Miskolci Egyetem Gépészmérnöki és Informatikai Kar Elektrotechnikai-Elektronikai Tanszék
Villamosmérnöki szak Villamos energetikai szakirány
Túláramvédelmek vizsgálata DRTS66 vizsgáló készülékkel
Szakdolgozat
Nagy Anna PLJNVP 2013
TARTALOM 1.
BEVEZETÉS ..................................................................................................................................... 5
2.
TÚLÁRAMVÉDELMEK ................................................................................................................. 6
3.
DRTS 66 VÉDELEMVIZSGÁLÓ KÉSZÜLÉK .......................................................................... 12 3.1. 3.2.
4.
DRTS 66 KÉZI VEZÉRLÉS (MANUAL CONTROL) ............................................................... 18 4.1. 4.2. 4.3.
5.
Beállítás, Setup ......................................................................................................................... 30 Tesztelés, Teszt ........................................................................................................................ 34 Grafikon, Graph ....................................................................................................................... 38 Működésfigyelő, Status ............................................................................................................ 38
AZT AUTONÓM ZÁRLATI TARTALÉKVÉDELEM .............................................................. 40 6.1. 6.2. 6.3. 6.4.
7.
Beállítás, Setup ......................................................................................................................... 18 Tesztelés, Test .......................................................................................................................... 26 Működésfigyelő, Status ............................................................................................................ 28
AUTOMATIKUS TÚLÁRAMVÉDELEM TESZTELÉS (OVERCURRENT ANSI 50-51) ... 30 5.1. 5.2. 5.3. 5.4.
6.
Műszerfal elemei ...................................................................................................................... 13 Tesztelés a védelemvizsgáló készülékkel ................................................................................. 16
AZT háromfázisú túláramvédelem működési leírása, karakterisztikája ................................... 41 AZT védelem beállítása............................................................................................................ 43 AZT háromfázisú túláramvédelem összekötése a vizsgálókészülékkel ................................... 44 Mérések és eredményei ............................................................................................................ 46
DTI- KF-EP KÖZÉPFESZÜLTSÉGŰ DIGITÁLIS TÚLÁRAM-IDŐ VÉDELEM ................ 53 7.1. 7.2. 7.3.
DTI összekötése a vizsgálókészülékkel .................................................................................... 54 Paraméter beállítás ................................................................................................................... 55 Mérések és eredményei ............................................................................................................ 57
ÖSSZEFOGLALÓ................................................................................................................................... 67 SUMMARY ............................................................................ HIBA! A KÖNYVJELZŐ NEM LÉTEZIK. IRODALOMJEGYZÉK ......................................................................................................................... 69
4
1. BEVEZETÉS A villamos energia az egyik legfontosabb életfeltétel a mai világban. A folyamatos villamos energiaellátás tehát nagyon fontos, mert a kiesésekor megáll az élet. Azonban gyakran fellépnek zárlati áramok a hálózaton különféle okok miatt. Ekkor nagy áramok folynak a vezetékeken, ami felbecsülhetetlen kárt okozhat a hálózat berendezéseiben, életeket veszélyeztethet. Ezért védeni kell a hálózatot; így jöttek létre a védelmek, amelyek vizsgálják a hálózat paramétereit és zárlat esetén megszakítják a zárlati áramot. A dolgozatomban a védelmek közül a túláramvédelmekkel fogok foglalkozni. Egy túláramvédelem be van állítva egy megszólalási áramértékre, amely áram, ha átfolyik rajta, a védelem egy beállított késleltetési idő után kioldási parancsot küld a megszakító reléknek. Nagyon fontos, hogy a védelem mindig le legyen ellenőrizve. Bár rengeteg védelem van a hálózaton, de 1-2 évente szükséges mindegyiket leellenőrizni. Meg kell vizsgálni, hogy megfelelő állapotban vannak-e és jók-e a beállított paraméterei, nem szabad egy hibás védelmet a hálózatra kapcsolni. A szakdolgozatom legfontosabb része a védelem ellenőrzésre alkalmas DRTS66 megismerése. Foglalkoztam a műszer kezelésének bemutatásával, és hogy hogyan tudom a különböző teszteléseket beállítani. A vizsgálóval ki lehet adni zárlati áramértékeket egy védelemre és mérni a késleltetési időket és megszólalási áramértékeket. Lehetőség van szabványos vizsgálatra, a kapott mérési eredményeknek a névleges karakterisztikával történő összehasonlítására. A félév során két tanszéki túláramvédelmet
ellenőriztem le a vizsgálóval,
először egy áramtól
függő
karakterisztikájú védelmet, majd egy kétlépcsős túláram-idő védelmet. Beállítottam a megszólalási áramértéküket és a késleltetési idejüket, majd leellenőriztem a vizsgáló berendezéssel.
Megvizsgáltam
tényleg
az
adott
paraméterekre
működtek-e.
Tapasztalataimat a szakdolgozat során ismertetem.
5
2. TÚLÁRAMVÉDELMEK A villamos energiát előállító, átvivő és elosztó berendezések rendszere nem üzemelhet védelmek és azt kiegészítő automatikák nélkül. Védelmi berendezés nélkül a villamosenergia-rendszer üzemelhet ugyan, de csak az első zárlatig, mert az tönkretenné a berendezéseket. Ezért szükség van egy gondosan felépített védelmi rendszerre, ami a zárlatot nagyon rövid idő alatt megszünteti. A megfelelő automatika a kiesett elemet visszakapcsolja. A védelem feladata a villamosenergia-rendszerben bekövetkezett hiba érzékelése, a hibás berendezés kikapcsolása, hibajelzés az üzemirányító központnak. A túláramvédelmek a leggyakrabban alkalmazott védelmek. Fő alkalmazási területük a túlterhelésvédelem, sugaras vezetékek zárlati alapvédelme, nagyobb elosztóhálózati transzformátorok alapvédelme, sugaras hálózatot tápláló gyűjtősín védelme, tartalék védelem,
zérussorrendű
kivitelben
földzárlatvédelem
sugaras
hálózaton,
tartalékvédelem hurkolt hálózaton stb. [1] Táplálás módja szerint lehet primer védelem, amelyen a primer áram közvetlenül átfolyik, és szekunder védelem, amelyet egy áramváltó szekunder árama táplál. A kioldás mechanizmusa szerint van kioldó túláramvédelem, amely közvetlenül a megszakító mechanizmusát működteti és relés túláramvédelem, amely érintkezője segítségével segédáramforrást kapcsol a megszakító kioldó tekercsére. [1] A túláramnak többféle oka is lehet. Ezek a túlterhelés, ami akkor lép fel, ha a fogyasztók terhelése megemelkedik, a zárlatok, vagy a lengési jelenség, ami kapcsolások (automatika visszakapcsolás, megszakító működés, kézi kapcsolás) következtében lép fel, amikor megváltozik a párhuzamosan dolgozó generátorok terhelési szöge és ez lengést eredményez. [1] A védelemmel szemben támasztott követelmény, hogy legyen szelektív, azaz csak a meghibásodott berendezés legyen kikapcsolva, legyen gyors, üzembiztos, egyszerű és gazdaságos. Fontos, hogy a védelem minél hamarabb lekapcsolja a zárlati 6
áramot, mert a berendezések sérülhetnek. Csak a saját zárlatra adjon kioldást, idegen zárlatokra ne működjön, minden zárlatfajtát érzékelni tudjon minden üzemállapotban és a beállított értékei se változzanak. A 1. ábraán jól látható, hogy a zárlati áram fordítottan arányos a vezeték impedanciájától. Közeli zárlat esetén kicsi a vezeték impedanciája, de nagy a zárlati áram. Távoli zárlat esetén pedig nagy a vezeték impedanciája és kicsi a zárlati áram. 𝐼𝑧 =
𝑈𝑔 𝑍𝑚 + 𝑍𝑣
1. ábra Zárlati áram függése a zárlat helyétől
Minél közelebb van a zárlat, annál nagyobb a zárlati áram értéke. A védelemnek akkor kell működnie, ha a zárlati áram nagyobb a beállított értéknél. Ha a relé megszólal egy eltelt késleltetési idő múlva a védelem kioldást ad a megszakítóra. Védelmek egymáshoz igazítása a hálózaton: Az 2. ábraán a túláramvédelmek szelektivitásának biztosítása látható sugaras hálózaton.
2. ábra Szelektivitás sugaras hálózaton
Zárlat felléptekor a zárlati áram mindkét védelmen átfolyik, mindkét túláramrelé megszólal. Annak érdekében, hogy csak a zárlatos vezeték kapcsolódjon ki, a betápláláshoz közelebbi V2 túláramvédelem kioldását a V1 védelem t1 idejétől hosszabb időre késleltetni kell, méghozzá t2=t1+Δt idővel. Ha V1 védelem t1
7
késleltetéssel hárította a zárlatot, kikapcsolta a megszakítót, megszűnik a zárlati áram és a védelmek visszaesnek alapállapotba. V2 védelem is megszólal, de mivel időreléje tovább fut, mint V1 védelem késleltetési ideje a zárlati áram megszűnte után visszaáll alapállapotba. A védelem jelölése I>t, a neve késleltetett fokozat. Mivel a védelem késleltetése nem függ a zárlati áram nagyságától ezt független késleltetésű védelemnek nevezzük. A betápláláshoz közeli zárlatokat, mivel jóval nagyobbak, mint a vezeték végi zárlatok érdemes lenne hamarabb megszakítani. Ha a vezetéken hosszú ideig folyik nagy áram, hő keletkezik, ami igénybe veszi a vezetékeket. Mivel a védelmek egymáshoz vannak igazítva a szelektivitás miatt (2. ábra), így a védelem késleltetési ideje megnőtt, csak később ad kioldást a megszakítóra. Ezért egy újabb fokozatot kell beépíteni a védelmünkbe. A nagy áramokra megszólaló, késleltetési nélküli áramrelét gyorsfokozatnak nevezik, jelölése I>>.
3. ábra A zárlathárítási idő csökken a gyorsfokozattal
Tehát a gyorsfokozat beépítésével a zárlathárítási idő csökkent és egyidejűleg a szelektivitás is megmaradt. A védelmek megszólalási értékét a késleltetési idő függvényében szokták ábrázolni. Ez adja egy védelemnek a névleges karakterisztikáját, a túláram-idő görbét. Jellemző
működési
tulajdonságuk,
ill.
karakterisztikájuk
szerint
megkülönböztetünk független késleltetésű, áramszelektív, áramtól függő, áramtól korlátoltan függő és irányított túláramvédelmet. [1] A védelmek karakterisztikája lehet kétlépcsős (független késleltetésű) túláramidő karakterisztika.
8
4. ábra Kétlépcsős túláram-idő karakterisztika
A betápláláshoz közeli zárlatok árama nagyobb, mint a vezeték végi zárlaté, valamint a szelektivitás miatt t2 nagyobb, mint t1. Hosszabb ideig nem tanácsos nagy zárlati áramot a vezetékeken megengedni, ezért V2 védelem kiegészül egy késleltetés nélküli gyorsfokozatú I>> áramrelével. Ha a zárlat V2-höz közelebb történik a vezetéken, mindkét védelem túláramreléje megszólal. Az I>> áramrelé késleltetése önidőn belüli azonnali kioldást ad. Az ilyen görbéjű védelmeket kétlépcsős túláramvédelmeknek nevezik. A névleges karakterisztika lehet áramtól függő görbe. Az 5. ábra egy ilyet ábrázol.
5. ábra Áramtól függő kioldási karakterisztika
Nagy zárlati áram esetén kisebb a késleltetési ideje a védelemnek. Távolabbi zárlat esetén a késleltetési idő tovább tart, később ad kioldást a megszakítónak a védelem. Ez kedvező, mivel közeli, nagy zárlati áram esetén rövid a zárlathárítási idő. A védelem indulási árama, a késleltetés karakterisztikája beállítható. Az ilyen karakterisztikájú védelmeket áramtól függő késleltetésű védelmeknek nevezzük. Vannak áramtól korlátoltan függő karakterisztikájú védelmek. Annyiban különbözik az áramtól korlátlanul függő karakterisztikájú védelemtől, hogy egy meghatározott áramérték felett a görbéje független késleltetésű. Mivel a túláramrelé az áram nagyságát érzékeli az irányát nem, ezért tévesen kioldás történhet nem saját vezetéki zárlatra. Ennek megoldását szolgálják az irányított 9
túláramvédelmek. Ezek annyiban különböznek a kétlépcsős túláramvédelmektől, hogy ki vannak egészítve energiairányrelékkel. A szükségességük az ábrán látható egy pontról táplált körvezetéken jól bemutatható.
6. ábra Irányított túláramvédelem energia irányrelékkel
Az ábrán bejelölt zárlat fellépése esetén a zárlati hely irányába a bejelölt áramirányoknak megfelelően folyik a zárlati áram. A védelmek ki vannak egészítve energiairányrelékkel, amelyeket a gyűjtősíntől kifelé, a távvezeték felé kell irányítani. A védelmek késleltetései a táppontból kiindulva, mindkét irányból elindulva egy-egy időlépcsővel növelve vannak. A tápponti védelem lehet irányrelé nélküli, mert onnan csak kifelé, az általa ellátott távvezetékek felé folyhat a zárlati áram. Relék meghúzási és elejtési értéke: A relé egy olyan készülék, amely egy előre beállított értéket (áramerősség, feszültség, impedancia… stb.) figyel, és ha a figyelt érték átlépi ezt az értéket, akkor a relé megszólal. A reléknek sok fajtája van. A mérőrelé valamilyen analóg fizikai mennyiséget érzékel, és a bemenet értékétől függően egy kétállapotú kimenőjelet ad. A segédreléket érintkező sokszorozásra, logikai kapcsolatok megvalósítására stb. alkalmazzák. Az időrelék késleltetést végeznek. Azokat a reléket, amik a beállított érték növekvő irányú megváltozására szólalnak meg, maximumreléknek; azokat a reléket, amik értékcsökkenésre szólalnak meg minimumreléknek nevezik. [1] A következőekben leírtak függetlenek a relé típusától. A túláramrelé megszólal, ha az áram növekedve egy beállított (Ibe= Im) megszólalási értéket elér, egy ennél kisebb Ie értéknél pedig elejt. A meghúzási érték az Im , az elejtési érték: Ie. A relék működését hiszterézis jellemzi. (7. ábra) Felírható a reléknek két fontos jellemzője: az ejtőviszony, 𝑘𝑒 és a tartóviszony, 𝑘𝑡 . 10
𝑘𝑒 =
𝐼𝑒 𝐼𝑚
<1
𝑘𝑡 =
𝑘𝑒 = 0,8 … 0,96
𝐼𝑚 >1 𝐼𝑒
7. ábra Relé megszólalási és elejtési értéke
A relé beállítási értéke azt mutatja, hogy milyen nagyságú mennyiség elérésekor szólal meg a védelem. Áramnövekedési relé, I>: a védelem a rákapcsolt áram növekedésekor (Im) szólal meg. Áramcsökkenési relé, I<: a védelem a rákapcsolt áram csökkenésekor (Ie) szólal meg. A relé nyitó vagy záró kontaktussal jelzi, hogy megszólalt, indult. A relén beállított érték hibával terhelt, több tényező is befolyásolja: a relé szórása, mérőváltó hibák, átmeneti ellenállások, adatok bizonytalansága.
8. ábra A relé szórása
A beállítási érték hibáját az ε bizonytalansági tényezővel, relé szórással vesszük figyelembe. ε = 0,1 … 0,2 (10 … 20%) A tényleges megszólalási érték a bizonytalansági tényező figyelembevételével: 𝐼𝑚 = 𝐼𝑏𝑒 ∗ (1 ± 𝜀)
11
3. DRTS 66 VÉDELEMVIZSGÁLÓ KÉSZÜLÉK Az ISA az egész világon elterjedt elektronikai berendezéseket gyártó vállalat. 1938-ban való megalakulása óta fontosabb szerepet játszik az energia iparban, mint a legmodernebb elektronikai berendezések gyártója és eladója. Az általuk gyártott tesztelő berendezések magas és középfeszültségű alállomások üzembe helyezésére és karbantartására alkalmasak. Egyik tesztelő berendezésük a DRTS 66 védelemvizsgáló készülék. [8] A feladatom a túláramvédelmek vizsgálatainak bemutatása, és konkrét mérések elvégzése volt. A DRTS-66 vizsgáló készülék ezen kívül nagyon sokféle mérés elvégzésére alkalmas. Így impedancia védelmek, távolsági védelem, különbözeti védelmek, feszültség-, áram-, frekvenciarelék, energiairány relék vizsgálatára is alkalmas. De alkalmas (kb 120A-ig) áramváltók mérésére is. A rendelkezésre álló kiegészítő eszközzel fogyasztásmérők pontossági vizsgálatára is használható, a nagy pontossága révén (0,05% mérési hibát garantál a gyártó a műszerre). [7] A
DRTS-66
számítógép
vezérlésű
automatikus
mérőkészülék.
Ennek
megfelelően a hozzá csatlakoztatott számítógéppel, a megfelelő kezelő szoftverrel használható ki a tudása. De a mérőkészülék kezelő felületéről is nagyon sok funkció beállítható. A következő fejezetekben a készülék angol nyelvű leírása alapján a készülék kezelő felületén (műszerfalon) történő kezelést és tesztelést írom le.
12
9. ábra DRTS 66 védelemvizsgáló készülék [7]
A tesztelés történhet kézzel a műszerfalon a gombok segítségével vagy számítógépen keresztül a TDMS szoftver használatával. A teszt beállításait mindkét módon be lehet állítani, mindkét módszerrel lehet tesztelni.
3.1. Műszerfal elemei
10. ábra Vizsgáló műszerfala [2]
13
11. ábra Műszer hátulja [2]
A vizsgáló főbb részei: 5: Áram kimenetek csatlakozásai, 6 fázis és két közös csatlakozó (I1-I6-ig és két közösített pont, IN). A védelem megfelelő kapcsaival összekötve a háromfázisú áramváltók R, S és T szekunder tekercsének kapcsaival egyeznek meg. 6: Feszültség kimenetek csatlakozásai, 6 fázis és két közös csatlakozó (V1-től V6-ig és két közös pont). A védelem megfelelő kapcsaival összekötve a feszültségváltók R, S és T szekunder tekercsének kapcsaival egyeznek meg. 7:
Egyenfeszültség
csatlakozók,
védelemmel
összekötve
annak
segéd
egyenfeszültség forrása lehet. 8: Megszakító bemenetek (C1-től C12-ig és 6 közös pont). Rákötjük a pl.C1 és az egyik közös pontot a védelem megfelelő kioldó kapcsaira. Megszakításkor a védelem kiad egy kioldó parancsot. Ez egy feszültségkülönbség, amelyet érzékel a megszakító bemeneteken keresztül a védelemvizsgáló készülék. 14: Fő gombok a kézi vezérléshez 15: Színes kijelző 16: Forgatókapcsoló 17: Alfanumerikus billentyűzet a beállítási értékek megadásához 20: Segédérintkezők csatlakozásai (nyitó és záróérintkezők esetére is)
14
12. ábra Vezérlőfelület
A műszeren baloldalt található a vezérlőfelület, amellyel számítógépes csatlakozás nélkül is lehet méréseket beállítani és tesztelni. Elemei: Funkciós gombok (F1-F5), kijelző, forgatókapcsoló valamint az alfanumerikus billentyűzet. Funkciós gombok szerepei: -
F1: Ezzel a gombbal lehetséges a teszt indítása; F1 és F5 gombok együtt: Súgó;
-
F2: Elsődleges funkciója: STOP, a teszt megállítása, a paraméterek üzemi értékűek lesznek; F2 és F5 együtt tabulátorként működik (következő választási lehetőségre lép);
-
F3: RESET, a teszt megállítása, minden paraméter lenullázódik, még a kiadott egyenfeszültség is;
-
F4: ENTER, érték bevitele vagy beírt érték elfogadása;
-
F5: Billentyűkombinációval másodlagos funkciók lehetségesek: 4 megnyitás; 6 mentés; mínusz; 0 törlés; tizedesvessző. A menüben a kívánt választási lehetőséget elérve belépni az ENTER (F4) vagy a
forgatókapcsoló
gombjának
megnyomásával
lehet.
Számértékeket
bevinni
a
billentyűzettel vagy a forgatókapcsoló forgatásával lehet, elfogadni őket a forgatókapcsoló megnyomásával vagy az F4 gomb ENTER funkciójával lehet. A 15
tesztelést START-tal indítjuk, a STOP-ot megnyomva megállíthatjuk, ekkor a paraméterek lenullázódnak, RESET-tel minden kimenetet törlünk. A tesztelés végén az eredmények a Setup fülben a Save Results-ban elmenthetőek; ekkor a teszt eredmények az USB memóriába mentődnek el. A teszt megtervezése és beállítása lehetséges számítógépen is a TDMS szoftvert használva, a beállításokat az USB memóriából lehet megnyitni. A feltöltött beállítások a Setup fülben a Load tests-ben érhetők el.
3.2. Tesztelés a védelemvizsgáló készülékkel A vizsgálóval többféleképpen is lehetséges mérni. Mérhetünk a műszerfalon a funkciós gombok segítségével. A másik lehetőség tesztelésre a számítógépen történő mérés. Van az ISA-nak egy szoftvere, a TDMS, aminek használata nagyon hasonlít a kézi vezérléséhez és amellyel ugyanazokat a méréseket el lehet végezni, mint a műszeren de jóval fejlettebb a műszeren való méréstől. A dolgozatomban a kézi használatról fogok írni, majd később védelmeket fogok ellenőrizni DRTS66-al TDMS használatával. Mikor elindítjuk a készüléket, a készülék egy vizsgálattal indul, ami azt vizsgálja, hogy minden komponens megfelelő és működőképes-e. Figyelni kell rá, hogy minden elem ki legyen pipálva, mert ha valami nem jó ki lesz jelezve ugyan, de a program folytatódni fog bármilyen hibát is talált. A vizsgálat után bejön a főoldal.
13. ábra Kezdőlap [3]
16
A következő menüpontok közül választhatunk: Kézi vezérlés (Manual Control); kézi és automatikus tesztelés távolsági védelmekre (Distance ANSI 21); kézi és automatikus
teszt
túláramvédelemre
(OverCurrent
ANSI
50-51).
A
Header
menüpontban lehetséges bevinni a tesztről segédadatokat, mint pl. a relé típusát, a vizsgálatot végző személy nevét stb.. A továbbiakban részletesen fogok írni a Kézi vezérlés (Manual Control), majd a Túláramvédelmes mérés (OverCurrent ANSI 50-51) használatáról, arról, hogy lehet beállítani a mérés paramétereit.
17
4. DRTS 66 KÉZI VEZÉRLÉS (MANUAL CONTROL) A Kézi vezérlést (Manual Control) kiválasztva a következő ablak jön fel:
14. ábra Kézi vezérlés ablak [3]
Az ablakban 3 fül közül választhatunk: Beállítás, Teszt, Állapot fül (Setup, Test, Status). Az ablak alján található Stop-ot megnyomva a még futó mérés leáll és a vizsgáló csak a Prefault értékeket adja ki. A Prefault érték az a vizsgáló kimeneti áram/feszültségértéke amely normál, üzemi állapotban van a védelemre kapcsolva. A Reset-tel minden kimenetet törlünk még a segéd egyenfeszültséget is, ami a védelem működéséhez kell, így Reset megnyomásakor a védelem (ha szükséges egyenfeszültség a működéséhez) kikapcsol. Az Exit-et megnyomva minden paraméter lenullázódik, a kijelző visszamegy a kezdőlapra.
4.1. Beállítás, Setup Ebben a fejezetben a 14. ábra lévő lehetőségeket magyarázom meg. Felül jobboldalt, a Prefault-ot kiválasztva a következő ablak jön fel: 18
15. ábra Üzemi értékek beállítása [3]
A feljövő ablakban a tesztelésnek olyan paraméterei állíthatóak be, mint pl. üzemi értékek, Prefault értékek beállítása. A Prefault Values előre beállított értéket jelent. Itt lehet megadni a védelemre kiküldött a tesztelés előtt beállított zárlati értékek előtti üzemi értékeket, amit a védelemre adunk. Ezek az értékek az üzemi feszültség, üzemi
áram
(mindkettőnél
lehet
amplitúdó,
fázis
és
frekvencia
beállítás),
egyenfeszültség a védelem működéséhez, Prefault idő. A Prefault idő az az idő, ameddig a vizsgáló kiadja az üzemi értéket, mielőtt a zárlati értéket kiadná. Fontos a beállítása, mert problémát okozhat, ha kiküldünk egy zárlati sorozatot, az első érték kimegy a védelemre, kioldás történik, majd a következő zárlati érték azelőtt ki van küldve, hogy a védelemnek nem volt ideje a kioldás után visszaállni. Ezért szükséges egy Prefault idő beállítása. A Prefault értékeket, ahogy már korábban is írtam Reset-tel le lehet nullázni. A
Prefault
apply
VDC-t
kiválasztva
a
védelemvizsgáló
a
segéd
egyenfeszültséget rákapcsolja a védelemre. A Generate Prefault-tal az előre beállított értékek (az egyenfeszültség is) ki lesznek küldve a védelemre. Ha az OK gombot megnyomjuk, elfogadjuk a beírt értékeket, de nem lesznek ráadva a védelemre, csak a tesztelés beállításaihoz adódnak hozzá.
19
16. ábra Segédérintkezők alapállapotának beállítása [3]
Az Auxiliary fülben be lehet állítani, hogy A1 - A4 segédérintkezők alapállapotban zártra vagy nyitottra legyenek állítva. (Normal Open, Normal Closed) Visszatérve a Kézi vezérlés Setup, azaz Beállítás ablakához felül jobboldalt találunk egy Binary I/O gombot. Kiválasztva őt a 17. ábran lévő ablak jön fel.
17. ábra Megszakító bemenetek beállítása [3]
A Start Timer listán azt tudom beállítani, hogy az időzítő mikor induljon el. Egyik lehetőségem az Injection. Ekkor az időszámláló akkor indul, amikor a zárlati érték kiadódik a védelemre.
18. ábra Egy lehetséges beállítás az időzítő indulására és leállására [3] 20
Egy másik időzítő beállítási lehetőség a C1 trip (C2…C12 Trip). Ekkor a számláló akkor indul, amikor a védelem kiadja a megszakító parancsot. A C1 Reset (C2…C12 Reset) választási lehetőséggel az időzítő várakozik a megszakító bemenetre és akkor indul, amikor a megszakító bemenet a helyreáll a kapott kioldóparancs után. Tehát ezekkel a beállításokkal azt tudtuk kiválasztani, hogy az időzítő mikor induljon el. A Stop timer-ben azt tudjuk beállítani, hogy az számláló mikor álljon meg. A Trip-et kiválasztva az időzítő akkor fog megállni, amikor a védelem kiadja a megszakító parancsot. A Reset-nél az időzítő várakozik a megszakító bemenetre, majd akkor áll meg, amikor a kiválasztott megszakító bemenet helyreáll. Az Inputs status-sel a bemenet alapállapotát tudom beállítani, hogy az adott megszakító bemenetemet (C1… stb.) ellenőrzöm-e. Az N.a a nem ellenőrzött bemenet; Normally Open: üzemi értékek alatt a kontaktus nyitott (C1…C12 – CN érintkezők nyitva vannak); N. Closed: üzemi értékek alatt zárt az érintkező. Egy fontos beállítás a C1…C12 - CN bemenetek Type beállítása. A Dry típus a védelemtől egy feszültségmentes kimenetet vár. A With DC Voltages típusnál a védelemből a kioldási parancs egyenfeszültségként érkezik a vizsgálóba. Harmadik választási lehetőség a With AC Voltages, amellyel a védelemvizsgáló váltakozó áramot vár a C1-C12 megszakító bemeneteire. A Debounce paraméter megadása arra szolgál, hogy kiszűrjük az érintkezők prell jelensége okozta bemeneti jelingadozást.
19. ábra Prell jelenség kiküszöbölése [3]
A megszakító záródásakor és nyitásakor az érintkezőkön többszöri záródás és szétnyílás tapasztalható, amíg beáll a végleges állapotba. Mivel a C1-C12 bemenetek kétállapotú bemenetek, a prell jelenség a jel hamis időbeni eltolódását okozhatja. Ez időtöbbletet jelent, növeli a védelem késleltetési idejét. Ebben a pontban ezt az időt be lehet állítani. Még mindig a Setup (Beállítás) ablakot vizsgáljuk. Baloldalt felül ki tudjuk választani a tesztelés típusát (Test type). 21
20. ábra Tesztelési típusok [3]
A Shot tesztelési típusnál a felhasználónak meg kell adnia az üzemi értékeket, kiválasztja a Shot tesztelést a teszt típusának, a Test ablakban beprogramozza a zárlati értékeket, majd megnyomva a Start gombot lefut a mérés. A tesztelés elindul, a Test Results (teszt eredmények) ablakban láthatóak az eredmények; megkapjuk a késleltetési időt.
21. ábra Shot tesztelés folyamata [3]
A Prefault érték addig van generálva, amíg az előre beállított Prefault idő tart (duration). Ezután a zárlati értékek kerülnek a kimenetre. Ha a védelem megszólal, elindul a késleltetési idő (delay), majd kioldás történik. Ekkor a zárlati érték generálása megszakad. Ha a védelem nem ad kioldást a vizsgáló addig adja ki a zárlati értéket a védelemre, amíg maximális tesztelési idő lejár. A kioldás után a védelemre üzemi értékeket ad ki a vizsgáló. Ha egy további teszt is be lett programozva, akkor a prefault idő után zárlati érték lesz kiküldve a védelemre, ha nincs más a tesztelési listában a mérésnek vége van és az előre beállított prefault érték generálódik védelemre a következő tesztindítási parancsig. A Ramp tesztelést (rámpa tesztelés) kiválasztva a vizsgáló addig növeli vagy csökkenti a beállított paramétert, amíg a védelem kioldást nem ad. Beállítható pozitív, vagy negatív előjel és a növekedés/csökkenés értéke.
22
22. ábra Ramp tesztelés folyamata [3]
A Prefault idő lejárta után a beállított érték ráadódik a kimenetre, ami elkezd nőni/csökkeni a megszakításig. A megszólalási érték elérésekor a védelem késleltetése indul, majd annak lejárta után kioldás történik. -
Delta test: Egy
áramtól
függő
karakterisztikájú
védelem
késleltetési
idő-áram
karakterisztikájának pontjait meg lehet határozni egy mérési sorozat elvégzésével úgy, hogy egymás után zárlati áramértékeket adunk a védelemre, az kiold, majd egy idő múlva ráadjuk a következő értéket, ami egy meghatározott értékkel (általunk beállítható növekedéssel vagy csökkenéssel) nagyobb vagy kisebb, mint az előző érték. Ezt a mérési sorozatot egy teszteléssel is el lehet végezni, a Delta teszteléssel. Meg tudjuk adni a lépések számát, ez a tesztek száma. Elindítva a tesztelést minden teszt sorban végrehajtódik, majd kapunk egy eredménylistát.
23. ábra Delta tesztelés folyamata [3]
A Cycle type, a körfolyamat típusa. Itt be lehet állítani, hogy a mérés alatt hogy adjuk ki sorban a védelemre az értékeket. Azaz azonnal csak zárlati érték legyen ráadva, vagy legyen előtte beállított értéke (Prefault) egy előre beállított ideig. Védelem kioldás után egy előre beállított érték (Prefault) legyen a kimeneten vagy zérus. A következőek a lehetőségek:
23
24. ábra Választási lista a kimenetre kiadott értékek sorrendjéről [3]
Ha az első lehetőséget választom, a Fault-ot, amikor a teszt elindul, rögtön ráadódik a zárlati érték. A védelem késleltetése elindul, majd kiold. Ekkor az áramkimeneteken minden paraméter zérus lesz. Ha egy újabb teszt történik (automatikus tesztelésnél; Delta tesztelés) és a zárlati érték a kioldás után rögtön ráadódik a védelemre a reléknek nincs ideje visszaállni az eredeti állapotukba, ezért ügyelni kell rá, hogy csak elegendő idő után küldjük ki a következő zárlati értéket.
25. ábra Kimenet folyamatábrája Fault típus esetén [3]
Ha a Prefault – Fault – Zero típust választom ki a 24. ábra alapján, akkor a tesztelés kezdetekor először a Prefault értéket adja ki a védelemre. Ezután a zárlati értékek adódnak rá és amikor a védelem kioldást ad, minden paraméter zérus lesz. Egy előre beállított Tpf idő múlva ráadódik a prefault érték majd az esetleges újabb zárlati érték (Delta tesztelés esetén). Mikor vége az utolsó tesztnek minden paraméter zérus lesz (kivéve a segéd egyenfeszültséget) és zérus marad a következő teszt elindításáig.
26. ábra Kimenet folyamatábrája Prefault-Fault-Zero típusnál [3]
Ha a Prefault – Fault – Prefault típust választom ki, a tesztelés indításakor a beállított Prefault értékek ráadódnak a védelemre, majd kioldás után újra Prefault érték adódik rá. Ha a kiadott zárlati értékre nem történne kioldás, a készülék egy Tmax ideig kiadja ezt az értéket, majd minden paraméter Prefault értékű lesz. 24
27. ábra Folyamatábra Prefault - Fault - Prefault típusra [3]
Még mindig a 14. ábra alapján írom a lehetséges beállításokat. Az ablak alján baloldalt van lehetőség az időbeállításra, a Times pontban. Itt lehetséges beállítani a teszt maximális idejét, a Tmax-ot. Fontos, hogy biztosan nagyobbnak kell lennie, mint a relé maximális késleltetési idejének. A másik idő, amit be lehet állítani a CB delay. A valóságban a zárlati értékek eltűnnek a védelem kimenetéről körülbelül 50msal később, ahogy a védelem kiadta a kioldó parancsot. Néhány esetben a zárlati értékek minél hamarabbi eltűnése - rögtön azután, hogy kioldás történt - hibát okozhat, azért szükséges tovább tartani a zárlati értéket. A védelem kioldása után a zárlati értékek addig vannak fenntartva, amíg a tartási idő le nem jár, ez a CB delay, a CB késleltetési idő. A 14. ábra alján, a Load tests-ben meg tudunk nyitni teszteket az USB memóriából. Ez úgy lehetséges, hogy a TDMS szoftver használatával lehetséges tesztelést beállítani számítógépen, ezt a tesztelést el lehet menteni, majd amikor csak a műszerfalon vezérlejük a vizsgálót, a memóriából meg lehet nyitni ebben a menüpontban. Megnyitva egy könyvtárat találhatunk már elkészített teszt file-okkal. Ha elértük azt, amelyiket ki szeretnénk választani, F5 és 4 együttes megnyomásával meg tudjuk azt nyitni. Ezután el lehet indítani a tesztet. Kilépni a könyvtárból a.directory sor forgatókapcsolóval való megnyomásával lehet. Az előző pont mellett található a Save results to USB memory, azaz mentés USB memóriába gomb. Ha elvégeztünk egy tesztelést, az eredményeket el lehet menteni az USB memóriába. Mentéskor meg kell adni egy fájlnevet, majd elmenteni az egyik könyvtárba F5 és 6-os gombokkal. Kilépni a könyvtárból a.directory sor forgatókapcsolóval való megnyomásával lehet.
25
4.2. Tesztelés, Test Ha a 14. ábran átmegyünk a következő fülbe, megkapjuk a tesztelési ablakot. Itt történik a paraméterek beállítása.
28. ábra Teszt ablak [3]
Mivel már az előző fülben kiválasztottam, hogy milyen tesztelési típussal akarok mérni (Shot, Delta, Ramp vagy Dragging tesztelés), annak megfelelően, hogy mit választottam olyan beállítandó paramétereket kell kitöltenem ebben az ablakban. Be tudom állítani a zárlati feszültségeket, áramokat, fázisszögeket és frekvenciát. Ha a Beállítás fülben (Setup) a teszt típusának Shot teszt lett kiválasztva, akkor ezek az értékek lesznek a kiadott zárlati értékek; Ramp tesztelés esetén ezek az értékek fognak nőni vagy csökkenni a már korábban beállított növekedéssel vagy csökkenésel. Delta teszt esetén itt lehet beállítani, hogy mennyi lépésben mekkora értékkel növekedjenek a beállított paraméterek. A középső vektor gombbal a kiválasztott paraméterek vektorábráját lehet megtekinteni. A feszültségek nyíllal jelöltek, az áramok ponttal. Ha kiválasztom a Results-ot, a következő ablak jön fel:
26
29. ábra Eredmény ablak kézi vezérlésnél [3]
Így teljes ablakban jobban láthatóak lennének az eredmények, ha több mérés is be lenne állítva.A Tests gombbal viszatérhetünk az előző ablakhoz. Az ablak alján a megszakító bemeneteken mért késleltetési idők lesznek kiírva a teszt végén. A jobb felső sarokban lévő Tests-et kiválasztva visszajutunk az előző ablakba és újabb tesztelést tudunk beállítani. Az előző fejezetben nem írtam a Dragging tesztelésről, mivel különösebb beállítás nem szükséges hozzá. Lényege, hogy a forgatókapcsoló forgatásával rákeresünk a védelem megszólalási értékére.
30. ábra Dragging tesztelés ablaka [3]
Felül az indításkor a védelemre adott értékéket tudjuk beírni. Baloldalt 12 lámpa van, C1-C12. Ha a tesztelés során az egyik engedélyezett megszakító bemenet (a Beállítás fülben engedélyezni kell a bemeneteket) kioldást kap, a hozzátartozó lámpa 27
bekapcsol. Ezzel a tesztelési móddal a késleltetési idők nincsenek mérve, hiszen nem ez a célja ennek a módszernek, de azt láthatjuk, hogy a vizsgáló melyik megszakító bemenete kap kioldást. Jobboldalt a kimeneten lévő feszültségek és áramok vektorábrája látható. A Dragging tesztelés folyamata a következő: Először vigyük be a paramétert, amit majd változtatni akarunk, indítsuk el a tesztelést, a bevitt paraméterek a készülék kimenetén generálódnak. Forgassuk a forgatókapcsolót órajárással megegyező irányban (vagy órajárással ellentétes irányban) és az érték növekedni (vagy csökkenni) fog 0.1gyel. Nem csak a forgatókapcsoló használatával tudjuk az értékeket változatni. Ha a billentyűzeten levő balra vagy jobbra nyilas gombot megnyomjuk az érték ugyancsak növekedni vagy csökkenni fog 0.1-gyel. Shift + forgatókapcsoló együttes forgatásával az érték nő vagy csökken 1-gyel. Ezután amint a védelem megszakítást ad, a megszakító bementhez tartozó lámpa kigyullad, az éppen aktuális érték a védelem keresett megszólalási értéke.
4.3. Működésfigyelő, Status Ha a 14. ábra a Status fülre megyek a 31. ábran látható ablakot kapom. Hosszabb tesztek alatt, ahol a paraméterek nem változnak olyan gyorsan, lehetőség van a teszt működését nézni. Az ablak automatikusan megnyílik Ramp és Delta teszteléskor, majd a teszt végén bezár. Az ablakban láthatóak a kimenetek értékei és a megszakító bemenetek.
31. ábra Status, működés figyelő ablak [3]
28
C1-C12: Ha valamelyik megszakító bemenet kioldó parancsot kap, a hozzátartozó lámpa bekapcsol. Az A1-A8 üres négyzetek azt jelzik, hogy az A1-A8 segédérintkezők éppen zárt állapotban vannak.
29
5. AUTOMATIKUS TÚLÁRAMVÉDELEM TESZTELÉS (OVERCURRENT ANSI 50-51) Az Overcurrent ANSI 50-51 menüpontban lehetséges túláramvédelmek automatikus tesztelése, valamint a névleges karakterisztika meghatározása és a tesztelés eredményeinek ezzel való összehasonlítása. Kiválasztva ezt a menüpontot a következő ablak tűnik fel:
32. ábra Túláramvédelmes tesztelés ablak [3]
A feljövő ablak 4 fület tartalmaz: Beállítás (Setup), Tesztelés ablak (Test), Grafikon ablak (Graph) és Működésfigyelő ablak (Status). A következő alfejezetekben ezekről külön-külön fogok bővebben írni.
5.1. Beállítás, Setup Baloldalt felül a Prefault értékeket kell megadnom. Be lehet állítani a névleges áramot (általában 1 vagy 5A), maximális áramot, névleges frekvenciát (40 - 70 Hz) valamint a segéd egyenfeszültséget (12 - 260V). A Generate Prefault és Apply Vdc 30
gombok megnyomásával rágeneráljuk a DRTS 66 készülék feszültségkimeneteire a beállított Prefault feszültségértékeket. Mielőtt ezt elvégeznénk fontos, hogy a Directional 50-51 be legyen kapcsolva. Jobboldalt a Prefault érték generáló gombok alatt a Binary I/0-al hasonlóan a Kézi vezérléshez itt is szükséges beállítani melyik megszakító bemenet legyen figyelve a mérés során.
33. ábra Megszakító bemenetek beállítása Automatikus tesztelésnél [3]
A
Dry típus
a
védelemtől
egy
feszültségmentes
kimenetet
vár,
a
vizsgálókészüléknek kell kiadnia feszültséget a védelem érintkezőinek működtetésére. A With DC Voltages típusnál a védelemből a kioldási parancs egyenfeszültségként érkezik a vizsgálóba. Harmadik választási lehetőség a With AC Voltages, amellyel a védelemvizsgáló váltakozó áramot vár a C1-C12 megszakító bemeneteire. A Trip mode -dal be lehet állítani, hogy a megszakító bemenet milyen zárlatfajtákat tudjon megszakítani. Megnyomva a nyilat, ki lehet választani a megszakító bemeneteket, C1től C12-ig. Zárlatfajták: -
L1, L2, L3: Fáziszárlatok;
-
L123 (PS): Háromfázisú rövidzárlat;
-
L123 (NS): Háromfázisú földrövidzárlat;
A 28. ábran a Névleges görbe (Nominal charasterictic) kiválasztásakor a 34. ábraát kapjuk. Itt lehetséges a védelem névleges karakterisztikáját beállítani.
31
34. ábra Névleges görbe kiválasztása [3]
Meg kell adni a zárlat fajtát, amit tesztelni kívánunk majd. Négy lehetőség közül választhatunk. A Ground protection: Túláramvédelem egyfázisú földzárlatra; a Phase protection: Túláramvédelem kétfázisú rövidzárlatra; a Three phase protection: Túláramvédelem háromfázisú rövidzárlatra; a Negative sequence: Háromfázisú zárlat zérussorrendű áramokkal. Kiválasztjuk a nekünk megfelelőt. Ezután a névleges görbét kell kiválasztani. Az ablak közepén látható a védelem névleges karakterisztikája. Az x tengely I>/IN, az y a késleltetési idő, t[s]. A karakterisztika alatti táblázatban lehetséges a görbe típusát kiválasztani. A karakterisztika lehet több görbe kombinációja, csak annyit kell tennünk, hogy kiválasztjuk azokat a karakterisztikákat, amire szükségünk van és beállítjuk a szükséges paramétereket. Ha a kiválasztott görbe áramfüggetlen, a neve Definite time. (Pl. nagy áramokra van egy gyorsfokozatú kioldás, aminek a késleltetése mindig ugyannyi) Itt az egyik megadandó paraméter a késleltetési idő, a másik a legkisebb áramérték, amire megszólal a védelem. Ha a kiválasztott görbe áramfüggő, be kell állítani egy megszólalási áramértéket és a hozzá tartozó késleltetési időt. Ha a karakterisztika nem felel meg, le lehet törölni. (Törlés: SHIFT+DEL) Saját magam készítette névleges karakterisztikát is fel tudok venni, ha belépek az ’Add 50-51 element’-be. A következő ablak nyílik meg:
32
35. ábra Saját görbe létrehozása [3]
Itt be tudom állítani az elemeket, amelyeket hozzáadok a karakterisztikámhoz. Megadom a megszólalási áramértéket és kiválasztom a görbe típust. Ha lépcsős karakterisztikám van, beállítom az időket (TD, T10I>). Az Ok gombbal elfogadom az új elemet és ez hozzáadódik az előző ablakban levő karakterisztikához. A jobb alsó sarokban levő kék jellel visszamehetünk az előző ablakba úgy, hogy nincs új elemhozzáadás. Ha listán nincs olyan görbe, amire nekem szükségem lenne, a Custom-mel fel tudok építeni olyat, amilyet szeretnék. Be kell vinni a koordinátákat sorban: I1, t1; I2, t2 stb.
36. ábra Saját görbe létrehozása [3]
Visszatérve a 32. ábraára baloldalt a Directional lényege, hogy bekapcsolva beállítható a névleges feszültségérték és fázisszöge. A Time errors-ban beállítható, hogy mennyi eltérés legyen még elfogadott a teszteredmények kiértékelésekor. Mikor a szabványos vizsgálatnak vége van, és a tesztlistában az eredmények fel lesznek sorolva, a vizsgáló kiírja, hogy a beállított késleltetési időhöz képest a mért értékek mennyire térnek el. Ezzel a beállítással azt tudom beállítani, mekkora hiba legyen még elfogadott. 33
Az ablak alján lévő Stop-ot megnyomva a tesztelést bármikor megállíthatjuk (a zárlati értékek Prefault értékűek lesznek), Reset-tel pedig minden kimenetet törlünk még a segéd egyenfeszültséget is. Az Exit gombot megnyomva minden paraméter lenullázódik, a kijelző visszamegy a kezdőlapra.
5.2. Tesztelés, Teszt Miután megtörténtek az általunk kívánt beállítások a Beállítás (Setup) fülben, áttérhetünk a tesztelésre. Itt 3 további fül van; 3 tesztelési lehetőség közül lehet választani: Shot tesztelést, Automatikus tesztelést (Auto I) valamint Verify-t, Ellenőrző mérést. A Shot tesztet kiválasztva a 37. ábra látható ablak jön fel.
37. ábra Tesztelés beállítás [3]
Ebben a részben be kell állítani az áramparamétereket: I(A) a ráadott aktuális áramérték. Az IR összefügg az I(A)-val, egymásba átszámolhatóak: A karakterisztikám x tengelyén I/IN, dimenziótlan értékek vannak. A Setup-ban korábban beállítottam a karakterisztikám elemeit. A karakterisztika első eleménél, a megszólalási áramértéket osztottam el a névleges árammal. Ezt az első megszólalási értéket elnevezem Ipu-nak. A teszteléshez beállítok egy I(A) áramértéket, pl. tesztelni akarok 3A-rel. Tehát I(ráadott érték)=3A. Beállítottam a Setupban az első karakterisztika elemet: I(megsz.érték)/IN = 0.5 és a névleges áramot IN = 5 A. Tehát a korábbi elnevezés miatt I(m.é.) = Ipu. Mivel megadtuk a névleges áramot, ezért Ipu = I(m.é.) = 0.5 * IN = 0.5 * 5 A = 2.5 A. 34
IR = I(ráadott érték) / Ipu = 3 / 2.5 = 1.2 Miután megadtuk I(A) és IR értékeket a pluszjel megnyomásával hozzáadjuk az elemet a tesztlistához. A tesztelési ablakban alul az időket is be kell állítanom. A Prefault idő az az idő, ami addig tart, amíg a vizsgáló rá nem adja a zárlati értéket a védelemre. Fontos, hogy ne legyen 0 s. A CB delay: A valóságban a zárlati értékek eltűnnek a védelem kimenetéről körülbelül 50ms-al később, ahogy a védelem kiadta a kioldó parancsot. Néhány esetben a zárlati értékek minél hamarabbi eltűnése - rögtön azután, hogy kioldás történt - hibát okozhat, azért szükséges tovább tartani a zárlati értéket. A védelem kioldása után a zárlati értékek addig vannak fenntartva, amíg a tartási idő le nem jár, ez a CB delay, a CB késleltetési idő. A Fault type-al lehetséges kiválasztani a zárlat típusát. Ezek a következőek: Egyfázisú földzárlatok (L1, L2, L3); Kétfázisú rövidzárlat (L12, L13, L23), Háromfázisú rövidzárlat (L123 PS). A pluszjel megnyomásával újabb és újabb teszteket adhatok hozzá a tesztelési listámhoz. A 38. ábra mutatja az Eredmények ablakot (Results).
38. ábra Shot tesztelés eredmény [3]
A táblázatban láthatók a beállított tesztelések sorban, az ablak alján pedig az eredmények. A Results résznél leolvasható a zárlatfajta, I(A) a ráadott aktuális áramérték, IR (IR=I/Ipu), névleges áram, t(s) a megmért késleltetés értéke, tnom(s) a névleges karakterisztikáról a késleltetés névleges értéke, Err-I (%) az áram névlegestől való százalékos eltérése, Err-t (%) a késleltetési idő névlegestől való %-os eltérése. Ha a
35
mért értékek benne vannak a %-os tartományokban, akkor a védelem jól működött, kiíródik középre az eredmény, azaz Pass, ellenkező esetben Fail. Az Auto I-t, azaz az automatikus tesztelés lényege, hogy kirajzoltassuk a védelem kioldási görbéjét. Az Auto I-t fült kiválasztva a 39. ábraán látható ablak jön elő. Beállítunk egy kezdeti áramértéket, az áramnövekedési értéket, majd egy olyan áramértéket, amelynél a tesztelés megáll. Beállíthatjuk a Pefault időt, a maximális időt, ami azt jelképezi, hogy ha nem történt kioldás, meddig vár a vizsgáló, hogy kiadja a következő értéket. A Fault Type, Zárlat típust is beállítjuk, majd hozzáadjuk a tesztelési listához a pluszjellel a tesztelést és lefuttatjuk. A vizsgáló minden egyes teszt során a megméri a védelem késleltetési idejét és az azokhoz tartozó áramértékekből megkapjuk a védelem karakterisztikáját. Az első cél, hogy nagyjából behatároljuk a görbét, ennek megfelelően kell beállítani az áramnövekedés mértékét.
39. ábra Automatikus tesztelés [3]
A kapott karakterisztika a 40. ábra látható.
40. ábra Automatikus tesztelés eredménye [3]
Az első méréskor a cél az volt, hogy nagyjából belássuk a görbe alsó határát és megmérjük a tényleges késleltetési idejét a görbe időfüggetlen részén. A cél érdekében 36
nagy áramléptéket állítunk be, így karakterisztika görbéje és az időfüggetlen rész áramkésleltetési értékei szépen láthatóak lesznek. Jegyezzük meg az üres karikás áramértékeket, ezeknél nem történt kioldás. Ezt figyelembe véve módosítsuk az árambeállítást. A következő cél: pontosan megmérni az időfüggetlen karakterisztikák idő-áram megszólalási értékekeit. Az indító és a maximális áramot állítsuk be névleges áramértékhez közel. A lépések így olyan kicsik lesznek, amilyet szerettünk volna, így pontos eredményeket fogunk kapni. A következő ábra mutatja a teszt eredményét:
41. ábra Ráközelítés a megszólalási értékre [3]
Mivel a pontok közel vannak egymáshoz, az I> maximális áramértékét és I>> megszólalási értékét pontosan le lehet olvasni. Ugyanígy rá lehet keresni az áramfüggő részen a legkisebb áramra, amire még megszólal a védelem (Ipu). A Verify, Ellenőrző tesztelést kiválasztva a 42. ábraán látható ablak jön fel. Ennek a tesztelésnek a célja, hogy leellenőrizze a névleges karakterisztikát. Automatikusan teszteléseket indít, egy kicsit kisebb indítási áramértékkel kezd, mint a megszólalási áramérték, majd növeli az áramot egészen addig, amíg nagyobb áramértéket el nem ér, mint a maximális megszakítási áram. Mindegyik teszt során megméri a késleltetési időket.
42. ábra Ellenőrző tesztelés [3] 37
A pluszgomb megnyomásával a tesztlistához adjuk a beállított ellenőrző tesztet. Több ráközelítéses tesztelés is elvégezhető így. Több tesztsorozatot végre lehet hajtani különböző zárlatfajtákkal is. Az idők beállítása ugyanaz, mint az előző méréseknél, ezért nem részletezem.
5.3. Grafikon, Graph Kiválasztva a következő ablakot kapjuk:
43. ábra Grafikon ablak [3]
Ha a teszt típusa Shot tesztelés vagy Automatikus tesztelés, akkor a grafikonon mért késleltetési időket láthatjuk hozzárendelve a beállított áramokhoz. Ha a teszt típusa Verify, azaz Ellenőrző teszt, akkor a névleges karakterisztika lesz kirajzolva és pontokkal lesznek jelölve a mért értékek, ahogyan azt a fenti ábrán láthatjuk. A görbén lehetséges ránagyítani és kicsinyíteni.
5.4. Működésfigyelő, Status Ebben az ablakban lehetséges az olyan tesztek beállított paramétereit működés közben figyelni, ahol a paraméterek nem változnak olyan gyorsan. Az ablak 0.5 s –ként frissül.
38
44. ábra Működésfigyelő [3]
A teszt során látható az áramok generálása valamint a kioldások a megszakító bemeneteken. Ha a vizsgáló egyik megszakító bemenetére kioldóparancs érkezik a bemenethez tartozó lámpa kigyullad.
39
6. AZT AUTONÓM ZÁRLATI TARTALÉKVÉDELEM Előfordulhat olyan helyzet, hogy egy villamos mű (pl. transzformátor-állomás) saját segédüzemi energiaellátása megszűnik. Az állomás védelmei elveszítik működőképességüket, mivel működésükhöz feltétlenül szükséges az egyenáramú feszültség. Így zárlat bekövetkezése esetén nem működik a védelem. A PROTECTA Elektronikai Kft. OmegaProt családjába tartozó AZT 3/0 készülék ekkor is biztos kioldást ad, és biztosítja a csatlakozó megszakító működéséhez szükséges energiát. Működéséhez
nem
igényel
külső
energiaforrást.
Kondenzátorokból
felépített
energiatárolót tartalmaz, aminek az energiáját a zárlat alatt az áramváltó energiájából tölti fel. [4] A védelem külső csatlakoztatására a doboz alján elhelyezett 21 db sorkapocs szolgál. A készülék felületén két öt számjegyes működésszámláló és két LED helyezkedik el. Ha I> túláramvédelem ébred a baloldali LED világít és a baloldali számláló elindul. A LED kialszik, ha a kondenzátoros energiatároló eléri a küszöbértéket vagy I> visszaesik. A jobboldali LED és számláló akkor kezd el működni, ha t1 és t2 időrelék lefutottak, azaz a védelem kioldást adott. A készülék működését később részletezem. Mivel a védelem tartalmaz háromfázisú, maximum kiválasztású túláramreléket használják háromfázisú, fázisonkénti hajtású megszakító működtetésére. A készülék bekötésének változtatásával zérussorrendű tartalékvédelemként is alkalmazható. Ekkor hatásosan
földelt
csillagpontú
hálózatok
távvezetékeinek
zérussorrendű
tartalékvédelmeként alkalmazva „sántaüzem” reteszelésére is alkalmas. [4] A dolgozatomban az AZT-nek, mint háromfázisú túláramvédelemnek a DRTS66-tal történő ellenőrzéséről fogok írni.
40
6.1. AZT háromfázisú túláramvédelem működési leírása, karakterisztikája
45. ábra AZT 3/0 bekötése háromfázisú túláramvédelemként [4]
A védelem 1., 2., 3., és 4. valamint 5. és 6. kapcsai az áramkapcsok. Ezek a kapcsok háromfázisú alkalmazás esetén az áramváltó-csoport R, S illetve T szekunder tekercsére csatlakoznak. A védelem a 7., 8. és 9. kapcsokon adja ki a kioldást a három megszakító-fázis kioldó tekercsére. Ez azt jelenti, hogy a három kioldó érintkező „rásüti” a kondenzátor energiáját a kioldó tekercsekre. Ezért a tekercsek közösített pontját (-) a 10. kapocsra kell kötni. A védelem 11.-12. kapcsára egy független érintkező van kivezetve (J), amely a kioldással egyidejűleg zár. Az érintkező alállomási hibajelzésre, adatgyűjtés céljaira vagy irányítástechnikai feladatokra alkalmazható. A mérésem során ezekre a kapcsokra nem volt szükségem. A 13.-14. kapocsra a bejelölt módon beadott egyenfeszültség bénítja az AZT 3/0 védelmet, elvétele vagy hiánya élesíti. A 15.…21. sorozatkapcsok csak sántaüzemi reteszelés esetén élnek, ekkor a 13-14. kapcsokat is erre használják. A mérésemben az
41
AZT háromfázisú túláramvédelemként történő alkalmazását teszteltem, a zérussorrendű tartalékvédelmi funkcióját nem ellenőriztem.
46. ábra A védelem elvi sémája [4]
A készülék belső működéséről egy rövid leírás: AV1-AV6 áramváltók beépített áramváltók. Az első három áramváltó (AV1-AV3) az energiatároló kondenzátor töltésére szolgál. Amikor a túláramrelé megszólal, elkezdik tölteni a kondenzátort, addig, amíg a töltés el nem éri a határfeszültséget. AV4-AV6 áramváltók táplálják az AC/DC tápegységet, ami a védelem saját belső energiaellátását szolgáltatja, az [I>] maximumkiválasztós túláramrelét valamint [t1] és [t2] késleltető elemeket. A túláramrelé [I>] megszólalásakor indítja [t1] és [t2] időreléket. [t1] egy áramfüggő karakterisztikájú elektronikus időrelé, [t2] pedig egy áramtól független késleltetésű elektronikus időrelé. Amíg [I>] nem szólal meg, [r1] relé rövidre zárja az AV1-AV3 belső áramváltókat, így nincs teljesítményfelvétele a védelemnek. Amikor [I>] megszólal, [LA] logikai kapun keresztül jelzést ad [r1]-nek, a relé behúz, a számláló,[SZ1] elindul, a kondenzátor töltése elkezdődik és töltődik egészen addig, amíg el nem éri a 300V-os határt. Ekkor megszólal [U>] feszültségrelé, [LA] logikai kapun keresztül jelzés ad [r1]-nek, a relé elejt – a töltés megáll, AV1-AV3 áramváltók ismét rövidre vannak zárva - valamint [LB] kioldó logikai kapu engedélyező jelet kap. [LB] egy AND logikai kapu, [U>]-tól kap egy engedélyező jelet, majd mikor [t1] és [t2] késleltető elemek lejárnak, innen is kap egy engedélyező jelet. Ekkor az AND kapu kimenetén ’1’-es lesz, [L2] LED kijelez, [SZ2] számláló léptet, [r2] relé 42
behúz. [r2] behúzásának hatására [J] érintkező külső hibajelzést ad, R, S, T érintkezők záródnak, így a kondenzátor töltése rákerül a megszakító megfelelő kioldó tekercseire. A megszakító kikapcsol. A védelem késleltetési idő – áram karakterisztika: [t1] időrelé áramtól függő, [t2] áramtól független karakterisztikájú.
47. ábra Az AZT védelem karakterisztikája [4]
A karakterisztika függőlegesen eltolható t2 megváltoztatásával. A mérésem során ezt a karakterisztikát szeretném kirajzoltatni.
6.2. AZT védelem beállítása A védelem egy fekete, zárt acéldobozba van beépítve, fedelét eltávolítva láthatóak a működéséhez szükséges alkatrészekkel a nyáklapok (a felső nyáklap a túláramvédelmi funkcióhoz szükséges, az alsó a sántaüzemi reteszeléshez). A felső nyáklapon két mikrokapcsolósor található. Ezek beállításával történhet a védelem megszólalási áramértékének és a két időrelének a beállítása. A kapcsolósorok értékei a fedőlapon is meg van jelenítve. Ha az egyik kapcsoló bal állásban van, az azt jelenti, hogy a kapcsoló értéke be van kapcsolva. A balállású kapcsolók értékei adják meg a megszólalási és késleltetési időket.
43
A baloldali kapcsolósor, K1 ötelemes. Itt szükség volt a beállítási egyenlet figyelembevételére: 1
𝐼 > = 𝑀 1 + 𝛴𝑎 𝐼𝑛
[4]
A 𝛴𝑎 kifejezés a balállású, azaz bekapcsolt kapcsolók értékeinek összege; 𝐼𝑛 a névleges áram (1A); M a beépített közbenső áramváltók áttételétől függ. Végül 0,9 A-t lett a beállított megszólalási áramérték, a 2. és 4-es kapcsoló bekapcsolásával. A felső kapcsolósoron, K2-n, amellyel az időreléket kellett beállítani egyszerűbben végre lehetett hajtani a beállítást. A t2-es időrelét jelképezte a legfelső kapcsoló, jobboldali állása azt jelentette, hogy 0 s a késleltetési ideje. Ez a kapcsoló így lett hagyva. A többi 4 kapcsolóval a megszólalási érték késleltetési idejét lehet beállítani. Az első két kapcsoló lett bekapcsolva, azaz 6 s lett a késleltetési idő.
6.3. AZT háromfázisú túláramvédelem összekötése a vizsgálókészülékkel A mérés előtt be lett tehát paraméterezve a megszólalási áramérték, 0,9 A valamint a hozzátartozó késleltetési idő 6 s. A 48. ábran látható a műszer összekötése a védelemvizsgálóval. A segéd egyenfeszültség nincs bekötve, mivel ennek a védelemnek nincs szüksége a működéshez külső energiaforrásra. Az 1.-6. kapcsok az árambemenetek, amik a külső áramváltó R, S és T szekunder tekercsére csatlakoznak. A védelemvizsgáló a fázisáramokat az I1, I2 és I3 kimenetein adja ki; a közös pont az IN. Ezeket a kimeneteket összekötöm az AZT védelem az 1., 3., 5. kapcsával, a védelem áramkimeneti kapcsait összekötve a 6. kapocsról a 3Io áramot összekötöm a védelemvizsgáló IN közösített pontjával.
44
48. ábra AZT és védelemvizsgáló készülék összekötési rajz
Kioldás esetén a védelem a 7., 8. vagy 9-es kapcsokon adja ki a kioldást a három megszakító-fázis kioldó tekercsére, amelyeket itt a DRTS 66 készülék C1-C3 bemeneti kapcsai jelképeznek. A közösített pont (-) a 10-es kapocsra van kötve. A kioldó parancs tulajdonképpen úgy történik, hogy a védelem három kioldó érintkezője rásüti a kondenzátor energiáját a három megszakító-fázis kioldó tekercsére, ami itt a C1, C2, C3 és a közösített pont. A kioldás egy feszültségkülönbség a 7.-10., 8.-10., 9.-10. kapcsok között és így a C1-(-), C2-(-), C3-(-) pontok között. A védelemvizsgáló úgy érzékeli, hogy a védelem kioldást adott, ha feszültségkülönbséget észlel a megfelelő bemenetek között (C1és közös pont, C2 és közös pont stb.). A védelem és a műszer összekötése megtörtént, ezután össze kellett kötni a DRTS66-ot a számítógéppel, amelyen a TDMS szoftver segítségével lehetett tesztbeállításokat elvégezni és mérni.
45
49. ábra AZT védelem és a DRTS66 vizsgáló összekötése
6.4. Mérések és eredményei A mérés során azt vizsgáltam, hogy az általam beállított védelem tényleg arra a paraméterre szólalt-e meg, és olyan késleltetéssel adott kioldást, mint amire be lett állítva. A védelem fedelét levéve megtörtént az I> túláramrelé Ibe beállítási értékét és a késletetési időt a két kapcsolósor segítségével történő beállítás. A védelem össze lett kötve a vizsgáló készülékkel a 48. ábra alapján. A 13.-14es kapcsokra egyenfeszültség bekötésével bénítani kellett volna a sántaüzemi reteszelést, de mivel a mérés során a ráadott áramok fázisszöge között mindig volt 120°os különbség, ezért biztos, hogy nem folyt a védelmen zérussorrendű áram. A vizsgálókészülék össze lett kötve egy számítógéppel, amin a TDMS szoftver használatával lehetett méréseket beállítani és tesztelni. Használata szinte ugyanolyan, mintha a DRTS66 műszerfalán a gombokkal tesztelnék, viszont a számítógépen sokkal könnyebb, egyszerűbb a használat. Első lépésként Prefault (előzetesen beállított) értéket kell generálunk a védelemre. Ez azért kell, mert a védelmek többségének egyenfeszültség szükséges a működéséhez. Mivel ez a helyzet az AZT autonóm védelemnél nem igaz (saját maga állítja elő egy belső kondenzátorral a kioldási feszültséget a zárlati áramból, amit a 46
megszakítórelékre kapcsol), ezért itt elég a névleges áramot beállítani, 1 A-t. Ekkor még nem folyik áram a védelmen. 1. mérés: Kézi beállítás (Manual Control); tesztelési típus: Shot teszt. A Shot tesztelési típus abból áll, hogy egyszerre csak egy tesztet végzek el; beírok egy meghatározott áramértéket, hozzáadom a tesztlistához és elindítom a tesztet. A mérés végén az eredmény a tesztlistában jelenik meg. A mérés során kiadtam mindhárom fázisra áramértékeket. Amint egy teszt lefutott, hozzáadtam új áramértékeket mindhárom fázisra és így tovább. Egy tesztelés addig futott, amíg kioldás nem történt. Ha nem történt kioldás egy előre megadott Tmax ideig futott a mérés. Eredményként a tesztelési listában megjelent a mért késleltetési idő a hozzátartozó áramértékkel. Ezzel egyidejűleg újabb pont jelent meg az ablakban jobboldalt a késleltetési idő-áram grafikonon.
50. ábra Shot tesztelés eredménye
47
51. ábra Shot tesztelés során kapott késleltetési idő[s]-áram[A] karakterisztika
A mérés során a megkapott eredményekből hozzárakva az újabb és újabb pontokat szépen kirajzolódott a karakterisztika. 2. mérés: Kézi beállítás (Manual Control); tesztelési típus: Delta teszt. Ennél a mérésnél meg kellett adnom egy kezdő áramértéket I=0,5 A-t, az áramnövekedési léptéket, ΔI=0,5 A, valamint a mérés számát, azaz 18 db mérést. Miután hozzáadtam a tesztlistához elindítottam a mérést. Az eredmények sorban jelentek meg a listában, valamint a karakterisztika is bővült fokozatosan az új elemekkel. Sokkal rövidebb idő alatt egy pontosabb karakterisztikát kaptam, mint az előző mérésnél. Nem kellett az újabb mérések hozzáadásával és elindításával foglalkozni.
48
52. ábra Delta tesztelés eredménye
Látszik, hogy 0,5 A -nél nem történik kioldás (Timeout), mivel kisebb, mint az előzetesen beállított megszólalási áramérték (0,9A).
53. ábra Delta tesztelés során kapott késleltetési idő[s]-áram[A] karakterisztika 49
3. mérés: Túláramvédelem mérés (Overcurrent 50-51 61 relay); Automatikus tesztelés. Itt lehetőség van szabványos vizsgálatra. A mérésnél megint első lépés a Prefault értékek generálása. Ezután a névleges karakterisztika fülön belül kiválasztva a fáziszárlatot kiválaszthatjuk, milyen karakterisztikát szeretnénk ellenőrizni. Újabb görbét is adhatunk hozzá, pl. egy áramtól független görbe hozzáadását a Definite Time görbe hozzáadásával tehetjük meg. Többféle szabványos görbe van, különböző meredekségű áramtól függő karakterisztikák és áramtól független lépcső is választható. A beállított megszólalási áramot és késleltetési időt hozzá kell adni átírva az eredeti értékeket. Ekkor megkapunk egy görbét, amihez szeretnénk ellenőrizni a mi védelmünk karakterisztikáját. Azonban nem mindegy, hogy milyen meredekségű a görbe. A DRTS66 csak bizonyos görbéket tartalmaz. Erről majd később írok. A tesztelés fülben az automatikus tesztelést kiválasztva beírtam a kezdő áramértéket, Istart=5 A áramcsökkenési értéket, Istep=0,5 A. Fáziszárlat típusának 3fázisú rövidzárlat lett kiválasztva.
54. ábra Automatikus teszt eredmény
Ahogy az elvárható volt nem volt eredmény 0,5 A -es áramra. Az Err-T oszlopban az eredményül kapott késleltetési időknek a korábban kiválasztott karakterisztikától való eltérését írja ki tízezredes pontossággal. Beállítottam egy másik karakterisztikát, mert nehéz volt olyat kiválasztani, amelyiknek a meredeksége pont olyan, mint az AZT görbéjének. Ezután a következő eredményt kaptam:
50
55. ábra AZT Szabványos vizsgálat
Következtetések, észrevételek: A Delta mérés eredményekor megkaptam a védelem karakterisztikáját. A mérés során többször is hibaüzenet jelent meg, mely szerint túl nagy volt a terhelés. Ez a nagyobb áramok kiadásakor jelent meg. Ennek oka, hogy az AZT teljesítményfelvétele nagy. Az AZT működéséhez nincs szükség tápfeszültségre, és a ráadott zárlati áramból állítja elő a 300 V -os kioldófeszültséget. Sokkal egyszerűbb és könnyebb számítógéppel az automatikus mérés beállítása és kezelése, azonban a megfelelő névleges görbe kiválasztása a mi esetünkben sikertelen volt. A vizsgáló berendezés szoftverében nagyon sok, szabványos túláramvédelem karakterisztikája benne van. A védelem mérési (megszólalási-) értékeit a kiválasztott szabványos görbével hasonlítja össze. A vizsgált AZT védelem karakterisztikája nincs benne, csak kisebb-nagyobb mértékben hasonlók. A görbék mind motorvédelmek kioldási görbéi voltak, amelynek van egy áramtól függő része és egy áramfüggetlen gyorskioldó fokozata. Ki lehetett venni belőle az áramfüggetlen fokozatot, és akkor megkaptunk egy áramfüggő görbét, de a névleges karakterisztika meredekségét nem tudtuk visszaadni. További eltérés, ami miatt az eredmény nehezen értékelhető, hogy a szabványos mérési módszer log-log diagramon jeleníti meg a karakterisztikát.
51
Nagyon tanulságos volt, hogy a kézi beállítással felvett karakterisztika jól egyezik az AZT ismert karakterisztikájával, ugyanakkor az automatikus, szabványos mérés eredményeként kapott karakterisztika nagymértékben eltér. Ennek okát az előbbiekben írtam le.
52
7. DTI- KF-EP KÖZÉPFESZÜLTSÉGŰ DIGITÁLIS TÚLÁRAM-IDŐ VÉDELEM A DTI-KF-EP típusú komplex védelem a PROTECTA Elektronikai Kft. EuroProt termékcsaládjának háromfázisú túláramvédelme. Áram-idő karakterisztikája egy áramtól független karakterisztika. A villamos energiarendszerben olyan helyeken alkalmazzák, ahol szükséges zárlatvédelem, túlterhelésvédelem vagy zérus sorrendű túláramvédelem. A készülék funkciói: 3fázisú
független
késleltetésű
túláramvédelem
gyorsfokozat
I>>
nagy
árambeállítással; 3fázisú független késleltetésű túláramvédelem késleltetett fokozat I> kis árambeállítással; zérus sorrendű túláramvédelmi funkció gyorsfokozat 3I0>> nagy árambeállítással; zérus sorrendű túláramvédelmi funkció késleltetett funkció 3I0> kis árambeállítással (ehhez a fokozathoz zérus sorrendű teljesítményirányítás is beállítható); zérus sorrendű feszültségnövekedési funkció; fázisfeszültség növekedési és csökkenési funkció. [5] A következőkben a DTI túláramvédelmi funkcióját szeretném leellenőrizni a védelemvizsgálóval. A mérés első lépéseként megtörtént a védelem összekötése a vizsgálóval, majd mikor a védelmünk megkapta a működéséhez szükséges egyenfeszültséget számítógépes kapcsolaton keresztül végrehajtottam a védelem beparaméterezését. (lásd. 7.2 Paraméter beállítás fejezet)
53
7.1. DTI összekötése a vizsgálókészülékkel
56. ábra DTI és a vizsgálókészülék összekötési rajza
A védelem működéséhez tápfeszültség szükséges. A védelem sorkapcsai közül a 42. kapocs a +Táp, ezt kell összekötni a vizsgálókészülék +tápfeszültség kimenetével, a 43. kapocs a közös pont, ezt a vizsgáló közös pontjával kell összekötni. Az 1-3-5 kapcsokra kell rákötni a fázisáramokat, azaz a védelemvizsgáló I1-2-3 kimeneteit. Az áramok összegzett értékét a 7. kapocsra kell kötni, majd a 8. kapcson keresztül folyik vissza az áram a védelemvizsgáló IN bemenetére. A védelem 15. kapcsát a +tápfeszültségre kell kötni, a vizsgáló megszakító közös pontját pedig a tápfeszültség közös pontjával kell összekötni. A védelem 16-os sorkapcsa a megszakító C1 bemenetével van összehuzalozva. A védelem dokumentációja szerint több kioldó relé van és a kioldóreléknek több kontaktusuk van. Ezeknek a nyugalmi (nyitó-) érintkezője, és a munka (záró-) érintkezője is ki van vezetve a sorkapocsra. A rajz szerinti bekötés esetén látszólag nem működött a védelem, nem működött a kioldó kontaktusa! Ez a kioldó karakterisztika felvétele szempontjából nehézségeket okozott. Végül sok próbálgatással (kioldásokkal, relé kontaktusok mérésével), és védelem belső átprogramozással sikerült olyan bekötést találni, amivel a karakterisztika felvehető volt. Kioldóparancs esetén a következő történik: Alapállapotban a 15. kapocs egy nyugalmi (nem kivezetett) érintkezővel van összekapcsolva. (A sorkapocs bekötési rajzon is fel vannak tüntetve, de nincsenek kivezetve!) Ki parancs esetén a védelem 54
kioldóreléje meghúz, a (munkaáramú, záró-) érintkező átbillen a másik állásába. Ekkor a 15. és a 16. kapocs össze lesz kötve, a 15 -ös kapocsból a +tápfeszültség a 16 -os kapcson keresztül kijut a védelemvizsgáló készülék C1 bemenetére. Mivel a védelemvizsgáló megszakító bemenetei úgy működnek, hogy a két bemenet közötti feszültséget érzékeli - és mivel a C-közös pontra rá van kötve a tápfeszültség közös pontja - a C1-en pedig megjelenik a +tápfeszültség, ezért a védelemvizsgáló érzékeli, hogy kioldást adott a védelem.
57. ábra DTI és DRTS66 védelemvizsgáló összekötése
7.2. Paraméter beállítás A DTI-KF-EP egy digitális túláramvédelem egy mikroprocesszoros rendszerrel. A készülék funkcióit a beletöltött szoftver határozza meg. A készüléknek többféle hardverváltozata van. Egy közös szoftver van, amivel be lehet programozni ezeket a védelmeket, de csak a hardverváltozat határain belüli funkciókat lehet elérni. A védelemnek, amivel én mértem a teljes megnevezése, a hardverváltozata: 3f+I0+3fU-8k-8D A név értelmezése: van benne 3fázisú és zérussorrendű áramérzékelés, 3fázisú feszültségérzékelés, a relé kimenetek száma 8 (8k), valamint az optikai bemenetek
55
száma is 8 (8D). A védelem tetején van egy 2x16 karakteres LCD kijelző is és 6 nyomógomb, amelyekkel kezelhető a készülék. [5] Az előlapon elhelyezkednek LED-ek, amelyek az egyes funkciók (pl. I>> gyorsfokozat) ébredésekor felvillannak. Indulási értéküket és hogy egyáltalán induljanak-e be lehet programozni. A védelem beállítása számítógépen keresztül történt. A „Protect for Windows” program segítségével RS 232 csatlakozással a géphez csatlakozó védelem egyszerűen felprogramozható. Miután a védelem megkapta a működéséhez szükséges egyenfeszültséget (a DRTS66-al lett rákapcsolva), bekapcsolt. Ekkor a betöltött a 2 soros 2x16 karakteres LCD kijelző. Egy menürendszer található benne, amelyen a következő lehetőségek vannak: paraméter lekérdezés, paraméter beállítás, a védelembe befolyó aktuális értékek megjelenítése. Elindítva a szoftvert a bejövő ablakban megkaptuk a védelem eredeti beállításait, paramétereit. A védelem funkcióit a relés kimenetekhez lehet rendelni. [6]
58. ábra Szoftver mátrix a számítógép képernyőjén
Ahhoz, hogy a számomra kiválasztott kimeneten az a funkció jelenjen csak meg, amire nekem szükségem van, be kellett állítanom a szoftver mátrixot. A ’’ és ’’ jel változtatásával ez egyszerűen megtehető, funkciókat könnyen hozzá lehet rendelni a kimenethez. Ahogy pl. felül láthatjuk, alapállapotban a gyorsfokozat kioldást az 5. relékimeneten ad. Ha egy olyan funkciót akarok beállítani, ami a funkciók között nem található meg, alul a 6 egyenletben ezt megtehetem. A mérésem során ’’ állapotúba állítottam az összes relé kimenetet, kivéve, hogy a 2. egyenletet hozzárendeltem a K1 relé kimenethez. Ezután a 2. egyenletet be kellett programozni. Minden kimenethez 56
hozzárendelt
funkció
egy
egyenletként
van
programozva,
ez
látható
az
egyenletkészítőben (Ablakok/Egyenletek). Ezeket PROTLOG egyenleteknek nevezik. A mérés során mindig azt a bemeneti funkciót rendeltem hozzá a K1 kimenethez, amelyiket éppen vizsgáltam. Ha szükség volt rá, az egyenletkészítőben módosítottam a bemenetet. Az ezt követő lépés mindig a paraméterek védelembe történő betöltése következett. A szoftvermátrix alatt az ablakban láthatóak az eredetileg beállított megszólalási paraméterek, késleltetési idők, automatikák állapota (bénított/éles) stb. Számomra a fáziszárlati paraméterek fontosak.
59. ábra Az eredeti fáziszárlati paraméterek
Az egyes fokozatok paramétereinek beállítási értékei a mérés során lettek beállítva, mivel először le lett ellenőrizve áram és feszültségmérésekkel, hogy megfelelően működik-e a védelem. Ezért a paraméter beállítást később részletezem.
7.3. Mérések és eredményei Célom a mérés során az volt, hogy meglássam, hogy az előre beállított megszólalási áramértékek szerint szólal-e meg a védelem, hogy az előre beállított késleltetési idő után ad-e kioldási parancsot a védelem, valamint a kétlépcsős késleltetési idő - áram karakterisztika megrajzoltatása. Két fokozata volt a védelmemnek, egy nagyáramú gyorsfokozat valamint egy késleltetett fokozat. Ezek valós megszólalási értékét és késleltetési idejét szerettem volna megtudni.
57
60. ábra Az elvárt kétlépcsős késleltetési idő - zárlat helye karakterisztika a két fokozattal, megszólalási áramértékekkel és késleltetési időkkel
A tesztelések és a paraméter beállítás (lásd 7.2 fejezet) előtt próbamérések is lettek elvégezve a védelem aktuális beállítási paramétereinek kikövetkeztetésére. A mérések során le lett ellenőrizve kampós áramfogóval, hogy mekkora áram folyik be a készülékbe mivel kiadtam az R fázisra IR=1 A nagyságú áramot a vizsgálóval, azonban a védelem kijelzőjén 99 A-t mutatott. (A védelem kijelzőjén mindig kiírja az aktuális értékeket, amit fogad.) Ennek oka az volt, hogy valószínű, hogy egy 100/1-es áttételű áramváltó lehetett a készülék előtt ( ai=100/1 A). Azaz, ha az áramváltó előtt a távvezetéken folyt 2 A, akkor a védelemre az áramváltón keresztül 200 A-es áram folyt be közvetlenül, azonban a készülékben volt olyan funkció, hogy be lehetett állítani, hogy milyen áttételű áramváltó legyen a készülék előtt, így a védelem az áramváltó előtt folyó áramokat jelzi ki, azaz 2 A-t mutatott ebben az esetben. Ezután megtörtént a védelem beállítása, paraméterezése (lásd 7.2 fejezet). A PROTLOG egyenlettel kiválasztom a megfelelő hozzárendelést a K1 kioldó reléhez. A beállítási értékek a következőek lettek: A késleltetett fokozat (I>) megszólalási áramértéke 1 A lett, késleltetési ideje 1 s. A nagyáramú fokozatnál ( I>> ) ugyanez 2 A és 0,2 s. Mivel a 59. ábra Az eredeti fáziszárlati paramétereklátható, hogy az áramváltó névleges árama 100 A, ez azt jelenti, hogy az áramváltó előtti áram 1 A. Ha a megszólalási értékre 2 A-t akarok, I>> fokozat megszólalását 200%-ra kell beállítanom, mert az áramváltó névleges áramához hasonlítja. Ugyanez a helyzet a késleltetett fokozattal, ahol 100%-ot kell beállítani megszólalási áramértéknek, azaz 1 A-t. A késleltetési időket is beviszem és ezzel kész is a paraméterezés. Rátöltöttem a védelemre a beállításokat és ezután már mérhettem. 1. mérési sorozat: Kézi vezérlés (Manual Control), Delta tesztelési sorozat Először egy Delta teszteléses mérési sorozattal megnéztem, hogy milyen áramértékekre milyen késleltetési időkkel szólal meg a védelem. A mérést mindhárom
58
fázisra elvégeztem. A mérés során jobboldalt megkaptam a késleltetési idő – áram karakterisztikát. Először az R fázist teszteltem: Kezdési áramnak beállítottam 0,7 A-t, áramnövekedési
értéknek
ΔI=0,2
A-t
és
a
mérési
sorozatszámnak
10-et.
Eredményképpen a következőket kaptam:
61. ábra R fázis Delta tesztelés eredménye
A kapott karakterisztika az elvárt karakterisztikámtól különbözik ugyan, de egyenértékű vele, hiszen a különbség csak annyi, hogy a vízszintes tengelye a megszólalási áramértéket jelképezi, a függőleges tengelyen pedig a késleltetési időt.
62. ábra R fázis késleltetési idő[s] - túláram[A] karakterisztikája, Delta tesztelés
59
Ezt követően S fázist teszteltem; ugyanazokra a mérési beállításokra elvégeztem az S fázison is a tesztelést. Az eredmény a következő lett:
63. ábra S fázis Delta tesztelés eredménye
T fázis tesztelése: A T fázison ugyanazon beállításokkal elvégzett mérés eredménye:
64. ábra T fázis Delta tesztelés eredménye
Következtetések: A mérés során igazából pontosan megkaptam a késleltetési időket, amiket vártam méghozzá tízezredes pontossággal. A gyorsfokozatban az eltérést az önidő okozhatja, ami hozzáadódik a megszakítási időhöz. Következtetni lehet a megszólalási áramértékekre is, látszik, hogy a gyorsfokozat megszólalási áramértéke 1,9 A és 2,1 A között van, a késleltetett fokozaté pedig 0,9 és1,1 A között van. Viszont mivel meghatározott áramokra történt a tesztelés és az áramértékek között volt mindig 0,2 A eltérés így az eredetileg beállított Ibe megszólalási értékeknél (2A és 1A) nem lett mérési eredmény. Mivel szerettem volna pontosítani a megszólalási áramértékre, ezért a következő mérésemnél ez volt a cél.
60
2. mérési sorozat: Delta Ramp tesztelés A mérés célja ezzel a teszteléssel az volt, hogy az előző mérés során kikövetkeztetett megszólalási értékeket jobban megközelítsük. A Delta Ramp tesztelési módszer lényege, hogy nagyon rá lehet közelíteni a pontos megszólalási áramértékre.
Gyorsfokozat megszólalási értékének pontosítása: Először az R fázison mértem. Kiválasztottam a Delta Ramp tesztelési típust,
majd kitöltöttem a beállításokat. Indítási áramértéknek 1,9 A-t adtam meg, áramnövekedési értéknek pedig ΔI=0,01 A-t. Meg kellett adni egy küszöbidőt (Threshold Time). Ennek értelmezése: A mérés során kiadjuk az áramértékeket, 1,9 A -nél még csak a késleltetett fokozat ad kioldást 1,04 s körüli kioldási idővel. Azonban amint elérjük a gyorsfokozat megszólalási áramértékét 0,25 s-os késleltetéssel fog kioldást adni a védelem. A küszöbidő arra van beállítva, hogy ha a vizsgálóba ennél kisebb késleltetési idővel érkezik be a kioldási feszültség, akkor állítsa le a programot és eredményképpen az utolsó értéket, azaz az első olyan áramértéket írja ki, amelyikhez a küszöbidőnél kisebb késleltetési idő tartozik, azaz már a gyorsfokozaté. Tehát küszöbidőnek 1,04s és 0,25s közötti időt kell beállítani, nálam ez 0,5 s lett.
65. ábra Küszöbidő beállítása Delta Ramp tesztelésnél
A beállítások után futtattam a tesztelést. Az eredmény a következő lett:
66. ábra Delta Ramp tesztelés eredménye az R fázison, gyorsfokozat valós megszólalási értéke
Ugyanazokkal a tesztelési beállításokkal lefutattam a mérést S és T fázisokra is:
67. ábra Delta Ramp tesztelés eredménye az S fázison, gyorsfokozat valós megszólalási értéke
61
68. ábra Delta Ramp tesztelés eredménye a T fázison, gyorsfokozat valós megszólalási értéke
Következtetés: Nagy pontossággal kaptam ismét eredményt. A megszólalási áramértékek között nincs különbség, kivéve az R fázisban, ahol egy századdal, de eltér a többi fázis megszólalási áramértékétől. Összehasonlítva az eredeti beállított áramértékkel ( Ibe=2 A), valamint egymáshoz (IR-IS; IS-IT; IT-IR): 1. táblázat Gyorsfokozat megszólalási áramértékei; hibaszámítás Imért
Ibe
Hibaszázalék Egymáshoz képest
Hibaszázalék Ibe-hez képest
IR
2,01 A
2A
0,495 % ≅ 0, 5%
0,5 %
IS
2,02 A
2A
0%
1%
IT
2,02 A
2A
0,497 % ≅ 0,5%
1%
A mérés eredményeképpen nagy pontossággal megkaptam a megszólalási áramértéket. A Delta Ramp teszteléssel nagyon rá lehetett közelíteni a megszólalási értékre.
Késleltetett fokozat megszólalási értékének pontosítása: Először az R fázison mértem. Az előző mérésnél már kiválasztottam a Delta
Ramp tesztelési típust, majd kitöltöttem a beállításokat. Mivel most a másik fokozat megszólalási áramértékét kerestem, ennek megfelelően változattam a beállítási értékeken. Mivel a korábbi mérésből már következtetni lehetett az áramértékre (61. ábra), ezért indítási áramértéknek 0,95 A-t adtam meg, áramnövekedési értéknek pedig ΔI=0,01 A-t. Meg kellett adni egy küszöbidőt (Threshold Time), az előbbi magyarázatom alapján most 2 s lett beállítva. Ezután futtattam a mérést.
69. ábra Delta Ramp tesztelés eredménye az R fázison, késleltett fokozat valós megszólalási értéke
Ezután S és T fázisokon elvégeztem ugyanezen méréseket. 62
70. ábra Delta Ramp tesztelés eredménye az S fázison, késleltett fokozat valós megszólalási értéke
71. ábra Delta Ramp tesztelés eredménye a T fázison, késleltett fokozat valós megszólalási értéke
Következtetés: A mérés során megkaptam a pontosított megszólalási áramértéket, azaz a késleltetett fokozat valós megszólalási áramértékét. Az eredmények összefoglalása, hibaszámítás: 2. táblázat Késleltetett fokozat megszólalási áramértékei; hibaszámítás Imért
Ibe
Hibaszázalék Egymáshoz képest
Hibaszázalék Ibe-hez képest
IR
1,01 A
1A
0%
0,5 %
IS
1,01 A
1A
0%
0,5 %
IT
1,01 A
1A
0%
0,5 %
A vizsgáló nagy pontossággal mért. A védelem 0,01 A-el nagyobb áramra szólal csak meg, mint az előre beállított megszólalási értékei. A vizsgáló azonban az ilyen minimális eltérést is képes volt érzékelni. 3. mérés: Szabvány vizsgálat, automatikus tesztelés Kilépve a Kézi vezérlésből, a kezdőoldalon kiválasztva a Túláramvédelmes mérést (Overcurrent 50-51 67 relay) lehetőség van automatikus tesztelésre (beállítása a Tesztelés fülben az Automatic Test I-T –t kiválasztva történhet meg). A Névleges karakterisztika fülben (Nominal Characteristic) létre lehet hozni a névleges görbét, amit ellenőrizni akarok. A másik védelem, az AZT karakterisztika ellenőrzésénél akadtak problémák a megfelelő karakterisztika létrehozásával, mivel áramtól függő görbéje volt, de a DTI-nél nem volt probléma, mert itt egy szabványos, kétlépcsős túláram-idő karakterisztikám van. Hozzáadás után (Add) kiválasztottam a görbetípust (Definite
63
Time), kitöltöttem a védelembe programozott gyorsfokozat megszólalási áramértékét és a késleltetési időt, majd egy újabb görbét hozzáadva megadtam az előzőhöz hasonlóan a késleltetett fokozat paramétereit és kész volt a görbém. Visszatérve a Tesztelés fülben, az Automatikus tesztelésnél kitöltöttem a megfelelő beállításokat. 0,8 A-ről indítottam a mérést, áramnövelésnek ΔI=0,2 A-t állítottam be, utolsó tesztelés áramértékének Istop=3 A-t. A zárlattípusoknál háromfázisú zárlatot választottam ki (L123). Ezután az OK gomb megnyomásával a tesztek megjelentek sorban a tesztelési listán.
72. ábra Automatikus tesztelés beállítása
Mivel kiléptem a Kézi vezérlésből az előző mérés végén (Manual Control), a védelem kikapcsolt, megszűnt a vizsgálóból ráadott egyenfeszültség. Mielőtt elkezdenénk a mérést, az egyenfeszültséget ki kell adni a DTI-re, ez a Névleges karakterisztika fülben, az oldal alján található meg. Ezután mivel a beállítások és a tesztelési lista kész volt elindítottam a mérést.
64
73. ábra Az automatikus tesztelés hibaeredménye
74. ábra Szabványos vizsgálat
Látható, ahogy az általam létrehozott névleges görbe mentén a mérési eredmények piros pontokkal megjelennek. Az egyik mérésnél, a 11. mérésnél nem történt kioldás, ez a 74. ábran fekete ponttal van jelölve. Az okát már megtaláltuk az előző mérésnél. A késleltetett fokozat megszólalási értéke névlegesen 1 A lenne, de korábban (2. táblázat) már láthattuk, hogy a védelem legkorábban 1,01 A-nél ad kioldást. 65
A 73. ábra a mérésnek egy olyan eredményét mutatja, amelyen az Err-T oszlop kiírja a mért késleltetési idő és a névleges késleltetési idő közötti eltérést, különbséget. Ha megfigyeljük átlagosan 0,02-0,03 s eltérés történt, ez nagyon jól látható a karakterisztikán. Azonban a 6. mérésnél majdnem 1 s-os hiba történt. Ezen méréskor 2 A volt kiküldve a védelemre. Ha az eredeti, névleges beállításokat nézzük, ez a beállítási érték tartozott a gyorsfokozat megszólalási áramértékéhez. Azonban nem a gyorsfokozat késleltetésével old ki, hanem a késleltetett fokozatéval, ezért van hiba. Ennek oka már egy korábbi mérésből kiderült (1. táblázat), mely szerint a valós megszólalási értéke nem 2 A, hanem 2,01 A. Összefoglalva elmondható, hogy a védelemvizsgáló rendkívül pontos műszer, és ezért ilyen apró hibák is észrevehetőek a használatával.
66
ÖSSZEFOGLALÁS A védelmek a villamos-energiarendszerben fontos szerepet töltenek be. Létfontosságú a szelektív, megbízható, pontos és üzembiztos működésük, ezért beállítási értéküket és megfelelő működésüket meghatározott időközönként ellenőrizni kell. Erre a célra szolgálnak a vizsgáló készülékek. A szakdolgozatom legfontosabb része az volt, hogy egy védelem-ellenőrzésre alkalmas vizsgálókészüléknek, az ISA által gyártott DRTS66-nak a kezelésével és a vele történő különböző tesztelési lehetőségekkel foglalkoztam. A készülék kezelő felületéről nagyon sok jellemzője beállítható, automatikus mérések indíthatók, az eredményeket is megjeleníti a képernyőjén. A vizsgálókészülék teljes tudása a hozzá csatlakoztatható számítógépen futó szoftver segítségével használható ki maximálisan. A szakdolgozat további fejezeteiben a túláramvédelmekről írtam. Mivel ilyen védelmek megfelelő működését akartam ellenőrizni, röviden ismertettem a túláramvédelmi rendszerek működését és a szokásos karakterisztikákat. A szakdolgozatom gyakorlati részében két, magyar (Protecta gyártmányú) túláramvédelem méréseit írtam le. Először egy áramtól függő karakterisztikájú védelmet, az AZT 3/0 autonóm zárlati tartalékvédelmet, majd egy kétlépcsős túláramidő védelmet, a DTI digitális védelmet. Beállítottam a megszólalási áramértéküket és a késleltetési idejüket, majd leellenőriztem a vizsgáló berendezéssel, hogy tényleg az adott paraméterekre működtek-e. A szakdolgozat tartalmazza ezeket a mérési eredményeket, bár a cél nem ez volt, hanem a DRTS vizsgáló készülék használatának bemutatása, leírása, és gyakorlati tapasztalatok szerzése. Összességében elmondható, hogy a DRTS66 rendkívül nagy pontossággal tud mérni. Egyszerű a kezelése. Igen nagy előnye, hogy egyszerű módon programozható, így például egy karakterisztika felvétele során szükséges, nagyszámú, ismétlődő mérés fárasztó munkája alól mentesíti a használóját. Számomra nagyon érdekes volt, hogy hogyan kapcsolódnak össze az energiaellátás kérdései, például zárlatok, a digitális védelmek, és egy nagyon korszerű számítógépes mérőberendezés. 67
SUMMARY The protections play an important part in electricity system. Their selective, precise and foolproof working is prime necessity - so their set parameters and right functioning have to be checked in determined terms. Monitoring devices exists for this purpose. The main part of my thesis was the dealing with an instrument, which is adapted for testing protective relays – the DRTS66, made by ISA –, it’s usage and the variant possibilities of checkouting with it. From the control panel of the device a lot of parameters can be set, automatic tests can be started, and results are showed in the screen. The whole knowledge capacity of the instrument can be use to the full by joining in a computer (a softver). In the further chapters of my thesis I wrote about overcurrent protective relays. I wanted to check proper working of protections like this, so I introduced the working of overcurrent protection systems and the standard characteristics briefly. In the technical part of my thesis I wrote about measures with two hungarian overcurrent protections (made by Protecta Kft.). The first was AZT 3/0 electronic overcurrent protection, which has current dependent charasteristics. The second was DTI complex protection, which is a definite time overcurrent protection. I set their current threshold and time delay, then I analysed them with the instrument. I checked, whether they work with these parameters or not. The thesis includes these tests’s results, but the real target was to present the usage of DRTS monitoring equipment, it’s introduction and to get technical experiences. Anyway, DRTS66 can measure extremely precisely, it’s usage is simple and it’s able to do lots of tests in short time. It was very interesting to see, that the problems of electrical system, e.g. fault, digital protection and a modern computercontrolled measuring equipment join together here.
68
IRODALOMJEGYZÉK [1]
Póka Gyula (szerk.), Védelmek és automatikák villamosenergia-rendszerekben, Műszaki Könyvkiadó, Budapest, 1988.
[2]
ISA, DRTS 66 Introductory Guide, MIE12170
[3]
ISA, DRTS 66 Local Control Introductory Guide, MIE13170
[4]
Póka Gyula (szerk.), AZT 3/0 Elektronikus autonóm zárlati túláram tartalékvédelem, PROTECTA Elektronikai Kft., Budapest, 1993.
[5]
DTI-KF-EP középfeszültségű túláram-idő védelem műszaki leírás, PROTECTA Elektronikai Kft., Budapest, 2004.
[6]
EuroProt komplex védelem, hardver és szoftver ismertető és kezelési utasítás EPKU-2004 PROTECTA Elektronikai Kft., Budapest, 2005.
[7]
http://www.isatest.com/pdf/products/DRTS66.pdf
[8]
http://www.isatest.com/aboutISA.asp
69
