2.3 Интегрированные компьютерные системы автоматизации на базе модулей компании selco

2.3.1 Модуль sigma s6000 io/p

Модуль SIGMA S6000 IO/P фирмы SELCO обеспечивает интегрированную защиту, отключение нагрузки и оборудован программируемыми аналоговыми выходами. Модуль S6000 также собирает данные обо всех параметрах трехфазного источника питания. Кроме того, модуль S6000 работает, как интерфейс модуля SIGMA S6100 S/LS фирмы SELCO, который добавляет функции стабилизации частоты, стабилизации напряжения, подстройки напряжения, автоматической синхронизации и распределения активной и реактивной нагрузки. Наконец, S6000 обеспечивает базовые параметры, которые требует модуль SIGMA S6600/S6610 Power Manager (устройство управления режимом электропитания) фирмы SELCO.

Защита. Модуль S6000 включает шесть независимо программируемых функций защиты. Для каждой из шести защитных функций можно сконфигурировать уровень срабатывания, задержку и режим работы. Существуют два уровня срабатывания (высокий и низкий). Вычисляется среднеквадратичное значение за один или четыре периода (в зависимости от номинальной частоты).

Шесть светодиодов на фронтальной панели, каждый из которых относится к одной из функций защиты, предоставляют визуальную информацию о состоянии системы защиты. Светодиод начинает мигать в момент превышения уровня срабатывания, относящегося к функции защиты. Светодиод мигает в течение всего времени задержки, показывая, что параметр находится внутри критической области. Защитное реле срабатывает, если уровень срабатывания был превышен в течение всего времени задержки. После срабатывания светодиод горит постоянно. В противном случае задержка автоматически сбрасывается и светодиод гаснет.

Для каждой из шести защитных функций существует специальный цифровой выход (с открытым коллектором). Каждый выход с открытым коллектором можно сконфигурировать таким образом, чтобы он выдавал предварительное оповещение, относящееся к соответствующей функции защиты. В другом случае, выходы активируются при срабатывании защитного реле (чтобы указать причину). Данная функция зависит от того, было ли установлено предварительное оповещение при конфигурировании. Светодиоды и выходы защитных функций остаются активными до перезапуска. Перезапуск можно произвести, использую внешний вход (C/B RESET) или с дополнительных модулей S6500, S6600 или S6610.

Главное предназначение модуля S6000 – защита источника питания посредством размыкания выключателя. Выключатель размыкается при помощи встроенного реле (C/B trip relay). Встроенное реле можно сконфигурировать как нормально-замкнутое или как нормально-разомкнутое.

Короткое замыкание. Функция защиты о короткого замыкания (SC protection) может быть включена либо выключена. Если функция включена, то, в случае обнаружения короткого замыкания между любыми фазами генератора, срабатывает выключатель. Защита от короткого замыкания всегда срабатывает по самому большому току в любой из трех фаз. Уровень срабатывания задается в процентах от максимального тока генератора (GENMAXCUR), заданного в конфигурации системы.

Выход с открытым коллектором активируется после окончания времени предварительной задержки (если задана). Сигнал на размыкание поступает, если критический уровень был постоянно превышен в течение всего времени основной задержки. Время предварительной и основной задержки задается в миллисекундах.

I1 или I2 или I3 > (Уровень x GENMAXCUR) / 100

Светодиод SC выдает визуальную информацию о состоянии, в то время как выход с открытым коллектором SC можно использовать для дистанционного оповещения. Защита от короткого замыкания работает так же, как защита от перегрузки по току. Однако, защита от короткого замыкания работает с токами большей силы в более коротком временном интервале.

Перегрузка по току. Функция защиты от перегрузки по току (OC protection) может быть включена либо выключена. Если функция включена, то, в случае обнаружения перегрузки по току в любой из трех фаз генератора, срабатывает выключатель. Защита от короткого замыкания всегда срабатывает по самому большому току в любой из трех фаз. Уровень срабатывания задается в процентах от максимального тока генератора (GENMAXCUR), заданного в конфигурации системы.

Выход с открытым коллектором активируется после окончания времени предварительной задержки (если задана). Сигнал на размыкание поступает, если критический уровень был постоянно превышен в течение всего времени основной задержки. Время предварительной и основной задержки задается в секундах.

I1 или I2 или I3 > (Уровень x GENMAXCUR) / 100

Светодиод OC выдает визуальную информацию о состоянии, в то время как выход с открытым коллектором OC можно использовать для дистанционного оповещения.

Перегрузка. Функция защиты от перегрузки (OL protection) может быть включена либо выключена. Если функция включена, то, в случае превышения активного тока или активной нагрузки срабатывает выключатель. При конфигурировании задается режим работы (активный ток или активная нагрузка). Однако режим работы с активной нагрузкой возможен, только если модуль S6000 подключен к нейтрали и сконфигурирован таким образом, чтобы измерять активную нагрузку в Ваттах (в противоположность Амперам).

а) б

Рисунок 2.20 - Модуль SIGMA S6000 IO/P: а – внешний вид, б – схема подключения

Защита от перегрузки может срабатывать по самому большому из трех параметров (активный ток или нагрузка в каждой фазе) или по сумме активных нагрузок (например, нагрузка, указываемая на киловаттметре).

Выход с открытым коллектором активируется после окончания времени предварительной задержки (если задана). Сигнал на размыкание поступает, если критический уровень был постоянно превышен в течение всего времени основной задержки. Время предварительной и основной задержки задается в секундах.

Светодиод OL выдает визуальную информацию о состоянии, в то время как выход с открытым коллектором OL можно использовать для дистанционного оповещения.

Активный ток в фазе. Модуль S6000 вычисляет каждый компонент активного тока, как показано ниже (режим активного тока).

I_Act1 = I₁сosφ I_Act2 = I₂сosφ I_Act3 = I₃сosφ

Уровень срабатывания задается в процентах от максимального тока генератора (в одной фазе).

I_Act1 или I_Act2 или I_Act3 > (Уровень x GENMAXCUR x PF) / 100

Активная нагрузка в фазе. Компоненты активной нагрузки вычисляются, как показано ниже (режим активной нагрузки).

P₁ = U_1N I₁ сosφ; P₂ = U_2NI₂ сosφ; P₃ = U_3NI₃ сosφ

Уровень срабатывания задается в процентах от мощности (в каждой) фазе генератора.

P₁ или P₂ или P₃ > (Уровень x (NOMVOLT / √3) x GENMAXCUR x PF) / 100

Суммарная активная нагрузка. Суммарная активная нагрузка вычисляется, как сумма активных нагрузок в каждой фазе.

P = P₁ + P₂ + P₃ = U_1N I₁ сosφ + U_2NI₂ сosφ + U_3NI₃ сosφ

Уровень срабатывания задается в процентах от мощности генератора.

P > (Уровень x (3 x ((NOMVOLT / √3)) x GENMAXCUR x PF)) / 100

Обратная мощность. Функция защиты от обратной мощности (RP protection) может быть включена либо выключена. Если функция включена, то, в том случае, когда генератор работает, как «электромотор» (т. е. потребляет мощность, а не вырабатывает), срабатывает выключатель. При конфигурировании задается режим работы (активный ток или активная нагрузка). Однако режим работы с активной нагрузкой возможен, только если модуль S6000 подключен к нейтрали и сконфигурирован таким образом, чтобы измерять активную нагрузку в Ваттах.

Защита от обратной мощности может срабатывать по самому маленькому из трех параметров (активный ток или нагрузка в каждой фазе) или по сумме активных нагрузок (например, нагрузка, указываемая на киловаттметре).

Выход с открытым коллектором активируется после окончания времени предварительной задержки (если задана). Сигнал на размыкание поступает, если измеряемый уровень был ниже критического в течение всего времени основной задержки. Время предварительной и основной задержки задается в секундах.

Светодиод RP выдает визуальную информацию о состоянии, в то время как выход с открытым коллектором RP можно использовать для дистанционного оповещения.

Потеря возбуждения. Функция защиты от потери возбуждения (EL protection) может быть включена либо выключена. Если функция включена, то, в случае появления обратной реактивной мощности либо тока (появляются, когда генератор теряет возбуждение), срабатывает выключатель. При конфигурировании задается режим работы (реактивный ток либо реактивная нагрузка). Однако, в случае, если модуль S6000 соединен с нейтралью, возможен только режим реактивной нагрузки. Модуль должен быть при этом сконфигурирован таким образом, чтобы измерять реактивную нагрузку в ВАр.

Защита от потери возбуждения может срабатывать по наименьшему из трех параметров (реактивный ток или нагрузка в каждой из трех фаз) или по сумме реактивных нагрузок (например, нагрузка, указываемая на киловарметре).

Выход с открытым коллектором активируется после окончания времени предварительной задержки (если задана). Сигнал на размыкание поступает, если измеряемый уровень был ниже критического в течение всего времени основной задержки. Время предварительной и основной задержки задается в секундах.

Светодиод RP выдает визуальную информацию о состоянии, в то время как выход с открытым коллектором RP можно использовать для дистанционного оповещения.

Реактивный ток в фазе. Модуль S6000 вычисляет каждый компонент реактивного тока, как показано ниже (режим реактивного тока).

I_React1 = I₁sinφ; I_React2 = I₂sinφ; I_React3 = I₃sinφ .

Уровень срабатывания задается в процентах от максимального тока генератора (в одной фазе). Обратите внимание, что при вычислении используется заданный заранее коэффициент мощности (PF).

I_React1 или I_React2 или I_React3 < (Уровень x GENMAXCUR x sin(Acos(PF)) / 100

Реактивная нагрузка в фазе. Компоненты реактивной нагрузки вычисляются, как показано ниже (режим реактивной нагрузки).

Q₁ = U_1N I₁sinφ; Q₂ = U_2NI₂sinφ; Q₃ = U_3NI₃sinφ.

Уровень срабатывания задается в процентах от мощности (в каждой) фазе генератора. Обратите внимание, что при вычислении используется заданный заранее коэффициент мощности (PF, он же Cos φ).

Q₁ или Q₂ или Q₃ < (Уровень x ((NOMVOLT / √3) x GENMAXCUR x Sin(Acos(PF)) / 100

Суммарная реактивная нагрузка. Суммарная реактивная нагрузка вычисляется, как сумма реактивных нагрузок в каждой фазе

Q = Q₁ + Q₂ + Q₃

Уровень срабатывания задается в процентах от мощности генератора.

Q < (Уровень x (3 x ((NOMVOLT / √3)) x GENMAXCUR x sin(Acos(PF)) / 100

Нестабильность напряжения. Функция защиты от нестабильности напряжения (VE protection) может быть включена либо выключена. Если функция включена, то, если напряжение фаза-фаза между двумя любыми фазами из трех слишком высокое или слишком низкое, размыкается выключатель. Защита от нестабильности напряжения срабатывает по наименьшему или наибольшему напряжению фаза-фаза, в зависимости от того, находится напряжение выше верхнего уровня или ниже нижнего.

Уровень срабатывания задается в процентах от номинального напряжения фаза-фаза, заданного при конфигурировании системы.

U₁₂ или U₂₃ или U₃₁ < (Нижний уровень x NOMVOLT) / 100

и

U₁₂ или U₂₃ или U₃₁ > (Верхний уровень x NOMVOLT) / 100

Выход с открытым коллектором активируется после окончания времени предварительной задержки (если задана). Сигнал на размыкание поступает, если измеряемый уровень был вне заданных пределов в течение всего времени основной задержки. Время предварительной и основной задержки задается в секундах.

Светодиод VE выдает визуальную информацию о состоянии, в то время как выход с открытым коллектором VE можно использовать для дистанционного оповещения.

Отключение нагрузки. В модуле S6000 IO/P есть двухуровневая функция отключения нагрузки (отключение второстепенных потребителей в зависимости от нагрузки). Функцию отключения нагрузки можно сконфигурировать так, чтобы она срабатывала при низкой частоте, высокой нагрузке или большом токе. Два уровня отключения нагрузки можно сконфигурировать индивидуально, задавая уровень отключения, задержку, функции реле и режим работы.

В режиме срабатывания по нагрузке или по току, обе функции отключения нагрузки работаю подобно функциям защиты с заданным временем отключения (например, функция защиты от перегрузки). Два светодиода на лицевой панели, каждый из которых соответствует одному из уровней, выдают визуальную информацию о системе отключения нагрузки. Светодиод отключения нагрузки начинает мигать в момент превышения параметром заданного уровня срабатывания. Светодиод мигает, пока параметр остается в пределах критической области, показывая, что время задержки не закончилось. Если параметр остается в пределах критической области в течение всего времени задержки, срабатывает соответствующее реле и светодиод начинает гореть постоянно. В противном случае время задержки сбрасывается и светодиод гаснет.

Для каждого из уровней отключения нагрузки предусмотрено соответствующее реле. Светодиод, указывающий, что функция сработала, горит до тех пор, пока не поступит сигнал «reset» (сброс). Сигнал «reset» поступает извне на вход NE RESET.

Каждое реле отключения нагрузки можно сконфигурировать так, чтобы оно было нормально-замкнутым либо нормально-разомкнутым. Реле могут работать в режиме самоблокировки (до сброса) или сбрасываться автоматически с поправкой на гистерезис.

Второстепенные потребители 1. Первый уровень отключения второстепенных потребителей (NE1 load trip) может быть включен либо выключен. Если включен, выключатель NE1 активирует реле NE1 в случае низкой частоты, большого активного тока/нагрузки или большого тока. Если задано срабатывание по нагрузке или току выключатель нагрузки NE1 может срабатывать по самому высокому из трех активных токов или нагрузок (в каждой отдельной фазе) либо по сумме активных нагрузок, которая обычно указывается на киловаттметре. Режим работы задается при конфигурировании. Однако, срабатывание по активной нагрузке возможно, только если модуль S6000 подключен к нейтрали.

Уровень срабатывания задается в процентах от номинальной частоты, максимального тока генератора или активной мощности источника питания. Активная мощность источника питания вычисляется из максимального тока генератора (GENMAXCUR) и номинального напряжения фаза-фаза (NOMVOLT), задаваемого при конфигурировании системы. Задержка задается в секундах. Сигнал отключения поступает, если параметр превышает заданный уровень в течение всего времени задержки.

Светодиод NE1 выдает визуальную информацию, а реле NE1 может использоваться для отключения нагрузки и дистанционного оповещения.

Реле NE1 можно сконфигурировать для работы в режиме самоблокировки либо без самоблокировки. При работе в режиме самоблокировки происходит внешний сброс реле через вход «NE reset». При работе без самоблокировки происходит автоматический сброс реле с поправкой на гистерезис. При этом функция сбрасывается автоматически, когда параметр становится выше/ниже критического уровня минус гистерезис.

Второстепенные потребители 2. Второй уровень отключения второстепенных потребителей (NE2 load trip) может быть включен либо выключен. Если включен, выключатель NE2 активирует реле NE2 в случае низкой частоты, большого активного тока/нагрузки или большого тока. Если задано срабатывание по нагрузке или току выключатель нагрузки NE2 может срабатывать по самому высокому из трех активных токов или нагрузок (в каждой отдельной фазе) либо по сумме активных нагрузок, которая обычно указывается на киловаттметре. Режим работы задается при конфигурировании. Однако, срабатывание по активной нагрузке возможно, только если модуль S6000 подключен к нейтрали.

Уровень срабатывания задается в процентах от номинальной частоты, максимального тока генератора или активной мощности источника питания. Активная мощность источника питания вычисляется из максимального тока генератора (GENMAXCUR) и номинального напряжения фаза-фаза (NOMVOLT), задаваемого при конфигурировании системы. Задержка задается в секундах. Сигнал отключения поступает, если параметр превышает заданный уровень в течение всего времени задержки.

Светодиод NE2 выдает визуальную информацию, а реле NE2 может использоваться для отключения нагрузки и дистанционного оповещения.

Реле NE2 можно сконфигурировать для работы в режиме самоблокировки либо без самоблокировки. При работе в режиме самоблокировки происходит внешний сброс реле через вход «NE reset». При работе без самоблокировки происходит автоматический сброс реле с поправкой на гистерезис. При этом функция сбрасывается автоматически, когда параметр становится выше/ниже критического уровня минус гистерезис.

Аналоговые выходы. В модуле S6000 IO/P есть три аналоговых выхода для дистанционного оповещения. Каждый выход можно сконфигурировать таким образом, чтобы на него выводилась информация об одном из параметров, который измеряется и вычисляется модулем S6000. Информация (например, активная нагрузка или коэффициент мощности) может выводиться в виде постоянного напряжения либо тока. Независимо от параметра, можно задавать диапазон выходных сигналов, если это необходимо. Диапазон ограничен только максимальным рабочим диапазоном электронного устройства (физический выход).

Для аналогового выхода максимальные/минимальные границы задаются дважды. Во-первых, задается диапазон значений отображаемого параметра, во-вторых, диапазон значений выходного сигнала (постоянное напряжение либо ток).

Рассмотрим пример.

Требуется сконфигурировать аналоговый выход так, чтобы отображал активную мощность (P) в виде постоянного напряжения в пределах от -2.000 до +10.000 В. Номинальное переменное напряжение фаза-фаза (NOMVOLT) 400.0 В максимальный ток генератора (GENMAXCUR) 60.62 A.

Сначала следует задать максимальный уровень выбранного параметра (в данном случае P). Максимальный уровень параметра, принимаемый за 100%, равен мощности генератора. Таким образом 100% вычисляются, как показано ниже.

P_MAX = (100 x (3 x ((NOMVOLT / √3) x GENMAXCUR))) / 100 =

= (100 x (3 x ((400 / v3) x 60.62))) / 100 =

= 42 кВт

Минимальный параметр задается, как -2% от максимального, чтобы на выходе могла отображаться реверсивная мощность. Таким образом -2% вычисляются, как показано ниже.

P_MIX = (-2 x (3 x ((NOMVOLT / v3) x GENMAXCUR))) / 100=

= (-2 x (3 x ((400 / v3) x 60.62))) / 100 =

= -840 Вт

Теперь задаем в качестве выходного параметра постоянное напряжение и устанавливаем минимальный и максимальных уровни. Минимальное напряжение -2.000 В, максимальное +10.000 В.

В результате постоянное выходное напряжение будет равно -2.000 В при мощности -840 Вт и +10.000 В при мощности 42 кВт.

Сбор данных . Модуль S6000 измеряет напряжение между всеми тремя фазами генератора. Если модуль подключен к нейтрали, напряжение фаза-нейтраль тоже можно измерить. Кроме того, модуль измеряет ток в каждой фазе. Модуль S6000 использует результаты измерений для вычисления остальных параметров, необходимых для защиты, управления и контроля работы источника питания. Измеренные и вычисленные параметры можно считать при помощи интерфейса. Используемый протокол связи – MODBUS-RTU (простой протокол запрос/ответ). Модуль S6000 IO/P работает, как подчиненное (slave) устройство MODBUS и выдает информацию по требованию главного (master) устройства (например, программируемого логического контроллера или системы SCADA).