Zabezpieczenie różnicowo-prądowe. 1. Zasada działania... 2 2. Schemat funkcjonalny... 3 3. Parametry... 4 4. Łącze transmisyjne... 6 Zabezpieczenia : ZCR 4E/RP od v 5.1 ZZN 4E od v 4.5 ( również ZRL 4E/RP ) Computers & Control S.j. Katowice, ul. Porcelanowa 11 1
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.j. Katowice, ul. Porcelanowa 11 2
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.j. Katowice, ul. Porcelanowa 11 3
3. Parametry. Poniżej zamieszczono zestawienie programowalnych parametrów zabezpieczenia różnicowoprądowego. 1. Załączenie stopnia: [ Tak, Nie ] 2. Wejście sterujące: [RZKi, ZCSi, SWEi, FXLi] 3. Poziom załączający: [0, 1] 4. Prąd pobudzenia ( Imin > ): [ 0.1-5.00 ] In 5. Różnica modułów ( mdi1): [ 0.1-5.0 ] In 6. Różnica faz: [ +/- ( 0-180 ) ] [ ] 7. Opóźnienie: [ 0.02-32.00] [s] 8. Tryb transmisji: [ Master, Slave] 9. Szybkość transmisji: [ 9,6; 19,2; 38,4; 57,6; 125,0 ] [kbit / s]. 10. Numer programu SPZ: [ 0-6 ] 11. Współczynnik korekcji przekładni CT [0,500 2,000] 12. Blokada współwyłączania* [ Tak, Nie ] * od wersji 6.6.005 i 6.7.017 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.j. Katowice, ul. Porcelanowa 11 4
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 : gdzie : Kct = Lzp2 / Lpz1; 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; Parametr numer 12 - Blokada współwyłączania jeżeli został ten parametr zaznaczony, to zabezpieczenie różnicowe nie przyjmie żądania wyłączenia od drugiej połówki zabezpieczenia różnicowego. W przeciwnym wypadku (brak wyboru blokady wspówyłączania) żądanie wyłączenia zostanie przyjęte, gdy drugie zabezpieczenie wyśle je, co spowoduje wystartowanie członu różnicowo prądowego i wygenerowanie wyłączenia linii. W przypadku przyjęcia żądania wyłączenia, parametry zarówno minimalnego prąd pobudzenia (parametr 4), jak i różnicy modułów i faz (parametr 5 i 6) nie musi być spełniony. Również opóźnienie (parametr 7) nie jest uwzględniane. Wysłanie żądania wyłączenia od stopnia różnicowego następuje zawsze przy starcie (wyłączu) stopnia różnicowego, natomiast jego przyjęcie jest uzależnione od parametru 12. Funkcja dostępna od wersji 6.6.005 i 6.7.017. W przypadku starszych wersji wysyłanie i żądanie współwyłączania nie jest możliwe. Computers & Control S.j. Katowice, ul. Porcelanowa 11 5
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.j. Katowice, ul. Porcelanowa 11 6
Computers & Control S.j. Katowice, ul. Porcelanowa 11 7