Конструкція і принцип дії мікропроцесорного пристрою релейного захисту та автоматики УЗА-10В

УЗА-10В являє собою мікропроцесорну систему. Структурна схема УЗА-10В наведена на рис. 2.1.

УЗА-10В містить наступні блоки:

- лінійний перетворювач;

- блок обчислювача;

- блок індикації;

- блоки дискретних входів виходів;

- послідовний порт;

- блок живлення.

 

Рис. 2.1. Структурна схема УЗА-10В

 

3.1. Лінійний перетворювач УЗА-10В складається з 3-х модулів – струму фази А, фази С, струму нульової послідовності та схеми вибірки (мультиплексор та АЦП). Кожний з модулів складається з вторинних перетворювачів та схеми TRUE RMS. Вторинні перетворювачі (на вході струм, на виході напруга) призначені для гальванічної розв'язки від вторинних ланцюгів вимірювальних трансформаторів струму та для узгодження рівнів струмів i(t) з рівнем вхідної напруги схеми TRUE RMS. Схема TRUE RMS призначена для випрямлення вхідної напруги. На виході схеми – постійна напруга, пропорційна діючому значенню вхідного струму. За кодом, виданим з обчислювального блоку на мультиплексор, до 10-розрядного АЦП підключається обраний канал (Іа, Іс, 3Іо). За командою з обчислювального блоку „Пуск АЦП” починається процес перетворення напруги на вході АЦП в двійковий код, пропорційний діючому значенню вхідного аналогового сигналу, код після закінчення перетворення зберігається в ОЗП обчислювального блоку. Перехід на АЦП від безперервного сигналу до дискретного Xі завжди відбувається з утратою деякої кількості інформації. Кінцеве число градацій дискретного сигналу обумовлює похибку квантування за рівнем. Точність перетворення визначається наступними факторами:

- діапазон зміни значень аналогових сигналів;

- розрядність АЦП.

У випадку використання р-разрядного АЦП крок квантування складе: .

Як відомо, в енергетиці з усіх величин у найбільш широкому діапазоні змінюється струм. Струм при нормальному режимі роботи електроустановки знаходиться в межах 0¸Inom, а в аварійному - досягає (10¸40) Inom [1]. Для перетворення з похибкою не більш 2-5% необхідне число ступенів перетворення повинно бути не менше 2000¸4000, тобто потрібно АЦП із розрядністю р=11 - 12. В УЗА-10В для зменшення вартості тракту аналого-цифрового перетворення і підвищення точності виміру використовується АЦП із меншою розрядністю з обов'язковим наперед обумовленим розширенням діапазону виміру шляхом використання вхідних перетворювачів зі змінним коефіцієнтом трансформації. В УЗА-10В для вимірювання фазних струмів використовуються 3 піддіапазона (Xmax = 50, 100, 200 A) шляхом під’єднання до різної кількості витків первинної обмотки вхідного перетворювача. Відповідно похибка квантування в районі номінальних струмів (5А) становить:

Xmax = 50 A, , ;

Xmax = 100 A, , ;

Xmax = 200 A, , .

Таким чином, під діапазон з меншим максимальним значенням струму використовується для приєднань з меншим номінальним струмом. Під діапазон задається уставкою в меню пристрою.

3.2. Блок обчислювача УЗА-10В призначений для виконання всіх функцій виміру, захистів, автоматики, реєстрації аварійних подій; настроювання УЗА-10В; керування всіма програмно-доступними блоками; виконує обмін інформацією із зовнішніми пристроями й користувачем. До складу обчислювального блоку входять статичні пристрої для збереження інформації ПЗП, ППЗП та ОЗП. Для збереження робочої програми в УЗА-10В використовується постійний запам'ятовуючий пристрій - ПЗП RОМ (Read Only Memory- пам'ять, що тільки зчитується). Відмітною рисою ПЗП є однократний запис інформації. У наступному можливо тільки зчитування записаної інформації. Перевагою мікросхем ПЗП є їхня низька вартість і можливість збереження інформації при відключенні живлення. ППЗП (ЕЕРRОМ - Electrical Erasable Programmable Read Only Memory - електрично перезаписувана постійна пам'ять). ППЗП є енергонезалежною пам'яттю, тобто збережена в ній інформація не руйнується в знеструмленому стані. Особливо ППЗП актуальні для пристроїв захисту і використовується для збереження уставок і інших параметрів, які доводиться змінювати в процесі експлуатації захисту. Для тимчасового збереження результатів проміжних обчислень використовуються оперативні запам'ятовуючі пристрою (ОЗП або інакше RАМ - Random Access Memory- пам'ять із довільним доступом). Запис і зчитування даних у ОЗП здійснюється з максимальною швидкістю. Істотним недоліком ОЗП є знищення інформації при відключенні живлення.

3.3. Блок індикації УЗА-10В призначений для інтерфейсу з користувачем. Містить 4-розрядний світлодіодний індикатор, 5 світлодіодів сигналізації. За допомогою блоку індикації є можливість виконати настроювання УЗА-10В, записати уставки, вивести на індикатор поточну аналогову інформацію, прочитати зареєстроване значення максимального струму КЗ.

3.4. Послідовний порт призначений для підключення УЗА-10В до комп'ютера або в локальну мережу через інтерфейс RS485.

3.5. Блоки дискретних входів виходів УЗА-10В призначені для гальванічної розв'язки УЗА-10В, узгодження за рівнем і зчитування в обчислювач 2-х вхідних дискретних сигналів, і видачі на 2 вихідних реле команд „Вимкнути” з подачею сигналу на катушку вимикання КО, „Включити” з подачею сигналу на катушку включення КВ.

3.6. Живлення УЗА-10В відбувається постійною або змінною напругою оперативного струму 100-230 В. Напруга живлення надходить на блок живлення БЖ УЗА-10В. У блоці БЖ виробляються вторинні напруги живлення "5 В" й "12 В". Ланцюги вторинних напруг гальванічно розв'язані з ланцюгами напруги 220 В. Напруга живлення "5 В" використовується для живлення всіх цифрових й аналогових вузлів УЗА-10В. Напруга живлення "12 В" використовується для живлення обмоток сигнальних і командних реле.

 

Функція максимального захисту за струмом (МСЗ) та струмової відсічки (СВ) УЗА-10В

4.1. В УЗА-10В використовується одноступенева МСЗ (I>) із незалежною від струму витримкою часу;

4.2. Характеристики МСЗ:

Номінальний фазний струм, А	Діапазон виміру, А	Струм спрацювання (I>), А	Крок, А	Час спрацювання (tI>), с
5 А	2-50	(2.0 ÷ 4.0)	0.1	(0.1 ÷ 5.0) з кроком 0.1с
4-100	(4.0 ÷ 8.0)	0.2
8-200	(8.0 ÷ 16.0)	0.5
1 А	2-50	(0.4 ÷ 0.8)	0.02
4-100	(0.8 ÷ 1.6)	0.04
8-200	(1.6 ÷ 3.2)	0.1

 

Коефіцієнт повернення 0.9 ÷ 0.92

4.3. В УЗА-10В використовується одноступенева струмова відсічка (I>>) із незалежною від струму витримкою часу;

4.4. Характеристики СВ:

Номінальний фазний струм, А	Діапазон виміру, А	Струм спрацювання (I>>), А	Крок, А	Час спрацювання (tI>>), с
5 А	2-50	(5.0 ÷ 50.0)		(0.0 ÷ 1.0) з кроком 0.05с
4-100	(10.0 ÷ 100.0)
8-200	(20.0 ÷ 200.0)
1 А	2-50	(1 ÷ 10)	0.2
4-100	(2 ÷ 20)	0.2
8-200	(4 ÷ 40)	0.2

 

Коефіцієнт повернення 0.9 ÷ 0.92

 

Робота з меню. Конфігурування функцій захисту (МСЗ, CВ)

A. Структура меню.

Зовнішній вигляд УЗА-10В і призначення світлодіодів приведено на рис. 2.2. При пуску функції захисту відповідний світлодіод блимає, при спрацюванні – горить безперервно. На рис. 2.3 приведено зовнішній вигляд індикатору і призначення його світлодіодів. Комбінація світлодіодів однозначно визначає поточну величину, яка в даний момент виводиться на індикатор.

 

1 – світлодіодний індикатор 2 - клавіатура 3 – світлодіод пуску і спрацювання I> 4 - світлодіод пуску і спрацювання I>> 5 - світлодіод пуску і спрацювання Iо> 6 - індикатор роботи АПВ 7 - індикатор несправності

Рис. 2.2 Передня панель УЗА-10В

 

 

1 – Індикація струму фази А 2 - Індикація струму фази С 3 - Індикація струму нульової послідовності 4 - Індикація витримки часу 5 – Індикація струму в кА 1,2 – Індикація максимального зафіксованого струму КЗ

Рис. 2.3 Індикатор УЗА-10В

 

Головне меню показано на рис. 2.4. Програмування й уведення уставок УЗА-10В здійснюється за допомогою кнопок і індикатора, розташованих на передній панелі реле (рис. 2.3 й 2.4). Функції кнопок на передній панелі:

	Перехід у верхній пункт меню; Збільшити величину уставки або номер опції.
	Перехід у нижній пункт меню; Зменшити величину уставки або номер опції.
	Перехід до наступної функції захисту (уліво або вправо); Перехід до наступної цифри пароля (уліво або вправо).
	Редагування / підтвердження уставок або параметрів; Скидання уставок / сигналізації.

 

При подачі живлення на реле і в процесі роботи, постійно показується значення струму фази А ().

 

b. Перегляд вимірів. Розділ головного меню "Измерения" призначений для контролю величин вхідних сигналів (Іа, Іс, 3Іо) і контролю максимального струму КЗ. Для перегляду цих параметрів необхідно клавішами " " або " " вибрати екран необхідного сигналу відповідно до рис. 2.4.

Рис. 2.4 Структура меню УЗА-10В