Новости

Про выбор средств измерения 

Выбор средств измерения для реклоузера – до сих пор непростая задача для любого разработчика.

Традиционно используемые измерительные трансформаторы напряжения имеют ряд недостатков: явления резонанса, гистерезиса, насыщения, остаточного намагничивания. У них значительный вес (от 26 до 29 кг) и габариты, высокая стоимость, так как они сделаны из дорогостоящего железа и электротехнической меди. Всё это побуждает производителей искать новые измерительные преобразователи.

Емкостные делители напряжения компактны и легки, но требуют использования высокоточных и стабильных высоковольтных конденсаторов. Электромагнитное экранирование таких делителей достаточно сложно в изготовлении, требуется обеспечение достаточной электрической прочности и учет паразитных ёмкостей на экран. Еще более значительные минусы емкостных датчиков — это диэлектрические потери, существенная зависимость электрической емкости от приложенного напряжения, большая зависимость входного и выходного импеданса от частоты. Как результат, они имеют меньшую точность. Некоторые производители пытаются компенсировать недостатки алгоритмической обработкой сигнала, но это ведет к невозможности проверить показания обычными средствами.

Мы остановили свой выбор на резистивных датчиках – делителях напряжения (3). Эти датчики также имеют малые размеры и вес, доступную элементную базу. Несмотря на сложность экранирования, они по сравнению с ёмкостными делителями имеют ряд преимуществ. Это гораздо более высокая точность, независимость от приложенного напряжения, линейность характеристик, стабильность во времени.

Минусы катушки Роговского для измерения тока — это слабый сигнал, нелинейная зависимость от частоты, влияющая на измерение гармоник. Высокочастотные явления, такие как удары молний или высокочастотные импульсы, возникающие при коммутации аппаратов, могут наводить в обмотке катушки Роговского маломощные высоковольтные сигналы и приводить к лишним срабатываниям. Производители решают эти проблемы применением сложных вычислительных алгоритмов РЗА, специфической цифровой обработкой сигнала. Однако работу системы измерения и защиты с такими датчиками невозможно проверить обычными тестерами РЗА.

Измерительные трансформаторы тока (8) дороже и тяжелее катушек Роговского, однако мы сделали выбор в их пользу. Плюсы измерительных трансформаторов тока – точность измерения в широком диапазоне токов, линейность по отношению к частоте, хорошая изученность, надежность и простота для профессионалов.

Выбранные для реклоузера VR средства измерения можно тестировать обычными приборами для испытаний РЗА.

Шкаф управления

Шкаф управления состоит из следующих основных модулей:

• Контроллер
  Выполняет все математические расчеты, измерения, коммуникацию.
• Источник питания c драйвером привода
  Обеспечивает бесперебойное питание для работы реклоузера независимо от наличия сетевого напряжения. Драйвер управления перманентным магнитом интегрирован в источник для уменьшения габаритов блока. Источник связан с контроллером по интерфейсу CAN для передачи информации о наличии сетевого питания, состояния АКБ и зарядного устройства.
• АКБ
  Аккумуляторная батарея 24В 18А/ч является источником резервного питания.
• Модем (опционально)
  Служит для удаленного управления и подключения реклоузера к системам SCADA.

Контроллер FTU–R200i

Контроллер является основой реклоузера, от него напрямую зависит скорость выполнения команд защиты, точность измерения, возможности внешней коммуникации и удобство управления. На рынке контроллеров существует большое количество предложений различных исполнений от простейших блоков РЗА до специальных устройств для реклоузеров.

FTU-R200i – это специализированный контроллер, обеспечивающий оптимальное сочетание характеристик, функционала, простоты и удобства управления.

Основу контроллера составляют два вычислительных модуля: цифровой сигнальный процессор (DSP) и центральный процессор (CPU).

DSP – это 32-х разрядный процессор с частотой работы 200 МГц. Данный модуль в сочетании с 16-ти битным АЦП (аналогово цифровой преобразователь) позволяет обрабатывать сигналы в реальном времени и с высокой точностью. Основные задачи DSP:

• Цифровая фильтрация аналоговых входов;
• Быстрое преобразование Фурье, вычисление векторов;
• Расчет электрических величин;
• Контроль неисправностей.

CPU – это 32-х разрядный процессор с частотой работы 240 МГц. Основные задачи CPU:

• Контроль состояния и формирования команд управления;
• Интерфейс взаимодействия реклоузер – пользователь;
• Запись, хранение, передача событий состояния и неисправностей;
• Интерфейс взаимодействия реклоузер – SCADA;
• Самодиагностика.

Удобство управления обусловлено простым и гибким пользовательским интерфейсом, включающим в себя:

Стандартно на кнопках управления с индикацией выбранного режима задана следующая логика:

Настройка параметров реклоузера может осуществляться через меню непосредственно на самом контроллере, либо с внешнего компьютера с использованием программы FTUman.

Функционал

Измерение

Точность измерения и типы измеряемых величин представлены в таблице.

Реклоузер позволяет контролировать качество электроэнергии, потребляемую мощность (активную и реактивную).

Контроллер реклоузера VR измеряет гармонический состав сети, отслеживает пики потребления.

Также доступно отслеживание тока и напряжения прямой, обратной и нулевой последовательности для оперативного определения дисбаланса на линии.

Подключение к SCADA

Для подключения к SCADA в шкаф управления можно установить модемы, поддерживающие следующие физические каналы передачи данных:

• Радио канал (GPRS/GSM/радио)
• Проводной канал (Ethernet/RS485/RS232)
• Оптоволоконный канал.

Контроллер реклоузера поддерживает следующие протоколы передачи данных:

• MODBUS (RTU/TCP)
• DNP3 (serial/TCP)
• МЭК 60870-5-101
• МЭК 60870-5-104
• МЭК 61850
• SMS (GSM)

В шкафу управления предусмотрена возможность подключения до 3-х модемов. Для этого имеется гальванически развязанный источник питания 24В 1А с 3-мя выходами. Контроллер имеет функцию перезагрузки модемов при их «зависании», для этого он сбрасывает питание данного источника через заданные промежутки времени.

Контроллер принимает от системы SCADA сигналы управления, и передаёт ей измеренные параметры сети, сигналы состояния, результаты проведения самодиагностики.

Журналы событий

Запись событий происходит с отметкой по времени с точностью до 1мс. В скобках указанно максимальное количество записей для данной группы событий. При переполнении памяти происходит удаления более старого события. 

• События изменения ввода / вывода (1023)
• Функциональные рабочие события (20000)
• Системные события (255)
• Коммуникационные события (255)
• Ток повреждения (1023)
• События измерения качества электроэнергии (255)
• Ток, напряжение и мощность (6143)
• Максимальный дневной ток, напряжение и мощность (1023)
• Профиль энергии и пикового спроса (63)
• Изменение системных настроек (8)
• Изменение настроек параметров защиты (8) 

Запись осциллограмм

Позволяет сохранять:

• 8 осциллограмм повреждений сети;
• 6 осциллограмм качества электроэнергии;
• 1 осциллограмма с ручным запуском записи.

Точность записи до 128 выборок за период, длинна записи до 40 периодов сетевого напряжения.

При заполнении памяти происходит удаление более старого события.

Самодиагностика

В реклоузере предусмотрена возможность самодиагностики – контролируются все важные компоненты устройства:

• контроль состояния внутренних компонентов контроллера: память, каналы измерения, параметры настройки, связь между компонентами;
• контроль состояния связи со SCADA: если за заданный промежуток времени не происходит передача данных – контроллер перезагружает модем;
• защита от отказа выключателя коммутационного модуля: после размыкания контактов выключателя проверяется значение протекающего тока и если ток не упал до нулевого значение сигнализируется ошибка «отказ выключателя»;
• контроль параметров АКБ: через заданные промежутки времени выполняется проверка и при низком заряде АКБ записывается соответствующая ошибка;
• контроль параметров питающего напряжения: контроллер отслеживает напряжение источника питания, зарядного устройства АКБ и наличие питающего сетевого напряжения.

Определение остаточного ресурса камеры дугогасительной вакуумной (КДВ)

Остаточный ресурс КДВ реклоузера вычисляется из расчета коммутационной способности вакуумной камеры и тока отключения. Остаточный ресурс КДВ хранится в памяти контроллера. Его можно посмотреть в программе FTUman либо получить по SCADA.

Программное обеспечение FTUman

Программа быстрой настройки и управления реклоузером. Подключение к контроллеру производится через USB разъем (9) на передней панели контроллера либо Ethernet (опционально wifi).

С помощью FTUman можно:

• Проводить изменения параметров реклоузера, загружать их из сохраненного файла
• Просматривать журналы событий
• Просматривать сохраненные осциллограммы
• Редактировать и просматривать время-токовых характеристик МТЗ
• Просматривать значения измерений параметров
• Управлять работой реклоузера
• Имитировать работу релейного тестера

Функция имитации релейного тестера крайне полезна – она позволяет отработать настройки всех защит без подключения реклоузера к внешнему релейному тестеру, что упрощает и ускоряет настройку реклоузера.

Отображение состояния всех входов и выходов контроллера, аварийные режимы, состояние защит, индикация самодиагностики, состояние АКБ и зарядного устройства АКБ, а также удалённое управление реклоузером реализовано в одном окне.

Окно отображения установки реклоузера показывает какая сторона реклоузера подключена к источнику, какая фаза является задающей для измерения, состояние выключателя, величины напряжения и тока, направления потоков мощности.

Защита от однофазных замыканий на землю (ОЗЗ) (GOC/SEF/IEF код ASIN 50N без учета направления и 67N с учетом направления)

В системах с изолированной нейтралью используется функция SEF (чувствительное замыкание на землю). Она определяет неисправность по соотношениям фаз между током нулевой последовательности и напряжением нулевой последовательности. Функция IEF (прерывистое замыкание на землю) определяет короткие импульсы тока замыкания и если они повторяются через заданное время происходит отключение. Для глухо заземлённых сетей используется функция GOC – максимальная токовая защита при замыкании на землю.

Защита минимального/максимального напряжения (ЗМН/ЗПН) (OV/UV код ASIN 59/27)

Данная группа предназначена для защиты чувствительного потребителя от перенапряжения или пониженного напряжения питающей сети. Оба этих режима являются аварийными и могут привести к повреждениям как сети, так и потребителя. В контроллере предусмотрено 4 уровня срабатывания защиты с разной временной задержкой, это позволяет точно настроить систему для каждого конкретного потребителя.

Автоматическая частотная разгрузка (АЧР) (UF код функции ASIN 81U)

Контроллер отслеживает изменение частоты и отключает потребителя при ее понижении, что обеспечивает разгрузку источника питания и защиту потребителя. В защите предусмотрено 4 уровня, как и в ЗМН.

Защита от повышенной частоты (ЗПЧ) (UF код функции ASIN 81O)

Также 4 уровня настроек позволяет реализовать защиту потребителя при повышении частоты.

Проверка синхронизации (код функции ASIN 25)

При подключении нагрузки, находящейся под напряжением, контроллер сравнивает параметры сети источника и нагрузки (уровень напряжения, фазы напряжения и частоты). Если отклонения в этих параметрах больше установленных, то включение реклоузера блокируется.

Определение обрыва линии

Обрыв линии определяется отсутствием симметрии или пониженным напряжением фаз. Когда напряжение на одной или двух фазах падает ниже установленного, запускается счетчик времени ожидания. Если за время ожидании напряжение не вернулось в норму, то срабатывает защита.

Определение расположения неисправности (код функции ASIN 21)

Для работы данной функции необходимо указать длину, сопротивление и коэффициент нагрузки для каждой линии и ее ответвлений. При возникновении аварийной ситуации реклоузер определяет расстояние до места аварии и записывает это значение в соответствующий журнал ошибок.

Эта функция позволяет сокращать время поиска неисправности и уменьшает затраты на обслуживание.

Автоматическое повторное включение (код функции ASIN 79)

Максимальное количество АПВ – 4 цикла. Контроллер позволяет настраивать максимальное количество АПВ для каждого из событий. Минимальное время повторного включения 0,1 секунды. При достижении максимального количества повторных включений контролер блокирует включение реклоузера.

Режим работы P2P

Данный режим позволяет объединить до 3-х реклоузеров в локальную сеть без подключения к SCADA. Связь между реклоузерами позволяет автоматически изолировать поврежденный участок сети при возникновении аварии.

Автоматический ввод резерва (АВР)

Функция АВР переключает нагрузку между двумя источниками питания при отключении электроэнергии. Это минимизирует перебои в подаче электроэнергии для критически важных потребителей.

Итоги

Многие согласятся, что описанных функциональных возможностей более чем достаточно для современного уровня требований к автоматическим реклоузерам. Однако это не полное описание, и потенциал реклоузера Арум VR гораздо шире. Как пример можно привести возможность использования разных наборов уставок для разных направлений протекания тока, что важно для кольцевых схем воздушных линий. Реклоузер VR уже в базовой версии имеет два ввода и готов к организации кольцевой линии.

Ведется подготовка документации: технико-коммерческий каталог, техническая информация, руководство по эксплуатации, альбом типовых проектных решений. Планируется съёмка информационного видео. И сборщики, и потенциальные заказчики получат полную информацию об аппарате, его настройках и эксплуатации.

Стоимость реклоузера будет зависеть от конкретного проекта и набора необходимых опций. По нашим оценкам она будет минимум на 30% ниже стоимости аналогичного устройства лидирующего производителя.

В России каждый год продаётся всё больше реклоузеров, и этот рынок по прогнозам специалистов будет только расти. Выводом в серийное производство реклоузера VR компания Арум рассчитывает сделать свой вклад в развитие рынка за счет предложения доступной альтернативы высокого технического уровня. Считаем, что использование современных автоматических реклоузеров вместо пунктов секционирования – это новый этап технического роста и развития воздушных сетей страны.

Приглашаем монтажные организации присоединится к этому развитию. Мы готовы к обсуждению проектов, планируемых на 2022 год.