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.
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.
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.
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.
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
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.
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
