Sayısal röle - Numerical relay

Koruyucu röle

Şebeke ve endüstriyel elektrik enerjisi iletim ve dağıtım sistemlerinde, sayısal bir röle , elektrik arızalarının tespiti için yazılım tabanlı koruma algoritmalarına sahip bilgisayar tabanlı bir sistemdir . Bu tür röleler ayrıca mikroişlemci tipi koruyucu röleler olarak da adlandırılır . Elektromekanik koruyucu rölelerin işlevsel ikameleridir ve tek bir ünitede birçok koruma işlevini içerebilir ve ayrıca ölçüm, iletişim ve kendi kendine test işlevleri sağlayabilir.

Açıklama ve tanım

Dijital koruyucu röle , bir elektrik güç sistemindeki veya endüstriyel proses sistemindeki arızaların tespiti amacıyla güç sistemi voltajlarını, akımlarını veya diğer işlem miktarlarını analiz etmek için bir mikroişlemci kullanan koruyucu bir röledir . Bir dijital koruyucu röle aynı zamanda "sayısal koruyucu röle" olarak da adlandırılabilir. Sayısal röle olarak da adlandırılır.

Giriş işleme

Düşük voltaj ve düşük akım sinyalleri (yani, voltaj transformatörlerinin ve akım transformatörlerinin sekonderinde ) , örnekleme frekansının yaklaşık 1 / 3'ünün üzerindeki frekans içeriğini kaldıran bir alçak geçiş filtresine getirilir (bir röle A / D dönüştürücüsünün örneklemesi gerekir. izlenmesi gereken en yüksek frekansta döngü başına ikiden daha hızlı). AC sinyali daha sonra röle tarafından örneklenir analog-dijital dönüştürücü 4 64 arasında (röle göre değişir) güç sistemi çevrimi başına numune. Bir minimum olarak, gelen miktarın büyüklüğü, genellikle Fourier dönüşümü kavramları ( RMS ve bazı ortalama alma biçimleri) kullanılarak, basit bir röle fonksiyonunda kullanılacaktır. Faz açılarını , gücü , reaktif gücü , empedansı , dalga biçimi bozulmasını ve diğer karmaşık miktarları belirlemek için daha gelişmiş analizler kullanılabilir .

Hızlı değişen sorunları izlemek için alt döngü verilerini kullanan yüksek hızlı bir algoritma kullanılmadıkça, çoğu koruma algoritması için yalnızca temel bileşene ihtiyaç vardır. Örneklenen veriler daha sonra ilgili temel frekansın (yani, nominal sistem frekansı) üzerindeki frekans içeriğini sayısal olarak kaldıran ve temel frekans büyüklüğünü ve açısını çıkarmak için Fourier dönüşüm algoritmalarını kullanan bir düşük geçiş filtresinden geçirilir .

Mantık işleme

Röle, koruma algoritması / algoritmaları kapsamında işlem gerekip gerekmediğini belirlemek için ortaya çıkan A / D dönüştürücü çıkışlarını analiz eder. Koruma algoritmaları, kısmen koruma mühendisi tarafından ve kısmen de röle üreticisi tarafından tasarlanan bir dizi mantık denklemidir. Röle, gelişmiş mantık uygulayabilir. Rölenin, analog girişlerinin, röle kontak girişlerinin, zamanlamasının ve olay dizilerinin birçok fonksiyonuna kıyasla, kullanıcı tarafından ayarlanan parametrelere göre açılıp açılmayacağını analiz edebilir .

Bir arıza durumu tespit edilirse, çıkış kontakları ilgili devre kesiciyi / kesicileri açmak için çalışır.

Parametre ayarı

Mantık, kullanıcı tarafından yapılandırılabilir ve basitçe ön panel anahtarlarını değiştirmekten veya devre kartı atlama tellerini hareket ettirmekten yüzlerce kilometre uzaktaki başka bir bilgisayardaki iletişim bağlantısı aracılığıyla rölenin dahili parametre ayarı web sayfasına erişmeye kadar değişebilir .

Rölenin, ön panel düğmeleri ve kadranları ile girilebilenin ötesinde, kapsamlı bir ayar koleksiyonu olabilir ve bu ayarlar, bir PC ( kişisel bilgisayar ) ile bir arayüz aracılığıyla röleye aktarılır ve bu aynı PC arayüzü, röleden olay raporları toplar.

Olay kaydı

Bazı rölelerde, osilografik kayıtlar için örneklenen tüm verilerin kısa bir geçmişi saklanır. Olay kaydı, kullanıcının anahtar mantık kararlarının zamanlamasını, röle I / O (giriş / çıkış) değişikliklerini görmesi ve osilografik bir şekilde en azından gelen analog parametrelerin temel bileşenini görmesi için bazı araçlar içerecektir .

Veri görüntüleme

Dijital / sayısal röleler, bir iletişim arabirimi aracılığıyla bir ön panel ekranı veya bir terminalde görüntü sağlar. Bu, röle ayarlarını ve gerçek zamanlı akım / gerilim değerlerini vb. Görüntülemek için kullanılır.

Daha karmaşık dijital röleler, ölçüm ve iletişim protokol portlarına sahip olacak ve rölenin bir SCADA sisteminde bir eleman haline gelmesine izin verecektir . İletişim bağlantı noktaları RS232 / RS485 veya Ethernet (bakır veya fiber optik) içerebilir . İletişim dilleri Modbus , DNP3 veya IEC61850 protokollerini içerebilir .

Diğer türlerle karşılaştırma

Hidroelektrik üretim istasyonunda elektromekanik koruyucu röleler

Buna karşılık, elektromekanik koruyucu bir röle , gerilimleri ve akımları, röle içindeki yay gerilimlerine karşı baskı yapan manyetik ve elektrik kuvvetlerine ve torklara dönüştürür. Röle içindeki elektromanyetik bobinler üzerindeki yay ve muslukların gerilimi, bir kullanıcının böyle bir röleyi ayarladığı ana işlemlerdir.

Bir katı hal rölesinde , gelen voltaj ve akım dalgası biçimleri, kaydedilmeyen veya sayısallaştırılmayan analog devreler tarafından izlenir. Analog değerler, kullanıcı tarafından rölede potansiyometreler aracılığıyla yapılan ayarlarla ve bazı durumlarda transformatörlerde açılan ayarlarla karşılaştırılır .

Bazı katı hal rölelerinde, basit bir mikroişlemci röle mantığının bir kısmını gerçekleştirir, ancak mantık sabit ve basittir. Örneğin, bir süre, aşırı akım katı hal rölesi olarak, gelen AC akım ilk olarak küçük bir sinyali AC, değere dönüştürülür, sonra da AC bir beslenir redresör ve filtre dönüştüren ac a DC bir AC dalga formu değeri orantılı olmalıdır. Bir op-amp ve karşılaştırıcı, bir yolculuk noktasına ulaşıldığında yükselen bir DC oluşturmak için kullanılır. Daha sonra nispeten basit bir mikroişlemci, DC sinyalinin yavaş hızlı bir A / D dönüşümünü gerçekleştirir, zaman-aşırı akım eğrisi yanıtını oluşturmak için sonuçları entegre eder ve entegrasyon bir ayar noktasının üzerine çıktığında açma yapar. Bu rölenin bir mikroişlemcisi olmasına rağmen, dijital / sayısal bir rölenin niteliklerinden yoksundur ve bu nedenle "mikroişlemci rölesi" terimi açık bir terim değildir.

Tarih

Dijital / sayısal röle, George Rockefeller tarafından icat edildi. George, bunu 1967-68 yıllarında Newark Mühendislik Koleji'nde Yüksek Lisans Tezi'nde tasarladı. 1969'da Dijital Bilgisayarla Arıza Koruması adlı ufuk açıcı makalesini yayınladı . Westinghouse, Prodar 70'in 1969 ile 1971 yılları arasında geliştirilmesiyle ilk dijital röleyi geliştirdi. Şubat 1971'de PG & E'nin Tesla trafo merkezinde 230kV iletim hattında hizmete girdi ve altı yıldır hizmette. George, 2017 yılında IEEE Halperin Elektrik İletim ve Dağıtım Ödülünü aldı. Ödül, "elektrik güç sistemlerinin gerçek zamanlı dijital bilgisayar teknikleriyle koruyucu rölesinin geliştirilmesi ve pratik gösterimi" için verildi. George, IEEE Güç Sistemi Aktarma ve Kontrol (PSRC) komitesinin (1981-1982) başkanı ve PSRC tarafından 1971'de oluşturulan ve 1978'de dağıtılan "Bilgisayar Aktarma Alt Komitesi" nin bir üyesidir. Bilgisayar Aktarımı üzerine PSRC öğreticisi 1979'da üretildi.

1971'de M. Ramamoorty, ayrık Fourier analizi kullanarak mesafe koruma için empedans hesaplamasını tanımlayan ilk kişiydi .

Piyasada bulunan ilk pratik mikroişlemci tabanlı dijital / sayısal röle, 1980'lerin başında Edmund O. Schweitzer, III tarafından yapılmıştır . SEL , AREVA ve ABB Group , arenadaki erken pazar ilerlemelerinden bazılarını gerçekleştiren ilk öncülerdi, ancak arena bugün birçok üreticiyle kalabalıklaştı. İletim hattı ve jeneratör korumasında, 1990'ların ortalarında dijital röle, yeni yapımda neredeyse katı hal ve elektro-mekanik rölenin yerini almıştı. Dağıtım uygulamalarında dijital rölenin değiştirilmesi biraz daha yavaş ilerledi. Günümüzde yeni uygulamalardaki besleyici rölelerin büyük çoğunluğu dijital olsa da, katı hal rölesi, uygulamanın basitliğinin, dijital rölelerin karmaşıklığından kaçınmaya olanak tanıyan daha basit rölelere izin verdiği yerlerde hala biraz kullanım görmektedir.

Koruyucu eleman türleri

Koruyucu elemanlar, izlenmekte olan elektrik durumunu çevreleyen genel mantığı ifade eder. Örneğin, bir diferansiyel eleman, iki (veya daha fazla) akımı izlemek, farklarını bulmak ve fark belirli parametrelerin ötesinde ise açma yapmak için gereken mantığı ifade eder. Öğe ve işlev terimi, birçok durumda oldukça birbirinin yerine kullanılabilir.

Tek hat şemalarında basitlik için, koruma işlevi genellikle bir ANSI cihaz numarasıyla tanımlanır . Elektromekanik ve katı hal röleleri çağında, herhangi bir röle yalnızca bir veya iki koruyucu işlevi uygulayabilir, bu nedenle tam bir koruma sisteminin panelinde birçok röle olabilir. Dijital / sayısal bir rölede, mikroişlemci programlamasıyla birçok işlev gerçekleştirilir. Herhangi bir sayısal röle, bu işlevlerden birini veya tümünü uygulayabilir.

ANSI Cihaz Numaralarında cihaz numaralarının bir listesi bulunur . Dijital rölelerde görülen bazı yaygın cihaz numaralarının bir özeti şöyledir:

  • 11 - Çok Fonksiyonlu Cihaz
  • 21 - Mesafe
  • 24 - Volt / Hz
  • 25 - Senkronizasyon
  • 27 - Düşük Gerilim
  • 32 - Yönlü Güç Elemanı
  • 46 - Negatif Sıra Akımı
  • 40 - Uyarma Kaybı
  • 47 - Negatif Sıra Gerilimi
  • 50 - Ani Aşırı Akım (nötr için N, toprak akımı için G)
  • 51 - Ters Zamanlı Aşırı Akım (nötr için N, toprak akımından G)
  • 59 - Aşırı Gerilim
  • 62 - Zamanlayıcı
  • 64 - Toprak Arızası (64F = Alan Zemin, 64G = Jeneratör Toprağı)
  • 67 - Yönlü Aşırı Akım (tipik olarak 50/51 bir elemanı kontrol eder)
  • 79 - Tekrar Kapama Rölesi
  • 81 - Düşük / Aşırı Frekans
  • 86 - Kilitleme Rölesi / Açma Devresi Denetimi
  • 87 - Akım Farkı (87L = iletim hattı farkı; 87T = trafo farkı; 87G = jeneratör farkı)

Ayrıca bakınız

Referanslar

Dış bağlantılar