Modernizarea Si Eficentizarea Statiilor Electrice de Medie Tensiune

Modernizarea si eficentizarea statiilor electrice de medie tensiune

INTRODUCERE

Modernizarea si eficentizarea statiilor electrice de medie tensiune presupune implementarea unui sistem de achiziție, de comandă și de transmitere date necesare urmaririi bunei functionari , precum si prevenirii sau inlaturarii defectelor aparute pe liniile de alimentare.

Sistemul de achiziție, comandă și transmitere date din stații electrice de medie tensiune este conceput în scopul atingerii următoarelor deziderate:

achiziția mărimilor electrice specifice funcționării stațiilor electrice (tensiuni, curenți, puteri, contacte auxiliare a elementelor de comutare).

comanda elementelor de comutare (separatoare de sarcină, întrerupătoare) din celulele electrice componente ale stației electrice.

asigurarea funcțiilor de protecție pentru celule de sosire si de plecare din stația electrică de medie tensiune.

prelucrarea mărimilor electrice preluate din proces și transmiterea lor la un nivel superior (dispecerat, sediu întreprindere, etc.) prin intermediul unui suport fizic de transmisii date. Mărimile preluate sunt utilizate la urmărirea în permanență a funcționării stației electrice de distribuție.

Statiile elecrice ce deservesc carierele miniere de extractie a carbunelui prezinta un interes deosebit in vedera modernizarii si eficientizarii acestora .

Rețeaua de alimentare a utilajelor dintr-o carieră minieră este o rețea electrică de 6kV. Această rețea este obținută din stațiile electrice de transformare dispuse pe teritoriul carierei. Numărul și mărimea acestor stații este direct dependent de numărul de utilaje folosite în carieră. Stațiile electrice de distribuție medie tensiune sunt alimentate la rândul lor prin intermediul unei rețele trifazate de 20 kV, tensiune furnizată de una sau două stații mari de transformare și distribuție tensiune ce fac parte din Sistemul Energetic Național (în marea majoritate acestea sunt stații de 110/20 kV).

Din punct de vedere tehnologic extracția cărbunelui (lignit) din carierele de suprafață se realizează prin linii tehnologice specializate care au în componență:

excavatoare de mare capacitate

un număr de benzi transportoare de mare capacitate care transportă materialul excavat spre depozitul de cărbune (în cazul în care se excavează cărbune) sau spre liniile de haldă (în cazul în care se excavează material steril în timpul operațiunilor de pregătire a zăcământului de cărbune)

mașini de depus care depozitează materialul excavat în depozitul de cărbune sau pe linia de haldă (în cazul excavării de steril) pentru refacerea reliefului din cadrul exploatării

mai multe stații electrice de transformare de 20/6 Kv care alimentează utilajele componente ale carierei

Toate utilajele din cadrul liniilor tehnologice de excavare sunt acționate de motoare electrice trifazate de mare putere alimentate la rețeaua trifazată de medie tensiune (6 kVca /50 Hz) sau de joasă tensiune (380 Vca/50Hz).

Rolul și importanța stațiilor de distribuție de medie tensiune 20/6 kV, în cadrul procesului de producție a cărbunelui și implicit a energiei electrice și termice în final, este foarte mare și urmărește câteva direcții principale:

alimentarea cu energie electrică în condiții de maximă securitate și eficiență a utilajelor din cadrul carierei

asigurarea unei protecții eficiente și sigure a utilajelor care se alimentează din stația electrică de distribuție medie tensiune 20/6 kV

monitorizarea consumurilor energetice pe fiecare linie de plecare din stație

automatizarea la maxim a procesului de cuplare a consumatorilor la stația electrică, reducând astfel la maxim posibilitatea de erori de manipulare datorate intervenției factorului uman

prelungirea duratei de viață a sistemelor de distribuție energie electrică, prin utilizarea de componente de ultimă generație cu performanțe ridicate și fiabilitate sporită

dimensiuni de gabarit mici care permit mutarea stației electrice cu ușurință și în timp minim în cazul în care evoluția în timp a carierei o cere (extinderea sau restrângerea activității de producție)

modularitate sporită de așa natură încât prin amplasarea mai multor stații să poată fi mărit numărul de consumatori ce se pot alimenta din stația respectivă într-un timp minim și cu costuri reduse.

eliminarea la maxim a intervenției echipelor de întreținere și revizii prin utilizarea de componente eficiente de ultimă generație tip „maintenance free” (fără întreținere)

asigurarea funcțiilor de teleconducere care permit monitorizarea funcționării și comanda stației electrice de la distanță de la nivelul camerei dispecer a exploatării miniere

Sistemul propus trebuie să asigure următoarele cerințe de bază:

►Deschiderea care constă în posibilitatea conlucrării cu alte sisteme cum ar fi sistemul informatic al întreprinderii, sistemul programelor de proiectare, sistemul de comandă distribuție, sistemul de conducere, sisteme de modelare a proceselor, sisteme de optimizare etc. și posibilitatea extinderii funcționalității. Deschiderea trebuie să fie prezentă atât din punct de vedere hardware (platforme hardware diferite), software (sisteme de operare diferite), comunicații (standarde internaționale), cât și din punct de vedere al administrării datelor (respectarea standardelor) și al aplicațiilor (posibilități de interfațare și suport oferit pentru alte programe).

►Adaptabilitatea adică posibilitatea de a configura componentele conform cerințelor concrete, chiar în cazul în care aceste cerințe se modifică pe parcursul duratei de viață a sistemului, posibilitatea de a conecta noi echipamente sau programe la sistemul existent.

►Punerea la dispoziție a datelor necesare în timp util este o altă cerință importantă, prin care, pot fi luate măsuri utile și în timp util, în vederea eliminării eventualelor accidente sau situații neprevăzute.

►Securitatea și siguranța datelor constă în împiedicarea pătrunderii unor intruși nedoriți în sistem ce pot duce la dezvăluirea unor informații de firmă confidențiale. De asemenea, este necesară punerea la punct a unui sistem de arhivare, ca datele odată înregistrate să poată fi consultate și ulterior stocate în vederea unor analize. Astfel, datele care s-au arhivat pot fi șterse, acest lucru oferind spațiu de stocare eliberat pentru sistem.

►Datele achiziționate să fie cele necesare și cât mai puține posibil, ca sistemul să nu fie supraîncărcat cu date inutile. În același timp, datele achiziționate trebuie să reflecte și să poată oferi o imagine cât mai completă asupra stărilor și evenimentelor din sistem.

►Posibilitatea depistării rapide a defecțiunilor precum și localizarea cât mai exactă ale acestora reprezintă o altă cerință pentru sistemul de monitorizare. De asemenea, trebuie să poată oferi toate datele referitoare la posibilele elemente implicate în remedierea defecțiunii.

►Interfațare simplă și comodă cu utilizatorii, iar elementele cu funcții similare sau ce se referă la lucruri similare să fie grupate.

CAPITOLUL 1

1.1 Structura generală a unei stații electrice de transformarea de medie tensiune de 20/6 Kv

Pentru a înțelege mai bine rolul și amplasarea stațiilor electrice de medie tensiune 20/6 kV în procesul de extracție a cărbunelui din carierele miniere de suprafață este necesar să facem o scurtă prezentare a sistemului de distribuție a energiei electrice din cadrul carierei.

Schema de alimentare cu energie electrică a unei cariere miniere este prezentată în fig.1.

Fig.1

După cum am precizat extracția cărbunelui în carierele miniere de suprafață se face prin utilaje specifice grupate pe linii tehnologice de fabricație. Funcție de mărimea carierei numărul de utilaje dintr-o linie tehnologică de fabricație precum și numărul liniilor tehnologice din componența carierei poate fi mai mare sau mai mic. Utilajele componente ale unei linii tehnologice de extracție cărbune sunt alimentate prin intermediul unei stații electrice de medie tensiune cu tensiunea de 6 kV. În principiu fiecare linie tehnologică de extracție este alimentată de o stație electrică e medie tensiune 20/6 kV. Există situații particulare în care o linie tehnologică poate fie alimentată din două sau mai multe stații electrice de medie tensiune (linia are în componență un număr mare de utilaje sau în cazul când lungimea unei linii de transport energie este foarte mare).

Ceea ce trebuie reținut este faptul că toate utilajele miniere din cadrul unei cariere se alimentează cu tensiunea de 6 kV furnizată de stații electrice de medie tensiune 20/6 kV prin intermediul unei rețele de distribuție proprie carierei. Complexitatea acestei rețele este direct dependentă de numărul de utilaje și de aria de desfășurarea a acestora.

Mai trebuie făcută o precizare importantă: numărul de utilaje componente ale unei linii tehnologice, precum și puterile instalate ale acestora impune dimensionarea corectă a stației electrice care alimentează utilajele respective (număr de circuite de plecare, putere transformatoare, număr de transformatoare).

Din cele expuse mai sus se observă că elementele principale în structura de alimentare cu energie a utilajelor unei exploatări miniere de suprafața sunt stațiile electrice de transformare 20/6 kV. Din aceste motive, în continuare, vom face o prezentare detaliată a acestora plecând de la schema monofilară a unei stații electrice standard, urmând apoi să prezentăm în amănunt elementele componente cu rolul și funcțiile pe care acestea le îndeplinesc în structura respectivă.

Schema monofilară a unei stații electrice de transformare 20/6 kV este prezentată în figura 2.

După cum se observă Stația este alimentată prin intermediul unei linii electrice de alimentare (LEA) și are 8 linii de plecare pentru alimentarea consumatorilor (LINIA1 …LINIA8). O structură clasică de stație electrică de distribuție medie tensiune este cea în care alimentarea celor două transformatoare (TRAFO1 și TRAFO2) se realizează la rețeaua electrică de medie tensiune de 20 kV iar pentru alimentarea consumatorilor se utilizează tensiunea de 6 kV furnizată de cele două transformatoare. Funcție de utilajele alimentate din stația respectivă și de puterea instalată a acestora rezultă dimensionarea celor două transformatoare de alimentare. Uzual în carierele miniere se folosesc două tipuri de transformatoare:

Transformator de alimentare 20/6 kV cu puterea de 6300 kVA

Transformator de alimentare 20/6 kV cu puterea de 4000 kVA

Figura 2

Pentru fiecare din liniile de sosire și de plecare din stație sunt prevăzute dispozitive de comutare care asigură cuplarea intrărilor și ieșirilor din stație conform cu cerințele consumatorilor.

Pentru alimentarea consumatorilor sunt prevăzute două secțiuni de celule de cuplare a acestora la rețeaua de alimentare (C1…C5 și C7…C11). Aceste secțiuni sunt practic identice și permit cuplarea consumatorilor (a liniilor de plecare) în două moduri distincte:

fiecare set de celule funcționează independent și este alimentat din transformatorul respectiv (TRFO 1 și TRAFO 2)

cele două seturi sunt cuplate între ele prin intermediul celulei C6 și în acest caz consumatorii se alimentează fie din TRAFO1 fie din TRAFO2 funcție de poziția dispozitivelor de comutare din celulele C20.3, C6.1 respectiv C20.4, C6.11.

Semnificația dispozitivelor și a simbolurilor din schema monofilară prezentată este următoarea:

TU transformatoare de măsură tensiune pentru valoarea tensiunii de intrare în stație pe fiecare din liniile electrice de alimentare. Aceste transformatoare sunt amplasate în celule de măsură C20.2 pentru măsurarea tensiunii de 20 kV de alimentare a stației electrice, respectiv C6.2 pentru măsurarea tensiunii de 6 kV furnizată de TRAFO1 și C6.10 pentru măsurarea tensiunii de 6 kV furnizată de TRAFO 2.

TC transformatoare de măsură curent pentru măsurarea curentului total pe sosirea în stație (montat în celula de măsură C20.2) și pentru măsurarea curentului pe cele două secțiuni de alimentare a consumatorilor (montați în celulele de măsură C6.1 respectiv C6.11). În plus pe ieșirile din fiecare celulă de alimentare transformator (C20.3 respectiv C20.4) sunt montați transformatori de măsură curent care monitorizează curentul în primarul transformatoarelor. Pe fiecare celulă de alimentare consumatori (C6.3…C6.5, respectiv C6.7…C6.9) sunt montați transformatori de măsură curent care monitorizează în permanență consumul pe fiecare din liniile de plecare din stație.

Ss separatoare de sarcină care realizează cuplarea tensiunii pe barele de alimentare cu 20 kV (celula C20.1), pe transformatorul de servicii auxiliare (celula C20.5) precum și cuplarea celor două secțiuni de alimentare consumatori (celula C6.6).

I întreruptoare montate în celulele de alimentare transformatoare (C20.3 respectiv C20.4), pe barele de alimentare cu 6 KV (celula C6.1 respectiv C6.11), și în celulele de alimentare consumatori (celulele C6.3…C6.5, respectiv C6.7…C6.9). Acestea sunt dispozitive cu acționare electromagnetică și permit cuplarea sau decuplarea consumatorilor prin intermediul unor comenzi electrice locale sau de la distanță. Aceste dispozitive funcționează în interdependență cu dispozitivele de protecție aferente montate pe fiecare din liniile de alimentare de așa natură încât să asigure decuplarea consumatorilor în timp cât mai scurt în cazul în care apare un defect dinspre aceștia (suprasarcină, scurtcircuit, punere la pământ, etc.)

Sd separatoare de deconectare. Acestea sunt montate în toate celulele cu întrerupător și au rolul de a asigura separarea electrică a întrerupătoarelor de consumatorii alimentați de aceștia.

TRAFO1, TRAFO2 transformatoare de alimentare a celor două secțiuni de celule de alimentare consumatori. Acestea sunt transformatoare trifazate de mare putere și asigură adaptarea dintre tensiunea de alimentare din rețeaua electrică de distribuție la tensiunea nominală de lucru a consumatorilor. Puterea acestor transformatoare este funcție de puterea instalată pentru consumatorii de pe fiecare secțiune. De obicei puterea acestora se alege mai mare de așa natură încât în cazul apariției unor defecte un singur transformator de alimentare să poată alimenta toți consumatorii de pe cele două secțiuni de plecare cu energie pentru situații de avarie. Poate exista și o a doua variantă în care fiecare din transformatoare poate alimenta toți consumatorii, caz în care stația va lucra fie numai pe un singur transformator schimbarea pe cel de-al doilea făcându-se în caz de avarie. Această situație se aplică în special pentru alimentarea consumatorilor industriali cu foc continuu la care nu poate lipsi tensiunea de alimentare.

C20.1…C20.5, C6.1…C6.11 celule electrice de medie tensiune produse de EATON-MOELLER din gama SVS/08 si SVS/12. Celulele utilizate sunt de ultimă generație cu mediu de izolare în rașină și vid și oferă multiple avantaje față de celulele cu izolare în SF6 utilizate pentru realizarea unor produse similare Dintre aceste avantaje amintim:

Dimensiunile de gabarit reuse față de varianta SF6

Greutate de aproximativ 2 ori mai mică decât a celulelor cu mediu de izolare SF6

Lipsa mediului de izolare cu SF6 si înlocuirea acestuia cu vid și rășină epoxidică oferă avantaje sporite în momentul apariției unor defecte accidentale. Într-o astfel de situație se elimină din circuit numai celula defectă (până la remedierea defectului) spre deosebire de situația celulelor cu mediu de izolare SF6 unde dispariția gazului (accidental) dintr-o celulă ducea automat la intreruperea întregului lanț de celule din care făcea parte celula defectă (dispariția mediului de izolare pentru bare). În situația actuală lanțul nu se întrerupe, înlocuire anasmblului de comutație defect se face facil fără să fie nevoie de scoaterea celulei defecte din lanțul de celule ceea ce are repercursiuni directe asupra timpilor de staționare și de remediere a defectelor.

Curentul nominal pe bare de distribuție pentru SVS/08 este de 800A față de 630 A pentru celulele GAE sau similare

Nivelul de izolație pentru tensiune este de 28/75 kV pentru sistemul SVS/08 față de 20/60 kV pentru GAE, pentru celulele de 12(7,2) kV și de 50/125 kV pentru celulele de 24 kV.

Dimensiunile de gabarit si forma constructivă a celulelor de medie tensiune utilizată sunt prezentate în fig 3.

Dimensiunile orientative pentru casa aelectrică sunt prezentate în fig 4. După cum se observă datorită dimensiunilor constructive și a greutății celulelor de medie tensiune a fost posibilă amplsarea acestora într-un contaier cu dimensiuni reduse. Acest lucru facilitează manipularea întregului ansamblu în cazuri în care se dorește mutarea amplasamentului stației electrice, fiind posibilă si deplasarea pe drumurile publice cu respectarea dimensiunilor de gabarit impuse de legislație.

În structura stației electrice de medie tensiune întâlnim următoarele tipuri de celule:

Celule de sosire. Acestea sunt celule echipate cu separatoare de sarcină și au rolul de a alimenta barele de tensiune din stație. Celula C20.1 alimentează cu tensiunea de 20 kV barele din setul de celule de pe partea de alimentare cu tensiune a stației. Celula C6.1 respectiv C6.11 alimentează cu tensiunea de 6 kV cele două secțiuni ale părții de alimentare consumatori din cele două transformatoare TRAFO 1 respectiv 2.

Celule de măsură C20.2, C6.2, C6.10 conțin transformatoare de măsură pentru tensiunea de alimentare bare și pentru curentul care circulă prin acestea atât pentru partea de 20 kV (celula C20.2) cât și pentru partea de 6 kV (celulele C6.2 respectiv C6.10).

Celula de cuplă (C6.6) Este o celula speciala care asigură cuplarea celor două secțiuni de celule de plecare pe un singur transformator de alimentare atunci când acest lucru este solicitat.

Celule de linie. Sunt celule echipate cu întrerupătoare și asigură cuplarea consumatorilor legați la ieșirea fiecăreia la barele de tensiune de alimentare. Sunt utilizate două tipuri de celule: celule de alimentare a transformatoarelor TRAFO1 respectiv TRAFO2 cu tensiunea de 20 kV (C20.3 respectiv C20.4); celule de linie pentru alimentarea consumatorilor cu tensiunea de 6 kV (C6.3….C6.5 respectiv C6.7….C6.9).

Celulă de transformator. Aceasta este o celulă specializată care conține pe lângă un separator de sarcină și un set de siguranțe fuzibile. Celula este destinată pentru alimentarea unui transformator de servicii auxiliare care furnizează un sistem trifazat de joasă tensiune utilizat pentru alimentarea cu tensiune a echipamentelor auxiliare din stația electrică (tensiuni de comandă, alimentarea protecțiilor electronice, alimentarea automatizării din stație, iluminatul interior și exterior pentru stația electrică, alimentarea climatizării, etc.). Uzual sunt folosite transformatoare de tipul 20kV/0,4kV cu puterea de 40kVA.

Si Separatoare de împământare . Toate celulele din stație sunt prevăzute cu astfel de separatoare care sunt cuplate ori de câte ori se fac intervenții în celulele corespunzătoare (intervenții, întreținere, service). Pentru cuplarea lor există intercondiționării cu starea întreruptorului corespondent (de ex. nu poate fi cuplat separatorul dacă întreruptorul este închis).

PE protecții electronice. Acestea sunt echipamente complexe echipate cu procesoare de semnal și asigură funcțiile de protecție, comandă și control pentru echipamentele de comutație din celulele electrice în care sunt montate. Pentru funcționarea în deplină siguranță a unei stații electrice de medie tensiune de 20/6 kV sunt utilizate două tipuri de protecții digitale:

Pentru celulele de alimentare transformatoare sunt utilizate protecții diferențiale concepute pentru a asigura protejarea transformatoarelor de tensiune TRAFO 1 respectiv TRAFO 2.

Pentru celulele de alimentare consumatori se folosesc protecții digitale de line care asigură protecția totală a consumatorilor alimentați pe linia respectivă.

DA dulap de automatizare. Este un dulap care conține următoarele elemente:

Circuitele secundare de alimentare cu tensiuni a tuturor echipamentelor din stația electrică

Automatul Programabil care asigură funcționarea stației în orice regim de lucru ales în deplină siguranță

Echipamente specializate pentru preluarea și transmisia datelor energetice la dispecer.

1.2 SUBSISTEM DE PROTECȚII DIGITALE

Celulele de alimentare transformatoare precum și celulele de alimentare consumatori sunt echipate cu protecții performante digitale HIGHPROTEC produse de SEG – Germania de tip MRA4 MRD4(ETR-4000 – varianta a releului MRD4 produsă pentru firma EATON). Acestea reprezintă o familie de sisteme combinate de protecție și control care asigură pe lângă o mare varietate de funcții de protecție, pentru celulele de medie tensiune în care sunt montate, și funcții complementare cum ar fi:

Măsură

Supervizare

Controlul echipamentelor de comutație (întrerupătoare, separatoare de sarcină)

Interblocajul dintre echipamentele de comutare

Comunicarea cu alte sisteme

Sistemul de protecție și control HIGHPROTEC poate fi direct implementat într-o celulă de medie tensiune, fără a se utiliza relee intermediare de comandă, datorită robusteții construcției, ceea ce reduce la maxim cablarea celulei respective. Este posibilă funcționarea sistemului intr-un sistem integrat SCADA la care este conectat printr-o legătură tip RS485 sau prin intermediul unei legături cu fibră optică FO.

Accesul utilizatorului la sistem de la un calculator central tip PC este facilitat de o aplicație software tip SMART-VIEW pusă la dispoziție de fabricantul sistemelor de protecție. Prin intermediul acesteia utilizatorul poate realiza de la distanță, confortabil, citirea datelor, citirea și salvarea înregistrărilor de defect precum și comanda și parametrizarea sistemelor conectate.

Operarea locală cu sistemul de protecție și control este realizată prin intermediul unității de afișare cu care este echipată protecția. Prin intermediul acesteia se poate face un acces rapid la datele de operare ale echipamentelor de comutație (întrerupătoare, separatoare), parametrizarea locală a funcțiilor de protecție ale sistemului, comanda locală elementelor de comutație.

Figura 3

Sistemul HIGHPROTEC există în mai multe variante constructive. Fiecare din variante sunt prevăzute cu un anumit număr de intrări, ieșiri de comandă și funcții de protecție conform aplicației la care este utilizată protecția:

Sistem de control și protecție pentru linii de alimentare: HIGHPROTEC – MRA4

Sistem de control și protecție pentru transformatoare: HIGHPROTEC – MRD4(ETR-4000)

În aplicația descrisă în această lucrare sunt utilizate ambele sisteme de protecții.

SUBSISTEM DE achiziție și comandă

Preluarea datelor din stația electrică de medie tensiune precum și comanda elementelor de comutație din celulele componente se realizează cu ajutorul unui sistem a cărui schemă bloc este descrisă în figura 4.

Figura 4

Nivelul 1: este prezentat de sistemul de protecții digitale montat la nivelul fiecărei celule din stația electrică de transformare. Fiecare din aceste sisteme de protecții au date referitoare la parametrii electrici (curenți, tensiuni, puteri, stare elemente de comutație, starea protecției la momentul respectiv, date statistice, etc.) aferenți celulei respective așa cum am arătat în capitolul anterior.

Nivelul 2: este prezentat de magistrala internă de transmisii date. Aceasta este o magistrală tip RS485 și funcționează pe un protocol industrial standardizat de comunicații date de mare viteză tip PROFIBUS. Prin intermediul acestei magistrale sunt preluate, în timp minim și cu siguranță maximă, datele referitoare la funcționarea fiecărei celule din stație de către AP –ul montat în dulapul de automatizare. De asemenea, prin intermediul aceleiași magistrale sunt transmise comenzile către elementele de comutare din celulele stației electrice conform programului înscris în AP.

Nivelul3: este reprezentat de automatul programabil (AP) montat în dulapul de automatizare. Acesta asigură concentrarea datelor referitoare la funcționarea tuturor elementelor din stație date care sunt utilizate în două scopuri principale:

furnizarea de date de intrare pentru programul implementat în AP care coordonează funcționarea stației;

furnizarea de date, prin intermediul subsistemului de comunicație date, sistemului SCADA implementat la nivelul dispecerului ori de câte ori acestea sunt solicitate.

De asemenea AP-ul transmite comenzile necesare bunei funcționări ale stației, prin intermediul linie de comunicație seriale PROFIBUS și al sistemelor de protecție și comandă, în conformitate cu programul intern de funcționare, cu starea interblocajelor existente între diferitele elemente de execuție, precum și cu solicitările operatorilor de la nivel local sau centralizat de la nivel de dispecer.

SUBSISTEM DE TRANSMISII DaTe

Subsistemul de transmisii date are rolul de a vehicula întregul flux de informații dintre elementele componente ale sistemului de achiziție și control. Prin intermediul acestuia se realizează, pe de-o parte transmiterea datelor referitoare la funcționarea stațiilor electrice din proces, iar pe de altă parte se asigură transmiterea de comenzi către aceste stații.

Figura 5

Schema bloc a subsistemului este prezentată în figura 5.

După cum se observă subsistemul de comunicații date este ierarhizat pe mai multe nivele:

a) Nivelul 1: este reprezentat de rețeaua de transmisii date de la nivel local (la nivelul fiecărei stații electrice). Rolul și tipul acestei rețele a fost prezentat în capitolul anterior.

b) Nivelul 2: este reprezentat de rețeaua de comunicații date dintre fiecare stație electrică și dispecerul întreprinderii. Din punct de vedere fizic acest nivel este realizat printr-o rețea radio de comunicații date. Aceasta are în compunere modemuri radio performante de mare viteză montate la nivelul fiecărei componente ale procesului supervizat (la nivelul fiecărei stații și la nivelul dispecerului). Pentru transmisia datelor se folosesc radiomodemuri industriale care asigură următorii parametri principali:

Radio

Banda de frecvențe: 2,402 – 2,478 GHz

Tip modulație radio: FHSS (modulație cu spectru împrăștiat)

Putere de emisie EIRP (cu antenă 3dBi): max. 100mW

Distanța acoperită: max. 5Km

Interfață serială de comunicație:

Tip interfață: RS485 sau RS232

Viteza: 1200-288.000 bps

Izolare galvanică: Uizo  500 Vef / 50 Hz

Caracteristici constructive:

Alimentare: 24Vcc ± 20%, max. 0,5A

Grad de protecție: IP65

Temperatura de funcționare: -40º…+80ºC

c) Nivelul 3: este reprezentat de rețeaua de comunicații de date de la nivelul camerei Dispecer și de la nivelul Întreprinderii. Această rețea este de tip LAN de mare viteză (100Msps) și asigură cuplarea tuturor echipamentelor de calcul de la acest nivel astfel încât toți clienți care participă la activitatea de conducere și supervizare a activității din întreprindere să aibă acces instantaneu la datele preluate din proces și să poată coordona activitatea,din punct de vedere energetic, a procesului.

2. tehnica de preluare a semnalelor din proces

Semnalele preluate

Monitorizarea parametrilor de funcționare a sistemului necesită achiziționarea unui număr mare de mărimi electrice și neelectrice, parametri care pot fi monitorizați cu ajutorul unui soft puternic de monitorizare dedicat. Pentru a putea monitoriza funcționarea stației electrice, este necesar, a se prelua un număr cât mai mare de semnale care descriu starea în care se află elementele de comutare din celule supervizate la un moment dat. Semnalele preluate pot fi numerice (tip contact releu) care descriu starea în care se află întreruptoarele, separatoarele, butoane de comandă etc. din celula electrică și analogice preluate prin intermediul traductoarelor și al circuitelor de condiționare a semnalului din punctele de interes.

►Semnalele preluate de la fiecare celulă din stația electrică sunt:

semnale numerice (tip contact releu)

semnale analogice

Toate semnalele sunt preluate, de la fiecare din celulele electrice ale stației electrice, prin intermediul protecțiilor electronice montate pe fiecare celulă. Aceste semnale sunt utilizate, pe de-o parte, de protecția electronică respectivă pentru a asigura funcțiile de protecție, comandă și supervizare pentru echipamentele de comutație din celula respectivă, iar pe de altă parte, sunt transmise prin intermediul magistralei locale PROFIBUS sau MODBUS de transmisii date la AP (automatul programabil) din dulapul de automatizare care are rolul de a concentra toate datele referitoare la funcționarea stației și de a le transmite prin intermediul radiomodemului la Dispecer ori de câte ori acest lucru este solicitat.

Traductoare utilizate

Preluarea semnalelor analogice de la fiecare celulă din stația aelectrică de transformare se face prin intermediul unor traductoare specializate care sunt de 2 tipuri:

Traductoare de tensiune. Pentru preluarea tensiunilor se utilizează traductoare de tip transformator de măsurare existente în celulele de măsurare a tensiunii la nivelul stației electrice pe circuitele de sosire (celula C20.2) și pe cele două secțiuni de celule de plecare din stație (celula C6.2 respectiv C6.10). Transformatoarele de tensiune sunt de construcție specială asigurând izolarea galvanică între circuitul de intrare și ieșire, în clasa de precizie sub 1%, de tip UN / 100Vef, unde UN reprezintă tensiunea nominală din primar.

Traductoare de curent. Pentru preluarea curenților se utilizează traductoare tip transformator de curent montați pe circuitul de alimentare al transformatoarelor TR1, Tr2 (celula C20.3 respectiv C20.4), pe circuitele secundare ale celor două transformatoare în celulele de sosire pe 6 kV (C6.1 respectiv C6.11) și pe liniile de ieșire din fiecare celulă în parte LINIA1…LINIA8 (celulele C6.3…C6.5 respectiv C6.7…C.9). Aceste transformatoare de curent sunt de construcție specială asigurând izolarea galvanică între circuitul de intrare și ieșire, în clasa de precizie sub 1%, de tip IN / 5Aef sau de tip IN / 1Aef, unde IN reprezintă curentul nominal primar. Transformatoarele de măsură se montează pe barele de alimentare a consumatorului după întreruptorul care face cuplarea consumatorului la rețeaua de alimentare cu tensiune.

Protocolul Modbus

Modbus este un protocol de comunicatie situat pe nivelul 7 in Referinta OSI, nivelul cel mai apropiat de utilizator, la fel ca Telnet, File Transfer Protocol (FTP), si Simple Mail Transfer Protocol (SMTP).

Modbus este bazat pe o arhitectura master/slave sau client/server. Protocolul este conceput de Modicon pentru a fi folosit la PLC-urile proprii. A devenit un standard de comunicatie in industrie si este in prezent cel mai folosit la conectarea tuturor dispozitivelor industriale. Motivele cele mai importante pentru utilizarea acestuia atit de raspindita sint:

1. este un protocol deschis, cu documentatie disponibila

poate fi implementat intr-un timp scurt (zile nu luni)

lucreaza cu biti sau octeti si in acest fel nu impune cerinte deosebite producatorilor.

Modbus permite administrarea unei retele de dispozitive, spre exemplu un sistem care masoara temperatura si umiditatea pe care le comunica unui computer. Modbus este deseori folosit pentru a conecta un computer de supervizare cu un RTU dintr-un sistem de monitorizare si achititie de date SCADA. Exista versiuni ale protocolului MODBUS atit pentru portul serial cit si pentru Ethernet.

MODBUS exista in 2 variante pentru comunicarea seriala:

Modbus RTU – datele sint reprezentate binar intr-o forma compacta.

Modbus ASCII – datele sint reprezentate ASCII intr-o forma usor interpretabila direct.

Versiunea pentru Ethernet, Modbus/TCP este similara cu Modbus RTU, dar

datele sint transmise in pachete TCP/IP. Exista si o versiune extinsa, Modbus Plus (Modbus+ sau MB+) dar este proprietara Modicon. Necesita un co-procesor dedicat rapid. Foloseste perechi torsadate la 1Mbit/s si are specificatii similare cu EIA/RS-485, totusi nu este EIA/RS-485. Orice dispozitiv care comunica folosind Modbus are o adresa unica. Orice dispozitiv poate trimite comenzi dar de obicei doar dispozitivul-master o face. O comanda Modbus contine adresa dispozitivului caruia ii este adresata. Doar dispozitivul apelat va raspunde la aceasta comanda, chiar daca comanda este primita si de alte dispozitive.

Comenzile Modbus contin informatii de verificare pentru a se asigura de veridicitatea raspunsului.

Exemple de comenzi sint comanda care schimba o valoare intr-un registru al RTU sau comanda care cere RTU sa-i furnizeze o valoarea continuta de un registru. Diversele implementari ale Modbus folosesc fie fire pentru transmisie, comunicatii fara fire, SMS sau GPRS.

Majoritatea implementarilor sunt variatii de la standardul oficial Modbus.Acest protocol se bazeaza pe schimbul de mesaje intre dispozitivele interconectate in retea. Protocolul specifica formatul mesajelor atat pentru interogare cat si pentru raspuns. Din acest punct de vedere poate fi catalogat ca si un protocol de nivel 2 (“Legatura de date”). Datorita simplitatii sale, acest protocol a fost adoptat de mai multe firme producatoare de echipamente

de automatizare. Ca suport fizic (“Nivel fizic”) se poate folosi un canal serial de comunicatie, cum ar fi de exemplu RS485. Standardul RS485 permite transmiterea de caractere in regim asincron pe o pereche de fire torsadate. Informatia binara este codificata prin diferenta dintre potentialul pozitiv sau negativ dintre cele doua fire de transmisie. Pe acelasi tronson pot fi conectate in paralel pana la 16 unitati de transmisie/receptie. Protocolul impune ca la un moment dat o singura unitate sa transmita restul unitatilor fiind in regim de ascultare (cu circuitul de transmisie in “inalta impedanta”).

Intr-o retea de tip ModBus exista o unitate master care initiaza o comunicatie si mai multe unitati slave (max. 247) care primesc date si raspund la interogari. Unitatea master stabileste ordinea de comunicare in retea si frecventa de transmisie a datelor.

Softuri de achizitie si prelucrari de date precum DAQFactory produs de firma AzeoTech sau produsul firmei National Instruments – LabVIEW ofera librarii si

functii pentru protocoalele de comunicatie industriale , precum si diferite tutoriale sau

exemple.

2.4 Protocolul Profibus

PROFIBUS (Process Field Bus) este unul dintre cele mai populare tipuri de magistrale de comunicatie cu mai mult de 14 millioane de noduri (in 2006) de lucru in lume. PROFIBUS defineste capabilitatile functionale si tehnice a unei magistrale seriale, cu ajutorul careia dispozitivele digitale de automatizare pot fi legate in retele, de la senzorori sau indicatoare de nivel pana la celule de distributie de energie electrica. PROFIBUS-ul face diferenta intre dispozitivele de tip master si slave.

Din punct de vedere al utilizatorului, magistrala PROFIBUS asigura trei versiuni ale protocolului de comunicatie PROFIBUS:

2.4.1 PROFIBUS-FMS (Fieldbus Message Specification)

Sunt implementate nivelele 1, 2 si 7 din modelul de referinta OSI. Nivelul de aplicatie se compune din FMS (Fieldbus Message Specification) si LLI (Lower Layer Interface). FMS contine protocolul aplicatiei (nivelul 7 ) si asigura, pentru FMS, accesul independent al aparatelor la Nivelul 2(conexiune).

PROFIBUS-FMS si PROFIBUS-DP , despre care vom detalia mai tarziu, folosesc aceleasi tehnologii de transmisie si acelasi protocol de acces la magistrala de date. Din acest motiv cele doua versiuni ala protocolului pot functiona simultan pe aceeasi cablu.

Profilele FMS au fost definite de PNI (PROFIBUS User Organisation) pentru a adapta serviciile de comunicatie la gama actuala a necesitatilor functionale, precum si pentru a defini functiile aparatelor astfel incat acestea sa corespunda aplicatiilor . Aceste profile FMS asigura ca aparatele diversilor producatori sa aiba aceleasi functionalitati de comunicatie, astfel incat integrarea lor in diferitele aplicatii sa fie usor realizabila.

Profiluri FMS:

Profil pentru comunicatia intre automatele programabile(PLC-uri)

-precizeaza care dintre servicii, parametrii si tipurile de date trebuie suportate de acestea;

Profil pentru automatizarea cladirilor

-se descrie modul cum se realizeaza moitorizarea, controlul buclelor de reglare, controlul operarii, alarmele intr-o cladire automatizata;

Dispozitive de comutare de joasa / medie tensiune

-specifica raspunsul aparatelor de comutarea tensiunii in timpul comunicatiei datelor prin FMS.

2.4.2 PROFIBUS-DP (Decentrallised Periphery)

Foloseste nivelele 1 si 2 din modelul de referinta OSI alaturi de interfata pentru utilizatori. Nivelele 3-7 nu sunt implementate . Aceasta arhitectura asigura o viteza foarte mare pentru transmisia datelor. Serviciul DDLM (Direct Data Link Mapper) permite accesul la Nivelul 2 (conexiune).

Functiile disponibile pentru aplicatii, precum si caracteristicile aparatelor si sistemelor diferitelor tipuri de aparate PROFIBUS-DP sunt specificate in interfata pentru utilizatori, ce defineste functiile disponibile pentru aplicatie, precum si comportamentul sistemului si al aparatelor la diverse tipuri de dispozitive PROFIBUS-DP.

Optimizat pentru transferuri foarte rapide de date, acest protocol PROFIBUS, este special conceput pentru comunicatia dintre automatele programabile si aparatajul distribuit de tip I/O, amplasat in instalatii.

Profiluri PROFIBUS-DP:

Profil pentru NC/RC (normal control/remote control)

Descrie cum sunt controlati prin protocolul PROFIBUS-DP robotii industriali si instalatiile de manipulare.

Profil pentru encoder

-descrie cum pot fi cuplate la PROFIBUS-DP diferite ecodere;

Profil pentru actionari cu viteza variabila (PROFIDRIVE)

specifica cum trebuie definiti parametrii actionariilor si cum sa se efectueza transmisia datelor referitoare la valorile prescrise si a valorilor masurate. Profilul mai contine si specificatii necesare modului de operare : “controlul vitezei” si / sau “pozitionare”. Se explica functiile de baza ale actionarilor , ale aplicatiei, si de dezvoltare.

Profil pentru controlul operational si monitorizarea de proces

-profil pentru componente simple HMI (Human Machine Interface) defineste conectarea la componente cu un nivel mai ridicat de automatizare prin PROFIBUS-DP. Pentru comunicatii de date, acest profil utilizeaza setul extins de functii.

Profil pentru transmisii de date fara eroare

2.4.3 PROFIBUS-PA (Process Automation)

Foloseste pentru transmisia datelor, protocolul extins PROFIBUS-DP. Suplimentar aceasta implementeaza profilul PA care specifica caracteristicile aparatajului de automatizare. Tehnica de transmisie, conforma cu standardul IEC 1158-2, asigura siguranta intriseca , precum si alimentarea aparatelor conectate in retea. Aparatele PROFIBUS-PA pot fi integrate usor in retelele PROFIBUS-DP prin intermediul unor dispozitive speciale pentru cuplarea segmentelor de retea.

Protocolul PROFIBUS-PA este special creat pentru comunicatiile de mare viteza si fiabilitate, solicitate de automatizarea proceselor industriale. Prin intermediul PROFIBUS-DP pot fi conectate atat traductoare cat si elemente de executie, la o magistrala comuna de date, chiar si in zonele cu potential pericol de explozie.

Standardele internationale IEC 61158 si IEC 61784-1, definesc PROFIBUS ca un standard deschis. PROFIBUS face posibila conectarea in retea a diferitelor dispozitive, fara a fi nevoie de interfete speciale, fiind ideala pentru comunicatii complexe de date.

La nivel de senzor sau indicator de nivel, semnalele (binare) sunt transmise ciclic.

La nivel de camp, dispozitivele periferice spre exemplu motoare, convertori de masura, valve, terminale pentru operatori, comunica cu dispozitivele de automatizare ale celulei prin intermediul unui sistem puternic de comuncatie real-time. Datele de la proces sunt in general transmise ciclic.

Dispozitivele de automatizare cum ar fi PLC-urile, comunica intre ele la nivelul de celula. Fluxul de informatie necesita pachete de dimensiuni relativ mari .

Protocolul PROFIBUS are la baza modelul ISO / OSI , standardizat la nivel international pentru task-uri de comunicatie industriala. Cele 7 nivele definesc servicii si reguli de executie pentru comunicatia dintre doua aplicatii. Sunt nivele dedicate utilizatorului (nivelele de la 5 la 7) si nivele dedicate retelei (nivelele de la 1 la 4). Nivelele 1-4 descriu transportul datelor de la o locatie la alta, pe cand nivelele 5-7 permit utilizatorului un acces adecvat la sistemul de date.

Figura 7

3. Protecții electronice utilizate pentru echipamentele de comutare

3.1. STRUCTURA ȘI FUNCȚIONAREA ECHIPAMENTELOR

3.1.1. Prezentarea generală

Pentru realizarea funcțiilor de achiziție, comandă și protecție a celulelor pentru alimentarea transformatoarelor de 20/6 kV au fost utilizate echipamente tip MRD4(ETR-4000), câte un echipament montat în celulele C20.3, C20.4 (alimentare transformator 1 respectiv transformator 2). Aceste echipamente sunt specializate asigurând pe lângă funcții clasice de protecție (suprasarcină, scurtcircuit, curent de nul și funcția de protecție diferențială necesară protejării transformatoarelor de alimentare ale stației în cazul apariției unor diferențe, ce depășesc limitele programate, între curenții din primarul respectiv secundarul transformatoarelor.

Pentru realizarea funcțiilor de achiziție, comandă și protecție a celulelor de alimentare a consumatorilor din celulele de plecare din stația electrică de transformare au fost utilizate echipamente tip MRA4 pentru fiecare celulă de plecare din stație.

3.1.2. Echipament tip MRD4(ETR-4000)

Echipamentul tip MRD4(ETR-4000) este un sistem numeric de achiziție, control și protecție care înglobează o mare varietate de funcții pentru supravegherea celulelor de medie tensiune. Pe lângă funcția principală de protecție sistemul asigură o serie de funcții suplimentare cum ar fi:

funcții de măsură

funcții de supervizare

funcții de comunicații date

Echipamentul este capabil să comande o mare varietate de elemente de comutare (întrerupătoare, separatoare de sarcină sau de împământare) funcție de tipul celulei de medie tensiune și are în componență o serie de blocuri funcționale coordonate și comandate de o unitate centrală echipată cu procesor DUAL-CORE.

Figura 8

Echipamentul conține următoarele blocuri:

blocul de ieșiri de comandă asigură comanda circuitelor de comutare care se realizează prin intermediul circuitelor de ieșire de putere conectate la terminalele notate cu X2.

Pentru comanda elementelor de comutare prin intermediul circuitelor de forță ale echipamentului este necesară utilizarea unei surse de tensiune auxiliare de curent continuu. Aceasta poate avea valori între 18…280Vcc și trebuie să asigure curentul solicitat de bobinele/motoarele de anclanșare/declanșare a elementelor de comutare comandate.

Pentru conectarea elementelor de comutare din celulele de medie tensiune se utilizează următoarele scheme de interconectare:..

Figura 9

Pe lângă ieșirile de comandă de putere utilizate pentru comanda elementelor de comutare echipamentul dispune de 6 relee de semnal suplimentare, fiecare cu o pereche de contacte NI+ND, disponibile la bornele X5. Aceste relee servesc pentru o procesare ulterioară a diferitelor funcții de protecție sau pentru transmiterea de comenzi și confirmări către schema de automatizare a stației electrice. Fiecare din cele 6 relee pot fi parametrizate separat, utilizatorul având la dispoziție un număr de 16 funcții de ieșire predefinite. Releele de semnal măresc considerabil posibilitățile de utilizare ale echipamentului de protecție utilizatorul putând să execute prin intermediul acestuia funcții suplimentare legate de interblocaje cu alte elemente de acționare, funcții de comandă de semnalizare, etc.

Figura 10

blocul de intrări numerice asigură preluarea unui număr de 16 de intrări numerice (DI1…DI16) separate galvanic prin optocuploare. Aceste intrări servesc la detecția poziției elementelor de comutare din celula de medie tensiune, preluarea anumitor semnalizări din celulă precum și la preluarea unor semnale de la echipamentul de automatizare. Intrările digitale trebuiesc conectate la terminalele de intrare marcate cu X1, X6. Toate intrările sunt separate în mai multe grupe. Fiecare din grupe dispune de o intrare comună (COM1…COM4) astfel încât echipamentul poate prelua pe fiecare din grupe semnale aflate la potențiale electrice diferite.

Toate intrările DI1…DI16 sunt la dispoziția utilizatorului și pentru fiecare din ele se poate asigna o anumită funcție de intrare care se activează atunci când pe intrarea respectivă apare semnal electric. Aceste funcții pot fi de mai multe tipuri:

comandă cuplare element de comutare ;

comandă decuplare element de comutare ;

comandă oprire urgență;

alarme externe;

interblocaje ale elementelor de comutare;

un număr de 10 funcții definite de utilizator.

Fiecare din intrările numerice sunt prevăzute cu 4 praguri de activare și pot primi atât semnal alternativ cât și semnal de curent continuu:

prag1:24Vdc

prag2:48/60Vdc

prag3:110/120Vac/dc

prag4:230/240Vac/dc

Selectarea pragurilor de anclanșare pentru fiecare intrare se realizează prin intermediul calculatorului cu ajutorul programului SMART-VIEW atunci când se face parametrizarea inițială a echipamentului. Un anumit tip de semnal de intrare (alternativ sau continuu) se aplică pe grupuri de intrări care sunt delimitate de semnalele comune (COM1…COM4).

blocul de măsură asigură preluarea semnalelor analogice din proces. Echipamentul dispune de intrări specializate pentru măsura curentului pe fiecare din fazele de intrare (bornele X5) și de ieșire ale transformatorului (bornele X6) de alimentare al stației electrice de 20/6 kV.

Măsurarea curentului din primarul transformatorului de 20/6 kV – TRAFO 1 se realizează prin aplicarea la intrările X5 a semnalelor de la ieșirile transformatoarelor de măsură montate pe fiecare din cele trei faze de ieșire din celula C20.3 (respectiv C20.4 pentru TRAFO 2). Singura restricție impusă este aceea că cele trei transformatoare trebuie să fie identice (să aibă același raport de transformare). Pentru versatilitate echipamentul acceptă pe intrări semnale de la transformatoare tip IN/5Aef sau de tip IN / 1Aef.

Măsurarea curentului din secundarul transformatorului de 20/6 kV – TRAFO 1 se realizează prin aplicarea la intrările X6 a semnalelor de la ieșirile transformatoarelor de măsură montate pe fiecare din cele trei faze de intrare din celula C6.1 (respectiv C6.11 pentru TRAFO 2). Restricțiile legate de transformatoarele de măsură de pe partea de alimentare a TRAFO 1/TRAFO 2 se aplică și la cele legate de secundarele celor două transformatoare. Suplimentar partea de măsură curenți din secundarul transformatoarelor TRAFO 1,2 dispune de o intrare separată de măsură pentru curentul de nul (bornele X6).

Prin prelucrarea semnalelor de curent aplicate la intrări echipamentul poate să realizeze funcțiile de protecție pentru care este programat. Din această cauză preluarea și prelucrarea acestor semnale este vitală pentru corecta funcționare a echipamntului și pentru realizarea protecției efective a echipamentelor din stația electrică de transformare (cele două transformatoare de alimentare a stației electrice).

Echipamentul oferă utilizatorului valorile măsurate și calculate pentru mărimile de intrare, fiecare dintre acestea putând fi afișate local (prin intermediul panoului operator ).

Blocul de protecție asigură, prin prelucrarea semnalelor provenite de la intrările digitale și de la cele de măsură, funcțiile de protecție pentru care a fost conceput echipamentul. Realizarea acestor funcții se face, conform cu programul intern, pe baza parametrilor de protecție prescriși de către utilizator și pe baza informațiilor preluate din proces prin intermediul intrărilor.

Echipamentul MRD4(ETR-4000) realizează următoarele funcții de protecție:

Protecție diferențială care se bazează pe balansul dintre curenții de fază din primarul și din secundarul transformatorului de alimentare. Principial protecția se realizează prin compararea valorilor măsurate în primarul și secundarul transformatorului și prin declanșarea unuia sau a ambelor întrerupătoare de alimentare a transformatoarelor atunci când aceste valori depășesc anumite limite impuse de utilizator în concordanță cu datele constructive ale transformatorului.

Principiul protecției diferențiale este fundamentat printr-o comparare selectivă a măsurii curenților de fază I-L1,W1; I-L2,W1 și I-L3,W1 din primarul transformatorului (indexat cu „W1” ) cu măsura curenților de fază I-L1,W2; I-L2,W2; și I-L3,W2 din secundarul transformatorului (indexat cu „W2” ). Semnalele de intrare (din primarul și secundarul transformatorului) aplicate prin intermediul transformatoarelor de măsură, servesc ca informații de referință pentru releul de protecție. Aceste semnale sunt comparate în permanență ținând cont de:

Raportul de transformare al transformatoarelor de măsură

Raportul de transformarea al transformatorului de alimentare

Defazajul constructiv al transformatorului de alimentare

Pe lângă funcția principală de protecție diferențială echipamentul asigură o serie de funcții de protecție auxiliare care îi măresc foarte mult capabilitățile de utilizare într-o gamă foarte largă de aplicații. Din cadrul acestor funcții auxiliare de protecție amintim:

Protecția la suprasarcină și la scurtcircuit este divizată în două funcții de protecție:

protecția la suprasarcină simbolizată cu I>

protecția la scurtcircuit simbolizată cu I>>

Aceste tipuri de protecție se pot defini ca protecții direcționale sau ne-direcționale pentru primarul transformatorului de alimentare sau pentru partea secundară a acestuia. Pentru fiecare tip de protecție utilizatorul poate prescrie o serie de parametri la atingerea cărora protecția declanșează. Principalii parametri care se pot seta de către utilizator sunt:

valoarea curentului pentru declanșarea la suprasarcină I> sau la scurtcircuit I>>; orice valoare în domeniul 0,1…40xIn (In este valoarea curentului nominal pe primar sau pe secundar)

timpul după care se face declanșarea protecției t I> respectiv t I>>; orice valoare în domeniul 30….300000 ms

Protecția la supracurent și la scurtcircuit pentru curentul de nul. Utilizatorul poate seta o serie de parametri astfel încât protecția să fie cât mai selectivă și să poată fi aplicată la orice aplicație. Printre acești parametri amintim: valoarea curentului de declanșare la suprasarcină Ie> și la scurtcircuit Ie>>; timpul după care se face declanșarea tIe> respectiv tIe>>;

Pe lângă aceste funcții de protecție utilizatorul are la dispoziție o gamă suplimentară de funcții auxiliare de protecție cum ar fi:

Protecția la comutarea întrerupătoarelor acționează atunci când s-a dat comanda de decuplare pentru cele 2 întrerupătoare (din primarul respectiv secundarul transformatorului de alimentare al stației). Principiul de declanșare este simplu: dacă după un anumit interval de timp (prestabilit de utilizator) contactele auxiliare ale acestuia nu ajung în starea normală, funcția de protecție este activată și releul de protecție va raporta un defect de tip „întrerupător defect” .

Prin funcțiile de protecție puse la dispoziție echipamentul poate acoperi o mare diversitate de aplicații sarcina utilizatorului rămânând în alegerea, activarea și parametrizarea funcțiilor de protecție pentru aplicația respectivă.

Blocul de supervizare asigură:

Supervizarea scurtcircuitelor care apar pe ieșirile de comandă ale elementelor de execuție

Supervizarea prezenței tensiunii de comandă

Supervizarea ieșirilor de comandă

Supervizarea scurtcircuitelor interne ale elementelor semiconductoare de comandă

Blocul de calcul date statistice asigură calcularea unor mărimi specifice care sunt puse la dispoziția utilizatorului. Prin intermediul acestui bloc și a display-ului de pe unitatea MRD4(ETR-4000) utilizatorul are acces la o serie de date calculate ciclic la intervale de timp Δt predefinite (o valoare tipică pentru acesta este 60 minute). Aceste date sunt preluate din mărimile direct măsurate de echipament și din mărimile calculate. Printre mărimile statistice puse la dispoziție de echipament amintim:

Valoarea maximă a curentului diferențial pe fiecare din cele 3 faze în intervalul Δt: Id L1max, Id L2max, Id L3max

Valoarea medie a curentului diferențial pe fiecare din cele 3 faze în intervalul Δt: Id L1avg, Id L2avdx, Id L3avg

Valoarea maximă a curentului din primarul transformatorului de alimentare pe fiecare din cele 3 faze în intervalul Δt: IL1 W1max, IL2 W1max, IL3 W1max

Valoarea medie a curentului din primarul transformatorului de alimentare pe fiecare din cele 3 faze în intervalul Δt: IL1 W1avg, IL2 W1avg, IL3 W1avg

Valoarea maximă a curentului din secundarul transformatorului de alimentare pe fiecare din cele 3 faze în intervalul Δt: IL1 W2max, IL2 W2max, IL3 W2max

Valoarea medie a curentului din secundarul transformatorului de alimentare pe fiecare din cele 3 faze în intervalul Δt: IL1 W2avg, IL2 W2avg, IL3 W2avg

Blocul de înregistrare defecte asigură salvarea datelor de la intrarea echipamentului în memoria nevolatilă a echipamentului în momentul apariției unui defect (momentul când declanșează protrcția). Software-ul intern asigură și garantează memorarea a unui număr de maxim 50 defecte. Durata unei înregistrări în memorie se poate seta de către utilizator. Datele înregistrate în memoria echipamentului pot fi preluate prin intermediul unor programe specializate în vederea analizei ulterioare a defectului. Utilizatorul are la dispoziție un set de date achiziționate la un interval de 24 ms timp de max. 15s/înregistrare referitoare la:

Valoarea curentului din primarul și secundarul transformatorului pe fiecare din faze

Valoarea curentului diferențial pe fiecare din cele 3 faze

Valoarea curentului de nul

Starea intrărilor digitale și a ieșirilor de comandă și auxiliare din echipament

Valoarea timpului cu precizie de 1 ms

Din analiza înregistrării se pot trage concluzii referitoare la natura defectului care a produs declanșarea protecției și se pot lua astfel măsuri operative pentru înlăturarea acestui defect. Opțional, echipamentul poate fi dotat cu o memorie nevolatilă care permite mărirea numărului de defecte ce pot fi memorate.

Blocul de comunicație asigură comunicația dintre echipament și periferice. Echipamentul MRD4(ETR-4000) oferă mai multe interfețe diferite de comunicație (o parte din ele fiind opționale) prin intermediul cărora se asigură diverse nivele de comunicare (cu sistemul SCADA respectiv comunicația multi-device).

Primul nivel de comunicație MRD4(ETR-4000) – SCADA. Ca nivel primar de comunicație este cel cu sistemul SCADA. Funcție de aplicație există o serie de protocoale referitoare la transferul de date fiecare dintre acestea având reguli stricte referitoare la siguranța, redundanța datelor și a informațiilor. Releul are implementat (funcție de varianta constructivă) unul din următoarele protocoale de comunicații date:

IEC 60879-5-103

IEC 61850

PROFIBUS DP

MODBUS RTU/TCP

Suportul fizic de conectare cu sistemul SCADA. Pentru legătura dintre echipamentul MRD4(ETR-4000) și calculatorul cu sistemul SCADA, utilizatorul are la dispoziție fie o legătură electrică (cupla X103) conform standardului RS485, fie o legătură prin fibră optică (cupla X102) funcție de varianta constructivă.

Interfața de comunicație RS232. Prin intermediul acesteia se asigură comunicația dintre echipamentul MRD4(ETR-4000) și calculatorul pe care este intalat software-ul SMART-VIEW.

Blocul de afișare semnalizează prin intermediul a 14 LED – uri o serie de mesaje referitoare la funcționarea sistemului și la starea în carer se află echipamentul. Fiecare din cele 14 LED-uri este bicolor iar funcția asignată pentru fiecare din acestea este selectabilă în întregime de către utilizator.

Interfațăde afișare date prin intermediul căreia utilizatorul are posibilitatea de a efectua următoarele operațiuni:

programarea parametrilor pentru funcțiile de protecție ale releului electronic de protecție.

Vizualizarea datelor măsurate din proces pe display-ul alfanumeric al panoului

Generarea de comenzi locale pentru echipamentele de comutare din celula de medie tensiune.

3.1.3. Echipament tip MRA4

Echipamentul tip MRA4 este un sistem numeric combinat de protecție și control care înglobează o mare varietate de funcții pentru utilizare în celule de medie tensiune de linie. Pe lângă funcțiile de protecție pe care le asigură, sistemul are o serie de funcții suplimentare cum ar fi:

funcții de măsură

funcții de supervizare

funcții de comandă și interblocaje a elementelor de comutare (separatoare și întrerupătoare)

funcții de comunicații date

Figura 11

Echipamentul este utilizat pentru protejarea consumatorilor alimentați din celulele de plecare din stația electrică de transformare (celulele C6.3…C6.5 respectiv C6.7… C6.3).

Constructiv și funcțional echipamentul este asemănător cu cel utilizat la protecția transformatoarelor având în componență aceleași blocuri funcționale. În continuare se prezintă diferențele care apar între cele două variante constructive ale echipamentelor.

Blocul de intrări digitale. Echipamentul MRA4 este prevăzut cu un număr de 16 de intrări digitale (DI1…DI16) separate galvanic prin optocuploare. Aceste intrări servesc la detecția poziției elementelor de comutare din celula de medie tensiune, preluarea anumitor semnalizări din celulă precum și la preluarea unor semnale de la echipamentul de automatizare. Intrările numerice se conectează la terminalele de intrare marcate cu X1, X6. Toate intrările sunt separate în 4 grupe. Fiecare din grupe dispune de o intrare comună (COM1…COM4) astfel încât echipamentul poate prelua pe fiecare din grupe semnale aflate la potențiale electrice diferite.

Intrările DI1…DI16 sunt la dispoziția utilizatorului funcțiile acestora fiind similare cu cele ale echipamentului tip MRD4.

Figura 12

Blocul de ieșiri de comandă. Echipamentul MRA4 poate comanda un număr de maxim 2 elemente de comutare (tip întrerupător sau separator). Comanda dispozitivelor de comutare se poate realiza prin intermediul circuitelor de ieșire de putere conectate la terminalele notate cu X2. Principiul de comandă a elementelor de comutare este similar cu cel prezentată la echipamentul MRD4.

Blocul de măsură. Echipamentul MRA4 dispune de intrări pentru măsura curentului pe fiecare din fazele de ieșire din celula de linie (bornele X3) precum și ale tensiunii pe fiecare din fazele de ieșire sau de ieșire ale acestuia (bornele X4).

Măsura curentului se realizează prin aplicarea la intrările X3.1 … X3.12 a semnalelor de la ieșirile transformatoarelor de măsură montate pe fiecare din cele trei faze de ieșire din celulele celulele C6.3…C6.5 respectiv C6.7… C6.3. Restricțiile impuse la releul tip MRD4 rămân valabile și pentru varianta MRA4.

Echipamentul MRA4 oferă utilizatorului valorile măsurate și calculate pentru mărimile de intrare, fiecare dintre acestea putând fi afișate local (prin intermediul panoului operator).

Blocul de protecție asigură, prin prelucrarea semnalelor provenite de la intrările digitale și de la cele de măsură, toate funcțiile de protecție pentru care a fost conceput echipamentul. Realizarea acestor funcții se face conform cu programul intern pe baza parametrilor de protecție prescriși de către utilizator și pe baza informațiilor preluate din proces prin intermediul intrărilor.

Funcțiile principale de protecție realizate de echipamentul sunt:

Protecția la suprasarcină și la scurtcircuit .

Protecția la supracurent și la scurtcircuit

Protecția la supratensiune și la subtensiune.

Protecția la tensiune reziduală.

Protecția la comutarea întrerupătoarelor

Protecția la supra / subfrecvență

Controlul circuitelor de comutare .

Toate aceste funcții sunt similare cu cele descrise la echipamentul MRD4.

Suplimentar echipamentul MRA4 oferă următoarele funcții de protecție:

Protecția la putere simbolizată cu P>, P>> Funcția se bazează pe măsurarea puterii active în sistemele trifazate de alimentare consumatori. Utilizatorul are posibilitatea reglării nivelului la care declanșează protecția (parametri P> respectiv P>> – orice valoare în domeniul 0,01….2xPn unde Pn este puterea nominală pe care o măsoară releul funcție de tensiunea de alimentare a consumatorului și a curentului nominal al transformatoarelor de măsură curent) precum și a timpului după care protecția declanșează (parametri tP> respectiv tP>> – orice valoare în intervalul 100….300.000 ms).

Prin funcțiile de protecție puse la dispoziție echipamentul poate acoperi o mare diversitate de aplicații sarcina utilizatorului rămânând în alegerea, activarea și parametrizarea funcțiilor de protecție pentru aplicația respectivă.

Blocul de supervizare. Funcțiile de supervizare sunt similare cu cele descrise la echipamentul MRD4

Blocul de calcul date statistice. Valorile calculate sunt similare cu cele descrise la echipamentul MRD4 cu deosebirea că nu se calculează valori statistice pentru curenți diferențiali și se calculează în plus următoarele valori:

Valoarea maximă a puterii active calculată în intervalul Δt: Pmax+, Pmax-

Valoarea medie a puterii active calculată în intervalul Δt: Pavg+, Pavg-

Valoarea maximă a puterii reactive calculată în intervalul Δt: Qmax+, Qmax-

Valoarea medie a puterii reactive calculată în intervalul Δt: Qavg+, Qavg-

Valoarea maximă a tensiunii de fază pe fiecare din cele 3 faze calculată în intervalul Δt: UL1max, UL2max, UL3max

Valoarea maximă a tensiunii de line pe fiecare din cele 3 faze calculată în intervalul Δt: U12max, U23max, U31max

Valoarea medie a tensiunii de fază pe fiecare din cele 3 faze calculată în intervalul Δt: UL1avg, UL2avg, UL3avg

Valoarea medie a tensiunii de line pe fiecare din cele 3 faze calculată în intervalul Δt: U12avg, U23avg, U31avg

Valoarea maximă a frecvenței în intervalul Δt: fmax

Valoarea medie a frecvenței în intervalul Δt: favg

Restul blocurilor și funcțiilor descrise la releul de protecție diferențială MRA4 sunt identice și pentru releul de protecție de linie tip MRD4.

3.3. Semnale preluate și prelucrate din celulele de sosire și de plecare ale stației electrice

Prin intermediul releelor electronice de protecție, montate în celulele de sosire și de plecare ale stației electrice, sunt preluate o serie de semnale electrice necesare pentru asigurarea funcționării corecte a programului implementat la nivelul automatului programabil, pe de-o parte, iar pe de altă parte necesare programului implementat la nivelul dispecerului pentru urmărirea funcționării stației electrice pe ansamblu și pe fiecare linie de sosire și plecare în parte.

Semnalele electrice preluate sunt împărțite în două categorii: semnale digitale (tip contact releu) și semnale analogice care la rândul lor sunt de două tipuri: semnale analogice direct măsurate și mărimi analogice calculate de releul electronic de protecție.

Semnalele sunt preluate și concentrate de AP prin intermediul magistralei interne de comunicații date MODBUS implementată la nivelul fiecărei stații electrice.

În continuare vom prezenta semnalele preluate de la celulele de sosire 20 kV, pentru alimentarea cu tensiune de 20 kV a transformatoarelor (C20.3, C20.4) și de plecare pentru alimentarea consumatorilor (C6.3…C6.9).

Semnalele preluat din celulele mai sus menționate sunt în concordanță cu cele expuse în tabelul de mai jos:

Prin intermediul releelor electronice de protecție, montate în celulele de sosire și de plecare ale stației electrice, sunt preluate o serie de semnale electrice necesare pentru asigurarea funcționării corecte a programului implementat la nivelul automatului programabil, pe de-o parte, iar pe de altă parte necesare programului implementat la nivelul dispecerului pentru urmărirea funcționării stației electrice pe ansamblu și pe fiecare linie de sosire și plecare în parte.

Semnalele electrice preluate sunt împărțite în două categorii: semnale digitale (tip contact releu) și semnale analogice care la rândul lor sunt de două tipuri: semnale analogice direct măsurate și mărimi analogice calculate de releul electronic de protecție.

Semnalele sunt preluate și concentrate de AP prin intermediul magistralei interne de comunicații date MODBUS implementată la nivelul fiecărei stații electrice.

În continuare vom prezenta semnalele preluate de la celulele de sosire pentru alimentarea cu tensiune de 20 kV a transformatoarelor (C20.3, C20.4 )respectiv pentru alimentarea cu 6 kV a stației (C6.1, C6.12) și de plecare pentru alimentarea consumatorilor (C6.3…C6.6, C6.9…C6.12).

La nivelul celulelor de alimentare transformator (C20.3, C6.1 respectiv C20.4, C6.11) sunt preluate următoarele semnale:

Semnale digitale tip contact de releu:

Contactele auxiliare de la elementele de comutare din celulele de alimentare transformator (întrerupătoare, separatoare, separatoare de împământare). Pentru fiecare din elementele de comutare din celula de medie tensiune sunt preluate câte o pereche de contacte auxiliare NI respectiv ND.

Contactele de la butoanele de comandă ale fiecărei celule (PORNIT/OPRIT)

Contactele de la siguranțele de alimentare cu tensiune a celulei respective

Semnale analogice: sunt în concordanță cu cele prezentate în tabel .

La nivelul celulelor de alimentare a consumatorilor (C6.3,…C6.5, C6.7,…C6.9) sunt preluate următoarele semnale:

Semnale digitale tip contact de releu:

Contactele auxiliare de la elementele de comutare din celulele de alimentare transformator (întrerupătoare, separatoare, separatoare de împământare). Pentru fiecare din elementele de comutare din celula de medie tensiune sunt preluate câte o pereche de contacte auxiliare NI respectiv ND.

Contactele de la butoanele de comandă ale fiecărei celule (PORNIT/OPRIT)

Contactele de la siguranțele de alimentare cu tensiune a celulei respective

Semnale analogice: sunt în concordanță cu cele prezentate în tabel.

4. Echipament de comandă și transmisie date

4.1. Arhitectura echipamentului

Funcționarea stației electrice de transformare 20/6 kV este asigurată de un AP (Automat Programabil) produs de firma EATON. AP-ul este în construcție modulară și conține o serie de module care, pe baza programului implementat în memoria nevolatilă a unității centrale, asigură:

preluarea mărimilor numerice și analogice de la releele digitale de protecție montate în celulele de medie tensiune din stația electrică

generarea comenzilor pentru cuplarea/decuplarea elementelor de comutație din celulele de medie tensiune

memorarea și prelucrarea mărimilor achiziționate din proces

transmiterea mărimilor achiziționate la dispecer prin intermediul unei legături realizate cu modemuri radio de mare viteză

afișarea locală, pe display-ul grafic, a principalilor parametri de funcționare ai stației electrice

interblocajele specifice dintre elementele de comutare din celulele de medie tensiune din stația electrică funcție de modul de lucru ales: AUTOMAT, LOCAL sau PROBE

Schema bloc a AP-ului este prezentată în figura 18.

Figura 13

După cum se observă AP-ul modular are următoarea structură:

Modul UC – este un modul tip XC 201 CPU – 512K produs de firma EATON. Modulul asigură funcționarea întregului ansamblu prin intermediul unui program încărcat în memoria nevolatilă a acestuia.

Modul comunicație „PROFIBUS DP” – asigură prin intermediul magistralei interne de comunicație legătura dintre AP și blocurile de protecție digitală montate în celulele de medie tensiune din stația electrică.

Modul 1..3 de intrări numerice – asigură preluarea semnalelor tip contact releu de la celulele de medie tensiune.

Modul 1..3 de ieșiri de comandă – asigură transmiterea comenzilor către releele electronice de protecție pentru comanda elementelor de comutare din celulele de medie tensiune componente ale stației electrice

Interfață HMI – este un display cu cristale lichide monocrom tip „Touch pannel” prin intermediul căruia utilizatorul poate, pe de-o parte, vizualiza diverși parametri de funcționare ai stației electrice iar pe de altă parte are posibilitatea prescrierii de limite de funcționare pentru anumiți parametri. Display-ul comunică în permanență cu AP prin intermediul unei legături seriale CAN-OPEN sau TCP/IP.

Radiomodem – asigură, pe de-o parte, transmiterea datelor înmagazinate în memoria AP –ului la echipamentul de calcul de la dispecer, iar pe de altă parte asigură transmiterea de comenzi de la dispecer la echipamentele din stația electrică. Radiomodemul funcționează în banda de frecvențe de 2,4 GHz și este capabil să asigure un trafic de date cu o viteză de până la 11MBPS. Comunicația dintre AP și radiomodem este asigurată printr-o legătură ETHERNET .

Prin structura sa AP-ul asigură preluarea unui număr de maxim 56 intrări numerice și poate genera un număr de 36 de mărimi de comandă tip contact releu.

4.2. Module de intrare/ieșire

4.2.1.Modul de intrări numerice

Structura AP-ului este prevăzută cu 3 module identice de intrări digitale tip XIOC 16 DI produs de firma EATON care asigură:

preluarea comenzilor de PORNIT/OPRIT de la butoanele locale montate pe celulele de medie tensiune din stația electrică

preluarea contactelor auxiliare de la siguranțele de alimentare cu tensiune a fiecărei celule de medie tensiune

Modulul XIOC 16 DI are următoarele caracteristici tehnice:

tip intrare: semnal curent continuu

tensiune de intrare: 24 Vcc

număr de intrări: 16

izolare galvanică între intrări și magistrala de date a AP-ului

curent de intrare: max.4 mA

timp de răspuns. <5 ms

afișarea stării intrării: prin LED verde

4.2.2.Modul de ieșiri de comandă

AP-ului este prevăzut cu 3 module identice de ieșiri de comandă tip XIOC-12 DO-R produs de firma EATON care asigură:

generarea comenzilor de PORNIT/OPRIT pentru fiecare întrerupător sau separator din celulele de medie tensiune ale stației electrice

Modulul XIOC-12 DO-R are următoarele caracteristici tehnice:

tip ieșire: contact ND de releu

tensiune de ieșire: 100/220Vca sau 24 Vcc

număr de canale de ieșire: 12

izolare galvanică între ieșiri și magistrala de date a AP-ului

curent de ieșire: max.2 A

timp de comutare <10 ms

afișarea stării ieșirii: prin LED verde

4.2.3.Modul de comunicație PROFIBUS DP

AP-ul poate fi prevăzut cu 1 modul de comunicație serială conform standardului „PROFIBUS”. Modulul este de tip XIOC-NET-DP-M produs de firma EATON și asigură schimbul de informații dintre unitatea centrală a AP și blocurile de protecție digitale montate în celulele de medie tensiune din stația electrică.

Modulul XIOC-NET-DP-M are următoarele caracteristici tehnice:

tip interfață comunicație: RS485

număr de intrări/ieșiri: max.244 bytes / releu digital

izolare galvanică a magistralei de comunicație

curent de alimentare: max.300 mA

viteza de transmisie: max.12000 kBits/s – pe un cablu de comunicație de lungime max.100m

4 LED – uri bicolore pentru afișarea stării de funcționare

4.2.4. Modulul de comunicatie Modbus

AP-ul poate fi prevăzut cu 1 modul de comunicație serială conform standardului „MODBUS”. Modulul este de tip XIOC-SER produs de firma EATON și asigură schimbul de informații dintre unitatea centrală a AP și blocurile de protecție digitale montate în celulele de medie tensiune din stația electrică.

Modulul XIOC-SER are următoarele caracteristici tehnice:

tip interfață comunicație: RS232/RS422/RS485

izolare galvanică a magistralei de comunicație (RS422/RS485)

curent de alimentare: max.300 mA

viteza de transmisie: max.57.6 kBits/s

autodiagnoza defect

4.2.5.Modul unitate centrală

AP-ului este prevăzut cu 1 modul unitate centrală. Modulul este de tip XC – CPU201 – EC512 – 8DI – 6 DO produs de firma EATON și asigură funcționarea în siguranță a stației electrice .

Modulul XC – CPU201 – EC512 – 8DI – 6DO are următoarele caracteristici tehnice:

tensiune de alimentare: 24 Vcc

curent consumat: max. 1,4 A

procesor: procesor RISC

memorie:

memorie program: 512 kB

memorie de date: 512 kB

interfețe de comunicație:

ETHERNET: viteză10/100 MBiți/s, fără izolare galvanică

RS 232: viteză max.57600 Biți/s, fără izolare galvanică

CANopen: viteză max.1000 kBiți/s, izolată galvanic

USB: viteză max.1,5 MBiți/s, fără izolare galvanică

Intrări numerice

Număr de intrări: 8

Tensiune de intrare: 24Vcc

Timp de răspuns: 0,1 ms

Afișarea pe LED-uri verzi a stării intrărilor

Ieșiri numerice:

Număr de ieșiri: 6

Tip ieșire: tranzistor

Tensiunea de ieșire: 24Vcc

Curent maxim de ieșire: 0,5A

Afișarea pe LED-uri verzi a stării ieșirilor

4.3. Interfață HMI

Panoul operator tip HMI/PLC – xSystemV produs de firma EATON reprezintă interfața HMI (interfață om – mașină) prin intermediul căreia utilizatorul poate urmări corecta funcționare a stației electrice.

Panoul operator este un „Embedded PC” prevăzut cu display grafic monocrom sau color cu rezoluția de 800 x 600 pixeli cu panou senzitiv, pe care rulează un sistem de operare tip Windows CE. Pe display sunt afișate mai multe ecrane succesive prin intermediul cărora se vizualizează principalii parametri referitori la funcționarea stației electrice.

In regim normal de lucru pe display apare un ecran de forma celui prezentat in figura 19.

Figura 14 – Ecran principal afișat pe panoul operator

După cum se observă pe ecranul principal este afișată schema monofilară a stației electrice cu prezentarea elementelor de comutare de la nivelul fiecărei celule de medie tensiune atât pe partea de alimentare cu 20 kV cât și pe partea de alimentare consumatori cu tensiunea de 6 kV. Prin urmărirea acestui ecran utilizatorul are acces la următoarele informații:

Starea separatorului de sosire din celula C20.1 care alimentează cu tensiune stația electrică.

Starea întrerupătoarelor, din celulele C20.3, C20.4, pentru alimentarea cu 20 kV a celor 2 transformatoare T1 respectiv T2.

Starea separatorului din celula C20.5 pentru alimentarea cu tensiune a transformatorului de servicii auxiliare din stația electrică.

Starea separatoarelor din celulele C6.1, C6.11 pentru alimentarea cu 6 kV a consumatorilor (asigură cuplarea secundarelor transformatoarelor T1 respectiv T2 la barele de 6 kV .

Starea întrerupătoarelor din celulele de medie tensiune C6.3…C6.5 respectiv C6.7…C6.9 pentru alimentarea cu tensiune a consumatorilor cuplați la stația electrică.

Starea separatorului de cuplă montat în celula C6.6 care asigură cuplarea barelor de 6 kV atunci când se dorește ca cele 2 transformatoarea (T1, T2) să funcționeze în paralel sau când se dorește alimentarea tuturor consumatorilor din transformatorul T1 sau din transformatorul T2.

Starea tuturor elementelor de comutare de mai sus este prezentată printr-un simbol grafic de forma unui dreptunghi care are culoarea verde atunci când elementul respectiv este în starea deschis sau are culoare rosie pentru elementul de comutare respectiv în stare închis.

Valoarea tensiunii de 20 kV care alimentează stația electrică precum și valoarea curentului consumat de stație. Aceste valori sunt afișate sub formă numerică în dreptul celulei de măsură pentru partea de 20 kV C20.2.

Valoarea curentului din primarul transformatoarelor T1 respectiv T2. Aceasta este afișată sub formă numerică în dreptul celulelor C20.3 respectiv C20.4 care alimentează cele 2 transformatoare.

Valoarea tensiunii din secundarele celor 2 transformatoare T1, T2. Aceasta este afișată sub formă numerică în dreptul celulelor de măsură C6.2 respectiv C6.10 aferente celor 2 secțiuni de 6 kV alimentate din secundarele transformatoarelor T1 respectiv T2.

Valoarea curentilor din secundarele celor 2 transformatoare T1, T2. Aceasta este afișată sub formă numerică în dreptul celulelor C6.1 respectiv C6.11 aferente celor 2 secțiuni de 6 kV alimentate din secundarele transformatoarelor T1 respectiv T2.

Valoarea curentului și a puterii pentru fiecare linie de plecare din stația electrică. Valoarea este afișată sub formă numerică în dreptul celulelor C6.3…C6.5 pentru primele 3 linii de alimentare consumatori, respectiv C6.7…C6.9 pentru ultimele 3 linii de alimentare consumatori.

Numele stației electrice

Data și ora curentă

Prin atingerea butonului marcat „SETINGS” utilizatorul are acces la o pagină specială pentru setarea diverșilor parametrii, de forma celei din figura 20. Prin intermediul acestei pagini avem acces la următoarele setări:

Starea datei și a timpului:

Fiecare parametru se poate seta prin atingerea butonului corespunzător, prin introducerea valorii dorite pentru acesta și validarea setării.

Setarea parametrilor display-ului:

Utilizatorul are posibilitatea de a seta dezactivarea iluminatului display –ului precum și gradul de luminozitate al acestuia prin atingerea butoanelor corespunzătoare

Prin acționarea butoanelor din partea dreapta sus a display-ului se realizează:

Revenirea în pagina principală descrisă anterior (butonul „REVENIRE LA APLICATIE”)

Ieșirea din aplicație atunci când se dorește efectuarea de alte operații pe display (butonul „IESIRE PROGRAM”

Apelarea unui ecran special de setare parole de forma celui prezentat în figura 22 ( prin apăsarea butonului „PAROLE”)

Figura 15 – Ecran setare parametri

Apelarea unui ecran special destinat setării parametrilor de forma celui prezentat în figura 21 (prin acționarea butonului „SETARI PUTERI PE LINII DE ALIMENTARE”).

Apelarea unui ecran de forma celui din figura 23 pentru afișarea istoricului ultimelor 1024 de defecte apărute în funcționarea stației (acționarea butonului „ISTORIC DEFECTE”).

In figura 21 este prezentat ecranul pentru setarea puterii pe fiecare din cele 8 linii de alimentare consumatori din stația electrică.

Sunt disponibile o serie de butoane prin care se realizează:

Validarea utilizatorului la meniul de setare puteri. Accesul la setarea parametrilor este restricționat și din aceste motive operatorul trebuie să se logheze prin introducerea unei parole valide (acționarea butonului „USER LOGIN”).

Modificarea parametrilor pe fiecare din cele 8 linii de alimentare consumatori. Prin atingerea butonului din dreptul fiecărei linii operatorul poate seta o valoare numerică care reprezintă puterea consumată pe linia respectivă. La setarea valorii se va avea în vedere ca suma puterilor de pe liniile de alimentare 1..4 să nu depășească puterea instalată a transformatorului T1 (în exemplul nostru 4000 kW). Aceiași remarcă pentru liniile 5..8 alimentate din T2. In situația în care suma acestor puteri depășește puterea instalată a transformatorului programul din AP nu va permite cuplarea consumatorilor și pe display se va afișa un mesaj de avertizare „PUTEREA PE BARE DEPĂȘITĂ – DECUPLAȚI DIN CONSUMATORI”

Figura 16 – Ecran setare puteri pe linii de plecare

La terminarea operației de setare parametri utilizatorul va trebui să acționeze butonul „USER LOGOUT” pentru a inactiva o nouă încercare de setare a parametrilor de personal neautorizat.

Revenirea la aplicație se realizează prin acționarea butonului corespunzător.

După cum am arătat modificarea anumitor parametri se poate efectua numai de personal autorizat. Definirea drepturilor pentru personal autorizat precum și a parolelor de acces pentru aceștia se realizează pin intermediul unui ecran special prezentat in figura următoare care este apelat prin intermediu butonului „PAROLE” din meniul de setare parametri.

Sistemul de parole este organizat pe două niveluri, nivel 0 și nivel 1. Nivelul 0 este definit ca prioritar și este destinat utilizatorului definit ca administrator de proces. Numai utilizatorul definit la cest nivel are dreptul de a adăuga sau elimina noi utilizatori precum și dreptul de definire a parolelor de acces. Utilizatorii sunt definiți pe nivelul 1 de prioritate și au drepturi de modificare a parametrilor protejați.

Prin intermediul butoanelor afișate pe ecran se pot realiza următoarele funcții:

Figura 17 – Ecran setare parole

Vizualizarea utilizatorilor care se pot lega la sistem (prin acționarea butonului „UTILIZATORI”)

Selectarea utilizatorului (prin acționarea butonului „SELECTIE UTILIZATOR”)

Adăugarea sau eliminarea de utilizatori (acționarea butoanelor „ADAUGARE UTILIZTOR” respectiv „STERGERE UTILIZATOR”)

Definirea unei parole noi în cazul în care s-a adăugat un utilizator nou (acționarea butonului „DEFINIRE PAROLE”)

Modificarea parolelor de acces (acționarea butonului „MODIFICARE PAROLE”)

Ultimele 3 operațiuni nu pot fi efectuate decât de utilizatorul desemnat Administrator. Pentru a efectua aceste operații acesta trebuie să se conecteze ca Administrator prin acționarea butonului „SELECTIE UTILIZATOR” și alegerea numelui corespunzător și introducerea parolei corespunzătoare.

După efectuarea operațiunilor de modificare, adăugare, eliminare utilizator sau parole înainte de revenire la aplicație (acționarea butonului „REVENIRE APLICATIE”) utilizatorul va trebui să acționeze butonul „LOGOUT” pentru a nu permite accesul personalului neautorizat la meniul de setare parole. Programul este conceput, pentru protecție suplimentară, de așa natură încât acest lucru se realizează și automat, după 10 minute, dacă nu se mai face nici o modificare a setărilor în acest interval de timp.

In figura 18 este prezentat ecranul de defecte care apare automat pe display dacă în funcționarea stației electrice apare o avarie sau atunci când este apelat prin intermediul butonului „ISTORIC DEFECTE” din pagina de setări parametri (figura 15).

Figura 18 – Ecran defecte

In acest ecran sunt prezentate sub formă tabelară, în ordinea timpului de apariție, defectele apărute în timpul funcționării stației. In prima coloană este afișata starea defectului (0-defect inactiv,1- defect activ), în cea de-a doua coloană este afișat numărul defectului, în cea de-a treia coloană data, ora, minutul și secunda apariției defectului iar in ultima coloană un text care descrie defectul respectiv. Prin vizualizarea defectelor operatorul poate lua deciziile necesare pentru înlăturarea acestuia și revenirea la condițiile normale de funcționare a stației electrice. La dispariția tuturor defectelor pe display se va afișa automat pagina principală de lucru.

Prin apelarea ferestrei cu ajutorul butonului „ISTORIC DEFECTE” din fereastra „Setare parametri” fereastra din figura 23 rămâne deschisă până la acționarea butonului „REVENIRE LA APLICATIE”. În această situație utilizatorul poate apela și afișa un istoric al ultimelor 1024 de defecte apărute acționând tasta „ISTORIC DEFECTE”. Parcurgerea listei se realizează cu ajutorul butoanelor din partea de jos a display-ului putând să avansăm lini cu linie, în sus sau în jos, parcurgerea in sus sau în jos pagină cu pagină sau salt la începutul listei.

Prin parcurgerea istoricului de defecte utilizatorul poate să-și facă o imagine exactă despre corecta funcționare a sistemului. De asemenea se pot lua decizii importante prin analiza cu atenție a tipului defectelor apărute precum și a intervalului de timp dintre acestea astfel încât să poată fi asigurată funcționarea stației electrice în condiții optime de maximă siguranță.

5.Reglarea automata a factorului de putere

Monitorizarea factorului de putere prezintă un interes deosebit atât pentru producătorul de energie electrică, cât și pentru transportator, distribuitor, furnizor și utilizatorul final, deoarece el influențează caracteristicile de performanță al tuturor operatorilor de pe piața de energie electrică, costurile de furnizare a energiei electrice, precum și capacitatea disponibilă de transfer a echipamentelor energetice.

Efectele economice determinate de funcționarea cu un factor de putere redus trebuie să fie luate în considerare la stabilirea tarifului energiei electrice, urmărindu-se compensarea pierderilor de energie pe care acest mod de funcționare le determină. Având în vedere faptul că reducerea factorului de putere este datorată unor fenomene (cauze) locale, măsurile tehnice și financiare adoptate pentru creșterea acestuia se referă, în special, la nodul din sistemul electroenergetic în care este conectat utilizatorul care produce reducerea acestuia.

Deși consumatorul care determină acest mod de funcționare este penalizat prin tarif pentru pierderile de energie din sistemul electroenergetic, determinate de transferul de energie cu factor de putere redus, reducerea caracteristicilor de performanță ale sistemului și necesitatea creșterii puterii produse pentru acoperirea acestor pierderi, cu efectele nocive orespunzătoare asupra mediului ambiant, fac ca acest mod de consum al energiei să nu fie acceptat.

Analiza factorului de putere în circuitele trifazate poate fi realizată individual, pe fiecare fază. Acest mod de analiză este justificat, în special, la utilizatori, având în vedere caracteristicile diferite de sarcină pe cele trei faze.

Valorile larg utilizate ale factorului de putere trifazat, λ trifazat, ca valoare medie pe cele trei faze, pot oferi informații utile numai în cazul în care caracteristicile sarcinii pe cele trei faze sunt identice, ipoteză, în general, suficient de bine îndeplinită în rețeaua de transport și în circuitele de energie electrică ale producătorilor.

λ=Ptrifazat/Strifazat unde : Ptrifazat : putere activa

Strifazat : putere aparenta

Ptrifazat = P1+ P2+ P3 unde P1 : putere active faza R

P2 : putere active faza S

P3 : putere active faza T

,

unde U1..3, I1..3 , φ 1..3 sunt tensiunile, curentii si respective defazajul tensiune/ curent de faza.

Daca sistemul este simetric si echilibrat , atunci puterea activa devine:

In acelasi fel se poate defini puterea reactiva ca fiind :

Puterea aparenta se defineste ca fiind

Sistemul electroenergetic cuprinde elemente cu caracter inductiv, capacitiv și rezistiv. Pentru fiecare zonă din sistemul energetic poate fi calculat un factor de putere mediu al consumului, pentru care pierderile din rețeaua electrică sunt minime. Pe baza acestei valori optime se legiferează o valoare, numită factor deputere neutral. Consumatorii funcționând cu un factor de putere sub cel neutral sunt penalizați prin tarif pentru pierderile suplimentare pe care le determină în rețeaua electrică. Conform sistemului actual de tarifare, din punctul de vedere al factorului de putere, sunt luate în calcul patru regimuri de funcționare ale consumatorilor:

* regimul supracompensat (capacitiv) care se penalizează prin plata pierderilor determinate în rețeaua electrică (puterea de pierderi egală cu 1/10 din energia reactivă consumată în regim capacitiv);

* regim normal de funcționare (inductiv), în care factorul de putere are valori egale sau mai mari de 0,92 (în acest regim de funcționare nu se iau în considerație, în factura consumatorului, abaterile de la energia aparentă consumată);

* regim subcompensat (inductiv), în care factorul de putere are valori cuprinse între 0,65 si 0,92 (în acest regim factura include costul pierderilor determinate de circulația puterii reactive în sistemul electroenergetic: puterea de pierderi egală cu circa 1/10 din energia reactivă consumată);

* regim puternic subcompensat (inductiv), în care factorul de putere are valori sub 0,65 (în acest regim factura include de trei ori costul pierderilor determinate de circulația puterii reactive în sistemul electroenergetic).

Valoarea 0,92 a factorului de putere neutral a fost stabilită pe baza unor

calcule tehnico-economice la nivelul sistemului energetic național. În realitate, fiecare consumator, în funcție de schema de alimentare, poate fi caracterizat de un factor de putere neutral propriu, ce determină pierderi minime în rețeaua electrică.

Ca exemplu, se consideră cazul unui oraș, în care alimentarea cu energie

electrică se face cu cabluri de medie și înaltă tensiune. Numeroasele cabluri produc energie reactivă capacitivă (ca exemplu, în municipiul București sunt generați practic 200 MVAr în rețeaua de medie tensiune în cablu), ceea ce determină creșteri importante ale tensiunii în nodurile rețelei, având în vedere faptul că toți consumatorii au adoptat măsurile necesare funcționării cu factor de putere ridicat (peste 0,92). Pentru consumul energiei reactive capacitive suplimentară, generată de cabluri, distribuitorul de energie electrică trebuie să monteze bobine, conectate între faze și pământ. Un calcul estimativ arată că dacă s-ar fi impus un factor de putere neutral de circa 0,85, distribuitorul nu ar fi trebuit să investească în bobine, iar consumatorii ar fi investit mai puțin în instalațiile pentru îmbunătățirea factorului de putere.

Conceptul de factor de putere neutral este legat de minimizarea pierderilor

active din rețeaua electrică. Valoarea sa este stabilită pe baza unor calcule tehnico-economice și depinde de configurația circuitului de alimentare. Valoarea „legalizată” actuală, egală cu 0,92 , nu conduce, în toate cazurile, la soluții optime locale.

5.1 Cauzele factorului de putere scăzut

În mod obișnuit, în rețelele electrice, curba tensiunii este practic

nedistorsionată (în special în nodurile cu curent mare de scurtcircuit).

În instalațiile electrice de tensiune alternativă caracterizate, din punct de

vedere electric, printr-o schemă cu elemente active (rezistoare) și elemente reactive (bobine, condensatoare), în lipsa elementelor neliniare, există un transfer de putere activă de la sursă spre receptor, în corelare cu cerințele consumatorilor, precum și un transfer de putere reactivă Q. Dacă receptoarele din instalația de utilizare au un caracter inductiv, curba curentului electric este defazată în urma curbei tensiunii, iar receptoarele sunt considerate ca fiind consumatoare de putere reactivă și, în mod convențional, puterea reactivă este considerată pozitivă (Q>0). În cazul în care curba curentului de sarcină este defazată înaintea curbei tensiunii,receptoarele respective sunt considerate, în mod convențional, ca surse de putere reactivă, iar puterea reactivă se consideră negativă (Q<0).

Principalele receptoare care consumă putere reactivă sunt: motoarele

asincrone, mașinile sincrone subexcitate, transformatoarele, cuptoarele cu inducție electromagnetică, cuptoarele cu arc electric în regim de preparare, bobinele, lămpile cu descărcări în gaze și vapori metalici.

Figura 19 – Defazarea curbei curentului electricinductiv și curbei curentului electric capacitiv.

Elementele care produc putere reactivă sunt: mașinile sincrone supraexcitate, condensatoarele statice, liniile electrice aeriene de înaltă tensiune sau liniile electrice în cablu etc.

Motoarele asincrone reprezintă cel mai important consumator de puterereactivă. Curentul de magnetizare și puterea reactivă consumată de acestea, sunt, procentual, mai mari decât la transformatoare. Aceasta deoarece la puteri egale, volumul circuitului feromagnetic este mai mare în cazul motoarelor. În plus, în cazul motoarelor asincrone, o deosebită importanță o are existența întrefierului dintre stator și rotor.

a) Funcționarea motoarelor asincrone cu un factor de încărcare β < 1 (unde β este raportul dintre puterea absorbită P și puterea nominală Pn a motorului), datorită exploatării tehnologice necorespunzătoare, determină reducerea factorului de putere sub valoarea nominală.

b) La transformatoare puterea reactivă absorbită este calculată cu ajutorul de

relației:

Sn este puterea aparentă nominală, I0 curentul de funcționare

în gol (exprimat în procente din curentul nominal), kf  factorul de formă al curbei de sarcină (definit ca raportul dintre valoarea medie pătratică și valoarea medie, ale curentului de sarcină, calculate pentru un anumit interval de timp), β = S/Sn  factorul de încărcare al transformatorului, usc  tensiunea de scurtcircuit a transformatorului (exprimată în procente).

Ca și în cazul motoarelor asincrone, funcționarea transformatoarelor la o

putere medie sub cea nominală determină reducerea factorului de putere.

c) La instalațiile industriale cu cuptoare, consumul de putere reactivă este determinat de prezența transformatoarelor sau autotransformatoarelor reglabile, pe partea de alimentare, intercalate între rețeaua electrică și cuptor, precum și de schema electrică specifică a cuptorului (cu arc electric, cu inducție). Astfel, cuptoarele trifazate cu arc electric, actuale, cu capacități tehnologice până la 400 t și puteri nominale până la 80 MW, determină consumuri importante de putere reactivă.

d) Liniile electrice de distribuție pot determina consum de putere reactivă QL care poate fi calculata.

e) Motoarele sincrone funcționând în regim supraexcitat reprezintă surse de putere reactivă.

5.2 Mijloace specializate pentru îmbunătățirea

factorului de putere

În scopul creșterii factorului de putere până la valoarea neutrală, după ce au fost epuizate toate măsurile tehnico-organizatorice, se iau în considerare mijloacele specializate. În categoria mijloacelor specializate sunt cuprinse compensatoarele sincrone și bateriile de condensatoare. Criteriul după care se stabilesc mărimea, tipul, amplasarea surselor de putere reactivă și programul de funcționare a acestora, este obținerea unui optim tehnico-economic.

Compensatoarele sincrone sunt mașini sincrone care funcționează fără cuplu mecanic la arbore, în regim supraexcitat, producând numai energie reactivă. Este posibilă modificarea continuă a puterii reactive prin reglarea valorii curentului de excitație. Se realizează compensatoare sincrone cu puteri nominale de la 200 kVAr la tensiunea de 0,4 kV; 10 MVAr la tensiunea de 6 kV și ajungând până la puteri de 60 MVAr în rețele de înaltă tensiune. În prezent, compensatoarele sincrone sunt puțin utilizate, funcțiile lor fiind preluate de sistemele statice SVC (Static Var Compensator) de control automat al puterii reactive.

Bateriile de condensatoare se pot realiza într-o gamă largă de puteri (până la zeci de MVAr) și de variante constructive, fiind posibilă definirea lor în funcție de: tensiunea de racordare (baterii de joasă sau de medie tensiune), modul de conectarea la rețeaua electrică (baterii comutabile manual sau automat, baterii fixe), condițiile de instalare (baterii de interior și baterii de exterior).

Bateriile de condensatoare utilizate în rețeaua de 50 Hz au o serie de avantaje în raport cu compensatoarele sincrone: sunt instalații statice, au gabarit redus, pierderi de putere activă circa 0,003 kWkVAr (aproximativ de 10 ori mai mici decât compensatoarele sincrone), pot fi instalate în cadrul unor montaje simple, nu necesită întreținere și supraveghere specială, costul specific este de 3 pana la 5 ori mai mic decât la compensatoarele sincrone (în lei /kVAr).

La utilizarea bateriilor de condensatoare apar și unele dezavantaje: puterea reactivă poate fi modificată numai în trepte, apar supratensiuni la conectare și deconectare, puterea reactivă disponibilă a bateriei de condensatoare depinde de pătratul tensiunii, nu pot fi utilizate în rețele electrice poluate armonic.

Amplasarea bateriilor de condensatoare

Figura 20

Amplasarea bateriei se face astfel încât să se realizeze unui anumit tip de compensare: individuală, pe grupe de receptoare, centralizată și mixtă.

Compensarea individuală este specifică receptoarelor cu funcționare

continuă, asigurându-se compensarea puterii reactive chiar la locul de consum,descărcând astfel rețeaua electrică de alimentare de circulația nerațională a puterii reactive. Compensarea individuală este utilizată, de exemplu, la lămpile cu descărcare electrică în vapori metalici.

Compensarea pe grupe de receptoare se folosește atunci când receptoarele de putere reactivă sunt grupate, montarea bateriei de condensatoare se face la barele tablourilor de distribuție aparținând grupelor respective de receptoare. Puterea bateriei de condensatoare are în vedere factorul de nesimultaneitate în funcționare al receptoarelor din grupa respectivă. În mod obișnuit, instalația de compensare cuprinde mai multe secții pentru a asigura posibilitatea de reglare a bateriei de condensatoare.

Compensarea centralizată, realizată pe partea de joasă tensiune, permite ca linia de transport de medie tensiune și postul de transformare PT să nu fie încărcate cu puterea reactivă necesară receptoarelor conectate pe partea de JT. Compensarea centralizată pe partea de medie tensiune a postului de transformare are dezavantajul față de cazul anterior că transformatoarele din postul de transformare sunt încărcate cu puterea reactivă necesară receptoarelor conectate la barele de joasă tensiune.

La compensarea centralizată este necesară reglarea automată a bateriei de

condensatoare, aceasta fiind compusă dintr-un număr corespunzător de trepte tehnologic realizat de receptoarele în funcțiune.

Compensarea mixtă folosește toate procedeele prezentate anterior pentru compensarea puterii reactive. Soluția se aplică în etape sau atunci când intervin anumite condiții specifice consumatorului respectiv.

Este important de reținut că bateria de condensatoare asigură necesarul de

putere reactivă doar pentru receptoarele situate în aval.Consumul de putere reactivă Q al unor categorii de receptoare nu este constant în timp, acesta modificându-se lent sau rapid, uneori în limite relativ mari, în funcție de necesitățile procesului tehnologic.

Folosirea unor baterii de condensatoare fără reglaj poate determina, în exploatarea instalațiilor cu astfel de receptoare, regimuri de supra sau subcompensare.

În astfel de situații, bateria de condensatoare trebuie realizată cu mai multe secții, fiecare secție fiind prevăzută cu echipamente de comutație comandate automat, după anumite criterii, de exemplu,în funcție de tensiunea de pe bare, de curentul de sarcină, de sensul schimbului de putere reactivă cu sistemul energetic sau în raort cu timpul de funcționare la diverse sarcini.

Mai jos este prezentată schema de funcționare a unei instalații de

compensare automată, cu patru trepte de putere egală, destinată unui receptor cu un factor de putere natural egal cu 0,6. Pentru o sarcină redusă, receptorul va funcționa cu un factor de putere egal cu cel natural. Dacă încărcarea receptorului crește, puterea reactivă absorbită devine egală cu valoarea de consemn Q1 și este conectată prima treaptă a bateriei. În primul moment, factorul de putere devine ușor capacitiv și, pe măsura creșterii sarcinii receptorului, puterea reactivă absorbită din rețea crește astfel că, la un moment dat (în exemplul prezentat, factorul de putere devine în acest moment practice 0,85) are loc conectarea celei de a doua trepte a bateriei. La creșterea sarcinii are loc, succesiv, și conectarea celorlalte două trepte. La puterea maximă se obține un factor de putere egal cu 0,95. Puterea reactivă absorbită din rețeaua electrică este dată de curba cu linie plină. La scăderea sarcinii receptorului, deconectarea celor patru trepte se face la valoarea de consemn Q2 iar puterea reactivă absorbită din rețeaua electrică este indicată de curba cu linie punctată.

Figura 21

Reglarea bateriei de condensatoare în funcție de timp este recomandată în întreprinderile în care structura proceselor tehnologice realizate se repetăzilnic, fiind posibil a prestabili momentul conectării sau deconectării diferitelor secții.

Schemele de acest tip folosesc ceasuri electrice cu program deconectare/ conectare pe durata a 24 ore.

Alegerea numărului și a valorii treptelor unei baterii de condensatoare trebuie sa aibă în vedere faptul că eficiența reglajului crește cu numărul de trepte, fiind posibilă urmărirea cât mai fidelă a curbei de sarcină a puterii reactive, dar fracționarea excesivă a bateriei devine la un moment dat neeconomică deoarece necesită utilizarea unei scheme complexe de comutație. În cazurile practice, la bateriile de condensatoare până la 1000 V se utilizează un număr de 4 … 12 trepte, iar la cele cu tensiunea nominală peste 1000 V, de obicei până la trei trepte.

5.4 Principiu de funcționare:

In fiecare moment, prin intermediul unei subrutine speciale implementată în memoria AP-ului, pe baza datelor referitoare la putere activă și reactivă, preluate de la protecțiile electronice montate pe fiecare din liniile de alimentare consumatori din stația electrică de transformare prin intermediul magistralei MODBUS interne de comunicație date, vor fi calculate automat următoarele mărimi:

Preal – puterea activă totală consumată pe liniile de plecare din stație

Qreal – puterea reactivă totală consumată pe liniile de plecare din stație

FPreal – factorul de putere total

Qideal – puterea reactivă ideală calculată pe baza valorii Preal pentru obținerea unui factor de putere 0,92.

Qnecesar – reprezintă diferența dintre Qideal- Qreal , adică valoarea de compensat

Pe baza acestor valori AP-ul va calcula o valoarea medie pe interval de 10 min. (intervalul minim dintre cuplarea succesivă a unei trepte de compensare) Qnecesar_mediu și pe baza acestei valori va da comandă către echipamentul de automatizare montat în bateria de compensrae pentru cuplarea treptelor de condensatori de așa natură încât să se obțină o valoare cât mai apropiată de Qnecesar_mediu. Comunicația între AP și echipamentul de automatizare se realizează prin intermediul magistralei de comunicație CAN-OPEN cu un cablu special de comunicație date.

Procesul se repetă la fiecare 10 min. asigurând obținerea unui factor de putere cât mai apropiat de valoarea ideală 0,92.

Procesul de compensare a factorului de putere este declanșat numai în cazul în care puterea activă consumată pe barele de 6 kV depășește o valoare prestabilită (setabilă de utilizator). De regulă, din aplicațiile anterioare valoarea este setată la 250 kW.

Soluția propusă realizează compensarea factorului de putere fără a fi nevoie să se intervină în instalația electrică a stației de transformare neperturbân în nici un mod funcțioanrea stației electrice.

Figura 22

Mai sus este prezentata schema bloc a unei celule de compensare automate in 3 trepte. Puterea maxima compensata de acesta celula este de aproximativ 1200 KVAR , aceata depinde direct proportional de valoarea tensiunii de alimentare de la bornele celulei de medie tensiune ce alimenteaza bateria de compensare.

Pentru o functionare complet automatizata in schema se introduc si elementele de conducere automata.

Figura 23

Schimbul de data – comunicatia – intre bateria de compensare si automatul programabil din statia electrica este realizata pe protocolul de comunicatie CAN-OPEN.

Acesta este un protocol de comunicatie server/client industrial de viteza mare si usor adaptabil in majoritatea aplicatiilor industriale.

Asa cum se poate observa in figura de mai sus magistrala CANopen face legatura intre automatul programagil (master – da comenzi pentru cuplarea/decuplarea treptelor din bateria de compensare, verifica starea echipamentelor – sigurante, limitatori pozitie ,calculeaza si mediaza necesarul de energie reactiva in unitatea de timp ) , modulul, de comunicatie de la nivelul bateriei (se ocupa cu verificarea conditiilor locale si transmisie catre master) si display-ul din stia electrica (unde se pot citi valorile instantanee dar si datele inregistrate pe perioada specificata , precum si vizualizarea unor anumite defecte/erori ale sistemului).

6. Pachete de programe pentru achiziție, comandă și transmisie date

Pachetul de programe destinat pentru achiziția, generare comenzi și transmiterea datelor la dispecerul central este organizat pe două nivele.

Primul nivel este reprezentat de programul implementat în AP – ul din dulapul de automatizare al stației electrice. Acest program este scris în limbaj specific pentru AP și realizează următoarele funcții principale:

achiziția mărimilor electrice specifice funcționării stațiilor electrice (tensiuni, curenți, puteri, contacte auxiliare a elementelor de comutare).

comanda elementelor de comutare (separatoare de sarcină, întrerupătoare) din celulele electrice componente ale stației electrice.

Interblocajele dintre elementele de comutare ale stației electrice astfel încât să nu poată fi generate comenzi de comutare a întrerupătoarelor și separatoarelor din celulele de medie tensiune componente decât dacă sunt îndeplinite toate condițiile pentru această operațiune (separatoare de punere la pământ în stare deschisă, protecțiile din fiecare celulă în stare de funcționare, siguranțele de alimentare cu tensiune a echipamentelor de joasă tensiune de al nivelul fiecărei celule în stare cuplat). Programul verifică în fiecare moment dacă există o avarie și nu permite comanda stației decât dacă pe Panoul operator nu afișat nici un mesaj de eroare.

prelucrarea mărimilor electrice de la fiecare bloc de protecție electronică, montate în celulele de medie tensiune, prin intermediul magistralei interne de comunicații date – MODBUS, și transmiterea acestor date la dispecer prin intermediul legăturii radio de mare viteză, ori de câte ori programul instalat pe calculatorul de la dispecerat solicită date.

Preluarea comenzilor de la programul instalat pe calculatorul de la dispecer, prin intermediul legăturii radio de mare viteză, verificarea condițiilor pentru comenzile solicitate și comanda elementelor de execuție (separatoare de sarcină, întrerupătoare).

Compensarea factorului de putere.

Al doilea nivel este reprezentat de programul instalat pe calculatorul de la dispecer și poate realiza supervizarea funcționării tuturor stațiilor electrice montate în carieră precum și funcționarea fiecărei stații electrice în parte.

Programul rulează în WINDOWS și are mai multe ferestre puse la dispoziția utilizatorului funcție de informația care se dorește vizualizată. În continuare vom descrie pe scurt aceste ecrane.

La pornirea programului pe display-ul calculatorului apare o fereastră asemănătoare cu cea din figura 24.

În acest ecran este prezentată schema monofilară de alimentare cu energie a unei cariere miniere (în exemplu este prezentată alimentarea cu 6 kV a utilajelor din Cariera Pesteana din cadru Exploatării Miniere de Cărbune Rovinari – Pesteana).

După cum se observă în acest ecran sunt prezentate toate stațiile de transformare 20/6 kV din arealul Carierei, liniile electrice de alimentare cu 20 kV din stația de transformare 110/20 kV (LEA nr.1, LEA nr.4 , LEA nr.5 , LEA nr.6 , LEA nr.9 , LEA nr.12 , LEA nr.14 , LEA nr.15) precum și utilajele alimentate din fiecare stație și puterea instalată a acestora.

La nivelul fiecărei stații de transformare 20/6 kV sunt prezentate niște ferestre care în care sunt afișați sub formă numerică principali parametri electrici: puterea consumată, curentul consumat și factorul de putere.

Fig.24 Schema monofilară de alimentare a carierei miniere

Fiecare pictogramă care descrie stația electrică poate fi colorată în verde (pentru stațiile care se află în funcționare) sau în alb (pentru stațiile care nu sunt în funcțiune sau nu sunt inva modernizate). În exemplu stațiile 5A și 5B sunt în funcțiune ( sunt cuplate la rețeaua de 20 kV) iar restul nu sunt cuplate inca modernizate.

În momentul în care cu Mouse-ul se face „clic” pe pictograma oricărei stații electrice programul trece automat la afișarea unei ferestre similară cu cea prezentată în figura 25. Transferul la această fereastră s-a făcut acționând cu Mouse-ul pe pictograma aferentă Stației nr.5B de transformare.

În acest ecran este prezentată schema monofilară a stației cu starea în care se află (închis – deschis) elementele de comutație aferente (separatoare de sarcină, întreruptoare, separatoare de punere la pământ)

Pe lângă acestea în ecranul respectiv sunt prezentate informații generale legate de valorile curenților, tensiunilor și puterilor corespunzătoare fiecărei linii de alimentare sau de plecare din stație. Astfel pentru linia electrică de alimentare LEA 20 kV este afișată valoarea pentru tensiunea de alimentare a stației electrice (în dreptul celulei de măsură C20.2).

La nivelul fiecărei celule de alimentare a transformatoarelor TRAFO1, TRAFO2 (celula C20.3 respectiv C20.4) este afișată valoarea numerică pentru curentul din primarul transformatorului. În dreptul celulelor de pe secundarul transformatoarelor de alimentare (C6.1 respectiv C6.11) sunt afișate valorile numerice pentru curentul absorbit din secundar și valoarea factorului de putere pe transformatorul respectiv.

Fig.25 Schema monofilară a unei stații electrice de transformare 20/6 kV

La nivelul celulelor de măsură pentru partea de 20 kV (celula C6.2 respectiv C6.10) sunt afișate valorile numerice ale tensiunii din secundarele transformatoarelor de alimentare ale stației.

Pentru fiecare din celulele de plecare (alimentarea liniilor 1…6) sunt afișate trei valori numerice: curentul absorbit de consumatori alimentați pe linia respectivă , valoarea instantanee a puterii active debitate pe fiecare din liniile de plecare din stație precum si valoarea factorului de putere..

Revenirea la fereastra prezentată în figura 23 se face prin acționarea cu Mouse-ul asupra pictogramei care conține denumirea firmei producătoare.

Dacă în această fereastră acționăm cu mouse-ul pe oricare din butoanele care au înscrise numele celulei de medie tensiune automat se va face transferul într-o pagină, care conține detalii despre celula selectată, asemănătoare cu cea din figura 25, 26 sau 27.

La acționarea butonului C20.3 cu mouse-ul se trece automat într-o fereastră similară cu cea descrisă în figura 25.

Fig.25 Detalii ale celulei de alimentare TRAFO1- C20.3

În fereastră sunt prezentate cele trei linii de alimentare L1, L2, L3 din celula electrică respectivă, cu separatorul de sarcină trifazat 20Q1.3, întreruptorul de alimentare a liniei respective 20Q0.3 și separatorul de punere la pământ 20Q8.3. Starea a separatoarelor și a întreruptoarelor este cea reală. Pentru starea închis a acestora contactele mobile se colorează automat în verde și își mută poziția pentru a asigura continuitatea circuitului închis respectiv. Pentru starea deschis contactele mobile se colorează în albastru. În situația în care un separator sau întreruptor nu este în stare definită (închis sau deschis) într-un interval de timp prestabilit atunci contactele mobile ale elementului de comutație respectiv se colorează în roșu semnalizând operatorului de la dispecer avaria respectivă. De remarcat că starea contactelor mobile ale elementelor de comutație precum și culoarea în care acestea sunt afișate este identică pentru elementele respective afișate în cadrul primei ferestre (schema monofilară).

Un alt grup de informații preluat de la stația locală de achiziții date este prezentat în partea dreaptă a ecranului sub forma unor LED-uri dreptunghiulare. Aceste LED-uri descriu starea contactelor preluate de echipamentul de achiziție date prin intermediul intrărilor digitale. După cum se observă sunt preluate informații referitoare la starea elementelor de comutare (închis – deschis), informații referitoare la declanșarea unei protecții pe linia respectivă (suprasarcină, scurtcircuit, supra sau subtensiune de alimentare) protecție homopolară (asincronism de faze cu circulația unui curent de nul). Culorile în care sunt afișate aceste mărimi sunt de două categorii:

pentru semnale care descriu starea elementelor de comutare culoarea albastră semnifică că elementul respectiv nu este cuplat iar starea verde semnifică faptul că s-a realizat contactul respectiv

pentru semnalele preluate de la protecții culoarea verde indică faptul că protecția respectivă nu a acționat iar culoarea roșie indică declanșarea protecției aplicată pe intrarea respectivă.

În afara acestor semnale pe ecran sunt afișate toate valorile energetice preluate de la echipamentul de achiziție date. După cum se observă în partea stângă, în dreptul transformatoarelor de măsură curent, este afișată o tabelă care conține valorile numerice ale curenților pe fiecare fază de alimentare a primarului transformatorului TRAFO1 de 20/6 kV – 4000 kVA

Fig.26 Detalii ale celulei de soire 6 kV TRAFO2- C6.11

În fereastra ce conține schema monofilară a stației (figura25) acționând butonul C6.11 cu mouse-ul se trece automat într-o fereastră similară cu cea descrisă în figura 26.

În fereastră sunt prezentate liniile de sosire în celula de 6 kV din secundarul transformatorului de 20/6 kV, cu separatorul de sarcină trifazat 6Q1.11 și separatorul de punere la pământ 6Q8.11. Starea a separatoarelor și a întreruptoarelor este cea reală. Pentru starea închis a acestora contactele mobile se colorează automat în verde și își mută poziția pentru a asigura continuitatea circuitului închis respectiv. Pentru starea deschis contactele mobile se colorează în albastru. În situația în care un separator sau întreruptor nu este în stare definită (închis sau deschis) într-un interval de timp prestabilit atunci contactele mobile ale elementului de comutație respectiv se colorează în roșu semnalizând operatorului de la dispecer avaria respectivă. De remarcat că starea contactelor mobile ale elementelor de comutație precum și culoarea în care acestea sunt afișate este identică pentru elementele respective afișate în cadrul primei ferestre (schema monofilară).

În partea dreapta sunt prezentate LED –urile care descriu starea elementelor de comutare precum și prezența tensiunii de comandă în celula respectivă. Semnificația acestora și codificarea culorilor este asemănătoare cu cea prezentată la celula C20.3.

Fig.27 Detalii ale celulei de alimentare consumatori LINIA 1- C6.5

În figura 27 este sunt este prezentată fereastra cu detalii de la o celulă pentru alimentarea consumatorilor (celula C6.5). În fereastră sunt prezentate cele trei linii de alimentare pe 6 kV 6-1L1, 6-2L2, 6-1L3 din celula electrică respectivă, cu întreruptorul de alimentare a liniei respective 6Q10.5 și separatorul de punere la pământ 6Q8.5. Starea a separatoarelor și a întreruptoarelor este cea reală semnificația culorilor fiind identică cu cea prezentată la celula C20.3.

În partea dreaptă a ecranului sunt prezentate LED-urile care descriu starea contactelor preluate de echipamentul de achiziție date prin intermediul intrărilor digitale. După cum se observă sunt preluate informații referitoare la starea elementelor de comutare (închis – deschis), informații referitoare la declanșarea unei protecții pe linia respectivă (suprasarcină, scurtcircuit, supra sau subtensiune de alimentare) protecție homopolară (asincronism de faze cu circulația unui curent de nul). Semnificația culorilor este similară cu cea prezentată la celula C20.3.

În afara acestor semnale pe ecran sunt afișate toate valorile energetice preluate de la echipamentul de achiziție date. După cum se observă în partea stângă, în dreptul transformatoarelor de măsură curent, este afișată o tabelă care conține valorile numerice ale puterii active, puterii reactive și factorul de putere pe linia respectivă de alimentare (linia 1). De asemenea în aceiași tabelă sunt afișate valorile pentru contorii de energie activă și reactivă pe linia respectivă de alimentare care conțin informația referitoare la consumurile pe linia respectivă.

Tot în dreptul transformatoarelor de măsură curent, în partea dreapta a acestora, sunt afișate 2 tabele. Prima dintre acestea conține informații despre valoarea măsurată a curentului pe fiecare din cele 3 faze precum și valoarea trifazată a acestuia. O a doua tabelă conține informații legate de valoarea curentului homopolar pe linia 1 de alimentare consumatori.