32

www.elektro.info.pl

9/2002

zabezpieczenia

elektroenergetyczne

Niestety, nawet najnowo-

czeœniejsza elektronika nie jest
ca³kowicie niezawodna. Mo¿na
równie¿ zaobserwowaæ nieko-
rzystny wp³yw czasu na niektó-
re elementy elektroniczne, co
mo¿e powodowaæ „rozje¿d¿a-
nie siê” nastawionych charakte-
rystyk. Aby zbadaæ sprawnoœæ
zabezpieczeñ wyposa¿onych
w elektronikê cyfrow¹, koniecz-
ne jest stosowane zupe³nie no-
wych metod i urz¹dzeñ testuj¹-
cych. W erze wszechobecnych
komputerów metoda „strzelby”,
choæ nadal skuteczna, wydaje
siê byæ zbyt brutaln¹ i przesta-
rza³¹...

Postaramy siê przybli¿yæ co-

raz czêœciej stosowane metody
badania najpopularniejszych ty-
pów zabezpieczeñ przy u¿yciu
tylko jednego, uniwersalnego
testera ARTES 440. Tester po-
siada trójfazowe Ÿród³o prze-
biegów napiêciowych, dwa trój-
fazowe Ÿród³a przebiegów pr¹-
dowych o du¿ej wydajnoœci
oraz 12 wejϾ binarnych przez-
naczonych do rejestracji czasów
reakcji badanego zabezpiecze-
nia. Do obs³ugi testera koniecz-
ny jest komputer oraz odpo-
wiednie oprogramowanie. O ile
hardware ograniczony jest pew-
nymi parametrami granicznymi,
o tyle software jedynie wyobraŸ-
ni¹ jego twórcy, a tej w przypad-

ku testera ARTES programistom
nie zabrak³o. Nowoczesne me-
tody badañ powinna charakte-
ryzowaæ prostota oraz szybko œ æ
wykonania czêsto skompliko-
wanych testów. Osoby przepro-
wadzaj¹ce badania powinny
umieæ obs³ugiwaæ komputer
oraz znaæ nastawy testowanego
obiektu. Podstawow¹ ide¹ no-
wych metod przeprowadzania
testów jest za³o¿enie, ¿e nale-
¿y badaæ tolerancjê czasów re-
akcji zabezpieczeñ i tolerancjê
nastawionych charakterystyk.

Zak³adamy wiêc, ¿e nasta-

wy zabezpieczeñ s¹ znane i tes-
ty nie bêd¹ polega³y na szuka-
niu oraz samodzielnym wykreœ-
laniu charakterystyk, lecz na
sprawdzeniu, czy mieszcz¹ siê
one w tolerancji okreœlonej
przez producenta lub oczekiwa-
nej od danego typu zabezpie-
czenia. Aby umo¿liwiæ tego ty-
pu badanie, nale¿y przenieœæ
charakterystykê zabezpieczenia
do oprogramowania wspó³pra-
cuj¹cego z testerem. Do tego
celu s³u¿¹ specjalne edytory
przeznaczone dla ró¿nych ty-
pów zabezpieczeñ. Dotychczas
najwiêcej trudnoœci podczas
testów zawansowanych funkcjo-
nalnie zabezpieczeñ sprawia³o
wyliczenie amplitud napiêæ
i pr¹dów oraz przesuniêæ fazo-
wych odpowiadaj¹cych symulo-

wanym miejscom zwaræ. Wyli-
czenia te by³y i s¹ nadal ko-
nieczne, obecnie jednak dziêki
zaawansowanemu oprogramo-
waniu przejmuje je komputer.
Twórcy oprogramowania poszli
znacznie dalej: oprogramowanie
steruj¹ce urz¹dzeniem testuj¹-
cym potrafi nie tylko samodziel-
nie wyliczyæ wszystkie wartoœ-
ci konieczne do przeprowadze-
nia testu, lecz równie¿ rozmieœ-
ciæ wiele punktów testowych na
charakterystyce zabezpieczenia
i uwzglêdniaj¹c za³o¿on¹ tole-
rancjê, przeprowadziæ komplet-
ny test zakoñczony ocen¹ jego
wyników.

Powierzenie wielu zadañ op-

rogramowaniu uwalnia obs³u-
gê od uci¹¿liwych operacji
poprzedzaj¹cych badania oraz
minimalizuje mo¿liwoœæ po-
pe³nienia b³êdów. Wydruk
„bezwzglêdnych” raportów,
w które nie ma mo¿liwoœci in-
gerencji sprawia, ¿e ocena sta-
nu zabezpieczenia jest obiek-
tywna i rzetelna. Inn¹ równie
wa¿n¹ zalet¹ opisywanych me-
tod „komputerowego” badania
jest mo¿liwoœæ powtarzania
w ka¿dej chwili raz przeprowa-
dzonego testu i wgl¹d do wyni-
ków wczeœniej przeprowadzo-
nych testów. Daje to mo¿li-
woœæ porównania zmian reakcji
zabezpieczenia na te same zda-

J

edn¹ z metod badania
zabezpieczeñ odleg³oœ-
ciowych oraz uk³adów

SPZ, zalecan¹ jeszcze w nie tak
dalekiej przesz³oœci, by³a me-
toda wykonywania zwaræ prób-
nych na liniach wysokiego na-
piêcia: „W lufê strzelby wk³a-
da siê nabój odpowiednio przy-
gotowany, o ma³ym ³adunku
prochu, a nastêpnie od strony
wylotu wprowadza siê pocisk
dokonuj¹cy zwarcia linii... od-
dawania strza³ów w celu wy-
wo³ania zwarcia linii powinien
dokonywaæ doœwiadczony
strzelec...” Jest to cytat z porad-
nika – „elementarza” dla s³u¿b
zabezpieczeniowych.

W ci¹gu ostatnich lat, dziêki

zastosowaniu techniki mikro-
procesorowej nast¹pi³a rewolu-
cja w budowie urz¹dzeñ EAZ.
Zastosowanie cyfrowych syste-
mów wprowadzi³o nowe stan-
dardy i jakoœæ, a co najwa¿niej-
sze, najbardziej po¿¹dan¹
w systemach techniki zabezpie-
czeniowej niezawodnoœæ i du¿¹
klasê dok³adnoœci. Cech¹
urz¹dzeñ energetycznej auto-
matyki zabezpieczeniowej jest
to, ¿e o ich sprawnoœci dowia-
dujemy siê najczêœciej „po fak-
cie”, tzn. gdy zabezpieczenie
zadzia³a, obliczaj¹c straty wy-
nik³e z niezadzia³ania uk³adu
zabezpieczeniowego.

Micha³ Kryœciñski

Rys. 1

33

9/2002

www.elektro.info.pl

rzenia. W ten sposób mo¿emy
œledziæ wp³yw czasu na trzy-
manie nastaw przez zabezpie-
czenie. Konfiguracja zabezpie-
czeñ, przeprowadzone testy
i

ich wyniki zapisywane

s¹ w bazie danych. Analiza za-
pisów umo¿liwia wgl¹d w „¿y-
ciorys” interesuj¹cego nas
obiektu.

Jeszcze innym, najbardziej

zaawansowanym sposobem ba-
dania zabezpieczeñ, jest meto-
da generacji w kierunku zabez-
pieczenia przebiegów, które za-
istnia³y w rzeczywistoœci i zos-
ta³y zarejestrowane przez sta-
cyjne rejestratory zak³óceñ.
Tester ARTES 440 umo¿liwia
takie badania, dziêki wbudowa-
nej funkcji PLAY/RECORD. Jak
wygl¹da badanie zabezpiecze-
nia odleg³oœciowego i ró¿nico-
wego, postaramy siê pañstwu
przybli¿yæ na konkretnych
przyk³adach. Badanie
zabezpieczenia odleg³oœ-
ciowego na przyk³adzie zabez-
pieczenia SIEMENS 7SA511.

Korzystaj¹c z dokumentacji

opisuj¹cej nastawy zabezpie-
czenia konkretnej linii, nale¿y je
wpisaæ do oprogramowania
przy pomocy edytora nastaw za-
bezpieczeñ odleg³oœciowych
(rys. 1).

Wpisywanie nastaw stref im-

pedancyjnych, tzn. zasiêgu,
kszta³tu i czasów niekiedy mo-
¿e byæ k³opotliwe – szczegól-
nie wtedy, gdy kszta³t charakte-
rystyk jest nieregularny, co ma
miejsce np. w zabezpieczeniach
polskiej produkcji ZAZ i RTX.
Producenci systemów testuj¹-
cych dostarczaj¹ dodatkowe op-
rogramowanie u³atwiaj¹ce
w znaczny sposób wpisywanie
tych charakterystyk.

Opisywana tutaj metoda ba-

dania jest metod¹ wrêcz wzor-
cow¹ i jak praktyka wskazuje
w zupe³noœci wystarczaj¹cym
testem na „trzymanie stref” za-

bezpieczenia odleg³oœciowego
jest symulowanie zwaræ o war-
toœciach impedancji zwarcio-
wych le¿¹cych na granicach
stref oraz na k¹cie linii zwarcia.
W tym przypadku nale¿y opi-
saæ strefy w najprostszy mo¿li-
wy sposób, np. okrêgami, któ-
rych zasiêg odpowiada zasiê-
gom stref nastawionych w za-
bezpieczeniu. Zabezpieczenia
podimpedancyjne, w zale¿noœ-
ci od miejsca zwarcia, dzia³aj¹
z ró¿nymi czasami i dlatego na-
le¿y podaæ czasy zadzia³ania
dla ka¿dej strefy osobno. Inn¹,
wa¿n¹ rzecz¹ jest uwzglêdnie-
nie wspó³czynnika doziemienia
(rys. 2). Jak wiadomo, impe-
dancje zwaræ doziemnych
i miêdzyfazowych le¿¹cych

Rys. 2

Rys. 4

Rys. 3

F

punktów testowych i roz-
mieszcza je na p³aszczyŸ-

nie impedancyjnej (rys.
3).
Sposób rozmieszczenia
wszystkich punktów
mo¿na wczeœniej zdefi-
niowaæ, okreœlaj¹c, czy
maj¹ one le¿eæ na k¹-
cie linii zwarcia, czy te¿
na dowolnej prostej
przechodz¹cej przez
granice stref. Umiejsco-
wienie punktów mo¿li-
we jest w sposób linio-
wy lub schodkowy. Przy
wyborze rozmieszczenia
schodkowego oprogra-
mowanie, przy uwzg-
lêdnieniu klasy zabez-
pieczenia, rozmieszcza
je na granicach stref. Ta
metoda wydaje siê byæ
najlepsz¹ i w ten spo-
sób przeprowadzone
badanie mo¿na uznaæ
za kompletne badanie
zabezpieczenia na trzy-
manie stref.

Jednym klikniêciem

myszki zostaje urucho-
miony test, podczas
którego tester sprawdza
reakcjê zabezpieczenia
na symulowane zwar-
cia. Po zakoñczonym
teœcie nastêpuje jego

ocena i wygenerowanie raportu.

Obecnie wszystkie cyfrowe

zabezpieczenia odleg³oœciowe
posiadaj¹ wbudowany modu³
SPZ. Poprawnoœæ dzia³ania tej
funkcji równie¿ mo¿na spraw-
dziæ w sposób ca³kowicie auto-
matyczny. Nale¿y jedynie skon-
figurowaæ odpowiednio para-
metry testu: SPZ udany lub
nieudany, krotnoϾ ponownych
prób za³¹czeñ i przypisaæ wej-
œcia testera do sygna³ów wys-
tawianych przez zabezpieczenie
(rys. 4). Badanie zabezpiecze-
nia ró¿nicowego transformatora
dwuuzwojeniowego na przyk³a-
dzie zabezpieczenia RRTC-1
produkcji IEN Warszawa. Bada-

w tej samej odleg³oœci ró¿ni¹
siê znacznie. Raz opisane nas-
tawy zostaj¹ zapisane w bazie
danych. Operacja wpisywania
nastaw mo¿e byæ równie¿ ca³-
kowicie przejêta przez kompu-
ter. Ju¿ teraz niektórzy produ-
cenci zabezpieczeñ umo¿liwia-
j¹ eksport nastaw w formacie
RIO.

Przebieg samego badania

jest ca³kowicie automatyczny.
Zak³adamy, ¿e zosta³a wybra-
na metoda sta³ego pr¹du testu.
Po zdefiniowaniu pêtli zwarcia
i okreœleniu zakresu badania,
oprogramowanie wylicza war-
toœci napiêæ i przesuniêæ fazo-
wych osobno dla wszystkich

j¹c równie¿ zabezpieczenia ró¿-
nicowe, pos³u¿ymy siê metod¹
trzymania charakterystyki, tym
razem pr¹du ró¿nicowego.

Charakterystyka pr¹du ró¿-

nicowego zabezpieczeñ cyfro-
wych sk³ada siê z trzech linii
(rys. 5), gdzie linia pierwsza od-
powiada pr¹dowi rozruchu, na-
chylenie linii drugiej jest tangen-
sem wspó³czynnika hamowa-
nia (stosunku pr¹du ró¿nicowe-
go do pr¹du stabilizacji), a linia
trzecia odpowiada pr¹dowi od-
ciêcia.

Podobnie jak podczas bada-

nia zabezpieczenia odleg³oœ-
ciowego, wiêkszoœæ wyliczeñ
oraz sam przebieg testu przep-
rowadza komputer. W przypad-
ku zabezpieczeñ ró¿nicowych
producenci wykorzystuj¹ ró¿ne
wzory do obliczania pr¹du sta-
bilizuj¹cego. Oprogramowanie
powinno mieæ mo¿liwoœæ wy-
boru odpowiedniego wzoru
w zale¿noœci od testowanego
zabezpieczenia (w przypadku
zabezpieczenia produkcji IEN –
wzór 1):

Przenosz¹c nastawy do op-

rogramowania, nale¿y uwzglêd-
niæ budowê i konfiguracjê uz-
wojeñ chronionego transforma-
tora (rys. 6).

Sam przebieg testu odbywa

siê w sposób automatyczny.
Podobnie jak podczas badania
zabezpieczenia odleg³oœciowe-
go, wartoœci testowe wylicza
komputer (rys. 7). Po zakoñczo-
nym teœcie generowany jest ra-
port.

Innym wa¿nym parametrem,

który nale¿y sprawdziæ jest blo-
kowanie zabezpieczenia od 2 i 5
harmonicznej. Tu przydatnym
staje siê generator przebiegów
zmiennych. Testery najnowszej
generacji umo¿liwiaj¹ budowê

[

]

[ ] [ ]

( )

[ ] [ ]

(

)

I

I

I

I

I

I

I

I I

I

I

I

stab

stab

stab

stab

=

⋅

−

=

+

=

+

=

+

0 5

1
2

11 21 0

3

0 5

4

11

21

11

21

11

21

,

( )

( )

...

( )

,

( )

34

www.elektro.info.pl

9/2002

dowolnych przebiegów. Badanie
blokady od harmonicznych po-
lega na zbudowaniu przebiegu
pr¹dowego o czêstotliwoœci 50
Hz i stopniowym dodawaniu do
niego odpowiedniej harmonicz-
nej. Zabezpieczenie powinno
zareagowaæ (w zale¿noœci od
nastaw) przy odpowiednim
„udziale” procentowym w prze-
biegu podstawowym do³¹czo-
nej harmonicznej.

W podobny sposób mo¿na

te¿ badaæ zabezpieczenia nad-
pr¹dowe o charakterystyce za-
le¿nej, zabezpieczenia ziemno-
zwarciowe, napiêciowe czy te¿
uk³ady SCO.

Mimo ¿e w wielu zak³adach

stosowane s¹ jeszcze doœæ pry-
mitywne metody badania
sprawnoœci EAZ, z ca³¹ pew-
noœci¹ zostan¹ one w najbli¿-
szej przysz³oœci zast¹pione
metodami tu opisanymi. Choæ
wymagaæ to bêdzie zakupu no-
wych urz¹dzeñ testuj¹cych
i przeszkolenia pracowników,
wydaje siê, ¿e jest to jedyny
s³uszny kierunek rozwoju tech-
niki pomiarowej uk³adów auto-
matyki.

Cyfrowym zabezpieczeniom

zostaje powierzonych coraz
wiêcej funkcji, nad którymi czu-
waj¹ rozbudowane uk³ady
mikroprocesorowe. Poprawnoœ-
ci funkcjonowania wielu z nich
nie mo¿na ju¿ sprawdziæ meto-
dami „tradycyjnymi”. Innym
czynnikiem przemawiaj¹cym za
przechodzeniem do komputero-
wego sprawdzania zabezpie-
czeñ jest mo¿liwoœæ archiwiza-
cji wszystkich przeprowadzo-
nych testów i wyników. Wpro-
wadzane systemy jakoœci wy-
magaj¹ stosowania urz¹dzeñ
posiadaj¹cych certyfikaty
sprawdzenia i kalibracji, co
w przypadku np. autotransfor-
matora z rêcznym manipulato-
rem, jest raczej nieosi¹galne.

Ju¿ chyba nied³ugo opisan¹

na pocz¹tku strzelbê zast¹pi
dobry tester, a strzelca kom-
puter.

q

Rys. 5

Rys. 6

Rys. 7