus multipleksorių, galima turėti tik vieną brangų ASK sugebantį apdoroti signalus iš kelių kanalų. ASK keičia įėjimo analoginį signalą į jam proporcingą skaitmeninį signalą. Toliau signalas perduodamas į mikroprocesorių. Informacijos vaizdavimo priemonės. Vizualizacijos priemonėms keliami reikalavimai yra labai skirtingi. Nuo to dažniausiai priklauso skaitmeninės relės priekinio skydo dizainas. Informacijos vaizdavimui naudojami šviesos diodai, švieslentės ar grafiniai ekranai. Relėse naudojamų skystųjų kristalų matricos nėra labai brangios. Matricos greitai ir suprantamai parodo skaitmeninės relės informaciją. Skaitmeniniai įrenginiai gali pateikti operatoriui labai daug informacijos: saugomo įrenginio sroves ir įtampas, avarinius dydžius, nustatymus, įėjimų ir išėjimų būsenas ir kt. Norint gauti tokį didelį kiekį informacijos, reikia 14 tokios vaizdavimo matricos, kuri sugebėtų parodyti net keletą eilučių. 6 pav. pateiktis keli skystųjų kristalų matricos variantai. 6 pav. Skaitmeninių apsaugos įrenginių informacijos pateikimo būdai: a –šviesos diodais; b – skystųjų kristalų matrica; c – grafinė skystųjų kristalų matrica Avariniams signalams vaizduoti labai patogu naudoti šviesos diodus (žr. 6 pav. a). Jie labai gerai pastebimi esant mažam apšvietimui. Kai kuriuose įrenginiuose naudojamos matricos, sugebančios parodyti keletą parametrų vienu metu (žr. 6 pav. b). Tai pagerina informacijos nuskaitymą. Tokių matricų pagrindas – skystieji kristalai. Pagrindinis tokių matricų trūkumas – mažas kontrastingumas ir nesugebėjimas atvaizduoti informacijos esant žemai temperatūrai. Detalesnę informaciją parodo grafinė skystųjų kristalų matrica (žr. 6 pav. c). Tačiau tokios matricos panaudojimas padidina pačios relės kainą [2]. Skaitmeninės relės turi 2 - 5 proc. tikslumo klasę. Matricos veikimas paremtas atsižvelgiant į tokį tikslumą, t.y. galintis atvaizduoti tik tris reikšminius skaičius. Skaitmeninėse relėse matuojamą dydį galima vaizduoti dvejopai – pirminiais dydžiais (esamais amperais, voltais, laipsniais ir t.t.) ir antriniais dydžiais (relės įėjimo signalai). Operatyviniam personalui patogiau dirbti su pirminiais dydžiais, kurie vaizduoja tuo metu linijoje (naudojamame elektros įrenginyje ) esamas dydžių vertes. Tačiau norint matyti pirmines vertes, reikia įvesti transformacijos koeficientus, nes matuojami dydžiai bus išreikšti procentais arba antrinėmis vertėmis. Verta pastebėti, kad pastaruoju metu sudėtingos skystųjų kristalų matricos panaudojimas skaitmeninėje relėje tampa mažiau aktualus, nes šiuolaikinės relės turi prijungimo prie asmeninio kompiuterio galimybę. Tokiu būdu visa reikiama informacija gali būti perduota patogiu pavidalu į kompiuterio monitorių. 15 Relės vietinis valdymas. Valdymo mygtukai ar klaviatūra yra neatsiejami skaitmeninio įrenginio ir žmogaus ryšio elementai. Klaviatūra galima keisti darbo režimą, matyti ekrane dominančius įrenginio parametrų nustatymus ar dydžius, įvesti naujas vertes ir t.t. Mygtukų skaičius įvairiuose skaitmeniniuose įrenginiuose yra skirtingas - nuo dviejų iki dešimties. Kuo daugiau mygtukų, tuo patogiau ir greičiau galima valdyti įrenginį. Tačiau mygtukai yra vieni iš labiausiai nepatikimų elementų skaitmeninėje relėje. Todėl ten, kur klaviatūra naudojama retai, stengiamasi minimizuoti mygtukų skaičių. Minimalus mygtukų skaičius, reikalingas bet kokiai informacijai įvesti, yra du. Dviejų mygtukų darbas realizuojamas “žiedo” pavidalu kai vienu mygtuku galima išsirinkti parametrą, kitu – jį patvirtinti. Kai kuriose skaitmeninėse relėse (ABB SPAC 800) matricinio meniu valdymas galimas abiem mygtukais. Reikiamo elemento išrinkimas atliekamas iškart nuspaudus abu mygtukus. Toks principas pavaizduotas 7 pav., kur pateikta fazinių srovių verčių peržiūra atmintyje, kurios gautos suveikus apsaugai. 7 pav. Informacijos paieška relės atmintyje Nuspaudus S1 galima slankioti horizontaliai (tarp vienos fazės srovės reikšmių, užfiksuotų skirtingu momentu), o nuspaudus S2 – vertikaliai (tarp srovės fazių). Manipuliuojant mygtukų nuspaudimo išlaikymo trukme, galima slankioti pirmyn ir atgal. Pavyzdžiui, nuspaudus trumpiau kaip 0,5 s, judėjimas galimas tik atgal, o nuspaudus mygtuką ilgiau kaip 0,5 s – tik pirmyn. O išlaikant nuspaustą mygtuką – automatiškai pereinama iš vienos meniu pozicijos į kitą. Informacijos saugojimas skaitmeniniuose įrenginiuose. Tai viena iš pagrindinių skaitmeninės relės elektroninių dalių. Šiuo metu egzistuoja daug ir įvairių informacijos saugojimo būdų. Tačiau skaitmeninėse relėse reikia iš karto atmesti duomenų kaupimo įrenginius su mechaninėmis dalimis (informacijos įrašymas į magnetinius diskus) [2]. Jie 16 reikalauja pastovios priežiūros ir turi resursų apribojimus. Relinės apsaugos įrenginiai yra sukonstruoti ilgalaikiam naudojimui (keliolikai metų) taip, kad būtų kuo mažesnės priežiūros išlaidos. Todėl neturi būti mazgų su judamomis dalimis. Pagal funkcionalumą visi statiniai atminties įrenginiai suskirstyti į: pastovios atminties įrenginius (PAĮ), operatyvios atminties įrenginius (OAĮ) ir elektriškai perrašomos atminties įrenginius (EPAĮ). Darbinė skaitmeninės apsaugos programa saugoma PAĮ. Tokios atminties išskirtinumas yra vienkartinis informacijos įrašymas ir tolimesnis jos nuskaitymas. Iš čia ir yra kilęs angliškas pavadinimas ROM (read only memory). Pagrindinis mikroschemų privalumas – žema kaina ir informacijos išlikimas nutrūkus maitinimui. Pastaruoju metu pradeda vis labiau plisti perprogramuojami atminties įrenginiai, kurie yra aktualūs įrašymo įrenginiams, kur darbinė įrenginio programa turi kisti eksploatacijos metu. Šiuo metu egzistuoja tokie relinės apsaugos įrenginiai, kuriuose reikiamos apsaugos funkcijos išrenkamos paties vartotojo iš standartinių funkcijų bibliotekos. Tokių apsaugų loginė dalis sudaroma iš standartinių loginių elementų (IR, ARBA, NE ir t.t), o darbinė programa saugoma EPAĮ (angl.- EEPROM - electrical erasable programmable read only memory). Svarbu tai, kad EPAĮ yra nepriklausoma nuo elektros maitinimo mikroschema. Joje esanti informacija nedingsta nutrūkus maitinimui. Laikinai informacijai saugoti naudojamas OAĮ (angl. – RAM - random access memory). Čia duomenų įrašymas ir nuskaitymas vykdomas maksimaliu greičiu. Pagrindinis trūkumas yra informacijos praradimas netekus maitinimo. Prieš atsirandant EPAĮ, parametrų nustatymai buvo saugomi analoginiu pavidalu, kaip koks nors reguliuojamas įtampos dydis Unust (žr. 8 pav. a) arba OAĮ su nepriklausomu maitinimo šaltiniu (8 pav. b). Nuostatų saugojimas potencialiniame pavidale buvo vienas iš pirmųjų sprendimų. Čia reguliuojamas įtampos dydis buvo perduodamas analoginiam skaitmeniniam keitikliui. Pagrindinis tokio metodo trūkumas buvo nesugebėjimas pakeisti nuostatų distanciniu būdu, kuris tapo labai aktualu atsiradus SCADA sistemoms [9]. Todėl buvo nuspręsta naudoti OAĮ su rezerviniu maitinimo šaltiniu. Tokiuose įrenginiuose naudojamos mažai energijos vartojančios mikroschemos ir ličio baterijos, kurių eksploatavimo trukmė 5 – 6 metai. Trūkumas – reikalinga periodinė kontrolė ir maitinimo šaltinio keitimas. Kaip ir visi kiti įrenginiai, atmintis gali būti pažeista arba netekti informacijos, sąveikaudama jonizuojantiems spinduliams ir kt. Tam, kad taip neatsitiktų daromas visų atminties ląstelių masyvo duomenų sumavimas, o rezultatas (kontrolinė suma) laikomas atitinkamoje ląstelėje. Testavimo metu PAĮ atlieka faktinių verčių, esančių atminties ląstelėse, skaičiavimą ir gautą rezultatą palygina su anksčiau buvusia suma. EPAĮ turi informacijos 17 atstatymo savybę. Čia svarbios nustatymų vertės yra dubliuojamos skirtingose atminties mikroschemose. Dažniausiai informacija sugadinama pagrindinėje mikroschemoje. Jai atstatyti naudojamas atsarginis duomenų masyvas. Toks pavyzdys pavaizduotas 8 pav. c. 8 pav. Informacijos saugojimo būdai Maitinimo blokas. Praktiškai visuose šiuolaikiškuose skaitmeniniuose įrenginiuose naudojamas impulsinis maitinimo blokas (MB), kurio pagrindą sudaro aukštadažniai inverteriai. 9 pav. pavaizduotas toks maitinimo blokas su vientakčiu inverteriu. Pirminė skiriamojo transformatoriaus TR apvija gauna impulsinę kelių dešimčių kHz dažnio įtampą. Tai pasiekiama naudojant elektroninį raktą, kurį sudaro tranzistorius VT1. Transformatorius, dėl didelio dažnio, yra nedidelis. Jis turi mažą vijų skaičių, bet palyginus didelę išėjimo galią. Naudojant platuminę impulsinę moduliaciją, valdomą raktu VT1, gaunama stabili invertoriaus išėjimo įtampa, kurios neveikia maitinamosios įtampos svyravimai plačiu diapazonu. Pavyzdžiui, Siprotec SJ62 terminalai veikia stabiliai, kintant įtampai nuo 88 V iki 242 V. Diodų tiltelis VS1 naudojamas prieš inverterio įėjimą, apsaugant jį nuo maitinimo įtampos poliaringumo sukeitimo. Kondensatorių C1 ir C2 talpa parenkama tokia, kad būtų išlygintos išeinamos įtampos pulsacijos, maitinančios invertorių. Ta įtampa jau yra invertuota nuolatinė įtampa. 18 9 pav. Supaprastinta impulsinio maitinimo bloko schema Kartais kondensatorių talpa būna padidinta iki tokio lygio, kad jie sugebėtų pamaitinti mikroprocesorinę dalį esant trumpam maitinamosios įtampos sumažėjimui. Taip dažniausiai atsitinka operacinės įtampos fiderių schemose įvykus trumpajam jungimui [12]. Maitinimo blokuose didelis dėmesys yra skirtas apsaugai nuo maitinamojo tinklo viršįtampių ir trikdžių patekimo į skaitmeninį įrenginį. Komunikacinis prievadas. Visų skaitmeninių įrenginių pranašumas už senuosius elektromechaninius yra tame, kad jie turi informacijos perdavimo į kitus prietaisus galimybę. Tai padeda integruoti įrenginius į įvairias sistemas taupant ryšio kanalus ir įrenginius skirtus signalo apdorojimui. Komunikacinis prievadas yra neatsiejamas elementas reikalingas skaitmeninės relės distanciniam darbui. Taip pat relėje gali būti ir kitokie komunikaciniai įrenginiai. Pavyzdžiui, skaitmeninis analoginis keitiklis, kuris formuoja analoginius valdymo ir reguliavimo signalus. Skaitmeniniuose įrenginiuose tokių pačių, tik skirtingų gamintojų, mazgų charakteristikos yra vienodos arba panašios. Priežastis ta, kad reikia užtikrinti vienus ir tuos pačius reikalavimus, keliamus komunikaciniams prievadams. Komunikaciniai prievadai skiriasi naudojamomis sąsajomis. Skaitmeninių įrenginių sąsaja. Sąsajos samprata, tai – aparatūrinės, programinės ir konstruktyvinės priemonės, būtinos įvairių skaitmeninių įrenginių, sujungtų į bendrą sistemą, tarpusavio sąveikai. Pagal informacijos perdavimo principą sąsajos skiriamos į nuosekliąsias ir lygiagrečiąsias. Greičiausias informacijos perdavimas tarp dviejų skaitmeninių įrenginių yra lygiagrečioji sąsaja. jos pavyzdys pavaizduotas 10 pav. a schemoje. Šiuo atveju po sinchronizacijos signalo (tai gali būti keletas valdymo signalo skaitmenų), siuntėjas, vienu metu išsiunčia į duomenų magistralę visas perduodamų duomenų vertes, o gavėjas juos visus nuskaito [9]. Kaip matyti iš pateikto paaiškinimo, lygiagrečioji sąsaja reikalauja pakankamai sudėtingo perdavimo kelio į kurį įeina n+1 fizinės linijos esant n-tojo ilgio perdavimo žodžiui. Dažniausiai ši sąsaja naudojama perduodant informaciją nedideliais atstumais (pavyzdžiui, sujungus įrenginį ir asmeninį kompiuterį) arba norint užtikrinti didžiausią mainų greitį. 19 Techniškai paprasčiau panaudojama nuoseklioji perdavimo sąsaja. Šiuo atveju žodis perduodamas nuosekliai vienas po kito. Labiausiai paplitęs asinchroninis duomenų perdavimas (10 pav. b). Toks būdas reikalauja minimalaus linijų skaičiaus. Asinchroninio perdavimo metu, gavėjas gali ne tik atpažinti perduodamojo žodžio pradžią ir pabaigą, bet ir atpažinti perduotos informacijos neatitikimus. Tai paaiškina 10 pav. b schema. 1 0 1 1 sinchronizacijos signalas 1 0 1 1 duomenų magistralė 1 0 1 1 0 1 0 1 1 x 1 1 siuntėjas siuntėjas gavėjas gavėjas startinis bitas duomenų bitai pariteto bitas slenkstiniai bitai a b 10 pav. Informacijos keitimosi variantai Siuntėjas laukimo režimo metu perduoda į liniją loginio vieneto signalą. Perdavimo pradžią gavėjas atpažįsta tada, kai linijoje atsiranda loginis nulis. Tai yra startinis bitas. Vieno bito perdavimo ilgis iš anksto yra nustatytas tiek siuntėjuje, tiek gavėjuje. Po nulinio bito perdavimo siuntėjas pradeda siųsti vieną po kito žodžio bitus. Pasibaigus duomenų perdavimui siunčiamas pariteto bitas. Jis yra siuntėjo nustatomas į loginio vieneto dydį jeigu perduodamą žodį sudaro nelyginis vienetų skaičius. O jei perduodamą žodį sudaro lyginis vienetų skaičius, tai pariteto bitas bus loginio nulio vertės. Naudojant šį bitą tokiu būdu, gavėjas gali aptikti vienetinę perduodamų duomenų klaidą. Perdavimo pabaiga užbaigiama slenkstiniais bitais (1, 1,5 arba 2 bitai). Priklausomai nuo aplinkos, slenkstiniai bitai sudaro minimalų laiko tarpą tarp atskirų žodžių perdavimo. Asinchroninio perdavimo metu naudojami standartiniai greičiai: 300, 600, 1200, 2400, 4800, 9600, 19200 bitai/s ir t.t. 20 Egzistuoja labai daug įvairių perdavimo standartų naudojančių nuoseklų ryšį. Tarp savęs jie skiriasi galimos linijos ilgių, informacijos apsikeitimo greičiais, organizacija ir t.t. Labiausiai yra žinomas RS 232 standartas, naudojamas asmeniniuose kompiuteriuose. Ši sąsaja užtikrina 15 m duomenų linijos ilgį perduodant juos iki 19200 bodų greičiu. Čia naudojamų signalų lygiai: loginis 0 atitinka nuo +3 iki + 25 V, o loginis 1 nuo – 3 iki – 25 V įtampą. Apkrovos varža sudaro 3 – 7 kΩ. Skaitmeninėse relėse nuoseklios sąsajos standartas yra RS 484. Naudojant šį standartą reikalingas simetrinis kanalas (vytos poros kabelis). Ryšys užtikrinamas segmentais, kurių ilgis iki 1200m. Galima prijungti iki 32 atskirų mazgų kiekviename segmente. Minimali apkrovos varža – 60 Ω; informacijos perdavimo greitis iki 10 Mbitų/s. Kaip matyti, asmeninio kompiuterio ir skaitmeninės relės prievadai gali būti įvairių standartų, kurie suteikia galimybę sujungti vienus su kitais. Laidininkinis ryšio kanalas. Perduodant impulsus per elektrinį kanalą su apriboto pločio praleidimu minmax fff −=∆ gaunamas sulaikymas ir signalo poslinkis. Visa tai schematiškai pavaizduota 11 pav. Praktiniam tikslui galima priimti tokią išraišką tarp perdavimo impulsų greičio Vmax (išreiškiamas bodais) ir praleidžiamo kanalo pločio Δf (išreiškiamas Hz): .2max fV ∆≤ (1.3) Kaip matyti iš (1.3) išraiškos, siauraplotis kanalas apriboja duomenų keitimosi greitį. Pavyzdžiui, telefoniniu kanalu, kurio praleidimo juostos dažnis Δf = 3200 Hz, perduodamų duomenų greitis sieks 6400 bodų. Duomenų perdavimui telefono linijomis naudojami modemai. Čia duomenys perduodami toniniais analoginiais signalais. Modemas keičia skaitmeninius signalus į analoginius toninius. Pats žodis modemas reiškia moduliatorius-demoduliatorius. Vietoj amplitudinės moduliacijos naudojama dažninė ir fazinė moduliacijos. Perspektyvi yra taip vadinama fazinė manipuliacija. Esant fazinei manipuliacijai, nešančioji fazė, po kiekvienos bitų poros perdavimo, pasislenka atitinkamu kampu. Pavyzdžiui, 00 atitinka 0°; 01 - 90°; 10 - 180°; 11 - -90°. Šios moduliacijos dėka padidėja perduodamų duomenų greitis, ir padidėja kanalo pralaidumas. Šiuolaikiniai modemai duomenis gali perduoti iki 54,2 kbit/s greičiu. Naudojant duomenų suspaudimą (suploninimą) galima pasiekti 115,2 kbit/s perdavimo greitį. Tuo pačiu užtikrinant pilną dupleksą, t.y. vienu telefoniniu kanalu, tuo pačiu metu, duomenis galima perduoti į abi puses. 21 RaE S įėjimo signalas išėjimo signalas RaJS įėjimo signalas išėjimo signalas a b taugimo tuždelsimo t t išėjimo signalas įėjimo signalas c 11 pav. Realaus kanalo duomenų perdavimo signalo poslinkis Perduodant duomenis laidiniu ryšio kanalu egzistuoja įvairių būdų užtikrinti duomenų autentiškumą. Tai ir pariteto bitų palyginimas su atskirų kodų simbolių vienetų skaičium, ir visų perduodamų duomenų suminių kodų palyginimas su kontroline suma perdavimo pradžioje ir pabaigoje [2]. Taip gavėjas gali aptikti siunčiamų duomenų iškraipymus. Tačiau, esant dideliems elektromagnetiniams trikdžiams, efektyvus duomenų perdavimo greitis elektrinėm ryšio linijom žymiai krenta todėl, kad pakitusį pranešimą reikia iš naujo pakartoti. Dėl to elektrinėse, pastotėse kaip alternatyva naudojamas šviesolaidis. 22 2.2. Srovinės apsaugos Elektros variklių apsaugos reikalavimai. Elektros variklių relinė apsauga, taip kaip generatorių ir transformatorių apsaugos, turi reaguoti į vidinius pažeidimus ir į pavojingus netipinius darbo režimus. Labai svarbu, kad variklis neatsijungtų prie pavojingų nenormalių darbo režimų, nes tokie atsijungimai gali turėti sunkių padarinių ir nuostolių pramonėje. Svarbią vietą tarp elektros variklių užima elektrinių vidiniam darbui skirti varikliai. Atsijungus tokiam varikliui nuo relinės apsaugos dėl netipinio darbo režimo gali sutrikti visos elektrinės darbas. Todėl svarbių elektrinės įrenginių variklių apsauga turi būti ypač patikima. Šiame darbe kaip tik ir tiriama Vilniaus E-2 maitinimo siurblio variklio apsauga. Atsijungus šiam varikliui dėl klaidingo relės suveikimo gali sutrikti elektros energijos gamyba [14]. Dauguma tokių variklių turi savilaidą. Variklio savilaida pasireiškia tuo, kad trumpam pažemėjus maitinančiai variklį įtampai variklis neatsijungia ir atsistačius įtampai, jis vėl įsisuka iki normalaus sukimosi greičio (t.y. „pasileidžia pats“). Dažniausiai įtampos pažemėjimas įvyksta esant trumpajam jungimui ir automatiniam variklio perjungimui nuo vieno maitinimo šaltinio prie kito veikiant ARĮ (automatiniam rezervo įjungimui). Taigi variklių RAA turi užtikrinti saviraidos galimybę, t.y. ji neturi atjungti variklio esant įtampos sumažėjimui ir jos atsistatymo metu. Pagrindinės elektros variklių apsaugos. Dažniausiai pasitaikantis elektros variklių gedimas yra statoriaus apvijose įvykstantis tarpfazinis trumpasis jungimas. Šis trumpasis jungimas sukelia didelius gedimus ir įtampos pažemėjimą maitinimo tinkle kuris sutrikdo kitų vartotojų darbą. Todėl tarpfazinio trumpojo jungimo apsauga yra pagrindinė elektros variklių apsauga. Vienfazis statoriaus trumpasis jungimas su žeme yra mažiau pavojingas, nes maitinimo šaltinis, kuriuo maitinamas variklis, dirba su izoliuota neutrale. Elektros variklio apsauga nuo įžemėjimo naudojama tik tada, kai o srovė siekia 5-10 A. Ilgalaikis srovės padidėjimas yra pavojingas varikliui. Todėl varikliai, kurie yra dažnai perkraunami, turi perkrovimo apsaugą. Ji veikia priklausomai nuo variklio darbo sąlygų ir atjungia variklį tik gavusi variklio perkrovimo signalą [15]. Kartais yra nepageidaujama arba neleidžiama variklio savilaida po trumpalaikio įtampos pažemėjimo. Tai gali įtakoti gamybos našumą ar personalo saugumą. Todėl tokiose vietose yra naudojama minimalios įtampos apsauga veikianti į variklio atjungimą. 23 Elektros variklio apsauga nuo tarpfazio trumpojo jungimo. Apsauga nuo tarpfazio trumpojo jungimo yra pagrindinė variklio apsauga. Ji yra būtina visais atvejais. Apsaugai nuo trumpojo jungimo naudojama maksimali srovės apsauga, kuri suveikia iš karto (srovės atkirta). Ji yra sukonfiguruota taip, kad apeitų elektros variklio paleidimo ir jo savilaidos sroves [16]. Apsaugos jautrumo trūkumui sumažinti, galingiems varikliams (nuo 2 MW), statomos ir diferencinės apsaugos. M KA Q M Q KA K + + - a b 12 pav. Variklių srovinė apsauga nuo trumpųjų jungimų išpildoma vienos relės: a – esant kintamajai operatyvinei srovei; b – esant nuolatinei operatyvinei srovei. Elektros variklių apsaugai nuo trumpojo jungimo, kurių vardinė įtampa 500 V ir mažiau, naudojami saugikliai. Saugikliai gali būti naudojami ir didesnės įtampos varikliams apsaugoti jei tik ji užtikrina srovės nutraukimą esant trumpajam jungimui. Esant kintamajai operatorinei srovei variklių apsaugai naudojama tiesioginio veikimo relė (12 pav. a). Tai palengvina antrinę komutaciją ir sutaupo kontrolinio kabelio ilgį. Apsauga nuo trumpojo jungimo yra dvifazė, nes maitinimo tinklo įžemėjimo srovės būna nedidelės [17]. Todėl srovės transformatoriai statomi prie jungtuvo iš variklio pusės. Kai tik įmanoma jautrumui užtikrinti paprastai naudojamos vienos relės schemos (srovės transformatoriai jungiami taip, kad sudarytų skirtumą tarp dviejų fazių). 12 pav. a schemoje KA relės atkirta naudojama kaip apsauga nuo trumpojo jungimo, o jos indukcinis elementas – apsaugai nuo perkrovimo. Atkirtos kontaktas pakankamai galingas ir gali tiesiogiai veikti į jungtuvo atjungimą. Pagal 12 pav. b schemą naudojama apsauga elektros 24 varikliams kurie nepasiduoda perkrovoms. Šios relės kontaktinė sistema negali paveikti jungtuvo atjungimo ritės, todėl sistemoje numatyta tarpinė relė. Dviejų relių apsaugos schema (13 pav.) naudojama tada, kai vienos relės schema neužtikrina jautrumo esant dvifaziam trumpajam jungimui. Tai gali būti apsaugos schemose, kurios saugo didelio galingumo variklius. M Q KA KA + + - K - + 13 pav. Dviejų relių variklio apsaugos schema maitinama nuolatine operatyvine srove Diferencinė elektros variklio apsauga pavaizduota 14 pav. Ji žymiai jautresnė negu apsauga nuo srovės. Viršsroviai atsirandantys vidinio trumpojo jungimo metu, variklio paleidimo ir savilaidos srovės nuo kurių skaičiuojama apsaugos atkirtos srovė, diferencinės apsaugos schemoje tampa subalansuotomis. Srovinės atkirtos suveikimo nuo trumpojo jungimo srovės dydis nustatomas priklausomai nuo srovės pulsacijų dydžio, kurias variklis siunčia į tinklą pirmuoju trumpojo jungimo momentu. Atkirta taip pat priklauso ir nuo variklio paleidimo srovės esant pilnai maitinimo tinklo įtampai ir išvestai rotoriaus paleidimo grandinės varžai (tai taikoma elektros varikliams su faziniu rotoriumi). 25 14 pav. Elektros variklio diferencinės apsaugos schema Tarpinė relė užlaiko apsaugos suveikimą 0,04-0,06 s. Tai daroma dėl aperiodinės paleidimo srovės sudedamosios dalies poveikio. Tokia laiko delsa reikalinga tada, jei apsaugai naudojama akimirksniu veikianti relė., kurios grįžimo koeficientas yra 0,85 eilės. Tokiu atveju apsaugos suveikimo srovė priklauso nuo relės grįžimo sąlygų esant maksimaliam paleidimo srovės periodiškumui Ip.pal.. Čia atkreipiamas dėmesys į tai, kad aperiodinė paleidimo srovės sudedamoji užgęsta prieš tarpinės relės suveikimą. Pirminė atkirtos srovė lygi: ,.. gr palpN AS k Ik I = (1.4) čia kN – koeficientas, kuris priimamas lygiu 1,2; Ip.pal.. – maksimali aperiodinės paleidimo srovės sudedamoji išrenkama iš apsaugos aprašymo arba gaunama bandymo būdu. Antrinė atkirtos srovė randama iš formulės: , T ASsch RS IkI η = (1.5) čia ηT – apsaugos srovės transformacijos koeficientas; ksch – schemos koeficientas, gaunamas iš srovės transformatoriaus schemos (12 pav.) sujungiant juos taip, kad būtų srovių skirtumas tarp fazių. Tada 3=schk ., o sujungiant srovės transformatorius į nepilnos žvaigždės schemą ksch priimamas lygiu 1. Diferencinė variklio apsaugos srovė, esant identiškiems srovės transformatoriams, gaunama iš šios formulės: 26 .)25,1( nomAS II ÷= (1.6) Apsaugos jautrumo koeficientas, esant tarpfaziniam varikliniam trumpajam jungimui, išreiškiamas per geležies dvifazio trumpojo jungimo srovę ir pirminės atkirtos srovės dydžio santykį. Jis gaunamas ties variklio išėjimo gnybtu, kai maitinimo tinklas minimaliai apkrautas: .min AS TJ j I Ik = (1.7) Elektros variklio apsauga nuo įžemėjimo. Apsauga nuo įžemėjimo elektros varikliams iki 2 MW galios statoma tik tada, jeigu įžemėjimo srovė Iž ≥ 10 A. Mažos galios varikliams įžemėjimo apsauga laikoma nebūtina, nes ji, palyginus su varikliu, labai brangi. M Q KA + - K - + 15 pav. Elektros variklių apsaugos schema nuo vienos fazės įžemėjimo Galingiems elektros varikliams apsauga nuo įžemėjimo statoma tada, kai Iž ≥ 5 A. Apsauga suveikia momentaliai, be laiko užlaikymo, naudojant nulinės sekos srovės transformatorių. Schema pavaizduota 15 pav. Elektros variklių apsauga nuo perkrovimo. Elektros variklių perkrovimas paprastai atsiranda dėl: 1. Užsitęsusio paleidimo arba savilaidos; 2. Techninių priežasčių ir mechanizmo perkrovimo; 27 3. Vienos fazės nutrūkimo; 4. Mechaninio elektros variklio pažeidimo sukeliančio padidėjusį slydimo momentą ir jo stabdymą. Perkrovimai būna trumpalaikiai ir ilgalaikiai. Pavojingiausi yra ilgalaikiai perkrovimai. Variklio paleidimo ir savilaidos srovės yra didelės, trumpalaikės ir išnyksta varikliui įsisukus iki darbinio sukimosi greičio. Šios srovės gali būti pavojingos jeigu variklio įsisukimo procesas užsitęsia arba jeigu savilaidos metu atsitinka taip, kad variklio nominalus momentas yra mažesnis už slydimo momentą (Mv.nom , I>>, IE>, IE>> Maksimali srovės apsauga su apibrėžta laiko charakteristika (fazės / įžemėjimo) 51, 51N Ip, IEp Maksimali srovės apsauga su inversine laiko charakteristika (fazės / įžemėjimo) 67, 67N Idir>, Idir>>, Ip dir, IEdir>, IEdir>>, IEp dir Kryptinė maksimalios srovės apsauga 67Ns/50Ns IEE>, IEE>>, IEEp Jautrus įžemėjimo aptikimas (kryptinis/nekryptinis) - - Šaltas apkrovos išrinkimas (dinamis krūvis) 59N/64 VE, V0> Įtampos poslinkio, nulinės įtampos sekos apsauga - IIE Kintanti įžemėjimo apsauga 87N - Aukšto impedanso įžemėjimo apsauga 50BF - Jungtuvo atsisakymo apsauga 79 - Automatinis uždarymas 46 I2> Fazės balanso srovės apsauga (neigiamos sekos apsauga) 47 V2> Įtampos nebalanso apsauga/ fazių sekimas 49 Terminių perkrovų apsauga 48 - Atleidimo laiko stebėjimas 14 - Užrakinto rotoriaus apsauga 66/86 - Pakartotinio paleidimo blokavimas 37 I Įtampos sumažėjimo / padidėjimo apsauga 81O/U f>, f

Daugiau informacijos...

★ Klientai rekomenduoja

Šį rašto darbą rekomenduoja mūsų klientai. Ką tai reiškia?

Mūsų svetainėje pateikiama dešimtys tūkstančių skirtingų rašto darbų, kuriuos įkėlė daugybė moksleivių ir studentų su skirtingais gabumais. Būtent šis rašto darbas yra patikrintas specialistų ir rekomenduojamas kitų klientų, kurie po atsisiuntimo įvertino šį mokslo darbą teigiamai. Todėl galite būti tikri, kad šis pasirinkimas geriausias!