Technologie

Wybrane aspekty związane ze stosowaniem przekaźników pośredniczących w energetyce

Streszczenie

Przekaźniki pośredniczące dla energetyki produkcji Energotestu są obecne na rynku od kilku lat. W ofercie znajduje się pełna gama urządzeń, którą można podzielić na klika grup:

  • wyłączające mocne/szybkie: PW-3, PW-3/S, PWS-3, PWS-3/S, PWS-1, PWS-1/S,
  • sygnalizacyjne: PS-3, PS-5, PS2-4, PS2-5, PS2-6,
  • powielające: PP-4, PPS-6, PPS2-4, PPS2-6,
  • bistabilne: PBI-4, PBI-8, PBI-12,
  • czasowy: PT-4,
  • przełączania zasilań: PPZ-1, PPZ-2/A,
  • kontroli ciągłości obwodów wyłączających: PKC-3, PKC-3/A, PKC-3/B,
  • moduły dodatkowe: MX.

Miedzy innymi z tych powodów firma Hager wprowadziła do swojej oferty pełną rodzinę bezpieczników, akcesoriów i urządzeń współpracujących z nimi.

Rys. 1. Przekaźniki pośredniczące dla energetyki produkcji Energotestu

Na przestrzeni tych kliku lat otrzymaliśmy wiele pochlebnych opinii na temat naszych urządzeń. Klienci szczególnie doceniają wysoką jakość oferowanych urządzeń, ich parametry techniczne, oraz przemyślane rozwiązania konstrukcyjne ułatwiające codzienną eksploatację urządzeń. Możliwość skorzystania  z dostępnych na stronie internetowej Energotestu bibliotek do programu EPLAN z pewnością ułatwia prace projektantom. Od klientów docierają do nas również spostrzeżenia i pytania dotyczące zasad działania w danym układzie elektrycznym. Kilka ciekawszych przypadków zostanie opisanych w niniejszym referacie.

1. Wstęp

Przekaźniki pośredniczące produkcji Energotestu są instalowane w stacjach elektroenergetycznych, elektrowniach i innych obiektach elektroenergetycznych. Przekaźniki te są już zainstalowane m.in. w trzech stacjach przesyłowych, należących do Polskich Sieci Elektroenergetycznych – SE Piaseczno, SE Joachimów, SE Wielopole. W przypadku dwóch pierwszych stacji Energotest dostarczał przekaźniki pośredniczące, jak również realizował całościową prefabrykację szaf zabezpieczeniowych.

Kluczowe w zdobyciu klientów okazały się bardzo dobre parametry techniczne i cechy szczególne, wyróżniające nasze rozwiązania na tle konkurencji. Każda z grup przekaźników posiada klika cech, na które nasi klienci zwracali szczególną uwagę. Poniżej kilka przykładów.

Przekaźniki wyłączające mocne PWS-1 mają prąd wyłączalny L/R=40ms (220V DC) na poziomie 6A.  Do wykorzystania jest jeden styk wykonawczy „mocny” i cztery styki sygnalizacyjne. Taka ilość styków sygnalizacyjnych w jednym przekaźniku może przynieść duże oszczędności.

W przekaźniku bistabilnym znajduje się okienko inspekcyjne, dzięki któremu można w jednoznaczny sposób określić rzeczywiste położenie zestyków. Użytkownik, w przypadku braku obecności napięcia sterowniczego, nie musi sprawdzać położenia zestyków np. na zaciskach podstawki GZ14. Klienci zwracali również uwagę, że przekaźniki z grupy PBI pewnie działają nawet przy napięciu sterowniczym niższym od napięcia znamionowego w przypadkach, gdy sygnał na jedną z cewek przechodzi przez własny zestyk. Cechą wyróżniającą przekaźnik PT-4 jest wysoki stopień niezawodności, osiągnięty dzięki zastosowaniu bezprzetwornicowego zasilania układów wewnętrznych, oraz mechaniczne nastawniki czasu działania, dzięki czemu widoczne są nastawy przy braku napięcia pomocniczego.

Rys. 2. Przekaźniki pomocnicze zabudowane w szafie zabezpieczeń prefabrykowanej w Energotest (stacja PSE)

W przekaźnikach PPZ poziom przełączenia zasilania został uzależniony od obecności oraz poziomu obu napięć zasilających. Ważnym elementem konstrukcyjnym przekaźnika PPZ-2/A są wejścia blokady przełączania na każde ze źródeł zasilania. Można je wykorzystać m.in. do blokady przełączenia w przypadku zadziałania zabezpieczenia nadprądowego. Dodatkowo przekaźnik został wyposażony w wejście SPP – samoczynne przełączenie powrotne (SZR powrotny). Przekaźnik PPZ-2/A pełni również funkcję monitora napięć zasilających.

Konstrukcja przekaźników PKC-3/A i PKC-3/B umożliwia pełną kontrolę trzech cewek sterujących wyłącznika, podłączonych do wspólnego potencjału (-). Dla każdej z cewek są dostępne dwa obwody do kontroli wyłącznika w stanie zamkniętym i otwartym. Konstrukcja przekaźnika PKC-3/A i PKC-3/B nie wymaga stosowania zewnętrznych rezystorów, dzięki czemu można zaoszczędzić miejsce w szafie sterowniczej. Idea działania przekaźnika polega na chwilowym pomiarze każdego z kontrolowanych torów, co znacząco wpływa na zmniejszenie temperatury urządzenia podczas pracy. Pomiar dla danego toru jest powtarzany cyklicznie co kilka sekund. Przekaźniki z grupy PKC charakteryzują się bardzo dużą dokładnością pomiarów.

2. Przekaźniki wyłączające mocne/szybkie PWS-1

Dodatkowe styki sygnalizacyjne

W grupie przekaźników mocnych możemy wyróżnić dwa rodzaje konstrukcji. Pierwszy to przekaźniki PW-3 i PWS-3, w których mamy do dyspozycji trzy styki zwierne „mocne” i jeden przełączalny – sygnalizacyjny.

Drugim rodzajem są przekaźniki PWS-1, które zostały wyposażone z jeden styk zwierny „mocny”, oraz trzy zwierne i jeden przełączalny – jako styki sygnalizacyjne.

Rys. 3. Front przekaźnika PWS-1

Konstrukcja z jednym stykiem „mocnym” jest idealnym rozwiązaniem dla układu, w którym sterujemy jedną cewką wyłącznika, oraz jest potrzeba powielenia sygnału na kilka urządzeń. Większa ilość styków sygnalizacyjnych w  wielu przypadkach ograniczy ilość dodatkowych przekaźników pośredniczących, a co za tym idzie, zmniejszy koszt całej inwestycji. Watro nadmienić, że przekaźniki PWS-1 mają prąd wyłączalny L/R=40ms (220V DC) na poziomie 6A.

3. Przekaźniki bistabilne (PBI…)

Ważny jest projekt

W wielu projektach elektrycznych można spotkać układy z przekaźnikiem bistabilnym, w których impuls na jedną lub obie cewki przechodzi przez styki własne przekaźnika (rys. 4).

Rys. 4. Przykładowy schemat podłączenia przekaźnika bistabilnego – nie zalecany

W normalnych warunkach takie rozwiązanie powinno działać poprawnie. Należy jednak zadać pytanie: co się stanie w sytuacji gdy napięcie sterownicze będzie miało wartość mniejszą niż napięcie znamionowe? Może zdarzyć się sytuacja, w której energia potrzebna do zmiany stanu będzie za mała i styki przekaźnika bistabilnego znajdą się w położeniu nieustalonym, lub tylko niektóre zmienią położenie. Poniższe zdjęcia przedstawiają kolejno sytuacje, w których nastąpiło poprawne i błędne zadziałanie przekaźnika bistabilnego. Układ podłączono zgodnie z rys. 4.

  1. na cewkę Z podano napięcie Un – wszystkie styki znajdują się w położeniu Z – diody LED świecą na czerwono,
  2. na cewkę W podano napięcie Un – wszystkie styki znajdują się w położeniu W – diody LED świecą na zielono,
  3. c.na cewkę Z podano napięcie sterownicze o wartości mniejszej niż Un – cztery styki znajdują się w położeniu Z – diody LED świecą na czerwono, pozostałe trzy znajdują się w położeniu W – diody LED świecą na zielono,
  4. przekaźnik doprowadzono do stanu normalnej pracy, a następnie ponownie podano napięcie sterownicze o wartości mniejszej niż Un; w wyniku tej próby trzy styki zmieniły położenie na Z – diody LED świecą na czerwono, pozostałe styki znalazły się w stanie nieustalonym – cztery diody LED nie świecą.

Przy takim projektowaniu układu należy mieć świadomość, że jeżeli wartość napięcia sterowniczego będzie niższa niż dolny zakres napięć podanych w danych technicznych przekaźnika bistabilnego, to przekaźnik bistabilny może błędnie zadziałać. W układzie, w którym sygnały na obie cewki przechodzą przez styki własne przekaźnika może dojść do jego zablokowania. W takiej sytuacji jedynym sposobem na odblokowanie przekaźnika będzie podanie bezpośrednio na cewkę napięcia Un.

Sprawdzanie układów z przekaźnikiem bistabilnym

Bardzo ważne przy sprawdzeniach układów, w których zainstalowane są przekaźniki bistabilne jest wykonanie prób działania przy napięciu niższym niż Un. Przekaźnik bistabilny powinien zadziałać poprawnie przy napięciach w przedziale od 0,8Un do 1,1Un. Konstrukcja przekaźników bistabilnych Energotestu wyklucza możliwość błędnego zadziałania w wyżej podanym zakresie.

Rys. 5. Przykład prawidłowego zadziałania przekaźnika bistabilnego dla napięcia Un (od lewej: a, b)
Rys. 6. Przykład nieprawidłowego zadziałania przekaźnika bistabilnego dla napięcia poniżej Un (od lewej: c, d)

Rozwiązania konstrukcyjne

Oprócz okienka inspekcyjnego, które umożliwia w jednoznaczny sposób określić położenie styków (rys. 7), przekaźniki bistabilne posiadają specjalną antywstrząsową konstrukcję. Zastosowane rozwiązanie znacznie ogranicza możliwość zmiany położenia styków na skutek wibracji lub wstrząsów występujących w miejscu zainstalowania przekaźnika, co zostało potwierdzone badaniami w akredytowanym laboratorium. Do dnia publikacji referatu nie otrzymaliśmy informacji o błędnym zadziałaniu przekaźników bistabilnych produkcji Energotestu spowodowanym wstrząsami na obiekcie.

Rys. 7. Front przekaźnika PBI-12B, widoczne okienko inspekcyjne umożliwiające w jednoznaczny sposób określić rzeczywiste położenie zestyków

4. Przekaźniki przełączania zasilań (PPZ…)

Zasady przełączania zasilań

Urządzenia do przełączania zasilań powinny cechować się szybkim i  bezpiecznym przełączeniem na alternatywne źródło zasilania oraz powinny dokonywać tego przełączenia przy odpowiednim poziomie napięcia. Niedopuszczalnym jest doprowadzenie do przysiadu napięcia poniżej poziomu, który gwarantuje poprawną pracę zasilanych urządzeń. Dolna granica napięcia zasilającego podawana przez producentów urządzeń to ok. 0,8 Un. W przypadku awarii w układzie zasilania, przy powolnym spadku napięcia, jeżeli przełączenie zasilania nie nastąpi przy odpowiednim poziomie napięcia, urządzenia przestaną działać lub w skrajnych przypadkach może nastąpić ich błędne działanie (w tym błędne odwzorowanie wejść binarnych). Operatorzy systemów coraz częściej w swoich wymogach podają wartości napięcia pobudzenia wejścia dwustanowego, przy którym ma nastąpić zmiana stanu (z 0 na 1 logiczne). W [1] podano wartość 110-170V DC. Z niniejszego zapisu wynika, że wartość 170V DC (~0,77 Un) jest minimalną wartością napięcia, przy którym powinno nastąpić pobudzenie wejścia dwustanowego (stan wyskoki). W zakresie 0,5-0,77 Un dopuszcza się wystąpienie zarówno stanu niskiego jak i wysokiego, co może skutkować błędnym odwzorowaniem.

W przekaźnikach PPZ poziom przełączenia zasilania został uzależniony od obecności oraz poziomu obu napięć zasilających i zawiera się w przedziale 0,75-0,9 Un. Do określenia przedziału przyjęto dwa możliwe scenariusze. W pierwszym przyjęto, że na wejściach przekaźnika obecne są oba napięcia, a przekaźnik pracuje na zasilaniu podstawowym. Jeżeli napięcie podstawowe zacznie zanikać, przełączenie na zasilanie rezerwowe nastąpi przy 0,9 Un (rys. 8). Analogicznie dla zasilania rezerwowego. Czas przerwy napięciowej przy przełączaniu zasilań wynosi mniej niż 25ms.

Rys. 8. Przekaźnik PPZ-2/A – stanowisko testowe. Widoczny spadek napięcia zasilania podstawowego; sygnalizacja optyczna; czas przerwy = 12ms

W drugim możliwym scenariuszu przyjęto, że na wejściach przekaźnika jest obecne tylko jedno napięcie (podstawowe lub rezerwowe). Jeżeli napięcie podstawowe/rezerwowe zacznie zanikać, wyłączenie zasilania nastąpi przy ok. 0,75Un (rys. 9).

Rys. 9. Przekaźnik PPZ-2/A – stanowisko testowe. Widoczny spadek napięcia zasilania podstawowego oraz brak napięcia zasilania rezerwowego; sygnalizacja optyczna

Bezpieczeństwo

Przekaźniki PPZ posiadają galwaniczne pełne oddzielenie źródeł zasilania podstawowego i rezerwowego na poziomie wymaganym przez normy [2], [3].

Blokada przełączenia zasilania w przypadku zwarcia na odpływie

Ważnym elementem konstrukcyjnym przekaźnika PPZ-2/A są wejścia blokady przełączania na każde ze źródeł zasilania. Projektanci wykorzystują je m.in. do blokady przełączenia w przypadku zadziałania zabezpieczenia nadprądowego. Stan blokady jest sygnalizowany diodą LED.

Rys. 10. Przekaźnik PPZ-2/A – stanowisko testowe. Zwarcie na odpływie; blokada przełączenia na zasilanie rezerwowe; sygnalizacja optyczna
Rys. 11. Front przekaźnika PPZ-2/A

Funkcja SPP

Przekaźnik PPZ-2/A został wyposażony w wejście SPP. Samoczynne przełączenie powrotne (SZR powrotny) zostanie wykonane, gdy na wejściu SPP jest stan wysoki, oraz gdy napięcie podstawowe zostanie przywrócone.

Monitorowanie napięć zasilających

Dodatkową, bardzo przydatną funkcją, którą posiadają przekaźniki PPZ jest sygnalizacja obecności napięć zasilających (za pomocą zestyków oraz diod LED).

5. Przekaźniki kontroli ciągłości obwodów wyłączających (PKC…)

Pełna kontrola trzech cewek sterujących wyłącznika

Konstrukcja przekaźnika PKC-3/A i PKC-3/B umożliwia pełną kontrolę trzech cewek sterujących wyłącznika, podłączonych do wspólnego potencjału (-). Dla każdej z cewek są dostępne dwa obwody do kontroli wyłącznika w stanie zamkniętym i otwartym. Konstrukcja przekaźnika PKC-3/A i PKC-3/B nie wymaga stosowania zewnętrznych rezystorów, co przynosi oszczędności finansowe, oraz miejsca w szafach sterowniczych.

Rys. 12. Przykładowy schemat podłączenia przekaźnika kontroli ciągłości obwodów wyłączających PKC-3/A.
Rys. 13. Front przekaźnika PKC-3/A

Dłuższa żywotność urządzenia

Idea działania przekaźnika polega na chwilowym pomiarze każdego z kontrolowanych torów, co znacząco wpływa na zmniejszenie temperatury urządzenia podczas pracy. Pomiar dla danego toru jest powtarzany cyklicznie co kilka sekund.

Indywidualna nastawa wartości progów rezystancji

Użytkownik dzięki dwóm nastawnikom do ustawiania wartości rezystancji ma możliwość ustawienia progów zadziałania dla członu nadmiarowego R> i niedomiarowego R<. Przekroczenie progu sygnalizowane jest zapaleniem odpowiedniej diody LED zamontowanej pod nastawnikami.

Pełna sygnalizacja każdego z kontrolowanych torów pomiarowych

Przekaźnik został wyposażony w 6 diod LED, które sygnalizują stan każdego z torów pomiarowych. Przy właściwej rezystancji obwodu sterującego (S) lub obwodu cewki (C) świeci się zielona dioda. Gdy rezystancja w obu obwodach jest nieprawidłowa świeci się dioda czerwona (brak ciągłości), lub żółta (zwarcie), a po czasie 20s zamykane są zestyki sygnalizujące uszkodzenie w obwodzie.

Duża dokładność pomiarów

Dokładność pomiaru członów rezystancyjnych jest lepsza niż 5% ± 5Ω.

6. Podsumowanie

W referacie autor zwraca uwagę jak ważny, z punktu widzenia użytkownika, jest dobrze wykonany projekt elektryczny wraz z odpowiednio dobranymi przekaźnikami, tak aby w pełni wykorzystać ich funkcjonalność i parametry techniczne (PWS-1, PPZ-2/A). Przekłada się to na wymierne korzyści dla wykonawcy modernizacji/budowy układu automatyki elektroenergetycznej (szczególnie przy wieloletnich okresach gwarancji). Zwrócono ponadto uwagę na sposób projektowania układów z przekaźnikami bistabilnymi, oraz na konieczność wykonywania prób układów w pełnym zakresie napięć od 0,8 Un do 1,1 Un, aby mieć pewność poprawności działania tych urządzeń. Przedstawiono kilka cech przekaźników Energotestu, które były najczęściej wymieniane przez użytkowników jako wyróżniające je na tle urządzeń konkurencji.

Literatura

[1] PSE-ST.EAZ.NN.WN/2016 Urządzenia elektroenergetycznej automatyki zabezpieczeniowej i układy z nią współpracujące, stosowane na stacjach elektroenergetycznych WN i NN. Konstancin Jeziorna, Grudzień 2016
[2] Norma PE-EN 60255-1: Wymagania ogólne
[3] Norma PE-EN 60255-27: Wymagania bezpieczeństwa wyrobu

Energotest

Click to comment

Leave a Reply

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

To Top