Technologie

Automatyka SZR Mikroniki poprawia jakość zasilania u wytwórców energii

Artykuł poświęcony problemom zapewnienia zasilania dla różnych grup odbiorców, takich jak energetyka zawodowa, wytwarzanie, dystrybucja energii, przemysł i odbiorcy indywidualni.

Wstęp

Wyspecjalizowany Automat SZR typu SO-52v11-eMSZR produkcji Mikroniki zapewnia działanie eliminacyjne zakłócenia i zabezpieczenie przed rozszerzaniem się awarii na skutek zapadu i zaniku napięcia poprzez załączenie zasilania rezerwowego. Realizuje przełączenia SZR oraz umożliwia Planowe Przełączenie Zasilań  (PPZ ) i Samoczynne Przełączenie Powrotne (SPP) Zapady i zaniki napięcia stwarzają najpoważniejsze trudności w zapewnieniu odpowiedniej jakości energii elektrycznej dostarczanej do użytkowników. Nawet przy krótkim czasie trwania mogą one powodować długotrwałe zakłócenia, przestoje i awarie w działaniu między innymi odbiorów takich jak:

  • wysokonapięciowe silniki elektryczne (6-10kV).
  • niskonapięciowe silniki elektryczne.
  • urządzenia sterujące elementami systemów elektrycznych (np. przekształtnikami, falownikami, itp.) i technologicznych procesów produkcyjnych. Urządzenia te podstawowe zasilanie otrzymują z sieci elektrycznej i dopuszczalna długość przerwy beznapięciowej jest mniejsza od 100ms.

Realizacja ciągłości zasilania z zastosowaniem automatu SZR/PPZ/SPP firmy Mikronika

Sterownik automatyki SO-52v11-eMSZR jest specjalizowaną wersją sterownika SO-52v11, przeznaczoną do sterowania układami rezerwowania zasilań. Jego zastosowanie umożliwia obniżanie prądów zwarciowych, ograniczanie obszaru na którym występuje załamanie napięcia spowodowane zwarciem oraz znaczne skrócenie przerw w zasilaniu odbiorców podczas przełączania zasilania podstawowego na rezerwowe i odwrotnie. Konstrukcyjnie i programowo jest on dedykowany do pracy w rozdzielniach SN oraz nn przystosowany do pracy w obiektach wymagających złożonych algorytmów i wysokiej niezawodności działania. Najczęściej należą do nich rozdzielnie potrzeb własnych elektrowni i elektrociepłowni zawodowych, zasilające urządzenia szpitalne, zasilające linie technologiczne oraz linie miejskie o wysokim stopniu niezawodności.

Rys. 1. Przyczyny wykonywania SZR. Objaśnienia: ZAN – zanik (obniżenie) napięcia, SYG – sygnał zewnętrzny, WYL – otwieranie elektryczne z pola, OTW- otwarcie mechaniczne, Typ przełączenia SZR zależny od nastaw automatu i warunków 1..14
Rys. 2. Przyczyny wykonywania PPZ/SPP. PPZ – działanie operacyjne, SPP – powrót napięcia. Typ przełączenia PPZ/SPP zależny od nastaw automatu i warunków 1..10.

Najważniejszym i najbardziej złożonym zadaniem automatu SZR jest przełączanie zasilania przede wszystkim wysokonapięciowych silników asynchronicznych i synchronicznych. Otwarcie wyłącznika zasilania podstawowego powoduje pojawienie się na szynach zasilanej sekcji,  wypadkowej siły elektromotorycznej generowanej przez przyłączone do niej silniki. Najważniejsze, z punktu widzenia odbiorcy, parametry charakteryzujące taką siłę elektromotoryczną to:

  • wartość napięcia w chwili otwarcia styków wyłącznika,
  • wartość częstotliwości w chwili otwarcia styków wyłącznika,
  • stała czasowa opadania napięcia,
  • szybkość opadania częstotliwości,
  • przesunięcie fazowe między SEM a napięciem zasilania rezerwowego.

Dzięki użyciu automatu SZR można spowodować zminimalizowanie  negatywnego wpływu wszystkich powyższych parametrów między innymi poprzez dobór właściwego rodzaju przełączenia. Rodzaj przełączenia ma zasadniczy wpływ na:

  • czas trwania przerwy beznapięciowej na obciążeniu, co określa konsekwencje dla prowadzonych procesów technologicznych.
  • naprężenia mechaniczne na wale silnika, uzwojeniach stojana i prętach wirnika powodujące przedwczesne uszkodzenia zmęczeniowe,
  • stres różnego rodzaju w elementach urządzeń stanowiących obciążenie silników.
  • procesy powodujące szybsze zużycie się elementów transformatorów mocy.

Przełączenia realizowane przez automat SO-52v11-eMSZR odbywają się w zależności od ustawień i aktualnie istniejących warunków. Automat wykonuje przełączenia synchroniczne bezprzerwowe, przełączenie synchroniczne jednoczesne, przełączenie synchroniczne z przerwą, przełączenie synchronizowane, przełączenie szybkie oraz przełączenie wolne. Urządzenie realizuje automatykę z rezerwą jawną i ukrytą w układach 2, 3, 4 i 5-wyłącznikowych.

Zasada działania

Automat wykonuje pomiary napięć oraz wylicza wartości wielkości istotnych do podejmowania decyzji tj: napięcie różnicowe, różnicę częstotliwość i fazy napięć. Automat stosuje zasadę predykcji obliczając szybkość zmian napięcia dU/dt na szynach i wykonuje odpowiednie przełączenia w zależności od istniejących warunków i nastaw.

Możliwe typy przełączeń realizowane przez Automat :

  • SB – przełączenie synchroniczne bezprzerwowe, wykonywane wtedy gdy spełnione są warunki synchronizmu – dopuszcza się tu krótkotrwałą pracę równoległą zasilań;
  • SP – przełączenie synchroniczne z przerwą, wykonywane wtedy gdy spełnione są warunki synchronizmu (nie dopuszcza się do pracy równoległej zasilań);
  • SZ – przełączenie szybkie wykonywane wtedy gdy napięcie różnicowe jest mniejsze od maksymalnej  wartości progowej;
  • SY – przełączenie szybkie synchronizowane (quasi synchroniczne), wykonywane wtedy gdy napięcie różnicowe jest mniejsze od maksymalnej  wartości progowej i spełniony jest warunek progowy odnośnie do częstotliwości (załączenie przy różnicy faz bliskiej zeru).

PW – przełączenie wolne wykonywane wtedy gdy napięcie szczątkowe na szynach jest mniejsze od maksymalnej wartości progowej;

Budowa

Automat SO-52v11-eMSZR wykonany jest w postaci 12-calowej kasety wyposażonej w sloty umożliwiające elastyczne zestawianie niezbędnych dla danego obiektu modułów (pakietów), oraz oddzielnie montowanego panelu operatorskiego KWG. Automat umożliwia współpracę z dodatkowym zewnętrznym panelem sterowniczym.

Poniżej zamieszczono przykładowy rysunek z przełączenia SZR od zaniku w cyklu szybkim i wolnym odniesione do przebiegu napięcia na szynach.

Rys. 3. SZR szybki, synchronizowany od zaniku napięcia, gdzie rozpoczęcie SZR nie jest opóźniane. Nastawiane gdy nie ma powyżej zainstalowanego SZR.
Rys. 4. SZR wolny od zaniku napięcia poniżej progu wolnego. Start SZR jest opóźniony o czas graniczny – maksymalny czas zadziałania powyżej zainstalowanych automatów SZR.

Sterownik wyposażony jest w wielokanałowy rejestrator zakłóceń z archiwizacją  sygnałów analogowych (pomiary) i cyfrowych sygnałów dwustanowych, sterowań i wewnętrznych sygnałów logik, a dodatkowa karta pamięci umożliwia zapis nawet kilkuset zakłóceń. Do urządzenia dostarczany jest  także program konfiguracyjny „pConfig” umożliwiający dowolną parametryzację automatyk,  zmianę projektu urządzenia i program do przeglądania zapisów rejestratora zakłóceń i bufora zdarzeń.

Na Rys.5 pokazano przykładową rejestrację zadziałania SZR SY w cyklu synchronizowanym przy pierwszej koicydencji faz napięcia. Na szynach silniki 6kV od taśmociągów.

Rys. 5. Cykl SZR SY synchronizowany od zaniku napięcia na zasilaniu.

Panel z synoptyką KWG-301 (montowany oddzielnie i łączący się z kasetą sterownika poprzez złącze RS-485) pozwala na wyświetlanie pełnej synoptyki pola, bufora zdarzeń, podglądu i zmian nastaw i bezpośrednie sterowanie aparatami pierwotnymi i trybem pracy SZR/PPZ/SPP. Automat wyposażony jest w szereg złącz komunikacyjnych optycznych i drutowych (Ethernet, USB, RS-485, RS-232), dzięki czemu może być w prosty sposób podłączony do dowolnego istniejącego systemu wykorzystującego dowolny standaryzowany protokół komunikacyjny np. DNP3, IEC 61850, IEC 60870-5-103, MODBUS oraz inne standaryzowane protokoły.

Rys. 6. Opis elementów składowych automatu SZR /PPZ / SPP

Zalety automatu SO-52v11-eMSZR firmy MIKRONIKA

  • integracja funkcji automatyk SZR/PPZ/SPP, sterownika obiektowego i rejestratora.
  • zwarta konstrukcja z możliwością dowolnego umieszczania panelu operatora
  • duży, czytelny i konfigurowany panel operatorski z 16-diodami sygnalizacyjnymi i alarmowymi, pełną synoptyką pola, przyciskami funkcyjnymi i kluczykiem do wyboru miejsca sterowania
  • możliwość zwiększania liczby wejść i wyjść w zależności od potrzeb użytkownika
  • możliwość uzyskania dwóch niezależnie pracujących automatów w jednej kasecie zasilanych redundantnie z 2-niezależnych źródeł (cecha przydatna w rozdzielnicach 4 i 5-wyłącznikowych)
  • duża niezawodność w sterowaniu poprzez bezpośrednie sterowanie cewkami wyłączników w obwodach prądu stałego do 6,0A przy U=220 VDC i L/R=40ms lub 8A  230VAC bez użycia styków pomocniczych i pośredniczących.
  • szeroki zakres temperatur pracy -20 do +55ºC,przy braku wymuszonego chłodzenia.
  • możliwość elastycznego parametryzowania w zależności od indywidualnych wymagań obiektu i użytkownika (możliwość złożonej współpracy z agregatem prądotwórczym)
  • wykonywanie obliczeń, w trybie on-line co zwiększa szybkość działania eliminując fazę decyzji
  • prosta i intuicyjna obsługa zarówno z pulpitu jak i programu konfiguracyjnego pConfig oraz systemu nadrzędnego SCADA / DCS na przykład SYNDIS.
  • realizacja przełączeń przy minimalnych zakłóceniach pracy obiektu i pewność zasilania poprzez funkcję retripu na załącz i wyłącz oraz algorytmy predykcji uwzględniające szybkość zmian parametrów napięć i czasy własne aparatów pierwotnych
  • możliwość elastycznego dokonywania zmian trybów pracy zdalnie i lokalnie
  • możliwość dodania kart do pomiaru prądów, napięć i pomiarów temperatury
  • współpraca z systemem SCADA poprzez różnorodne protokoły np.  DNP3.0, IEC 60870-5-10x, IEC 61850, IEC 61850 PRP, Modbus RTU, Modbus TCP IP i inne standaryzowane
  • Producent (Mikronika Sp z o.o.) oferuje szkolenia podstawowe i rozszerzone z obsługi i parametryzacji.
  • Produkt posiada certyfikat Energopomiaru – Elektryka o numerze ŚB/3/11/ES/18.

Podstawowe aplikacje

Rezerwa jawna: jedno z zasilań jest zasilaniem podstawowym (ZP), drugie jest zasilaniem rezerwowym (ZR) – przygotowanym na przejęcie obciążenia w przypadku awarii, zaniku napięcia lub wyłączenia wyłącznika W1
Rezerwa ukryta: zasilania ZP1 i ZP2 rezerwują się nawzajem, zakłócenie lub wyłączenie W1 powoduje załączenie W2 i zasilanie sekcji S1 i S2 przez W3. Analogicznie w przypadku zakłócenia w torze ZP2 następuje załączenie W2 i przejęcie sekcji przez W1.
Dwa tryby pracy rozdzielnicy: 1-wariant: 2xRezerwa jawna rozłącznik O1 jest załączony podając zasilanie rezerwowe – układ normalny jak na rysunku SZR działa w kierunku W1=>W2 i W3=>W4, 2-wariant: Rezerwa ukryta – gdzie O1–otwarty, W4 na stałe zamknięty i automatyka SZR działa pomiędzy W1=>W2 lub W3=>W2
Dwa tryby pracy rozdzielnicy: 1-wariant: 2xRezerwa jawna rozłącznik O1 jest załączony podając zasilanie rezerwowe – układ normalny jak na rysunku SZR działa w kierunku W1=>W2 i W3=>W4, 2-wariant: Rezerwa ukryta –gdzie O1 –otwarty, W4 na stałe zamknięty i automatyka SZR
Dwa stopnie SZR dla każdej sekcji. Stopień 1 dotyczy dopływów: SZR W1=>W2 lub SZR W5=>W4. Stopień 2 dotyczy pola sprzęgła: SZR W1=>W3, W2=>W3 lub W4=>W3, W5=>W3

Przykładowe wykonania

Producent urządzenia, oferuje również wyspecjalizowany tester Automatyki SZR/PPZ/SPP, Automatyki SZR/PPZ oraz Automatów SZR innych producentów (przy zastosowaniu uniwersalnych kabli przyłączeniowych).

Tester układów automatyki SZR/PPZ/SPP

Podstawowym przeznaczeniem testera układów automatyki SZR/PPZ/SPP jest sprawdzenie poprawności działania automatów SZR/PPZ/SPP przed uruchomieniem na obiekcie. Może być  również wykorzystany do testowania już pracujących szaf automatyk SZR/PPZ/SPP i pojedynczych automatów zabudowanych w polach rozdzielnic nN i SN. Budowa oraz połączenia wewnętrzne pozwalają na sprawdzenie działania wszystkich wejść dwustanowych, a także wyjść sterujących sterownika SZR/PPZ/SPP typu SO-52v11-eMSZR produkcji MIKRONIKA. Po dostosowaniu kabli przyłączowych (opcjonalnie dostarczanych wraz z testerem) może współpracować z automatami SZR/PPZ/SPP innych producentów.

Rys-7 Tester automatyki SZR/PPZ/SPP 2-5W

Konstrukcja testera umożliwia pracę autonomiczną tzn. z wykorzystaniem napięć wypracowywanych przez własne, wewnętrzne zasilacze i transformatory jak również pracę z zewnętrznym zadajnikiem napięć. Standardowe wykonanie zawiera 3 zasilania i 2 sprzęgła. Istnieje możliwość  zmiany konfiguracji zgodnie z życzeniem klienta dla dowolnego układu 5 wyłączników.

Podsumowanie

Automatyka SZR Mikroniki poprawia jakość zasilania u wytwórców energii, a także w gałęziach przemysłu. Producent automatów SZR/PPZ/SPP  zapewnia pomoc i wsparcie w projektowaniu, instalacji i uruchomieniach automatów SZR 2, 3, 4, 5-wyłacznikowych dla rozdzielni niskich i średnich napięć.

Prowadzone są szkolenia dla obsługi, szkolenia rozszerzone z pełnej konfiguracji a także szkolenia indywidualne.

Producent deklaruje  wsparcie programowe i hardwarowe także po okresie gwarancji gdy zaistnieje potrzeba rozbudowy systemu lub serwisu automatu.

Autorzy: inż. Gabriel Kubica, inż. Marcin Kowalski

www.mikronika.pl

Click to comment

Leave a Reply

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *

To Top